Холинергическая нейротрансмиссия и физиология ацетилхолина

Холинергическая нейротрансмиссия использует ацетилхолин в качестве химического посредника и занимает центральное место в вегетативной нервной системе. Ацетилхолин является передатчиком во всех вегетативных ганглиях (от преганглионарных до постганглионарных, в обоих отделах), в парасимпатических нейроэффекторных соединениях и в симпатической иннервации потовых желез. Он действует на два широких класса рецепторов — никотиновые и мускариновые, что обеспечивает широкий спектр быстрых и медленных эффектов по всему организму.

Definition

Холинергическая нейротрансмиссия — это процесс, посредством которого ацетилхолин синтезируется, высвобождается и действует на никотиновые и мускариновые рецепторы, опосредуя вегетативную ганглионарную передачу и парасимпатические (а также некоторые симпатические) эффекторные ответы, при этом передача прекращается гидролизом с помощью ацетилхолинэстеразы.

Scope

Эта тема охватывает синтез, высвобождение, действие на рецепторы и быстрое прекращение действия ацетилхолина в вегетативной нервной системе: где происходит холинергическая передача, различие между никотиновыми (ионотропными) и мускариновыми (метаботропными) рецепторами, сигнальные пути, которые они задействуют, и роль ацетилхолинэстеразы в прекращении передачи. Это справочная физиология, а не клиническое руководство.

Core questions

• Где в вегетативной нервной системе ацетилхолин является передатчиком?
• Чем никотиновые и мускариновые рецепторы отличаются по механизму действия и скорости?
• Как синтезируется и высвобождается ацетилхолин, и как он инактивируется?
• Как мускариновая сигнализация производит свои разнообразные эффекты на сердце, железы и гладкие мышцы?

Key concepts

• Синтез ацетилхолина (холин-ацетилтрансфераза) и обратный захват холина
• Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (лиганд-управляемые ионные каналы)
• Мускариновые ацетилхолиновые рецепторы (сопряженные с G-белками)
• Ганглионарная (никотиновая) передача в обоих отделах
• Парасимпатическая нейроэффекторная (мускариновая) передача
• Холинергическая симпатическая иннервация потовых желез
• Ацетилхолинэстераза и быстрый гидролиз
• Вагусный контроль сердца и внутренних органов

Key theories

Химическая (гуморальная) передача

Классический эксперимент Лёви показал, что стимуляция блуждающего нерва высвобождает диффузное вещество («Vagusstoff», позже идентифицированное как ацетилхолин), которое может замедлить работу второго сердца, предоставив решающее доказательство того, что нервы взаимодействуют с эффекторами посредством химических посредников, а не чисто электрическими средствами.

Mechanisms

Ацетилхолин синтезируется в нервном окончании из холина и ацетил-КоА с помощью холин-ацетилтрансферазы, хранится в везикулах и высвобождается при деполяризации. Он действует на два семейства рецепторов. Никотиновые рецепторы представляют собой лиганд-управляемые катионные каналы, которые опосредуют быструю возбуждающую передачу, включая передачу через вегетативные ганглии как в симпатическом, так и в парасимпатическом отделах. Мускариновые рецепторы сопряжены с G-белками и опосредуют более медленные парасимпатические эффекты на сердце, железы и гладкие мышцы; например, рецепторы M2 в сердце связываются с Gi, чтобы замедлить частоту, в то время как другие мускариновые подтипы связываются с Gq, чтобы стимулировать секрецию или сокращение гладких мышц. Классическая демонстрация того, что стимуляция блуждающего нерва высвобождает химический передатчик, замедляющий работу сердца, установила этот гуморальный механизм (Loewi, 1921). Передача очень быстро прекращается ацетилхолинэстеразой, которая гидролизует ацетилхолин в синаптической щели, и образующийся холин поглощается обратно для ресинтеза (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017). Блуждающий нерв, основной парасимпатический отток организма, также участвует в нейроиммунной сигнализации (Bonaz et al., 2016).

Clinical relevance

Холинергическая физиология лежит в основе вагусного контроля частоты сердечных сокращений, секреции желез, моторики желудочно-кишечного тракта и мочевого пузыря, а также обеспечивает концептуальную основу для понимания многих вегетативных препаратов и токсинов, действующих на холинергическую передачу. Эта статья является описательной физиологией и не является основой для принятия индивидуальных решений о лечении.

Evidence & guidelines

Описанные здесь механизмы основаны на фундаментальной демонстрации химической передачи Лёви (Loewi, 1921) и на стандартных текстах по физиологии и нейробиологии (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017), а нейроиммунные роли блуждающего нерва рассмотрены Bonaz et al. (2016). Это справочная физиология, а не предмет клинических рекомендаций.

History

Эксперимент Отто Лёви 1921 года с сердцем лягушки предоставил первое прямое доказательство химической нейротрансмиссии, показав, что стимуляция блуждающего нерва высвобождает вещество, которое замедляло работу второго сердца; это вещество впоследствии было идентифицировано как ацетилхолин (Loewi, 1921). Работа Генри Дейла различила никотиновые и мускариновые действия ацетилхолина и прояснила его роль как передатчика в вегетативных ганглиях и парасимпатических окончаниях, установив химическую основу, используемую до сих пор.

Key figures

• Otto Loewi
• Henry Hallett Dale
• John Newport Langley

Seminal works

• loewi-1921

Frequently asked questions

В чем разница между никотиновыми и мускариновыми рецепторами?

Никотиновые рецепторы — это лиганд-управляемые ионные каналы, которые опосредуют быструю передачу, в том числе через вегетативные ганглии, тогда как мускариновые рецепторы — это рецепторы, сопряженные с G-белками, которые опосредуют более медленные парасимпатические эффекты на сердце, железы и гладкие мышцы.

Почему ацетилхолин действует так кратковременно?

Потому что фермент ацетилхолинэстераза очень быстро гидролизует ацетилхолин в синаптической щели, прекращая его действие почти сразу после высвобождения и перерабатывая холин для ресинтеза.