Ацетилхолин — горячая тема в сфере улучшения памяти. Это нейротрансмиттер, который имеет решающее значение для повседневного функционирования мозга: особенно в областях движения, обучения и памяти, а также качества сна. Прочтите этот пост, чтобы узнать о рецепторах, функциях и воздействии на здоровье этого ключевого нейротрансмиттера.
Что такое ацетилхолин?
Определение и открытие
Ацетилхолин был впервые обнаружен в 1914 году и фактически стал первым идентифицированным из основных нейротрансмиттеров мозга [1, 2].
Ацетилхолин впервые был изучен на предмет его роли в регуляции бодрствования и сна. Однако с момента своего первоначального открытия он был связан с широким спектром различных важных функций и ролей в мозге и остальном теле [1, 2].
Считается, что холин — химический и метаболический предшественник ацетилхолина — первоначально использовался одноклеточными организмами миллиарды лет назад для создания своих защитных внешних клеточных слоев (мембран). Начиная с этой самой ранней биологической функции, ее роль с тех пор расширилась в ходе эволюции и стала участвовать в широком спектре важных функций, включая мышечный контроль, регуляцию сна и даже более высокие когнитивные функции, такие как обучение и память [3, 4].
Ацетилхолин синтезируется из ацетил-коэнзима А (который происходит из глюкозы) и холина с помощью фермента, называемого холин-ацетилтрансферазой [5]. Однако, в отличие от многих других нейротрансмиттеров, ацетилхолин создается (синтезируется) внутри соединений между нейронами (нейронные синапсы), а не внутри самих нейронов [3].
Ацетилхолин — это нейротрансмиттер, который использует холин в качестве строительного блока. Впервые он был обнаружен из-за его роли в бодрствовании и сне.
Функции
Одной из центральных функций ацетилхолина является запуск мышечных движений, что он делает, стимулируя синапсы, где нервная система соединяется с мышечной системой (нейромышечные соединения или «НМС») [3].
Однако эта роль не ограничивается только контролем мышц, которые перемещают тело: например, ацетилхолин и гистамин взаимодействуют вместе, чтобы сокращать мышцы в легких, что обеспечивает дыхание (дыхание) [6, 7].
Хотя ацетилхолин играет большое и сложное множество ролей в мозге, чаще всего ацетилхолин связан с определенными когнитивными функциями, такими как память и внимание. Также считается, что он играет роль в продвижении фазы сна, связанной со сновидениями (быстрый сон) [8, 9, 10].
От мышечных сокращений до познания и сновидений ацетилхолин играет различные роли в организме.
Ацетилхолиновые рецепторы
Ацетилхолин может воздействовать на два разных типа рецепторов в организме: никотиновые и мускариновые.
- Никотиновые рецепторы получили свое название, потому что никотин активирует их. Они помогают передавать сигналы в мозг и активировать скелетные мышцы. Знаменитый яд кураре блокирует их и вызывает паралич [11].
- Мускариновые рецепторы есть во всех остальных частях тела: в сердце, кишечнике, железах и головном мозге. Мускарин — это грибной яд, который чрезмерно их активирует. Считается, что аномальная активность этих рецепторов способствует возникновению зависимости, шизофрении и болезни Гентингтона [12, 13, 14, 15].
Что делает ацетилхолин?
Роли и эффекты:
1) Обучение и память
Несколько различных линий научных данных свидетельствуют о том, что ацетилхолин играет решающую роль в обучении и памяти.
Например, считается, что ацетилхолин играет решающую роль в развитии и прогрессировании нескольких распространенных нейродегенеративных заболеваний, связанных с нарушениями памяти, таких как деменция и болезнь Альцгеймера. Фактически, некоторые связанные с памятью симптомы этих расстройств, по-видимому, коррелируют со снижением уровня и активности ацетилхолина, особенно в определенных областях мозга, которые, как известно, играют ключевую роль в памяти, таких как гиппокамп [8].
По этой причине препараты, повышающие уровень ацетилхолина, обычно используются практикующими врачами для лечения пациентов с болезнью Альцгеймера [16, 17].
Скополамин — препарат, который, как известно, блокирует активность ацетилхолина — как сообщается, ухудшает получение новой информации и воспоминаний, согласно нескольким исследованиям как на людях, так и на животных [18, 19].
Сообщается, что у обезьян нарушение снабжения мозга ацетилхолином, особенно в коре головного мозга и гиппокампе, ухудшает получение фактической информации (во время задания на распознавание), а также, как сообщается, вызывает нарушения памяти, сравнимые с амнезией человека [20, 21].
Хотя точные механизмы, участвующие в воздействии ацетилхолина на память, сложны и еще не до конца поняты, некоторые исследователи считают, что он играет центральную роль в синаптической пластичности, биологическом механизме, который позволяет нейронам хранить новую информацию и воспоминания, изменяя способ их связи друг к другу [22].
Из-за его потенциальной роли в стимуляции обучения и памяти некоторые исследователи исследовали, может ли использование пищевых добавок или других соединений для повышения уровня ацетилхолина влиять на когнитивные функции.
Хотя это исследование находится на относительно ранней стадии, некоторые исследования сообщают о некоторых интересных предварительных результатах. Например, согласно одному обсервационному исследованию с участием почти 1400 человек, более высокое потребление холина с пищей было связано с немного лучшими когнитивными способностями (особенно вербальной и зрительной памятью) [23].
Кроме того, одно небольшое исследование с участием 24 здоровых мужчин-добровольцев показало, что прием 500-1000 мг ЦДФ-холина может улучшить различные когнитивные процессы (включая рабочую память и вербальную память). Однако этот эффект наблюдался только у людей, чьи нормальные («исходные») когнитивные способности уже были относительно ниже среднего. Напротив, у людей со «средним» уровнем когнитивных способностей не было никаких эффектов от приема холина, в то время как у людей с высокими показателями на самом деле стало хуже [24]!
Основываясь на этих первоначальных выводах, вполне вероятно, что ацетилхолин играет важную роль в познании, обучении и памяти, хотя противоречивые данные свидетельствуют о том, что его роль сложна и не так проста, как «больше ацетилхолина = лучше»!
Ацетилхолин, вырабатываемый в мозге, по-видимому, улучшает обучение и память, но польза от добавок неясна.
2) Контроль цикла сна-бодрствования
Когда ацетилхолин был впервые обнаружен, его изучали в первую очередь из-за его роли в регуляции цикла сон-бодрствование [1, 2]. Сегодня ацетилхолин по-прежнему является одним из основных нейротрансмиттеров, которые, как считается, отвечают за стимуляцию бодрствования (наряду с другими важными нейротрансмиттерами и гормонами, такими как орексин, гистамин, норадреналин и дофамин) [1, 10].
Например, в некоторых исследованиях сообщается, что активность ацетилхолиновых нейронов значительно повышается во время бодрствования, тогда как активность этих же нейронов подавляется во время определенных стадий сна (таких как медленноволновой сон, или SWS) [10].
Некоторые исследователи предположили, что эффекты ацетилхолина, способствующие бодрствованию, могут быть связаны со «стимулирующим» эффектом некоторых препаратов, повышающих активность этого нейротрансмиттера, таких как амфетамины и другие стимулирующие препараты, такие как модафинил и кокаин. И наоборот, эффекты стимулирующих сон («седативных/снотворных») препаратов, таких как золпидем (амбиен) и различные антигистаминные препараты, могут частично происходить из-за их способности снижать активность ацетилхолина [10].
В связи с этим исследования на животных на крысах показали, что седативные/снотворные препараты золпидем (амбиен), диазепам и эсзопиклон могут вызывать свои эффекты, стимулируя рецепторы ГАМК, которые (в свою очередь) подавляют высвобождение ацетилхолина стволом головного мозга [1].
Роль ацетилхолина в поведении, связанном со сном и бодрствованием, также может быть связана с его ролью в обучении и памяти. Например, в то время как активность ацетилхолина, как правило, подавляется во время многих стадий сна, сообщалось, что уровни ацетилхолина повышаются во время быстрого сна — одной из наиболее важных стадий сна для сохранения («консолидации») новых воспоминаний [25, 26, 27, 28].
Наряду с другими соединениями ацетилхолин увеличивает бодрствование и может помочь вызвать быстрый сон.
3) Внимание и Бдительность
Исторически считалось, что ацетилхолин играет важную роль в функциях обучения и кратковременной памяти. Однако более поздние исследования подтвердили роль ацетилхолина во внимании и бдительности [29].
Например, в одном исследовании на животных сообщалось, что уровень ацетилхолина в мозге значительно повышался, когда крыс помещали в среду, требующую высокой степени устойчивого внимания (больших усилий по концентрации внимания). Кроме того, увеличение сложности задачи на внимание (путем добавления отвлекающих стимулов) еще больше повышало уровень ацетилхолина. Основываясь на этих выводах, авторы этого исследования пришли к выводу, что ацетилхолин может играть непосредственную роль в стимуляции внимания и концентрации [9].
Соответственно, одно исследование 60 здоровых взрослых женщин в возрасте 40-60 лет сообщило об улучшении внимания после 28 дней приема ЦДФ-холина, соединения, которое, как считается, повышает уровень ацетилхолина во всем мозге [30].
Хотя эти ранние результаты являются многообещающими, потребуется гораздо больше исследований, чтобы подтвердить, может ли добавка ацетилхолина постоянно влиять на способности памяти у здоровых людей.
Недавние исследования показывают, что ацетилхолин может поддерживать устойчивое внимание и концентрацию, но неизвестно, помогают ли добавки.
4) Воспаление
Также считается, что ацетилхолин участвует в воспалении. Фактически, его влияние на воспаление настолько значительно, что в его честь даже назван биологический путь, называемый «холинергическим противовоспалительным путем» [31].
Провоспалительные цитокины продуцируются клетками иммунной системы в ответ на повреждение или инфекцию. Эти цитокины, в свою очередь, инициируют цепочку эффектов, которые привлекают различные воспалительные клетки к месту инфекции, чтобы сдержать ее.
В настоящее время считается, что холинергический противовоспалительный путь обеспечивает своего рода «тормозящий» эффект на этот иммунный ответ. Это может защитить организм от повреждения тканей, которое может произойти, если острая воспалительная реакция распространяется за пределы местных тканей и поражает почки, печень, легкие или другие основные органы [32].
Например, согласно одному исследованию на животных, повышенный уровень ацетилхолина был связан со снижением воспаления в слизистой оболочке кишечника — возможно, из-за активации альфа-7 никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (α7nAChR), которые ингибируют высвобождение провоспалительных цитокинов [31].
Соответственно, согласно исследованиям состояний здоровья, связанных с воспалением (таких как ВЗК), ацетилхолин также снижает уровни других провоспалительных цитокинов, таких как IL-6, IL1B и TNF-a [31].
Кроме того, сообщается, что специфические подтипы ацетилхолиновых рецепторов, такие как альфа-7 никотиновые ацетилхолиновые рецепторы или сокращенно «α7nAChR», были обнаружены в ряде различных типов клеток иммунной системы, включая макрофаги, моноциты и тучные клетки. Некоторые исследователи предположили, что ацетилхолин может уменьшить воспаление, ингибируя эти иммунные клетки [31].
Считается, что другие системы, участвующие в противовоспалительных механизмах, такие как стимуляция блуждающего нерва, также активируются ацетилхолином [31]. В исследованиях воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) сообщалось о снижении активности блуждающего нерва, что может быть частично связано с уменьшением противовоспалительной стимуляции ацетилхолином [31].
Однако точная роль ацетилхолина в общем воспалении не совсем ясна и, вероятно, более сложна, чем можно предположить из приведенных выше данных. Например, в некоторых исследованиях сообщалось, что ацетилхолин (опять же действующий через nAChR) также подавляет выработку противовоспалительных цитокинов, таких как IL-10.
Поэтому потребуются дополнительные исследования, чтобы точно понять, как ацетилхолин увеличивает или уменьшает воспалительную реакцию в различных контекстах.
Считается, что, повышая активность холинергических и блуждающих нервов в организме, ацетилхолин подавляет воспаление. Необходимы дополнительные исследования.
5) Защита от инфекций
В дополнение к его роли в воспалении некоторые предварительные данные исследований на животных показывают, что ацетилхолин может иметь важные взаимодействия с иммунной системой и может играть роль в том, как она реагирует на инфекции.
Например, в одном исследовании на животных сообщалось, что ацетилхолин может ингибировать образование «биопленок» при определенных видах инфекций (таких как грибковые инфекции, вызванные Candida albicans) [33].
6) Помощь движению кишечника
Другой важной функцией ацетилхолина является облегчение движения пищи по желудочно-кишечному тракту (процесс, называемый перистальтикой).
Более конкретно, эта функция связана с активностью ацетилхолина в «парасимпатической» нервной системе — той части нервной системы, которая связана с функциями «отдыха и переваривания» (которые являются аналогом «бей или беги») ответы, вызванные симпатической нервной системой [34].
Считается, что в этом процессе особенно участвуют специфические типы ацетилхолиновых рецепторов, называемые никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами (nAChR).
Эти рецепторы получили свое название от того факта, что они стимулируются никотином: считается, что участие никотина в стимуляции этих рецепторов объясняет, почему до 1 из 6 человек, бросивших курить, сообщают о (временных) желудочно-кишечных симптомах, таких как запор. Идея, лежащая в основе этого, заключается в том, что, поскольку желудочно-кишечная ацетилхолиновая система хронического курильщика «привыкла» получать больше никотиновой стимуляции от табака, она может стать менее способной функционировать должным образом, как только этот дополнительный источник стимуляции будет удален, что приведет к нарушению процессов пищеварения (например, симптомы запора) [35].
Кроме того, некоторые антидепрессанты (ингибиторы обратного захвата моноаминов), которые способны ингибировать эти никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, обычно вызывают запор в качестве потенциального побочного эффекта. Некоторые такие антидепрессанты включают [36]:
- Дезипрамин (Норпрамин)
- Флуоксетин (Прозак)
- Циталопрам (Целекса)
- Сертралин (Золофт)
- Ребоксетин (Эдронакс)
- Венлафаксин (Эффексор)
- Пароксетин (Паксил)
- Имипрамин (Тофранил)
- Кломипрамин (Анафранил)
- Амитриптилин
Будучи центральным мессенджером системы «отдых-и-переваривание», ацетилхолин поддерживает правильную работу кишечника и хорошее пищеварение.
7) Уменьшение боли
Некоторые данные также свидетельствуют о том, что ацетилхолин также может участвовать в опосредовании восприятия боли и что воздействие на эту систему потенциально может помочь в лечении боли.
Например, в некоторых исследованиях сообщалось, что донепезил, лекарство от болезни Альцгеймера, которое в первую очередь действует за счет повышения уровня ацетилхолина, оказывает дозозависимое болеутоляющее действие у людей, а также может иметь некоторую эффективность в качестве профилактического лечения симптомов мигрени [37].
Соответственно, систематический обзор многочисленных исследований на клетках и животных показал, что более высокие уровни ацетилхолина в спинном мозге обычно связаны с облегчением боли, тогда как снижение активности ацетилхолина (например, путем блокирования его рецепторов) часто приводит к повышению чувствительности к боли [38].
Хотя точные механизмы, лежащие в основе этих потенциальных эффектов, еще полностью не изучены, ранние данные различных исследований как на людях, так и на животных позволяют предположить, что никотиновые и мускариновые типы ацетилхолиновых рецепторов, вероятно, участвуют в этих потенциальных связанных с болью эффектах [39, 38].
Согласно ранним экспериментальным исследованиям, ацетилхолин и препараты, повышающие его уровень, могут обладать некоторыми болеутоляющими свойствами.
8) Улучшение кровотока
Согласно некоторым ранним клеточным исследованиям, ацетилхолин может играть роль в регуляции кровообращения, в частности, путем стимуляции выработки оксида азота, соединения, которое регулирует кровяное давление путем расслабления кровеносных сосудов (вазодилатация) во всей сердечно-сосудистой системе [40].
Некоторые предварительные данные также предполагают, что мускариновые рецепторы ацетилхолина, в частности, могут быть особенно важны для потенциальных сердечно-сосудистых функций ацетилхолина [40].
9) Гормональный баланс
Наконец, некоторые исследования также показывают, что активность ацетилхолина влияет на выработку или секрецию различных гормонов во всем теле и мозге.
Например, в некоторых исследованиях сообщалось, что уровни ацетилхолина коррелируют с секрецией таких гормонов, как пролактин и гормон роста, гипофизом. Хотя полные механизмы еще не известны, некоторые исследователи полагают, что значительная часть эффектов ацетилхолина на гормоны может быть связана с его способностью влиять на нервную активность в гипоталамусе, области мозга, которая, как широко считается, активно участвует в регуляции гормонов [41, 42].
Ацетилхолин является основным нейротрансмиттером «отдыха и переваривания» или парасимпатической нервной системы. Являясь центральным посланником этой реакции, ацетилхолин противодействует тенденции «бей или беги» и стимулирует холинергическую активность в организме.
Мозг вырабатывает ацетилхолин из холина, который обычно содержится в пище.
Наука многое рассказала о функции ацетилхолина с момента его открытия более века назад. От бдительности до познания и пищеварения ацетилхолин играет разнообразные роли.
Экспериментальные исследования предполагают, что он также может обладать обезболивающими, противовоспалительными и гормонобалансирующими свойствами, но для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования.
