Серотонинерги́ческая систе́ма, система серотонинергических нейронов, образующих ядра шва ствола головного мозга с обширными проекциями в различных областях центральной нервной системы (ЦНС) и обеспечивающих модуляцию многих видов нормального и патологического поведения, процессов сна, терморегуляции и др.

Эволюция серотонинергической системы

Серотонин обнаружен у всех животных, растений и большинства одноклеточных организмов (Garattini. 1965). Растения производят серотонин из триптофана, при этом выделяется кислород. Уровни серотонина внутри растений превышают уровни, наблюдаемые в мозге животных, в 100 раз. В растениях обнаружены рецепторы серотонина и других нейромедиаторов, которые, как предполагается, необходимы для интеграции специализированных клеток в многоклеточный организм, и их действие связано с координацией метаболических процессов.

У низших животных серотонинергические нейроны в основном являются сенсорными (активируются внешними стимулами) и влияют на приём пищи, отказ от защиты и сложное двигательное поведение, такое как плавание (например, у морских ежей). В ганглиях кольчатых червей серотонин обнаруживается во вставочных нейронах (интернейронах), что позволяет лучше регулировать сложные формы поведения, такие как плавание и, возможно, обучение и память. Серотонин у членистоногих (например, у омаров) регулирует социально значимое поведение, такое как доминирующая поза, агрессивное движение хвостом и реакции на побег.

Цикл серотонина.Цикл серотонина.Влияние серотонина на поведение и способности к обучению у разных таксономических групп эволюционно консервативно. Он вовлечён в двигательную активность, возбуждение, сон и циркадные ритмы, кормление, социальные взаимодействия и агрессивность, тревожность, настроение, обучение, память и поведенческую гибкость. Серотонин усиливает или ослабляет нейронные реакции, необходимые для тонкой настройки большинства видов поведения, а не запускает или останавливает конкретные виды поведения. Следовательно, он является прототипом нейромодулятора, принципиально вовлечённого в адаптацию всех организмов в животном мире (Serotonin in animal cognition and behavior. 2020).

Серотонинергические нейроны и их пути

Объём серотонинергических систем варьируется от сотен (у брюхоногих моллюсков морских зайцев или плодовых мушек дрозофил) до тысяч (у позвоночных) нейронов. У животных серотонинергические нейроны имеют определённую форму, состоят из тысяч расширений, содержащих гранулы серотонина, что создаёт объёмную нейропередачу сигналов.

В серотонинергическую систему также входит ряд специфических рецепторов (5-HTR) (Serotonin in animal cognition and behavior. 2020). Такая организация контактов серотонинергических терминалей создаёт возможность модулирующего влияния серотонинергических структур мозга на активность корковых нейронов и характер их ответов на сигналы, поступающие по специфическим афферентным путям, идущим от органов чувств, чем и определяется участие этих структур в процессах восприятия, переработки и фиксации информации.

Серотонинергические ядра шва.Серотонинергические ядра шва.Серотонинергические нейроны можно объединить в 9 ядер (B1–B9), расположенных от продолговатого мозга через мост до среднего мозга. Кластеры образуют 2 группы в стволе головного мозга: ростральную «верхнюю» группу (дорсальное ядро шва, хвостатое ядро и срединное ядро шва) и каудальную «нижнюю» группу (большое, бледное и тёмное ядра шва). От серотонинергических нейронов моста мозга проекции идут к спинному мозгу. Нейроны ядер шва отправляют проекции к мозжечку, лимбической системе, базальным ганглиям и коре.

Описаны 2 основных серотонинергических пути: мезолимбический (от ядра В8 к гиппокампу, гипоталамусу, перегородке и лимбической коре) и мезостриатный (от ядра В7 к полосатому телу, таламусу, гипоталамусу и неокортексу).

Наибольшая концентрация серотонина наблюдается в различных лимбических структурах, а также в вентральной и бледной областях полосатого тела, медиальной части орбитофронтальной коры (Siegel. 2013). Эти области головного мозга отвечают за социализацию и принятие решений.

Поведенческие эффекты

Особенности организации серотонинергической системы обусловливают её участие в регуляции многих функций организма и сложных форм поведения. Особую роль играет взаимосвязь серотонинергической системы мозга с нейросекреторными ядрами гипоталамуса. 

Высвобождение серотонина.Высвобождение серотонина.Серотонинергическая система мозга участвует в регуляции общего уровня активности ЦНС, циклов сна – бодрствования, общей двигательной активности, разных форм эмоционального поведения, процессов памяти и обучения. Преобладает мнение, что серотонин обычно подавляет моторную активность, часто во взаимодействии с катехоламинергическими системами. Однако недавние результаты показывают, что высвобождение пресинаптического серотонина непрямыми агонистами приводит к глубокой локомоторной активации. Таким образом, некоторые эндогенные серотонинергические системы в норме могут активировать, а не подавлять моторную активность.

Важное значение имеет взаимодействие серотонинергической системы с другими нейромедиаторными системами, в том числе с норадренергической. При повышении эмоционального напряжения модулирующие воздействия серотонинергической и норадренергической систем мозга оказывают сильное влияние на обработку информации. Высвобождение серотонина из терминалей усиливает возбуждение в нейронных системах, связанных с восприятием и фиксацией информации, и способствует преобразованию кратковременной памяти в долговременную. Модулируя эмоциональный фон, серотонин оказывает влияние и на формирование эмоциональной памяти. Совместное действие серотонинергической и норадренергической систем мозга в значительной мере определяют фазовую структуру сна, т. е. соотношение медленноволновой и парадоксальной фаз сна.

Серотонинергическая система мозга участвует в регуляции сексуального поведения: повышение уровня серотонина в мозге сопровождается угнетением половой активности, а снижение содержания – к её повышению.

Серотонинергическая система мозга, очевидно, принимает участие в регуляции восприятия боли, т. к. болевая чувствительность у животных понижается при увеличении содержания серотонина в ЦНС, а при угнетении биосинтеза серотонина в мозге повышается.

Большой вклад серотонинергическая система вносит в развитие социальных взаимодействий и агрессии. Как у приматов, так и у людей эффекты серотонина положительно коррелируют с просоциальным поведением, таким как уход за собой, сотрудничество и преданность, и отрицательно – с антисоциальным поведением, таким как агрессия и социальная изоляция. Считается, что у человека серотонин также вносит свой вклад в формирование моральных суждений – осознанному нежеланию причинять вред другим людям, стремлению к справедливости и др. (Siegel. 2013).

Серотониновая система вовлечена в формирование настроения главным образом на уровне регуляторного действия на клетки и нейронные сети. У людей, страдающих тяжёлыми депрессивными расстройствами иногда обнаруживалось снижение уровня серотонина в ликворе или головном мозге. Более того, бестриптофановая диета может способствовать депрессивному статусу у лиц, подверженных расстройствам настроения. Однако у млекопитающих прямой зависимости между уровнями серотонина и депрессивными состояниями не существует.

Медицинские аспекты функционирования серотонинергической системы

Дисфункция компонентов серотонинергической системы мозга может приводить к развитию психопатологий: депрессии, тревожности, стресса, агрессивного поведения (Cunha-Bang. 2021). Изменение интенсивности нейропередачи серотонина рассматривается в качестве одной из причин многочисленных заболеваний ЦНС, включая депрессию, тревожность, обсессивно-компульсивные расстройства (ОКР), наркоманию, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Серотониновые рецепторы, связанные с G-белком, и пути их внутриклеточной трансдукции.Серотониновые рецепторы, связанные с G-белком, и пути их внутриклеточной трансдукции.Для воздействия на серотонинергическую систему при лечении депрессии, ОКР, тревожности и других заболеваний используют трициклические антидепрессанты (ТЦА) и ингибиторы моноаминоксидазы (ИМАО). Большинство ТЦА действуют в основном, блокируя белок-транспортёр серотонина, что приводит к повышению синаптических концентраций нейротрансмиттера и, следовательно, усилению нейротрансмиссии. ИМАО имеют тот же эффект за счёт предотвращения разрушения моноаминов, включая серотонин.

Механизм действия серотонинового рецептора 5-HT₃.Механизм действия серотонинового рецептора 5-HT₃.Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) действуют благодаря сродству этих препаратов и их активных метаболитов с серотониновыми рецепторами, что приводит к увеличению концентрации медиатора в синаптической щели, что, в свою очередь, ведёт к снижению синтеза и кругооборота серотонина.

Для лечения тревожности в рамках серотонинергической системы помимо СИОЗС используются селективные агонисты серотониновых 5-НТ-А-рецепторов, которые активируют серотониновые рецепторы подобно самому серотонину, благодаря чему не требуется дополнительное повышение концентрации самого нейромедиатора.

Рассматривается роль серотонина при синдроме внезапной смерти при эпилепсии. Предполагается, что в основе этого синдрома лежит дисфункция нейронов, отвечающих за дыхательную и сердечную деятельность, электропроводимость нервных волокон, состояния сна и бодрствования. Серотонин участвует в регуляции дыхания, состояний сна и бодрствования, возбуждения и модуляции судорог, поэтому возможен его вклад в патофизиологию синдрома внезапной смерти при эпилепсии (Serotonin and sudden unexpected death in epilepsy. 2020).