Katecholaminy

Katecholaminy to grupa związków, którą łączy strukturalne podobieństwo do tyrozyny. Należą do niej neuroprzekaźniki oraz hormony. Z tego względu katecholaminy są niezwykle istotne dla regulacji wewnętrznej organizmu oraz funkcjonowania układu nerwowego. Jakie związki należą do katecholamin? Jaka jest ich rola w ludzkim ciele?

Spis treści

1. Katecholaminy - wpływ na organizm
2. Katecholaminy jako neurotransmitery
3. Katecholaminy jako hormony
4. Katecholaminy jako leki
5. Katecholaminy - rozpad katecholamin w ludzkim organizmie
6. Przyczyny wysokiego stężenia katecholamin w organizmie

Katecholaminy występujące w ludzkim organizmie są przede wszystkim neuroprzekaźnikami, czyli substancjami odpowiedzialnymi za przekazywanie informacji pomiędzy komórkami nerwowymi. Łączy je monoaminowa budowa oraz to że powstają w ciele z tyrozyny, czyli jednego z aminokwasów. Katecholaminy nie mogą być dostarczane z pożywieniem. Nasz organizm musi je syntezować samodzielnie z białkowych składników pokarmowych.

Najważniejsze substancje należące do katecholamin to:

• adrenalina
• noradrenalina
• dopamina

Związki te wytwarzane są głównie przez komórki rdzenia nadnerczy oraz włókna pozwojowe współczulnego układu nerwowego.

Dopamina jest neuroprzekaźnikiem aktywnym w ośrodkowym układzie nerwowym. Ze względu na lokalizację jej działania jest w dużej mierze syntezowana w obrębie pnia mózgu.

Katecholaminy są związkami chemicznymi rozpuszczalnymi w wodzie. Mogą być transportowane we krwi w formie rozpuszczonej w osoczu lub związanej z białkami. Dzięki temu adrenalina może docierać do różnych organów ciała pełniąc funkcję hormonalną.

Wiele leków o charakterze stymulującym jest analogami katecholamin. Do tej grupy należą pochodne amfetaminy.

Katecholaminy - wpływ na organizm

Poziom katecholamin w organizmie podnosi się w sytuacjach stresowych. Substancje te odpowiadają za wywołanie reakcji "walcz lub uciekaj". Pod ich wpływem organizm przygotowuje się do dużego wysiłku fizycznego w odpowiedzi na bodziec stresowy.

Mechanizm ten ewolucyjnie wykształcił się u naszych przodków, którzy musieli polować i walczyć o przetrwanie.

Wzrost stężenia katecholamin może być wywołany sytuacjami psychologicznymi lub stresorami środowiskowymi, takimi jak podwyższony poziom dźwięku czy intensywne światło.

Wzrost stężenia katecholamin wywołują w organizmie:

• wzrost ciśnienia krwi
• przyspieszenie akcji serca
• podniesienie poziomu glukozy we krwi

Katecholaminy jako neurotransmitery

Noradrenalina i dopamina są katecholaminami pełniącymi funkcję neurotransmiterów w ośrodkowym układzie nerwowym. Oznacza to że są substancjami chemicznymi uwalnianymi przez neurony w celu wysłania sygnałów do innych komórek nerwowych.

Dopamina jest aktywna w obrębie mózgu, gdzie pełni kilka różnych funkcji. Jedną z nich jest rola czynnika pobudzającego ośrodek nagrody. Uczestniczy w ten sposób w mechanizmie motywacji kierującym naszymi zachowaniami.

Wiele substancji o działaniu uzależniającym stymuluje uwalnianie dopaminy w mózgu, pobudzając w ten sposób ośrodek nagrody. Do takich związków należą narkotyki oraz niektóre leki. Mechanizm ten bierze udział w powstawaniu uzależnień.

Inną rolą dopaminy jest udział w przekaźnictwie nerwowym odpowiedzialnym za kontrolę motoryczną ciała.

W trakcie choroby Parkinsona obserwowany jest spadek stężenia tego neuroprzekaźnika w obrębie istoty czarnej mózgu. Skutkiem niedoboru dopaminy w tym zaburzeniu są sztywność mięśni oraz drżenia.

W kulturze popularnej i mediach dopamina jest często opisywana jako substancja chemiczna odpowiedzialna za odczuwanie przyjemności. Z punktu nauki substancja ta jednak ma przede wszystkim charakter motywacyjny.

Oznacza to, że napędza zachowania organizmu które przybliżają go do osiągnięcia celu. Dopamina odpowiada za przyjemne uczucie satysfakcji z sukcesu.

Noradrenalina jest neuroprzekaźnikiem odpowiadającym za mobilizowanie mózgu i ciała do działania. Uwalnianie jej z włókien nerwowych jest niskie podczas snu.

Najwyższe stężenie tej substancji występuje w sytuacjach stresowych lub zagrożenia. Noradrenalina w obrębie mózgu działa wywołując pobudzenie oraz zwiększając czujność. Wpływa korzystnie na pamięć i koncentrację. Jednocześnie jest odpowiedzialna za reakcje lękowe.

Noradrenalina w systemie nerwowym działa również obwodowo, czyli na całe ciało nie tylko na umysł i psychikę. Jej zwiększone stężenie podnosi częstość akcji serca, ciśnienie krwi oraz stymuluje uwalnianie glukozy do krwiobiegu.

Oprócz tego zwiększa przepływ krwi do mięśni szkieletowych jednocześnie zmniejszając ukrwienie układu pokarmowego. Działanie to ma na celu przygotowanie organizmu do walki lub ucieczki.

Katecholaminy jako hormony

Adrenalina, nazywana również epinefryną, pełni w organizmie rolę hormonu. Oznacza to, że jest związkiem produkowanym przez organizm, a następnie uwalnianym do krwi. Hormony, wędrując z wykorzystaniem krwiobiegu, trafiają do różnych tkanek.

Adrenalina, trafiając z krwią do komórek organizmu, wywołuje w nich zmiany metaboliczne. Prowadzi to do efektów takich, jak zwiększona wydajność serca, rozszerzone źrenice oraz pobudzony transport cukru do organów ciała.

Stymuluje również przepływ krwi przez mięśnie. Mechanizm działania tego hormonu oparty jest na wiązaniu się jego cząsteczek z receptorami alfa i beta na powierzchni błon komórkowych.

Adrenalina jest zwykle wytwarzana zarówno przez nadnercza, jak i niewielką liczbę neuronów w rdzeniu przedłużonym mózgu. W układzie nerwowym może również, tak jak noradrenalina i dopamina, pełnić rolę neuroprzekaźnika.

W tej drodze przekaźnictwa sygnałowego jest zaangażowana w regulację funkcji trzewnych. Reguluje między innymi oddychanie.

Katecholamina ta po raz pierwszy została wyizolowana przez polskiego uczonego, Napoleona Cybulskiego w 1895 r.

Katecholaminy jako leki

Katecholaminą stosowaną w medycynie jako lek, spośród wcześniej wymienionych, jest jedynie adrenalina. Wykorzystuje się ją przede wszystkim w sytuacjach zatrzymania krążenia. Podanie tej substancji w iniekcji:

• pobudza kurczliwość mięśnia sercowego
• poprawia przewodnictwo bodźców w sercu
• zwiększa skuteczność defibrylacji elektrycznej

Czytaj też: Kardiowersja i defibrylacja - co to jest? Różnice między kardiowersją a defibrylacją

Adrenalinę stosuje się w przypadkach wstrząsu anafilaktycznego, zatrzymania akcji serca oraz wstrząsu kardiogennego.

Czasami używa się jej do hamowania powierzchownych krwawień, ponieważ miejscowo obkurcza naczynia krwionośne. Może być również stosowana w przypadku astmy, gdy inne metody leczenia nie są skuteczne.

Katecholaminę tą podaje się dożylnie, przez wstrzyknięcie do mięśnia, inhalacyjnie lub przez podanie podskórne. Częste działania niepożądane, występujące po podaniu adrenaliny, obejmują drżenie, niepokój i pocenie się. Może wystąpić również przyspieszenie akcji serca i wysokie ciśnienie krwi.

Budowę aminy katecholowej posiada również lek lewodopa. Jest to substancja będąca prekursorem dopaminy. Lek ten wykorzystuje się w terapii choroby Parkinsona.

Mechanizm terapeutyczny tej katecholaminy opiera się na tym, że przekraczając barierę krew-mózg, przekształca się w dopaminę. Dzięki temu zwiększa stężenie tego neuroprzekaźnika w istocie czarnej mózgu, redukując objawy choroby.

Kolejnym lekiem który należy do katecholamin jest izoprenalina. Jest to syntetyczna pochodna adrenaliny, nie występująca naturalnie w organizmie.

Substancja ta jest stosowana w leczeniu bradykardii (spowolnienie akcji serca), bloku serca oraz rzadko w przypadkach astmy.

Katecholaminy - rozpad katecholamin w ludzkim organizmie

Okres półtrwania katecholamin w ludzkim krwiobiegu wynosi kilka minut. Za jego rozpad odpowiedzialne są procesy metylacji z wykorzystaniem katecholo-O-metylotransferaz (COMT) lub deaminacji za pomocą oksydaz monoaminowych (MAO).

Istnieją wykorzystywane w medycynie leki opierające swoje działanie terapeutyczne na blokowaniu oksydaz monoaminowych (MAO). Grupa tych substancji określana jest jako inhibitory MAO. Są one wykorzystywane jako leki zwiększające stężenie neuroprzekaźników w mózgu u osób z depresją.

Drugim ich zastosowaniem jest zwiększanie skuteczności terapii choroby Parkinsona przy użyciu lewodopy. Blokują w ten sposób rozpad tego leku w krwiobiegu.

Przyczyny wysokiego stężenia katecholamin w organizmie

W naszym organizmie, poza momentami ich zwiększonego uwalniania, związanego z np. stresem, poziom katecholamin we krwi jest niski. Stałe, wysokie stężenie katecholamin może być związane z obecnością nowotworów należących do typów które zwiększają ich produkcję.

Znacznie podwyższony poziom katecholaminy może być spowodowany nowotworami neuroendokrynnymi w rdzeniu nadnerczy. Wzrost stężenia tych substancji obserwuje się w przypadku również innych zmian:

• guzów chromochłonny (phaeochromocytoma)
• nerwiaka zarodkowego (neuroblastoma)
• zwojaka (ganglioneuroma)

Inną przyczyną wysokiego stężenia katecholamin może być zespół Brunnera, który polega na niedoborze monoaminooksydazy A (MAO-A). Jest to enzym odpowiedzialny za rozkład tych substancji w organizmie. Z tego względu jego brak, znacznie zwiększa ilość tych neuroprzekaźników we krwi.

O autorze

mgr farmacji Sara Janowska

Doktorantka interdyscyplinarnych studiów doktoranckich z zakresu nauk farmaceutycznych i biomedycznych realizowanych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie oraz Instytucie Biotechnologii w Białymstoku.Absolwentka studiów farmaceutycznych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie ze specjalizacją Lek Roślinny. Uzyskała tytuł magistra broniąc pracy z dziedziny botaniki farmaceutycznej na temat właściwości antyoksydacyjnych ekstraktów pozyskanych z dwudziestu gatunków mchów. Obecnie w pracy naukowej zajmuje się syntezą nowych substancji przeciwnowotworowych oraz badaniem ich właściwości na liniach komórek nowotworowych. Przez dwa lata pracowała jako magister farmacji w aptece otwartej.

Przeczytaj więcej artykułów tej autorki

mgr farmacji Sara Janowska