Acetylcholin: co to je, jaké jsou jeho účinky a význam v lidském těle? Co způsobuje jeho nedostatek?

Co je acetylcholin?

Acetylcholin je důležitý neurotransmiter lidského těla, který působí v centrálním i periferním nervovém systému. Hraje roli především při přenosu impulzů mezi nervovými buňkami a ostatními buňkami těla a také mezi nervovými buňkami navzájem.

Neurotransmiter si lze představit jako tzv. posla v podobě chemické sloučeniny. Tato sloučenina zajišťuje přenos signálů. Nervové buňky tedy používají neurotransmitery ke zprostředkování přenosu nervových signálů mezi buňkami.

Právě prostřednictvím přenosu těchto signálů lze spouštět a regulovat různé fyziologické funkce těla. Pohyb končetin, srdeční tep, dýchání, vnímání a mnoho dalších funkcí se uskutečňuje za přítomnosti neurotransmiterů.

V současné době známe až 100 různých typů neurotransmiterů. Kromě acetylcholinu jsou známy také dopamin, adrenalin, noradrenalin, serotonin, histamin a další. Liší se od sebe zejména svou chemickou strukturou a cílovými účinky.

Historicky prvním objeveným neurotransmiterem byl acetylcholin.

Z hlediska struktury je acetylcholin esterem kyseliny octové a cholinu. Od názvů těchto sloučenin je odvozen i samotný název acetylcholinu. Jeho molekulární vzorec je C7H16NO2+. Někdy se také označuje synonymem cholinacetát.

Nachází se v buňkách centrálního nervového systému (tj. v mozku a míše) a v periferním nervovém systému (tj. v nervových buňkách inervujících tkáně a orgány).

Hlavní funkcí acetylcholinu je zprostředkování komunikace mezi neurony a cílovými buňkami v různých částech těla. Cílovými buňkami mohou být buňky hladkého nebo kosterního svalstva, žlázové buňky nebo jiné neurony.

Nervová buňka = neuron.

Tímto způsobem může acetylcholin regulovat tělesné funkce, jako je pohyb, srdeční frekvence, krevní tlak, trávení, dýchání, uvolňování moči nebo sekrece žláz. Pokud se uvolňuje v mozku, má vliv na schopnosti, jako je myšlení, pozornost, soustředění, vzrušení, paměť nebo motivace.

Acetylcholin je excitační neurotransmiter. To znamená, že vyvolává akci/vzrušení cílové buňky a šíření signálu dále. Toto působení je rychlé, ale nemá dlouhé trvání. V relativně krátké době je účinek acetylcholinu zmařen enzymem acetylcholinesterázou, který jej odbourává.

Buňky, které využívají acetylcholin jako posla signálů nebo naopak reagují na jeho působení, se nazývají cholinergní.

Funkční význam acetylcholinu poprvé objevil německý fyziolog Otto Loewi v roce 1921. Na žabích srdcích prokázal, že při stimulaci bloudivého nervu (nervus vagus) se uvolňuje acetylcholin, což vede ke zpomalení srdeční frekvence.

Následně také prokázal, že acetylcholin působí jako prostředník mezi neurony a orgány.

Otto Loewi a anglický fyziolog sir Henry Dale, kteří acetylcholin spoluobjevili, získali za svou práci v roce 1936 Nobelovu cenu za medicínu.

Neurotransmitery a jejich působení

Neurotransmitery jsou uloženy v nervových buňkách (neuronech), konkrétně v jejich zakončeních. Aktivními se stávají v okamžiku, kdy jsou z neuronu uvolněny do úzkého prostoru mezi dvěma sousedními buňkami (synaptická štěrbina).

Uvolněný neurotransmiter nesoucí signál se následně váže na specifické receptory na cílových buňkách, čímž vyvolá reakci. Cílovou buňkou může být svalová buňka, jiná nervová buňka nebo dokonce žlázová buňka. Působí buď na jednu, nebo na více cílových buněk současně.

Tímto způsobem je tělo schopno šířit signál do všech částí těla díky rozsáhlé síti neuronů. Neustálé vysílání a přijímání impulsů je klíčové pro optimální fungování lidského těla - od mysli a svalů až po všechny orgány.

Poté, co neurotransmiter předá informaci cílovým buňkám, tělo jej rozloží nebo recykluje.

Kromě excitačních neurotransmiterů, kterým je acetylcholin, existují také inhibiční neboli modulační neurotransmitery. Inhibiční neurotransmitery zabraňují reakci buněk. Modulační neurotransmitery ovlivňují citlivost buněk na působení excitačních a inhibičních neurotransmiterů.

Tabulka: Přehled neurotransmiterů podle jejich struktury

Jak je to tedy konkrétně s acetylcholinem?

Acetylcholin se skládá ze dvou hlavních složek: cholinu a zbytku kyseliny octové (acetylového zbytku). Cholin pochází z exogenních zdrojů, z nichž většinu přijímáme ve stravě. Ve velmi malé míře si tělo dokáže cholin vytvářet také samo v játrech. Acetylová skupina pochází ze sloučeniny acetylkoenzym A.

Cholin je organická esenciální živina vyznačující se mnoha biologickými funkcemi. Jeho potřebu pro náš organismus lze přirovnat například k potřebě vitaminů.

Acetylcholin se tvoří v cholinergních nervových buňkách, konkrétně na koncích výběžků (axonů) těchto buněk, pokud je k dispozici dostatek cholinu a acetylkoenzymu A. Klíčovým enzymem pro jeho syntézu je cholinacetyltransferáza, která váže obě výchozí sloučeniny esterovou vazbou za vzniku nové molekuly acetylcholinu.

Vytvořený acetylcholin je uložen ve vezikulách (váčcích) na koncích axonů nervových buněk, kde čeká na "svůj čas". Ten nastává, když se signál začne šířit nervovou buňkou a dosáhne zakončení axonu.

Signál šířící se neuronem způsobí, že se na nervovém zakončení otevřou specifické kanály, které jsou řízeny napětím. Těmito kanály proudí molekuly acetylcholinu z nervové buňky do prostoru mezi sousedními buňkami. Tento prostor je velmi úzký a nazývá se synaptická štěrbina.

Molekuly acetylcholinu uvolněné do synaptické štěrbiny se následně vážou na specifické receptory umístěné na cílových buňkách.

Synaptická štěrbina je součástí jednotky zvané synapse. Je to místo, kde končí jeden neuron (presynaptická část) a následuje další buňka (postsynaptická část). Presynaptická část obsahuje vezikuly s neurotransmitery a postsynaptická část obsahuje receptory pro uvolněný neurotransmiter.

Acetylcholin se dokáže vázat na dva druhy receptorů. Prvním druhem jsou muskarinové receptory, druhým druhem jsou nikotinové receptory.

Muskarinové receptory se nacházejí například v buňkách hladkého svalstva a srdce, v nervových buňkách centrálního (mozku) i periferního nervového systému nebo v buňkách slinných žláz či slinivky břišní.

Nikotinové receptory se nacházejí například v nervových buňkách, buňkách kosterního svalstva nebo buňkách dřeně nadledvin.

Podle toho, ve kterých tkáních a orgánech se muskarinové a nikotinové receptory nacházejí, můžeme předvídat biologické účinky acetylcholinu.

Vazba acetylcholinu na receptor způsobuje v cílové buňce kaskádu dalších reakcí, které nakonec vnímáme jako účinek nebo odpověď buňky na působení acetylcholinu.

Pokud acetylcholin působí na cílovou buňku, kterou je jiná nervová buňka, signál se šíří touto buňkou. V podstatě opakuje proces uvolňování neurotransmiteru do synaptické štěrbiny.

Pokud acetylcholin působí na cílovou buňku, kterou je buňka kosterního svalu, dochází ke kontrakci svalu a k pohybu.

Pokud acetylcholin působí na cílovou buňku, kterou je například žlázová buňka, dochází k sekreci látek ze žláz.

Vazba acetylcholinu na receptory a vyvolání následné reakce v cílové buňce je rychlý proces. Během krátké doby se acetylcholin z receptoru uvolní a jeho působení ukončí enzym acetylcholinesteráza, který je přítomen v synaptické štěrbině.

Tento enzym rozkládá (hydrolyzuje) acetylcholin zpět na cholin a acetát. Acetylcholinesteráza tak zajišťuje, že v synaptické štěrbině nezůstává žádný přebytečný acetylcholin a že nedochází k nepřetržité aktivaci receptorů cílových buněk.

Cholin vzniklý štěpením acetylcholinu je transportéry přijímán zpět do presynaptického neuronu, a je tak k dispozici pro syntézu dalších molekul acetylcholinu.

Proč je acetylcholin důležitý?

Acetylcholin hraje v lidském organismu důležitou roli. Podílí se na fyziologických procesech různého druhu. Je vždy aktivní v těch částech organismu (buňky, tkáně, orgány, orgánové systémy), kde jsou přítomny cholinergní receptory (tj. muskarinové nebo nikotinové receptory).

Nejčastěji se jedná o mozek, nervový systém, dýchací cesty, trávicí systém, močové cesty, srdce, kosterní svaly a některé žlázy.

Působení acetylcholinu na muskarinové receptory

Jako první je třeba zmínit kardiovaskulární systém. Prostřednictvím muskarinových receptorů způsobuje acetylcholin snížení frekvence a síly stahu srdce. Rovněž rozšiřuje cévy, což je spojeno se snížením krevního tlaku. Rovněž inhibuje vedení vzruchů v srdečním svalu.

V trávicím traktu vyvolává prostřednictvím stimulace bloudivého nervu (nervus vagus) činnost žaludku a střev. Zvyšuje napětí a kontrakci hladkého svalstva, uvolňuje svěrače a podporuje sekreci trávicích šťáv. Má tedy vliv na trávení a průchod přijaté potravy trávicím traktem.

V dýchací soustavě se acetylcholin podílí na hlubokém dýchání a schopnosti přijímat více vzduchu do plic.

V močových cestách způsobuje kontrakci hladkého svalstva močového měchýře, zvýšení tlaku při vyprazdňování a uvolnění svěračů. Řídí tak uvolňování moči.

Ovlivňuje také sekreci exokrinních žláz. Týká se to slinných, slzných a potních žláz, ale také žláz v dýchacím a trávicím systému. Zvyšuje tak produkci slin, slz, mateřského mléka, potu, trávicích šťáv atd.

Ovlivňuje také oční svaly. Reguluje vidění na blízko a rozšíření zornic v reakci na světlo.

U mužů je acetylcholin zodpovědný za erekci.

Působení acetylcholinu na nikotinové receptory

Jednou z nejdůležitějších funkcí acetylcholinu je, že se podílí na kontrakci kosterního svalstva. To znamená, že nám umožňuje pohyb.

V nadledvinách stimuluje uvolňování dalších neurotransmiterů, a to adrenalinu a noradrenalinu. Aktivuje také sympatický nervový systém.

Sympatický nervový systém je součástí autonomního nervového systému. Jeho úkolem je udržovat tělo v pohotovosti, zvyšovat výkonnost, připravit ho na útok nebo útěk.

Oba typy receptorů, tedy muskarinové i nikotinové, se podílejí také na procesech souvisejících s pamětí, jejím vytvářením, vyhledáváním a uchováváním. Dále se acetylcholin podílí na kognitivních funkcích. Přispívá k motivaci, pozornosti, koncentraci, učení, vnímání a dokonce i podpoře REM spánku.

Acetylcholin se v centrální nervové soustavě podílí také na tzv. filtrování nadbytečných nebo irelevantních podnětů přicházejících z vnějšího prostředí. Jedná se o automatický proces, který zabraňuje nadměrné stimulaci určitých částí mozku, a tím zabraňuje jejich přetížení.

Můžeme acetylcholin přijímat také v potravě?

Acetylcholin se tvoří přímo v našem těle, konkrétně v cholinergních nervových buňkách. Základní podmínkou pro tvorbu dostatečného množství acetylcholinu je dostupnost složek, ze kterých se acetylcholin tvoří. Jsou to cholin a acetylkoenzym A.

Zatímco acetylkoenzym A se tvoří v těle, u cholinu jsme do značné míry závislí na jeho příjmu ve stravě.

Určité malé množství cholinu si lidské tělo dokáže vyrobit samo, ale toto množství nestačí k pokrytí dostatečných denních potřeb.

Cholin se nachází v různých potravinách, a to jak v živočišných, tak v rostlinných. Živočišné produkty mají obvykle vyšší obsah cholinu než produkty rostlinné.

Mezi potraviny živočišného původu bohaté na cholin patří živočišná játra, vejce, ryby (zejména losos), kuřecí, vepřové a hovězí maso a mléko.

Mezi potraviny rostlinného původu bohaté na cholin patří pšeničné klíčky, luštěniny (zejména sója, fazole), ořechy (zejména mandle), brokolice, růžičková kapusta, květák, brambory, bílá rýže, celozrnné obiloviny nebo semena.

Dobrým zdrojem cholinu mohou být také volně prodejné léky a doplňky stravy. Jsou dobrým řešením v případech, kdy nejsme schopni získat dostatek cholinu ve stravě nebo pokud je potřeba cholinu v organismu vyšší než obvykle. Důvodem zvýšené potřeby cholinu může být těhotenství, kojení, různé potravinové alergie, vegetariánská nebo veganská strava.

Cholin hraje nezastupitelnou roli během těhotenství a kojení, protože se podílí na životně důležitých procesech nejen u matky, ale zejména u plodu/dítěte. Denní potřeba cholinu je u těhotných a kojících žen vyšší než u ostatních dospělých.

U kojenců do 6 měsíců věku je jediným zdrojem cholinu mateřské mléko nebo jeho náhražky.

Nejdůležitější informace o cholinu, jeho funkci v lidském organismu, doporučeném denním příjmu pro různé věkové skupiny a v neposlední řadě o jeho významu v těhotenství a při kojení najdete v článku Co je cholin a jaké jsou jeho účinky? Přečtěte si o příznacích jeho nedostatku. Zdroje potravin a doplněk stravy?

Jak rozpoznat nerovnováhu acetylcholinu v těle?

Nízká nebo příliš vysoká hladina acetylcholinu se může projevit určitými charakteristickými příznaky, které jsou pozorovatelné navenek jako subjektivní nepohodlí.

Při nedostatku hovoříme o stavu zvaném acetylcholinový deficit.

Ten se projevuje zejména následujícími příznaky:

• suchost v ústech
• omezené pocení
• problémy se zrakem - rozmazané vidění, zvýšená citlivost na světlo
• zarudnutí nebo zánět kůže, zejména v obličeji
• potíže s močením
• zácpa
• neklid při pohybu

Může se také objevit horečka až delirium, což je porucha pozornosti, vnímání, myšlení, paměti a dokonce i vědomí.

Naopak při příliš vysokých hladinách acetylcholinu v těle vzniká cholinergní krize. Nadbytek acetylcholinu může vzniknout v důsledku nesprávného užívání některých léků.

Možná zajímavějším příkladem je, že mnoho nervových jedů nebo insekticidů funguje na principu zvyšování hladiny acetylcholinu.

Typickým příkladem vysoce toxického nervového jedu je sarin. Jedná se o synteticky vyrobenou organofosfátovou sloučeninu vyvinutou v roce 1938 pro použití jako pesticid.

Protože však sarin patří mezi nejtoxičtější a nejrychleji působící nervově paralytické látky, od původního záměru se upustilo. Bohužel naše historie zaznamenává použití sarinu jako chemické zbraně proti lidem, a to nejen ve vojenských konfliktech.

V 80. letech 20. století byl sarin použit jako chemická zbraň v irácko-íránské válce. V Sýrii byl ve válečném konfliktu použit dvakrát, a to v roce 2013 a v roce 2017.

Sarin byl také hlavním prováděcím nástrojem při nábožensky motivovaném teroristickém útoku v tokijském metru v roce 1995. Tento útok je mnoha zdroji označován za první teroristický útok s použitím chemických zbraní v dějinách lidstva.

Účinky sarinu spočívají v blokování aktivity enzymu acetylcholinesterázy, přítomného v synaptické štěrbině mezi buňkami. Tento enzym rozkládá molekuly acetylcholinu na cholin a acetát, čímž ruší jeho aktivitu.

Blokáda štěpícího enzymu má za následek hromadění acetylcholinu, a tedy nepřetržitou aktivaci receptorů. To znamená nepřetržitou stimulaci cílových buněk.

Charakteristickými příznaky hromadění acetylcholinu v těle jsou:

• potíže s dýcháním - hromadění tekutiny v plicích, dušnost, zkrácení dechu
• kašel
• zpomalení srdeční frekvence a snížení krevního tlaku
• tlak na hrudi
• bolest očí, rozmazané vidění a nadměrné slzení
• nadměrné pocení a tvorba slin
• výtok z nosu
• průjem
• častější močení
• svalové křeče a záškuby
• bolest hlavy
• bolesti břicha, nevolnost, zvracení
• zmatenost
• ospalost a celková slabost
• v závažných případech ztráta vědomí, svalová paralýza, kóma, zástava srdce, selhání dýchání a dokonce smrt

Protilátkou (antidotem) proti působení sarinu je látka atropin nebo pralidoxim. V těžkých případech otravy může být nutná také léčba doplňkovým kyslíkem, ventilace nebo odsávání tekutiny z plic.

Vystavení nervově paralytickým látkám, jako je sarin, může i přes léčbu způsobit trvalé neurologické poškození.

Dalšími příklady nervově paralytických látek s podobnými účinky jako sarin jsou jiné organofosfátové sloučeniny používané jako insekticidy, herbicidy nebo pesticidy. Hovoříme například o nervově paralytické látce tabun, dnes již zakázané látce DDT (dichlordifenyltrichlorethan) nebo stále hojně používané kyselině dichlorfenoxyoctové.

Na principu nadměrného zvýšení hladiny acetylcholinu působí také jed pavouka černé vdovy, alfa-latrotoxin. Jed působí v nervových zakončeních a způsobuje přehnané vyplavování acetylcholinu.

Nemoci související s acetylcholinem

Bylo také prokázáno, že acetylcholin souvisí s některými chorobnými procesy probíhajícími v těle, převážně v mozku.

Hovoříme například o Alzheimerově chorobě, demenci, Parkinsonově chorobě, myastenii gravis a několika dalších.

Při Alzheimerově chorobě a demenci jsou u pacientů pozorovány nižší hladiny acetylcholinu v mozku. Příčinou je nedostatek enzymu cholin acetyltrasferázy, který je potřebný pro syntézu nových molekul acetylcholinu. Pacienti s těmito onemocněními mají problémy s kognitivními funkcemi, zejména s pamětí a schopností myslet.

Myasthenia gravis je autoimunitní onemocnění charakterizované především svalovou slabostí. Zahrnuje produkci tělu vlastních protilátek, které obsazují acetylcholinové receptory na cílových buňkách.

Ty brání působení acetylcholinu, a tím přenosu signálu z nervové buňky na cílovou buňku. Kromě oslabení kosterního svalstva může dojít i k poškození dýchacích nebo jiných životně důležitých svalů.

Dalším příbuzným onemocněním je Lambert-Eatonův myastenický syndrom. Jedná se opět o autoimunitní onemocnění. Tělo při tomto onemocnění vytváří protilátky, které napadají nervová zakončení, kde se tvoří acetylcholin.

Výsledkem je nízká syntéza acetylcholinu, která vede ke slabosti zejména kosterního svalstva.

Acetylcholin je také spojován s Parkinsonovou chorobou. Toto onemocnění je častěji spojováno s nerovnováhou jiné látky, dopaminu. Navzdory tomu ale bylo zjištěno, že acetylcholin a jeho nevyrovnané hladiny hrají také roli při jeho vzniku.

Nízká hladina acetylcholinu byla pozorována také u pacientů se schizofrenií. To může souviset s tím, že acetylcholin působí jako filtr nadbytečných podnětů z vnějšího prostředí a zabraňuje tak nadměrné stimulaci mozku. Při jeho nedostatku se mohou objevit příznaky, jako jsou zrakové nebo sluchové halucinace, které jsou pro pacienty se schizofrenií typické.

Souvislost s acetylcholinem se zkoumá také u dalších poruch, jako jsou deprese, bipolární porucha, ADHD (porucha pozornosti s hyperaktivitou) a autistické poruchy. Předpokládá se, že tyto poruchy by mohly částečně souviset také s narušenou hladinou acetylcholinu v těle.

Lze hladiny acetylcholinu ovlivnit léky?

Působení acetylcholinu v těle lze do určité míry ovlivnit. Funguje to na principu regulace jeho hladiny a míry jeho působení. Lze to provést pomocí látek přírodního původu nebo syntetických léčiv vyrobených v laboratorních podmínkách.

Kromě toho je také možné zasahovat do signálních drah acetylcholinu prostřednictvím určitých látek.

Acetylcholin působí na cílové buňky vazbou na specifické receptory. Těmito receptory jsou muskarinové nebo nikotinové receptory.

Svůj název získaly podle schopnosti aktivovat se v přítomnosti látek nikotin a muskarin. Nikotin je součástí tabákového kouře. Muskarin je toxická látka přirozeně se vyskytující v některých druzích jedovatých hub (např. muchomůrka červená).

To znamená, že nikotin má podobné účinky na nikotinové receptory jako acetylcholin. Podobně působí muskarin na muskarinové receptory. Spouštějí tedy stejné signální dráhy.

Látky nebo léčiva, která mají schopnost ovlivňovat působení acetylcholinu v organismu, se dělí do dvou skupin.

1. První skupinou jsou látky/léky, které zesilují účinek acetylcholinu. Nazývají se cholinergní látky.

Patří mezi ně léky, které blokují aktivitu štěpícího enzymu acetylcholinesterázy. Podle toho také dostaly název inhibitory acetylcholinesterázy.

Výsledkem jejich působení je snížená degradace acetylcholinu a zvýšení jeho hladiny = prodloužená stimulace cílových buněk. Tyto léky se používají především při léčbě Alzheimerovy choroby nebo demence ke zlepšení kognitivních funkcí. Používají se také při onecmonění myasthenia gravis.

Příkladem inhibitorů acetylcholinesterázy jsou léky donepezil, rivastigmin a galantamin.

Nežádoucí účinky těchto léků jsou stejné jako ty, které byly zmíněny u projevů nadbytku acetylcholinu. Jedná se zejména o nadměrné slinění, pocení a tvorbu slz, zpomalení srdečního tepu nebo obtíže při mělkém dýchání.

2. Druhou skupinou jsou látky/léky, které naopak inhibují účinky acetylcholinu. Nazývají se anticholinergika.

Působí tak, že snižují počet molekul acetylcholinu, a tím i jeho účinky. Tyto léky se používají například u Parkinsonovy choroby, respiračních onemocnění, močové inkontinence, kardiovaskulárních onemocnění a některých psychiatrických onemocnění.

Příklady anticholinergních léčiv jsou:

• atropin (používá se jako antidotum při intoxikaci nervovými jedy nebo jako premedikace před celkovou anestezií)
• skopolamin (používá se k léčbě křečí v trávicím a urogenitálním traktu)
• difenhydramin (používá se k léčbě potíží se spánkem)
• solifenacin, darifenacin, tolterodin, trospium (používané k léčbě močové inkontinence)
• ipratropium, thiotropium (používané jako bronchodilatancia).

Nejčastějšími nežádoucími účinky těchto látek jsou snížená tvorba slin, potu nebo slz, zácpa, retence moči a rozmazané vidění.

Mezi anticholinergní látky patří botulotoxin, který se v současné době používá zejména v estetické medicíně k prevenci vrásek, prevenci pocení, léčbě migrény nebo hyperaktivního močového měchýře.

Botulotoxin zabraňuje uvolňování acetylcholinu z nervových zakončení. Tím snižuje jeho účinek na receptory cílových buněk.

V neposlední řadě můžeme zmínit i běžné složky naší každodenní stravy, které mohou ovlivňovat hladinu a aktivitu acetylcholinu. Například čaje a káva mohou díky obsahu kofeinu zvyšovat cholinergní aktivitu.

Zvýšení hladiny acetylcholinu bylo pozorováno také při konzumaci produktů obsahujících ginkgo biloba, bacopa monnieri, ženšen nebo huperzin (extrakt z rostliny Huperzia serrata).

Acetylcholin je jedním z klíčových neurotransmiterů. Zprostředkovává především komunikaci a vedení signálů z nervových buněk do ostatních částí lidského těla. Hraje roli doslova při každém našem pohybu a každém nadechnutí.