Acetilholin je nevrotransmiter, snov, ki jo telo proizvaja za prenos živčnih impulzov na več točk v osrednjem in perifernem živčnem sistemu. Nevroni, ki izločajo acetilholin, se imenujejo holinergiki; za njegove receptorje, ki se odlikujejo v nikotinskih in muskarinskih receptorjih. Različna koncentracija in kemijska konformacija teh receptorjev in sorodnih izooblik v tkivih pomeni, da različna zdravila, ki vplivajo na delovanje acetilholina, lahko povzročijo učinke, ki so pretežno omejeni na en sektor in ne na drugega. Kljub tej strukturni raznolikosti se acetilholin lahko veže na oba receptorja, ker se del molekule, ki sodeluje z muskarinskimi receptorji, razlikuje od nikotinskih receptorjev. To je eden od razlogov, zakaj se acetilholin ne uporablja neposredno v terapevtske namene: ker deluje na vse holinergične receptorje telesa (tako muskarinske kot nikotinske), je njegovo delovanje preveč razširjeno in ne zelo specifično.
Acetilholin je bil prvi nevrotransmiter, ki je bil odkrit, zahvaljujoč raziskavam Otta Loewija, ki je bil kronan leta 1924. S kemičnega stališča se acetilholin tvori z združitvijo molekule holina z enim od acetil-koencima A (acetil). -CoA); prva je majhna molekula, koncentrirana v fosfolipidnih membranah, medtem ko Acetil-CoA predstavlja presnovni vmesni del med glikolizo in Krebsovim ciklom. Sinteza acetilholina iz teh dveh snovi poteka vzdolž aksonskega terminala; takoj po sintetizaciji se nato shrani v mehurčke, ki se vežejo na presinaptično membrano, ko pride živčni impulz, ki združuje in sprošča njeno vsebino z eksocitozo. Na tej točki se sprosti acetilholin v sinaptični razcepu, da doseže postsinaptične receptorje in interakcijo z njimi, depolarizira celico in ustvari nastanek akcijskega potenciala v stimuliranih živčnih vlaknih ali mišičnih vlaknih; takoj po tej interakciji se večina acetilholina takoj razgradi z acetilholinesterazo (ACHE). Je encim, ki se nahaja blizu holinergičnih receptorjev, kjer deluje tako, da razdeli vez med acetatom in holinom; slednja snov se reapsorptizira v presinaptičnem terminalu in se uporablja za sintezo novega acetilholina (zahvaljujoč encimu holin-acetiltransferaze). Delovanje tega encima je zelo pomembno, saj omogoča prekinitev prenosa živčnega impulza.
Acetilholin je oddajnik vseh živcev, ki nadzorujejo prostovoljno mišičje (glej živčno-mišični plak); Kljub temu, da na tej ravni povzroča vzbujevalni učinek, v parasimpatičnem sistemu izvaja predvsem inhibitorno delovanje (večina simpatičnih nevronov izloča epinefrin, medtem ko večina parasimpatičnih nevronov izloča acetilholin). Ta molekula povzroča upočasnitev srčnega utripa, medtem ko stimulira izločanje bronhialnih, pljučnih, želodčnih in trebušnih žlez, povečuje črevesno peristaltiko in na splošno vse prebavne funkcije. Kot na ravni motivnih ploščic skeletnih mišic in postganglionskih zaključkov parasimpatičnega živčnega sistema lahko najdemo acetilholin na ravni sinaps med pre-ganglioničnimi vlakni in postganglionskimi nevroni simpatičnega in parasimpatičnega živčnega sistema in nadledvične žleze, kot tudi v nekaterih sinapsah centralnega živčnega sistema.
Dejavnosti muskarina ustrezajo tistim, ki jih inducira acetilholin, ki ga sproščajo postganglijski parasimpatični živčni končiči, z dvema pomembnima izjema:
Acetilholin povzroča generalizirano vazodilatacijo, čeprav večina žil ni inervirana s parasimpatičnim sistemom.
Acetilholin povzroča izločanje znojnih žlez, ki jih prenašajo holinergična vlakna simpatičnega živčnega sistema.
Nikotinske aktivnosti ustrezajo tistim iz acetilholina, ki se sproščajo na ravni ganglionskih sinaps simpatičnih in parasimpatičnih sistemov, nevromuskularnega plaka prostovoljnih mišic in živčnih končičev splanhničnih živcev, ki obkrožajo sekrecijske celice nadledvične medule.
Kot je bilo pričakovano, lahko učinke, podobne tistim za acetilholin, proizvajajo snovi, ki lahko stimulirajo holinergične receptorje (parasimpatomimetiki) ali blokirajo delovanje acetilholinesteraze (antiholinesteraze). Vzporedno lahko učinke acetilholina blokirajo snovi, ki se lahko vežejo na holinergične receptorje, zaradi česar niso na voljo za pobiranje signala, ki ga prenaša acetilholin (antiholinergiki). Poglejmo nekaj primerov.
Kurare povzroči smrt z mišično paralizo, ki blokira delovanje acetilholina na mišične membrane (kjer najdemo nikotinske receptorje); fizostigmin pa podaljša delovanje acetilholina z blokiranjem holinesteraze, medtem ko strup črne vdove spodbuja presežno sproščanje. Živčni plini prav tako blokirajo ta encim, kar povzroči, da acetilholin ostane pritrjen na svoje receptorje; Smrtonosni učinek teh plinov je koristen za raziskovanje učinkov interakcije med acetilholinom in njegovimi muskarinskimi receptorji: kašelj, stiskanje v prsih, bronhialna hipersekrecija na pljučni edem, slabost, bruhanje, driska, povečana salivacija, mioza in mioza. težave z vidom, zmanjšanje srčnega utripa do zaprtja in urinska inkontinenca. Po drugi strani pa se zaradi akumulacije acetilholina v nikotinskih receptorjih pojavijo simptomi, kot so bledica kože, tahikardija, arterijska hipertenzija, hiperglikemija in spremembe, ki vplivajo na mišično-skeletni sistem, zlasti astenija in izčrpanost mišic, tremorji in krči. Za kopičenje acetilholina se lahko paralizira skeletna muskulatura in lahko se pojavi paraliza mišične kontrakcije. Končno, učinki na centralni živčni sistem vključujejo tonično-klonične kontrakcije epileptiformnega tipa, vse do depresije dihalnih centrov in do smrti. To se običajno zgodi zaradi asfiksije zaradi paralize diafragme in medrebrnih mišic. Botox, strupeni toksin, ki se uporablja v infinitezimalnih koncentracijah v estetski medicini, je povezan tudi z acetilholinom; pravzaprav s svojim delovanjem preprečuje njegovo sproščanje iz mehurčkov. Na ta način Botox povzroči flacidno paralizo mišic in postane smrtonosna, ko močno vključuje dihalne; v tem smislu nasprotuje delovanju tetanusa, za katerega je značilna spastična paraliza, ki je neodvisna od acetilholina. Pilokarpin, zdravilo, ki se v glavnem uporablja v oftalmologiji za zoženje zenice in spodbujanje solzenja očesa (uporabno pri zdravljenju glavkoma), je muskarinski agonist; dejansko se veže na muskarinske receptorje acetilholina. V tem smislu pilokarpin preprečuje delovanje atropina, ki je namesto muskarinskega antagonista in kot tak zavira aktivnost parasimpatetičnega (parasimpatolitičnega). Atropin blokira muskarinske receptorje, medtem ko kurare blokira nikotinske receptorje.
