Acetilkolin, a betegség tünetei
Nincs egyetlen neuron, önmagára hagyva. Általában kapcsolatba kerül egy másik neuronnal. Ez úgy történik, hogy egy neuron (az axon vége felől érkező ágak) tengelyét egymásba feszítik egymással, a másik dendritjeivel. Az egyik neuron folyamatok egyikében sem egyesülnek a másik folyamataival. Mindenesetre a kontaktáló neuronok folyamatai között van egy mikroszkopikus, de egyértelműen meghatározható rés. Ezt a szakadékot szinapszának (szinapszusnak) nevezik (a görög "szinapszis" alatt a "kapcsolat", bár ez a szó ebben az esetben valami olyasmit jelent, ami valóban nem létezik).
Itt merül fel az első probléma. Az ideges impulzus valójában áthalad az egyik neuronról a másikra, milyen módon képes leküzdeni a szinaptikus hasítást? Az első gondolat - az impulzus ugrik az idegsejtek között, mivel egy szikra egy szigetelő levegő környezetben ugrik, és az áramot hordozó felületeket elegendő elektromos potenciállal választja el. De az elektromos potenciálok, amelyek az idegimpulzus terjedését okozzák (kivéve az elektromos sugárzásokat, amelyeket már említettünk), nem elég erősek ahhoz, hogy egy áramot szigetelési résen keresztül vezessenek be. Meg kell keresnünk egy másik megoldást, és ha a villamos energia nem segít nekünk, akkor a kémia segítségével kell fordulnunk.
Az evolúció folyamata során a természete korai stádiumában kifejlesztett egy módszert az idegrost szimulációjára oly módon, hogy az ecetsavval és a kolinnal szintetizált anyagot az összes sejtben jelenlévő anyagnak tették ki. Ennek eredményeképpen acetil-kolint képzünk. Ez az acetilkolin megváltoztatja a nátrium-szivattyú működését oly módon, hogy depolarizáció következik be, és megjelenik egy idegimpulzus.
Nagyon könnyű elképzelni, hogy az acetilkolin borítja a membránt és megváltoztatja annak tulajdonságait. Sokan festik ezt a képet a hormonok sejtre gyakorolt hatásának szemléltetésére általában, ezért az acetilkolint néha neurohormonnak tekintik, amely az idegrostra hat. Az ilyen összehasonlítás azonban béna. Az acetilkolin nem választódik ki a véráramba, és nem szállít vérrel, mint minden olyan hormon esetében, amit a könyv első részében leírtam. Ezzel szemben az acetilkolin közvetlenül az idegsejt membránjára szekretálódik, és közvetlenül a helyszínen hat. Ez a különbség arra késztette néhány kutatót, hogy az acetilkolin neurohumorként beszéljen (humor a régi időkben biológiai folyadéknak nevezték).
Az idegvégződések által alkotott acetilkolin nem maradhat hosszú ideig az idegsejt közelében, mivel jelenléte nem javul. Szerencsére az idegek tartalmazzák az enzim kolinészteráz enzimet, amely ismét acetilkolint oszt át ecetsavra és kolinra. Amint ez a hasítás megtörténik, a sejtmembrán tulajdonságai azonnal megváltoznak, és újra polarizáció kezdődik. A képződését és az acetilkolin lebomlását fordulnak elő meglepően nagy sebességgel, és a sebesség ezeknek a kémiai változások nem rosszabb, mint a képződési sebességének és a vezető rostok idegi impulzusok, azaz ciklus váltakozása a depolarizációs sebességet és repolarizáció.
Az a bizonyíték, hogy az acetilkolin / kolinészteráz-pár mindig jelen van az idegimpulzus vezetésekor, nem egyszerű, de elég meggyőzőnek tűnik. Minden idegsejt tartalmaz olyan enzimeket, amelyek katalizálja mind az acetilkolin képződését, mind a hasítását. Azt akarom mondani, hogy ez az anyag megtalálható minden többsejtű szervezetben, kivéve a legegyszerűbbeket - szivacsok és medúzák. Különösen az elektromos angolna elektromos szerveiben sok kolinészteráz van, és az angolna által előállított potenciálok közvetlenül arányosak a kolinészteráz elektromos szervek tartalmával. Továbbá minden olyan anyag, amely blokkolja a kolinészteráz hatását, blokkolja az idegimpulzusok kialakulását.
Van egy fogalmi idegimpulzus, mint koordinált kémiai és elektromos hatások, amelyek együttesen manifesztálódnak az idegrostok axonjában. Ez több, mint produktív feltételezik, hogy a momentum transzfer okozza csak elektromos jelenségek, mert jön együtt a lendület a szinapszis a szakadék, mi nem érezzük, tehetetlen, mert egy elektromos impulzust nem tudja leküzdeni azt; Egy vegyi anyag könnyen megoldja ezt a problémát. Az acetil-kolin szabadul fel axon végződések ideg és hat vagy dendrit másik idegsejt teste, szinapszis kereszteződés van, és a következő új neuron ingerület. Az elektromos hullám átmegy a következő neuronon a szinapszisra, ahol a kémiai hatás újra belép a játékba, és így tovább. (Pulse áthalad a axonjának dendritek, de nem az ellenkező irányban. Ez a körülmény teszi magatartás idegi impulzusok csak az egyik irányban, de az idegrost képes tartani minden irányban.)
Az neuron egy axonja nemcsak egy másik neuronhoz kapcsolódhat, hanem egy olyan szervhez is, amelyhez impulzust ad. Általában egy ilyen szerv egy izom. Az axon vége szorosan csatlakozik a sarcolemmához, vagyis az izomszálat lefedő membránhoz. Ott, az izom közvetlen közelében, az axon ágai. Ebben az esetben minden ág különálló izomrostra irányul. Emlékeznünk kell arra, hogy az axonvégződések nem egyesülnek az izomrostokkal. A kapcsolatuk helyén mikroszkopikus, de meglehetősen észrevehető rés van. Az ideg és az izom szinapszisszerű kapcsolatát neuromuszkuláris csomópontnak (vagy myoneuralis kapcsolatnak) nevezik.
Érdekes vegyi és elektromos jelenségek játszódnak le a neuromuszkuláris csomópontban. Az elektromos potenciál mozgása megszűnik, de a kémiai acetilkolin könnyedén leküzdeni az akadályt. Az acetilkolin kiválasztása megváltoztatja az izomrost membrán tulajdonságait, a nátriumionok bejutását az izomsejtbe, és depolarizációs hullámot indít, szinte ugyanúgy, mint az idegsejtekben. Az izomrostok, amelyek az izgalom hullámát kapták, válaszul csökkentek. Minden izomrost, amelyhez az egyik ideg ágai illeszkednek, egyidejűleg egy egészként szerződik. Ezt a szálak csoportját motoregységnek hívják.
Minden olyan anyag, amely elnyomja a kolinészteráz enzimet, és megszakítja az acetilkolin szintézisének és hasadásának ciklusát, nem csak az idegimpulzus kioltását, hanem az izom stimulálását és összehúzódását is elnyomja. Ez a szuppresszió a végtagok és a mellkas, valamint a szívizom önkéntelen izomzatának bénulásához vezet. Így a halál nagyon gyorsan megy, 2-10 perc alatt.
A 40-es évek a német kémikusok, kutatása inszekticidek, szintetizált néhány vegyület, amelyek hatásos inhibitorai kolinészteráz. Ezek az anyagok valóban halálosak. Folyékony formában áthatolnak a bőrön, és gyorsan elérik az ereket. Ezek az anyagok sokkal halálosabbnak bizonyultak, mint az első világháborúban használt mérgező anyagok. Németország nem használ vegyi harcanyagok alatt a második világháború, de feltételezhető, hogy a neve alatt „idegi gázok” lehet alkalmazni őket, hogy a harmadik világháború, kivéve persze, hogy valaki meg fogja ölni, miután az első és a megtorló nukleáris csapás.
A természet nem is üldögélt, és ezen kapcsolatok megteremtésén dolgozik. Vannak olyan alkaloidok, amelyek kiváló kolinészteráz inhibitorok lehetnek kevésbé kiváló gyilkosok. Ez a kérdés a csecsemő-méreg, amelyet a dél-amerikai indiánok zsíroztak a nyilak hegyeivel. (Amikor a hír ez a méreg bekerült a civilizált világ, mindenki beszélt a titokzatos, lelhető fel a dél-amerikai méreg. A hullám pánik ösztönözte a képzelet írók, az írás egy csomó rejtélyes regényt ebben a témában.) Egy másik példa a természetes kolinészteráz inhibitor szolgálhat a mérgek bizonyos toadstools, beleértve aki nagyon helyesen a "halál angyala" volt.
Mindazonáltal még az idegi gázok is hasznosak lehetnek. Néha előfordul, hogy egy ember neuromuszkuláris csomópontjai alig tudják átadni az idegekre érkező impulzusokat. Ezt a betegséget súlyos myasthenia gravisnak (azaz súlyos izomgyengeségnek) nevezik. A betegség az izomzat, különösen az arcizomzat növekvő gyengesége miatt nyilvánul meg. A betegség legvalószínűbb oka vagy az acetilkolin elégtelen kialakulása, vagy a kolinészteráz gyors roncsolódása. A kolinészteráz-inhibitorok terápiás hatása az acetilkolin megőrzése és legalább a betegek állapotának átmeneti javítása.
Bár izomrost lehet stimulálni közvetlenül és arra késztetik őket, hogy csökken, - például egy közvetlen akció az elektromos áram, - a normál izom stimuláljuk csak küldött impulzust idegszálak. Emiatt, amely nem rontja a idegrostok, amelyek vagy eredményeként sérülés vagy eredményeként olyan betegségek, mint a poliomyelitis, kialakulásához vezet a bénulás. A trauma vagy betegség következtében deformált állapotban az axon regenerálódhat, feltéve, hogy neurilemma érintetlen marad. Ha neurilemma halt meg, vagy ha az axon nem neurilemma (és ez vonatkozik a sok axonok), a regeneráció nem fordul elő. Ráadásul, ha az idegsejtek teste megsemmisül, akkor a helyreállítása nem következik be. (Azonban még nincs minden veszve. 1963-ban mutatták be először a sikeres transzplantáció ideg egyik emberről a másikra. Lehet jönni az idő, amikor megállapításra kerül, a „bankok idegek”, és képesek leszünk kezelni bénulás okozta a halálát idegsejtek.)
Egyetlen idegrostban nem észlelhető impulzusok gradázása. Ez azt jelenti, hogy a gyenge inger nem okoz gyenge impulzust, és az erősebb inger erősebb impulzust eredményez. Az neuron úgy van megtervezve, hogy az "egész vagy semmi" törvény szerinti ingerekre válaszoljon. Az inger, amely túl gyenge ahhoz, hogy impulzust idézzen elő, "subthreshold" -nek nevezik. Valóban lehetséges, hogy regisztráljon egy kis amplitúdójú, membránpotenciálokon okozó gyenge transzmembrán áramok, de ezek az áramok gyorsan halványuló, nem alkotnak ingerület. (Ha azonban mielőtt az első alkalom, hogy elhalványul a gyenge inger, akkor fog működni, a második gyenge idegsejt, küszöbérték alatti stimulálás hatásukat összegezte, és a pulzus is előfordulhat.)
Úgy tűnik, hogy a kis áramok nem tarthatnak sokáig az idegben - membránjának ellenállása túl nagy. Másrészt, elegendően erős ösztönzést iniciálására képes impulzus ( „küszöb stimulus”) vezet az elektromos és kémiai hatások nem szűnik, kinyerjük a teljes hossza a idegrost. (Miért van az potenciál amplitúdója a hullám, amikor az áthalad mentén idegek depolarizáció nem fakul, nem ismert, de úgy gondoljuk, hogy ebben fontos szerepet játszanak csomópontok Ranvier.) Küszöb a maximális ösztönző ideg választ. Az erősebb inger nem eredményez erősebb választ. Ez feltételezi a fent említett "minden vagy semmi" törvényt: az idegrost vagy egy maximális impulzust hajt végre, vagy egyáltalán nem hajt végre impulzust.
A "minden vagy semmi" törvény kiterjed az idegt stimuláló szervekre. Az izomrost, amelyik az idegrostból nyert ingereket kapott, az állandó erő csökkentésével reagál rá. Úgy tűnik, hogy ez ellentmond a mindennapi tapasztalatnak. Valóban, ha a idegrost mindig folytatja ugyanazt a pulzust (ha nem vezet), és ha az izomrostok mindig csökken állandó erővel (ha nem csökken), milyen módon sikerül az akarat, hogy szabályozza a kontrakciós erő a bicepsz származó finom rángatózás, hogy töltsenek ki egy nagy teljesítményű csökkentés?
A válasz abban rejlik, hogy az idegek és az izmok időben és térben nem tekinthetők elszigeteltnek. A szerv nem feltétlenül egy idegrost által innervált, ezek a rostok több tucatnyi lehetnek. Minden idegrost saját küszöbértékkel rendelkezik, függően például az átmérőjétől. Minél vastagabb a szál, annál kisebb a stimulációs küszöb. Gyenge inger elegendő lehet az izgalomhoz. Ennek következtében a gyenge inger elindíthatja a potenciált néhány rostban, és nem kezdeményezheti másokban. (Minimális nevezzük gyenge inger, amely képes beindítani a gerjesztési csak egy idegrost.) A izomrángások alig, ha az egyik motor egység csökkenése hatása alatt a minimális inger. Az inger erősítésével egyre több szál kerül kiürítésre, egyre több motoregység csökken. Amikor az inger olyan erős lesz, hogy az összes idegi rostok gerjesztését okozza (a maximális inger), akkor az izom teljesen csökken. Nincs erősebb inger erősebb reakciót eredményezhet.
A válasz ereje az idő tényezőitől is függ. Ha az idegszálak impulzust adnak a motoregységnek, akkor visszaverődik, majd ellazul. Ez a relaxáció egy ideig tart. Ha a második impulzus az izomba kerül a relaxációs folyamat vége előtt, akkor az izom ismét megegyezik, de magasabb kiindulópontból, így a csökkenés erősebb lesz. A harmadik impulzus növeli a még nagyobb erő csökkentését és így tovább. Minél gyorsabban követik az impulzusokat, annál erősebb lesz az izom összehúzódása. Az idegrostok által egy másodpercen belül elvégezhető impulzusok száma nagyon nagy, és függ a refrakter időtartamától. A vékony idegrostok tűzálló periódusa kb. 1/250 másodperc, vagyis egy ilyen rost másodpercenként kétszázötven impulzust tartalmaz. A vastag, mielinizált rostok ugyanabban az időben 10-szer több impulzust képesek végezni.
A valós életben az izom általában az ideg idegrostjainak egy része által stimulálódik, és minden egyes szál egy bizonyos frekvencián kiürül. E két változó kölcsönhatásának eredményeként finomhangolhatja az izom összehúzódásának erejét anélkül, hogy a törvényt "mindent vagy semmit" megszakítaná.