Aksolemma: aksona membrāna un nervu impulss

Membrānas lipīdu daļa ir barjera: caur to joni paši neizkļūst. Visu darbu veic tajā iestiprinātās olbaltumvielas, un tieši to attiecība nosaka, vai šķiedra vadīs impulsu ātri vai lēni.

Šīs olbaltumvielas nav izklaidus izkaisītas. Enkurolbaltumvielu tīkls tās notur precīzās vietās, un tieši šī sakārtotība padara nervu šķiedru par tik ātru vadītāju. Ja enkurošana izjūk, kanāli izklīst pa membrānu, un šķiedra vada impulsu sliktāk pat tad, ja pati membrāna nav bojāta.

• Sprieguma vadītie nātrija kanāli: atveras, kad membrāna depolarizējas, un ielaiž nātriju iekšā.
• Sprieguma vadītie kālija kanāli: atveras nedaudz vēlāk un atjauno sākotnējo lādiņu.
• Nātrija un kālija sūknis: ar enerģijas patēriņu uztur jonu koncentrāciju starpību.
• Noplūdes kanāli: uztur miera potenciālu.
• Enkurolbaltumvielas, kas kanālus notur tieši vajadzīgajā vietā un neļauj tiem izklīst pa membrānu.
• Saķeres olbaltumvielas, kas pie membrānas piestiprina mielīnu veidojošo šūnu malas.

Miera stāvoklī aksona iekšpuse ir negatīvāka par ārpusi. Šo starpību uztur nātrija un kālija sūknis kopā ar kālija noplūdes kanāliem. Kad membrānu kaut kas depolarizē līdz noteiktai robežai, sākas pašpastiprinoša reakcija.

1. Membrāna depolarizējas līdz slieksnim, un atveras pirmie nātrija kanāli.
2. Nātrijs ieplūst iekšā, membrāna depolarizējas vēl vairāk, atveras vēl vairāk kanālu.
3. Nātrija kanāli paši sevi inaktivē, un pieaugums apstājas.
4. Atveras kālija kanāli, kālijs izplūst ārā, un membrāna atgriežas pie negatīva lādiņa.
5. Īsu brīdi šķiedra nespēj reaģēt atkārtoti, un šis refraktārais periods nodrošina, ka impulss iet tikai vienā virzienā.

Mielinizētā šķiedrā aksolemma lielākajā daļā sava garuma ir noslēgta ar daudzkārtīgu mielīna tinumu. Ik pa posmam mielīns pārtrūkst, un tur aksolemma ir atsegta. Šīs vietas sauc par Ranvjē pārtvērumiem (nodi neurofibrae).

Tieši tajās sakoncentrēts gandrīz viss nātrija kanālu daudzums. Rezultātā darbības potenciāls neatjaunojas nepārtraukti visā membrānas garumā, bet gan pārlec no viena pārtvēruma uz nākamo. To sauc par lēcienveida vadīšanu.

Ieguvums ir divkāršs. Pirmkārt, ātrums: mielinizēta šķiedra vada impulsu daudzkārt ātrāk nekā tikpat resna nemielinizēta. Otrkārt, ekonomija: jonu apmaiņa notiek tikai pārtvērumos, tāpēc sūknim pēc tam jāatjauno daudz mazāk.

• Pārtvērumā: ļoti blīvs sprieguma vadīto nātrija kanālu izkārtojums.
• Blakus pārtvērumam: saķeres zona, kur mielīns cieši piekļaujas aksolemmai un noslēdz spraugu.
• Zem mielīna tuvu pārtvērumam: kālija kanālu koncentrācija, kas stabilizē signālu.
• Starp pārtvērumiem: aksolemma ar zemu kanālu blīvumu, elektriski izolēta.

Šis, iespējams, ir biežākais jautājums eksāmenos un arī biežākā kļūda populārajos rakstos. Četri jēdzieni skan līdzīgi un atrodas blakus, bet nozīmē pilnīgi dažādas lietas.

Mielinizācija nav pabeigta piedzimstot. Tā sākas vēl pirms dzimšanas un turpinās visā bērnībā, un smadzeņu priekšējo daivu savienojumos tā turpinās vēl pusaudža gados un jaunībā. Tieši ar to daļēji skaidro, kāpēc lēmumu pieņemšanas ātrums un impulsu kontrole ar vecumu uzlabojas.

Kopā ar mielinizāciju nobriest arī pārtvērumu uzbūve: kanāli pārkārtojas no izklaidus izkārtojuma uz koncentrētu. Pirms tam nervu vadīšanas ātrums ir mazāks, un tas ir normāli novērojams zīdaiņu neirofizioloģiskajos izmeklējumos.

Novecojot mielīna slānis daļā šķiedru kļūst plānāks, pārtvērumu attālumi mainās, un nervu vadīšanas ātrums pakāpeniski nedaudz samazinās. Tā ir normāla novecošanās pazīme, ko jānošķir no slimības.

Interesanti, ka nervu vadīšanas ātrumu nosaka ne tikai mielīna esamība, bet arī šķiedras diametrs. Resnākas šķiedras vada ātrāk, un tieši tāpēc dažādas jušanas modalitātes sasniedz smadzenes dažādos brīžos. Ar to skaidro pazīstamo parādību, ka pēc sasišanās vispirms tiek sajusts pieskāriens un tikai pēc tam sāpes.

Slimības, kas skar šo sistēmu, mēdz iedalīt divās lielās grupās, un šis dalījums nosaka gan prognozi, gan ārstēšanu.

• Demielinizējošas slimības: cieš mielīns, aksons sākotnēji saglabājas. Šeit pieder multiplā skleroze centrālajā nervu sistēmā un Gijēna un Barē sindroms perifērajā.
• Aksonālas slimības: cieš pats aksons ar savu membrānu, piemēram, daudzos polineiropātiju gadījumos, tostarp cukura diabēta izraisītajos.
• Iedzimtas slimības, kas skar mielīna vai membrānas olbaltumvielas, piemēram, Šarko, Marī un Tūta slimības grupa.
• Kanālu slimības, kurās ģenētiski izmainīts jonu kanāls rada pārmērīgu vai nepietiekamu uzbudināmību.
• Autoimūni procesi, kas vērsti tieši pret pārtvēruma saķeres olbaltumvielām.

Galvenā metode, ar ko izmeklē nervu vadīšanu, ir elektroneiromiogrāfija. Tā mēra divas lietas: cik ātri signāls iet pa nervu un cik liela ir atbildes amplitūda. Šo divu rādītāju attiecība ļauj atšķirt, vai bojāts mielīns vai pats aksons.

Ja ievērojami krities vadīšanas ātrums, bet amplitūda saglabāta, tas liecina par demielinizāciju. Ja ātrums ir tuvu normai, bet amplitūda ir zema, tas norāda uz aksonālu bojājumu. Šis vienkāršais princips ir viens no praktiskākajiem, ko dod aksolemmas darbības izpratne.

Tikpat praktiska ir farmakoloģija. Vietējie anestēzijas līdzekļi darbojas, aizsprostojot sprieguma vadītos nātrija kanālus aksolemmā: signāls vairs nevar izveidoties, un sāpju impulss nesasniedz smadzenes. Uz līdzīga principa balstās arī vairāku pretepilepsijas zāļu darbība.

• Elektroneiromiogrāfija: vadīšanas ātrums un atbildes amplitūda.
• Magnētiskā rezonanse: demielinizācijas perēkļi centrālajā nervu sistēmā.
• Muguras smadzeņu šķidruma izmeklēšana: iekaisuma un imūno procesu pazīmes.
• Asins analīzes: cukura, vitamīnu, vairogdziedzera un autoantivielu novērtēšana.
• Nerva biopsija: retos, neskaidros gadījumos.

Ilgu laiku mielīnu uzskatīja par vienkāršu izolāciju, līdzīgu plastmasas apvalkam ap vadu. Mūsdienu izpratne ir citāda: mielīnu veidojošā šūna un aksolemma pastāvīgi sarunājas. Tieši saskare ar mielinizējošo šūnu liek nātrija kanāliem sakoncentrēties pārtvērumos, un bez šī signāla pārtvērumi neizveidojas pareizi.

No tā izriet svarīgas klīniskas sekas. Demielinizējoša slimība nekaitē tikai izolācijai: zaudējot saskari ar mielīnu, izjūk arī pašas membrānas kanālu izkārtojums, un ar laiku cieš pats aksons. Tāpēc arī slimībās, kas sākas kā tīri demielinizējošas, ilgtermiņā parādās neatgriezeniski aksonāli zudumi.

Atsevišķa un salīdzinoši jauna nodaļa ir slimības, kurās antivielas vēršas tieši pret pārtvēruma saķeres olbaltumvielām. Tās izskatās pēc parastas demielinizējošas neiropātijas, bet uz standarta ārstēšanu atbild sliktāk, un tām ir cita terapijas taktika. Šis ir labs piemērs tam, kā izpratne par membrānas molekulāro uzbūvi tieši maina ārstēšanas izvēli.