Aj keď je neurón v kľude, na jeho vonkajšej membráne sa dômyselným spôsobom udržuje drobné, ale stabilné elektrické napätie. Tento kľud môže rozvíriť nervový vzruch, informácia putujúca pozdĺž nervu v podobe masívnych presunov sodíkov a draslíkov cez túto membránu, o ktorých sme hovorili minule. Dnes naposledy o neurónoch, presnejšie o tom, ako rafinovane biochemicky tieto bunky spolupracujú, aby si informáciu odovzdali.
Miesto, spoj, kde sa koniec jedného neurónu (axón) stretáva so začiatkom iného (dendrity) sa nazýva synapsia. Neuróny sa v synapsii fyzicky nedotýkajú, existuje medzi nimi štrbina uzučká iba niekoľko nanometrov. Elektrický signál z prvého neurónu teda nemôže „preskočiť“ hladko na ten druhý, informácia sa musí preniesť chemicky pomocou špeciálnych látok zvaných neurotransmitery.
Predstavme si teda, že vzruch doputuje na samý koniec neurónu, kde sú pred synaptickou štrbinou umiestnené v membráne špeciálne bielkoviny nazývané „napätím riadené vápnikové kanály“. Ich úloha je, na rozdiel od názvu, pomerne jednoduchá: keď k tebe dorazí signál, otvor sa a vpusti do neurónu vápnik. Keď sa to stane, ióny vápnika Ca2+ (ktorých koncentrácia je mimo neurónu omnoho vyššia ako vnútri pozn.1 ) veľmi ochotne vbehnú v húfoch cez tieto kanáliky dnu. Zvýšenie koncentrácie vápnika v bunke má za následok, že sa vezikuly (malinké váčky) zlúčia s membránou bunky a tým vypustia svoj obsah – neurotransmiter - do synaptickej štrbiny. Názvy niektorých neurotransmiterov isto poznáte – napríklad Serotonín , či Dopamín . Nesmierne dôležitý je ale aj Acetylcholín. Poruchy jeho tvorby vedú k rozpadu osobnosti, ako napr. pri Alzheimerovej chorobe.
Neurotransmiter vylúčený do synapsie potom náhodnou (ale rýchlou) difúziou prejde na druhú stranu štrbiny a pristane na špeciálnych „súčiastkach“ zabudovaných do membrány nasledujúceho neurónu. Tieto súčiastky - receptory - majú podobu sodíkových kanálov. Ich funkcia je tá, že keď sa na ich vonkajšiu stranu naviažu molekuly neurotransmiteru, iba vtedy sa otvoria a vyvolajú náhly tok sodíkových iónov dnu cez membránu neurónu. To ale vyvolá vznik nového nervového vzruchu v prijímajúcom neuróne, ktorý sa pomocou sodíkových a draslíkových kanálov šíri membránou ako elektrochemická vlna, čo sme si detailne rozdiskutovali minule. Molekuly neurotransmiteru, ktoré otvorili sodíkové kanály sa zrecyklujú a vrátia späť do prvého neurónu na ďalšie použitie naviazaním na špeciálne transportéry (ešte budú v tomto článku dôležité).
Celý tento proces, ktorý som vám tak obšírne popisoval netrvá v reáli ani tisícinu sekundy. Nehovoriac o tom, koľkokrát prebehol, len pri prečítaní predošlej vety.
Chcel by som zdôrazniť, že všetky tie tajomne vyzerajúce a nesmierne dôležité kanály na prenos rôznych atómov či molekúl cez bunkovú membránu sú svorne tvorené bielkovinami. Všetky bielkoviny sú vyrábané na základe presného genetického návodu zo samotnej DNA. To je dôvod, prečo mnoho neurologických ochorení môže byť genetickej povahy (napr. minule spomínaná epilepsia)
Človek je ale tvor nesmierne vynaliezavý a na potulkách divočinou prišiel napr. na to, že žutie listov istej rastliny navodzuje veľmi neobyčajné stavy vedomia. Tou rastlinou bola Koka a ľudia jej účinnú látku – kokaín – dokázali odhaliť, následne vyrábať v neprirodzene vysokých koncentráciách a užívať v najrôznejších podobách (napr. pôvodná Coca-Cola pozn.2 ).
Kokaín veľmi intenzívne stimuluje nervovú sústavu. Keďže už vieme detaily o šírení nervových vzruchov a úlohe iónových kanálov, môžeme si opísať účinok kokaínu oveľa presnejšie.
V skutočnosti sa kokaín naviaže na transportéry, ktoré by mali doručiť neurotransmiter do zdrojového neurónu a „upratať“ synaptickú štrbinu po prenose vzruchu pre ďalšie použitie. S naviazaným kokaínom to transportér nedokáže a preto napr. dopamín zostáva v synapsii oveľa dlhšie, ako je normálne. Následkom toho sú aj sodíkové kanály na povrchu prijímajúceho neurónu otvárané oveľa častejšie ako by mali a neurón je teda dráždený oveľa viac ako zvyčajne, generujúc množstvo vzruchov. Navonok sa to prejaví ako euforická fáza, kedy sa z užívateľa nakrátko stane superman. Energia, pohyblivosť, sebavedomie, či potencia sú vybičované na maximum neustálym stimulovaním chudákov neurónov a neschopnosťou dopamínu stratiť sa zo synapsie. Po výšinách dávky nevyhnutne prichádza pád v podobe halucinácií, nepokoja, úzkosti, náhlych srdcových príhod. Pri chronickom užívaní sa účinky kokaínu prejavia obrovským množstvom fyziologických aj mentálnych porúch, keď sa orchester nervových prenosov nenávratne poškodí závislosťou nezriedka vedúcou k smrti.
Kokaín teda znásilní neuróny do nechcených pridlhých „bozkov“, ktoré sa ale po krátkej fáze zdanlivého „šťastia“ zmenia na nočnú moru drogového otroctva, z ktorého sa málokomu podarí utiecť. Zostáva dúfať, že poznanie nádhernej jemnej mechaniky našich molekulárych zázrakov nám pomôže viac si vážiť niečo natoľko nepravdepodobné, ako je zdravie a hľadať skutočné šťastie, nie jeho pokrivenú napodobeninu.
Poznámky:
1 - Detailistov isto napadne, ako je možné, že je vápnika mimo bunky oveľa viac, ako v nej. Je to skutočne fyzikálne neprirodzený stav, ktorý je ale úmyselne udržiavaný ďalším druhom sofistikovaných bielkovin - vápnikových púmp Ca2+ ATPáz. Množstvo takýchto štruktúr (kanálov, púmp,...) je ohromné a to hovoríme už niekoľko týždňov výlučne o povrchovej membráne neurónu. Späť do článku...
2 - Coca Cola, ako jedna z mála produktov, prežila do dnešných dní s pôvodným názvom. Začiatkom 20. storočia sa kokaín zdal požehnaním a pridával sa takmer do všetkého: do vína, mastí, tabliet na bolesti zubov, detskej kašičky a podobne. Obávam sa, že naše vnúčatá si budú podobne klopať na čelo nad hitmi našej doby (mobily, wifiny, liečebné postupy...). Späť do článku...
3 - doplnené 17.7. - v súvislosti s chemickým ovplyvňovaním iónových kanálov v neurónoch som narazil na zaujímavý podcast BBC discovery ohľadom podstaty fungovania anestézy pri operáciách
