Za mojej mladosti sme s deckami na sídlisku skúšali, aký najkratší čas dokážeme odmerať na stopkách plastových digitálok, ktoré vtedy nesmierne frčali. Čím viac mali gumených gombíkov, tým bol majiteľ väčší frajer (dalo sa to ešte umocniť vlastníctvom množstva Céčok). Ak skúsite spustiť a čo najrýchlejšie zasa zastaviť stopky na modernom smartfóne (takmer úplne bez gombíkov-hanba), zistíte, že najlepší čas bude asi 5 stotín sekundy. Za túto kratučkú dobu prebehne kvôli takejto prkotine ohromne sofistikovaná a jemne koordinovaná komunikácia medzi mozgom a desiatkami svalov vašej ruky a prstov.
Sprostredkovateľom tejto komunikácie sú nervy zložené z jednotlivých nervových vlákien. Nervové vlákno je veľmi dlhá „retiazka“ zvláštnych buniek – neurónov*. Informácia vo forme elektrického náboja letí neskutočnou rýchlosťou po povrchových membránach jednotlivých neurónov, podobná Mexickej vlne na futbalových štadiónoch. Namiesto divákov sú to ale masy nabitých atómov (iónov), ktoré sa na každom konkrétnom mieste neurónu ako lavína presunú najprv von z bunky, vzápätí zasa dnu, čím vytvárajú elektrický signál. Keď takýto vzruch dobehne na koniec daného neurónu, vylúčia sa z jeho konca chemické látky (neurotransmitery), prenesú sa na začiatok susedného neurónu, kde „nakopnú“ ďalšiu Mexickú vlnu pohybujúcich sa iónov, až kým signál nedorazí na miesto určenia – napríklad do svalu prsta, ktorý sa trhne a tým zapne spomenuté stopky.
Samotná povrchová membrána buniek, teda aj neurónov, je ale pre nabité častice dosť nepriechodná. Na presun iónov sa preto musia použiť špeciálne kanály zabudované na povrchu bunky. Sú ešte dômyselnejšie, ako iné, ktoré prenášajú vodu alebo chlór. Vyskytujú sa aj v iných excitovateľných bunkách, ako sú napríklad svaly srdca. Volajú sa napätím riadené iónové kanály. Pokúsim sa teraz stručne a zrozumiteľne popísať toto desivo vyzerajúce klbko slov.
Tak začnime tými kanálmi. Mnoho sme už o tom povedali pri Akvaporínoch, takže už vieme, že ide o veľké bielkovinové molekuly, ktoré sú osadené v bunkovej membráne a ich účelom je sprostredkovávať prechod iných, presne určených, molekúl z a do bunky. Tie kanály, ktoré nás dnes zaujímajú sa nazývajú iónové, lebo sú určené na transport iónov - atómov s nedostatkom, či prebytkom elektrónov. Konkrétne budeme hovoriť hlavne o prenose iónov draslíka (K+) a sodíka (Na+). No a prečo napätím riadené? To preto, lebo sa dokážu otvárať a zatvárať na základe intenzity elektrického napätia na bunkovej membráne. Keď je na jednej strane bunky (napr. zvonku) viac nabitých iónov, ako na opačnej, vzniká elektrické napätie. Bielkovina týchto kanálov je natoľko vymakaná, že pri určitej hodnote napätia zmení svoj tvar tak, že kanál otvorí. Otvorenie kanála spôsobí tok iónov a teda vzápätí zmenu (napr. pokles) elektrického napätia na membráne. Pri určitej dolnej hodnote napätia sa kanál zasa zatvorí a ióny tiecť nemôžu.
Konečne sme pripravení pochopiť, ako to skutočne vyzerá pri detailnom pohľade na vzrušený neurón.
Začíname základným elektrickým napätím – kľudovým potenciálom s hodnotou asi -70mV, ktoré je na povrchu neurónu stále. O procese jeho vzniku sme hovorili v minulom článku. Začiatok bunky zachytí signál od suseda (o tom nabudúce) a to vyvolá otvorenie sodíkových kanálov. Sodíky sa masívne hrnú dovnútra neurónu, čo spôsobí depolarizáciu membrány z -70mV až na +30mV (vnútri neurónu je odrazu namiesto pôvodného nedostatku maopak prebytok kladných nábojov). Vtedy sa stanú hneď dve udalosti: sodíkové kanály sa zatvoria a tie draslíkové sa zas otvoria. Teraz sa teda hrnú davy draslíkových iónov z neurónu von a spôsobia repolarizáciu membrány do pôvodného stavu (kladné ióny vonku zasa prevažujú). Napätím riadené kanály sú na konci všetky zatvorené a ako upratovacie čaty po festivale celé javisko do pôvodného kľudového potenciálu uvedú sodíkové pumpy a jednoduché draslíkové kanály (musia zasa nahnať sodíky von a draslíky dnu).
Dôležité je, že toto predstavenie iónov sodíka a draslíka v jednom mieste neurónu spôsobí reakciu tesne susediaceho miesta s ďalšími kanálmi. Takže keď sa sodíky hrnú dnu, zapájajú sa postupne ďalšie a ďalšie sodíkové kanály pozdĺž neurónu a signál sa šíri podobne, ako postupuje vlna po vode.
Tento nesmierne jemne vyladený biochemický strojček sa samozrejme môže poškodiť. Dôsledky sú, ako inak, závažné. Dnes poznáme najmenej 16 rôznych mutácií génu pre stavbu bielkoviny sodíkového kanálu, ktoré diagnostikujeme ako epilepsiu.
Či ste už detaily tohto neuveriteľného divadla z môjho, ešte stále nesmierne zjednodušeného a nedokonalého popisu pochopili alebo nie, všetkých nás musí ohúriť neuveriteľná rýchlosť s akou sa tieto deje odohrávajú. Atómy, molekuly a tým aj celá chémia sú neskutočne rýchle, rýchlejšie, ako si vôbec dokážeme predstaviť. Vďaka im za to, veď ich práca je pre nás taká samozrejmá, že ju môžeme ignorovať a venovať sa napríklad futbalu.
Poznámky:
*- Všímavý čitateľ Ľ.P. ma upozornil, že nervové vlákna dlhých nervov zostupujúcich do tela nie sú retiazkou naväzujúcich jednotlivých neurónov, ale sú zväzkami axónov - dlhočizných výbežkov neurónov. Nervový vzruch sa teda šíri telom neprerušene na veľmi dlhé vzdialenosti.
Od V.Valáška sa v diskusii tiež dozviete, že:"prenosu signalu sa ucastni len niekolko neuronov a hlavne ich dlhocizne axony. Napr. taka najbeznejsia motoricka draha je trojneuronova. Prvy neuron je v kore mozgu, druhy je v bazalnych gangliach mozgu a treti potom daleko v mieche. Z miechy sa vzruch prenasa uz priamo ku svalovemu vlaknu na nervovosvalovu platnicku. A mnohe drahy priamo v mozgu su len dvojneuronove."
