Nervsystemet

Neuronet tar emot signaler, väger samman dem och skickar vidare ett svar. Tre regioner med varsin roll:

Signalen går alltså i en riktning: in via dendriterna, samman i somat, och ut längs axonet. Vid axon hillock summeras alla inkomna potentialer och avgör om en aktionspotential ska avfyras.

Gliacellerna är inga passiva fyllnadsceller. De myeliniserar, närar, försvarar och håller den joniska miljön i schack. CNS och PNS har delvis olika uppsättning:

Gliaceller i CNS

Astrocyter

Upprätthåller blod-hjärnbarriären, förmedlar näring via gap junctions, sköter jonhomeostasen i extracellulärvätskan och återupptar glutamat.

Oligodendrocyter

Producerar myelin i CNS. En cell kan myelinera flera axon och skapar därmed Ranvier-noder som ökar ledningshastigheten.

Ependymceller

Klär ventriklarna, producerar cerebrospinalvätska och har cilier för likvorcirkulation. Bildar blod-likvor-barriären.

Mikroglia

CNS egna makrofager. Fagocyterar skadligt material, sköter immunövervakning och driver neuroinflammation.

Gliaceller i PNS

Satellitceller

Omger nervcellskropparna i ganglier, ger strukturellt och metaboliskt stöd och reglerar mikromiljön kring cellen.

Schwannceller

Myeliniserar PNS-axon med en cell per internod. Omsluter axonet helt och stödjer axonell regeneration efter skada.

Hur snabbt en signal färdas beror på axonets motstånd, som följer ohmska lagen R = ρL/A. Här är R resistansen, ρ resistiviteten (materialberoende), L längden och A tvärsnittsarean. Två saker sänker motståndet och snabbar upp ledningen:

Vid saltatorisk ledning regenereras aktionspotentialen bara vid noderna. Mellan dem sprids signalen passivt under myelinet, vilket gör ledningen mycket snabbare än kontinuerlig depolarisering längs ett omyeliniserat axon:

1. 1Passiv spridning, signalen löper genom cytoplasman under myelinet
2. 2Regeneration, vid varje Ranvier-nod, där Na⁺-kanalerna sitter tätt
3. 3Hopp, potentialen hoppar mellan noderna i stället för att depolarisera kontinuerligt

I vila ligger membranpotentialen kring −70 mV. Den beror på en ojämn jonfördelning som hålls uppe av pumpar och av att membranet i vila är mest genomsläppligt för K⁺.

Fyra faktorer håller membranet på −70 mV:

K⁺-permeabilitet

Membranet är i vila mest genomsläppligt för kalium, vilket drar potentialen mot kaliums jämviktspotential.

Na⁺/K⁺-ATPas

Pumpar 3 Na⁺ ut mot 2 K⁺ in och förbrukar ATP. Upprätthåller gradienterna och bidrar svagt elektrogent.

Negativa proteiner

Stora intracellulära anjoner som inte kan lämna cellen bidrar till den inre negativa laddningen.

Elektrokemisk jämvikt

Vilopotentialen är balanspunkten mellan varje jons kemiska och elektriska gradient.

Utifrån vilan kan membranet gå tre vägar: polariserat (−70 mV, redo för stimulering), depolariserat (mindre negativt, närmare tröskeln) eller hyperpolariserat (mer negativt än −70 mV, svårare att nå tröskeln).

Aktionspotentialen lyder under allt-eller-inget-principen: når membranet tröskeln vid −45 mV utlöses en signal med samma amplitud oavsett hur starkt stimulit var. Information kodas i stället som frekvens, starkare stimuli ger fler aktionspotentialer per tidsenhet. Refraktärperioderna sätter taket för hur tätt de kan komma.

Refraktärperioder

Efter en aktionspotential går det inte att avfyra en ny hur som helst. Skillnaden mellan absolut och relativ refraktärperiod sitter i natriumkanalernas tillstånd:

Propagering längs axonet

Aktionspotentialen startar vid axon hillock och sprids åt ett håll. Att den inte slår bakåt beror på den absoluta refraktärperioden i området bakom signalen:

1. 1Depolariseringen vid en punkt skapar en lokal elektrisk gradient
2. 2Närliggande membran når tröskeln och depolariserar i sin tur
3. 3Refraktärperioden bakom signalen hindrar bakåtspridning
4. 4Vid myeliniserade axon regenereras potentialen vid varje Ranvier-nod

Vid synapsen omvandlas en elektrisk signal till en kemisk och tillbaka igen. Synapser bildas mellan olika delar av neuronen, vanligast från axon till dendrit, men även axon-soma (direkt på cellkroppen), axon-axon (modulering) och dendrit-dendrit (lokal bearbetning) förekommer.

Kemisk synaps: steg för steg

1. 1Aktionspotentialen når den presynaptiska terminalen
2. 2Ca²⁺-kanaler öppnar vid depolariseringen
3. 3Ca²⁺-influx triggar vesikelfusion
4. 4Exocytos frisätter neurotransmittorer i klyftan
5. 5Transmittorerna diffunderar över den synaptiska klyftan
6. 6Receptorbindning på det postsynaptiska membranet
7. 7Jonkanaler öppnar eller stängs
8. 8EPSP eller IPSP uppstår postsynaptiskt
9. 9Transmittorn elimineras och avslutar signalen
10. 10Vesiklarna återvinns via endocytos

Varje synaps drar membranet antingen mot eller från tröskeln. Excitatoriska och inhibitoriska potentialer skiljer sig i mekanism och transmittor:

Enskilda EPSP och IPSP räcker sällan. Neuronet adderar dem på två sätt innan beslutet fattas:

Joner rör sig över membranet på två principiellt olika sätt. Passiv transport följer gradienten och kräver ingen energi; aktiv transport går mot gradienten och drivs av ATP.

Spänningsstyrda kanaler: tre lägen

Spänningsstyrda Na⁺-, K⁺- och Ca²⁺-kanaler öppnar och stänger efter membranpotentialen. De växlar mellan tre lägen, och just det inaktiverade läget förklarar refraktärperioden:

Postsynaptiska receptorer arbetar i två tempon. Jonotropa receptorer är jonkanaler som öppnar direkt; metabotropa receptorer går via G-protein och second messengers och verkar långsammare men bredare:

Vanliga second messengers: cAMP (aktiverar proteinkinas A → fosforylering), cGMP (viktig i synsystemet och vid vasodilatation) och Ca²⁺ (allestädes närvarande, triggar bland annat exocytos).

Morfologiskt delas neuron in efter antalet utskott:

Nervfibertyper

Fibrernas diameter och myelinisering bestämmer ledningshastigheten, tjockare och mer myeliniserat betyder snabbare:

Transmittorerna delas in i några kemiska familjer. Acetylkolin och aminosyrorna verkar snabbt och jonotropt; monoaminerna och peptiderna modulerar långsammare via G-proteinkopplade receptorer.

Acetylkolin

Finns i neuromuskulära förbindelsen, autonoma synapser och CNS. Excitatorisk på skelettmuskel men inhibitorisk på hjärtmuskel, och viktig för minne och uppmärksamhet. Bryts ned av acetylkolinesteras.

Monoaminer

Noradrenalin (sympatikus, kamp-eller-flykt, uppmärksamhet), dopamin (belöning, motivation, rörelse, brist ger Parkinson) och serotonin (humör, sömn, aptit, tarmfunktion). Verkar via G-proteinkopplade receptorer och second messengers.

Glutamat, "gaspedalen"

Vanligaste excitatoriska transmittorn i CNS, verkar via AMPA- och NMDA-receptorer. Kritisk för inlärning och minne, men ger excitotoxicitet vid överaktivering.

GABA, "bromspedalen"

Vanligaste inhibitoriska transmittorn. Öppnar Cl⁻-kanaler och hyperpolariserar. Måltavla för anxiolytika och sedativa, och förstärks av alkohol.

Neuropeptider

Substans P (smärtsignalering), endorfiner (kroppsegna smärtlindrare), vasopressin (vattenbalans, socialt beteende) och oxytocin (social bindning, förlossning). Långvarig, modulerande effekt.

Oavsett substans måste transmittorn till slut bort ur klyftan. Det sker på tre sätt: återupptag till presynapsen via transportproteiner, enzymatisk nedbrytning (t.ex. acetylkolinesteras) och diffusion bort från klyftan.

Tillbaka till patienten. Saxitoxin binder i poren på de spänningsstyrda Na⁺-kanalerna och blockerar natriuminflödet. Utan Na⁺-inström kan aktionspotentialen inte byggas upp ordentligt, amplituden dämpas och nervledningen viker sig. Det förklarar både domningarna och, i svåra fall, andningsförlamningen.

Förgiftningens förlopp

Andra neurotoxiner på samma tema

Flera toxiner angriper natriumkanalen, men på olika vis, vissa blockerar, andra låser den öppen: