Elektryczność twoim wrogiem

W mózgu człowieka są dwa rodzaje dróg nerwowych wynikające z dwóch rodzajów połączeń między neuronami. Większość neuronów posiada połączenia typu chemicznego. W aksonie prąd biegnie w postaci strumienia kationów sodowych i potasowych. Błony lipidowe nie przepuszczają jednak żadnych jonów i przekazanie impulsu do drugiego neuronu odbywa się za pomocą neuroprzekaźników chemicznych(kwas glutaminowy, dopamina, serotonina i ponad 100 innych). Neuroprzekaźnik pod wpływem oddziaływania pompy sodowo-potasowej uzyskuje zdolność wydostania się przez  błonę lipidową neuronu i wniknięcia do kolejnej komórki (i uruchomienia tym samym elektrycznego impulsu nerwowego) nerwowej przez synapsę, czyli łącznik między neuronami. Trudno uwierzyć, że jeszcze na początku XXI wieku sądzono, że jest to jedyny rodzaj połączenia komórek w mózgu (założę się, że większość neurologów nie jest tego świadoma - w końcu uczyli się na studiach i dziś mają wolne). Okazało się jednak, że w mózgu istnieje bardzo dużo synaps elektrycznych, które przekazują sobie impulsy elektryczne bezpośrednio (kationy sodowe i potasowe wędrują między komórkami) dzięki istnieniu ciasnych połączeń typu szczelinowego i kanałów jonowych umożliwiających przepływ kationów. Połączenie bezpośrednie (tzn. elektryczne) ma tę przewagę nad chemicznym, że jest znacząco szybsze. Jak pokazały badania, wszystkie ośrodki mózgu, w których czas reakcji jest sprawą kluczową ma synapsy elektryczne (np. móżdżek  ma prawie wyłącznie synapsy elektryczne). Prawie wszystkie objawy SM są objawami typu móżdżkowego. Równowaga, wzrok, słuch, parcie na pęcherz moczowy to impulsy z móżdżku. Nie wiem jak jest z podnoszeniem nogi i stopy, ale nie zdziwiłbym się gdyby akurat te drogi nerwowe były obsługiwane przez synapsy elektryczne. 

Zasadniczą różnicą w działaniu dwóch rodzajów synaps jest to, że chemiczne są zdolne tylko do jednokierunkowego przesyłu impulsu. Elektryczne połączenia są dwukierunkowe i przewodzą impulsy w jednym z dwóch kierunków zależnie od różnicy potencjałów elektrycznych. Mam dziwne wrażenie, że ta kwestia może być kluczowa w stwardnieniu rozsianym. W padaczce jest kluczowa na 100%. Chodzi o to, że to mózg może wysyłać impulsy do innych części ciała (np. mięśni) i nie potrzebuje do tego impulsu z zewnątrz.

Znacząca część zachorowań na SM zaczyna się od pozagałkowego zapalenia nerwu wzrokowego (37% o ile pamiętam). Nerw ten w zasadzie nie jest typowym nerwem, tylko wypustką mózgu (coś jak czułki ślimaka). Zamiast osłonki z komórek Schwann'a otoczony jest podobnie jak mózg podwójną oponą mózgową. Posiada wyłącznie połączenia elektryczne, a w jego środku biegnie żyła siatkówki odprowadzająca krew z oka. Jaki mechanizm może powodować zapalenie tego nerwu i początek naszej życiowej przygody? Przyszedł mi do głowy pewien scenariusz - nie wiem, czy jest prawdziwy, ale teoretycznie z pewnością dopuszczalny. Oko obserwuje świat zewnętrzny (ja akurat grałem od dwóch godzin w tenisa i gapiłem się na latającą piłkę) i wysyła odpowiednie impulsy do mózgu w celu adekwatnej reakcji mięśni. Mózg w tym samym czasie może wysłać impuls do oka (jeśli akurat dochodzi do pozostałości kationów sodowych i potasowych w neuronie - jest to możliwe wskutek niedostatecznego działania receptorów GABA i zbyt małej ilości jonów chlorkowych wnikających w komórkę w celu zobojętnienia nadmiarowego ładunku kationów). Co się wydarzy w takiej sytuacji? Prawdopodobnie dojdzie do spotkania impulsów biegnących w przeciwnych kierunkach w pewnym punkcie nerwu, czyli w jakiejś konkretnej komórce (raczej grupie neuronów). Kationy wzajemnie wstrzymają swój ruch i zgromadzą się w pewnej części nerwu. Moim zdaniem tam dochodzi do uszkodzenia komórki nerwowej. Może to wynikać z faktu  zakłócania pracy mitochondriów w neuronie, produkujących ujemnie naładowane cząstki - reaktywne formy tlenu. Kilka badań nad SM wykazało, że przed uszkodzeniem mieliny dochodzi do uszkodzenia komórki nerwowej, co może wskazywać na scenariusz podobny do przedstawionego.
Aksony nerwów mają ciekawą budowę - są otoczone izolującą warstwą mieliny, ale jest ona przedzielona co jakiś odcinek gołymi miejscami (tzw. przewężenia Ranviera). Ich rolą jest umożliwienie skokowego przesyłu impulsu (kationy skaczą na zewnątrz aksonu. Wynika z tego, że maja one charakter kanałów jonowych (czyli okienek umożliwiających przedostawanie się jonów przez błonę lipidową komórki). Co się dzieje jeśli tymi kanałami wydostaje się nadmiar kationów (w miejscu ich ww. zgromadzenia)? Jest to pytanie warte kilku dolarów. Można przypuszczać, że kation, jako cząstka obdarzona dodatkowym protonem próbuje zgodnie z zasadami fizyki zdobyć gdzieś elektron i obniżyć swój potencjał elektryczny (zgodnie z teorią fizyki jakiej uczono nas  około 6-ej klasy). Jest więc dość aktywny i chętnie zawrze bliższą znajomość z anionem. Poza anionami chlorkowymi ładunek ujemny mają reaktywne formy tlenu, czyli tzw. wolne rodniki krążące w strumieniu krwi. Problemem stojącym na drodze ku temu szczęściu jest to, że kation jest umiejscowiony z jednej strony żyłki, a anion z drugiej. Prawdziwa miłość nie zna przeszkód więc próbują tę żyłkę pokonać wyzwalając jej zapalenie.

Innym scenariuszem tego melodramatu jest sytuacja, w której kation wydostaje się z neuronu i wnika do wewnątrz położonego obok oligodendrocytu i zakłóca jego działanie wskutek zaburzenia czynności mitochondriów (produkują ujemnie naładowane wolne rodniki na użytek komórki) lub nadmiernie zobojętniając działanie GABA. Oligodendrocyty jako zaplecze frontu wspomagają neurocyty m.in. w odbudowie mieliny, zaopatrzeniu w GABA.

Postaram się wkrótce zamieścić ciekawy schemat wymiany oligodendrocyt-neuron zaraz po tym jak uda mi się go przerysować z pewnej pracy naukowej.

Na koniec jeszcze kilka faktów tłumaczących moim zdaniem problemy neurologii ze stwardnieniem rozsianym. Teoria immunologiczna rozwoju SM powstała jakieś 50 lat temu. Kluczowe jak myślę dla zrozumienia mechanizmów w stwardnieniu rozsianym odkrycia naukowe powstały znacząco później. Śródbłonek - Nagroda Nobla 1997. Synapsy szczelinowe - ok.2000 r.. Receptory GABA - lata 80-te. Mamy więc do czynienia z sytuacją: najpierw tworzymy teorię - później poznajemy fakty. Jeśli fakty przeczą teorii - tym gorzej dla nich! Niech żyje neurologia!