Az idegsejt működése, az ingerületi folyamat keletkezése és tovaterjedése

Az inger a külső vagy belső környezetből származó, általában válaszreakciót kiváltó változatos hatás, az ingerület pedig inger hatására a szervezet sejtjeiben létrejövő anyagcsere változás. Az ingerlékenység és az ingerületvezetés a sejtmembrán szerkezetének sajátos megváltoztatásával kapcsolatos jelenség.

Az idegsejtet burkoló sejtmembrán külső és belső felülete között ioneloszlási különbségek vannak, s emiatt potenciálkülönbség jelentkezik a sejt belső és külső környezete között. Az ionok membránon keresztül zajló mozgását és annak mértékét döntően a töltésviszonyokból eredő feszültségkülönbség és az eltérő koncentrációk által kialakított kémiai koncentrációgrádiens együtt, mint elektrokémiai potenciál szabja meg. Inger hiányában a Na+-K+ ionpumpa K+-ot halmoz fel a sejtmembrán belső felszínén és Na+-ot a külső felszínén, a membrán belső felszíne elektronegatívvá válik külsőhöz képest. A nátrium-kálium pumpa miatt az ionok vándorlásával potenciálkülönbség alakul ki. Ilyenkor a membrán polarizált, a sejt belseje és külseje között meglévő feszültségkülönbséget (elektromos töltések különböző mennyisége) nyugalmi potenciálnak nevezzük (-90mV). Ilyenkor ATP használódik fel, így energiaigényes folyamat, folyamatosan szükség van tápanyagra és oxigénre. Ha a sejtet inger éri a meglévő töltéskülönbség felborul, depolarizálódik a membrán. Ha az inger erőssége eléri az ingerküszöböt, akkor ingerületté válik, hirtelen feszültségváltozás történik, elektromos impulzus jön létre. A membrán két oldala közt gyorsan kialakuló, átmeneti pozitív feszültségkülönbség miatt a sejt nyugalmi potenciálja nő, akcióspotenciál jön létre (12. ábra) a nyugalmi potenciál tehát pozitív irányba tér ki (+20,+50 mV-ra). Az idegsejt membránjának nátrium-áteresztő képessége megnő, Na+ áramlik be a sejtbe. Ezzel párhuzamosan a kálium-ionok kiáramlanak. Ezt követően elindul a repolarizációs folyamat ennek során visszaáll a membrán eredeti potenciálkülönbsége. Az akciós potenciál rövid ideje alatt nem ingerelhető a sejt membránja, míg vissza nem tér nyugalmi potenciál állapotába.

12. ábra: Az akciós potenciál (Forrás: Húsvéth, 2000)

Az akcióspotenciál tovaterjedése a működési-áram. Az ingerület tovaterjedésének feltétele, hogy a kialakult akciós potenciál depolarizálja a szomszédos membrán területeket. Mivel depolarizáció csak szabad membránon jöhet létre, az ingerület másként terjed az ún. „csupasz", velőhüvely nélküli illetve a „szigetelt", velőhüvelyes idegroston. A velőhüvely nélküli idegroston folyamatos az ingerületvezetés, a velőhüvelyes idegroston szaltatórikus (ugráló).

Az ingerküszöb az a legkisebb ingermennyiség, amely már az ingerületi állapotot hoz létre, ideg- vagy izomsejteknél akciós potenciált vált ki.

Egy-egy idegsejten, illetve dendritjein nagyon sok, 1.000-10.000 más idegsejt nyúlványa is végződhet, és az axon nagyon sok más idegsejthez kapcsolódhat. A kapcsolat az idegsejtek között nem közvetlen érintkezés útján valósul meg, hanem szinapszosokon keresztül (Sherrington elnevezése alapján).

A szinapszis két sejtből, a szinapszis előtti (preszinaptikus) és a szinapszis utáni (posztszinaptikus) sejtből áll. A preszinaptikus sejt az ingerületet a szinapszishoz szállítja, amely a szinaptikus résen keresztül átjuttatja a posztszinaptikus sejtre, és az ingerületi állapotba kerül.

A szinapszisok típusai:

- elektromos: a preszinaptikus és a posztszinaptikus sejtmembránok közötti rés nagyon kicsi. A szűk résnek elhanyagolható az elektromos ellenállása, és a preszinaptikus sejt felől érkező töltésáramlás „átugrik" a posztszinaptikus sejtre, és annak membránját akciós potenciálhullám állapotába hozza. Általában mindkét irányban átjárható Az ingerület átvitelnek ez az egyszerűbb módja. Főként gerinctelenekben és az alacsonyabb rendű gerincesekben található meg, pl.: halak, kétéltűek.

- kémiai (13. ábra): preszinaptikus sejtjei ingerületátvivő anyagokkal hozzák ingerületbe a fogadó sejt dendritjeinek membránját. A két érintkező sejtmembrán között a szinaptikus rés nagy. Mindig csak egy irányba járható át: preszinatpikus sejttől a posztszinaptikus sejt irányába. Ingerületátvivő anyagok (mediátoranyagok, neurotranszmitterrek) továbbítják az ingerületet. Ezek idegsejtekben termelődnek, és az axon végfácskáin kis hólyagokban gyűlnek össze. Ingerület hatására a hólyagok egy részének tartalma exocitózissal a szinaptikus résbe ürül. A posztszinaptikus sejt fogadómembránján lévő receptor az ingerületátvivő anyagot megköti. Ennek hatására ez a sejt ingerületi állapotba kerül.

13. ábra: Kémiai szinapszis (Forrás: Húsvéth 2000)

Ingerületátvivő vegyületek (neurotranszmitterek) tehát a kémiai szinapszisok preszinaptikus, bunkószerű részében tárolódó, és onnan exocitózissal a szinaptikus résbe ürülő anyagok. A posztszinaptikus membránra kötődve lehetővé teszik a sejtek közötti információátadást, impulzusközvetítést. Szerepük van az emlékek tárolásában, fontos modulátorok, idegrendszeri folyamatok hatékonyságát növelik és csökkentik.

Kémiai felépítés szerint lehetnek:

- aminosavak (glutaminsav, aszparginsav, gamma-amino-vajsav)

- aminosav származékok (szerotonin, adrenalin, noradrenalin, dopamin)

- oligo- és polipeptidek (endorfin)

- egyéb anyagok: acetilkolin

Hatásuk szerint lehetnek:

- Serkentő mediátorok (a posztszinaptikus membránon a Na+ csatornákat megnyitva depolarizációt idéznek elő): acetilkolin, szerotonin, noradrenalin, dopamin stb.

- Gátló mediátorok (a posztszinaptikus membrán nyugalmi potenciálját tovább fokozva hiperpolarizációt váltanak ki): gamma-amino-vajsav (GABA), glutamin.