Układ nerwowy – przewodnictwo nerwowe czyli jak działa cykuta kurara, strychnina i botulina.

22.08.2013 – 00:44

Kurarę, strychninę i botulinę, ze słyszenia, zna na pewno większość z Czytelników, postanowiłam więc napisać parę słów o mechanizmie ich działania. Aby zrozumieć te mechanizmy należy mniej więcej rozumieć jak działa przesyłanie sygnałów w układzie nerwowym – od tego więc zacznę. Warto przeczytać, gdyż starałam się zawrzeć odpowiedzi na częste pytania. Jeśli ktoś czuje się mocny w fizjologii układu nerwowego albo nie ma ochoty czytać dłuższego wywodu na ten temat może przejść od razu do podsumowania.

synapsa_chemiczna

Zapewne wszyscy kojarzymy powyższy obrazek ale przypomnijmy: W synapsie przedstawionej na rysunku czyli synapsie chemicznej wyróżniamy kilka istotnych elementów: Błonę presynaptyczną – czyli błonę zakończenia (aksonu) neuronu (jest to po prostu błona komórkowa tego neuronu), który przekazuje swój sygnał dalej – a więc możemy go nazwać pierwszym (chociaż tak naprawdę może ich być wiele po drodze). Błonę postsynaptyczną komórki, na którą nasz pierwszy neuron przekazuje swój sygnał – piszę komórki gdyż błoną postsynaptyczną może być błona należąca do kolejnej komórki nerwowej ale też np. komórki mięśniowej (w tzw. płytce nerwowo-mięśniowej). Błony te są rozdzielone tzw. szczeliną synaptyczną (jest to po prostu wolna przestrzeń).

Można powiedzieć, że w obrębie synapsy sygnał jest przekazywany drogą chemiczną (przez przekaźniki w pęcherzykach) a dalej jest przekazywany drogą elektrycznąprzez jony.

Niektórzy mogli się zastanawiać, jeszcze w szkole, po co są te pęcherzyki, szczeliny, neuroprzekaźniki itd. – po co to komplikować? Dlaczego neurony np. nie przekazują sobie sygnałów elektrycznych jak np. w kablu elektrycznym?

Otóż istnieją również synapsy elektryczne, gdzie nie ma pęcherzyków z neuroprzekaźnikami do przenoszenia sygnału. Problem jest jednak taki, w dużym uproszczeniu, że w danym obwodzie elektrycznym (a takim są poszczególne grupy neuronów w naszym układzie elektrycznym) prąd jest albo go nie ma (0 albo 1). Jest to duże uproszczenie gdyż w rzeczywistości mały prąd też może dochodzić do neuronów ale aby neuron został pobudzony i przekazał sygnał dalej prąd ten musi osiągnąć jakąś konkretną wartość (różne komórki mają różną wartość, z reguły -40 do -45 mV). Prąd też nie może być za silny aby nie uszkodził komórki – ograniczeniem jest zawartość różnych jonów w takiej komórce (zwłaszcza sodu, potasu, wapnia i chlorkowego).

W każdym razie jeśli coś jest, w przybliżeniu, zerojedynkowe to mamy tak naprawdę niewiele opcji dostępnych sygnałów – sygnał będzie przekazany dalej lub nie, aby to wystarczało nasz układ nerwowy musiałby być bardzo, bardzo prosty – nawet meduzom nie wystarczają do funkcjonowania wyłącznie synapsy elektryczne.

U człowieka synapsy elektryczne występują tam gdzie skomplikowane sygnały nie są potrzebne – np. w neuronach odpowiadających za proste, pierwotne, odruchy takie jak cofanie ręki po dotknięciu czegoś gorącego (prosta informacja: skurcz jednego lub kilku mięśni, tak jak na obrazku poniżej).

schemat_łuku_odruchowego

Sygnały chemiczne mają to do siebie, że mogą być bardzo zróżnicowane – w układzie nerwowym jest wiele neuroprzekaźników mających różne właściwości. Najpowszechniejszym neuroprzekaźnikiem jest acetylocholina ale neuroprzekaźnikami mogą być też różne inne substancje np. aminokwasy (glicyna, kwas glutaminowy). Aby neuroprzekaźnik mógł zadziałać musi się związać z odpowiednim receptorem w błonie komórki przyjmującej sygnał (postsynaptycznej).

Stężenie neuroprzekaźnika może być zróżnicowane – może go być malutko, mało, średnio, dużo… – daje to o wiele szersze spektrum sygnałów a co za tym idzie zdolność do przekazywania o wiele bardziej skomplikowanych informacji. Dlatego właśnie zdecydowana większość synaps w naszym organizmie to synapsy chemiczne.

Kolejnym powodem, dla którego proste odruchy są obsługiwane przez synapsy elektryczne jest fakt iż są to często odruchy “ratujące” np. przed uszkodzeniem ciała – tak więc ważna jest szybka reakcja – a synapsy elektryczne są dużo szybsze niż chemiczne. Szybkość jest tu tak istotna, że odruch taki, jak na obrazku powyżej, zachodzi bez udziału mózgu ponieważ jest on skomplikowanym układem neuronów połączonych głównie synapsami chemicznymi tak więc pytanie go o zgodę na cofnięcie ręki pod wpływem wysokiej temperatury płomienia byłoby nieopłacalne.

Co jeszcze warto wiedzieć o przesyłaniu impulsów, a co przyda się nam do wyjaśnienia działania przewodnictwa nerwowego i toksyn?

Otóż w szczelinie synaptycznej znajduje się enzym – acetylocholinesteraza – rozkłada on nadmiar acetylocholiny (który nie wniknął do kolejnej komórki – postsynaptycznej) na kwas octowy i cholinę, dzięki czemu może ona z powrotem wniknąć do neuronu, który przekazał sygnał (presynaptycznego). Jest to ważne gdyż acetylocholina jest neuroprzekaźnikiem podczas gdy cholina nie – dzięki czemu sygnał się nie cofa się ani też nie wzmacnia w obrębie synapsy. Gdyby tak było, to im więcej neuronów byłoby po drodze np. do mózgu tym bardziej bolałaby nas np. ręka albo żołądek, który wysłał sygnał poza tym mózg nie zdawałaby sobie sprawy z prawdziwej skali problemu.

Podsumowanie:

  1. Sygnał elektryczny płynie zakończeniem komórki presynaptycznej (przekazującej sygnał).
  2. Gdy sygnał dochodzi do synapsy powoduje on wydzielenie pęcherzyków z neuroprzekaźnikiem do szczeliny synaptycznej. Neuroprzekaźniki mogą być różne – np. acetylocholina, glicyna, kwas glutaminowy.
  3. Cząsteczki neuroprzekaźnika łączą się z receptorem na błonie komórki przyjmującej sygnał (postsynaptycznej) a nie przyjęte cząsteczki neuroprzekaźnika są rozkładane i wychwytywane przez błonę presynaptyczną.
  4. Po wniknięciu do środka powodują wytworzenie sygnału elektrycznego, który płynie dalej aż do docelowego narządu np. mięśnia.

W porządku, teraz możemy przejść do rzeczy.

Śmierć Sokratesa

Kurara i cykuta
Turbokuraryna jest to toksyna, która zwiotcza mięśnie – włączając w to mięśnie oddechowe. Jak działa? Otóż kurara działa na synapsy nerwowo mięśniowe. Konkuruje z acetylocholiną o miejsce na receptorze w błonie postsynaptycznej, wiąże się z nim (a wtedy nie może związać się acetylocholina) ale nie przekazuje dalej sygnału. Komórka docelowa, którą jest mięsień, nie jest więc pobudzana przez układ nerwowy co z tym idzie ulega rozkurczeniu, co z kolei powoduje paraliż i śmierć przez uduszenie. Tak samo działa cykuta, a konkretnie zawarta w niej koniina. Kurary używają Indianie znad rzeki Orinoko zaś cykutą otruł się Sokrates. Wcześniej wspominałam o acetylocholinoesterazie – enzymie rozkładającym acetylocholinę – ponieważ substancje hamujące ten enzym (inhibitory) pomagają zminimalizować działanie kurary. Dzieje się to w prosty sposób – jeśli acetylocholina nie jest rozkładana to jest jej więcej a jeśli jest jej więcej to ma ona szansę “wygrać” konkurencję z kurara lub cykutą o miejsce na receptorze. Można też ocalić życie zatrutej osoby przez sztuczne podtrzymywanie oddychania.

Cosmetic Surgery BOTOX

Botulina
Botulina to toksyna produkowana przez bakterię Clostridium botuliną (laseczkę jadu kiełbasianego). Popularny u różnych celebrytów botox to nic innego niż botulina. Działa ona na synapsy nerwowo-mięśniowe ale inaczej niż kurara czy cykuta. Nie blokuje ona receptorów dla acetylocholiny. Zamiast tego blokuje ona białko (SNAP-25), które pozwala pęcherzykom z neuroprzekaźnikiem (tu acetylocholiną) łączyć się z błoną presynaptyczną i wyrzucać go do szczeliny synaptycznej. Rezultatem jest porażenie mięśni – efekt jest często widoczny na twarzach starszych aktorek. Zatrucia botuliną leczy się za pomocą specjalnych przeciwciał, które ją wiążą.

strychnine_580

Strychnina
Strychnina działa na neurony motoryczne (czyli te, które odpowiedzialne są np. za chodzenie czy mówienie). Tak jak wspomniałam wyżej, aby istniało napięcie mięśniowe mięsień musi być przez cały czas stymulowany przez układ nerwowy. Neuronami odpowiedzialnymi za napięcie mięśniowe są neurony Renshaw znajdujące się w rdzeniu kręgowym. Oprócz utrzymywania napięcia mięśniowego mają one jeszcze jedną ważną funkcję, mianowicie działają one hamująco – czyli po po otrzymaniu sygnału z innego neuronu (np. czuciowego) osłabiają go. Jest to bardzo ważne – służy zapobieganiu nadpobudliwości mięśni. Cały czas oddziałują na nas różne bodźce – słabsze lub silniejsze. Ważne jest aby nasze ciało, np. mięśnie, reagowało adekwatnie do siły bodźców np. abyśmy nie zwijali się z bólu albo by nasze mięśnie nie kurczyły się z całą siłą gdy nas ktoś tylko lekko dotknie – a tak by się działo gdyby nie neurony hamujące, które wygaszają słabe bodźce. W neuronach Renshaw neuroprzekaźnikiem jest glicyna, strychnina konkuruje z glicyną o miejsce na receptorze. Bez wiązania swojego neuroprzekaźnika neurony te nie mogą działać (hamować sygnałów). Rezultatem jest zniesienie napięcia mięśniowego wszystkich mięśni, w tym oddechowych, oraz silny skurcz (tzw. skurcz tężcowy) wszystkich mięśni pod wpływem nawet najlżejszego bodźca (np. lekkiego dotknięcia). Strychnina jest stosowana jako lek na zaburzenia krążenia.

Wszystkie wymienione tu substancje są alkaloidami o gorzkim smaku, produkowanymi przez rośliny – przypuszcza się że ich rolą jest zniechęcanie zwierząt do ich zjadania.

  1. 7 komentarzy to “Układ nerwowy – przewodnictwo nerwowe czyli jak działa cykuta kurara, strychnina i botulina.”

  2. Tekst nie wyjaśnia takiej rzeczy – skoro droga elektryczna pozwala tylko na przekazywanie stanu 1/0, to jaki jest pożytek z tego, że synapsą chemiczną można przekazać więcej stanów, jeśli przed nią i po niej i tak sygnał jest przekazywany drogą elektryczną i ograniczony do jest prąd/nie ma prądu.

    Przez ugarf dnia 22 Sie 2013

  3. Bardzo ciekawe pytanie. Odpowiedzi jest wiele. Np. sygnały elektryczne mogą sumować się w czasie lub przestrzeni. W synapsach elektrycznych fala depolaryzacji przechodzi na poszczególne neurony tak szybko iż nie ma to takiego znaczenia jak na zakończeniach nerwowych.

    Aby to wyjaśnić podam przykład z wodą (podobnie jest to tłumaczone na wykładach z fizjologii). Otóż mamy wodę, która przepływa przez rurę o dużej średnicy (ale nie wypełnia jej całkowicie). Jeśli przepływ ten nie jest niczym ograniczony to po zakręceniu wody jej poziom spadnie, w przybliżeniu do zera i właściwie nie będzie on zależał od ilości wody jaką przepuszczamy przez rurę. Ale jeśli na końcu poszczególnych odcinków rury ustawimy zastawki, które otwierają się dopiero pod określonym ciśnieniem to woda zacznie się spiętrzać a jej poziom będzie zależał od właściwości tych zastawek. Woda jest tu metaforą jonów sodu. Oczywiście jony sodu nie spiętrzają się w synapsach chemicznych, ale ze względu na to, że proces tworzenia i wydzielania pęcherzyków z neurotransmiterem, jest o wiele wolniejszy niż sama depolaryzacja, której jest on konsekwencją, daje to opisywany efekt.

    Oczywiście nie jest to prawda absolutna i zależy to od tego z jakim konkretnie układem neuronów mamy do czynienia.

    Przez Platyna dnia 22 Sie 2013

  4. @Platyna piszesz, że w przypadku otrucia cykutą i kurarą “można też ocalić życie zatrutej osoby przez sztuczne podtrzymywanie oddychania” w związku z tym mam pytanie co z pracą serca w takim przypadku, czy te toksyny nie działają na mięsień serca?

    Przez azg dnia 31 Sie 2013

  5. “Najpowszechniejszym neuroprzekaźnikiem jest acetylocholina (pochodna cholesterolu)”

    Jak się ma ACh do cholesterolu?

    “(różne neurony mają różną; neurony mają ok. -70 mV a komórki mięśniowe nawet -90 mV)”

    To chyba raczej wartości potencjałów spoczynkowych, a nie progowych.

    “cykutą otruł się Sokrates.”

    Obecnie raczej panuje pogląd, że Sokrates wypił wyciąg z szczwołu plamistego

    Przez xXx dnia 16 Wrz 2013

  6. @xXX
    Co do pierwszej sprawy to jest to poważny błąd – najprawdopodobniej nieszczęśliwie wyedytowałam artykuł po tym jak zrezygnowałam z poruszania tematu regulacji poziomu ACh przez cholesterol – już poprawione.

    Co do drugiej sprawy – tak jak napisałam w notce – użyłam dużego uproszczenia gdyż m. in. postanowiłam w swoim wpisie nie rozróżniać tych dwóch rzeczy aby nie komplikować wpisu gdyż chodziło mi właściwie o przekazanie samej zasady działania – ponieważ potencjał progowy nawet dla poszczególnych typów np. neuronów może się różnić. Jednakże analizując to zdanie faktycznie wydaje się to bardzo nieścisłe, myślę że faktycznie mogłam przekroczyć granicę uproszczenia, przeredagowałam więc to zdanie.

    Co do trzeciej uwagi to różne są znaczenia np. Szweykowscy podają iż cykuta to wyciąg z mieszaniny różnych roślin – w tym szczwołu plamistego i szaleju jadowitego – zawierający koniinę.

    Przez Platyna dnia 16 Wrz 2013

  7. Zabrakło chyba na tej liście różnych alkoholi, które też zakłócają funkcjonowanie układu nerwowego.

    Przez Anka dnia 1 Lut 2014

  8. Witam. Proszę o rade. Mam zzsk. Miesnie napięte ścięgna tez. Wygina mnie coraz gorzej w przod. Układ nerwowy zwariowal. Przy np dwóch relanium lub tramalu mniej to odczuwamy ale nie mogę brać bo tolerancja i nasila depresje. Proszę o rade jak wyhamować układ nerwowy przeczulica chyba tez jest. Proszę o odp aredys@wp.pl bo nie wytrzymuje tego przykuty do łóżka jestem przez to.

    Przez Arek dnia 24 Gru 2017

Opublikuj komentarz

Captcha Captcha Reload