Az idegrendszer titkai a légzés tükrében

Két hónapja jelent meg egy áttekintő cikk a Nature Reviews Neuroscience-ben, ami a légzés idegrendszeri alapjait tárgyalta. Ami kicsit meglepő, hogy ma sem tudjuk pontosan, hogyan hozza létre az agy ezt a ritmikus viselkedési elemet.

A légzés egy ritmikus folyamat, a belégzés és a kilégzés követik egymást, hogy a szervezet hozzájusson a szükséges oxigénhez és eltávolítsa a szén-dioxidot. Kicsit leegyszerűsítve a légzés lényege, hogy a rekeszizom összehúzódjon a belégzés alatt, majd elernyedjen a kilégzésnél (animáció). A rekeszizom összehúzódása miatt a mellüreg térfogata megnő, így a nyomás lecsökken és beáramlik a levegő a külső térből. A rekeszizom elernyedése csökkenti a mellüreg térfogatát, növeli a nyomást és így a levegő kiáramlik a tüdőből. A rekeszizmot a rekeszideg működteti, az összehúzódáshoz a rekeszideg sejtjeiben akciós potenciáloknak kell keletkezni (ezt úgy is mondják, hogy aktívnak kell lenniük vagy tüzelniük kell). A rekeszizom elernyedése alatt a rekeszidegben nem jönnek létre akciós potenciálok, vagyis csöndben vannak a neuronok. Tudjuk, hogy a rekeszideg aktivitását agytörzsi központok szabályozzák és több modell is született, ami a központ működését és a rekeszideg aktivitásmintázatának létrejöttét magyarázza.

phrenicnerve.png

Modellek

Spontán aktivitás és gátlás

Az első a 70-es években jelent meg, eszerint a rekeszideg aktivitását létrehozó sejtek spontán aktiválódnak és így okozzák a belégzést, majd amikor a sejtcsoport aktivitása elér egy bizonyos szintet, akkor aktiválódik egy gátló sejtcsoport, ami pedig leállítja a spontán aktív sejtcsoport tüzelését és így megindul a kilégzés. A spontán aktivitás teljesen reális, csak néhány speciális ioncsatorna kell a sejtek membránjába, viszont hamarosan kiderült, hogy az ismert gátló jelátvivők nincsenek hatással a légzőközpont sejtjeire. Ezek szerint tehát a feltételezett gátló sejtcsoport a valóságban nem vesz részt a rekeszideg aktivitásának szabályozásában.

Pacemaker sejtek

A 90-es évek elején egy kutatócsoport ún. pacemaker sejteket mutatott ki patkányok agyából készített szeletekben, a légzőközpont területén. Ezek a sejtek szintén a membránjukban lévő ioncsatornák sajátosságai miatt képesek külső hatás nélkül ritmikus aktivitást létrehozni, ilyenek felelnek például a szív összehúzódásaiért is. Az új modell szerint a pacemaker sejtek hozzák létre a rekeszideg aktivitásmintázatát, azonban élő állat légzőközpontjában azóta sem sikerült ilyen sejteket kimutatni.

Hálózatok

Az utóbbi időkben az az elképzelés, hogy a légzőközpontban lévő idegsejtek hálózat szinten hozzák létre a rekeszideg ritmikus aktivitását. A spontán aktiválódó idegsejtekről az aktivitás szétterjed a hálózatban és ez okozza a belégzést, illetve olyan ionáramokat is létrehoz, amik a belégzés végére legátolják a sejtcsoport aktivitását és így kilégzéshez vezetnek. Több ilyen modell is létezik, azonban egyelőre egyik sem teljes. Például a gliasejteknek is fontos szerepe lehet a hálózat működésében, de ezeket egyik modell sem ábrázolja. A modellek ráadásul az egerek fiziológiáján alapulnak, amik másodpercenként 2-5 légzési ciklust zavarnak le, azonban korántsem biztos, hogy az emberek percenkénti 12-18 belégzését is képes ugyanaz a mechanizmus létrehozni.

Képtalálat a következőre: „neuron gif”

Mindez tehát azt mutatja, hogy jelenleg a légzés folyamatát sem tudjuk pontosan magyarázni neurális szinten. Ez azért érdekes, mert a légzés létrehozása egy egyszerűbb funkciója az idegrendszernek és esetében még azt is tudjuk, hogy pontosan milyen idegi aktivitás szükséges hozzá. Vannak azonban bőven olyan idegrendszeri működések, amiknél nincs ennyi biztos pont a képletben. Például, minek kell történnie az agyamban ahhoz, hogy felismerjem egy ismerősöm arcát? A legpontosabb magyarázatban jelenleg benne lenne, hogy “az orsó alakú tekervényen lévő arc terület aktiválódik”, mivel az fMRI vizsgálatok szerint itt megnő a vérátáramlás arcok nézése közben. Ez nagyjából annyit jelent, hogy az itt lévő idegsejtek csinálnak valamit arcok nézése közben, amit máskor nem. Szóval sokat tudunk, de nem eleget.

Az eredeti cikket itt találjátok, az animáció pedig innen van.