Læknablaðið : fylgirit - 01.12.1983, Page 47

45
Helgi Kristbjarnarson
RANNSÓKNIR í TAUGALÍFEÐLISFRÆÐI
Fram á þessa öld snerust læknisfræðilegar rann-
sóknir á taugakerfi manna og dýra einkum um gerð
þess og útlit, en á fyrri helmingi þessarar aldar kom
fram ný vísindagrein sem rannsakaði starfsemi
tauganna, þ.e.a.s. taugalífeðlisfræðin.
Margir hafa lagt hönd á plóginn til aukins skiln-
ings á starfsemi tauga og taugakerfa. Dale útskýrði
starfsemi taugatengsla (synapsa), Rushton út-
skýrði flutning boðspennunnar, Katz myndun
boðefnaskammta (quanta) o.s.frv. En af mörgum
ágætum verkum á þessu sviði hygg ég að hæst beri
rannsóknir þeirra Hodgkins og Huxleys, sem settu
árið 1951 fram nákvæmt stærðfræðilegt líkan um
hvernig jónastreymið gegnum frumuhimnuna væri
og hvaða spennubreyting hlytist af því (1). Þetta
líkan, sem þeir fengu Nóbelsverðlaun fyrir, hefur í
aðalatriðum staðist tímans tönn og orðið horn-
steinn skilnings okkar á starfsemi tauga.
Eftir miðja öldina fór áhugi manna smám saman
að beinast aftur í auknum mæli að gerð tauga og
kom þar margt til, m.a. tilkoma rafeindasmásjár-
innar og vaxandi þekking manna á lífefnafræði.
Árið 1972 settu Singer og félagar fram kenningu
um gerð frumuhimnunnar sem almennt er nú við-
urkennd (2). Hún er í stórum dráttum á þá leið að
frumuhimnan sé tvöfalt lag af fitumólikúlum sem
snúi vatnssækna hlutanum út og í þessu lagi fljóti
prótínmólikúl, sem ýmist nái hálfa eða alla leið
gegnum frumuhimnuna. í h'kani þeirra Hodgkins og
Huxleys er gert ráð fyrir að í frumuhimnunni sé
flutningskerfi fyrir saltjónir, einkum natríum og
kalíum, og hafa menn hugsað sér þetta flutnings-
kerfi með tvennu móti. Sumir telja að lítil prótín-
mólikúl bindist jónunum og flytjist yfir á hina hlið
frumuhimnunnar þar sem þau sleppi mólikúlinu
(carrier model), en aðrir telja að prótín myndi hol
göng gegnum frumuhimnuna sem séu af hæfilegri
stærð til þess að hleypa í gegnum sig jónum af
tiltekinni stærð (ion channel model). Þessi síðari
skýring hefur á síðustu árum átt mestu fylgi að
fagna og kemur þar margt til. í ljós hefur komið að
viss efni hindra streymi ákveðinna jóna gegnum
frumuhimnuna en hafa engin áhrif á aðrar jónir.
Þannig hindrar t.d. tetraethyl ammonium (TEA)
streymi kalíums, en hefur lítil áhrif á natríum-
strauma. Efnið tetrototoxin (TTX) hefur hins
vegar áhrif á natríumstrauma, en ekki kalíum-
straum. Síðasta áratuginn hafa menn reynt að gera
sér mynd af því hvemig jónagöngin líti út. Þannig
hefur t.d. Clay Armstrong, á grundveili rannsókna
á áhrifum ýmissa hemjandi efna á kalíumkerfið
(3), komist að þeirri niðurstöðu að kalíumgöngin
séu u.þ.b. 3 Á í þvermál þar sem þau eru þrengst,
en þar sem þau opnast á innra borði séu þau u.þ.b.
8 A í þvermál. TEA mólikúlið er einmitt um 8 Á og
gæti því sest í þessi göng.
Lífefnafræðingar hafa reynt að einangra þau
prótín í frumuhimnunni sem mynda jónagöngin.
Þetta hefur nú tekist með þau jónagöng sem
acetylcholine stjórnar opnun á, en ekki með hin
spennustýrðu jónagöng taugaþráðarins (4). Það
sem sannar að hér sé um virk jónagöng að ræða er
að tekist hefur að koma þessum prótínum fyrir í
örþunnu lagi af olíu sem aðskilur tvær saltvatns-
upplausnir. Kemur þá í ljós að natríumleiðnin í
gegnum þetta þunna olíulag breytist þegar
acetylcholin er bætt í upplausnina (5). Það er ljóst
að séu jónagöngin prótín, hlýtur framleiðsla þeirra
að stjórnast af kjarnasýrum og vera háð ýmsum
þáttum, líkt og önnur prótínframleiðsla. Kandel
hefur nýlega sett fram þá kenningu (6), eftir rann-
sóknir á taugakerfi snigla (Aplysia), að minni sé í
því fólgið að fjöldi jónaganga, sérstaklega í og við
taugatengsl (synapsa) beytist með prótínsyntesu
og þar með breytist gangur taugaboða í heilanum.
Mælitækin sem notuð eru við taugalífeðlisfræði-
Iegar rannsóknir eru stöðugt að verða fullkomnari
eftir því sem rafeindafræðinni fleygir fram. Það
sem gerði Hodgkin og Huxley upphaflega kleift að
setja fram líkan sitt um jónastrauma var svo nefnd
spennuþvinga eða voltage clamp. Það er búnaður
sem heldur himnuspennu óbreyttri við ákveðið
stillanlegt stig, en mælir strauminn sem sú spennu-
breyting veldur. Upphaflega voru þessar rann-
sóknir gerðar á kolkrabbataugum, sem eru býsna
stórar, geta verið upp í 1 mm í þvermál, og það sem
mælist er þá meðaltalsstraumur frá milljónum
jónaganga. Þegar Frankenhaeuser tókst árið 1958