Dnes musíme jít na věci od Adama - takže čtenáři neurověd vědí jak funguje lidská motorika - od mozkové kůry v přední části čelního laloku kde se plánuje motivace k pohybu a pohyb na vysoké strategické úrovni "musím zaplatit, co jsem prochlastal" až po střední čelní kůru kde se plánují detaily "uchop pětistovku" až po "gyrus praecentralis", kde se plánují detaily "přitlač ukazovák na palec" a kde sídlí "pyramidové buňky", které jsou přímo napojené na alfa-motoneurony v míše. Přitom je nutno poznamenat, že náš pohyb to jsou desítky tisíc naučených pohybových automatismů, kterých je tolik až vzniká iluze možnosti svobodného pohybu, o kterou člověk rychle přijde pokud dělá cokoliv na co ještě pohybový automatismus nemá ( výuka lyžování, bruslení, jízdy na kole, argentinského tanga, píchání nitrožilních injekcí, atd.... )
Doposud jsme vždy skončili u fráze a pak "alfa-motoneuron vyšle impuls do svalstva", což dneska rozebereme podrobněji. Bohužel se musíme ještě jenou vrátit k nervům. Nervové buňky mají na membráně záporné napětí o velikosti asi -80 mv. Informace se mezi neurony šíří jako "akční potenciál" - tedy pár milisekund trvají "spajk depolarizace" kdy membránové napětí skokem vzroste asi tak na +30-40mV. Pak dojde akční potenciál na synapsi, kde se jeho příchod projeví vylitím neurotrasmiteru, který otevře iontové kanály na druhé straně ( na druhém neuronu) - po membráně neuronu za synapsí se ale nešíří "digitální" akční potenciál ale analogová vlna depolarizace - která se sčítá s vlnami depolarizace od ostatních synapsí - a pokud v určitém místě membrány neuronu dosáhne napětí prahu, který je asi -50 mV "neuron vystřelí" akční potenciál, který se jeho axonem šíří na ostatní neurony. Kouzlo složitého datového procesingu je, že to není jenom aritmetická suma vstupů jako u umělých neuronových sítí, ale že opravdu hraje roli šíření vln depolarizace po komplíkovaném 2D-3D povrchu neuronů, takže celá věc má svoji časovou a topologickou alias prostorovou složku nesnadno popsatelnou nějakým vzorečkem. ( a to se jedná o jeden neuron !!! )
OK alfa-motoneuron má taky axon, který končí "synapsí" na svalové buňce tuto synapsi oznančují "staří klinici" jako nervo-svalovou ploténku. Jejím neurotransmiterem je acetylcholin a na svalové buňce už neprobíhá žádný datový procesing - takže akční potenciál příchozí vede k uvolnění takového množství acetylcholinu, že to automaticky vydráždí vlnu akčního potenciálu na svalové buňce. Akční potecniál se šíří po membráně svalové buňky alias "sarkolemě" až narazí na T-Tubulus. T-tubulus je místo kde povrchová membrána zanořuje se jako malá roura hluboko do nitra svalové buňky - tím se akční potenciál přenese do blízkosti aktino-myozinových fibril, kolem kterých je endoplazmatické - alias "sarkoplazmatické" retikulum - váčky plné vápenných iontů, který se na podnět z T tubulu vylije ze sarkoplazmatického retikula do cytoplazmy, kde se naváže na Troponin-C a aktivuje svalovou kontrakci. Jasné ?
Tohleto už jsme probírali předminule, ale je třeba to ještě rozvést - tedy na svalové buňce neprobíhají analogové a postupně zanikající vlny depolarizace jako na neuronech - ergo tam nefunguje tzv "prostorová sumace" podnětů. Zato na svalové buňce probíhá tzv "časová sumace". inžernýři by řekli, že svalová síla je na signálu alfa-motoneuronů "frekvenčně modulovaná". Tedy každý jeden akční potenciál z alfa-motoneuronu způsobí drobný záškub svalu. pokud další akční potenciál přijde ještě dříve než předchozí záškub povolí - vznikne nový záškub, který se "sumuje" s předchozím a svalové napětí se tím zvětší. Ergo při vysoké frekvenci se "záškuby sumují" tak že se to navenek jeví jako plynulý pohyb silou vyplývající s frekvence signálů z alfa-motoneuronu. JASNÉ ?
Pokud nejasné - vizte obrázek, kde je nahoře svalové napětí, uprostřed oscilogram elektrické stimulace a cifry pod tím jsou perioda v sekundách - jakože 0,5 - 0,02 sec mezi pulsy. Teď to snad nemůže být jasnější.
To bysme měli "časovou sumaci". Řízení svalstva na nízké úrovni má ale i prostorový aspekt zvaný "svalová jednotka". To je množství svalových buněk řízených jedním alfa-motoneuronem. Organismus alfa-motoneurony neplýtvá, takže velikost svalové jednotky je od 5-10 svalových buněk u okohybných svalů - což zajišťuje extrémně přesné řízení pohybu očí po 2000-3000 svalových buněk na jeden alfa-motoneuron u zádového svalstva, kde vlastně je důležité jenom dlouhodobě držet trup zpříma a na nějakou přesnost se tam moc nehraje.
Přitom je třeba poznamenat, že matička příroda je chytrá - "motorické jednotky" zajišťují maxímální míru redundance - takže těch 3000 svalových buněk není 3000 sousedních svalových buněk, aby zánikem jednoho motoneuronu vypadl celý úsek svalu. Svalové buňky v rámci motorické jednotky jsou umístěny "prokládaně" v celém průřezu svalu aby výpadek jednoho motoneuronu znamenal maximálně oslabení určitého úseku svalu. Přitom je třeba poznamenat, že ani příroda nedovede překonat vývojová omezení - jsme potomci žížal a doposud máme "článkované tělo" - viz žebra obratle atd. Takže je jasné, že motorická jednotka - větve axonu motoneuronu - nezasahuje mimo tělěsný článek alias "somit" - ve kterém leží v míše daný neuron - takže máme značnou redundanci "nervového zásobování svalu", ale jen v rámci toho co článkované tělo dovolí.
Předposlední pozoruhodná věc - havarujeme a přetrhneme si nerv, nebo se ožereme usneme venku v zimě na vlastní ruce - a způsobíme si "opileckou obrnu" - co se bude dít pak ? Sval samotřejmě ochrne, ale nervová vlákna začnou dorůstat rychlostí přibližně 1 milimetr za den. Až dorostou zpět - napojí se na původní svalové buňky - ale ne přesně tam kde před úrazem - jinak a dalo by se říci že náhodně. Kouzlo je v tom, že v rámci rehabilitace a pokusů o pohyb si mozek prostě zvykne na nové rozložení nervových vláken a přizpúsobí tomu pohybové sterotypy. Prostě - přehodíme robotovi kabely mezi levým a pravým kolečkem, on se cvhíli motá a "pak si zvykne" - zajímavá představa ne ?
Přitom uvnitř nervu - jsou "myelinové pochvy" a nervová vlákna - alias axony neuronů z míchy. Nerv regeneruje jedině pokud melinové pochvy i těla neuronů nejsou poškozeny. Pokud jsou - nerv nezregeneruje, svalstvo po čase zanikne a mění se ve vazivo, a pozoruhodné je, že zaniknou i "zbytečné" neurony v míše oddělené od svých svalů a a po jejich zániku odumřou i "zbytečné" pyramidové buňky alias motorické neurony v mozkové kůře. Takže například utětím ruky - časem zmizí celé nervstvo, které ji řídilo (aby nebylo zbytečným zdrojem nestability mozku).
Úpně poslední inromace - skočíme do mělké vody a polámeme si hrudní páteř - v tom případě veškeré příčně pruhované svalstvo pod místem úrazu se už nikdy nehne. Vozíčkáři paraplegici - jsou často od prsních bradavek dolů nepohybliví - až na dvě výjimky - hladké svaly - střeva, žaludek, močový měchýř řídí "Nervus vagus" hlavový nerv, který se téměr vždy zachová. Druhá výjimka - kromě mozkem řízeného "pyramidového" systému existuje i "extrapyramidový systém" který je i na úrovni míchy - ten bez mozku není schopen pohybu řízeného vůlí, ale alespoň zachovává svalový tonus - což klinici označují jako "spastická obrna" - jakože vozíčkář končetinami nehne, ale svalstvo je mírně "zaťaté".
Pokud havarujete na motorce a zlomíte si krční páteř - pak jsou z vás kvadruplegici - jedinci, kteří většinou mají "chabou obrnu rukou" svalstvo je ochablé - neb tam je mícha zničena, včetně extrapyramidových okruhů a "spastickou obrnu nohou" - neb tam je mícha nepoškozena, avšak bez spojení s mozkem - a jediné, co vás drží na živu je "brániční nerv" alias "nervus phrenicus" který se odděluje z míchy vysoko v krční páteři a většinu zůstane nepoškozen a může řídit bránici, která zajistí alespoň dýchání. To je taky důsledek "článkovaného těla" kdy bránice se u embrya v děloze vyvíjí v oblasti hlavy a až s uzavíráním hrudní a břišní dutiny se přesune, tam kde ji máme v dospělosti, přitom si "své nervy táhne s sebou".
Zajímavé ne ? Tímto je seriál o svalech ukončen - očekávám dotazy, co jsem zapoměl, protože v tom kvantu informací mohl jsem přehlédnout nějakou věc, která mi připadá elementární, avšak není - jako třeba celá otázka svalstva.
Karel | 6. listopadu 2015 v 6:10
Co fantomová bolest, její zdroj je pak kde?