A fájdalomérzetet kiváltó ingerületek a gerincvelőn keresztül érik el az agyat, majd az idegrendszernek a fájdalmat kiváltó ingerek elkerülésére vonatkozó parancsait is a gerincvelő juttatja vissza a szervekhez. Mára kiderült, hogy a fájdalom-ingerületek idegi feldolgozásában az idegsejtek mellett a csillag alakú asztrociták is fontos szerepet játszanak. Antal Miklós, a Debreceni Egyetem Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézetének egyetemi tanára azt vizsgálja, hogy ezek a nagyon apró, így speciális vizsgálati módszereket igénylő sejtek hogyan vesznek részt a fájdalomérzet kialakulásában.
– Kutatói pályája során végig a gerincvelővel foglalkozott. Miért fontos egy ember életében a gerincvelő?
– Pályám a gerincvelői idegsejtek és idegsejthálózatok vizsgálatával indult, és bár időközben tettem néhány kirándulást más területekre is, tudományos tevékenységem a mai napig a gerincvelő vizsgálatára vonatkozik. Az idegrendszer egyik legfontosabb feladata az, hogy kapcsolatot tartson a környezetével. Érzékelje a külvilág felől érkező ingereket, az ingereket idegi ingerületekké alakítsa át, és ezeknek a szenzoros ingerületeknek a feldolgozását követően olyan válaszreakciókat dolgozzon ki, amelyeknek a segítségével a változó külső környezet hatásaival szemben a szervezet megpróbálja megőrizni saját belső homeosztázisát, egyensúlyát. A gerincvelő ezekben a működésekben kitüntetetten fontos szerepet játszik: fogadja a külvilág, illetve a belső zsigereink felől érkező szomato-viszcerális szenzoros ingerületeket. Az ingerületek központi idegrendszeri feldolgozása után kialakított „utasításokat” pedig a gerincvelői mozgató idegsejtek, a motoneuronok közvetítik a vázizmaink, a zsigereink izmai, illetve mirigyei felé, amelyek engedelmeskedve a motoneuronok „parancsainak”, kialakítják a válaszreakciókat. Eddigi vizsgálataim a gerincvelőnek a szenzoros ingerületeket feldolgozó mechanizmusaira, illetve „parancsadó” motoros apparátusára vonatkoztak.
– Mit jelent ez a gyakorlatban? Ha hozzáérünk a forró tűzhelyhez, akkor gyorsan elrántjuk az ujjunkat?
– Ez az egyik legegyszerűbb megnyilvánulása annak, amiről eddig beszéltem. Ráadásul ennek a működésnek a kivitelezését a gerincvelő önmagában, más agyi területek hozzájárulása nélkül végzi. A forró tűzhelyhez érő ujjunk bőrében levő, magas hőmérsékletet érzékelő receptorokban keletkező ingerületek a gerincvelőbe jutnak. A bejövő ingerületeket a gerincvelői neuronhálózatok dolgozzák fel és alakítják ki azokat az „utasításokat”, ingerületi mintázatokat is, amelyeket a gerincvelői motoneuronok közvetítenek a megfelelő vázizmokhoz. A motoneuronok „parancsának engedelmeskedve” a felső végtag megfelelő izmai összehúzódnak és az ujjunkat elrántjuk a forró tűzhelytől. Ezt a gerincvelői működést nevezzük visszahúzási vagy nociceptív reflexnek. A reflex biológiai jelentősége könnyen érthető: az ember eltávolodik az őt ért káros, belső homeosztázisának megtartását veszélyeztető ingerektől.
Azt már több mint 100 éve tudjuk, hogy az idegrendszerben az idegsejtek mellett van egy másik, gliasejtnek nevezett sejttípus is. Nagyon hosszú ideig azonban a gliasejteknek nem tulajdonítottak különösebb szerepet az idegi működések kialakításában. Az elmúlt 20-30 évben azonban kiderült, hogy a neuronok közötti szinaptikus és nem-szinaptikus kommunikációs mechanizmusok mellett az idegrendszerben létezik számos olyan jelátviteli mechanizmus is, amelyeknek a segítségével az idegsejtek aktiválni képesek a gliasejteket. Az aktivált gliasejtek pedig kémiai hírvivő anyagokat, gliotranszmittereket felszabadítva visszahatnak az idegsejtekre és befolyásolják azok működését. Az ilyen idegsejt–gliasejt–idegsejt szignalizációs útvonalaknak egyre nagyobb szerepet tulajdonítanak az idegrendszer számos működésének a kialakításában. Különösen sok adat van arra vonatkozólag, hogy az érző ingerületeknek a gerincvelői feldolgozásában a gliasejteknek, és elsődlegesen azok egyik típusának, a nyúlványos, csillag alakú asztrocitáknak jelentős szerepük van.
– Mekkorák ezek a sejtek?
– A sejttestük nem sokkal kisebb, mint az idegsejtek sejttestei. A gerincvelő szenzoros ingerületfeldolgozást végző részében, a hátsó szarvban levő asztrociták sejttestei 10-20 mikrométer átmérőjűek. A nyúlványaik pedig a sejttesttől 40-50 mikrométer távolságra nyúlnak a tér minden irányában. A kisebb idegsejtek nyúlványai sem hosszabbak ennél. Persze az idegsejtek között vannak olyanok is, amelyek lényegesen hosszabb nyúlványokkal rendelkeznek. A gerincvelői motoneuronok axonjai, amelyek a gerincvelőben elhelyezkedő sejttesttől a beidegzett izomig futnak, például a talp izmaihoz, akár több mint 1 méter hosszúak is lehetnek.
– Miért a gerincvelőben vizsgálják a fájdalom-feldolgozást?
– Képzeljük el, hogy nagyon intenzív, szöveti sérülést okozó ingerek hatnak a testünk külső felszínére – például bőrgyulladást vagy a perifériás idegek sérülését okozó behatások – vagy a belső szerveinkre, utóbbira példa a szívizom oxigénellátásának súlyos mértékű romlása. Az ingereket a bőrben és a belső szerveinkben elhelyezkedő receptorok idegi ingerületté alakítják, majd a receptoroktól induló idegrostok ezt az ingerületet a gerincvelő hátsó szarvához vezetik. A befutó ingerületek aktiválják a gerincvelő hátsó szarvában levő neuronokat és gliasejteket, amelyek az elsődlegesen fogadott ingerületet erősíthetik vagy gyengíthetik. Ennek az ingerületeldolgozásnak nevezett folyamatnak a végeredményeképpen az ingerület olyan mértékben gyengülhet, hogy elhal a gerincvelőben, nem jut el az agykéregig, és így fájdalomérzet sem fog kialakulni. Ebben az esetben a gerincvelő más agyi területekkel együttműködve egy belső fájdalomcsillapító rendszerként működik. A gerincvelői ingerület feldolgozás azonban, a hátsó szarv funkcionális állapotától függően fel is erősítheti a bejövő ingerületeket. Ezt a felerősített ingerületet a gerincvelő projekciós (vetítő) neuronjai az agykéreg felé továbbítják, ahol az ingerületek fájdalomérzést váltanak ki. A gerincvelői szenzoros ingerületfeldolgozó rendszer tehát – annak ellenére, hogy a fájdalomérzet nem a gerincvelőben alakul ki – meghatározó fontosságú. Kis túlzással azt is mondhatjuk, hogy a gerincvelő „dönti el”, hogy a beérkező szenzoros ingerületekből melyek válthatnak ki fájdalom érzetet és melyek nem.
– Milyen módszerek állnak az orvostudomány rendelkezésére a fájdalomérzet csillapítására?
– Az előbbieknek megfelelően a fájdalomcsillapításra különböző elvi lehetőségek adódnak. Megakadályozhatjuk, hogy a sérülést okozó ingereket az érzékelő receptorok idegi ingerületté alakítsák. Gyulladásos eredetű fájdalom esetén így hatnak a gyulladáscsökkentő gyógyszerek. De megakadályozhatjuk azt is, hogy a receptorokban keletkező ingerületet a perifériás idegrostok elvezessék a gerincvelőhöz. Ilyen érzéstelenítést használ például a fogorvos foghúzás előtt, de ezen alapszik az epidurális érzéstelenítés is. Erősíthetjük a gerincvelőben azokat az ingerületfeldolgozási útvonalakat is, amelyek gyengítik a fogadott ingerületeket. És az is egy lehetőség, hogy csökkenthetjük az agykéreg és ezzel együtt az egész agy ingerületi állapotát, hogy az agykéreg ne legyen képes a hozzá érkező ingerületekből fájdalomérzetet generálni. Ezért altatják el a betegeket műtétek előtt.
Ezek a lehetőségek jól kidolgozottak akut, rövid idejű fájdalomcsillapításra. Krónikus fájdalmak csillapítására azonban a jelenlegi lehetőségeink nagyon korlátozottak. A rendelkezésre álló gyógyszerek nem specifikusan hatnak, hanem általában az egész agy aktivitását csökkentik. Ráadásul hosszabb idejű alkalmazásuk esetén igen nagy a hozzászokás veszélye. Az én tudományos működésem arra irányul, hogy a lehető legjobban megismerjük a gerincvelő hátsó szarvában zajló ingerület-feldolgozási folyamatokat, azokat a szignalizációs útvonalakat, amelyek révén az idegsejtek és a gliasejtek gyengíteni tudják a beérkező fájdalomkeltő ingerületeket. Úgy gondolom ugyanis, hogy ezek a vizsgálatok elvezethetnek bennünket olyan molekuláris targetek, célpontok felismeréséhez, amelyek hasznosíthatók lehetnek későbbi gyógyszerfejlesztési projektekben. A gerincvelői ingerületfeldolgozás befolyásolásán alapuló gyógyszerfejlesztési projektek eredményeképpen pedig kifejleszthetők olyan fájdalomcsillapító eljárások, amelyek a krónikus fájdalmat szelektíven csillapítják, de az agy egyéb működéseit nem befolyásolják.
BAJOMI BÁLINT
2016/47
