Det grundlæggende
Hjernen består af omkring 100 milliarder nerveceller, hver med en diameter på mindre end en tiendedel af en millimeter. Hver af disse nerveceller er forbundet med omkring tusinde af sine naboer og udgør et stort netværk med mere end 100 billioner nerveceller. Dette gør den menneskelige hjerne til det mest komplekse, kendte objekt i universet.For at tænke, handle, sanse og bevæge sig er det nødvendigt for hjernen at sende tusindvis af elektriske signaler mellem nervecellerne hvert sekund. Ligesom en mobiltelefon ikke kan sende en SMS, hvis batteriet er dødt, har hjernen brug for energi til at kunne sende signaler. Nervecellerne i hjernen får deres energi gennem nedbrydning af glucose (blodsukker) fra mad i kombination med ilt fra den luft, vi indånder. Sammenlignet med andre organer har hjernen en meget stor energiforsyning. Selvom hjernen kun vejer ca. 2% af den samlede kropsvægt, bruger den 25% af den ilt, vi optager via vores vejrtrækning. For at opretholde hjernens store energibehov har den mange og store blodkar, som – hvis alt går efter planen – forsyner den med de nødvendige mængder af ilt og blodsukker.
Nervecellens struktur
Hver nervecelle i hjernens netværk ligner et lille træ med en central rod, et rodnetværk, en lang tynd stamme og en lille trækrone.
Rodnettet består af dendritter. Disse er tynde grene af cellen, som forbinder til andre nerveceller og modtager signaler fra dem. Når et signal modtages, bevæger det sig gennem dendritten til cellekroppen, den store centrale rod på billedet. Hvis cellekroppen modtager tilstrækkeligt mange og/eller tilstrækkeligt stærke signaler gennem dens dendritter, vil den producere sit eget udgående signal, der sendes ud gennem axonet, den lange slanke stamme i nervecellen. Axonet slutter i nerveender, den lille “trækrone” øverst på billedet, der er i meget tæt kontakt med dendritterne i nabocellerne. Det smalle rum mellem nerveenden og den nærliggende dendrit hedder synapsen. Når et signal kommer til nerveenden, frigives specifikke molekyler, de såkaldte neurotransmittere, i synapsen. Neurotransmitterne spredes hurtigt over synapsen og når nabo-nervecellens dendritter. Når det sker, udløses et nyt signal i den nærliggende nervecelle, som igen kan udløse signaler i andre nerveceller. Nervecellerne er på denne måde forbundet i et kæmpe netværk – ligesom en computer.
Cellemembranen
Hver nervecelle er fuld af cellulær væske, som er adskilt fra den omgivende ekstracellulære væske (ECV) af en tynd cellemembran. For at forstå funktionen af cellemembranen kan nervecellen betragtes som en dåse med maling i et badekar fuld af vand.
Ligesom dåsens vægge og låg gør det muligt at holde den laksefarvede maling adskilt fra vandet, gør cellemembranen det muligt at have en højere koncentration af et bestemt molekyle inden i cellen end uden for den. Hvis vi i eksemplet med badekarret fjerner dåsens låg, vil den laksefarvede maling spredes ud i vandet, indtil vandet har en jævn laksefarvet farve, hvilket betyder at koncentrationen af maling er blevet den samme inden i dåsen som udenfor i vandet.
På samme måde vil koncentrationen af et bestemt molekyle inden for og uden for nervecellen være ens uden cellemembranen og nervecellen ville ikke kunne sende nogen signaler, da energien til transmissionsignalerne faktisk kommer fra forskellene i koncentrationen af bestemte molekyler mellem indersiden og ydersiden af cellen. På den måde er nervecellen meget lig et batteri. En stor forskel i koncentrationen på den udvendige side i forhold til den indvendige svarer til at have et fuldt opladet batteri. Dette er nødvendigt for at nervecellen kan sende signaler. Hvis koncentrationen indenfor og udenfor er den samme er det som at have et dødt batteri og nervecellen vil ikke kunne sende signaler.
Kalium og natrium - nervecellens batteri
Det er især koncentrationerne af to specifikke molekyler, der er vigtige for nervecellens funktion. Det drejer sig om kalium (også kendt som K+) og natrium (også kendt som Na+). Ved udviklingen af et migræneanfald spiller K+ koncentrationen i den ekstracellulære væske, dvs væsken uden for cellen, en stor rolle. I en sund, “fuldt ladet” nervecelle er der meget K+ inde i cellen og meget lidt udenfor, mens for Na+ det er omvendt. Der findes meget Na+ udenfor cellen, men ikke særlig meget inde i cellen.
Nervecellernes vægge er ikke 100% tætte og derfor vil en smule K+, kunne lække ud gennem membranen og ud i den omgivende væske, og en smule Na+ strømme ind i cellen. Sammenligner vi igen med et batteri, kan dette minde om et svagt beskadiget mobiltelefonbatteri, der altid taber lidt strøm, hvis det ikke hele tiden holdes tilsluttet opladeren. I sidste ende vil batteriet lukke ned. For at sikre, at nerveceller altid er “ladet” og klar til at sende signaler, har cellemembranen et stort antal mikroskopiske Na+ / K+ “pumper”. Disse pumper pumper hele tiden K+ ind i cellen og Na+ ud af cellen. På denne måde oplader pumperne kontinuerligt nervecellen og kompenserer for den nævnte utæthed i cellemembranen.
Nervecellerne har brug for meget ilt og blodsukker, da pumperne skal bruge energi for at fungere korrekt – ligesom en mobiltelefon skal bruge strøm for at oplade batteriet.
Afsendelse af nervesignaler
Na+ / K+ pumperne skal arbejde meget hårdt, når nervecellen har afsendt et signal. Cellen sender signalet ved at åbne mange mikroskopiske kanaler i cellemembranen, således at en masse Na+ pludselig strømmer ind i cellen og en masse K+ strømmer ud. Ved på den måde hurtigt at frigive en del af sin elektriske ladning, frigiver nervecellen tilstrækkelig energi til at sende et signal fra cellekroppen gennem axonet til de nærliggende celler.
Efter nervesignalet er sendt, lukker kanalerne hurtigt igen, men koncentrationen af Na+ inde i cellen er på den tid steget markant, fordi en masse Na+ har haft tid til at strømme ind i cellen, mens K+ koncentrationen er faldet i forhold til de normale niveauer. Derefter skal Na+ / K+ pumperne arbejde hårdt for at pumpe den ekstra Na+ ud af cellen og pumpe den manglende K+ ud af ekstracellulære væske og ind i cellerne. På grund af dette hårde arbejde øges behovet for ilt og blodsukker meget, og pumpefuntionen har brug for en masse energi til at “genoplade” nervecellen.
Opsummering
Nervecellerne i hjernen kan både sende og modtage signaler til og fra nabo-nerveceller.En nervecelle sender et signal ved at åbne små kanaler i dens cellevægge og hermed lade Na+ (natrium) strømme ind og K+ (kalium) strømme ud.For at fortsætte arbejdet skal nervecellen hele tiden genoplade sig selv, hvilke gøres ved at pumpe Na+ tilbage ud af cellen og det tabte K+ tilbage ind i cellen i en proces, der frigiver meget energi.Hjerneceller får deres energi fra ilt og blodsukker, der leveres til hjernen via blodbanen.
