5 Хвилин про електрику в людині
Чим відрізняються електрику нашого організму і електрику, яке подається до розеток в наших будинках? Як передають сигнали нервові клітини? Чому ботокс - це отрута і як він працює? Про все це - у випуску Маші Осетровою.
Всім привіт, я Маша Осетрова, і сьогодні я трохи розповім вам про електрику в тілі людини.
Сюжет про Віктора Франкенштейна, який створив монстра з неживої матерії, ідейно перегукується з проведеним в XVIII столітті дослідам Луїджі Гальвані, який змусив м'язи жаби скорочуватися під дією електричного струму. Його експерименти надихнули багатьох дослідників на вивчення функцій електрики в тілі живих істот. На сьогоднішній день вчені сильно просунулися в цій області: придумали знеболюючі, з'ясували, що змушує наше серце битися, що відбувається в голові у закоханих і багато іншого.
Між електрикою нашого організм, і електрикою, яке забезпечує наші будинки, є два фундаментальних відмінності. Електрика з розетки є потік електронів. На відміну від цього практично всі струми в живих істотах є потоками йонів - атомів, що мають електричний заряд. Токи в нашому організмі пов'язані з п'ятьма типами частинок: чотирма позитивними іонами - натрію, калію, кальцію і водню - і одним негативним хлорид-аніону.
Друга важлива відмінність пов'язана з напрямком руху частинок. Струм в електричному ланцюзі тече вздовж провідника, в той час як поширення електричного імпульсу по нейрону сприяє рух іонів в перпендикулярному напрямку.
У книзі «Іскра життя» Френсіс Ешкрофт зібрала воєдино наявні на сьогоднішній день знання про електричні токах в організмі людини і процесах на клітинному і молекулярному рівні, керуючих передачею електричних імпульсів.
У стані спокою на мембрані всіх клітин існує різниця потенціалів в 70 мВ, яку також називають потенціалом спокою. Зміна цього потенціалу можливо при проході заряджених частинок через мембрану всередину і назовні клітини через спеціальні шлюзи - іонні канали.
Для управління іонними каналами сусідів нервові клітини випускають в синаптичну щілину - місце контакту нейронів - спеціальні речовини, нейромедіатори. Вони специфічно взаємодіють з іонними каналами в мембрані цільової клітини, підходячи до певного типу каналів як ключ до замка. В результаті взаємодії канал відкривається, пропускаючи через себе іони всередину або назовні клітини. Напрямок руху частинок при цьому залежить від концентрації іонів і розподілу зарядів.
У стані спокою потенціал-залежні натрієві і калієві канали клітин нервової і м'язової тканини знаходяться в закритому стані під дією потенціалу спокою. Вони відкриваються тільки тоді, коли потенціал зміщується в позитивну сторону: коли це відбувається, генерується нервовий імпульс.
Хоча потенційно нервові волокна можуть проводити імпульси в будь-яку сторону, звичайно вони передають їх тільки в одному напрямку. Рухові нерви передають сигнал від головного і спинного мозку до м'язів для управління їх скороченням, а чутливі нерви передають інформацію в зворотному напрямку - від органів почуттів до головного мозку.
Підтримка клітин в поляризованому стані життєво важливо для організму і вкрай енергозатратно. Один лише мозок використовує близько 10% вдихуваного кисню для підтримки роботи натрієвого насоса і підзарядки акумуляторів нервових клітин.
Найбільше значення для генерації нервового імпульсу мають калієві і натрієві канали. Це підкреслює той факт, що отрути павуків, молюсків, актиній, жаб, змій, скорпіонів і безлічі інших екзотичних істот впливають саме на них і, таким чином, порушують функціонування нервів і м'язів. Багато токсини вкрай специфічні і націлені на який-небудь один вид іонних каналів.
Різні отрути мають різний механізм дії: деякі з них закупорюють іонні пори, а деякі виступають в ролі «розпору», фіксуючи канал у відкритому стані. Це призводить до того, що результатом проникнення в організм одних токсинів є параліч, а інших - надмірне збудження, що викликає судоми.
Наприклад, отрута тетродотоксин, що міститься в нутрощах іглобрюха, якого японці називають «риба фугу», володіє специфічністю до натрієвих каналах. Міцно закупорюючи іонні пори, він перешкоджає нормальній передачі нервових імпульсів, викликаючи параліч і часто приводячи до летального результату. Проте, гурмани з усього світу регулярно ризикують життям, щоб покуштувати фугу: при правильному приготуванні вона перестає бути отруйною, і лише злегка поколює небо.
Ще один токсин, заради ефекту якого люди готові ризикнути - ботокс, який використовується в косметичних цілях для розгладження зморшок. Ботокс, він же ботулотоксин - отрута бактерій виду Clostridium botulinum. - один з найсильніших відомих природних отрут. Він перешкоджає скороченню м'язів і поступово призводить до смерті від задухи. В кількості, що уміщається на кінчику голки, він смертельний для дорослої людини, однак ін'єкції ботокса під шкіру в незначних концентраціях сприяють позбавленню від мімічних зморшок.