Евгений Плисов - Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Какое счастье жить в современном мире, где можно взять тысячу человек, засунуть им в уши шаманское снадобье, взять еще тысячу человек и дать им таблетку против головной боли, а еще двум тысячам засунуть в уши или дать внутрь мел и посмотреть, какое же средство будет работать лучше. И понять, что три тысячи лет шаманского опыта зачастую сводились к ошибке выжившего.

Схема изучения внутреннего заряда нейрона с помощью микроэлектрода.

Как ученые поняли, что внутри клетки относительно внешней среды есть заряд и этот заряд равен -70 мВ? Они придумали иглу с полостью внутри. Что-то наподобие шприца, но настолько маленькое, что им можно проколоть мембрану отдельной клетки, причем шприц не пройдет насквозь, а его конец останется внутри. Иглу делают из стекла: помещают стеклянную трубочку толщиной 1 мм в нагревательный прибор, и, как только стекло начинает плавиться, две пружины резко растягивают эту трубочку в противоположные стороны. В месте, где стекло было нагрето, создается настолько тонкая струна, что ее не видно. Пустой канал внутри иглы вы заполняете токопроводящим раствором, например раствором соли, а затем с помощью специальных держателей под микроскопом вводите эту иглу внутрь клетки.

И как только игла окажется внутри клетки, прибор покажет, что относительно окружающего раствора клеточное содержимое имеет отрицательный заряд в -70 мВ. И эти показания будут стабильны, пока игла находится внутри клетки и пока клетка жива.

Работа натрий-калиевого насоса.

Пока клетка жива, на ее мембранах работает так называемый натрий-калиевый насос (Na +-K +-насос). Этот белок, словно насос, закачивает из окружающей среды в клетку ионы К+ и при этом выкачивает из цитоплазмы клетки ионы Na +. Стоит подчеркнуть, что этот насос — не эфемерная штука, а реальная физическая конструкция, которая работает что есть силы. Внутри конструкции белка есть полости, в которые могут попасть ионы, и эти полости разные. Есть полости для ионов Na +, если полости для ионов K +, причем для натрия таких полостей три, а для калия две.

Мозг — самая энергозатратная структура тела. Так вот, она такая энергозатратная как раз из-за этих насосов — именно они тратят большую часть энергии, поддерживая батарейку клетки в постоянно заряженном состоянии. Во время работы насоса происходит своеобразный обмен, расходуется энергия молекул АТФ. В результате снаружи клетки концентрация ионов Na +становится в 10 раз больше, чем внутри, а внутри клетки в 30 раз больше ионов К +, чем снаружи.

Изначально, когда нервная клетка только появляется, она не несет в себе заряда. В таком состоянии они находятся у эмбрионов до двух-трех первых месяцев развития. Поэтому говорить о каких-либо чувствах эмбриона как минимум до этого срока преждевременно, его нервные клетки не выполняют свои функции. Компьютер еще не включен в розетку. Концентрация положительных и отрицательных ионов внутри клетки одинакова. Затем происходит следующее.

1. На мембране у нейрона появляются каналы, способные пропускать К +. Внутри клетки концентрация К +высокая, снаружи низкая, и К +начинает потихоньку покидать клетку. Представьте, что вы едете в переполненном общественном транспорте, и тут открываются двери. К +, по идее, должен выходить из клетки до тех пор, пока его концентрация снаружи не сравняется с концентрацией внутри, однако полностью ему выйти помешают оставшиеся в клетке отрицательные ионы. Плюс притягивает минус.

Выход ионов калия из клетки.

Оставшиеся отрицательно заряженные ионы (это может быть Cl -, PO 4 3-, остатки органических кислот и пр.) не полностью останавливают поток К +из клетки, но делают так называемое динамическое равновесие. Сколько К +покидает клетку, столько же из-за притяжения проникает в клетку.

Проникновение ионов натрия в клетку.

3. Если оставить все на этом моменте, нетрудно догадаться, что рано или поздно клетка обменяется с внешней средой всеми ионами и ее внутренний заряд станет равен 0. Чтобы не допустить подобного, и существует Na +-K +-насос, постоянно поддерживающий динамическое равновесие на уровне -70 мВ.