Фрэнсис Эшкрофт - Искра жизни. Электричество в теле человека
Обилие ядов для натриевых каналов говорит о том, какое значение имеют эти каналы для функционирования нервов и мышц. Их особая чувствительность к потенциалу и избирательная проницаемость для ионов натрия принципиально важны для генерирования и передачи нервных импульсов, а также информации по аксонам нервов, например по двигательным аксонам, от головного и спинного мозга к мышцам. Что происходит, когда эти импульсы достигают нервных окончаний, и как они возбуждают мышечное волокно, мы узнаем в следующей главе.
Глава 4 Не забывайте о межклеточном пространстве
прыжок
мысли через синаптическую щель.
Брайан Тернер. Эй, пуля
Ботокс — новейшее оружие в арсенале косметической хирургии, им пользуются кинозвезды и простые люди, желающие избавиться от морщин на лице, которые появляются с возрастом. На деле он представляет собой опасный яд, называемый ботулотоксином. Во времена моей молодости он был намного более известен как причина пищевых отравлений со смертельным исходом. В те дни консервированная говядина была массовым продуктом питания, но если консервные банки оказывались плохо закрытыми, то в продукт попадали бактерии Clostridium botulinum. Токсин, вырабатываемый этими бактериями, убивал любого, кто неосмотрительно употреблял в пищу такие консервы1. Другие мясные продукты тоже, случалось, содержали токсин — ведь даже само слово botulinum происходит от латинского названия колбасы (botulus).
Ботулотоксин — один из самых сильных известных природных ядов. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, а одного грамма, по расчетам, достаточно, чтобы убить миллион человек. Считается, что бойцы чешского Сопротивления использовали его для покушения на печально известного обергруппенфюрера СС Рейнхарда Гейдриха, высокопоставленного нацистского функционера, в котором Гитлер видел своего преемника. Покушение на Гейдриха было совершено в Праге весной 1942 г. двумя прошедшими подготовку в Великобритании чешскими патриотами, которые бросили в его автомобиль гранату, начиненную, по общепринятому мнению, ботулотоксином. Хотя ранения Гейдриха были вроде бы не опасны для жизни и операция прошла успешно, он умер через восемь дней от осложнений. Действительно ли ботулотоксин был причиной его смерти — большой вопрос. Тем не менее некоторые страны занимались исследованием возможности использования ботулотоксина в качестве боевого отравляющего вещества. ЦРУ, например, обработало ботулотоксином партию любимых сигар Фиделя Кастро (до применения которых дело так и не дошло).
Ботулотоксин предотвращает сокращение мышц. При попадании внутрь организма он постепенно расслабляет дыхательные мышцы, пока они не перестают функционировать, вызывая смерть от удушья. В последнее десятилетие или два, однако, обнаружилось, что впрыскивание ничтожного количества токсина под кожу позволяет парализовать мышцы в строго ограниченной зоне. Поначалу это свойство использовали в целях оказания помощи людям, у которых мышцы шеи или плеча находятся в постоянно «замороженном» состоянии, и они могут поворачивать голову только в одну сторону. Вскоре выяснилось, что ботокс оказывает еще один эффект — он разглаживает глубокие мимические морщины, формирующиеся при нахмуривании и улыбке. Как заметил однажды швейцарский врач Парацельс, «между ядом и лекарством разница лишь в дозе».
Достоинство ботокса в том, что он соединяется со своей целью очень сильно, его вымывание идет крайне медленно, и мышцы остаются расслабленными в течение многих месяцев. Вместе с тем примерно раз в полгода процедуру необходимо повторять. Оборотной стороной этого метода является то, что токсин блокирует также сокращение мимических мышц и приводит к появлению неподвижной «маски сфинкса» на лице. Еще хуже то, что при слишком частом использовании ботокс может вызвать местный паралич, выражающийся в опущении верхнего века или углов рта. Сон нобелевского лауреата
Ботокс вызывает паралич в результате блокирования передачи электрических импульсов от нерва к мышце. Эти два типа клеток не связаны физически, и импульс не может преодолеть пространство, которое разделяет их. Поэтому сигнал от одной клетки к другой передает химический мессенджер, или медиатор (нейромедиатор). Передача информации от нервной клетки к мышечной клетке (или к другой нервной клетке) происходит в особых областях, называемых синапсами, где щель между двумя клетками очень мала — около одной стомиллионной части метра (примерно 30 нм[16]). По очевидным причинам клетку в начале цепочки, которая выделяет медиатор (в нашем случае нервная клетка), называют пресинаптической клеткой, а ее цель — постсинаптической клеткой.
Окончание нервного волокна усеяно небольшими мембранными пузырьками (везикулами), наполненными нейромедиатором. В синапсе между нервом и мышцей нейромедиатором служит ацетилхолин, но для передачи информации между различными типами нервных клеток в головном мозге используется множество других химических веществ. Когда электрический импульс достигает нервного окончания, он заставляет везикулы выделять их содержимое в щель между двумя клетками. Нейромедиатор диффундирует через щель и присоединяется к рецептору на поверхности постсинаптической клетки, инициируя генерирование электрического импульса. В мышечной клетке такой импульс вызывает сокращение.
Процесс передачи информации от нерва к мышце с помощью химического вещества был открыт Отто Лёви, блестящим ученым, который проработал большую часть своей жизни в австрийском городе Граце. Он родился в 1873 г. во Франкфурте и поначалу больше интересовался рисованием, музыкой и философией, чем естественными науками, и хотел стать искусствоведом. Однако по настоянию домашних он поступил в высшее медицинское учебное заведение. Там Лёви быстро увлекся наукой. На протяжении всей жизни для него были характерными неистребимое жизнелюбие, страсть к исследованиям и чувство юмора. Даже в последние годы жизни он настаивал на том, что «волнение полезно ему».
В 1921 г. Лёви продемонстрировал, что в передаче электрических импульсов между нервными и мышечными клетками участвуют химические вещества. Он объяснял эту догадку озарением, которое пришло ему во сне. Вот, что он писал: «Ночью перед пасхальным воскресеньем в тот год я проснулся, включил свет и что-то нацарапал на небольшом клочке бумаги. После этого я снова уснул. Утром часов в шесть до меня дошло, что ночью я записал что-то очень важное, но не смог разобрать свои каракули. Следующей ночью в три часа эта идея вернулась. Она касалась эксперимента, позволяющего определить, правильной или неправильной была моя гипотеза химической передачи информации, высказанная 17 лет назад. Я тут же вскочил с постели и отправился в лабораторию и провел простой эксперимент на сердце лягушки точно так, как он привиделся мне ночью».
Лёви знал, что если электрическим разрядом возбудить нерв, управляющий сердцем лягушки, то ритм его сокращений должен замедлиться. Если, как он предположил, это связано с химическим медиатором, высвобождаемым из нервных окончаний, то химическое вещество должно попасть в жидкость, в которой находится сердце. Сначала во сне, а потом наяву Лёви увидел, как при погружении другого сердца в собранный раствор ритм его биения тоже замедляется. Это означало, что первое сердце выделяет растворимый химический медиатор, который затем действует на второе сердце.
Лёви назвал этот химический медиатор «вагусным веществом» (Vagus-stoff), поскольку его выделял блуждающий нерв (vagus), передающий сигналы сердцу. Сейчас мы знаем, что это ацетилхолин, как и предполагал Лёви. Он был слишком осторожным, чтобы публиковать непроверенные сведения, которые могли оказаться некорректными. Лишь в 1926 г. после многочисленных дополнительных экспериментов он пришел к выводу, что это может быть ацетилхолин. Лёви очень повезло, поскольку нерв, передающий сигналы лягушачьему сердцу, имеет два набора волокон: одни набор выделяет химическое вещество, замедляющее сердечный ритм (ацетилхолин), а другой — субстанцию (норадреналин), ускоряющее его. Частота, при которой Лёви стимулировал нерв, должна была в точности соответствовать той, что обеспечивает преобладание действия ацетилхолина. Здесь удача вновь сыграла ключевую роль в открытии.
В 1936 г. Лёви (вместе со своим другом детства британским ученым сэром Генри Дейлом) был удостоен Нобелевской премии. А всего два года спустя, 12 марта 1938 г., Германия вторглась в Австрию. Лёви в тот же день сказали, что нацисты оккупировали его страну, но его слишком занимали исследования, чтобы придавать значение этой новости. Свою ошибку он понял в 3:00 на следующее утро, когда десяток вооруженных штурмовиков ворвались в его дом и отправили ученого в тюрьму вместе с другими евреями. Не зная, что с ним будет, и ожидая расстрела в любой момент, Лёви изложил последние результаты исследований на открытке, указал на ней адрес научного журнала (Die Naturwissenshaften) и упросил часового бросить ее в почтовый ящик. Мысль о том, что результаты его исследований не будут потеряны, принесла ему облегчение.
