Фрэнсис Эшкрофт - Искра жизни. Электричество в теле человека
В нормальном мышечном волокне один нервный импульс приводит к возникновению одного потенциала действия, который вызывает одно сокращение, например при моргании глаза. Чтобы восстановиться, мышце требуется некоторое время, поэтому продолжительность отдельного мышечного сокращения значительно больше длительности электрического импульса. Это означает, что при повторяющемся возбуждении сокращения сливаются и в мышце поддерживается стойкое сокращение, известное как контрактура. Это позволяет прикладывать постоянное усилие к тому или иному предмету. Силу, прикладываемую мышцей, можно увеличивать не только путем более частого возбуждения отдельного мышечного волокна, но и через задействование большего числа двигательных единиц. Любое действие, от ввода этих слов с помощью клавиатуры до удара по мячу при игре в сквош, требует сложного согласованного движения множества мышц и точного управления их сокращением мириадами электрических импульсов в нервах и мышцах.
Потенциал действия мышц аналогичен потенциалу действия нервных клеток — он инициируется открытием натриевых каналов и прекращается открытием калиевых каналов. Вместе с тем различие генов участвующих в этом ионных каналов объясняет, почему мутация в натриевом канале мышцы не влияет на натриевые каналы нерва (и наоборот) и почему токсины, которые поражают нервы, не всегда действуют на мышцы. В генерировании потенциала действия в мышце, кроме того, задействовано больше типов ионных каналов, чем в аксонах. Особо важную роль играют кальциевые и хлоридные каналы, называемые так потому, что они избирательно пропускают соответствующие ионы. Мутации в любом из типов каналов, участвующих в генерировании мышечного потенциала действия, могут приводить к нарушениям функционирования мышц. Импрессив — троянский конь
Лошади породы американская четвертьмильная были выведены для забегов на дистанцию четверть мили (отсюда и название породы), их, кроме того, использовали для перегона крупного рогатого скота, поскольку они демонстрировали исключительную резвость на коротких дистанциях. В наши дни их чаще держат как выставочных лошадей. У некоторых самых красивых представителей этой породы наблюдается мутация гена мышечного натриевого канала, которая вызывает расстройство, называемое гиперкалиемическим периодическим параличом (HYPP). Лошади с HYPP-мутацией очень чувствительны к концентрации ионов калия в крови — у них наступает паралич при ее повышении. К сожалению, высокая концентрация калия естественна для такой кормовой культуры, как люцерна, и поедание люцернового сена нередко приводит к приступам вялого паралича. Он начинается с мышечной дрожи и слабости, переходит в нетвердую походку и пошатывание, а иногда может быть таким сильным, что лошадь запинается и падает. Страдающие таким недугом животные переносят приступы без последствий, но продолжительность жизни имеющих мутацию часто меньше, чем у здоровых.
Мутация, вызывающая HYPP, приводит к тому, что мышечные натриевые каналы инактивируются не полностью. В результате ионы натрия непрерывно поступают в клетку, снижая градиент потенциала на мышечной мембране и повышая возбудимость мышц. Мышцы при этом могут сокращаться, даже когда лошадь стоит на одном месте. Такие спонтанные сокращения мышц создают впечатление, будто под кожей животного извиваются черви. Кроме того, они приводят мышцы в потрясающее физическое состояние — ведь животное фактически непрерывно выполняет изометрические упражнения. Во время приступа потенциал на мышечной мембране падает настолько, что натриевые каналы закрываются (говорят, что они инактивируются). Как результат мышцы не могут поддерживать сокращение, сколько бы их ни возбуждали, они становятся слабыми и вялыми, и лошадь падает
Хорошо развитая мускулатура — очень ценное качество для выставочной лошади, и животные с HYPP нередко получают призы. Как следствие программы селекционного отбора по уровню развития мышц 4% лошадей породы американская четвертьмильная находятся в группе риска по этому заболеванию. Все они имеют общего предка — жеребца по кличке Импрессив (т.е. впечатляющий). Эту кличку он получил не за численность произведенного потомства, а за силу мышц. Его потрясающее физическое состояние и куча завоеванных призов породили огромный спрос на него как на производителя. Лишь впоследствии выяснилось, что его потомство унаследовало не только великолепные мышцы, поскольку жеребец по кличке Импрессив, подобно троянскому коню, нес в себе еще и зловещий дар.
Из-за того, что для заболевания требуется всего один экземпляр мутантного гена, примерно половина потомства этого жеребца подвержена HYPP. Животные, которые несут два экземпляра мутантного гена, подвержены более тяжелым формам заболевания. Поскольку болезнь диагностируется с помощью простого генетического теста, от нее можно было бы легко избавиться, если бы владельцы согласились исключить разведение животных с одним экземпляром мутантного гена. Эту идею, однако, оказалось трудно реализовать, учитывая, что страдающие генетическим нарушением лошади приносят больше призов и, как следствие, больше ценятся. Тем не менее с 2007 г. жеребята — носители двух экземпляров мутантного гена больше не регистрируются в Ассоциации лошадей породы американская четвертьмильная.
Люди тоже могут страдать от подобных нарушений. При употреблении в пищу богатых калием продуктов вроде абрикосов и бананов больные чувствуют слабость и не могут двинуться после большой физической нагрузки или когда просыпаются. Во время приступа их конечности становятся дряблыми и безвольно висящими как у тряпичной куклы. При редкой форме заболевания, известной как врожденная парамиотония, у людей наблюдается мышечная ригидность, когда они переохлаждаются, и этот симптом становится еще более выраженным после физической нагрузки. Это не смертельно, но страшно неприятно, когда вы обнаруживаете, что руки буквально прирастают к лопате при уборке снега, что не можете выпустить из рук металлический руль велосипеда после поездки в холодную погоду, что деревенеете и чувствуете слабость при пробежке по морозцу, что от обычного мороженого невозможно разжать челюсти и вы не можете разговаривать.
HYPP у людей может возникать в результате множества разных мутаций, однако, как и в случае заболевания лошадей, все они делают мышечные натриевые каналы «неплотными». В одних случаях это приводит к чрезмерной возбудимости мышечных волокон, заставляя мышцы дрожать или деревенеть, как при врожденной парамиотонии. В других случаях мышцы совершенно теряют возбудимость так, что больше не могут сокращаться, и человека парализует. Такие состояния провоцируются незначительным увеличением концентрации калия в крови, именно поэтому употребление в пищу богатых калием продуктов вызывает приступ. Хотя любой из нас будет чувствовать мышечную слабость при слишком сильном увеличении уровня калия в крови, люди с HYPP отличаются чрезвычайной чувствительностью к концентрации калия. Остолбеневший от страха
Натриевые каналы — не единственные ионные каналы мышечных клеток, которые могут создавать проблемы. Наследственное расстройство, похожее на заболевание обморочных коз из штата Теннесси, встречается и у людей. Его впервые описал в 1876 г. немецкий врач Асмус Юлиус Томсен. И он сам, и вся его семья (более 20 человек) на протяжении пяти поколений страдали этим заболеванием. Томсен назвал болезнь врожденной миотонией (от слов myotonia — мышечное напряжение и congenita — наследственный). Любопытно, что он скрывал свою болезнь, пока ему не перевалило за 60, а его сына, который также страдал от нее, не обвинили в симуляции и использовании своего состояния для уклонения от военной службы. Томсен опубликовал результаты своего исследования, чтобы защитить сына.
Люди с врожденной миотонией не могут расслабить мышцы. Все, что требует сильного сокращения мышц, приводит к мышечному «спазму». Стоит им поднять тяжелый чемодан, например, и они не могут разжать руки после того, как поставят его. Известен случай, когда человек, схватившийся за поручень движущегося трамвая, но не успевший запрыгнуть на подножку, не смог разжать руку, и его протащило вдоль трамвайных путей.
Проявления этой болезни усиливаются, когда страдающие ею пытаются сделать резкое движение после отдыха, и постепенно ослабевают в результате постоянной тренировки. Даже во время отдыха их мышцы постоянно испытывают очень слабые подпороговые сокращения. Как и лошади с HYPP, они словно выполняют непрерывные изометрические упражнения. В результате такие люди имеют отличное телосложение и очень хорошо развитую мускулатуру — настолько хорошо, что они смахивают на занимающихся бодибилдингом. Однако, несмотря на атлетическую фигуру, мышцы нередко подводят их. Один больной рассказывал, что стоит ему присесть и занять положение низкого старта, а потом резко встать, как его мышцы тут же застывают. Он говорил, что его «ноги будто защелкиваются в полностью вытянутом состоянии. Это похоже на ходьбу на ходулях». Фактически он начинал бежать лишь на последних 20–30 метрах. Козы показывают направление
