Полный механизм работы нервной клетки при ее возбуждении

Клетка получает стимул, ее мембранный потенциал доходит до –50 мВ. В этот момент отрицательного заряда цитоплазмы перестает хватать, чтобы держать малую створку натриевых ворот, и она распахивается. Натрий начинает бежать в клетку, пока не закрылись большие ворота (их теперь тоже не держит заряд цитоплазмы) (2). Когда натриевые ворота закрыты, открываются калиевые ворота, восстанавливающие баланс (3). Все заканчивается возвращением натриевых ворот в исходное состояние (1 или 5) через промежуточную стадию, где обе створки закрыты (4) – малая уже вернулась в закрытое состояние, а большая еще не успела открыться. Интересно, сколько таких каналов успело открыться/закрыться, пока вы читали эти строки.

Человеку всегда было любопытно, что произойдет, если что-то сломать. Нервная система не исключение. Далеко в поисках подходящего инструмента ходить не нужно, природа давно уже все придумала за нас. В мире есть сотни токсинов, способных поломать нервную систему всеми возможными способами.

Например, есть замечательная молекула тетродотоксин. Она известна тем, что любит накапливаться в рыбе фугу. Эти иглобрюхие принадлежат семейству четырехзубых, или тетрадонов, отсюда и такое название. Едят рыбки морских звезд, грызут кораллы, а сами рыбки входят в меню восточной кухни. Только вот трапеза с рыбой фугу может закончиться плачевно, если ту неправильно приготовить. Тетродотоксин представляет собой молекулярную пробку, способную буквально заткнуть натриевый канал. В прямом смысле, это микропробка для микрогорлышка. Неработающий калиевый канал означает, что у вас не будет потенциала действия. Сигналы по нервной системе перестанут передаваться, сначала вы потеряете чувствительность, а потом может возникнуть паралич, остановка дыхания и смертельный исход. Впрочем, именно это и принесло рыбке ее славу. На вкус она не отличается ни от какой прочей, но вот щекотливое ощущение возможной смерти при трапезе заставляет людей раз за разом заказывать ее в дорогих ресторанах. Токсин все же может быть в блюде, причем он не сделает его смертельным. Дело, как всегда, в концентрациях. Небольшое количество тетродотоксина принесет ощущения накатывающих волн тепла и холода по коже и прочие иллюзии кожной чувствительности. Не уверен, что ради этого стоит рисковать своей единственной жизнью, но, как говорится, на вкус и цвет.

Тетраэтиламмоний (ТЭА) – другое интересное вещество. Работает как пробка к калиевому каналу, причем в природе не встречается – его придумали химики. Вспомним, ПД длится примерно 1 мс. Половина миллисекунды на восходящую фазу, половина на нисходящую. ТЭА удлиняет нисходящую фазу, и теперь она длится 50 мс вместо 0,5 мс. Нейрон вернется к потенциалу покоя, так как у него остаются открытыми другие калиевые каналы, неэлектрозависимые, открытые всегда. К сожалению, их примерно в 100 раз меньше, чем электрозависимых, поэтому придется ждать возвращения нейрона к готовому состоянию. Благодаря такой особенности ТЭА используют для глубокого наркоза, поскольку удлинения ПД достаточно, чтобы лишить человека сознания, но недостаточно, чтобы убить.

Чудесные ощущения при посещении зубного врача подарит вам новокаин. Как комарик укусит, обещает врач, только вводит он в ваше тело вещества, никак с комаром не связанные. Новокаин действует так: он приклеивается к большой створке натриевого канала и не дает ей раскрыться после захлопывания. В результате часть нервного волокна просто не проводит ПД – возникает анестезия. Напомню, что анестезия бывает местной и общей. Местная анестезия подарит вам потерю чувствительности в локальной зоне, общая анестезия же называется наркозом и полностью выключит сознание. Фраза «общий наркоз» – это масло масляное, поскольку наркоз уже есть «общая анестезия» и местным не бывает. Кстати, когда врач-стоматолог делает вам анестезию, в шприце помимо новокаина обычно находятся и сосудосуживающие препараты, чтобы новокаин далеко не растекался по вашей голове.

Красивые разноцветные амфибии Южной Америки, лягушки-листолазы, содержат в себе батрахотоксин. Сами они его не вырабатывают, но едят жуков, которые содержат молекулу – предшественник батрахотоксина, то есть лягушка рождается неядовитой. Как и у рыбы фугу, именно ее диета позволяет накапливать яд. Токсин работает с точностью до наоборот, нежели новокаин, – он прикрепляется к большой створке натриевого канала и не дает ей закрыться. В результате бесконтрольного проникновения натрия в клетку батарейка нейрона быстро разряжается, и он теряет способность проводить сигнал. У животного, по неосторожности или незнанию касавшегося листолаза, сперва развивается судорога, а потом паралич. Этих лягушек используют испокон веков местные племена для охоты за разнообразной живностью. Если встретите подобную лягушку в джунглях Амазонки, можете делать что угодно, только не трогайте ее. Касание кожи симпатичной лягушки, особенно в брачный период, может быть смертельно.

Мы разобрали, как работают наши нейроны на базовом уровне. Их количество и многообразие связей друг с другом создают как невообразимо сложную структуру, так и невероятно прекрасную. Но работа нашего мозга сводится не только к перекачиванию в разные места ионов, то есть к электрическому току. Между нейронами существует причудливая связь, обусловливающая химию мозга.

Между нейронами сигнал передается не в виде электричества. Иначе этот процесс сложно было бы контролировать, и любая информация разлетелась бы по всему мозгу бесконтрольно. Между нейронами есть специальная структура, называемая синапс. В синапсе происходит передача сигналов между нейронами с помощью специальных молекул – медиаторов. Или нейромедиаторов, как угодно. Это знакомые всем серотонин, дофамин, ацетилхолин, эндорфин и прочие.

У разных нейронов разные медиаторы. С помощью них можно усилить сигнал, ослабить или же полностью заблокировать. На их работе основывается вся итоговая работа мозга: поведение, эмоции, потребности, зависимости. На этих молекулах (а точнее, похожих на них) основываются действия большинства наркотиков. Героин, кокаин, амфетамины, каннабиноиды, никотин, кофеин, алкоголь – они все воздействуют на наш мозг именно на уровне медиаторов.

Строение синапса

Синапс состоит из трех главных частей: аксона, передающего сигнал, дендрита, принимающего сигнал, и пространства между ними. Внутри кончика аксона копятся медиаторы, готовясь к высадке. Когда приходит сигнал, они, упакованные в пузырьки, двигаются в сторону пресинаптической мембраны. Мембрана пузырька сливается с внешней мембраной клетки, и медиаторы выходят в межнейронное пространство, называемое «синаптическая щель». Там медиаторы садятся на структуры постсинаптической мембраны, называемые рецепторами. Узнавание рецептором медиатора происходит по механизму «ключ – замок».