Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Впервые идея о возможности управления электричеством в теле с помощью медикаментов зародилась благодаря изучению нейротоксинов. Исследования 1960-х годов показали, что большинство из этих природных ядов влияют на баланс натрия и калия, нарушая тонкие механизмы клеточной коммуникации: их действие как бы противоположно действию раствора Рингера[123]. Рыбу фугу нельзя есть (если только ее не приготовил специалист, хорошо знакомый со всеми тонкостями разделки) как раз по той причине, что в одном из участков ее тела содержится защитное вещество, называемое тетродотоксином. Даже минимальное количество этого вещества при попадании внутрь человеческого организма может очень быстро вызвать паралич мышц, ответственных буквально за все функции тела, включая мышцы легких, и человек задохнется. Точный механизм этого процесса был раскрыт благодаря углубившемуся в результате работы Неэра и Закмана пониманию функции ионных каналов: тетродотоксин препятствует проникновению в клетку ионов натрия[124]. Он сам внедряется в каналы, блокируя вход, а если нет притока натрия, то нет и оттока калия, и это препятствует каскадной реакции, обеспечивающей прохождение потенциала действия. Другие нейротоксины, напротив, способствуют открытию всех дверей, что в конечном итоге приводит к такому же результату: клетка не может передавать сигналы другим нервным или мышечным клеткам. Никакие клетки не могут существовать без функциональных ионных каналов.

Установив, как действуют природные нейротоксины (путем нарушения функции ионных каналов), ученые поняли, что могут сами создавать нейротоксины “на заказ”, чтобы заблокировать или распахнуть канал по своему выбору (Эшкрофт и Хэттерсли обнаружили лекарство, которое может закрывать неправильно действующий ионный канал и устранять редкую форму диабета). С этого началась история медикаментов для исправления функции ионных каналов.

Лекарства, действующие на ионные каналы, являются одной из основ современной медицины. Их применяют при укусах некоторых видов змей для усиления сообщения между нервами и мышцами. Их назначают при нарушениях сердечного ритма. Теперь исследователи изучают целый спектр моторных расстройств, эпилепсий и мигреней, а также некоторых редких наследственных заболеваний в поисках возможных мутаций ионных каналов[125]. Физика ионных каналов революционизировала наше понимание болезней и нарушений, а также подходы к их устранению. “Трудно преувеличить степень нашего непонимания механизма потенциала действия в клетках сердца до того, как мы узнали о кальциевых каналах”, – писал один специалист в области электрофизиологии сердца[126].

Ионные каналы – важные мишени для действия лекарств, но мы еще не до конца изучили механизм их действия. Мы продолжаем находить новые и неожиданные их вариации. Один из них – щелевой контакт – впервые был обнаружен в сердце, но теперь мы понимаем, что такие каналы, по-видимому, есть в каждой из триллионов наших клеток. Щелевой контакт – это специфический ионный канал между двумя соседними клетками, создающий между ними незаметный проход, как в совмещенных гостиничных номерах. Щелевые контакты позволяют синхронизировать активность клеток сердца, которые должны действовать сообща, но они также соединяют мембраны клеток кожи и костей и существуют даже в клетках крови. Они есть повсюду. Все эти клетки сообщаются между собой с помощью таких электрических синапсов. Но зачем же?

Впрочем, новые ионные каналы – не единственная неожиданность. Еще одно недавнее наблюдение заключается в том, что здоровые клетки при превращении в раковые начинают испускать специфические электрические сигналы[127]. Некоторые аспекты функционирования нервной системы мы стали понимать в более широком плане лишь в начале XXI века, когда выяснилось, что нервная система отвечает не только за наши чувства и движения, но и за функцию органов и иммунитет. Все эти открытия легли в основу наших представлений об электроме.

До недавнего времени данные об этих отдельных электрических свойствах биологических систем рассматривались в пределах узких дисциплин. Дело в том, что изучение биоэлектричества все больше замыкалось в рамках нейробиологии, а также электрофизиологии, которая в значительной степени связана с нервами и нейробиологией – до такой степени, что ученые полагали, что биоэлектричество используется только в нервных клетках.

Но одна из самых удивительных особенностей электрома заключается в том, что животное электричество никоим образом не ограничивается миром животных. Ионные каналы есть не только у нас. Все другие царства организмов работают на том же самом “топливе”.

Электрические царства