Физиология клетки. Продолжение.

В определенных условиях влияние одном клетки на другую проявляется в том, что в ней возникает не нервный импульс, а какое-то иное состояние, которое, наоборот, затрудняет появление импульса, делает клетку мало восприимчивой к возбуждающим влияниям. В таких случаях мы говорим, что в нервной клетке происходит торможение.

Способность мозга не только возбуждаться, но и переходить в состояние торможения была открыта еще великим физиологом И. М. Сеченовым. Природа торможения долго была предметом споров ученых, и лишь проникновение в клетку при помощи микроэлектрода совершенно точно показало, что торможение также связано с изменением величины электрического заряда на ее поверхности.

Если клетка находится в состоянии торможения, то заряд на ее поверхности увеличивается. В естественных условиях к увеличению электрического заряда и к торможению приводит деятельность «синалтических пуговок», прилегающих к клеточной поверхности. Тот же эффект можно вызвать, если пропускать через введенный в клетку микроэлектрод электрический ток в таком направлении, чтобы он увеличивал существующий на клеточной поверхности электрический заряд.

Таким образом, воздействуя на клетку электрическим током различного направления, экспериментатор может по своему желанию вызывать процессы, которые происходят в условиях ее естественной деятельности.

Электрические потенциалы клеточной поверхности — пока что наиболее доступное для изучения проявление деятельности клетки. Но в основе их создания и изменения лежит целая цепь других процессов.

Ведь электрические заряды свойственны именно живой клетке, они исчезают вместе с ее смертью. Для поддержания на своей поверхности большой разницы потенциалов клетка расходует энергию, которая вырабатывается в процессе ее жизнедеятельности.

Единственным источником энергии в живом веществе является обмен веществ. Значит, в клетке существуют механизмы, способные превращать энергию, освобождающуюся при обмене веществ, в электрический заряд. С другой стороны, всякое изменение этого заряда под влиянием внешнего воздействия передается в глубь протоплазмы и резко изменяет ее, переводя из спокойного в возбужденное или заторможенное состояние. Все это длится тысячные доли секунды, а затем деятельность той же протоплазмы ликвидирует всякие изменения, восстанавливает на клеточной поверхности характерный для спокойного состояния электрический заряд.

КАК ПРОНИКНУТЬ ВО ВНУТРЕННИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ?

Непосредственной основой создания в клетке электрических зарядов и их изменения являются ионные процессы. Ведь основные неорганические соединения находятся в организме в виде электрически заряженных частиц — ионов. Эти частицы очень неразномерно распределены между протоплазмой и окружающей клетку средой. Одни из них усиленно поглощаются оболочками клетки, другие, наоборот, выталкиваются. Это служит непосредственной причиной создания постоянной разницы электрических потенциалов. При переходе клетки к возбужденному или, наоборот, заторможенному состоянию возникают быстрые токи ионов через клеточную поверхность снаружи внутрь и изнутри наружу.

На основе изменений электрических потенциалов можно измерить токи ионов через клеточную поверхность. Для этого служат специальные радиотехнические приборы, соединенные с внутриклеточным электродом. Вместе с тем появилась возможность искусственно изменять эти токи. Ведь электрод — это, по сути, миниатюрная пипетка.

Через отверстие на кончике электрода внутрь клетки можно вводить раствор, и если этот раствор будет содержать ионы, имеющие особо важное значение для создания и изменения электрических потенциалов, то таким образом можно будет изменять токи ионов сквозь клеточную поверхность. Оказывается, что при таком вмешательстве в клеточные процессы можно вызвать в них глубочайшие изменения. Так, введение в клетку определенных ионов резко отражается на деятельности «синаптических пуговок». Их действие, которое раньше увеличивало заряд клеточной поверхности и соответственно вызывало торможение, теперь начинает снижать этот заряд и возбуждать клетку.

Конечно, тонкие электрофизиологические исследования — это лишь один путь, открывающий взгляду исследователя доступ внутрь клетки. Но он особенно хорошо показывает, какие огромные возможности открываются сейчас перед физиологией. Еще 10—15 лет тому назад ни о чем подобном ученые не могли и мечтать. Не менее захватывающие перспективы открывает и использование электронной микроскопии и гистохимии.

Безусловно, на пути к детальному изучению жизнедеятельности клетки еще много трудностей. Пока что рано думать о применении микроэлектродных методов для практических целей, например, исследований больных людей. Они служат в основном для теоретических работ. К тому же нужно помнить, что управлять клеткой — еще совсем не означает управлять организмом. Деятельность мозга складывается из процессов, происходящих одновременно в миллиардах клеток. Даже если мы будем во всех подробностях знать, что происходит в каждой из них, этого будет недостаточно. Необходимо понять, как происходит их объединение в сложную систему с новыми свойствами, которых нельзя обнаружить в каждой отдельной клетке.

Сейчас электрофизиологи думают о том, чтобы регистрировать электрические реакции сразу от нескольких клеток и таким образом сопоставлять их деятельность. Так как такие процессы развиваются за тысячные доли секунды, то, очевидно, получаемую от клеток информацию придется обрабатывать на быстродействующих компьютерах. Но даже это может оказаться недостаточным. В будущем понадобятся какие-то новые методические подходы, для того, чтобы получить возможность точно анализировать деятельность целых систем клеток. Но важно то, что начало такому пути исследования уже положено и наука движется по этому пути все быстрее и быстрее».

Автор: Г. Торжевской.