Фрэнсис Эшкрофт - Искра жизни. Электричество в теле человека
Неожиданностью для ученых стало то, что яйцеклетки млекопитающих имеют другой механизм защиты. У них, как оказалось, преграда для полиспермии является не электрической, а физической — механический барьер, который медленно формируется после оплодотворения. Различие стратегий обусловлено совершенно разными средами, в которых происходит оплодотворение. В океане множество миллионов сперматозоидов практически одновременно достигают яйцеклетки, поэтому электрическая преграда для полиспермии идеальна — ее можно создать практически мгновенно. У млекопитающих в результате долгого и трудного путешествия по половым путям самки до яйцеклетки добираются лишь несколько сперматозоидов, и это очень редко случается одновременно. Здесь вполне уместен более медленный механизм защиты. Жизнь из смерти
Ая Солиман появилась на свет самым необычным образом — она родилась путем кесарева сечения через два дня после того, как была зафиксирована смерть мозга ее матери Джейн. У Джейн, бывшей чемпионки по конькобежному спорту, произошло смертельное кровоизлияние в мозг, когда она была на 25-й неделе беременности. Ее перевезли вертолетом в больницу Оксфорда, но она скончалась вскоре после прибытия. Хотя мозг Джейн умер, врачи решили поддержать жизнь ее организма, чтобы выиграть время, необходимое для созревания легких плода.
В утробе матери плод плавает в мешке, наполненном водой. Его легкие заполнены жидкостью, он не может дышать воздухом и получает кислород через пупочный канатик, который связывает его с плацентой. Во время родов вода должна быстро удаляться из легких, когда новорожденный ребенок начинает дышать воздухом. Это достигается с помощью специальных эпителиальных натриевых каналов (ENaC) в клетках, выстилающих легкие. В момент рождения каналы ENaC открыты, и ионы натрия в легочной жидкости текут по направлению нисходящего градиента концентрации в клетки легких. Поскольку ионы натрия увлекают за собою воду, легкие быстро осушаются. Пока в них существуют и функционируют каналы ENaC, они быстро освобождаются от любой жидкости. Без каналов ENaC младенцы рискуют захлебнуться собственной жидкостью в момент рождения, и многие страдают от синдрома «влажных» легких.
В процессе нормального развития плода повышение концентрации стероидных гормонов запускает процесс формирования каналов ENaC за несколько недель до родов, обеспечивая полное созревание легких к моменту появления младенца на свет. На 25-й неделе беременности, однако, легкие еще не развиты полностью, и количество каналов ENaC в клетках, выстилающих легкие, слишком мало. Поверхностно-активного вещества, так называемого легочного сурфактанта, которое снижает поверхностное натяжение в альвеолярных мешочках легких и предотвращает их сжатие, также мало. Таким образом, при подготовке к преждевременным родам матери вводят стероиды, если ее состояние позволяет сделать это. Стероиды поступают через плаценту к плоду и обеспечивают созревание легких недоношенного ребенка. Поскольку материнская утроба является оптимальным инкубатором для младенца, функционирование организма Джейн поддерживали с помощью аппарата искусственного жизнеобеспечения, пока вводили стероиды, повышавшие шансы на спасение ее дочери.
У этой истории есть продолжение. Как оказалось, более полному открытию каналов ENaC способствует гормон стресса адреналин, содержание которого в крови матери во время родов резко повышается. Это может объяснять, почему дети, рожденные с помощью кесарева сечения, т.е. без такого стимула, чаще испытывают трудности с очисткой легких, чем родившиеся естественным путем, и почему у них чаще наблюдаются респираторные осложнения в постнатальный период. Повышение давления
Задачи каналов ENaC не ограничиваются лишь теми, что они выполняют при рождении ребенка. Они играют ключевую роль в регулировании количества натрия в крови человека и, следовательно, определяют наше кровяное давление. Если каналы ENaC перестают функционировать должным образом, кровяное давление может подскочить и создать угрозу инсульта.
Наши почки — это сложнейший аппарат, очищающий кровь, непрерывно отделяющий токсины и продукты жизнедеятельности, а также удаляющий избыточную воду. Удаление продуктов жизнедеятельности происходит примерно в миллионе отдельных функциональных единиц почек, называемых нефронами, где пучки тончайших кровеносных сосудов, капилляров, переплетаются с крошечными канальцами, которые выполняют роль мочесборников. Это поразительно, вся кровь человека проходит через почки дважды в час. Красные кровяные тельца и белки плазмы крови остаются в капиллярах, а соли и вода выталкиваются в почечные канальца. Почти весь выделенный натрий и значительная часть воды всасываются обратно по мере продвижения жидкости по почечным канальцам. То, что остается, собирается в мочевом пузыре и выделяется из организма в виде мочи.
Каналы ENaC в мембранах клеток почечных канальцев обеспечивают обратное всасывание натрия. Как и в легких, поток ионов натрия увлекает за собой воду, а это приводит к увеличению объема крови и, из-за того, что система кровообращения является замкнутой, повышает кровяное давление. Диета, богатая солью (хлоридом натрия), вредна для организма, поскольку натрий приносит с собою воду, повышает объем крови и, как следствие, кровяное давление. И наоборот, если уровень натрия в крови низок, то организм удерживает мало воды, и кровяное давление падает. Именно поэтому так важно потреблять достаточное количество соли в жаркую погоду, когда много соли выводится с потом.
Мутации любого из трех генов, которые кодируют канал ENaC, влияют на кровяное давление. Те, что приводят к повышению активности каналов ENaC, вызывают врожденную форму гипертонии, так называемый синдром Лиддла, ну а те, что уменьшают активность, понижают давление. Последнее особенно опасно для новорожденных и грудных детей, так как вызывает у них опасный для жизни адреногенитальный синдром с потерей солей. В результате уменьшения поглощения натрия в организм поступает меньше воды, организм ребенка быстро обезвоживается и нарушается баланс концентрации других ионов в крови (в частности, ионов калия). Это заболевание смертельно, если его быстро не выявить и не начать лечение.
К счастью, мутации в каналах ENaC встречаются редко. Тем не менее считается, что одной из причин заметно большего числа страдающих высоким давлением среди чернокожих людей, чем среди европеоидов, является сравнительно более широкое распространение изменений в генах каналов ENaC, определяющих предрасположенность к повышенному поглощению натрия. С чем это связано, непонятно, но по одной из гипотез у людей, живущих вблизи Сахары, развился другой механизм поглощения соли, которая там дефицитна. Хотя это качество полезно, когда соль поступает в организм лишь изредка, в современном мире, где многие готовые блюда содержат очень много соли, оно становится недостатком. Соленая история
В Средние века верили, что, поцеловав ребенка в лоб, можно предсказать его судьбу — соленый лоб считался признаком порчи и угрозы преждевременной смерти. Вместе с тем связь между соленой кожей и ранней смертью не миф, соленая кожа — первое проявление болезни, которую сейчас называют муковисцидозом (кистозным фиброзом). У людей, страдающих этим заболеванием, очень соленый пот и не вырабатываются некоторые пищеварительные ферменты. Но хуже всего то, что их легкие забиваются густым и липким слизистым секретом, который затрудняет дыхание и вызывает хроническую инфекцию, воспаление и медленно прогрессирующее разрушение легких. Это заболевание до сих пор неизлечимо. Оно угрожает жизни, и, несмотря на все современные технологии, более половины страдающих им не доживают до 40 лет.
Муковисцидоз был признан самостоятельным заболеванием в 1938 г., когда Дороти Андерсен опубликовала первое детальное описание расстройства. Несколькими годами позже во время аномально жаркой погоды в Нью-Йорке врач-педиатр Пол ди Сант-Аньезе обратил внимание на то, что многие дети, попавшие в больницу из-за теплового удара, страдали муковисцидозом. Он предположил, что тепловой удар у них провоцировался чрезмерной потерей соли, и сделал анализ потовыделений. В них оказался аномально высокий уровень хлорида натрия. С тех пор и по сей день «потовый тест» используется для диагностирования этого заболевания.
Причиной проблемы являются мутации, нарушающие работу особого ионного канала. Его полное название — муковисцидозный трансмембранный регулятор проводимости, но на практике всегда пользуются латинской аббревиатурой CFTR. Этот канал находится в клетках, выстилающих легкие и протоки таких органов, как потовые железы, поджелудочная железа и яички, и управляет перемещением ионов хлора через клеточную мембрану. Секреция ионов хлора необходима для образования жидкости, переносящей пищеварительные ферменты в кишечник, семенной жидкости и пота. Она также важна для секреции жидкости в легких — там тонкая пленка жидкости захватывает бактерии и перемещает их от основания легких вверх по дыхательным путям в рот, где они проглатываются и благополучно уничтожаются. Без такого подъема дыхательные пути забиваются густой и липкой слизью, в которой размножаются бактерии. Подобные инфекции в конечном итоге повреждают легкие.
