Загадка нервной системы

«При чем же здесь нервная система?» — спросите Вы.
«Мы ведь говорим о питании!»

Хотите узнать,  как пища действует на нервную систему? Как некоторые продукты могут вызывать привыкание? Чтобы найти ответы, предлагаю вместе совершить небольшую экскурсию по нашей нервной системе.

1. Всего лишь сто миллиардов…

Для начала – поймем, чем занята нервная система в организме. Представьте себе любое современное устройство. Сегодня практически в каждом из них – от автомобиля до соковыжималки, есть процессор – «мозг» устройства. Он контролирует его работу, управляет процессами. А делает он это при помощи электрических сигналов разной мощности и частоты. Сигналы же передаются в узлы устройства (или приходят от них) по проводам.  Именно так все работает, когда автомобильный компьютер не заметно для нас регулирует количество топлива, которое подается в двигатель, а стиральная машина отрабатывает сложную, многоступенчатую программу стирки.

Теперь, даже на этом простом примере, Вы видите насколько тесно «нервная система» машины связна с другими системами.  Так же происходит и в нашем организме. Только все механизмы намного сложнее. Нервная система человека – это самый совершенный командный центр в мире!

Считается, что головной мозг человека способен вместить в 300 000 раз больше единиц информации, чем Библиотека Конгресса США.  А количество нервных клеток — нейронов, в нашем мозге – превышает  100 миллиардов! Каждый нейрон способен передавать другим до триллиона сигналов в секунду!

Взгляните на эти цифры:

1000 000 000 000 раз в секунду нервные клетки обмениваются информацией
100 000 000 нервных клеток в мозге человека
10 000 — 15 000 нейронов человек теряет каждый день
10 000 синапсов на каждом нейроне

Согласитесь, цифры с таким количеством нулей сложно даже вообразить. Но все это существует и исправно работает в мозге каждого из нас!

Именно нейрон — объект внимания нашей экскурсии. Нейроны,  выполняет роль электрических проводов и переключателей. Они же являются «кубиками» из которых построен наш мозг. Аналогия с кубиками не случайна. Вспомните, как легко Ваши дети строят из них замки и дворцы, потом одним махом их разрушают и тут же возводят новые. Сходное свойство характерно и для нервной системы. Но об этом чуть позже.

2. Кто принимает решение?

Нейрон состоит из тела (сомы), дендритов и длинного отростка – аксона.

Дендриты — это «антенны» с помощью которых наш нейрон получает информацию от нейронов-соседей.

Аксон — своеобразный «провод», по которому сигнал передается внутри нейрона. Длина аксона может превышать 1 метр. А нервный импульс распространяется по нему со скоростью более 100 метров в секунду! Окончание аксона – ветвистые терминалии. Они соединяются с другими клетками: нервными, мышечными или клетками желез. А само такое соединение называется синапс. Именно здесь, в синапсе, и происходит самое интересное.

Строение нервной клетки - нейрона

Добегая до кончика аксона – к синапсу, нервный импульс высвобождает особое вещество – нейромедиатор. Это вещество проходит через синапс к рецепторам другой клетки. Так происходит передача нужного сигнала. Это может быть, например, сигнал мышце: «РАССЛАБЛЯЙСЯ!» или «НАПРЯГАЙСЯ!», сигнал клеткам железы: «НАЧАТЬ ВЫДЕЛЕНИЕ ГОРМОНА!», а может быть сигнал другой нервной клетке о передаче информации дальше…

Каждый нейрон получает от соседей огромное количество сигналов. И не всегда эти сигналы одинаковы. Но дальше передать нужно только одну команду. Поэтому нейрон должен принять решение — что выбрать. Он сравнивает количество возбудительных («напрягайся!») и тормозных («расслабляйся!») сигналов, которые получил от нейронов-соседей. И передает дальше тот сигнал, который по сумме оказался активнее.

3. Подойдет ли ключик?

Рецепторы принимающей клетки настроены только на определенный нейромедиатор. Как будто Вы открываете замок ключом. Ключ подошел – замок открылся. Не подошел – остался закрытым.

Так вот, ученые сделали удивительное открытие. Есть вещества, молекулы которых очень похожи на молекулы нейромедиаторов. Такие вещества называются агонисты нейромедиаторов. Если ввести их в организм, они послужат «отмычками».  Но есть и другие вещества, называемые антагонистами. Эти вещества по своему действию похожи на сломанный ключ: в замочную скважину вошел, занял ее, а вытащить нельзя.

Именно на этих свойствах веществ агонистов и антагонистов построено действие многих медицинских препаратов. Например, если организм вырабатывает недостаточное количество какого-то нейромедиатора, человек может испытывать недомогания. Прием препарата, содержащего нужное вещество-агонист восстановит равновесие и работа органа наладится.

И наоборот, если какого-то медиатора поступает слишком много, можно принять препарат с его антагонистом, и ситуация вновь стабилизируется.

Казалось бы – все просто. Схема понятна, осталось только собрать «комплект» нужных веществ и человека можно настраивать на любой лад.

Теперь, для наглядности, рассмотрим пару примеров.

4. Почему никотин убивает лошадь?

Вот-вот. Почему лошадь убивает, а человеку — хоть бы что?

Оказалось, «настраивать» не так просто. Ученые выяснили, что многие вещества-агонисты или антагонисты дают побочные эффекты.  Даже в небольших дозах они могут быть токсичны. То есть, способны вызывать гибель наших клеток. Кроме того, в ряде случаев у человека развивается привыкание к тому или иному веществу. Наш организм настроен так, что сам стремится восстановить внутреннее равновесие. Медики называют это гомеостазом. Значит, получая какое-то вещество извне, организм перестает вырабатывать собственный нейромедиатор.

Один из нейромедиаторов человека – вещество ацетилхолин. Он отвечает за приведение нас в состояние равновесия. Он способен успокаивать, если мы перенапряжены или, наоборот, взбадривать, если это необходимо.

Агонист ацетилхолина – всем известный никотин. Наше тело видимо знает, что он способен убить даже лошадь. Именно поэтому первые сигареты чаще всего даются курильщику с трудом. В организме начинает действовать сразу два похожих вещества: собственный ацетилхолин и посторонний никотин. Естественно их совместное воздействие становится сильнее и гораздо ощутимее. Организм не понимает – почему появилось новое постороннее и чуждое вещество. Он пытается (с помощью состояния дискомфорта) показать человеку, что нужно прекратить прием яда. Но человек не подчиняется. Тогда организм выполняет свою функцию восстановления равновесия. Не имея возможности прекратить поступление никотина, он постепенно снижает или даже останавливает выработку ацетилхолина.

И вот уже наш курильщик понимает: без сигареты ни взбодриться ни успокоиться. А бросить – еще сложнее чем начать. Ведь теперь, когда собственного ацетилхолина мало,  никотин стал необходим организму. Без него система начинает работать неправильно, вызывая массу неприятных ощущений. И если курильщик резко бросает свою привычку эти неприятные ощущения длятся до тех пор, пока организм поймет, что поступление вещества извне прекратилось совсем и нужно восстанавливать производство собственного медиатора.

Курильщик получает очень маленькие дозы никотина. Потому может принимать его длительное время. Иногда без заметного вреда для здоровья (о незаметном мы только что сказали). А вот передозировка этого вещества вызывает резкую реакцию нервной системы. Подобную той, что испытывает человек, выкуривая первую сигарету, но гораздо более мощную. Для взрослого человека смертельная доза составляет 30-60 миллиграмм (точнее 0,5-1 миллиграмм на каждый килограмм веса). В сигарете содержится 0,5-1,5 микрограмма. То есть где-то в 25 раз меньше. Таким образом, легко подсчитать какая по счету сигарета способна… Хотя эта статья совсем о другом…

5. Секреты бодрящего кофе

Вот мы и подошли к связи нервной системы и питания

Дело в том, что, как и лекарства, пища поставляет в наш организм определенные химические вещества. Некоторые из них работают как агонисты или антагонисты нейромедиаторов.

К примеру, кофе. В нем содержится кофеин, который является антагонистом медиатора аденозина. Аденозин в нашем организме стимулирует сон и подавляет бодрость. Кофеин же, напротив блокирует аденозиновые рецепторы, стимулируя возбуждение. Для налаживания ситуации организм создает новые аденозиновые рецепторы, чтобы сигнал успокоения смог пройти. Но после очередной чашки кофе молекулы кофеина занимают и их…

Так повторяется некоторое время. Когда же действие кофе проходит и рецепторы освобождаются, аденозин направляется к ним… Однако теперь рецепторов стало гораздо больше. Значит, они способны принять гораздо больше аденозина. То есть, сигнал успокоения будет значительно мощнее. Так происходит то, что специалисты называют «посткофейной депрессией». За приливом бодрости, иногда слишком сильным, всегда следует не менее сильный спад энергии, концентрации внимания, мотивации. Позже состояние восстановится, но для того, чтобы взбодриться кофе человеку потребуется вновь.

Рисунок выше на первый взгляд относится только к паукам.  В 1948 швейцарский фармаколог Витт (Witt) проводил эксперименты по действию различных веществ на садовых пауков. Он обнаружил, что под воздействием, например, кофеина, пауки резко меняют стиль плетения паутины.  Позднее в 1990-х материалы исследования Витта были использованы экспертами НАСА. Они провели эксперименты более тщательно и показали, что изменение способа плетения паутины может быть хорошим индикатором при определении токсичности веществ.

Человек не плетет паутину. Но Вы могли заметить, что после нескольких чашек кофе нам становится труднее совершать точные движения… Например, скачет почерк, сложнее вдеть нить в игольное ушко… Бывало? Разве это не напоминает сложности, которые испытывает паук?

Рассуждения о различиях в организме паука и человека оставим любителям дискуссий :-)

В этой статье мы рассмотрели один из важнейших механизмов воздействия веществ на наш организм. Через нервную систему. Понять его стоит, чтобы разобраться в целом ряде процессов, протекающих в нашем теле и имеющих непосредственное отношение к пище, которую мы едим. К этой статье мы будем возвращаться неоднократно.

Материалы использованные при подготовке статьи

  1. Данные о токсичности. The International Programme on Chemical Safety -Международная программа химической безопасности.
  2. Физиология человека. Под ред. Шмидта и Тэвса, Москва, «Мир», 2005
  3. Using spider-web patterns to determine toxicity. NASA Tech Briefs. New Scientist magazine, 29 April 1995
  4. Материалы лекций МГУ.

  1. IV:

    Спасибо автору за отличную статью! Кратко, наглядно, доходчиво. Теперь, когда я утром пью единственную чашку кофе, все время вспоминаю о пауках…))

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *