«Живое электричество» (новостной научный дайджест)

Электричество есть практически везде. В том числе в организме человека. Электрические токи требуются нервной системе для передачи сигналов по всему телу, и это позволяет нам двигаться и чувствовать. Кроме того, последние исследования показывают, что с помощью клеточных электрических сигналов можно залечивать раны и запускать регенерацию тканей и органов, а это — потенциальный способ увеличения продолжительности жизни.

Что в действительности означает «электричество» в живом организме?

Все, что мы делаем, контролируется и обеспечивается электрическими сигналами, проходящими через наши тела. Наиболее важное различие между биоэлектрическими токами в живых организмах и обычным электричеством (как, например, в металлических проводах) заключается в том, что первое представляет собой поток ионов (атомов или молекул, несущих заряд), в то время как второе — движение электронов. Поэтому все электрические токи в клетках и окружающей их среде — это ионные токи.

Каждая клетка содержит крошечный электрический заряд, определяемый как разница между заряженными ионами по обе стороны от мембраны. В клеточных мембранах есть насосы, которые могут избирательно выкачивать ионы из клетки, и каналы, которые их пропускают. Как правило, внутри клетки больше отрицательных, а снаружи — положительных ионов.

В возбудимых тканях, таких как сердце, мышцы и нейроны, под влиянием сильного раздражителя может возникать «потенциал действия» — когда электрическое напряжение на клеточной мембране быстро возрастает, а затем падает в ответ на стимул. Весь процесс обычно занимает несколько миллисекунд. В результате в нейронах происходит генерация нервного импульса, в мышцах — сокращение. В невозбудимых тканях нет потенциала действия и при влиянии раздражителя изменяется проницаемость мембраны для различных веществ, ускоряется обмен, возрастает температура клетки.

Некоторые ученые придерживаются мнения, что, так как электрическая активность организма возникает главным образом в клеточной мембране, важно, чтобы она поддерживала соответствующий заряд или напряжение. Здоровая клетка имеет трансмембранный потенциал около -72 мВ. Клетка опухоли обладает трансмембранным потенциалом, равным -24 мВ. Это означает, что, если клетка повреждена или нездорова, напряжение мембраны меняется. Энергия, требуемая для формирования потенциалов действия или клеточного ответа на раздражитель, относительно мала, но может быть непреодолимой для больной клетки. Когда напряжение мембраны низкое, каналы не могут функционировать должным образом, что приводит к «эффекту домино», вызывающему заболевания или бездействие клетки.

«Живое электричество»?

Впервые идею о том, что биологические поля определяют расположение клеток в пространстве, высказал русский биолог, профессор Таврического университета Александр Гурвич. Концепция получила название «морфогенетические поля». В 1930-х годах профессор из Йельского университета Гарольд Сакстон Берр провел многочисленные измерения, которые показали присутствие разностей потенциалов в живых системах и, следовательно, наличие электрического поля. Он предположил, что именно это поле является организующим принципом и содержит инструкции о том, как должен развиваться организм.

Идею, которая была разработана Гурвичем, продолжил британский биохимик и писатель Руперт Шелдрейк. Теория получила название «морфический резонанс». Она основана на том, что у каждого типа живой системы есть гипотетические поля, которые организуют развитие структур, формируют различные типы молекул и действуют как энергетические шаблоны для создания форм на разных уровнях организации живой материи.

Согласно этой концепции носителем наследственной информации является уже не ядро клетки, а ее морфогенетическое поле, а гены могут только считывать и преобразовывать невидимую информацию о физических свойствах в видимые формы. Шелдрейк полагает, что морфогенетические поля расположены внутри или вблизи организмов, — именно этим можно объяснить такие необъяснимые феномены, как регенерация отрезанных частей тела и конечностей червей.

До настоящего времени теория Руперта Шелдрейка подвергалась резкой критике, но с развитием науки в области биоэлектричества, она может найти свое применение в эмбриологии и биологии развития.

Взлом биоэлектрического кода?

До сих пор передовая наука в основном занималась изучением генов. Считалось, что все процессы организма контролируются химическими сигналами, а информация, заложенная в геноме, определяет форму тела. В последние годы исследователи находят все больше свидетельств того, что устройство человека и других живых существ, а также особенности их поведения, задаются не только генами, но и множеством других факторов, не связанных с передачей генетической информации. Некоторые биологи изучают биоэлектрические сигналы в процессе эмбрионального развития, репарации клеток и регенерации утраченных конечностей.

На протяжении многих лет лаборатория Майкла Левина, профессора биологии в университете Тафтса в Медфорде (США), создавала странные организмы: плоского червя с четырьмя головами, лягушку с шестью ногами, головастика с функционирующим третьим глазом на хвосте. Но что, пожалуй, самое удивительное, так это то, что ученый создал многих из этих животных не путем мутации их геномов или с помощью стволовых клеток, а посредством управления клеточными каналами, пропускающими ионы через мембрану. Иными словами, он изменял напряжение клеточных мембран в заранее определенном участке тела, и этого было достаточно, чтобы запустить процесс регенерации.

Таким образом, Левин и его команда пришли к выводу, что регенерацией управляют не только гены, но и электрические сигналы, которыми обмениваются клетки организма при отращивании утерянного хвоста или передней конечности. А биоэлектрические процессы в тканях могут менять телосложение, заложенное в геноме, что позволяет гибко и радикально трансформировать регенерируемые части тела. В дальнейшем ученый намерен применить тот же подход к мышам, у которых восстановление проходит по тому же сценарию, что и у людей. Ожидается, что у грызунов получится вырастить утраченные конечности.

Искра жизни?

Многочисленные исследования показали, как биоэлектричество кожи влияет на заживление ран: направляет репаративные клетки, стимулирует пролиферацию, повышает секрецию через клеточные мембраны и ориентирует клеточные структуры. Мин Чжао, дерматолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, изучает, как электрические градиенты в ранах направляют процесс восстановления. Они направляют клетки к повреждениям, которые требуют репарации. Команда Чжао обнаружила, что эти клетки чувствуют электрические поля и реагируют на них с помощью генетических сигналов.

Доктор Энн Райничек из университета Абердина в Шотландии с коллегами показала, что у крыс при блокировке каналов для ионов натрия прерывается электрический сигнал, передаваемый от места повреждения — впоследствии раны дольше заживают. Может ли быть наоборот? Может ли усиление естественного электрического поля кожи сократить время восстановления или запустить регенерацию ран, которые самостоятельно практически не заживают? Недавние испытания показывают, что это возможно.

Вероятно, самые страшные виды ран — пролежни, которые могут поражать ткани, мышцы и кости глубоко под кожей и восстанавливаться от нескольких месяцев до нескольких лет. Авторы работы, опубликованной в 2014 году в журнале Advances in wound care, пришли к выводу, что усиление естественного тока в ране с помощью электрической стимуляции предотвращает ее ухудшение и даже полностью излечивает в самых тяжелых случаях. Аналогичным образом были получены результаты для незаживающих ран при диабете — таких, которые приводят к ампутации конечностей и смерти в течение нескольких лет.

В последние несколько десятилетий появляется все больше свидетельств того, что тот же вид электростимуляции может ускорить заживление переломов костей, что может помочь при лечении и профилактике остеопороза. Существует растущее количество доказательств того, что для исправления повреждений позвоночника можно использовать те же электрические клеточные механизмы.

Применение открытий в области биоэлектричества не ограничивается регенерацией тканей. Главный научный сотрудник Pulse Biosciences Рич Нучителли занимается разработками наносекундных импульсных электрических полей для лечения опухолей и поражений кожи. Было показано, что применение электрических полей постоянного тока влияет на миграцию клеток и заживление ран, а импульсные электрические поля могут проникать в клетки и органеллы и напрямую влиять на различные клеточные функции, такие как секреция, митоз и запрограммированная гибель клеток. Последнее особенно полезно для онкологов, сталкивающихся с лечением различных форм рака. Опухоль не только самоуничтожается, но и предупреждает иммунную систему о своем присутствии, генерируя цитотоксические Т-клетки, которые ищут и уничтожают другие раковые клетки. Это своеобразная нетепловая терапия без лекарств, требующая всего несколько минут.

Профессор кафедры молекулярной клеточной биологии в Калифорнийском университете в Беркли Рич Крамер много лет работал в области оптофармакологии над изучением электрофизиологии во всех видах клеток, от функции строения ионных каналов до возбудимости и синаптической передачи, главным образом в нервной системе. Недавно ученые разработали инструмент для придания светочувствительности различным ионным каналам и рецепторам. Одним из мест, где используется этот подход, является глаз. Стало возможно восстанавливать светочувствительность при заболеваниях, вызывающих слепоту, например, пигментного ретинита, при котором палочки и колбочки атрофируются.

Заключение?

Регенерация пока остается одной из главных загадок биологии. Ученым еще не удается до конца разобраться, почему одни животные на любом этапе своей жизни свободно восстанавливают утраченные части тела, тогда как другие теряют эту способность. В настоящий момент поиски большинства биологов сосредоточены вокруг экспрессии генов или химических сигналов. Если биоэлектрический код действительно стоит за построением различных органов тела, то, изменяя клеточные электрические сигналы с помощью подходящих инструментов, ученые смогут однажды залечивать раны или запускать восстановление утраченных тканей.

• • • • • • •

?О рабочих техниках и практиках активации работы нервной системы вы узнаете на «БАЗОВОМ КУРСЕ ЭВОЛЮЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ОЛЬГИ ВЕРЕМЕЕВОЙ».

Переходите по ссылке и регистрируйтесь:

https://vratamir.com/lp/basic/

? 11 июня в 20:00 мск - открытый урок. 2 июля 20:00 мск - начало практики.

Будем рады видеть Вас среди участников!

То, что будет в этом обучении перевернет ваши взгляды на мир

Источник: vratamir.com

Комментарии: