Штипплер, Андреас
 Скачать 3.65 Mb.
|
|
РОМЕО И ДЖУЛЬЕТТА… П очему мышцы двигаются? На протяжении сотен лет это оставалось загадкой для исследователей. Мы уже слышали о spiritus animalis. Теперь давайте обра- тимся к мышце и посмотрим, как она реализует движение биохимически. Не волнуйтесь, медицинской лекции не будет! Скорее мы погрузимся в мир театра, возвышенных чувств и амурных приклю- чений, и да, все это будет разыгрываться в ваших мышцах! Скорее всего, вам известна история любви Ро- мео и Джульетты или Тристана и Изольды. Великий мир театра! Трагедия и романтика! Актин и миозин, вероятно, будут вам не так хорошо знакомы, если только вы не изучаете медицину в США и не проходите как раз сейчас интенсивный курс по метабо- лизму мышц. Биохимический процесс обмена веществ при мышечном движении преподносят студентам как несчаст- ную любовь между двумя основными персонажами, бел- ками актином и миозином. Их сложные взаимоотношения объясняют, как мышцы при движении преобразуют био- химическую энергию в механическую. Параллельно про- исходит большое количество метаболических процессов, подробности которых до сих пор на стадии исследований. В МЫШЕЧНЫХ КЛЕТКАХ СЖИГАЮТСЯ УГЛЕВОДЫ И ЖИРЫ, ЧТОБЫ ИЗВЛЕЧЬ ЭНЕРГИЮ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ. 36 …В ТЕАТРЕ МЫШЦ Н о прежде давайте сперва посмотрим, где живут наши герои Актин и Миозин. Для этого нам придется отправиться не в Верону к Ромео и Джульетте, а в мир мышц. 37 В саркомере скелетной мышцы бурлит активная жизнь. Здесь начинается история любви Актина и Ми- озина. С кровью в мышечную клетку постоянно посту- пают питательные вещества. Они перерабатываются на клеточных электростанциях, митохондриях, для после- дующего получения энергии. Мышечные клетки (или, точнее, плавающие в них электростанции, митохон- дрии) — это место, где сжигаются углеводы и жиры, что- бы мышца получала энергию для движения. Мышечная клетка также является домом наших главных действующих лиц Актина и Миозина, этих несчастных влюбленных, которые напоминают Ромео 38 и Джульетту. Актин и Миозин 1 — это две нити бел- кового вещества. Они, можно сказать, обитатели мы- шечной клетки и населяют саркомер тысячами. Имен- но здесь начинается ро- мантическое театральное представление о движении мышц: изящный Актин имеет небольшие углубления вдоль своего стройного тела и в нашей пьесе играет роль Джульетты. Белок Миозин играет Ромео. Потому что он сильнее и имеет множество маленьких головок, расположенных вдоль его тела. Наш Ромео не желает заниматься ничем иным, кро- ме как проникать в углубления Актина. Но проделы- вать это ему удается лишь в тех случаях, когда мышца находится в движении. Если мышца пребывает в со- стоянии покоя, между Актином и Миозином нет со- прикосновения и нет никакой романтической связи. Печально, но Актин и Миозин в неподвижной мыш- це могут лишь смотреть друг на друга на расстоянии, и больше ничего. Так что им остается только тосковать друг о друге… Наступает ночь. Мышцы отдыхают. Наш Миозин-Ро- мео страстно направляет свои головки в сторону Акти- на-Джульетты. Долгая сцена на балконе, Ромео мышеч- ной ткани дарит томные слова любви своей Джульетте. Но для свидания тет-а-тет нет ни единого шанса. Потому что на родине Актина и Миозина, в Саркомере, действуют суровые законы. Никаких мышечных движений — ника- 1 А к т и н — тонкая, закрученная по спирали белковая нить, м ио з и н — толстая белковая нить. НОЧЬЮ МЫШЦЫ ТОЖЕ ОТДЫХАЮТ. 39 кой любовной романтики! За этим следят несколько ан- тагонистов, разлучающих Актина и Миозина. Опустив головки, наш Ромео вынужден смириться с тем, что его Джульетту стерегут двое сильных телохранителей. Их зо- вут Тропомиозин и Тропонин, и, если Ромео приблизится к Джульетте, оба телохранителя встанут у него на пути. Миозин пытается хитростью убедить Тропомиози- на и Тропонина пренебречь их долгом, пробует подку- пить охранников. Для этого он использует валюту, ко- торая высоко ценится во всех клетках тела: знаменитый аденозинтрифосфат, АТФ. Он является абсолютной мышечной валютой, поскольку представляет собой чи- стую энергию, которую мечтают заполучить все жители клетки. Почему АТФ пользуется таким спросом, понятно каждому обитателю мышечной клетки. Все потому, что вместе с АТФ в распоряжении у них появляется уже переработанная мускульная энергия. Углеводы, жиры? Никто в мышечных клетках не может ничего с ними сде- лать. Но, когда это сырье при обильной подаче кислорода «сжигается» на клеточных электростанциях, превраща- ясь в АТФ, настроение поднимается. В мышцах, которые много и хорошо двигаются, АТФ присутствует в боль- шом количестве, но в слабых мышцах его мало. Миозин-Ромео печалится и злится одновременно. Он живет в мышечной клетке нашего совершенно не- спортивного современника. АТФ в дефиците. Даже если бы он очень постарался, то все равно не смог бы достать достаточно АТФ, чтобы подкупить телохранителей Джу- льетты. Но Ромео все равно пытается. С небольшим ко- личеством АТФ он появляется у охранников Джульетты. 40 Они сердито глядят на него сверху вниз. «Приказа о дви- жении не было, проваливай», — говорят ему. Ромео про- являет настойчивость. Быть может, когда он раздобудет еще немного АТФ?.. Телохранители Джульетты качают головами. Ромео знает, что они продажные. Но его все равно немного удивляет их ответ. «Если ты добавишь к АТФ еще немного кальция, мы подумаем». Итак, каль- ций. Ромео знает, насколько важен кальций для раздра- жимости мышц. Он содержится в цитоплазме и достав- ляется с помощью специальных насосов в клеточные мембраны саркомера. Перед Миозином забрезжил лучик надежды. АТФ, хоть и немного, но найдется, кальциевые насосы можно запустить, и тогда охранники освободят Джульетту. Ми- озин-Ромео сможет беспрепятственно соединиться со своей любимой Актин-Джульеттой и окажется на седь- мом небе от счастья... Но ничего не происходит. Лежебока заснул перед телевизором и не двигает своими мышцами. Телохрани- тели не уходят. В мире мышц все остается по-старому. Актин плачет, Миозин в отчаянии. Но, когда влюбленные уже почти смиряются со сво- ей судьбой, неожиданно приходит помощь извне. К ле- жебоке пришел гость. Миозин и Актин слышат, как они спорят. Очевидно, какой-то приятель хочет уговорить лежебоку заняться фитнесом. После многочисленных «Нет…», «Не хочу…», «Может, завтра…», кажется, при- ятель начинает побеждать. «Хорошо, но только на пол- часа». Мозг лежебоки, как верховный правитель и дири- жер мышц, принимает решение. Движению быть! «Ре- бята, что-то будет!» — Миозин чутко прислушивается 41 и готовится. Когда правитель планирует осуществить мероприятие, все может быстро измениться. Внезапно в маленьком Саркомере поднимается вол- нение. Команда «Двигайся!» запускает цепную реакцию. Нервы и мотонейроны провозглашают биоэлектриче- ский потенциал. Электрический импульс проходит через нервные окончания и си- напсы к мышцам. Мышеч- ные рецепторы распозна- ют команду движения как особо важное сообщение извне и пропускают импульсы: «Ладно, проходите». Они моментально открывают на- триевые каналы и электризуют всю мышцу. Так, без особых препятствий, импульс достигает дома нашей влюбленной пары, Актина и Миозина, вну- тренности мышечной клетки. Теперь все происходит очень быстро. На первый взгляд, в Саркомере царит хаос. Армия крошечных молекул пребывает в смятении. Сигнальные вещества заняли позиции, клеточные элек- тростанции работают с полной нагрузкой, чтобы сжи- гать больше жира. АТФ! Миозин готовится к прыжку, словно дикая кошка. Он следит за телохранителями Актина. Внезапно элек- трические импульсы открывают хранилище кальция в Саркомере. И в этот самый момент выскакивает Мио- зин. Наш Ромео хватает АТФ и кальций и приносит его охранникам Джульетты. Тропонин, первый телохрани- тель Актина, забирает молекулу кальция и отпускает Актина. Чуть позже Ромео удается подкупить и второ- го телохранителя, Тропомиозина. Наш Миозин-Ромео почти достиг своей цели! В общем хаосе он захватывает ЧТО ПРОИСХОДИТ В МЫШЦЕ, КОГДА ОТДАНА КОМАНДА «ДВИГАЙСЯ!»? 42 свободную молекулу АТФ, отделяет ее часть и произ- водит аденозиндифосфат (АДФ) плюс фосфат. Это тот самый момент, когда химическая энергия превращается в механическую. Свежая энергия придает Миозину уве- ренности в себе. Он поднимает головки и соединяется с Актином. Наконец-то влюбленные счастливы. Актин и Мио- зин обнимают и ласкают друг друга. Многочисленные головки Миозина входят в нежные углубления Актина. Ромео и Джульетта наконец вместе. Наш Ромео теперь чувствует себя сильным и могущественным. Далее ра- зыгрываются сцены, имеющие возрастное ограничение. Маленькие головки Миозина-Ромео теперь полны силы и возбуждения. Зажатые в углублениях Актина, головки сильно отклоняются в сторону и вытягивают над собой хрупкую белковую нить Джульетты. Начинается осто- рожное «сокращение мышцы». Сбивчивые слова страсти. Ромео и Джульетта соеди- нились. Но волнительный контакт между Актином и Мио- зином длится недолго. Две команды, агонисты и анта- гонисты, начинают свою игру. Другие Миозины-Ромео в самых разных участках мышц тоже жаждут слиться со своими Актинами-Джульеттами. Куда ни кинь взгляд, кругом раздают АТФ и кальций! Для наших влюбленных это имеет драматические последствия. Возбуждающая связь, проходящая по всей длине их белковых тел, под- ходит к концу. Актин отделяется от Миозина, и голов- ки нашего Ромео снова грустно повисают. Покинутый и одинокий. Охранники Тропонин и Тропомиозин воз- вращаются. Актин-Джульетта снова заперта и недоступ- 43 на для Миозина-Ромео. Таким образом, исходная ситуа- ция восстанавливается. К счастью, нашего лежебоку уговорили заниматься фитнесом. Поэтому одним небольшим двигательным импульсом дело не ограничится. Мозг постоянно от- дает мышцам новые приказы, и для Актина и Миозина первое свидание выливается в долгий страстный роман. В миллионах и миллионах саркомеров одновременно разыгрываются высококлассные мышечные мыльные оперы. Романтический театр мышц, тонкое искусство... Можно назвать это основным сюжетом мышечного дви- жения. Ромео и Джульетта: разлука и воссоединение. Если мы посмотрим следующий эпизод этой истории с продолжением, то увидим, насколько та- лантливый режиссер Мать Природа. В игру вступает все больше персонажей. Как только мышечные клетки осознают, что мозг серьезно относится к движению, акти- вируется древняя информация из истории человеческого рода, которая хранится в хромосомах в ядре мышечной клетки. Чем больше двигательных импульсов достигает мышечных клеток, тем сложнее становится сюжет. Чем дольше происходит любовная игра миллионов Ромео и Джульетт, тем больше циркулирует миокинов, то есть мышечных медиаторов. Мышечные клетки внезапно «вспоминают» программы, которым уже миллионы лет. Обмен веществ все активнее набирает обороты. Пока Ромео и Джульетты любят друг друга, инфор- мация передается митохондриям. Клеточные электро- КОГДА МЫШЦА ДВИГАЕТСЯ, СИГНАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА ОТДАЮТ СОСУДАМ ПРИКАЗ РАСТИ, ЧТОБЫ ПОСТУПАЛО БОЛЬШЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ. 44 станции получают приказ делиться и сжигать больше углеводов и жиров, поскольку для частых сокращений, вызванных актином и миозином, теперь требуется го- раздо больше АТФ. И не только это: чем острее наши Ромео и Джульетты переживают в мышечных клетках свои душераздираю- щие любовные истории, тем чаще в мышечных центрах подумывают снова открыть клетки для притока сахара. Антенны, поломавшиеся из-за долгого бездействия, зано- во устанавливаются на стенках клеток. Прощай, диабет! В следующих эпизодах мускульного театра новые нео- жиданные события разворачиваются в мышечных центрах. Поскольку приятель уговорил нашего лежебоку тре- нироваться с тяжелыми грузами, то время от времени охрана мышц сообщает о крошечных травмах в клетках. Сразу же запускаются древние механизмы восстановле- ния. Ядра клеток решают усилить актин и миозин и за- пасать белок, получаемый извне. Два наших главных ге- роя мышечного сокращения теперь становятся сильнее и дороднее. Хрупкие белковые нити расцветают, стано- вятся более прочными. Сторонние наблюдатели внезап- но начинают замечать, как мышцы у бывшего лежебоки постепенно увеличиваются. Но происходит не только это. Пока реактивируются старые генетические программы, миокины циркулиру- ют по всему телу вместе с кровью, которая теперь гораз- до интенсивнее перекачивается от сердца в мышцы. Сигнальные вещества отдают сосудам приказ расти, чтобы доставлять больше питательных веществ. Уже суженные кровеносные сосуды передают запрос мы- шечным медиаторам: обеспечить повышенную гибкость 45 и большее поперечное сечение. Отправляется сообще- ние: пожалуйста, понизьте кровяное давление. Поджелу- дочной железе поступает заказ пересмотреть выработку инсулина и учесть новую ситуацию с движением. Сиг- нальные вещества в печени получают сообщение о том, что требуется снова нормализовать производство холе- стерина и триглицеридов. Мышечные центры договари- ваются о перемирии с жировой тканью. Жир неохотно соглашается уменьшить свое количество. Воспаления, вызванные адипокинами, враждебными сигнальными веществами жировой ткани, теперь подавлены мышеч- ными медиаторами. Чем продолжительнее история любви в мышечных клетках, тем больше информации мышцы посылают телу: «Ребята, все снова так, как было раньше. За рабо- ту». Сигнальные вещества отправляются в кишечник, чтобы остановить там образование раковых клеток. В грудные железы направляются похожие послания. Ко- мандные центры в мышцах договариваются с иммунной системой гораздо активнее сражаться со злоумышленни- ками и врагами. Кости получают уведомление о том, что нужно уделять больше внимания прочности и со своей стороны усиливать связь с телом. Клеточные ядра в ко- стях и мышцах решают вступить в более напряженную борьбу с воспалениями в суставах, пока мозг посылает импульсы движения. Пока Ромео и Джульетта любят друг друга, все систе- мы работают на полную мощность. Мышцы не упускают свой шанс. Если бы только удалось убедить мозг продол- жать движение, то ужасные периоды бездействия нако- нец прекратились бы! В мышечных центрах принимаются стратегические решения. Миокины отправляются к мозгу. Нервные клетки пробуждаются, и настроение поднимается! Наш лежебока взволнован. «Эй, движение — это здорово!» Мышцы довольны. Сообщение, которое они смогли передать, возымело действие. Ура Ромео и Джульетте! Пусть их роман продолжается еще много эпизодов. ИЗ ПРАКТИКИ доктора ШТИППЛЕР А «Движение должн о приносить уд овольствие. Речь идет не о професс иональном спор те, а о радости движения. Чувс твовать желани е, вдыхать аром ат природы, прила гать усилия, при слушиваться к п е- нию птиц и от даваться всеми св оими чувствами. Это доставляет радость и подае т хороший прим ер нашим дет ям. Движение в гру ппе также являе т- ся важным социа льным фактором и формирует личн ость». 47 МЫ — ЛЮДИ КАМЕННОГО ВЕКА: И так, мышцы производят движение, при кото- ром два белка в их клетках, актин и миозин, «обнимаются» и двигаются друг над другом. В то же время самая крупная система органов, отвечающая за метаболизм и гормональный обмен, начинает слож- ным образом взаимодействовать с остальными частя- ми тела. Мышцы активируют древние генетические программы, которые эволюция увековечила в хромо- сомах. Причина, по которой наши мышцы так хорошо умеют осуществлять движение, кроется в истории че- ловеческого рода. Потому что с этой точки зрения мы, люди, рассчитаны на экстремальные физиче- ские нагрузки. «Читать за- дом наперед» было единственным способом выжить в процессе эволюции и отыскать свой путь при макси- мально неблагоприятных условиях. Как и другие млекопитающие, мы сумели восполь- зоваться генетическим планом, которому уже миллиар- ды лет. Не только наш головной мозг и сердечно-сосу- дистая система, но мышцы с костями функционируют, ЧЕЛОВЕКУ НЕОБХОДИМО ПОСТОЯННОЕ ДВИЖЕНИЕ, ЭТО ПРИДУМАЛА САМА ПРИРОДА. по сути, точно так же, как у первых рыб, пишет ученый- эволюционист Детлев Гантен в своей книге «Каменный век дает о себе знать. Здоровье как наследие эволюции». Конечно, эти старые базовые программы жизни со вре- менем были дополнены. 49 ПОЯВЛЕНИЕ ЖИВОТА, НОГ И ПОПЫ С ерьезных биологических изменений в процессе эволюции было предостаточно. Но древние про- граммы истории развития при этом просто получили «обновления» и корректировки, чтобы обеспечить вы- живание в новых условиях — на суше, а не в воде. Приблизительно четыре мил- лиона лет назад в истории разви- тия человека произошли важные изменения, связанные с прямо- хождением и эволюцией Homo sapiens. Последний всплеск слу- чился около 100 000 лет назад. Таким образом, системам орга- низма современного человека не- сколько миллионов лет — и дви- жение сыграло особую роль в их формировании. Давайте совершим небольшое путешествие во времени и вер- немся в истории развития на семь миллионов лет назад. Там мы об- наружим наших первых предков, которые пока еще остаются челове- 50 кообразными обезьянами, но уже преуспели в прямохож- дении. Довольно долго считалось, что эти пионеры просто бродили по окрестностям в поисках пищи и поедали ягоды и насекомых. Тогда, как полагали биологи-эволюционисты, первые люди научились пре- одолевать длинные маршру- ты. Их анатомия постепенно приспосабливалась ко все более длительным походам, пока в конце концов не ста- ла такой, как наша современная. Довольно умозрительная теория, которая едва ли отражала борьбу за выживание. Сегодня биологи-эволюционисты рассматривают предмет более дифференцированно, они понимают, что форма че- ловеческого тела не могла появиться в результате неторо- пливых пеших прогулок. Потому что тело человека скон- струировано с учетом возможности экстремального дви- жения. Если бы в ходе истории своего развития человек оставался простым пешеходом, сегодняшняя форма его |