Минулого разу ми почали говорити про м’язову тканину. Звичайно ж, основна функція м’язів – це рух. У них знаходяться скорочувальні білки, які створюють клітинну машину, що тягне прилеглі структури і тим самим генерує рухи.
Потім ми говорили про типи м’язів. Першими ми обговорювали гладкий м’яз. Подаючи клітини гладких м’язів, думайте про них як про пальцеподібні клітини. За співвідношенням довжини та ширини вони схожі на палець, у них ті ж самі пропорції. Звичайно, ці клітини скріплені разом в одну тканину, вони склеєні гелями і волокнами в певних місцях. І ця тканина може розташовуватись у стінках кровоносних судин, щоб змінювати їх діаметр, або ж у стінках дихальних шляхів легень, щоб також змінювати їх діаметр, але й в інших місцях, тобто скрізь, де є несвідомий, мимовільний рух. Там є гладкі м’язи. І, як я вже сказав, якщо ви здатні свідомо рухати чимось, то це не гладкий м’яз. Свідомий рух проводиться виключно скелетними м’язами, гладкі м’язи просто не мають такого рівня контролю.
Далі, наступний тип м’язів – скелетні, або поперечно-смугасті м’язи. Вони виглядають як довгі циліндричні клітки, дуже довгі циліндри. Щодо їх розміру, як я згадував минулого разу, вони довжиною як і сам м’яз. Щоб уявити м’яз, візьмемо, наприклад, біцепс. Він складається з таких довгих тонких м’язових клітин, склеєних разом сполучною тканиною, гелями і волокнами. Ці гелі та волокна відходять від кінців м’яза у вигляді сухожиль. Ці сухожилля білі, тому що в них здебільшого містяться колагенові волокна. І, звичайно, за структурою сухожилля поступово перетікають у кістку, гелі та волокна кістки, до яких і кріпиться м’яз. Знову ж таки, щоб ви краще уявляли: якщо у мене одна м’язова клітина, то вона буде такою ж довжиною, як і сам м’яз. Вона може бути 15, 20, 30 або більше сантиметрів у довжину, діаметром вона буде як найтонша нитка, яку ледве можна побачити неозброєним оком.
Ці клітини м’язів можуть мати різний діаметр. Якщо ви почнете займатися спортом, тренуватися, в клітинах вибудується більше скорочувальних білків для генерації більшої сили, і тоді ці клітини м’язів збільшаться в діаметрі. З іншого боку, якщо ви не особливо користуєтесь якимось м’язом, то в ній буде мало скорочувальних механізмів, і чим менше там цих механізмів, тим відповідно тонше і менше вона стає. Так що ми постійно змінюємо кількість скорочувальних білків залежно від того, наскільки часто використовується той чи інший м’яз, проте всьому є межа. Найбільші клітини будуть якраз на межі нашого зору, і, зрозуміло, більшість з них неозброєним оком будуть не видно. Якщо ми подивимося на штангіста з великими і потужними м’язами, то, зрозуміло, його м’язові клітини будуть більшими в діаметрі. І, як я сказав, у більшості з нас клітини будуть набагато меншими в діаметрі. Уявіть, що найбільші по товщині клітини будуть як дитяче волосся, тонке м’яке волосся. І ці м’язові волоски будуть щільно склеєні разом і формуватимуть у сумі цілий м’язовий орган. Тому уявіть цілу купу цих клітинних циліндрів, укладених паралельно, як трубочки для напоїв, і з’єднаних гелями та волокнами. Це і будуть наші скелетні м’язи.
Пару моментів щодо скелетних м’язів. Перше вони багатоядерні, тобто у них по всій довжині клітини розташовані ядра. Якщо розглянути одну таку довгу клітину м’язів, то побачимо ядра по всій її довжині. Це дуже цікаво. На запитання «навіщо?» ще раз завжди пам’ятайте: все, що потрібно, це просто трохи подумати про ситуацію. Ви можете знайти відповідь. Подивіться, що таке ядро? Це місце, де є ДНК. А що таке ДНК? Це інструкція, що вказує, як будувати частини клітини, по суті, це інструкція для виробництва білків цієї клітини. Навіщо, на вашу думку, нам знадобилося кілька наборів інструкцій в одній клітці? Розумієте, навіщо нам потрібно стільки копій однієї інструкції на всій довжині клітини?
Подумайте. Якби ви будували будинок у Дулуті, будівельний план був би в Міннеаполісі, і щоразу, коли вам потрібно щось зробити, ви б їздили до Міннеаполіса подивитися на план, а потім поверталися до Дулуту, то як думаєте, це спрацює? Відстань дуже великі для пересування матеріалів. Що являє собою м’язова клітина? Це всього лише мішок, циліндричний мішок, повний білків актину і міозину, скорочувальних білків, і всіх процесів, що відбуваються з ними, адже вони постійно розпадаються, нам постійно потрібно їх змінювати. Тому нам постійно потрібно перечитувати будівельний план, і тому нам потрібні інструкції по всій довжині цієї великої клітки, щоб не ходити за тридев’ять земель, щоб поглянути на будівельний план. Інструкції конвертуються в матричну РНК, потім рибосоми, а потім і відбувається синтез білка. Нам необхідно розмістити ці білкові виробничі цехи всюди, тому що білки потрібні у клітині. Так що у всіх цих ядрах знаходяться інструкції для їхнього побудови. Я розповім про це докладніше якось іншим разом.
Отже, багатоядерні клітини. І, звичайно, другий важливий момент у тому, що це довільні м’язи. Вони скорочуються тоді, коли ми наказуємо їм скорочуватися. Але пам’ятайте, що необов’язково скорочувати їх довільно. Ми робимо багато рухів внаслідок автоматичного скорочення скелетних м’язів. Якщо я хочу прогулятися трохи, я не замислююся, коли мені скорочувати м’язи однієї ноги, а потім іншої ноги. Центральна нервова система робить це автоматично. Але головний момент у тому, що з центральної нервової системи до м’язів проходять нерви, що стимулюють скорочення цих м’язів. Коротше кажучи, якщо ви хочете скоротити м’яз за бажанням, якщо ви свідомо можете зробити рух, це скелетний м’яз.
Добре. Наступний, третій тип м’язів – це серцевий м’яз. І коли ми торкнулися її, давайте подумаємо, де ж вона знаходиться. Отже, очевидно, що серцевий м’яз перебуватиме виключно у стінках серця, над кровоносних судинах, над інших місцях кровоносної системи, лише у серцевих стінках. Це маленькі одноядерні, тобто одне ядро на клітину розгалужені клітини. Вони можуть виглядати як ігрок-видної форми. Найбільш відповідний опис – це циліндри з плоскими кінцями. У принципі вони так і виглядають: це маленькі циліндричні клітини, можливо, у формі подвійного ігрека.
Ці клітини розташовуються тісно одна до одної, навіть накладаються небагато. Ядро цієї клітини, ядро сусідньої клітини, а їх плоскі кінці. Ці плоскі кінці клітин нашаровуються одна на одну. Так вони справді виглядають. Отже, маленькі одноядерні розгалужені клітини. Уявіть серце, вся стінка якого складається з цих розгалужених маленьких гіллястих клітин. Що ж до розміру чи діаметра, він занадто малий, щоб побачити без мікроскопа. Думайте про них як про маленькі циліндричні волокна, маленькі палице-волокно-подібні клітини, розсічені надвоє на кінцях. І в серцевій стінці ці клітини будуть укладені одна на одну, зрештою споруджуючи порожнисту округлу форму стінки. І клітини будуть скріплені одна з одною кінцями, так що при скороченні вони коротшають і таким чином роблять порожнину всередині серця менше. Це дозволяє перекачувати кров і вичавлювати кров із серця в судини. Клітини також загорнуті за своєю формою, вони трохи зігнуті, що дозволяє створити сферичні серцеві камери. І, звичайно, у нас з вами в серці є чотири камери, про що ми обов’язково поговоримо в деталях трохи пізніше.
Ці м’язи також мимовільні. Ви не можете змусити серце битися, все відбувається автоматично. Про все це ми ще поговоримо. Отже, є три типи м’язів: гладкий м’яз — мимовільний і несвідомий; скелетний м’яз – довільний і контрольований свідомо; і серцевий м’яз у стінках серця – також мимовільна. І повторюся, нам доведеться дізнатися про це набагато більше, нам потрібно обговорити ще дещо, перш ніж повертатися до деталей.
Тепер давайте поговоримо про четвертий вид тканин — про нервову тканину, тобто нерви. Звичайно, клітиною, або принаймні головною клітиною нервової тканини, є нейрон. Коли я малюю нейрон, виходить щось подібне до великого довгого циліндра за своєю довжиною. Один із компонентів нейрона – це так звана сома, іншими словами, тільце. Сома означає «тіло», так що йдеться про клітинне тільце нейрона. У цій частині розташовуватиметься метаболічна машина клітини. Коли я говорю «метаболічний» або «метаболізм», що ви уявляєте в цей момент? Метаболічна машина – це біохімічні процеси клітини. Подайте хімічний конвеєр, де проходять обробку клітинні матеріали. Отже, коли я кажу, що в тільці клітини міститься метаболічна машина клітини, то я маю на увазі мітохондрії, ендоплазматичну мережу, рибосоми, лізосоми, коротше кажучи, всі клітинні компоненти, що виконують функції клітини. Тобто я лише хочу сказати, що, як і в будь-якій іншій клітині, у нейронах є ті самі механізми. Звичайно, в нейронах містяться кар’єри, які виконують специфічні для них функції, але за своєю суттю це та ж метаболічна машина, це лише процеси біохімічного обміну речовин, властиві будь-якій клітині. Очевидно, що, як і будь-якій іншій клітині, нейронам також потрібна енергія, так що вони виробляють енергію, і їм також потрібно виробляти білки, тобто робити все те, що й інші клітини.
Друга частина клітини – це маленькі кущисті деревця по краях тільця. По краях знаходяться маленькі вирости, маленькі відростки, і, як ви вже, напевно, знаєте, вони називаються дендритами. Дендрити – це короткі кущисті відростки. Під кущистими відростками я маю на увазі маленькі розгалужені подовження клітинної мембрани.
Хоч я і малюю їх ось так, ви самі повинні уявляти, що основи дендритів схожі на стовбури, а потім вони гілкуються на дрібніші відростки, прямо як гіллясті кущі навколо клітинного тільця. Важливий момент у тому, що дендрити є поверхнею, що приймає клітини. Саме тут у клітину надходить інформація. У нейронах відбувається передача інформації, і ось ці самі кущисті відростки, які називають дендритами, є місцем, де в клітину надходить інформація, або ж нервові імпульси.
Потім наступна, третина клітини – аксон. Це один довгий відросток, довгий нерозгалужений (що не зовсім правильно, але загалом правильно). Важливий момент у тому, що це поверхня, що передає, транслює. Нервові імпульси потрапляють у дендрити, проходять по всій довжині клітини через аксон, потім передаються далі, доки дійдуть місця призначення. Отже, потік інформації здійснюється від дендритів через аксон.
Все, що я вам зараз розповів, звичайно, не все, але десь 70% із усього не на 100% вірно. Це загальне правило, загальні правила вірні в більшості випадків, але я зможу знайти та перерахувати винятки одне за одним у міру нашого подальшого вивчення. Тож не переживайте, я лише намагаюся дати вам базове розуміння, що таке нейрони і як вони працюють.
Функцією нервової тканини, або функцією нейронів, є передача інформації, хоч би що це означало зараз. Нам потрібно надати елементарний опис, щоб створити початкову картину. Вони передають інформацію, інакше кажучи, проводять імпульси. Нервові імпульси є одиницею інформації у нашому тілі. Нам належить вивчити цей процес набагато докладніше. З функціональної точки зору існує три типи функціональних нейронів.
Перше – це сенсорні, або ж чутливі, нейрони. Очевидно, що чутливі нейрони – це ті, що передають інформацію з довкілля. Коли ми думаємо про інформацію з оточення, я уявляю світло, що потрапляє зовні, тепло або холод, навколишню температуру, вібрацію, звук, дотики та багато іншого, що надходить ззовні. Звичайно, все не так просто, як здається, адже під середовищем ми також маємо на увазі внутрішнє середовище нашого тіла, місцезнаходження наших органів. Це одна з найфантастичніших ідей, яку тільки можна уявити: ми постійно відчуваємо, де знаходяться всі наші частини. Нам навіть не треба дивитися. Ми знаємо, де знаходяться кінчики пальців, наприклад. Я можу заплющити очі і доторкнутися пальцем до носа. Єдиний спосіб так зробити — знати, де знаходиться мій ніс і де знаходяться кінчики моїх пальців. Якщо я заплющу очі і нічого не бачитиму, я все одно зможу піднести кінчик пальця до кінчика носа або до чогось ще. Суть у тому, що я точно знаю всі кути суглобів свого тіла, я відчуваю зміни кутів кожного суглоба. А тепер уявіть, як складно було б змоделювати такий рівень точності в тривимірному просторі. Тобто мені потрібно зіставити всі кути разом у реальному часі, щоб створити тривимірну картину місцезнаходження кінчика пальців поблизу мене. Якби я попросив вас створити комп’ютерну програму, якби у нас був робот з усіма тими суглобами, що і у вас, і кожен суглоб був би напханий сенсорами, так щоб ми з точністю знали кут кожного суглоба, і потім я попросив би вас написати програму, щоб безперервно зіставляти всі кути в тривимірному просторі і з точністю визначати, де знаходиться кожна частина тіла кожну секунду, це було б одним із найкрутіших досягнень, які тільки можна уявити. Але для нас весь цей сильний обчислювальний алгоритм — звичайна рутинна річ.
Отже, коли я говорю про сенсорну інформацію, то не маю на увазі лише органи почуттів: зір, слух і таке інше. Я також маю на увазі всю внутрішню сенсорну інформацію про кожну ділянку вашого тіла. Моя центральна нервова система (ЦНС) не тільки про те, де знаходяться всі частини мого тіла, вона також знає і стежить за такими речами, як кров’яний тиск. Вона знає, наскільки розтягнуті стінки кровоносних судин і під яким тиском вони знаходяться, і вона відповідним чином регулює частоту серцевих скорочень, а також частоту дихання. Вона регулює цілу купу всіляких речей безперервно в залежності від внутрішнього середовища тіла, про яке ми знаємо більше, ніж про зовнішнє середовище. Тобто, я знаю концентрацію кисню у всіх ділянках свого тіла, температуру у всіх ділянках свого тіла. Мій організм одночасно точно відстежує величезну кількість факторів у своєму внутрішньому середовищі порівняно із зовнішнім. І, звичайно, моє тіло постійно робить безліч змін для регулювання цього внутрішнього середовища. Я точно знаю, як часто повинне битися моє серце і з якою силою, щоб штовхати кров по судинах і створювати оптимальний кровообіг для всіх моїх клітин. Здатність одночасно обробляти всю цю інформацію вражає. Все це – сенсорна інформація. Уявіть: є інформація, що надходить у нашу нервову систему і безперервно обробляється, постійно. Отже надходження інформації з навколишнього середовища, зовнішнього або внутрішнього, в ЦНС відбувається постійно. І коли я кажу «центральна нервова система», від сьогодні я більше не писатиму це поняття повністю, просто писатиму ЦНС.
Отже, ЦНС включає ваш головний мозок і спинний мозок. Сенсорна інформація надходить у головний та спинний мозок. Потім другий функціональний тип – це рухова інформація, тобто вихідна інформація. Будь-яка інформація, що виходить із ЦНС, називається руховим сигналом або руховою інформацією. Ця інформація надходить до м’язів і залоз, щоб ми рухалися та виробляли секреції, виділення: піт, слину, сечу та купу будь-яких інших виділень. Все, що ви робите, або змушуєте м’язи скорочуватися, або робити виділення.
Під ці дві дії потрапляє все, що ви робите. Все, що робить ваше тіло, це контролює м’язи і контролює виділення. Ви можете говорити – це м’язовий контроль: ви видавлюєте повітря, змінюєте зазор між голосовими зв’язками, рухаєте язиком та губами. Все, що ви робите, це рухаєте м’язами. Навіть коли ви пишете, це руховий контроль. Єдине, що робить ваше тіло, це рухає м’язами і виділяє речовини. Уся ця складна картина раптово спрощується рівня цих двох чинників. Все, що у нас є, – це вхідна інформація про зовнішнє і внутрішнє середовище, а потім все, що ми робимо у відповідь, – це рухаємо і виділяємо. Ми виробляємо виділення і здійснюємо рухи у відповідь на цю інформацію. Далі ми маємо третю категорію нейронів — проміжні нейрони, або інтернейрони, або вставні нейрони. Я віддаю перевагу терміну «проміжні нейрони». Проміжні нейрони перебувають у ЦНС, та його функцією є обробка інформації. Вони отримують сенсорну інформацію та надсилають рухову інформацію.
Уявіть вашу нервову систему у вигляді кола, що включає головний та спинний мозок (ЦНС). Тут знаходиться чутливий нерв. Чутливі нейрони виглядають не так, як я зазвичай малюю. Вони мають маленьке кругле клітинне тіло і один довгий відросток. Коли я говорю «відросток клітини», я маю на увазі подовження її мембрани. Тіло клітин відрощує таке подовження, і воно розгалужується, посилаючи один кінець від іншого кінця до ЦНС. Вихідний кінець з’єднуватиметься з якимось рецептором. У нас є багато різних рецепторів: зорові в очному яблуці, слухові у равлику вуха, температурні в шкірі, рецептори тиску, рецептори вібрації. Усі вони активуються певними стимулами. Головна ідея тут у тому, що ми маємо клітини або групи клітин, здатні реагувати на навколишні стимули: зміни температури, освітлення, тепла, тиску, вібрацій, натягу. Ми маємо рецептори для всіх цих подразників. Люди мало знають про ці рецептори. Ми, звичайно, в курсі, як вони працюють: направте світло певної довжини хвилі на ваше око, і він запустить нервові імпульси по чутливому нерву, різні види світла мають різний ефект. Ми знаємо хімічну складову цього процесу, але якщо копнути глибше і реально пояснити, як ініціюється нервовий імпульс, то ми мало що знаємо.
Навколо нас існує безліч феноменів, на які ми не маємо рецепторів, наприклад, радіохвилі. Радіохвилі пролітають через цю кімнату, крізь нас, і ми навіть не в курсі, адже ми не маємо для цього відповідних рецепторів. Хоча іноді трапляються винятки. Буває, що пломба в зубі починає вібрувати під впливом радіохвиль, і людина починає чути радіостанцію. Таке трапляється через частоту коливання електромагнітного поля, яке точно збігається із зазором між зубом і наповнювачем, тим самим резонуючи хвилю і стимулюючи сприйняття. Ви можете змайструвати просте радіо, використовуючи кристал і тонку нитку, налаштовуючи відстань між ними, щоб потрапити до діапазону частоти радіохвиль. Тоді радіохвилі змусять нитку вібрувати, і ви почнете чути радіосигнали. Навколо нас постійно пролітають ці радіохвилі, і вони цілком реальні, але ми не відчуваємо їх, тому що ми не маємо відповідних рецепторів. Хто знає, скільки ще різних речей літає навколо нас, якщо у нас немає спеціальних рецепторів, то ми їх не відчуємо.
Рецептор, який потрапляє потрібний вид енергії, запускає нервовий імпульс по чутливому нерву і потім передає їх у ЦНС. У ЦНС чутливий нейрон взаємодіє з проміжним нейроном, який обробляє цю інформацію, або передаючи її далі, або передаючи, або посилюючи цей сигнал. Потім проміжний нейрон приєднується до рухового нейрона, що веде кудись до м’яза. Двигун нейрон передає нервові імпульси прямо до м’яза, змушуючи її скорочуватися або розслаблятися. Це може бути скелетний, серцевий або гладкий м’яз. Вся ця проводка називається рефлекторною дугою. Наприклад, якщо вдарити по колінному сухожиллю, це спровокує скорочення м’язів. При ударі сухожилля натягується та посилає чутливий нервовий імпульс до нервової системи. Цей імпульс проходить через проміжний нейрон, повертається руховим нейроном і змушує м’язи скорочуватися. Це і є рефлекторна дуга.
Ось що я намагаюся донести: це все, що ми є. Життя, насправді, складається з рефлекторних дуг. Деякі з них можуть бути неймовірно складними, необов’язково мати один проміжний нейрон між чутливим і руховим, їх може бути безліч з лісом відгалужень, з розведенням імпульсів по різних місцях, які стимулюють цілий каскад різних реакцій. Але по суті це та сама рефлекторна дуга. Вона може бути складнішою, мати більше відгалужень, але вона залишається рефлекторною дугою. І це все, чим ми є.
Всі шляхи, що ведуть до головного та спинного мозку (ЦНС), та шляхи, що відходять до органів, відносяться до периферичної нервової системи. Нервова тканина всередині вашого черепа називається головним мозком, усередині хребетного стовпа – спинним мозком, і разом вони становлять ЦНС. Решта нервової тканини зовні — це периферична нервова система. Всі чутливі нерви, що йдуть усередину, і всі рухові нерви, що йдуть назовні, – вся ця периферична нервова система. А все, що всередині черепа та хребетного стовпа, це ЦНС.
Ми обговорили всі чотири види тканини, з яких можна побудувати шлунок, печінку, серце, все, що нам потрібно. Якби ви хотіли зробити шлунок, вам знадобився епітелій, що покриває поверхню зовні і всередині. Потім основна частина стінки шлунка складалася б з гладких м’язів, і весь цей матеріал був би склеєний разом із сполучною тканиною – гелями та волокнами, що скріплюють епітелій зсередини та зовні. А ще ми додали б туди чутливі нерви, що йдуть від стінки шлунка до ЦНС, а також рухові нерви, що ведуть назад до м’язів цього органу. Ось і весь набір. І ми можемо взяти абсолютно будь-яку частину тіла і побудувати її так само, маючи в розпорядженні лише ці чотири компоненти.
Наступне, що я хотів би зробити, це повернутися трохи назад і поговорити про нервову і м’язову тканину набагато докладніше. Але насамперед нам потрібно розібратися в біологічних рідинах. Під біологічними рідинами я маю на увазі водянисте середовище всередині вашого тіла. Якщо зневодити вас і піддати сухому заморожуванню та витягти всю рідину, то від вас залишиться лише 30% від загальної маси. Біологічна рідина становить приблизно 70% від загальної маси тіла.
За місцезнаходженням рідини поділяються на:
Внутрішньоклітинна рідина (ВКЖ) – рідина всередині клітин.
Позаклітинна рідина (ВКЖ) – рідина зовні клітин.
Позаклітинна рідина, у свою чергу, поділяється на:
Внутрішньосудинна (васкулярна) рідина (плазма) – рідина всередині кровоносних судин, усередині кровоносної системи.
Тканинна (інтерстиціальна) рідина (ТЖ) – рідина в тканинах, між вашими клітинами.
Якщо подивитися на кров, там є кров’яні клітини, а довкола них рідинне середовище – плазма. Вона знаходиться зовні клітин, тому називається позаклітинної рідиною. Усередині клітин знаходиться внутрішньоклітинна рідина. Тканинна рідина та плазма разом є видами позаклітинної рідини. Рідини можуть бути в одному із двох місць: усередині клітин або зовні клітин. Якщо рідина зовні клітин, вона може бути або всередині кровоносної системи або зовні кровоносної системи.
Наступне, про що я хотів би подумати, – це рух усіх цих рідин. Перший момент, про який ви, можливо, вже чули, це поняття дифузії. Дифузія – це постійний рух усіх частинок. Якщо взяти будь-що, абсолютно все, то це все складається з частинок: атомів, молекул. Вони завжди перебувають у русі. А що між цими частками? Простір. Простір – це лише пробіл між частинками, між ними немає повітря. Повітря також складається з частинок: кисню, вуглекислого газу, азоту. Усі вони плавають у цьому просторі. Частинки дерева, наприклад, рухатимуться доти, доки не зіткнуться з перешкодою, вдаряться і відскочать. А оскільки їх багато і вони близько один від одного, то відскочити далеко не вийде, тому вони постійно вібруватиме. З іншого боку, частинки повітря набагато далі один від одного, тому вони літають сюди без зупинки.
Ми постійно вимірюємо цей рух. Вимірювання руху цих частинок називається температурою. Чим вища температура, тим сильніший рух, або чим сильніший рух, тим вища температура. Температура і темп руху частинок – це те саме. Температура – це лише вимір швидкості руху частинок. Вони рухаються постійно, без перерви. Наприклад, якщо я думаю про воду всередині вашого тіла або уявляю речовини, розчинені у воді вашого тіла, всі вони рухаються. Вони всі рухаються, поки не вдаряться іншу частинку, відскакують і рухаються в іншому напрямку. Так що все довкола постійно рухається.