Человеческий организм является структурой, чутко реагирующей на изменения внешней среды. В то же время с появлением нервной системы живые организмы получили возможность не только реагировать на внешние раздражители, но и управлять внешней средой. Нервная система несет сигналы в двух направлениях и потому является таким же объективным фактором, изменяющим внутренние параметры организма, как и внешние раздражители. Любое воздействие внешней среды может вызвать болезнь или исцелить от оной, но такими же качествами обладает и нервная система. Наличие второй сигнальной системы является как благом, так и проклятием человеческого рода. Возможность передачи своих ощущений другому человеку может принести зло, если это болезненные ощущения. Именно по этому пути идет развитие психосоматических заболеваний. Возможно, что изменение структуры заболеваемости и смертности в наше время по сравнению с прошлыми веками вызвано именно этим фактором, а не только изменениями экологии и ритма жизни.
Нервная система как совершенный электроприбор
Как работает мозг с точки зрения физики? Я хочу акцентировать ваше внимание именно на этом аспекте. Мы знаем, что по нервам проходят нервные импульсы. А что такое нервные сигналы? Это электрические импульсы. Сегодня мы с вами рассмотрим, как это электричество образуется, куда идет и на что расходуется.
Первыми в цепи электрических устройств нервной системы являются рецепторы. Они могут иметь и как очень простое, так и очень сложное строение. Они реагируют на все виды внешнего и внутреннего воздействия: на свет, на газ, на объем, давление, температуру, химический состав, звук, на электромагнитное поле. Один перечень их возможностей вызывает уважение. Но по своей сути это генераторы, превращающие все существующие виды энергии в электрический сигнал. Они подобны датчикам, информирующим нас об окружающем мире. Но все датчики, созданные людьми, потребляют электроэнергию. А рецепторы ее вырабатывают. И делают это очень интенсивно. От 1,5 МВт/сут до 2 МВт/час. Такой разброс из-за того, что точное количество рецепторов неизвестно. Естественно, что одновременно работает малая толика рецепторов. Иначе живые существа ходили бы как мобильные электростанции. Речь идет только о потенциальной мощности нашей нервной системы.
Для чего нужно такое большое количество энергии? Нервная система состоит из многих километров проводов нервов. Каждое нервное волокно обладает свойствами резистора и конденсатора. Обладает сопротивлением и емкостью. Именно это свойство нервных волокон позволяет существовать цивилизации и образованию. За счет этих электрофизических свойств нервной ткани появилась память. «Повторение мать ученья». Кто из нас не слышал эту поговорку. А что она означает с точки зрения работы нервов? За счет «повторения» рецепторами создается повышенная мощность. Она накапливается в нервных волокнах, как в конденсаторах, и происходит «пробой» на близлежащие волокна. Этот пробой, постоянно повторяясь, в течение 34 недель формирует новое соединение между нервами. Новый рефлекс, запоминающий какую-то информацию. А именно это и есть память, именно благодаря этому, мы и обучаемся. Кроме того, накопленная энергия в чувствительных волокнах, сбрасывается непосредственно на двигательные нервы, не доходя до центральных структур, обеспечивая движения дополнительной энергией. Ведь мышцам нужен не только приказ из центра, но и энергия для его исполнения. Этот феномен каждый из нас ощущал на себе, когда при осмотре, невропатолог стучал молоточком по коленке.
Следующей потрясающей структурой нервной системы является синапс. То место, где нервы соединяются между собой. С какой целью он существует? Это не просто связь между нервами. Это реле, которое не позволяет излишнему количеству электроэнергии поступать в мозг. Не позволяет сжечь его. Ведь я говорил, о каком грандиозном количестве энергии идет речь. Задачи синапса следующие:
1) Передача нервного импульса с одного волокна на другое
2) Блокирование ретроградного (в обратном направлении) распространения нервного импульса в случае возникновения сверхсильного раздражения
3) Блокирование слишком большой импульсации, сохраняя количество поступающих в мозг импульсов постоянным.
4) Более высокий потенциал действия синапса по сравнению с нервным волокном обеспечивает с одной стороны блокирование слишком слабых сигналов, с другой суммирует импульсы с нескольких рецепторов и преобразует их в один.
3) Блокирование слишком большой импульсации, сохраняя количество поступающих в мозг импульсов постоянным.
4) Более высокий потенциал действия синапса по сравнению с нервным волокном обеспечивает с одной стороны блокирование слишком слабых сигналов, с другой суммирует импульсы с нескольких рецепторов и преобразует их в один.
5) Преобразование частот. Благодаря более длительному времени прохождения нервного импульса через синапс сигнал может полноценно передаваться по нервам с разными частотными характеристиками. Полноценная передача сигнала возможна с нервного волокна, имеющего более высокую частоту, на волокно, имеющее более низкую частоту.
Хочу еще раз обратить ваше внимание, что нервный импульс, и электрический заряд в данном контексте это одно и то же.
Вставочный нейрон. Я уже упомянул, что для усиления сигнала из центральных структур, подается дополнительный импульс напрямую от рецепторов. Эту функцию несут на себе вставочные нейроны. Это просто дополнительные нервные волокна между периферическими чувствительными и двигательными структурами.
Ретикулярная формация. Еще одно гениальное изобретение природы. Функция этой структуры заключается в торможении избыточной импульсации. Защита мозга от избытка энергии. Здесь происходит переключение с одного нерва на другой. Здесь идут обратные импульсы для гашения избыточных. Это своего рода сетевой фильтр, но, работающий намного эффективнее и интереснее.
Я объединю по функциональным свойствам подкорковые и корковые структуры. Так как их функции схожи. Это конечные точки получения импульсов с периферии, соединение между собой, и посыл импульсов на периферию. Описание выглядит скупо, но это настолько грандиозные процессы, что ни один компьютер, до сих пор, не может сравниться с ними по эффективности, энергосбережению. Быстродействие компьютера основано на огромной скорости электрических сигналов, проходящих по нему. Нервная система пошла другим путем. В ней «шины» работают на более чем 300 различных частотах. В отличие от компьютера организм не нагревается так при работе. И, кроме того, нервная система полностью автономна в своем энергообмене. Все это позволяет говорить о нервной системе как о самом совершенном электрическом приборе.
Откуда мы берем энергию для жизни
В этой главе мы с вами обсудим очень важный вопрос. Откуда мы берем энергию для жизни? Большинство скажут: «С пищи». И будут неправы. Любая женщина, сидевшая на диете, скажет, что 3000 ккал это очень много для пищи. Но этого достаточно только для однократного переноса через клеточную мембрану ионов водорода, содержащегося в стакане воды. На большее этой энергии не хватит. Это ни какая-то новая информация. Это вы сами можете прочитать в любом учебнике химии с основами термодинамики. В организме проходит намного больше химических процессов, намного больше энергии вырабатывается. Очень часто мне приходится слышать об энергетической функции митохондрий. Так часто, что даже ты, мой дорогой читатель, запомнил, что АТФ это источник энергии для организма. Обратимся к цифрам. За сутки человек массой 70 кг вырабатывает около 1 моля АТФ. Что в свою очередь дает 40 кДж или 9,5 ккал. Теперь, глядя на эту цифру, докажите мне, что АТФ это основной источник энергии. Я не знаю, какие функции, на самом деле, несут митохондрии и АТФ, но функция энергообмена точно не на первом месте. Я бы эту ситуацию пояснил следующим примером. Представьте, что слепому дали лампочку и попросили объяснить, зачем этот прибор нужен. Единственно логичный ответ был бы, что это обогреватель. Со своей стороны он абсолютно прав. Может быть, мы, говоря о митохондриях, впадаем в такое же заблуждение. И так ли важно считать калории, когда мы говорим об энергии в организме?
Так откуда берется энергия? Посмотрим на этот вопрос с другой стороны. В нашем организме есть такая структура, которая называется рецептором. Рецепторы бывают зрительные, слуховые, тактильные, обонятельные, барорецепторы, волюморецепторы и т. д. При всем своем разнообразии, это микрогенераторы, превращающие все существующие виды энергии, в электрический сигнал. Мощность одного рецептора крайне мала, около 109 Вт. Но учитывая их количество (от 2 до 600 на мм3 по данным разных авторов), производительность (от 1 до 180 Гц), мы увидим, что их суммарная мощность 14 Вт/сек или 1,5 МВт/сут. Это мощность из расчета на 2 рецептора /мм3 тела массой 70 кг. При расчете на 600 на мм3, цифры будут больше в 300 раз. На выработку одного киловатта электроэнергии используется 250 гр угля. То есть нам потребуется 300 кг угля в сутки. Если приведем в сравнимые величины по калориям, то это 450 кг глюкозы в сутки. Если организм использует только 1% этой энергии, то это 4,5 кг глюкозы в сутки. Даже эта цифра показывает, что пища дает только малую толику всей энергии, используемой организмом. А если используется не 1% и количество рецепторов не 2, а 600 на мм3? Тогда речь пойдет о 4,5 вагонах глюкозы в сутки. Очевидно, что пища это не источник энергии, для организма, а источник строительного материала. Считать пищу в калориях также неправильно, как считать в калориях углерод. Тогда ценность алмаза и ценность графита будет одинаковая. Поэтому подсчет калорий очень грубый механизм, которым нельзя оценивать пищу.