Клітка і кисень

Але природа добре доглядала за людиною. Хірургічна система, яка забезпечує мозок киснем. Досить сказати, що загальна довжина найсвіжіших судинно-капілярів, що надходять тільки один кубічний сантиметр кори, складає кількасот метрів, а загальна площа поверхні капілярів і еритроцитів становить кілька тисяч разів більше, ніж площа поверхні всього людського тіла.

Практично кожна велика нервова клітина в мозку оточена кількома капілярами. Тим не менш, незважаючи на те, що капіляри були виявлені більше 300 років тому, поки не раніше не знали, що життєздатний газ передається з них на клітини. За аналогією з відомими механізмами транспорту різних речовин у живих організмах, можна припустити, що активні електричні та хімічні процеси також відіграють важливу роль. Але кисневе можна перенести до клітин і набагато простіше: через дифузію. Цей фізичний феномен, що складається з взаємного проникнення контактних речовин, поширений в природі. Чи можна дифузії самостійно виконати таке непросте завдання?

Отже, активні електрохімічні процеси або пасивні дифузії? Щоб відповісти на питання, необхідно заміряти концентрацію кисню в багатьох точках простору між сусідніми капілярами. Тим не менш, слово «простору» в цьому випадку звучить занадто гучним. Після того, як один капіляр від іншої відокремлюється лише сто міліметром.

Математика допомагала. У статті зображено просторову модель елементарної комірки головного мозку, що складається з однієї нервової клітини, оточеної капілярами. Природно, деякі спрощення повинні бути зроблені. Реальний нейрон був представлений у вигляді м'яча з діаметром, що дорівнює середній розмір типової нервової клітини, і вписав її в паралелепіпеді, ребра яких подаються як чотири «типові» капіляри. Ця математична модель, незважаючи на свою явну схему, дала експериментам «повний метод, який дозволить нам точно розрахувати існуючі зв’язки між капілярами і клітинами без помилок. й

Дійсно, диференціальні рівняння, що описують поведінку моделі, враховували новоодержувані і раніше відомі реальні фізіологічні параметри мозку людини і ссавців. Це забезпечує надійність результатів моделі.
Тепер розмір комірки не грали ролі. Все, що ми повинні зробити, щоб створити і вирішувати систему рівнянь. Але деякі важливі дані відсутні. Наприклад, не відомо, скільки кисню в кожну нервову клітинку був трудомістким або як швидко кров переміщався через капіляри.

Щоб дізнатися, лікарі-фізіологи виконують експерименти з життєздатністю. Спочатку експериментальні тварини створили штучне коло кровообігу. Поведи серце і живий мозок були підключені пластиковою трубкою. Зрізаючи в нього особливий триходовий кран, вони визначаються обсягом надходження крові в певну область кори головного мозку, а кількість кисню, що міститься в ньому. Потім рідкий барвник вводився в змивний мозок мертвої тварини за допомогою того ж катетера замість крові. Фарба проникла тільки до частини кори, які брали участь в експерименті. Пофарбована тканина вирізана і зважена. Таким чином, експериментники дізналися, скільки кисню в середньому споживають кожну грам кори.

Але, як ви знаєте, в тканинах мозку самі нервові клітини - неврални складають тільки десятку обсягу, але споживають багато разів більше кисню, ніж тканини, що їх оточують. Враховуючи все це врахувати, важко розрахувати кисневе споживання одного нейрона. Як очікується, це значення було дуже великим – кілька разів вище споживання кисню та енергії, відповідно, клітини важкого робочого м'яза серця.

Симулятор дозволило нам зробити чіткий висновок: дифузія здатна успішно впоратися з постачанням клітин мозку киснем.