Как называется метроном с шариками
Колыбель Ньютона – отличный сувенир для снятия стресса
Всем привет!
В сегодняшнем обзоре пойдет речь о маятнике (колыбель, шары) Ньютона, кому интересно прошу под кат
Начнём с небольшой предыстории.
Я очень увлекаюсь такой наукой как «психология», а как известно психология тесно связана с психиатрией — отраслью медицины, назначение которой распознавание и лечение психических расстройств, а маятник Ньютона это самый простой и эффективный способ снять стресс даже на рабочем месте, а ещё это очень красивый сувенир который отлично украшает рабочее место, создавая атмосферу гармонии и порядка.
Я давно хотела его приобрести для украшения рабочего стола, но появилась возможность взять его обзор и я не стала её упускать 🙂
Колыбель Ньютона (маятник Ньютона) — механическая система, названная в честь Исаака Ньютона для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. В отсутствие противодействующих сил (трения) система могла бы действовать вечно, но в реальности это недостижимо.
При отклонении первого шарика данной системы и последующим его возвратом к изначальному положению, его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а промежуточные будут неподвижны. Из-за потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости колебания маятников затухают, так как в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы.
Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого
Теперь можно перейти и к самому товару.
Основа пластмассовая, шарики и стойка металлические, шарики подвешены на леске.
Товар пришел вот в такой коробке 
При транспортировке коробка помялась, но несмотря на это товар целый.
После того как открыла коробку началось самое интересное, леска на которых висят шарики очень сильно запуталась и местами она даже была связана и вечер был посвящен ее распутыванию.
Внешний вид 
На опорах есть высечки для лески. 
Шарики как я уже писала выше металлические. 
Вес и диаметр шариков 
Низ пластмассовый на резиновых ножках 
Как действуют шары Ньютона?
Для того чтобы увидеть, как этот сувенир работает, достаточно взять один из крайних шариков, отвести его в сторону, а затем отпустить. После того как он ударится об своего соседа, с противоположной стороны произойдет зеркальное отображение данного движения, причем в том же ритме и с той же скоростью. Шарики посередине остаются неподвижными, а крайние будут колебаться до тех пор, пока силы упругости и трения не приведут к медленной остановке движения. Ритмичность движения и звуков как раз и создает эффект расслабления и стимулирует медитацию человека. Как долго будут двигаться шары Ньютона? Продолжительность работы такого оригинального подарка напрямую зависит от веса и размера шариков: чем больше их диаметр и чем они тяжелее, тем дольше будет длиться данный процесс, и наоборот. 
Видео
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Эта конструкция названа в честь гениального ученого не просто так, именно Ньютон первым открыл и обосновал три фундаментальных закона механики и именно эти законы лежат в основе действия «Колыбели Ньютона». Также, эта конструкция ярко иллюстрирует действие закона сохранения механической энергии, закона сохранения импульса и преобразования кинетической энергии в потенциальную.
Как работает «Маятник Ньютона».
Чтобы запустить «Шары Ньютона», отведите крайний шарик в сторону и вверх и отпустите его. Шар с размаху ударится о последующий и передаст ему энергию ( импульс ). Импульс последовательно пройдет еще через два шарика и заставит отскочить последний, при этом остальные шары останутся на месте. Если Вы запустите два крайних шарика, то отскочат тоже два, а средний будет недвижим. Одновременно запустив два противоположных крайних шара на встречу друг другу, Вы сможете наблюдать как они симметрично отскакивают в разные стороны, при неподвижных средних шарах.
Как видите, забавляться с этой умной игрушкой можно довольно долгое время. Она будет интересна как детям так и взрослым.
Маятник «Колыбель Ньютона» как предмет интерьера.
Маятник «Шары Ньютона»
универсальный подарок. Его можно подарить как любознательному ребенку, так и коллеге по работе. Он будет отлично смотреться как на столе Вашего руководителя, так и на Вашем рабочем столе.
Кто изобрел метроном?
Кто изобрел метроном?
Слово «метроном» образовано от двух греческих понятий «метрон» и «номос», что в переводе — мера и закон. Метрономом называют прибор для отсчета тактовых долей на слух. Он необходим для установления точного темпа музыкального произведения.
Представьте себе: вам предложили ноты незнакомого произведения. Музыка великолепна, но вы не знаете, в каком темпе она должна звучать: быстро или медленно? Согласитесь, что одно и то же музыкальное произведение будет звучать по-разному в разных темпах.
Многие мастера XVII века пытались сконструировать прибор, который помог бы установить нужный темп музыкальной игры.
И вот венский механик И. Н. Мельцель изобрел современный метроном, патент на который получил в 1816 году. С тех пор этот прибор так и зовется: метроном Мельцеля. В начале музыкального произведения, вслед за словесным обозначением темпа, ставятся цифры, показывающие, с какой скоростью должна исполняться данная музыка. Буквы М. М. в нотах означают «Метроном Мельцеля».
Как же он работает? Метроном состоит из маятника с передвижной гирькой и шкалы с цифрами. Если перемещать гирьку по маятнику, вдоль шкалы, то маятник качается быстрее или медленнее и щелчками, похожими на тиканье часов, отмечает нужные доли такта. Чем выше гирька, тем медленнее ходит маятник. А если гирьку установить в самом нижнем положении, то раздастся быстрый, как бы лихорадочный стук.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
Кто изобрел комиксы?
Кто изобрел комиксы? В газетах обычно можно найти страничку юмора. Она состоит из нескольких картинок, рассказывающих об одном или двух персонажах. Книга комиксов – расширенный вариант газетных и журнальных комиксов. В каждом сборнике рассказывается полная история
Кто изобрел расческу?
Кто изобрел расческу? «Ну и вопросик, – скажете вы. – Откуда нам это известно?» Да, действительно, назвать имя этого человека мы не можем. Да и было ли у него имя? Ведь первые гребни для ухода за волосами, которые обнаружили при археологических раскопках ученые, относятся к
Кто изобрел косметику?
Кто изобрел косметику? Косметика всегда была нужна для того, чтобы сделать женщину более привлекательной. Но всегда существовали разные идеалы красоты, поэтому в разное время, в разных странах косметика была разной. Например, женщины диких африканских племен украшали
Кто «изобрел» хлеб?
Кто «изобрел» хлеб? Бесспорно, хлеб – одно из величайших изобретений человеческого ума. Кому оно принадлежит? Как и когда зерно, известное людям с незапамятных времен, стало превращаться в духмяный хлебный каравай, булку, лепешку? Ответы на эти вопросы нам дают находки
Кто изобрел самолет?
Кто изобрел самолет? Иногда открытие начинается с появления «идеи». У человека появляется мысль, что людям необходим какой-то механизм или изделие, и он начинает его «изобретать».Но что касается самолета, или, как говорили раньше, аэроплана, идея эта была для человека
Кто изобрел вертолет?
Кто изобрел вертолет? Мечта о летательном аппарате, который мог бы подняться в воздух, возникла давно. Леонардо да Винчи уже в 1500 году нашей эры нарисовал чертеж огромного винтообразного вертолета. Но он никогда не пробовал построить вертолет, потому что у него не было
Кто изобрел поезд?
Кто изобрел поезд? В глубокой древности, во времена античности, человек изобрел рельсы. Уже в Ассирии и Вавилоне 4000 лет назад существовали телеги с двумя или четырьмя колесами, которые ездили по рельсам. Но они могли передвигаться лишь в одном направлении. Для того чтобы
Кто изобрел трактор?
Кто изобрел трактор? Паровая машина Кюньо 1770 года была одновременно трактором и машиной. Однако изобретение трактора обычно приписывается англичанину по имени Кили. В 1825 году изобретатель сконструировал машину на колесах, приспособленную к передвижению по любому виду
Кто изобрел асфальт?
Кто изобрел асфальт? Мы привыкли к асфальту, этому невзрачному серому материалу. Его можно увидеть повсюду – у нас под ногами, на крышах зданий, в каналах и на днище просмоленной лодки и даже на картинах великих художников: в основе красок, которыми они пользовались, лежит
Кто изобрел лифт?
Кто изобрел лифт? Лифт был изобретен не каким-то одним человеком, эта идея развивалась на протяжении длительного времени. Механизмы, действующие по принципу лифта, использовались уже много веков тому назад.Древние греки поднимали предметы, используя блоки и лебедки. Блок
Дойч Лоран Метроном. История Франции под стук колес парижского метро
Дойч Лоран Метроном. История Франции под стук колес парижского метро При участии Эммануэля Хайманна Эдди Митчеллу, первому, кто пробудил во мне интерес к истории благодаря передаче «Последний сеанс». Моей сестре и родителям, которым, увы, пришлось стать вынужденными
Кто изобрел вертолет?
Кто изобрел вертолет? Мысль о летательном аппарате, который мог бы подняться в воздух, возникла давно. Леонардо да Винчи уже в 1500 году нашей эры нарисовал чертеж огромного винтообразного вертолета. Но он никогда не пробовал построить вертолет, потому что у него не было
Кто изобрел мяч?
Кто изобрел мяч? Никто не знает, кто первым начал играть в мяч, но было это еще в доисторические времена. Каждая цивилизация, от первобытных времен до наших дней, играла в игры, используя различные виды мяча. Некоторые древние народы плели мяч из тростника, другие
Кто изобрел комиксы?
Кто изобрел комиксы? В газетах обычно можно найти страничку юмора. Она состоит из нескольких картинок, рассказывающих об одном или двух персонажах. Книга комиксов — расширенный вариант газетных и журнальных комиксов. В каждом сборнике рассказывается полная история
Метроном
Метроном Метроном – прибор, в настоящем его виде устроенный Мельцелем в 1815 г. Служит для отсчитывания и отбивания желаемых промежутков времени, в пределах, примерно, от 40 до 200 ударов в минуту. Употребляется он в музыке для отбивания такта при упражнениях или для
Метроном: как руководить разрядами?
Автор
Редактор
Как много механизмов и чудес техники придумано человеком. А как много позаимствовано им у природы. Иной раз невольно диву даешься, что вещи из разных и, казалось бы, не связанных между собой областей подчиняются общим законам. В этой статье мы проведем параллель между прибором, задающим ритм в музыке — метрономом, — и нашим сердцем, обладающим физиологическим свойством генерировать и регулировать ритмическую активность.
Метроном. Что же это за штука такая? А это тот самый прибор, который используют музыканты для установки ритма. Метроном равномерно отстукивает удары, позволяя точно придерживаться необходимой продолжительности каждого такта при исполнении всего музыкального произведения. Так же и природа: и «музыка», и «метрономы» у нее давным-давно есть. Первое, что приходит на ум при попытке вспомнить, что же в организме может быть похожим на метроном, — это сердце. Настоящий метроном, не правда ли? Так же равномерно отстукивает удары, хоть бери да музыку играй! Но в нашем сердечном метрономе важна не столько высокая точность интервалов между ударами, сколько возможность постоянно, не останавливаясь, поддерживать ритм. Именно это свойство и будет главной нашей темой сегодня.
Так где же в нашем «метрономе» спрятана отвечающая за всё пружина?
И день и ночь без остановок.
Все мы знаем (даже больше — можем почувствовать), что наше сердце работает постоянно и самостоятельно. Ведь мы совершенно не задумываемся над тем, чтобы контролировать работу сердечной мышцы. Более того, даже полностью изолированное от организма сердце будет ритмически сокращаться, если обеспечить поступление к нему питательных веществ (см. видео). Как же это происходит? Это невероятное свойство — сердечный автоматизм — обеспечивается проводящей системой, которая генерирует регулярные импульсы, распространяющиеся по всему сердцу и управляющие процессом. Именно поэтому элементы этой системы называют водителями ритма, или пейсмейкерами (от англ. рacemaker — задающий ритм). В норме сердечным оркестром дирижирует главный пейсмейкер — синоатриальный узел. Но вопрос всё равно остается: как это у них получается? Давайте разбираться.
Сокращение сердца кролика без внешних стимулов.
Импульсы — это электричество. Откуда в нас берется электричество, мы знаем — это мембранный потенциал покоя (МПП)*, являющийся непременным атрибутом любой живой клетки на Земле [1]. Различие ионного состава по разные стороны избирательно проницаемой мембраны клетки (называемое электрохимическим градиентом) определяет возможность генерировать импульсы. При определенных условиях в мембране открываются каналы (представляющие собой молекулы белка с отверстием изменяемого радиуса), через которые проходят ионы, стремящиеся выровнять концентрацию с обеих сторон мембраны. Возникает потенциал действия (ПД) — тот самый электрический импульс, распространяющийся по нервным волокнам и в конечном итоге приводящий к сокращению мышц [2]. После прохождения волны потенциала действия градиенты концентраций ионов возвращаются на свои исходные позиции, и мембранный потенциал покоя восстанавливается, что позволяет генерировать импульсы снова и снова. Однако генерация этих импульсов требует внешнего стимула. Как же тогда так получается, что пейсмейкеры самостоятельно генерируют ритм?
* — Образно и очень понятно о путешествиях ионов сквозь мембрану «релаксирующего» нейрона, внутриклеточном аресте отрицательных общественных элементов ионов, сиротской доле натрия, гордой независимости калия от натрия и безответной любви клетки к калию, стремящемуся тихонько утечь, — см. в статье «Формирование мембранного потенциала покоя» [3]. — Ред.
Наберитесь терпения. Прежде чем ответить на этот вопрос, придется вспомнить подробности механизма генерации потенциала действия.
Потенциал — откуда берутся возможности?
Мы уже отметили, что между внутренней и внешней сторонами мембраны клетки существует разница зарядов, то есть мембрана поляризирована (рис. 1). Собственно, эта разница и есть мембранный потенциал, обычное значение которого около −70 мВ (знак «минус» означает, что внутри клетки отрицательного заряда больше). Проникновение заряженных частиц через мембрану само собой не происходит, для этого в ней содержится внушительный ассортимент особых белков — ионных каналов. Классификация их основана на типе пропускаемых ионов: выделяют натриевые [4], калиевые [5], кальциевые, хлорные и другие каналы. Каналы способны открываться и закрываться, но делают они это только под действием определенного стимула. После завершения стимуляции каналы, как дверь на пружине, автоматически закрываются.
Рисунок 1. Поляризация мембраны. Внутренняя поверхность мембраны нервных клеток заряжена отрицательно, а наружная — положительно. Изображение схематическое, детали строения мембраны и ионные каналы не показаны. Рисунок с сайта dic.academic.ru.
Стимул — как звонок желанного гостя в дверь: он звонит, дверь открывается и гость заходит. Стимулом может быть и механическое воздействие, и химическое вещество, и электрический ток (посредством изменения мембранного потенциала). Соответственно, и каналы есть механо-, хемо- и потенциал-чувствительные. Как двери с кнопкой, нажать которую могут только избранные.
Итак, под действием изменения мембранного потенциала определенные каналы открываются и пропускают ионы. Это изменение может быть разнообразным в зависимости от заряда и направления движения ионов. В случае, когда положительно заряженные ионы поступают в цитоплазму, происходит деполяризация — кратковременная смена знака зарядов по разные стороны мембраны (на внешней стороне устанавливается отрицательный заряд, а на внутренней — положительный) (рис. 2). Приставка «де-» означает «движение вниз», «снижение», то есть поляризация мембраны уменьшается, и числовое выражение отрицательности потенциала по модулю снижается (например, с изначального −70 мВ до −60 мВ). Когда же в клетку входят отрицательные ионы или выходят наружу положительные, происходит гиперполяризация [6]. Приставка «гипер-» означает «чрезмерность», и поляризация, наоборот, становится более выраженной, а МПП становится еще более отрицательным (с −70 мВ до −80 мВ, например).
Но небольших сдвигов МП недостаточно для генерации импульса, который будет распространяться вдоль по нервному волокну. Ведь, по определению, потенциал действия — это волна возбуждения, распространяющаяся по мембране живой клетки в виде кратковременой смены знака потенциала на небольшом участке (рис. 2). По сути это та же деполяризация, но в бóльших масштабах и волнообразно распространяющаяся вдоль нервного волокна. Для достижения этого эффекта служат потенциал-чувствительные ионные каналы, которые очень широко представлены в мембранах возбудимых клеток — нейронов и кардиомиоцитов. Первыми при запуске потенциала действия открываются натриевые (Na + ) каналы, что приводит к входу в клетку этих ионов по градиенту концентрации: ведь снаружи их было существенно больше, чем внутри. Те значения мембранного потенциала, при которых открываются деполяризирующие каналы, называются порогом и действуют как спусковой крючок (рис. 3) [6].
Точно так же потенциал и распространяется: при достижении пороговых значений соседние потенциал-чувствительные каналы открываются, порождая быструю деполяризацию, которая распространяется всё дальше и дальше по мембране. В случае, если деполяризация не была достаточно сильной и порог не был достигнут, массового открывания каналов не происходит, и сдвиг мембранного потенциала остается локальным событием (рис. 3, обозначение 4).
Потенциал действия, как и любая волна, имеет и нисходящую фазу (рис. 3, обозначение 2), которая называется реполяризацией («ре-» означает «восстановление») и заключается в восстановлении исходного распределения ионов по разные стороны клеточной мембраны. Первое событие в этом процессе — открывание калиевых (K + ) каналов. Хотя ионы калия тоже заряжены положительно, их движение направлено наружу (рис. 2, зеленый участок), поскольку равновесное распределение этих ионов противоположно Na + — калия много внутри клетки, а в межклеточном пространстве мало*. Таким образом, отток положительных зарядов из клетки уравновешивает количество положительных зарядов, поступивших в клетку. Но чтобы полностью вернуть возбудимую клетку в начальное состояние, должен активироваться натрий-калиевый насос, транспортирующий натрий наружу, а калий внутрь.
* — Справедливости ради стоит уточнить, что натрий и калий — главные, но не единственные ионы, принимающие участие в формировании потенциала действия. В процессе также задействован поток отрицательно заряженных хлоридных (Cl − ) ионов, которых, так же как и натрия, больше вне клетки. Кстати, у растений и грибов потенциал действия и вовсе в значительной степени основан на хлоре, а не на катионах. — Ред.
Каналы, каналы и еще раз каналы
Утомительное объяснение деталей закончилось, так что вернемся к теме! Итак, мы выяснили главное — импульс действительно не возникает просто так. Он генерируется путем открывания ионных каналов в ответ на стимул в форме деполяризации. Причем деполяризация должна быть такой величины, чтобы открыть достаточное количество каналов для смещения мембранного потенциала до пороговых значений — таких, которые запустят открывание соседних каналов и генерацию настоящего потенциала действия. Но ведь водители ритма в сердце обходятся без каких-либо внешних стимулов (посмотрите видео в начале статьи!). Как им это удается?
Рисунок 3. Изменения мембранного потенциала при различных фазах потенциала действия. МПП равен −70 мВ. Пороговое значение потенциала равно −55 мВ. 1 — восходящая фаза (деполяризация); 2 — нисходящая фаза (реполяризация); 3 — следовая гиперполяризация; 4 — допороговые смещения потенциала, которые не привели к генерации полноценного импульса. Рисунок из «Википедии».
Помните, мы говорили, что существует впечатляющее многообразие каналов? Их и правда не счесть: это как иметь в доме отдельные двери для каждого гостя, да еще управлять входом и выходом визитеров в зависимости от погоды и дня недели. Так вот, существуют такие «двери», которые называются низкопороговыми каналами. Продолжая аналогию со входом гостя в дом, можно представить, что кнопка звонка расположена довольно высоко, и чтобы позвонить, нужно сначала встать на порожек. Чем выше находится эта кнопка, тем выше должен быть порог. Порогом выступает величина мембранного потенциала, и для каждого типа ионных каналов этот порог имеет свое значение (например, для натриевых каналов это −55 мВ; см. рис. 3).
Так вот, низкопороговые каналы (например, кальциевые) открываются при совсем небольших смещениях значения мембранного потенциала покоя. Чтобы достать до кнопки этих «дверей», достаточно встать просто на коврик перед дверью. Еще одно интересное свойство низкопороговых каналов: после акта открывания/закрывания они не могут открыться вновь сразу же, но лишь после некоторой гиперполяризации, которая выводит их из неактивного состояния. А гиперполяризация, кроме тех случаев, о которых мы говорили выше, возникает еще и в конце потенциала действия, как его последняя фаза (рис. 3, обозначение 3), вследствие чрезмерного выхода ионов K + из клетки.
Итак, что мы имеем? При наличии низкопороговых кальциевых (Ca 2+ ) каналов (НКК) генерировать импульс (или потенциал действия) становится проще после прохождения предыдущего импульса. Незначительное изменение потенциала — и каналы уже открыты, пропускают катионы Ca 2+ внутрь и деполяризируют мембрану до такого уровня, чтобы сработали каналы с более высоким порогом и запустили масштабное развитие волны ПД. В конце этой волны гиперполяризация вновь переводит инактивированные низкопороговые каналы в состояние готовности [7].
А если бы не было этих низкопороговых каналов? Гиперполяризация после каждой волны ПД снижала бы возбудимость клетки и ее способность генерировать импульсы, ведь при таких условиях для достижения порогового потенциала нужно было бы впустить в цитоплазму намного больше положительных ионов. А в присутствии НКК достаточно лишь небольшого смещения мембранного потенциала, чтобы запустить всю последовательность событий. Благодаря деятельности низкопороговых каналов повышается возбудимость клеток и быстрее восстанавливается состояние «боевой готовности», необходимое для генерации энергичного ритма.
Рисунок 4. Пейсмейкерный потенциал действия. НПК — низкопороговые каналы, ВПК — высокопороговые каналы. Штриховая линия — пороговое значение потенциала для ВПК. Разными цветами показаны последовательные стадии потенциала действия.
Итак, проводящая система сердца состоит из клеток-пейсмейкеров (водителей ритма), которые способны автономно и ритмически генерировать импульсы путем открывания и закрывания целого набора ионных каналов. Особенность пейсмейкерных клеток — наличие в них таких типов ионных каналов, которые смещают потенциал покоя к пороговому сразу после того, как клетка достигнет последней фазы возбуждения, что позволяет непрерывно генерировать потенциалы действия.
Благодаря этому сердце так же автономно и ритмически сокращается под действием импульсов, распространяющихся в миокарде по «проводам» проводящей системы. Причем собственно сокращение сердца (систола) приходится на фазу быстрой деполяризации и реполяризации пейсмейкеров, а расслабление (диастола) — на медленную деполяризацию (рис. 4). Ну а общую картину всех электрических процессов в сердце мы наблюдаем на электрокардиограмме — ЭКГ (рис. 5) [9].
Рисунок 5. Схема электрокардиограммы. Зубец Р — распространение возбуждения по мышечным клеткам предсердий; комплекс QRS — распространение возбуждения по мышечным клеткам желудочков; сегмент ST и зубец T — реполяризация мышцы желудочков. Рисунок из [6].
Калибровка метронома
Ни для кого не секрет, что подобно метроному, частота отстукиваний которого находится во власти музыканта, сердце может биться чаще или реже. Таким музыкантом-настройщиком у нас выступает вегетативная нервная система, а ее регулирующими колесиками — адреналин (в сторону учащения сокращений) и ацетилхолин (в сторону уменьшения). Интересно, что изменение частоты сердечных сокращений происходит в основном за счет укорочения или продления диастолы. И это логично, ведь время срабатывания самой сердечной мышцы довольно тяжело ускорить, намного проще изменить время ее отдыха. Поскольку диастоле отвечает фаза медленной деполяризации, то и регуляция должна осуществляться путем влияния на механизм ее протекания (рис. 6). На самом деле так и выходит. Как мы обсуждали раньше, медленная деполяризация обеспечивается деятельностью низкопороговых кальциевых и «смешных» неселективных (натрий-калиевых) каналов. «Приказы» вегетативной нервной системы адресованы преимущественно этим исполнителям.
Рисунок 6. Медленный и быстрый ритм изменения потенциалов пейсмейкерных клеток. При увеличении продолжительности медленной деполяризации (А) ритм замедляется (показано штриховой линией, сравните с рис. 4), тогда как ее уменьшение (Б) приводит к учащению разрядов.
Адреналин, под действием которого наше сердце начинает колотиться как сумасшедшее, открывает дополнительные кальциевые и «смешные» каналы (рис. 7А). Взаимодействуя с рецепторами β1*, адреналин стимулирует образование из АТФ цАМФ (вторичного посредника), который в свою очередь активирует ионные каналы. Вследствие этого в клетку проникает еще больше положительных ионов, и деполяризация развивается быстрее. В результате время медленной деполяризации сокращается, и ПД генерируются чаще.
* — Структуры и конформационные перестройки активированных G-белоксопряжённых рецепторов (в т.ч. адренорецепторов), участвующих во множестве физиологических и патологических процессов, описаны в статьях: «Новый рубеж: получена пространственная структура β2-адренорецептора» [10], «Рецепторы в активной форме» [11], «β-Адренорецепторы в активной форме» [12]. — Ред.
Рисунок 7. Механизм симпатической (А) и парасимпатической (Б) регуляции деятельности ионных каналов, вовлеченных в генерацию потенциала действия пейсмейкерных клеток сердца. Пояснения в тексте. Рисунок из [13].
Другой тип реакции наблюдается при взаимодействии ацетилхолина со своим рецептором (также находящимся в мембране клеток). Ацетилхолин — «агент» парасимпатической нервной системы, которая, в отличие от симпатической, позволяет нам расслабиться, замедлить сердцебиение и спокойно наслаждаться жизнью. Так вот, активированный ацетилхолином мускариновый рецептор запускает реакцию преобразования G-белка, который угнетает открытие низкопороговых кальциевых каналов и стимулирует открытие калиевых (рис. 7Б). Это приводит к тому, что в клетку положительных ионов (Ca 2+ ) заходит меньше, а выходит (K + ) больше. Всё это принимает форму гиперполяризации и замедляет генерацию импульсов [13].
Выходит, что наши пейсмейкеры хоть и обладают автономностью, но не освобождены от регуляции и корректировки со стороны организма. Если нужно, мы мобилизуемся и будем быстрыми, а если бежать никуда не нужно — расслабимся.
Ломать — не строить
Чтобы понять, насколько «дóроги» организму те или иные его элементы, ученые научились их «выключать» [14]. Например, блокирование низкопороговых кальциевых каналов сразу приводит к заметным нарушениям ритма: на ЭКГ, записанных на сердце таких подопытных животных, заметно удлинение интервала между сокращениями (рис. 8А), а также наблюдается снижение частоты пейсмейкерной активности (рис. 8Б) [15]. Пейсмейкерам тяжелее сдвинуть мембранный потенциал до пороговых значений. А если «выключить» каналы, которые активируются гиперполяризацией? В этом случае у эмбрионов мышей вообще не сформируется «зрелая» пейсмейкерная активность (автоматизм). Печально, но такой эмбрион умирает на 9–11 день своего развития, как только сердце делает первые попытки сокращаться самостоятельно [16]. Получается, что описанные каналы играют критическую роль в функционировании сердца, и без них, как говорится, никуда.
Рисунок 8. Последствия блокирования низкопороговых кальциевых каналов. А — ЭКГ. Б — ритмическая активность клеток-пейсмейкеров атриовентрикулярного узла* нормального сердца мыши (WT — wild type, дикий тип) и мыши генетической линии с отсутствующим подтипом Cav3.1 низкопороговых кальциевых каналов. Рисунок из [15].
* — Предсердно-желудочковый узел контролирует проведение импульсов, в норме генерируемых синусно-предсердным узлом, в желудочки, а при патологии синоатриального узла становится главным водителем сердечного ритма.
Вот такая небольшая история о маленьких винтиках, пружинках и грузиках, которые, будучи элементами одного сложного механизма, обеспечивают согласованную работу нашего «метронома» — водителя ритма сердца. Остается только одно — поаплодировать Природе, что смастерила такой чудо-прибор, который служит нам верой и правдой каждый день и без наших усилий!