返老还童的一道坎儿

2017-03-10 18:08老白
科学Fans 2017年1期
关键词:供氧钠离子神经细胞

老白

氧气为王

像上面说的美剧里那样重启基因表达,首先要看看大量失血有什么后果。失血过多,最简单直接的结果就是死人了。不过原因倒不在于血液本身,而是血液里携带的维持生命所必需的各种成分,其中最最重要的就是氧气。我们呼吸的空气,通过气管进了支气管,而支气管一直不断地分支,分到最后变成了一个一个的小泡泡,就是肺泡。肺泡周围裹着毛细血管,是人体跟外界进行气体交换——就是氧气进入人体而二氧化碳还回大气——的地方。裹在肺泡外面的毛细血管血液流速很慢,方便该出去的气体出去,该进来的气体进来。我们知道氧气和二氧化碳是不能以气体的状态存在于血液中的,因为一个一个小气泡出来会堵住血管,后果很严重的。能够溶解在水里的氧气其实很少,所以氧气在血液里基本是跟血红蛋白结合在一起的,血红蛋白主要存在于血红细胞(红血球)里面。当血液沿着毛细血管慢慢流过肺泡的时候,血红蛋白就把“飘”在肺泡里的氧气抓了过来,把自己携带的二氧化碳放了出去。裹在肺泡周围的毛细血管汇连在一起,变得比原来更粗,最终汇集成了肺静脉,带着充满氧气的新鲜血液回到心脏,再从心脏走体动脉去到全身各处,把氧气“快递”给各个器官。

有供氧,有生命

我们为什么一定要有氧气才能活下来?因为我们需要能量啊。一般来说,一个成年人一天需要大约两千大卡的热量用来维持人体的正常功能。人体有运动、呼吸、消化、免疫、泌尿、生殖、内分泌、神经这八大系统,光是神经系统就要烧掉很多热量。神经系统是放电来传递消息的,那么这个电是从哪里来的呢?

这就是很经典的化学能量转化成电能的范例了——

神经细胞,最最简单粗暴地看,可以看成是细胞膜包着溶液(细胞内液)泡在另外一种溶液(细胞外液)里。这两种溶液成分差别很大,细胞内液的钠离子浓度比细胞外液的钠离子浓度低很多,所以细胞膜外带的正电荷就比细胞膜内带的正电荷多很多,这样就在细胞膜上形成了一个电场,用物理的眼光看,它就是一个电池。电池要放电,只需要把阴极和阳极两头儿搭根儿线连上就可以了。

在神经细胞里,起到这个连线作用的就是一种叫做离子通道的蛋白质。这个离子通道一般来说是关着的,一旦打开,那就相当于细胞膜上忽然出现很多小洞,细胞膜外的钠离子们通过小洞蜂拥进入细胞膜内,就形成了电流。至此化学能成功转化为电能。然后问题就来了:钠离子进来以后,细胞膜外的钠离子浓度自然就降低了,浓度差没有了,下一个信号来了神经细胞就放不了电了,所以得恢复浓度差才能保证神经细胞正常工作。要恢复这个浓度差,就要靠一种叫做钠钾离子泵的蛋白质兢兢业业地把钠离子给泵出去。然而逆着离子浓度差方向运送离子的话,是逆流而上,需要能量的。离子泵的能量就来源于一种叫做ATP的分子。

没有氧气的后果很严重

剧烈活动的时候,肌肉供氧不够,糖没烧干净,没变成最终产物水和二氧化碳,而产生了乳酸,乳酸堆积会刺激神经产生痛感。但是如果完全无氧的话呢?呃,那么细胞就要开始死掉了—因为能量不够用啊。

就拿前面讲过的神经细胞来说吧,没有能量了,细胞膜内外的离子浓度差不能维持也就算了,干脆连维持细胞活动所必需的基本功能都停下来了。首先就是新蛋白质合成的机器停工了,因为耗能太大,然后各种细胞的骨架结构也撑不住了,最后细胞就开启死亡过程了。

人体内细胞死亡过程也分为两种,一种是程序性细胞死亡,是一个正常过程。就拿血红细胞来说,一般一个血红细胞存活时间不过四个月多一点,衰老的红细胞会被巨噬细胞等白细胞分解掉。这样的自然死亡是一个受严格控制的过程,都是最后启动蛋白酶—一种把大蛋白质分子切成小段的蛋白质—把细胞自身的蛋白质给消化掉了,剩下的残渣由白细胞打扫干净。还有一种细胞死亡的过程叫做坏死,这个过程的破坏性就比较大。坏死细胞的细胞膜通透性变大,直接导致细胞肿胀,最后破裂,细胞里面的蛋白质啊,核酸啊,各种细胞器比如线粒体啊,就都放出来了。这些东西放到细胞外面,就会诱發免疫系统的反应,就是我们经常会说的发炎。

引起细胞坏死的原因包括物理因素,比如各种外伤;化学因素—中毒,还有就是缺氧。细胞自然凋亡也好,坏死也好,重要的是身体制造出来的新细胞能够替换死去的细胞。估算出来人体每秒大约产生两百万个新的血红细胞,这就是新陈代谢。可是要是太多细胞因为缺氧坏死,而制造新细胞的机器又因为缺氧停工,那么然后……就没有然后了。

返老还童必须攻克供氧这道坎儿

所以在上文说的美剧中,老警察中了枪,失了很多血,这就是供氧的缺失,他身体里很多细胞应该已经开始坏死了。要逆转这个过程,其实就是逆转上面说的缺氧的严重后果,目前还没有发展出可行的方法。更不要说把身体恢复到几十年以前的状态,这个看上去可真不是泡泡罐子就能解决的问题。可是能同时拥有二十岁的体魄和勇气外加七十岁的经历和智慧,人生多完美啊。要是有那么一天,真的能够给基因编程,让人活到那个状态,该有多么让人期待啊。

逃避死亡,古已有之

自从人类文明诞生以来,在绝大多数文化中人们对于死亡都抱着厌恶、排斥的态度,从而想方设法地逃避死亡。大体上,古人对此有三种思路。

一种是死后复活。世界各地的帝王们为此建立了巨大的墓葬,把自己的尸体经过繁复的工序制成木乃伊,或者为自己披金戴玉,希望自己能在和生前世界一样的地下世界重生。平民们也尽可能地“视死如生”,增加殉葬品。

另一种则是“灵魂不灭”,强调人死后有另外一个不死的(非物质的)灵魂,或升天堂,或坠地狱,或者投胎转世,因此肉体的死并非真正的死灭,以此安抚人心。然而第一种传说渺茫,而且多年下来没人见到尸体爬起——真见到大概还得吓人一跳;第二种论调中的灵魂看不见摸不着,始终不能让所有人安心。同时自然界中蛇蜕皮之后会换上一身新皮,日月、金玉,百年千年也不坏不朽。于是一部分人类想到了第三种思路:改造自己的生命形态,让自己也成为不朽之身。

中国、印度和西方的炼丹术都是这种思路下的产物。千百年下来,无数方士、炼金术士们为了这个目的孜孜不倦地进行各种实验研究,在天文学、生物学、物理和数学方面做出了许多发现,为后人的文艺创作提供了无数灵感,甚至由此产生了近现代化学。但在求长生这个根本目的上,他们却没有取得什么成果,依然是“人生七十古来稀”。

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