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      返老還童的一道坎兒

      2017-03-10 18:08:33老白
      科學(xué)Fans 2017年1期
      關(guān)鍵詞:供氧鈉離子神經(jīng)細(xì)胞

      老白

      氧氣為王

      像上面說的美劇里那樣重啟基因表達(dá),首先要看看大量失血有什么后果。失血過多,最簡單直接的結(jié)果就是死人了。不過原因倒不在于血液本身,而是血液里攜帶的維持生命所必需的各種成分,其中最最重要的就是氧氣。我們呼吸的空氣,通過氣管進(jìn)了支氣管,而支氣管一直不斷地分支,分到最后變成了一個一個的小泡泡,就是肺泡。肺泡周圍裹著毛細(xì)血管,是人體跟外界進(jìn)行氣體交換——就是氧氣進(jìn)入人體而二氧化碳還回大氣——的地方。裹在肺泡外面的毛細(xì)血管血液流速很慢,方便該出去的氣體出去,該進(jìn)來的氣體進(jìn)來。我們知道氧氣和二氧化碳是不能以氣體的狀態(tài)存在于血液中的,因?yàn)橐粋€一個小氣泡出來會堵住血管,后果很嚴(yán)重的。能夠溶解在水里的氧氣其實(shí)很少,所以氧氣在血液里基本是跟血紅蛋白結(jié)合在一起的,血紅蛋白主要存在于血紅細(xì)胞(紅血球)里面。當(dāng)血液沿著毛細(xì)血管慢慢流過肺泡的時候,血紅蛋白就把“飄”在肺泡里的氧氣抓了過來,把自己攜帶的二氧化碳放了出去。裹在肺泡周圍的毛細(xì)血管匯連在一起,變得比原來更粗,最終匯集成了肺靜脈,帶著充滿氧氣的新鮮血液回到心臟,再從心臟走體動脈去到全身各處,把氧氣“快遞”給各個器官。

      有供氧,有生命

      我們?yōu)槭裁匆欢ㄒ醒鯕獠拍芑钕聛??因?yàn)槲覀冃枰芰堪?。一般來說,一個成年人一天需要大約兩千大卡的熱量用來維持人體的正常功能。人體有運(yùn)動、呼吸、消化、免疫、泌尿、生殖、內(nèi)分泌、神經(jīng)這八大系統(tǒng),光是神經(jīng)系統(tǒng)就要燒掉很多熱量。神經(jīng)系統(tǒng)是放電來傳遞消息的,那么這個電是從哪里來的呢?

      這就是很經(jīng)典的化學(xué)能量轉(zhuǎn)化成電能的范例了——

      神經(jīng)細(xì)胞,最最簡單粗暴地看,可以看成是細(xì)胞膜包著溶液(細(xì)胞內(nèi)液)泡在另外一種溶液(細(xì)胞外液)里。這兩種溶液成分差別很大,細(xì)胞內(nèi)液的鈉離子濃度比細(xì)胞外液的鈉離子濃度低很多,所以細(xì)胞膜外帶的正電荷就比細(xì)胞膜內(nèi)帶的正電荷多很多,這樣就在細(xì)胞膜上形成了一個電場,用物理的眼光看,它就是一個電池。電池要放電,只需要把陰極和陽極兩頭兒搭根兒線連上就可以了。

      在神經(jīng)細(xì)胞里,起到這個連線作用的就是一種叫做離子通道的蛋白質(zhì)。這個離子通道一般來說是關(guān)著的,一旦打開,那就相當(dāng)于細(xì)胞膜上忽然出現(xiàn)很多小洞,細(xì)胞膜外的鈉離子們通過小洞蜂擁進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi),就形成了電流。至此化學(xué)能成功轉(zhuǎn)化為電能。然后問題就來了:鈉離子進(jìn)來以后,細(xì)胞膜外的鈉離子濃度自然就降低了,濃度差沒有了,下一個信號來了神經(jīng)細(xì)胞就放不了電了,所以得恢復(fù)濃度差才能保證神經(jīng)細(xì)胞正常工作。要恢復(fù)這個濃度差,就要靠一種叫做鈉鉀離子泵的蛋白質(zhì)兢兢業(yè)業(yè)地把鈉離子給泵出去。然而逆著離子濃度差方向運(yùn)送離子的話,是逆流而上,需要能量的。離子泵的能量就來源于一種叫做ATP的分子。

      沒有氧氣的后果很嚴(yán)重

      劇烈活動的時候,肌肉供氧不夠,糖沒燒干凈,沒變成最終產(chǎn)物水和二氧化碳,而產(chǎn)生了乳酸,乳酸堆積會刺激神經(jīng)產(chǎn)生痛感。但是如果完全無氧的話呢?呃,那么細(xì)胞就要開始死掉了—因?yàn)槟芰坎粔蛴冒 ?/p>

      就拿前面講過的神經(jīng)細(xì)胞來說吧,沒有能量了,細(xì)胞膜內(nèi)外的離子濃度差不能維持也就算了,干脆連維持細(xì)胞活動所必需的基本功能都停下來了。首先就是新蛋白質(zhì)合成的機(jī)器停工了,因?yàn)楹哪芴螅缓蟾鞣N細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)也撐不住了,最后細(xì)胞就開啟死亡過程了。

      人體內(nèi)細(xì)胞死亡過程也分為兩種,一種是程序性細(xì)胞死亡,是一個正常過程。就拿血紅細(xì)胞來說,一般一個血紅細(xì)胞存活時間不過四個月多一點(diǎn),衰老的紅細(xì)胞會被巨噬細(xì)胞等白細(xì)胞分解掉。這樣的自然死亡是一個受嚴(yán)格控制的過程,都是最后啟動蛋白酶—一種把大蛋白質(zhì)分子切成小段的蛋白質(zhì)—把細(xì)胞自身的蛋白質(zhì)給消化掉了,剩下的殘?jiān)砂准?xì)胞打掃干凈。還有一種細(xì)胞死亡的過程叫做壞死,這個過程的破壞性就比較大。壞死細(xì)胞的細(xì)胞膜通透性變大,直接導(dǎo)致細(xì)胞腫脹,最后破裂,細(xì)胞里面的蛋白質(zhì)啊,核酸啊,各種細(xì)胞器比如線粒體啊,就都放出來了。這些東西放到細(xì)胞外面,就會誘發(fā)免疫系統(tǒng)的反應(yīng),就是我們經(jīng)常會說的發(fā)炎。

      引起細(xì)胞壞死的原因包括物理因素,比如各種外傷;化學(xué)因素—中毒,還有就是缺氧。細(xì)胞自然凋亡也好,壞死也好,重要的是身體制造出來的新細(xì)胞能夠替換死去的細(xì)胞。估算出來人體每秒大約產(chǎn)生兩百萬個新的血紅細(xì)胞,這就是新陳代謝。可是要是太多細(xì)胞因?yàn)槿毖鯄乃?,而制造新?xì)胞的機(jī)器又因?yàn)槿毖跬9?,那么然后……就沒有然后了。

      返老還童必須攻克供氧這道坎兒

      所以在上文說的美劇中,老警察中了槍,失了很多血,這就是供氧的缺失,他身體里很多細(xì)胞應(yīng)該已經(jīng)開始壞死了。要逆轉(zhuǎn)這個過程,其實(shí)就是逆轉(zhuǎn)上面說的缺氧的嚴(yán)重后果,目前還沒有發(fā)展出可行的方法。更不要說把身體恢復(fù)到幾十年以前的狀態(tài),這個看上去可真不是泡泡罐子就能解決的問題??墒悄芡瑫r擁有二十歲的體魄和勇氣外加七十歲的經(jīng)歷和智慧,人生多完美啊。要是有那么一天,真的能夠給基因編程,讓人活到那個狀態(tài),該有多么讓人期待啊。

      逃避死亡,古已有之

      自從人類文明誕生以來,在絕大多數(shù)文化中人們對于死亡都抱著厭惡、排斥的態(tài)度,從而想方設(shè)法地逃避死亡。大體上,古人對此有三種思路。

      一種是死后復(fù)活。世界各地的帝王們?yōu)榇私⒘司薮蟮哪乖幔炎约旱氖w經(jīng)過繁復(fù)的工序制成木乃伊,或者為自己披金戴玉,希望自己能在和生前世界一樣的地下世界重生。平民們也盡可能地“視死如生”,增加殉葬品。

      另一種則是“靈魂不滅”,強(qiáng)調(diào)人死后有另外一個不死的(非物質(zhì)的)靈魂,或升天堂,或墜地獄,或者投胎轉(zhuǎn)世,因此肉體的死并非真正的死滅,以此安撫人心。然而第一種傳說渺茫,而且多年下來沒人見到尸體爬起——真見到大概還得嚇人一跳;第二種論調(diào)中的靈魂看不見摸不著,始終不能讓所有人安心。同時自然界中蛇蛻皮之后會換上一身新皮,日月、金玉,百年千年也不壞不朽。于是一部分人類想到了第三種思路:改造自己的生命形態(tài),讓自己也成為不朽之身。

      中國、印度和西方的煉丹術(shù)都是這種思路下的產(chǎn)物。千百年下來,無數(shù)方士、煉金術(shù)士們?yōu)榱诉@個目的孜孜不倦地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)研究,在天文學(xué)、生物學(xué)、物理和數(shù)學(xué)方面做出了許多發(fā)現(xiàn),為后人的文藝創(chuàng)作提供了無數(shù)靈感,甚至由此產(chǎn)生了近現(xiàn)代化學(xué)。但在求長生這個根本目的上,他們卻沒有取得什么成果,依然是“人生七十古來稀”。

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