Кратко и по существу.
Роль насоса: Na+/K+-АТФаза поддерживает электрохимические градиенты $[N{a}^{+}{]}_{in}\ll [N{a}^{+}{]}_{out},[K^{+}{]}_{in}\gg [K^{+}{]}_{out}$ путём транспорта $3\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ наружу и $2{\mathrm{K}}^{+}$ внутрь за одну молекулу АТФ: $3N{\mathrm{a}}_{\mathrm{in}}^{+}/2{\mathrm{K}}_{\mathrm{out}}^{+}$ (стехиометрия $3:2$). Эти градиенты определяют покой и возбудимость мембраны (Нернст/Goldman):
$$E_K=\frac{RT}{zF}\ln \frac{[K^{+}{]}_{out}}{[K^{+}{]}_{in}},V_m\approx \frac{RT}{F}\ln \frac{P_K[K^{+}{]}_{out}+P_{Na}[N{a}^{+}{]}_{out}+\dots }{P_K[K^{+}{]}_{in}+P_{Na}[N{a}^{+}{]}_{in}+\dots }$$
Электрофизиологические последствия дисфункции:
- Деполяризация покоя: снижение $[K^{+}]$ градиента и/или накопление $[N{a}^{+}{]}_{in}$ сдвигают $E_K$ и $V_m$ в деполяризующую сторону → повышенная возбудимость нейронов.
- Накопление внеклеточного $K^{+}$: сниженная перекачка приводит к росту $[K^{+}{]}_{out}$, что вызывает массовую деполяризацию и синхронное спайковое поведение (судороги).
- Нарушение реполяризации и восстановительного периода: меньшее удаление Na+/захват K+ затрудняет восстановление потенциала после АП.
- Снижение эффективности переносчиков зависимых от Na+ (например, EAAT — поглотители глутамата): уменьшение Na+-градиента тормозит удаление возбуждающего глутамата → экзитотоксичность, усиление судорог.
- Нарушение хлорного транспорта через KCC2 (зависит от K+ градиента): внутренняя концентрация Cl- повышается, $E_{GABA}$ сдвигается к деполяризации → ингибиция становится менее эффективной.
- Обменник Na+/Ca2+ (NCX) может потерять «правильную» направленность или реверсироваться при высоком $[N{a}^{+}{]}_{in}$, что приводит к перегрузке кальцием → активация протеаз/фосфолипаз, гибель клеток.
Метаболические последствия:
- Повышенная потребность в АТФ при частичной компенсации (при попытке поддержать градиенты) → усиление обмена энергии, повышенное потребление глюкозы и кислорода; при дефиците — энергетический коллапс.
- Митохондриальная перегрузка и образование ROS вследствие ионных дисбалансов и повышенного метаболизма.
- Осмотическое притяжение воды к накапливающемуся внутрь Na+ → цитотоксический отёк нейронов/астроцитов, повышение внутричерепного давления.
- Хронически — потеря синаптической пластичности и нейрональная гибель → когнитивные нарушения.
Компенсаторные механизмы организма (частичные):
- Астроцитарная буферизация K+: астроциты через Kir‑каналы и плазменные Na+/K+-АТФазы (иногда более устойчивые) перераспределяют и «проталкивают» K+ к сосудам (spatial buffering).
- Увеличение церебрального кровотока (нейроваскулярный ответ) для доставки глюкозы/кислорода и удаления ионов/метаболитов.
- Усиление гликолиза и гликогенолиза в астроцитах с последующей поставкой лактата нейронам (астроцитарно‑нейрональный лактат‑шаттл) для поддержания АТФ‑синтеза.
- Включение регуляции объёма клетки (RVD): активация K+ и Cl− каналов для выхода ионов и воды, частичное уменьшение отёка.
- Транскрипционная/ферментная адаптация при хроническом дефиците: ↑экспрессии насосов, каналов и переносчиков (в пределах возможного) для восстановления градиентов.
Как это ведёт к симптомам: острые и частично компенсируемые нарушения приводят к повышенной возбудимости и синхронной разрядности (судороги); длительная и/или повторяющаяся дисфункция вызывает экзитотоксическое повреждение и метаболическую недостаточность с нарушением памяти и когнитивных функций.