Роль насоса и что при его нарушении меняется — кратко
- Натрий‑калиевый насос поддерживает градиенты ионных концентраций, перекачивая ионы с трофическим потреблением АТФ в соотношении $3\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ наружу и $2{\mathrm{K}}^{+}$ внутрь (электрогенный вклад). Запись: $3N{\mathrm{a}}^{+}\mathrm{out},2{\mathrm{K}}^{+}\mathrm{in}$.
- Эти градиенты определяют мембранный потенциал (в упрощении — потенциал Калия $E_K$ по формуле Нернста): $$E_K=\frac{RT}{zF}\ln \frac{[K^{+}{]}_o}{[K^{+}{]}_i}.$$ - При дисфункции (напр., ингибирование оксаином/оуабаином или дефицит АТФ при ишемии) градиенты разрушаются: внутри накапливается $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, снаружи повышается ${\mathrm{K}}^{+}$.
Как это влияет на возбудимость нейронов — пошагово
1. Деполяризация мембраны. Рост $[K^{+}{]}_o$ и $[N{a}^{+}{]}_i$ смещают мембранный потенциал к более положительным значениям (менее отрицательный $V_m$); нейрон приближается к порогу и легче инициирует потенциал действия — то есть кратковременно повышается возбудимость.
2. Инактивация натриевых каналов при длительной деполяризации. Если деполяризация стойкая, напряжённо‑зависимые $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$-каналы переходят в инактивированное состояние и нейрон становится не возбудимым (проводящий блок) — проявление слабости или паралича.
3. Синхронная гипервозбудимость и судороги. Местное повышение $[K^{+}{]}_o$ вокруг многих нейронов приводит к их синхронной активации — возможны пароксизмальные разряды и судороги.
4. Нарушение синаптической передачи и нейротоксичность. Дисбаланс ионов нарушает обратный захват/релиз нейротрансмиттеров; при ишемии это сопровождается массивным выделением глутамата → эксайтотоксичность и некроз/апоптоз нейронов.
5. Осмотические последствия. Накопление внутриклеточного $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ ведёт к водой внутриклеточному притоку (цитотоксический отёк), что усугубляет повреждение и нарушает проводимость.
Примеры клинических проявлений и механизмы
- Ишемический инсульт: отсутствие АТФ → насос останавливается → быстрая деполяризация, глутаматный выброс → нейрональная гибель → очаговые неврологические дефициты.
- Семейная гемиплегическая мигрень / эпилепсия при мутациях в генах насосных субъединиц (напр., ATP1A2): нарушение функции насоса → изменённая возбудимость корковых нейронов → мигренозные атаки, судороги.
- Тяжёлая и длительная деполяризация даёт парадокс: сначала перевозбуждение (такие симптомы, как судороги, парестезии), затем утрату возбуждения (слабость, паралич).
Коротко: насос поддерживает ионные градиенты и мембранный потенциал; его нарушение вызывает сдвиг потенциала в деполяризующую сторону, что сначала повышает возбудимость, а при стойкой деполяризации приводит к инактивации каналов, нарушению передачи, отёку и нейротоксичности — отсюда судороги, слабость, параличи и другие неврологические симптомы.