Работа мозга требует большой затраты энергии (с этим охотно согласится любой студент). По существу, почти одна четверть потребляемого организмом кислорода расходуется в процессах тканевого дыхания клеток мозга. Аноксия, или лишение 02, всего на несколько секунд сопровождается потерей сознания, а длительная аноксия приводит к необратимым нарушениям функций мозга. Только аэробные процессы окислительного фосфорилирования могут эффективно удовлетворить высокие и непрерывные потребности ткани мозга в энергии.

Как и во многих других тканях организма, значительная доля потребляемой мозгом энергии приходится на активный перенос веществ через клеточные мембраны. В нервной ткани эти процессы сходны с наблюдаемыми в клетках других типов, но потребность в энергии значительно выше. Например, у эритроцита способность генерировать АТФ невелика, но и использует он на поддержание постоянства своего внутреннего ионного состава примерно 30% этого количества. С другой стороны, мозг, отличающийся (по отношению к его размерам) чрезвычайно высокой активностью окислительных процессов, расходует на поддержание ионных градиентов между содержимым нервных клеток и окружающей их средой почти 70% производимого им большого количества АТФ.

Причина такой высокой потребности нервной ткани в энергии заключается в том, что при проведении нервных импульсов через мембрану нервной клетки проходит мощный поток ионов; при этом постоянно необходимы метаболические реакции для возвращения к исходному уровню электрического потенциала мембран после завершения нервного импульса. Именно на этом этапе возвращения к исходному состоянию, т. е. после завершения перемещений ионов, нервные ткани требуют необычайно высокой затраты энергии.

Подобно другим клеткам, нейроны поддерживают высокий внутриклеточный уровень К+ при низких концентрациях Na+ и С1~ по сравнению с окружающей средой. В состоянии покоя клеточная мембрана во много раз более проницаема для К+ и Сl_, чем для Na+. Следовательно, К+ имеет возможность выходить из клеток, а Сl-проникать в клетки путем диффузии по направлению градиентов их концентраций. Однако Na+ проникает в клетки значительно более медленно.

В результате этого на наружной поверхности мембраны возрастает положительный заряд, что выражается в разности электрических потенциалов величиной примерно в 70 мВ между наружной и внутренней поверхностями клеточной мембраны. Это так называемый потенциал покоя нейрона. Для поддержания потенциала покоя на постоянном уровне клетка непрерывно затрачивает небольшое количество энергии на работу на триевого насоса, возвращающего в окружающую среду те небольшие количества Na + , которые медленно поступают в клетку.

Особенностью, характерной для нервных и мышечных клеток, является их возбудимость, т. е. способность отвечать на раздражение изменениями распределения ионов и, следовательно, появлением электрического заряда, или потенциала действия, который может передаваться вдоль мембраны аксона.

- Читать "Распространение потенциала действия по нерву. Креатинфосфат"