«Я разрезал и препарировал лягушку… и, имея в виду совершенно другое, поместил её на стол, на котором находилась электрическая машина… Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра… Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нём скрытого».
Эта цитата приведена из «Трактата о силах электричества при мышечном движении», написанном в 1791 году итальянским ученым Луиджи Гальвани.
Трактат, созданный несколько веков назад, совершил революцию в мире медицины и физики одновременно, позволив Гальвани развить теорию «животного электричества», и именно эта теория создала фундамент для возникновения электромедицины.
Гальвани считал, что сокращение мышц происходит вследствие воздействия на них электричества, источником которого выступают «животные ткани» — мышцы и нервы.
Чтобы убедиться в правильности своей теории, следующие эксперименты он проводил, подвешивая лапки лягушек на медных крючках, прикрепленных к железному проводу, протянутому через задний двор его дома. Дожидаясь грозы, он наблюдал, как лапки дергаются при каждом ударе молнии.
К сожалению, работы ученого не получили достаточного признания при его жизни, однако именно труды Гальвани положили начало электрофизиологии.
Что такое «животное электричество»?
Животные клетки окружены клеточной мембраной, с внутренней и внешней стороны которой находятся ионы. Распределены ионы неравномерно: внутри клетки более высокая концентрация ионов калия, а снаружи – ионов натрия и хлора.
В состоянии покоя клетка изнутри заряжена отрицательно, а снаружи — положительно.
То есть клеточную мембрану можно рассматривать как плоский конденсатор
с разностью потенциалов поверхностей. Это напряжение называется мембранным
потенциалом покоя
, обычно оно имеет значение от -30 до -90 милливольт.
Когда на клетку действует раздражитель, ионы натрия начинают поступать внутрь клетки, тем самым ионный баланс нарушается и изменяется мембранный потенциал. Это называют потенциалом действия . Его величина колеблется от 80 до 130 милливольт.
Потенциал действия запускает в клетке выработку определенных веществ – медиаторов. Медиаторы поступают в другие клетки, в которых также может возникать потенциал действия или вырабатываться различные вещества.
Например, так сокращаются мышцы: потенциал действия на мембране клеток
мышечной ткани вызывает увеличение в клетках содержания ионов кальция,
который в свою очередь вызывает сокращение мышц.
Обнаружение мембранных потенциалов позволило объяснить «животное электричество»,
открытое Луиджи Гальвани.
Теория биоэлектричества нашла большое применение в медицинской диагностике
и терапии.
Самый яркий пример применения электрических потенциалов, знакомый всем
- электрокардиография (ЭКГ).
ЭКГ регистрирует распространение потенциалов действия по клеткам сердечной
мышцы, и, поскольку многие заболевания сердца вызывают нарушения электрических
потенциалов, ЭКГ позволяет оперативно обнаруживать малейшие изменения.