1.2 «Животное электричество». Опыты Гальвани и Матеучи

В конце XVIIIв. (1786) профессор анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани провел ряд опытов, положивших начало целенаправленным ис­следованиям биоэлектрических явлений. В первом опыте, под­вешивая с помощью медного крючка на железной решетке пре­парат задних лапок лягушек со снятой кожей, ученый обнару­жил, что всякий раз, когда мышцы касались решетки, они отчет­ливо сокращались. Л. Гальвани высказал предположение о том, что сокращение мышц является следствием воздействия на них электричества, источником которого выступают «животные тка­ни» — мышцы и нервы.

Однако другой итальянский исследователь — физик и физио­лог Вольта — оспорил это заключение. По его мнению, причиной сокращения мышц был электрический ток, возникающий в обла­сти контакта двух разнородных металлов: меди и железа (гальва­ническая пара) — с тканями лягушки. С целью проверки своей гипотезы Л. Гальвани поставил второй опыт, в котором нерв не­рвно-мышечного препарата набрасывался на мышцу стеклянным крючком так, чтобы он касался поврежденного и неповрежден­ного ее участков. В этом случае мышца также сокращалась. Во вто­ром опыте были получены абсолютные доказательства существо­вания «животного электричества».

Окончательное доказательство су­ществования электрических явлений в живых тканях было получено в опы­те Матеуччи, в котором один нервно-мышечный препарат возбуждался током, а биотоки сокращающейся мышцы раздража­ли нерв второго нервно-мышечного препарата.

1.3 Мембранный потенциал покоя. Метод регистрации, механизмы происхождения и поддержания

Для исследования биоэлектрических явлений (рис. 2) в клетках применяют микроэлектроды (стеклянные пипетки, наполненные электролитом, с очень тонким – 0,5 мкм – кончиком). В таком микроэлектроде электролит играет роль проводника тока, а стекло – изолятора. Когда кончик микроэлектрода находится в межклеточной жидкости, между ним и индифферентным электродом (находящимся там же) разность зарядов равна нулю (рис. А). Если микроэлектрод ввести внутрь клетки, то регистрирующая установка мгновенно покажет некоторый постоянный электроотрицательный потенциал по отношению к электроду, расположенному в окружающей клетку жидкости (рис. Б).

При выведении кончика микроэлектрода из клетки возвратным движением или прокалывание ее насквозь разность потенциалов между электродами скачкообразно исчезает. Разность зарядов между внутренней и наружной сторонами мембраны клетки называют мембранным потенциалом (МП). В покое эта величина варьирует от -9 до -100 мВ в зависимости от вида ткани и называется мембранным потенциалом покоя (МПП). Следовательно, в состоянии покоя клеточная мембранаполяризована. Уменьшение величины МПП называютдеполяризацией, увеличение –гиперполяризацией, восстановление исходного значения –реполяризацией мембраны (рис.3).

МПП играет исключительно важную роль в жизнедеятельности самой клетки и организма в целом. В частности, он составляет основу возбуждения и переработки информации нервной клеткой, обеспечивает регуляцию деятельности внутренних органов и опорно-двигательного аппарата посредством запуска процессов возбуждения и сокращения в мышце. Нарушение процессов возбуждения в кардиомиоцитах ведет к остановке сердца.

Согласно мембранно-ионной теории (Бернштейн, Ходжкин, Хаксли, Катц) непосредственной причиной формирования МПП является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки (рис. 4).