Біоелектричні явища

Збудження нерозривно пов'язане із змінами електрич­них потенціалів клітини, які називаються біоелектрич­ними явищами.

Вперше людина спостерігала біоструми у риб — сома “малоптерус”, ската “торпедо”, електричного вугра, окре­мі удари якого досягають 600 В. Електричною енергією риби користуються для захисту від ворогів, знаходження необхідних об'єктів, позбавлення руху жертви.

Італійський фізіолог Луїджі Гальвані довів, що елект­ричний заряд виникає не тільки у риб, а й у інших тварин. У 1791 р. він поставив такий дослід.

Нервово-м'язовий препарат жаби був підвішений за нерв у області хребта на мідний гачок, закріплений на за­лізній сітці балкона. Кожного разу, коли м'язи лапки препарата дотикались до металевої сітки балкона, наставало їх скорочення. Це явище Гальвані пояснював різницею по­тенціалів між позитивно зарядженим м'язом і негативно зарядженим нервом. При з'єднанні м'яза і нерва мета­лом — провідником струму, у замкнутому ланцюгові “пре­парат—метал” виникає електричний струм, який подразнює живу тканину.

Сучасник Гальвані відомий фізик А. Вольта, аналізую­чи цей дослід, дійшов іншого висновку. Він вважав, що струм виникає не в живій тканині жаби, а у місті контакту міді й заліза з живою тканиною, яка є електролітом, тобто провідником струму. Гальвані, не погоджуючись з Вольта, підтвердив правильність свого доводу у досліді без металу: ізольований литковий м'яз жаби при накиданні на нього сідничного нерва скорочувався.

Вивчення біострумів стало базою побудови сучасної те­орії збудження, створення досконаліших методів визначен­ня функціонального стану серця, головного мозку, шлунка, сітківки ока та інших органів. Реєстрація коливань потен­ціалів сприяє ранній діагностиці багатьох захворювань і проведенню раціонального лікування.

На сьогодні розрізняють біоструми трьох категорій:

1. струми опокою, або клітинні потенціали,

2. струми, або потенціали пошкодження,

3. струми дії, або акціонні струми.

Струми спокою, або клітинні потенці­али (КП), спостерігаються в усіх живих непошкоджених клітинах. Оболонка клітини (мембрана) має позитивний за­ряд (+)> а цитоплазма — негативний (—). Для реєстрації потенціалу спокою необхідно мати два мікроелектроди, один з яких діаметром менше 6,5 мкм вводиться в клітину, а другий, діаметром 1—4 мкм, накладається на зовнішню поверхню клітини. З'єднавши обидва мікроелектроди з като­дним осцилографом, можна виміряти наявність потенціалу.

Величина КП тісно пов'язана з функціональною спеціа­лізацією клітини. Для тканини з високою спеціалізацією (нервова, м'язова) КП досягає 80—100 мілівольт (мВ), а для епітеліальної — не більше 20 мВ.

Потенціал спокою зумовлений різною проникністю клітинної мембрани для іонів.

Струми, або потен­ціали пошкодження, виникають при пошкодженні тканин. Пошкоджена ділянка має негативний заряд, а непошкоджена — позитивний. Другий дослід Гальвані — яскра­вий приклад виникнення стру­му пошкодження.

Струми дії, або акціонні струми, виника­ють при збудженні тканини. Збуджена ділянка заряджена негативно по відношенню до незбудженої. Біоструми, що су­проводжують збудження, доб­ре сприймаються високочутли­вим катодним (електроннопроменевим) осцилографом.

Потенціал дії, на відміну від потенціалу пошкодження, реєструється у вигляді двофазного струму. Це пояснюється поширенням по тканині хвилі збудження (рис. 120).

Сучасна техніка дослідження дозволила встановити чотири періоди потенціалу дії: початкову електронегативність (0,0001 с), пік потенціалу (0,002 с), слідову електронегативність (0,002 с) і слідову електропозитивність (0,1 с). Наведені величини потенціалу дії відносяться до нерва, у м'язі тривалість усіх цих періодів у два рази більша.

Початковий негативний потенціал відповідає прихова­ному періоду збудження, коли в клітинах відбуваються фізикохімічні зміни, які підготовляють виникнення піку по­тенціалу.

Під час його розвитку енергія, що звільняється, здійснює збудження тканини. Звідси швидкість виникнення і розвитку збудження цілком залежить від перших двох періодів; третій і четвертий періоди пов'язані з ресйнтезом енергетичних речовин.