Биоэлектрические явления: общая характеристика, классификация

Биоэлектрические явления

Начало изучения электрических явлений, возникающих в живых тканях, относится ко 2-й половине 18 в., когда было обнаружено, что некрые рыбы (электрический скат, электрический угорь) при охоте используют электрические разряды, оглушая и обездвиживая свою добычу. Было высказано предположение, что распространение нервного импульса представляет собой течение вдоль нерва особой «электрической жидкости». В 1791—1792 гг. итал. ученые Л. Гальвани и А. Вольта первые дали научное объяснение явления «животного электричества». Своими, ставшими уже классическими, опытами они достоверно установили факт существования в живом теле электрич. явлений. Позже Б. я. были обнаружены и в растительных тканях. С позиций современных представлений о Б. я. ясно, что все процессы жизнедеятельности неразрывно связаны с различными формами Б. я. В частности, Б. я. обусловливают возникновение возбуждения и его проведение по нервным волокнам, являются причиной процессов сокращения мышечных волокон скелетных, гладких и сердечных мышц, выделительной функции железистых клеток и т. д. Б. я. лежат в основе процессов всасывания в жел.-киш. тракте, в основе восприятия вкуса, запаха (см. Обоняние), в основе деятельности всех анализаторов и т. д. Нет физиологич. процесса в живом организме, к-рый в той или иной форме не был бы связан с Б. я.

Но что же такое собственно Б. я., откуда они берутся, каково их участие в процессах жизнедеятельности?

Для облегчения понимания сущности Б. я. любой живой организм можно представить в виде сложной смеси жидкостей и различных химич. соединений. Многие из этих соединений (и поступающие в организм в виде пищи, и выделенные из него в процессе обмена веществ, и промежуточные вещества, образующиеся при обмене веществ) находятся в виде положительно или отрицательно заряженньгх частиц — ионов. Перераспределение этих ионов и их транспорт, постоянно имеющие место в процессе Жизнедеятельности,— вот причина возникновения Б., я. На практике все Б. я. определяют через разность электрич. потенциалов; между двумя точками живой ткани, к-рая может быть зарегистрирована спец. электрич. приборами — гальванометрами. С помощью микроэлектродов, напр., можно измерить разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами оболочки (мембраны) клетки. Эту разность потенциалов называют потенциалом покоя, или мембранными потенциалом. Наличие его обусловлено неравномерным распределением ионов (в первую очередь ионов натрия и калия) между внутренним содержимом клетгки (ее цитоплазмой) и окружающей клетку средой. Величина мембранного потенциала различна: для нервной клетки она составляет 60—80 милливольт (.мв), для поперечнополосатых мышечных волокон — 80—90 мв, для воло- кон сердечной мышцы — 90—95 мв, причем для каждого типа клетки в покое величина потенциала строго определенная и отражает интенсивность обменных процессов, протекающих в этой клетке. В возбужденной клетке регистрируется еще один вид потенциала — так наз. потенциал действия, к-рый, в отличие от потенциала покоя, передвигается в форме волны возбуждения по поверхности клетки со скоростью до нескольких десятков метров в секунду. В каждом возбужденном участке потенциал приобретает обратный знак. Возникновение потенциала действия связано с избирательным увеличением проницаемости клеточной мембраны для ионов натрия. Существуют и другие виды потенциалов, в частности так наз. потенциал повреждения, или демаркационный потенциал. Этот вид электрич. активности регистрируется между поврежденным и интактным (неповрежденным) участками ткани. Можно предположить, что его возникновение как бы стимулирует восстановительные (регенерационные) резервы клетки (ткани).

Б. я. (по крайней мере те, к-рые мы только что рассмотрели) исторически возникли как способ более совершенной связи между отдельными образованиями многоклеточного организма. Действительно, фактически существуют лишь две формы «общения» между клетками. Первая — наиболее древняя — связана с химич. взаимодействием, при к-ром вещество, продуцируемое одной клеткой, достигает другую клетку и вызывает в ней ответную реакцию. Эти вещества мы называем медиаторами, а в том случае, когда они передаются в пределах организма в целом на большие расстояния, их традиционно называют гормонами. Но такой способ общения не обеспечивает возможность быстрой передачи информации (напр., при необходимости отдернуть руки при внезапном прикосновенли к огню). Поэтому природой был выработан другой, более совершенный способ сигнализации и передачи информации — с помощью электрич. импульсов, возникающих в клетке. Особенно отчетливо выражен этот способ в деятельности центральной нервной системы высших животных и человека. Живой организм является не только генератором биопотенциалов, но и проводником электрич. тока, причем изменение степени электропроводности живых тканей в зависимости от их жизнедеятельности может служить показателем жизнеспособности (состояния) клеток или тканей. Особой формой Б. я. служит так низ, электрокинетический потенциал, возникающий, напр., при движении крови по кровеносным сосудам. В этом случае появляется разность потенциалов между стенкой сосуда и движущейся кровью. Величина этого потенциала изменяется при некрых патологич. состояниях, что может быть использовано в диагностич. целях.

Возникновением различных форм биоэлектрич. активности сопровождается любой акт жизнедеятельности (мышечное сокращение, работа головного мозга, деятельность сердца и т. д.). Регистрация их с помощью спец. аппаратуры расширяет наши возможности в изучении возникновения многих болезней, позволяет диагностировать их. При помощи записи и анализа суммарной электрич. активности головного мозга проводят диагностику некрых нервных и психич. заболеваний. На основе изучения электрич, активности сердца определяют многие болезни сердечнососудистой системы и т. д. На основе Б. я., протекающих в мышцах, созданы биоэлектрич. протезы верхних и нижних конечностей.