Як з’являється електрика в клітці

Зміст.

Предісторія відкриття ………………………………………………………. 6

Як утворюється електрика у клітині ……………………………………. 9

Передача інформації в організмі ……………..……………………………..11

Список літератури ……………………………………………………………..17

Вступ.

Вісімнадцяте століття - століття відкриттів, вік наукових пошуків, спроб пояснити природу, причину явищ, що відбуваються в навколишньому світі! І звісно, величезну роль поясненні різноманітних феноменів природи зіграли вчені точних - природничих наук. Одним з таких вчених був Луїджі Гальвані! Його досліди та його теорія «тварини електрики» дали їжу, стали поштовхом для вивчення електрики та її впливу на живі організми. Тема «тварини електрики» актуальна і досі, досліди Гальвані стали основою такої галузі науки як електробіологія, на основі суперечки Гальвані та Вольта вчений Дюбуа-Раймонд створив точний прилад для вимірювання біострумів. І така відома в наш час галузь медицини як кардіологія була б не мислимою без Гальвані. Гальвані описав вплив струмів на клітину, і цим користуються лікарі, коли знімають ЕКГ (електрокардіограма), ЕЕГ (електроенцефалографія). Різниця потенціалів у клітині (у її мембрані), допомагають лікарям робити діагностики серцево-судинної системи. Реакція серця на електричний струм дозволяє повертати людей зі стану клінічної смерті (серце через вплив електроструму починає скорочуватися). Також електрику застосовують у лікуванні різних захворювань (електрофарес). Електрострум може надавати як сприятливий вплив на організм так і згубний (пристрій оборони електрошок призводить до скорочення м'язів, що викликає судоми і втрату свідомості, а при досить сильномурозряді може призвести до зупинки серця і до смерті ). Питання про вплив струму на організм досі залишається відкритим, так що в майбутньому на нас чекають дуже цікаві і можливо неймовірні відкриття в таких областях як електробіологія, медицина, фізика, фізіологія. А за всі винаходи, які були або будуть винайдені в області «електрика та жива клітина», ми повинні бути вдячні Гальвані!

Народження генія.

Предісторія відкриття.

Приблизно у середині XVIII століття м'язове скорочення стало предметом експериментального вивчення багатьох вчених. Швейцарський вчений А. Галлер у низці дослідів показав, що скелетні м'язи, м'язи шлунка, серцевий м'яз відповідають на пряме механічне, хімічне та електричне подразнення. Коли відповідний м'яз поза організмом і відділений від нервів. У 1763 році один із послідовників Галлера Ф. Фонтан зробив важливе відкриття. Він показав, що серце може або відповісти, або не відповісти на те саме роздратування, залежно від того, через який проміжок часу після попереднього скорочення наноситься роздратування. Роль нервових волокон, на той час, зберегла, у принципі, правильне визначення, дане античними вченими. Вони вважали, що через нерви передаються якісь впливи – від мозку до м'язів та від органів чуття до мозку. Однак у XVIII столітті цього було мало. Хотілося зрозуміти, яка ж природа сигналів, що перетікають нервами. Серед безлічі теорій виникали в середині XVIII століття, під впливом загальної захопленості електрикою, з'явилася теорія про те, що по нервах передається "електричний флюїд". Це перші, в 1743 року, висунув як гіпотези німецький вчений Ганзен. У 1749 році французький лікар Дюфей захистив дисертацію на тему “Чи не є нервова рідинаелектрикою?”. Цю ж ідею підтримав 1774 року англійський вчений Прістлі.

Ідея літала у повітрі. Але цим неможливо пояснити той факт, що помічник італійського лікаря Луїджі Гальвані, який, крім викладання в Болонському університеті, займався практичною анатомією, дуже здивувався, спостерігаючи скорочення жаб'ячої лапки, до якої підвели контакт від електричної машини. Це можна пояснити тим, що досі дратівливу дію спостерігали тільки при безпосередньому контакті зарядженого тіла з нервом або м'язом. Незабаром виходить “Трактат про електрику при м'язовому русі” Гальвані. Він потрапляє до рук знаменитого фізика та професора університету в Павії Алессандро Вольта. У перші 10 днів, після отримання “Трактату…”, Вольта почав активно ставити досліди, які повністю підтверджують результати Гальвані. Вольта вирішив внести міру в цю нову галузь науки, тому що за власними словами "... ніколи не можна зробити нічого цінного, якщо не зводити явищ до градусів і вимірювань, особливо у фізиці". Через те, що Вольта цікавить кількісний бік справи, він шукає умови, за яких мінімальний заряд викликає скорочення. При цьому він з'ясовує, що найкраще скорочення виникає тоді, коли зовнішнім провідником замикаються дві різні ділянки добре відпрепарованого нерва. Тим самим він показав, що не м'яз розряджається в нерв, а нерв збуджується і передає м'язу. Це викликало у Вольта сумнів у теоретичної правоті Гальвані, а й у самому існуванні “живої електрики”. Це започаткувало велику суперечку між прихильниками Вольта та Гальвані. Щоб довести палю правоту, Гальвані проводить ряд дослідів:

Досвід 1. Брався м'яз з нервом, що відходить від нього. Нерв перерізався і наводився на зіткнення з м'язомскляною паличкою. У момент дотику м'яз скорочувався. Гальвані зазначав, що для відтворення опту потрібний новий нерв.

Досвід 2. Бралися два м'язи, з нервами, що відходять. Один нерв укладався у вигляді дуги, а другий розташовувався так, щоб одна його точка стосувалася непошкодженої ділянки, а друга якомога ближче до пошкодженої частини. М'яз, пов'язаний з другим нервом, скорочувався.

Досвід 3.Знову бралися два м'язи, з нервами, що відходять. Нерв другого м'яза містився на перший. Дратувався перший нерв, від чого скорочувався другий м'яз.

Ці досліди справді доводили, що у м'язах утворюється електрика. Але Вольта та його прихильники списували результати Гальвані на різні причини:

1. Вольта висловлював припущення, що “двигуном” електричного флюїду може бути як контакт металів, а й контакт різних рідин. Адже у всіх дослідах Гальвані були різні рідини. Значить не можна бути впевненим у тому, від чого виникає електрика.

2. У всіх дослідах Гальвані є механічний рух (або скорочення м'язів, або рух нерва). Можливо, причиною скорочення м'язів є механічне збудження, – припускав Вольта.

3. І, нарешті, нехай навіть м'яз, що скорочується, порушив нерв. Але чому нерв збуджується від електрики? Відомо, що збудити нерв можна тиском, різницею температур.

Ця суперечка була початком електробіології. Потім був Дюбуа-Раймонд, він створив точні прилади для вимірювання біострумів, але, на мою думку, фактичними творцями електробіології є Гальвані та Вольт.

Як з'являється електрика у клітині?

Ще в 1890 році Вільгельм Оствальд, який продовжував займатися напівпроникними штучними плівками, припустив, щонапівпроникність може бути причиною не лише осмосу, а й електричних явищ. Осмос виникає тоді, коли плівка пропускає маленькі молекули води і пропускає великі молекули цукру. Але ж іони можуть бути теж по-різному величені! Тоді мембрана пропускатиме іони лише одного знака, наприклад, позитивного. Дійсно, якщо подивитися на формулу Нернста для дифузійного потенціалуVд виникає на межі двох розчинів з концентраціями електролітуС1іС2:

де u - швидкість швидшого іона, v - швидкість повільнішого іона, R - універсальна газова постійна, F - число Фарадея, T - температура, і припустити, що мембрана для аніонів не проникна, тобто v = 0, то можна бачити, що повинні з'являтися великі значення дляVд:

Таким чином, Оствальд об'єднав формулу Нернста та знання про напівпроникні мембрани. Він припустив, що властивостями такої мембрани пояснюються потенціали м'язів та нервів та дивовижна дія електричних органів риб.

Вирішальний крок зробив вчений школи Дюбуа-Раймонда Юліус Бернштейн. Він пояснив електричні властивості м'язів і нервів не пристроєм цих органів загалом, а властивостями клітин, у тому числі складаються всі тканини і органи. Нарешті, був прямо вказаний "винуватець", що створює "тварину електрику", - клітинна мембрана, а "зброя" - перенесення іонів. Таким чином, у гіпотезі Бернштейна поєднуються електрохімія та клітинна теорія. Юліус Бернштейн вважається фундатором мембранної теорії біопотенціалів.