с
л
о
в
а
р
ь


Ф
И
Ф
И
З
И
О
Л
О
Г
И
Я

БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ЛАБОРАТОРИЯ ПРОСТРАНСТВ
galactic.org.ua
ЧЕЛОВЕК

 


Биоэлектричество - электрические явления и процессы, возникающие в живых тканях организма. Также - воздействие электрического тока на живые ткани.
Биоэлектричество, естественные электрические процессы в живых организмах, лежащие в основе многих физиологических и поведенческих реакций. К проблемам биоэлектричества относят также все эффекты, возникающие в организме на различных его уровнях при воздействии электричества от внешних источников.
Исследование биоэлектричества имеет большое значение для понимания физико-химич. и физиологич. процессов в живых системах и применяется в клинике с диагностической целью (электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и др.).

Биоэлектрические потенциалы - биоэлектрические явления, электрические потенциалы, возникающие в тканях и отдельных клетках человека, животных и растений, важнейшие компоненты процессов возбуждения и торможения.
Биопотенциал - разность потенциалов между двумя точками живой ткани, отражающая ее биоэлектрическую активность; Б. служат источником информации о состоянии и функционировании различных органов.

Электрический сигнал можно измерить, подведя проводники к любым двум точкам тела. У человека обычно исследуют электрические сигналы трех видов.
Электроэнцефалография регистрирует относительно слабый, быстро изменяющийся сигнал в головном мозге. Записываемая при этом кривая – электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – используется в исследовательских и диагностических целях. Какова конкретная физиологическая роль этого сигнала в норме – неизвестно.
Электрокардиография регистрирует биоэлектрический потенциал работающего сердца; электрический сигнал в этом случае примерно в 100 раз мощнее. Электрические сигналы регулируют работу сердца. Электрокардиограмма (ЭКГ) широко используется для диагностики сердца.
Сигнал третьего вида, поверхностный электрический потенциал, сравним по величине с генерируемым сердечной мышцей, но меняется медленнее. Его происхождение и роль неизвестны.

Биоэлектричество в классическом понимании

Электричество у рыб человек обнаружил еще в глубокой древности. Например, древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой, которая, как писал Аристотель, "заставляет цепенеть животных". Рыба, наводившая страх на людей, была электрическим скатом и носила имя "Torpedo". И только двести лет назад ученые начали приоткрывать природу электричества в живых организмах.
Первые научные данные о существовании биоэлектричества ("животное электричество") были получены в 3-й четв. 18 в. при изучении природы "удара", наносимого некоторыми рыбами с электрическими органами при защите или нападении.
В июне 1772 года член Королевского общества и английского парламента сэр Джон Уолш приехал во Францию с лейденской банкой и дал местным рыбакам возможность ощутить прелесть ее физиологического воздействия, спрашивая при этом, схоже ли оно с воздействием нарковых скатов. Ответы были единодушно утвердительными. Воздействие ската передавалось через замкнутую цепь людей и прекращалось при малейших разрывах цепи или при включении в нее изоляторов.
За помощью в решении этого сложнейшего вопроса Джон Уолш обращается к самому легендарному физику Великой Британии - сэру Генри Кавендишу, человеку незадолго до этого экспериментально проверившему закон, который позже был назван именем Кулона. Кавендиш изготовил дипольную модель, имитирующую ската. Используя батарею из 49 лейденских банок, соединенных в семь параллельных столбов, удалось вызвать физиологический эффект от модели не только в воздухе, но и в морской воде.
Так в 1773 году Уолш с помощью Кавендиша доказал электрическую природу разрядов электрических рыб.
Кавендиш предположил, что электрические органы представляют собой батарею из большого числа маленьких слабозаряженных лейденских банок. Описывая пути протекания токов в проводящей среде, он предложил идею силовых линий и первым изобразил электрическое поле ската.

-

Биоэлектричество, электрические потенциалы
Луиджи Гальвани
электрические биопотенциалыГ

В 1780 году итальянский физиолог, профессор анатомии в Болонье Луиджи Гальвани (Galvani) обнаружил, что если к изолированной мышце лягушки прикоснуться одновременно двумя разными металлическими предметами, то мышца сократится. Гальвани с изумлением убедился в том, "что сокращения были различны сообразно различию металлов, именно в случае одних - сильнее и быстрее, а в случае других - слабее и медленнее". Было чему удивляться: до этого никаких различий электрических свойств металлов физики не отмечали. Способность мышц препарированной лягушки сокращаться под влиянием электрического тока Гальвани объяснил существованием «животного электричества». То, чему удивился Гальвани в первых опытах, на современном языке можно назвать адекватностью электростимуляции. Если количество электричества столь малое, что его почти не показывают электроскопы, вызывает ярко выраженный физиологический эффект, то стимул адекватен живому, то есть природа посылает через нервы в мышцы именно электрические импульсы. А значит, она умеет их генерировать.

В 1791 Гальвани опубликовал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». Исследования начались в 1780 году, а трактат вышел только в 1791-м, и за эти 11 лет было поставлено огромное число экспериментов.
В серии опытов  Гальвани открыл, что воздействие на нервы проявляется гораздо сильнее, чем на мышцы.  Это утвердило его в том, что процессы, протекающие в нервной системе, имеют электрическую природу и что сокращение мышцы происходит в ответ на электрический сигнал, проходящий по нерву. Сигнал может возникать и произвольно; например, при подсоединении к нерву источника электрического тока последний генерирует нервный сигнал, запускающий мышечное сокращение.
В тоже время Гальвани устанавливает, "что все части рассеченных животных так или иначе свободно проводят и легко пропускают электричество, вероятно вследствие влажности, которой они пропитываются". Он рассматривает мышцу как батарею лейденских банок, указывая, что электричество сосредоточено на поверхности между внутренней полостью мышечных волокон и наружной. В качестве существенной детали этой гипотезы Гальвани предлагает принять во внимание, "что мышечное волокно, хотя на первый взгляд и очень простое, состоит, однако, из различных как твердых, так и жидких частей, что обусловливает в нем немалое разнообразие веществ".

Проанализировав опыты Гальвани, физик А. Вольта пришел к заключению, что животные органы, равно как и их части, лишь пассивные проводники электричества. То есть животного электричества, помимо проявляемого в особым образом устроенных электрических органах рыб, не существует. Но для Гальвани, который уверен, что источник энергии находится внутри организма, существование металлического электричества - всего лишь повод модификации физиологических опытов. Однако Вольта остается глух к аргументам Гальвани даже после того как в новых опытах (опубликованы в 1797) тот показал, что мышцы лягушки сокращаются и в том случае, когда никаким металлическим предметом к ним не прикасаются - при соединении бедренного нерва с мышцей происходило заметное сокращение мышцы.

В свою очередь, придя к отрицанию животного электричества, Вольта продолжал работать с широким кругом живых организмов. Главные объекты интереса - электрические органы угрей и скатов. Он анатомирует их восемь лет. При этом мысли все время заняты проблемой: почему два разнородных металла, например серебро и цинк, дают большой физиологический эффект, а дуга из одного металла действует слабо? Наконец, Вольта, имея перед глазами кукурузоподобную структуру электрических органов, начинает собирать в стопку кружки серебра и цинка, прокладывая их смоченным сукном, и получает Вольтов столб. Другой вариант конструкции Вольтова столба - чашечки с электролитом[1] и проволоками разных металлов. Электроциты пресноводных электрических угрей очень похожи на диски, а морских электрических скатов - на чашечки, отсюда два базовых варианта. Так многолетний научный спор (1791-97) между Гальвани и Вольта о природе "животного электричества" завершился двумя крупными открытиями: Гальвани стал основоположником биоэлектричества, Вольта - основоположником электрохимического источника постоянного тока - Вольтова столба (гальванического элемента), прообраза всех современных батареек и аккумуляторов.

Эффект суммации - решающий шаг к Вольтову столбу, шаг, который невозможно сделать на основе явления контактной разности потенциалов металлов. То, что позже будет названо правилом Вольты, гласит: "В цепи, состоящей из любого количества металлов, электродвижущая сила равна нулю".[2] Прекрасный экспериментатор Вольта, давно выявивший в своих опытах необходимость электролитов, так описывает свое изобретение: "Я кладу на стол или на какую-нибудь опору одну из металлических пластинок, например серебряную, и на нее цинковую и затем мокрый диск и т.д. в том же порядке. Всегда цинк должен следовать за серебром или наоборот, в зависимости от расположения их в первой паре, и каждая пара перекладывается мокрым диском. Таким образом я складываю из этих этажей столб такой высоты, который может держаться, не обрушиваясь".
Из какой доступной физической модели, из каких уравнений следует такая конструкция? Только из биологической метафоры - из аналогии с электрическими органами угря и ската. И, надо сказать, Вольта отнюдь не скрывает этого, более того, он утверждает, что и электрические органы рыб устроены и действуют по тому же принципу: "Этот прибор, более сходный, по существу, с естественным электрическим органом электрического ската или электрического угря и т.п., чем с лейденской банкой и известными электрическими батареями, я назову искусственным электрическим органом".[3]

Сегодня, через 200 с лишним лет после описываемых событий, мы знаем, что в организме существует и собственное электричество, и сходство не только электроцитов, но и обычных мышечных волокон с батареями лейденских банок, и возможность возбуждения тканей без применения разнородных металлов. С точки зрения современной физиологии электрический разряд в электрических органах рыб и электрические явления в мышцах и нервах качественно похожи. Более того, специалисты сходятся во мнениях, что электрические органы - это модифицированные нервно-мышечные структуры. Главное отличие в том, что в обычных мышцах электровозбуждения отдельных клеток как бы гасят друг друга, а в электрических органах рыб - складываются, позволяя из отдельных электроцитов с напряжением несколько десятков милливольт составить батарею, которая дает сотни вольт (у электрического угря или сома).

Однако правильная оценка наблюдений Гальвани стала возможной лишь после применения достаточно чувствительных электроизмерительных приборов - гальванометров. Первые такие исследования были проведены итал. физиком К. Маттеуччи (1837). Систематическое изучение Б. п. было начато нем. физиологом Э. Дюбуа-Реймоном (1848), к-рый доказал существование Б.п. в нервах и мышцах в покое ("ток покоя") и при возбуждении. Но ему не удалось (в силу большой инерционности гальванометра) зарегистрировать быстрые, длящиеся тысячные доли секунд колебания Б.п. при проведении импульсов вдоль нервов и мышц. "Токи действия", изменения Б.п. при возбуждении, изучал Герман (1870). Эти работы побудили более подробно исследовать "токи действия" таких крупных ученых, как нем. физиолог Ю. Бернштейн (1886) и рус. физиолог Н. Е. Введенский (1883). Н. Е. Введенский использовал для прослушивания ритмич. разрядов импульсов в нерве и мышце телефон. Французский учёный Э. Ж. Марей (1875) применил для записи колебаний потенциалов бьющегося сердца капиллярный электрометр. И.П. Тишков провел первые исследования электропроводимости тела живого человека. В своей работе «О сопротивлении человеческого тела электрическому току», выпущенной в 1886г. он приводит численные значения сопротивления, не раскрывая его закономерности.  Голланский физиолог В. Эйнтховен (1903) ввёл в эксперимент и клиническую практику струнный гальванометр - высокочувствит. и малоинерционный прибор для регистрации электрич. токов в тканях. В 1907 нем. учёным Г. Пипером была осуществлена электромиография - метод исследования и записи биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах животных и человека при возбуждении мышечных волокон. Значительный вклад в изучение Б.п. внесли рус. физиологи: В. В. Правдич-Неминский (1913-21) впервые зарегистрировал электроэнцефалограмму, А. Ф. Самойлов (1929) исследовал природу нервно-мышечной передачи возбуждения, а Д. С. Воронцов (1932) открыл следовые колебания Б.п., сопровождающие потенциал действия в нервных волокнах.
Дальнейший прогресс в изучении Б.п. был тесно связан с успехами электроники, позволившими применить в физиологич. эксперименте электронные усилители и осциллографы (работы амер. физиологов Г. Бишопа, Дж. Эрлангера и Г. Гассера в 30-40-х гг. 20в.).

Примерно до начала 1940-х годов термин «биоэлектричество» использовали в тех случаях, когда речь шла о нейрофизиологических исследованиях, об измерениях описанных выше электрических сигналов у человека или (главным образом в историческом контексте) о применении электричества в терапии.

 
Затем перед самым началом второй мировой войны выдающийся венгерский ученый Альберт Сцент-Дьёрдьи высказал мысль о важности изучения «электрических свойств» живых тканей в познании электрофизики живого организма.

Биоэлектричество в современном понимании

Все проявления жизнедеятельности организма зависят от сложных последовательностей химических реакций, в основе которых лежит, в частности, явление электричества. Иногда соответствующие процессы можно изучать, не рассматривая эти силы в явном виде. Такой подход вполне применим при исследовании, например, регуляции экспрессии генов или механизма иммунного ответа. Он гораздо менее успешен, когда речь идет о памяти, научении и регуляции регенеративных процессов. Трудности, с которыми сталкиваются исследователи, когда пытаются объяснить по крайней мере некоторые биологические явления – включая саму жизнь – исходя исключительно из биохимических концепций, заставляют их обратиться к биоэлектрическим факторам.

Современные представления о природе Б.п. зарождаются в конце XIX - начале XX веков. Ученый Вебер, проводя вслед за И.П. Тишковым исследования электропроводимости тела живого человека, пытался доказать, что тело человека можно рассматривать в качестве соляных растворов или обычных электролитов. Это положение много лет принималось за верное, хотя многие факты противоречат данным Вебера. Первая достаточно строгая гипотеза была выдвинута Чаговцем (1896), который предложил рассматривать их как диффузионные потенциалы, связанные с неравномерным распределением ионов. Основы современных представлений о механизмах генерации Б.п. были заложены Ю. Бернштейном (1902 - 1912), связавшим их возникновение со свойствами поверхностной мембраны клетки.[4]

В сороковых годах венгерский биохимик Альберт Сцент-Дьёрдьи пришел к выводу, что феномен жизни нельзя должным образом объяснить просто наличием каких-то химических веществ: необходимо, чтобы эти вещества находились в определенном электрическом состоянии. Согласно этой точке зрения, живые и мертвые животные различаются по своему биоэлектрическому, а не биохимическому статусу. Блестящая идея сопоставления свойств гигантских биологических молекул со свойствами полупроводников, выдвинутая А. Сцент-Дьёрдьи вызвала огромный интерес. Ведь жизнь есть непрерывный процесс поглощения, преобразования и перемещения энергии различных значений и различных видов. Необходим механизм, объясняющий миграцию энергии вдоль молекул живого тела. Такой механизм, объясняющий многие процессы живого – это электронная теория полупроводников, разработанная в теории твердого тела. Макромолекула живого во многом равнозначна молекуле полупроводника, хотя происходящие в ней явления гораздо сложнее. Поэтому, имея централизованную систему анализа и управления функциями отдельных тканей, органов и организма в целом, а именно – мозг, электрическими импульсами можно воздействовать на клетки, изменяя их проводимости, а, значит, и другие свойства. Например было найдено вещество, способное служить катализатором некоторых реакций при действии на него электрического тока. Этим веществом была гелеподобная матрица. При изучении ее свойств было выяснено, что при подаче на нее незначительного напряжения (вырабатываемого клеткой) происходит существенное ускорение протекания химической реакции. А раз была найдена структура, требующая именно электрическую энергию, то необходимо найти своеобразный генератор биоэлектричества.

Идеи А. Сцент-Дьёрдьи привели к возрождению интереса к биоэлектричеству. Одним из первых результатов новых исследований в этой области стало обнаружение пьезоэлектрических свойств костной ткани, т.е. генерации в ней электричества при механическом воздействии (например, при нагрузке во время ходьбы). Известно, что если костная ткань не испытывает регулярной механической нагрузки, то ее механические свойства утрачиваются. Возможно, пьезоэлектричество – это «передаточное звено» между внешним воздействием (нагрузкой) и внутренними процессами (образованием новой костной ткани). Полученные экспериментальные данные подтверждают эту идею.

С разработкой микроэлектродной техники стало возможным изучение Б.п. в отдельных клетках и волокнах. Важное значение для выяснения механизмов генерации Б. п. имело использование гигантских нервных волокон головоногих моллюсков, гл. обр. кальмара. Диаметр этих волокон в 50 -100 раз больше, чем у позвоночных животных, он достигает 0,5-1 мм, что позволяет вводить внутрь волокна микроэлектроды, инъецировать в протоплазму различные вещества и т.п. Изучение ионной проницаемости мембраны гигантских нервных волокон позволило англ, физиологам А. Ходжкину, А. Хаксли и Б. Катцу (1947-52) сформулировать современную мембранную теорию возбуждения, принимаемую в настоящее время почти всеми электрофизиологами.

К шестидесятым годам научным сообществом было установлено два фундаментальных положения: 1) электрическая активность свойственна не только животным, но и всем другим биологическим объектам; 2) многие формы электрической активности, наблюдаемые у животных, имеют место и у других организмов.

Изучение биоэлектрических потенциалов в отдельных клетках и волокнах

Огромный фактический материал, накопленный к настоящему времени, позволяет говорить о большом разнообразии Б.п. В основном они отличаются у разных объектов по двум параметрам: 1) амплитуде и 2) частотным характеристикам. Что касается амплитуды, то разброс величин очень высок. Если разряд электрических рыб (правда, создаваемый не одной клеткой) может достигать 800 вольт, и это достаточно для того, чтобы убить или, по крайней мере, отпугнуть мелкое животное, то, например, регистрируемые с поверхности головы человека биопотенциалы мозга (электроэнцефалограмма) имеют обычно величину порядка нескольких микровольт. Не менее вариабельны и частотные характеристики Б.п. Здесь мы встречаемся, с одной стороны, с практически постоянными во времени величинами. Таковы, например, потенциалы, отводимые от поверхности растений в покое, от поверхности кожи и др. С другой стороны, имеют место очень быстрые колебания Б.п. Так, в серии нервных импульсов позвоночных длительность каждого из них может составлять всего несколько миллисекунд.
Такое разнообразие проявлений биоэлектрической активности неоднократно побуждало создать классификацию Б.п. Однако все классификации основывались обычно на чисто внешних признаках, без достаточного учета природы наблюдаемых электрических явлений. Впервые возможность создания вполне строгой классификации Б.п. появилась после внедрения в практику электрофизиологического эксперимента микроэлектродной техники. Стало ясным, что электрическая активность клетки определяется в основном ионными процессами, происходящими на поверхностной плазматической мембране. В соответствии с этим можно различать два типа проявления электрической активности: 1) потенциалы покоя (ПП), то есть разности потенциалов между внутриклеточным содержимым и внешней средой (они регистрируются, когда один микроэлектрод вводится внутрь клетки, а другой находится снаружи поверхностной мембраны; их величина обычно составляет несколько десятков милливольт); 2) потенциалы действия (ПД), то есть изменения ПП при процессе возбуждения.

Биологический электрогенез (биоэлектрогенез)

Под биологическим электрогенезом, или биоэлектрогенезом, понимают комплекс механизмов, приводящих к генерации Б.п. В основе современной мембранной концепции биоэлектрогенеза лежат следующие главные положения. 1. Местом электрогенеза является поверхностная мембрана (на внутриклеточных мембранах тоже могут возникать разности электрических потенциалов, но электрические свойства клетки определяются преимущественно электрогенезом на поверхностной мембране). 2. Разность потенциалов на поверхностной мембране имеет ионную природу (а не электронную, как в металлах). 3. Генерация разностей потенциалов на поверхностной мембране обусловлена возникновением ионной асимметрии, то есть неодинаковым распределением по обе ее стороны катионов и анионов.
Основной вопрос в происхождении Б.п. - это вопрос о том, как возникает ионная асимметрия на поверхностной мембране. По современным представлениям, здесь действуют активный и пассивный механизмы. Пассивный механизм работает без затрат энергии. В его основе лежат два фактора: 1) разница концентраций ионов по обе стороны мембраны; 2) разная проницаемость мембраны для разных ионов. Оба фактора приводят к тому, что некоторые ионы, двигаясь по градиенту концентрации наружу или внутрь клетки, лучше проникают через мембрану, а другие хуже. Наиболее легко проникает через мембрану в покое К+. Поскольку его концентрация обычно больше внутри клетки, чем снаружи, то он выходит по градиенту концентрации из клетки и заряжает наружную сторону мембраны положительно. Соответственно, внутренняя сторона мембраны оказывается заряженной отрицательно. Так как другие ионы, хотя и в меньшей степени, также могут проникать через мембрану, то возникающий мембранный потенциал будет по своей величине меньше того, который создавался бы только выходом К+, то есть равновесного калиевого потенциала. Например, в излюбленном объекте электрофизиологов - аксоне кальмара - мембранный потенциал, рассчитанный исходя из разности концентраций К+ по обе стороны мембраны, составляет около -90 мВ (внутреннее содержимое заряжено отрицательно), а измеренный потенциал оказался близким к - 60 мВ. Это связано с тем, что мембрана аксона проницаема не только для ионов К, но и в определенной степени для других катионов и анионов.
Кроме пассивного, генерация разности потенциалов на мембране связана также с активным механизмом. Последний работает с потреблением энергии и связан с работой особых ферментов - транспортных аденозинтрифосфатаз. Они представляют своего рода молекулярные машины, обладающие удивительными свойствами. Гидролизуя АТФ,[5] эти ферменты одновременно используют освобождающуюся энергию для переноса ионов через мембрану. В результате такого транспорта и создается активная компонента мембранного потенциала.
Несмотря на огромное разнообразие живых объектов, они имеют, в основном, две электрогенные транспортные АТФазы - Na+, K+-АТФазу (преимущественно у животных) и H+-АТФазу (у грибов и растений). Первая выкачивает из клетки 3Na+ и одновременно закачивает 2K+, вторая выкачивает из клетки H+. Нетрудно видеть, что работа этих ферментов приводит к зарядке мембраны, а именно созданию активной компоненты мембранного потенциала со знаком плюс снаружи и знаком минус внутри.

Пьезоэффект

Известно, что биологическая мембрана представляет собой жидкий пьезокристалл и функционирует по принципу индукции биологического квази-пьезоэлектрического эффекта. В физике существование пьезоэффекта известно давно. Сегодня сущность этого явления сводится к тому, что электрический заряд, нанесенный на поверхность определенным образом устроенного кристалла, вызывает изменение кривизны его поверхности, а это, в свою очередь, приводит к перераспределению заряда по поверхности и/или к изменению заряда на противоположной поверхности этого кристалла. В твердых кристаллах величина пьезоэффекта обычно очень мала и трудно определяема из-за того, что изменение кривизны твердого кристалла очень невелико. Тем не менее, существуют приборы, действующие с использованием пьезокристаллов - например, сенсорные датчики, индуцирующие звуковые колебания при надавливании.
Феномен изменения электрического потенциала при надавливании на определенные участки поверхности кожи известен уже давно и лежит в основе таких распространенных способов лечения как акупрессура и акупунктура. Кроме того известно, что участки кожи различаются по электропроводности и по величине индуцированного давлением электрического потенциала. То есть сам факт существования биологических квази-пьезоэффектов в живом организме (на макроуровне) уже не подлежит сомнению.

Для живой клетки одним из стимулов изменения кривизны и/или заряда клеточной мембраны являются внешние по отношению к ней воздействия - реакции, протекающих при взаимодействии различных химических соединений с рецепторами. В последнем случае часто возникают так называемые "кепы" - клеточная мембрана перестраивается так, что задействованные рецепторы перемещаются друг относительно друга и собираются вместе. В результате образуются определенным образом заряженные и сконструированные участки клеточной поверхности (Сергеев П.В., Шимановский Н.Л.). Этот факт, а также постоянное изменение кривизны клеточной мембраны в процессе жизнедеятельности клетки (например, при делении), свидетельствуют о том, что пьезоэлектрические эффекты в биологических мембранах должны быть более выражены, чем в твердом кристалле.

Поскольку в клетке нет "пустых мест", а также потому, что все внутриклеточное пространство состоит из молекул разной степени полярности, электрические и конформационные эффекты, возникшие в результате изменения кривизны или заряда цитоплазматической мембраны, должны передаваться во внутриклеточное пространство. Из геометрических соображений следует, что локальные изменения кривизны поверхности мембраны должны вызывать перераспределение зарядов и, следовательно, химических структур и клеточных органелл, находящихся в близлежащем конусе жидкого кристала цитозоля (эффект "лунной дорожки") и распространяться на находящиеся на этом пути клеточные органеллы, включая ядро.

готовится продолжение


Биоэлектрическая диагностика

Институт радиотехники и электроники АН СССР (ИРЭ) — головное учреждение Академии наук по исследованию слабых сигналов. В 1980 году Госкомитет по науке и технике и президиум АН СССР поручили ИРЭ в качестве головной организации выполнение программы работ по исследованию физических полей биологических объектов с целью создания принципиально новых методов медицинской диагностики. Возглавили работу академик Юрий Васильевич Гуляев и доктор физико-математических наук Эдуард Эммануилович Годик.
Изучались слабые физические поля, существующие вокруг всякого живого организма.
В одной из наших лабораторий,— говорит Юрий Васильевич Гуляев,— был создан измерительно-вычислительный комплекс, основанный, естественно, на широком применении вычислительной техники и самых чувствительных, какие только известны сегодня в мире, датчиков, регистрирующих все эти поля и излучения...
Что же выяснилось? Выяснилось, что слабые излучения, на которые прежде не обращали внимания, несут немалую информацию о различных органах. Пользуясь ею, можно судить, как себя чувствует орган, «здоров» ли он, болен ли. Благодаря работам ИРЭ открылось широкое поле для создания новой диагностической аппаратуры, новых методов диагностики.

Полтора десятилетия назад советскому ученому П. Гуляеву впервые удалось с помощью высокочувствительной аппаратуры зарегистрировать биоэлектрическое поле в воздухе, окружающем нервы, ткани и органы животных и даже человека! То есть ему удалось обнаружить такое поле, какое окружает, скажем, проводник с током. Поле вокруг живой ткани было названо электроаурограммой.

Еще одно направление биоэлектрических исследований занимается изучением биологического эффекта высоковольтных линий электропередачи. Эти системы, а также радио- и телепередающие и радарные установки создают вокруг себя электромагнитное поле, которое может оказывать влияние на людей, постоянно живущих или работающих в нем. Интерес к этой проблеме возник в связи с публикацией данных об изменении роста и развития, а также эндокринных и нервных нарушениях у людей и животных, подвергавшихся действию электромагнитных полей в лабораторных условиях. В начале 1980-х годов появились данные о связи между длительным воздействием электромагнитных полей и развитием злокачественных опухолей, частотой самоубийств и возникновением других патологий.

Природные электрические и магнитные факторы оказывают несомненное влияние на жизненный цикл различных организмов. Бактерии, насекомые, птицы и, возможно, киты воспринимают магнитное поле Земли и используют эту способность для ориентации и навигации в поисках пищи и во время миграций.

Мы хорошо знаем, как устроены наши пять органов чувств – зрение, слух, обоняние, осязание, вкус; в них выявлены клетки, воспринимающие внешние стимулы, и нервы, по которым информация передается в мозг. Для большинства же биоэлектрических эффектов соответствующие клетки и пути передачи сигналов неизвестны.

Механизм восприятия клетками электромагнитных полей
объясняется двумя теориями, причем обе постулируют принципиально новые процессы.
Согласно первой из них, между нервными клетками возможны кооперативные взаимодействия, зависимые от электромагнитных полей; согласно второй – восприятие поля происходит только в определенных условиях, а именно при наличии у клеток особого электрического статуса. Еще одна теория объясняет связь между воздействием электромагнитного поля и развитием того или иного заболевания: предполагается, что это воздействие вызывает стресс, и если оно достаточно длительное, то происходит ослабление иммунной системы, соответственно снижаются адаптивные возможности организма и на этом фоне легко возникает болезнь.

готовится продолжение


Биоэлектричество, Биоэлектрические потенциалыСмотрите статьи
Электроэнцефалография - окно в мир психической деятельности человека
Животный магнетизм и его применение к лечению болезней
Короткие новостные статьи (в разделе "Физика")
Электротерапия — Электролечение
Возвращенное биополе
Магнетизм мозга

- физиология -
психология
 (А - В) (Г - З) (И - Л) (М - О) (П - С) (Т - Я)


Примечания
[1] Электролиты (от электро... и греч. lytos - разлагаемый, растворимый), жидкие или твёрдые вещества и системы, в к-рых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока.

[2] Электродвижущая сила (эдс), физ. величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положит, заряда вдоль контура. Если через ЕСТр обозначить напряжённость поля сторонних сил, то эдс в замкнутом контуре (L) равна E = ФEdl, где dl - элемент длины контура.

Потенциальные силы электростатического (или стационарного) поля не могут поддерживать постоянный ток в цепи, т. к. работа этих сил на замкнутом пути равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии - нагреванием проводников. Сторонние силы приводят в движение заряж. частицы внутри источников тока: генераторов, гальванич. элементов, аккумуляторов и т. д. Происхождение сторонних сил может быть различным. В генераторах сторонние силы - это силы со стороны вихревого электрич. поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или Лоренца сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванич. элементах и аккумуляторах - это хим. силы и т. д. Эдс определяет силу тока в цепи при заданном её сопротивлении (см. Ома закон). Измеряется эдс, как и напряжение, в вольтах.


[3] Что же такое электрический орган и чем он отличается от мышцы? Любая модель - Уолша, Вольты или современные модели - это батарея параллельно и последовательно соединенных элементов (клеток). Параллельное соединение усиливает ток, а последовательное - напряжение. Клетки, составляющие электрический орган, называются электроцитами или электропластинками. Батареи электроцитов отличаются от мышечных тканей, во-первых, тем, что в момент прихода команды из мозга могут одновременно возбудить электрические токи в большинстве клеток и обеспечить суммацию напряжения. Чтобы батарея работала эффективно, нужно правильно уложить элементы, не путая полярность. То есть в момент разряда все клетки должны "смотреть" в одну сторону, например "минус" в сторону головы. И при этом, как и батарейки хорошего качества, иметь низкое внутреннее сопротивление и высокую емкость. В обычных мышечных тканях, напротив, волокна расположены так, чтобы напряжения не суммировались и возникающие электрические поля не мешали нормальному функционированию других органов.
Второе важное отличие - при приходе нервного импульса мышца должна сокращаться, и электрическое возбуждение участвует в управлении этим сокращением. Электрическая ткань при разряде остается неподвижной - все связанное с сокращением в ней просто отсутствует. В этом смысле электрогенераторная ткань примитивнее, проще, чем мышечная. И природе "нетрудно" ее сделать из любых нервно-мышечных единиц, разнообразные примеры чего наблюдаются у электрических рыб.


[4] Мембраны (лат. membrana оболочка, перепонка) — функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.
Для клеток и субклеточных частиц М.б. служат механическим барьером, отделяющим их от внешнего пространства, обеспечивая транспорт различных веществ как наружу, так и внутрь клетки.

[5] Гидролиз (греч. hydōr вода + lysis разложение) — химическая реакция между каким-либо веществом и водой. При гидролитическом расщеплении солей, которое, как правило, является обратимой реакцией, образуются кислоты и основания. Если при гидролизе солей происходит образование нерастворимого или легколетучего вещества, то реакция идет практически до полного разложения исходного вещества. Органические вещества гидролизуются в присутствии кислот (кислотный гидролиз) или щелочей (щелочной гидролиз).
Гидролитическое расщепление химических связей различных типов играет значительную роль в жизнедеятельности всех живых организмов и катализируется ферментами, называемыми гидролазами.
Ферменты (лат. fermentum брожение, бродильное начало; синоним энзимы) — специфические вещества белковой природы, присутствующие в тканях и клетках всех живых организмов и способные во много раз ускорять протекающие в них химические реакции.



   

- человек - концепция - общество - кибернетика - философия - физика - непознанное
главная - концепция - история - обучение - объявления - пресса - библиотека - вернисаж - словари
китай клуб - клуб бронникова - интерактив лаборатория - адвокат клуб - рассылка - форум