Зазвичай людина думає про електрику та життя як про два окремі, не пов’язані між собою явища. Ми уявляємо наш контакт з електрикою блискавкою чи ураженням електричним струмом, що викликає почуття небезпеки. Водночас електрика, як вода або сонячне світло, є важливою частиною всього живого. Клітини використовують електрику у формі сигналів для регулювання та підтримки нормальних функцій, необхідних для їх виживання, поділу, міграції, диференціації, росту, відновлення та смерті. Без електрики жоден м’яз (включаючи серце) не рухався б у нашому тілі, не виникала б жодна думка, жодна пам’ять. Електричні сигнали дозволяють нам дихати, бачити, чути, смакувати, нюхати, зігрівати, охолоджувати, рухатись, їсти і перетравлювати, але також відчувати біль. Без електричних струмів ми не змогли б злякати, розслабитися або навіть закохатися.

Електрика нерозривно пов’язана з нашим життям. Зрештою, офіційне визначення смерті характеризує її як зникнення виявленої електричної активності мозку. І хоча в нашому організмі існує багато процесів, заснованих на біохімічних реакціях, коли йдеться про оживлення людини, ми використовуємо не таблетки, а електричні імпульси дефібрилятора.

nextech

Інтелектуальні протези, з'єднані з рештою нервів на кюветі, стають функціональними замінниками кінцівок після тренування.

Електроенергія в природі

То як це: людина біохімічна чи електрична істота? І те, і інше. Одна сутність неможлива без іншої. Ми не схожі на людей із відомого фільму «Матриця», які виробляли електроенергію для живлення та керування машинами. І ми навіть не схожі на електричного вугра, який може вбити буйвола електричним струмом. (У випадку з вуграми це еволюційна спеціалізація, де частина м'язових клітин перетворена в клітини з більшим мембранним потенціалом, з'єднані між собою таким чином, що результуюче електричне поле досягає напруги до 650 В при струмі 1 А). У нас немає такої спеціалізації, і електрика в нашому тілі навіть не служить нашому "рушію". Робота м’язів і наш рух відповідають за електрохімічні процеси. Електрика в них грає роль координатора, пускового механізму. Електричні сигнали в нашому тілі передають інформацію, вони є важливим засобом зв'язку, моніторингу та управління організмом. Сама робота виконується хімічними зв'язками.

Як генерується електрика в живих клітинах?

Електричний потенціал є властивістю кожної живої клітини, тварини чи рослини. Як клітина створює його? За всім стоїть клітинна мембрана, яка не є повністю непроникною - вона проникна для заряджених частинок (іонів), але не для всіх однаково. Ми кажемо, що він напівпроникний. Ця властивість мембрани призводить до того, що розподіл іонів усередині клітини відрізняється від розподілу в зовнішньому середовищі, що створює різницю електричних потенціалів мембрани - електричну напругу. Напівпроникність мембрани не є статичною властивістю, її проникність може з часом змінюватися. Це стає можливим завдяки спеціальним молекулам клітинної мембрани, які називаються іонними каналами. За певних умов їх можна відкрити, відповідно. закрити, змінюючи тим самим проникність для різних заряджених іонів і тим самим змінюючи величину клітинного потенціалу. Для різних типів клітин ці зміни призводять до різних подій. Найважливішу роль відіграють електричні зміни нервових клітин, завдяки яким вони можуть генерувати, обробляти та поширювати сигнали, інформацію, необхідну для управління життєвими функціями організму та моніторингу. Електричні сигнали та зміни також є причиною скорочення м’язових волокон і, отже, цілого двигуна, вони дозволяють секреції залоз, дефекації тощо. Під час ембріонального розвитку вони навіть необхідні для правильного розвитку кінцівок та органів тіла.


Правопис P300 допомагає спілкуватися з людьми з обмеженими можливостями.

Мозок проти комп’ютера

Продюсер
електрика блискавка електронно-променева трубка в телевізорі елек. розетка елек. клітина вугра м'язова клітина людини
Розмір напруги Від 100 МВ до 1 ГВ 25 кВ 230 В 150 мВ 90 мВ

Вимірювання електрики в живому організмі

Вміючи вимірювати електричні напруги та струми, ми також можемо вимірювати електричні зміни в організмі. Принцип такий же, як і при вимірюванні напруги в електричній мережі, нам просто потрібні більш чутливі вимірювальні прилади. Щоб дати вам уявлення про те, що таке цінності, наведемо лише кілька прикладів. Мембранний потенціал м'язової клітини становить приблизно -90 мВ, потенціал нервової клітини становить приблизно -70 мВ (потенціал модифікованої електричної клітини вугра до -150 мВ). Хоча це відносно високі значення потенціалу (напруги), струми, які можуть генерувати клітини, дуже малі. Вони вимірюються в нано-пікоамперах.

Ми можемо виміряти електричне поле цілих органів, таких як серце (ЕКГ), мозок (ЕЕГ), скелетні м’язи (ЕМГ), безперервність окремих нервових шляхів (індуковані потенціали), ми можемо оцінити функціональність нервових ланцюгів, рефлекси (Гофман рефлекторний). Ми можемо виміряти активність груп клітин (одинична активність), навіть активність окремих клітин. За виміряними значеннями ми можемо судити, чи працює конструкція нормально, або ми можемо діагностувати причину, якщо виникає проблема.

Технологія досягла колосального прогресу у вимірі електричних сигналів тіла. Якщо на момент заснування на початку 20 століття для вимірювання ЕКГ потрібно було обладнання в кількох кімнатах, сьогодні учні шкіл мають навчальні засоби для вимірювання електричної активності серця розміром із сірникову коробку. Подібно до ЕЕГ. Донедавна придбання високоякісного апарату ЕЕГ було таким самим вимогливим з точки зору ціни та простору, як придбання КТ сьогодні. Сучасні пристрої ЕЕГ, що використовуються в клінічній практиці, є невеликими, компактними та непропорційно дешевшими. Навіть простий прилад для вимірювання електричної активності мозку сьогодні можна купити за кілька десятків чи сотень євро. Таким чином, технічний прогрес дозволив розширити ці заклади до невеликих диспансерів, дорадчих центрів і навіть домогосподарств.

Використання обліку електроенергії

У своїй роботі в Інституті нейробіології Біомедичного центру Словацької академії наук в Кошице ми займаємося вивченням та лікуванням пошкодження нервової системи лабораторних тварин. У цій роботі ми використовуємо методи відчуття електричної активності нервової та м’язової тканини; ми також контролюємо вплив електростимуляції на функціональну регенерацію пошкодженої тканини.