Глава 17. Биоэлектрогенез в клетках

А. Гальвани

В живых системах огромное количество процессов определяется электрическими явлениями. Еще издавна было известно так называемое животное электричество. Электрические разряды рыб - скатов и угрей (напряжения могли достигать величин до 600 В) - использовались медициной еще в древнем мире для лечения различных недугов. Электрическую природу нервного импульса открыл Луиджи Гальвани, профессор анатомии в г. Болонье. Гальвани экспериментально показал, что

мышечные сокращения конечностей препарированной лягушки могут вызваться электрическим импульсом и что биоэлектрогенез присущ нервам и мышечным тканям организма лягушки. В XIX веке биоэлектрические явления в тканях живого организма изучались Э. Дюбуа-Реймоном, В. Вейсом, Л. Германом, И.М. Сеченовым, Н.Е. Введенским и рядом других ученых. В дальнейшем в трудах ряда ученых была показана универсальная природа электрогенеза в живых системах и исследованы ее механизмы.

17.1. ИЗМЕРЕНИЕ БИОПОТЕНЦИАЛОВ

Одни из важнейших функций биологической мембраны - генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе мышечного сокращения, возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, всех видов рецепции. В медицине на исследовании электрических полей, созданных органами и тканями, основаны многие диагностические методы: электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и

другие. Разработаны методы терапевтического воздействия на ткани и органы внешними электрическими импульсами при физиотерапии и электростимуляции.

Многие биологические структуры, и прежде всего клетки, являются замкнутыми системами. Внутри клеток находится раствор электролита - цитоплазма. Снаружи находится также раствор электролита - внеклеточная жидкость. Химический состав этих электролитов различен, но их удельные сопротивления всегда на много порядков меньше разделяющей их биологической мембраны. В процессе жизнедеятельности в клетках и тканях могут возникать мембранные разности электрических потенциалов вследствие градиента концентрации ионов и переноса ионов через мембрану. Поэтому если электрические потенциалы цитоплазмы и внеклеточной жидкости различны, то именно к мембране приложена разность этих потенциалов. Эта разность потенциалов называется трансмембранным потенциалом или просто мембранным потенциалом: