În mod normal, se gândește la electricitate și viață ca la două fenomene separate, fără legătură. Ne imaginăm contactul cu electricitatea ca fulger sau șoc electric, care provoacă sentimente de pericol. În același timp, electricitatea, ca apa sau lumina soarelui, este o parte esențială a tuturor viețuitoarelor. Celulele utilizează electricitatea sub formă de semnale pentru a regla și menține funcțiile normale necesare supraviețuirii, divizării, migrației, diferențierii, creșterii, recuperării și morții. Fără electricitate, nici un singur mușchi (inclusiv inima) nu s-ar mișca în corpul nostru, nu ar apărea niciun gând, nici o singură amintire. Semnalele electrice ne permit să respirăm, să vedem, să auzim, să gustăm, să mirosim, să ne încălzim, să ne răcim, să ne mișcăm, să mâncăm și să digerăm, dar să simțim și durere. Fără curenți electrici, nu am fi în stare să ne sperii, să ne relaxăm sau chiar să ne îndrăgostim.

Electricitatea este indisolubil legată de viața noastră. La urma urmei, definiția oficială a morții o caracterizează ca fiind dispariția activității electrice detectabile a creierului. Și, deși există multe procese în corpul nostru bazate pe reacții biochimice atunci când vine vorba de revigorarea unei persoane, nu folosim pastile, ci impulsurile electrice ale defibrilatorului.

electricitatea

Protezele inteligente, conectate la nervii rămași pe cuvetă, devin înlocuiri funcționale ale membrelor după antrenament.

Electricitate în natură

Deci, cum este: este omul o creatură biochimică sau electrică? Ambii. O esență nu este posibilă fără cealaltă. Nu suntem ca oamenii din celebrul film Matrix, care produceau electricitate pentru a alimenta și a conduce mașini. Și nici măcar nu suntem ca o anghilă electrică care poate ucide un bivol cu ​​un șoc electric. (În cazul anghilei, aceasta este o specializare evolutivă, în care o parte a celulelor musculare au fost transformate în celule cu un potențial de membrană mai mare, interconectate astfel încât câmpul electric rezultat să atingă o tensiune de până la 650 V la un curent de 1 A). Nu avem o astfel de specializare și electricitatea din corpul nostru nici măcar nu ne servește „unitatea”. Munca musculară și mișcarea noastră sunt responsabile de procesele electrochimice. Electricitatea din ele joacă rolul de coordonator, declanșator. Semnalele electrice din corpul nostru transmit informații, sunt un mijloc esențial de comunicare, monitorizare și control al organismului. Lucrarea în sine este realizată prin legături chimice.

Cum este generată electricitatea în celulele vii?

Potențialul electric este o proprietate a fiecărei celule vii, animale sau plante. Cum o creează celula? În spatele tuturor se află membrana celulară, care nu este complet impermeabilă - este permeabilă la particulele încărcate (ioni), dar nu la toată lumea în același mod. Spunem că este semipermeabil. Această proprietate a membranei face ca distribuția ionilor în interiorul celulei să fie diferită de cea a mediului său exterior, ceea ce creează o diferență de potențial electric pe membrană, o tensiune electrică. Semipermeabilitatea membranei nu este o proprietate statică, permeabilitatea sa se poate schimba în timp. Acest lucru este posibil prin molecule speciale din membrana celulară numite canale ionice. În anumite condiții, acestea pot fi deschise, resp. să se închidă, schimbând astfel permeabilitatea pentru diferiți ioni încărcați și schimbând astfel dimensiunea potențialului celular. Pentru diferite tipuri de celule, aceste modificări duc la evenimente diferite. Cel mai semnificativ rol îl joacă schimbările electrice din celulele nervoase, astfel încât acestea să poată genera, procesa și propaga semnale, informații necesare pentru gestionarea și monitorizarea funcțiilor vitale ale corpului. Semnalele și modificările electrice sunt, de asemenea, cauza contracției fibrelor musculare și, astfel, a întregului motor, permit secreția glandelor, mișcările intestinului etc. În timpul dezvoltării embrionare, acestea sunt chiar necesare pentru dezvoltarea corectă a membrelor și a organelor corpului.


Ortograful P300 ajută la comunicarea cu persoanele cu handicap.

Creier versus computer

Producător
electricitate fulger tub de raze catodice în televizor elek. priză elek. celulă de anghilă celula musculara umana
Dimensiunea tensiunii 100 MV la 1GV 25 kV 230 V 150 mV 90 mV

Măsurarea electricității într-un organism viu

Prin capacitatea de a măsura tensiunile și curenții electrici, putem măsura și schimbările electrice din corp. Principiul este același ca atunci când măsurăm tensiunea în rețeaua electrică, avem nevoie doar de instrumente de măsurare mai sensibile. Pentru a vă face o idee despre care sunt valorile, doar câteva exemple. Potențialul membranar al unei celule musculare este de aproximativ -90 mV, potențialul unei celule nervoase este de aproximativ -70 mV (potențialul unei celule electrice modificate de anghilă până la -150 mV). Deși acestea sunt valori relativ ridicate ale potențialului (tensiunii), curenții pe care îi pot genera celulele sunt foarte mici. Acestea sunt măsurate în nano până la picoamperi.

Putem măsura câmpul electric al organelor întregi, cum ar fi inima (ECG), creierul (EEG), mușchii scheletici (EMG), continuitatea căilor nervoase individuale (potențiale induse), putem evalua funcționalitatea circuitelor nervoase, a reflexelor (Hoffman reflex). Putem măsura activitatea grupurilor de celule (activitate unitară), chiar și activitatea celulelor individuale. Din valorile măsurate putem judeca dacă structura funcționează normal sau putem diagnostica cauza dacă apare o problemă.

Tehnologia a făcut progrese enorme în măsurarea semnalelor electrice ale corpului. În timp ce la începutul său, la începutul secolului al XX-lea, măsurarea ECG necesită echipamente în mai multe camere, astăzi elevii din școli au mijloace didactice pentru a măsura activitatea electrică a inimii de mărimea unei cutii de chibrituri. Este similar cu EEG. Până de curând, achiziționarea unui dispozitiv EEG de înaltă calitate a fost la fel de solicitantă în ceea ce privește prețul și spațiul, precum achiziționarea CT astăzi. Dispozitivele EEG actuale utilizate în practica clinică sunt mici, compacte și disproporționat de ieftine. Chiar și un dispozitiv simplu pentru măsurarea activității electrice a creierului poate fi cumpărat astăzi cu câteva zeci sau sute de euro. Progresul tehnologic a făcut astfel posibilă extinderea acestor facilități în dispensare mici, centre de consiliere și chiar gospodării.

Utilizarea contorizării energiei electrice

În munca noastră de la Institutul de Neurobiologie al Centrului Biomedical al Academiei Slovace de Științe din Košice, ne ocupăm de studiul și tratamentul afectării sistemului nervos al animalelor de laborator. În această lucrare folosim metode de detectare a activității electrice a țesutului nervos și muscular; monitorizăm, de asemenea, efectele stimulării electrice asupra regenerării funcționale a țesutului deteriorat.