Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам про электричество в теле человека.

Сюжет о Викторе Франкенштейне, создавшем монстра из неживой материи, идейно восходит к проведенным в XVIII веке опытам Луиджи Гальвани, который заставил мышцы лягушки сокращаться под действием электрического тока. Его эксперименты вдохновили многих исследователей на изучение функций электричества в теле живых существ. На сегодняшний день ученые сильно продвинулись в этой области: придумали обезболивающие, выяснили, что заставляет наше сердце биться, что происходит в голове у влюбленных и многое другое.

Между электричеством нашего организм, и электричеством, которое обеспечивает наши дома, есть два фундаментальных различия. Электричество из розетки представляет собой поток электронов. В отличие от этого практически все токи в живых существах являются потоками ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме связаны с пятью типами частиц: четырьмя положительными ионами — натрия, калия, кальция и водорода — и одним отрицательным хлорид-аниона.

Второе важное различие связано с направлением движения частиц. Ток в электрической цепи течет вдоль проводника, в то время как распространению электрического импульса по нейрону способствует движение ионов в перпендикулярном направлении.

В книге «Искра жизни» Фрэнсис Эшкрофт собрала воедино имеющиеся на сегодняшний день знания об электрических токах в организме человека и процессах на клеточном и молекулярном уровне, управляющих передачей электрических импульсов.

В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов в 70 мВ, которую также называют потенциалом покоя. Изменение этого потенциала возможно при проходе заряженных частиц через мембрану внутрь и наружу клетки через специальные шлюзы — ионные каналы.

Для управления ионными каналами соседей нервные клетки выпускают в синаптическую щель — место контакта нейронов — специальные вещества, нейромедиаторы. Они специфично взаимодействуют с ионными каналами в мембране целевой клетки, подходя к определенному типу каналов как ключ к замку. В результате взаимодействия канал открывается, пропуская через себя ионы внутрь или наружу клетки. Направление движения частиц при этом зависит от концентрации ионов и распределения зарядов.

В состоянии покоя потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы клеток нервной и мышечной ткани находятся в закрытом состоянии под действием потенциала покоя. Они открываются только тогда, когда потенциал смещается в положительную сторону: когда это происходит, генерируется нервный импульс.

Хотя потенциально нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.

Поддержание клеток в поляризованном состоянии жизненно важно для организма и крайне энергозатратно. Один лишь мозг использует около 10% вдыхаемого кислорода для поддержания работы натриевого насоса и подзарядки аккумуляторов нервных клеток.

Наибольшее значение для генерации нервного импульса имеют калиевые и натриевые каналы. Это подчеркивает тот факт, что яды пауков, моллюсков, актиний, лягушек, змей, скорпионов и множества других экзотических существ воздействуют именно на них и, таким образом, нарушают функционирование нервов и мышц. Многие токсины крайне специфичны и нацелены на какой-нибудь один вид ионных каналов.

Разные яды имеют разный механизм действия: некоторые из них закупоривают ионные поры, а некоторые выступают в роли «распора», фиксируя канал в открытом состоянии. Это приводит к тому, что результатом проникновения в организм одних токсинов является паралич, а других — чрезмерное возбуждение, вызывающее судороги.

К примеру, яд тетродотоксин, содержащийся во внутренностях иглобрюха, которого японцы называют «рыба фугу», обладает специфичностью к натриевым каналам. Прочно закупоривая ионные поры, он препятствует нормальной передаче нервных импульсов, вызывая паралич и зачастую приводя к летальному исходу. Тем не менее, гурманы со всего мира регулярно рискуют жизнью, чтобы отведать фугу: при правильном приготовлении она перестает быть ядовитой, и лишь слегка покалывает небо.

Еще один токсин, ради эффекта которого люди готовы рискнуть — ботокс, используемый в косметических целях для разглаживания морщин. Ботокс, он же ботулотоксин — яд бактерий вида Clostridium botulinum , — один из самых сильных известных природных ядов. Он препятствует сокращению мышц и постепенно приводит к смерти от удушья. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, однако инъекции ботокса под кожу в ничтожных концентрациях способствуют избавлению от мимических морщин.

На этом все, читайте умные книги, не суйте пальцы в розетку и читайте портал «Чердак»! А в следующем выпуске я расскажу вам о том, как мы делаем ЭТО.

5. «Волны смерти»

Кстати, живое электричество является причиной многих весьма странных явлений, которые наука объяснить до сих пор не в силах. Пожалуй, самое известное из них – «волна смерти», открытие которой повлекло новый этап споров о существовании души и о природе «околосмертного опыта», о котором иногда рассказывают люди, пережившие клиническую смерть.

В 2009 году в одной из американских больниц были сняты энцефолограммы у девяти умирающих людей, которых на тот момент было уже не спасти. Эксперимент проводился, чтобы разрешить давний этический спор о том, когда человека действительно мертв. Результаты были сенсационными – после смерти у всех испытуемых мозг, который уже должен был быть умерщвлён, буквально взрывался – в нем возникали невероятно мощные всплески электрических импульсов, которые никогда не наблюдались у живого человека. Они возникали через две-три минуты после остановки сердца и продолжались примерно три минуты. До этого, подобные эксперименты проводились на крысах, у которых то же самое начиналось спустя минуту после смерти и продолжалось 10 секунд. Подобное явление ученые фаталистично окрестили «волной смерти».

Научное объяснение «волнам смерти» породило множество этических вопросов. По словам одного из экспериментаторов, доктора Лакхмира Чавла, подобные всплески мозговой активности объясняются тем, что от недостатка кислорода нейроны теряют электрический потенциал и разряжаются, испуская импульсы «лавинообразно». «Живые» нейроны постоянно находятся под небольшим отрицательным напряжением – 70 миннивольт, которое удерживается, за счет избавления от положительных ионов, которые остаются снаружи. После смерти – равновесие нарушается, и нейроны быстро меняют полярность с «минуса» на «плюс». Отсюда и «волна смерти».

Если эта теория верна, «волна смерти» на энцефолограмме проводит ту неуловимую черту между жизнью и смертью. После нее работу нейрона восстановить нельзя, организм больше не сможет получать электрические импульсы. Иными словами, дальше врачам уже нет смысла бороться за жизнь человека.

Но, что если посмотреть на проблему с другой стороны. Предположить, что «волна смерти» - последняя попытка мозга дать сердцу электрический разряд, чтобы восстановить его работу. В таком случае, во время «волны смерти» нужно не складывать руки, а напротив использовать этот шанс для спасения жизни. Так утверждает доктор-реаниматолог, Ланс-Беккер из Пенсильванского Университета, указывая на то, что бывали случаи, когда человек «оживал» после «волны», а значит яркий всплеск электрических импульсов в человеческом теле, а потом спад, еще не могут считаться последним порогом.

В морях и океанах есть существа, обладающие удивительными и поразительными способностями вырабатывать электричество. Одним из таких созданий является электрический скат.

Как скаты вырабатывают электричество?

Все благодаря специальным электрическим органам, находящимся внутри этих существ. Они возникли как у пресноводных, так и у морских рыб. Известно, что такие же органы имели некоторые их ископаемые предки. Современная ихтиология насчитывает более 300 видов разных рыб, имеющих электрические органы. Эти органы представляют собой видоизмененные мышцы. У тех или иных «электрорыб» они отличаются своим местоположением. Например, у скатов они представляют собой почковидные образования.

Если говорить простым языком, то электрические органы скатов – это своеобразные мини-генераторы, вырабатывающие весьма приличный заряд тока. Этого заряда хватит на то, чтобы обездвижить не только рыбу, но и человека! Есть специалисты, которые утверждают, что скаты могут за один раз вырабатывать напряжение в 300 вольт. Электрические органы располагаются в спинной и брюшной частях тела этой «электрорыбы». Их можно сравнить с гальванической или электрической батареей.

Каждый из таких органов состоит из многочисленных электрических пластин, собранных в столбики. Это видоизмененные нервные, мышечные и железистые клетки. Между их мембранами и генерируется разность потенциалов. Электрические органы иннервируются специальными ветвями языкоглоточного, лицевого и блуждающего нервов, которые, в свою очередь, подходят к электроотрицательной стороне вышеупомянутых пластинок.

В каких случаях скаты вырабатывают электричество?

Эти создания используют свои уникальные электрогенные свойства в двух случаях: если им угрожает какая-либо опасность, или во время охоты (поиска добычи). Любопытно, что сами скаты не страдают от выпускаемого ими электрического разряда. Это объясняется специальной «изоляцией», которой наградила их матушка-природа. Кстати, электрогенными свойствами обладают не только электрические скаты, но и некоторые другие их виды, не относящиеся к семейству электрических: органы этих существ расположены только на хвосте.

Те рыбаки, которые имели неосторожность на себе почувствовать всю силу воздействия этой «электрорыбы», оставались крайне недовольными. По их словам, удар током от электрического ската сопровождается продолжительной сонливостью, дрожью в ногах, потерей чувствительности, онемением верхних конечностей.

Любопытно, что такое удивительное электрогенное свойство этих созданий успешно эксплуатировалось еще в Древней Греции. Греки использовали этих чудо-рыб для обезболивания во время какого-либо оперативного вмешательства, либо при деторождении.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Все интересное

С древнейших времен люди наблюдали электрические явления, однако постичь, описать и реализовать их получилось относительно недавно. А началась история открытия электричества и его импульсов с исследованием природного «солнечного камня» -…

Любой человек, не особенно посвященный в область электротехники, наслышан о том, что различают ток постоянный и ток переменный. Специалисты говорят еще о пульсирующем электрическом токе. Где, в каких областях энергетики используют тот и иной ток, и…

Самая крупная река в мире – Амазонка. Она же признана и самой опасной. Причиной тому является обилие различного рода фауны, опасной для жизни человека. Хищники АмазонкиАмазонка – южноамериканская река, имеющая протяженность 6992,06 км. Глубина ее…

Кровля – это часть архитектурного образа здания. По сути, это важнейший защитный элемент конструкции строения. От качества крыши зависит не только долговечность постройки, но и внешний вид дома, а также комфортность проживания в нем. Поэтому выбор…

Далеко не каждый может позволить себе установить в своем доме или квартире настоящий камин. Отличной заменой ему является камин электрический - теплый, яркий, красивый, отличающийся от настоящего лишь тем, что вместо огня в нем «пылает»…

Животные организмы имеют два вида генераторов электричества: внутренние и наружные. К внутренним относятся мозг и сердце, к наружным пять органов чувств (зрение, слух, вкус, обоняние и осязание).
В головном мозге биотоки вырабатываются в том месте, где располагается ретикуло-эндотелиальная формация. От головного мозга биотоки поступают в спинной мозг, а оттуда по нервным сплетениям направляются ко всем органам и тканям. Далее очень мелкие нервы проникают во все органы грудной и брюшной полости, в кости, мышцы, сосуды, связки туловища и конечностей. Нервные ткани являются специфическими проводниками биотоков. Нервы играют в организме ту же роль, которую играют металлические (алюминиевые, медные) провода с изоляцией в электротехнике. В виде тончайшей сеточки они пронизывают все внутренние органы и мягкие ткани организма. В конце своего пути биотоки покидают нервные окончания и переходят в межклеточное пространство неспецифических проводников электричества внутренних органов, мышц, сосудов, кожи и т. д. Все ткани человеческого тела состоят на 95% из воды с растворенными в ней солями. Поэтому живые ткани являются прекрасными проводниками электричества.
В сердце биотоки генерируются в синусовом узле. От него концентрированный поток электронов проходит по пучку Гисса, нервные ветви которого заканчиваются клетками Пуркинье, диффузно расположенными в миокарде. Клетки Пуркинье передают биоимпульсы к мышечным клеткам сердца. Под действием биоимпульсов происходит сжатие сердечной мышцы - систола. Далее сердечные биотоки покидают пределы сосредоточения и «растекаются» по всему телу. Благодаря этому электрокардиограф фиксирует наличие биотоков на контактных металлических пластинках, которые соприкасаются с кожей грудной клетки, ног и рук.
Диастола (то есть расширение сердца и увеличение объёма полостей желудочков и предсердий) происходит благодаря резиноподобного действия толстых стенок сердечных мышц. Если взять мячик из мягкой резины (или из поролона) и сжать его кистью руки, то его объём можно уменьшить в 5 раз. Для сердца это будет сжатие (систола) от действия электрического импульса на мышечные волокна, который вырабатывается в собственной сердечной «электростанции». После того, как кисть руки кончит сжимать резиновый мячик, разожмётся, моментально мячик увеличивается в размере в 5 раз по причине эластичности (как у резины). Это этап расправления резинового меча, аналогичный сердечной диастоле. Диастола сердца происходит благодаря «резиновой» эластичности миокарда, а не благодаря повторному воздействию электрических импульсов на миокард с целью насильственного увеличения объёма сердца. Инфаркт сердца – это возникновение ограниченного, спазмированного участка сердечной мышцы, который из-за склероза сосудов внутри этого участка, потерял свою эластичность и не увеличил свой объём после прекращения сжатия, не расширился как резинка.
Естественная смерть старых людей происходит по причине прекращения выделения электрической энергии «электростанцией» мозга или «электростанцией» сердца. Исследования электрофизиологов показали, что ретикуло-эндотелиальная формация вырабатывает электричества в ватах в сутки при бодрствовании человека (то есть во время работы в дневное время суток) в 5 – 10 раз больше, чем её генерируется в мозгу спящего человека (то есть ночью). Хорошо известно, что основное количество электрической энергии тратится на работу мышц конечностей и туловища и на интеллектуальную работу мозга. Если измерять электрическую энергию, которую вырабатывает ретикуло-эндотелиальная формация (в ватах за сутки), то на протяжении жизни (например, на протяжении 80 лет) её количество меняется. Самое высокое количество энергии вырабатывает мозг человека в юношеском и молодом возрасте, то есть в возрасте 18 – 27 лет. В это время мышечная и интеллектуальная сила мужчин и женщин самая высокая. Самое низкое количество электроэнергии вырабатывается внутри мозга детей до года и стариков после 70 лет. Вот почему дети и старики ослаблены в физическом отношении и нуждаются в посторонней помощи. Также хорошо известно, что дети и старики ослаблены и в интеллектуальном отношении.
В 89 % случаев смерть старого человека происходит по причине инсульта, инфаркта, раковой опухоли или от наличия другой болезни (пневмонии, диабета, цирроза печени и так далее). Но в 11 % случаев смерть старого человека происходит от старости, то есть – по естественным причинам. Что это за причины? Естественная смерть старых людей происходит по причине прекращения выделения электрической энергии «электростанцией» мозга или «электростанцией» сердца. Нервные клетки электрических генераторов в мозгу и в сердце стареют и перестают функционировать, перестают вырабатывать электрические потенциалы. Возникает или остановка дыхания, или остановка сердцебиения, что неизбежно приводит к гибели всего организма. Естественная смерть старого человека от остановки дыхания происходит в 24 % случаев, а в 76 % случаев смерть происходит от прекращения деятельности электростанции сердца, от остановки сердца. Механизм смерти стариков от остановки дыхания следующий. Из ретикуло-эндотелиальной формации поток биоимпульсов поступает в продолговатый мозг, откуда дыхательный центр направляет электрические импульсы дыхательным мышцам грудной клетки. Происходит увеличение объёма грудной клетки и лёгких, то есть – происходит вдох, и воздух закачивается а в легочное «бронхиальное дерево». Далее следует выдох. Электрические импульсы поступают к мышцам – антагонистам, которые уменьшают объём грудной клетки и лёгких, то есть – происходит выдох, происходит выталкивание воздуха из легочного «бронхиального дерева». У старых людей отмирают клетки ретикуло-эндотелиальной формации мозга, и генерация электрических токов в (количественном отношении, в ватах в сутки) прогрессивно уменьшается. Смерть – это полное прекращение работы ретикуло-эндотелиальной формации мозга. При этом в первую очередь останавливается дыхание, так как оно осуществляется благодаря работе дыхательных мышц грудной клетки. Как только дыхательный центр мозга перестаёт подавать биоимпульсы к дыхательным мышцам, возникает смерть от удушья.
Если у какого-то человека быстрее стареет генератор электричества в сердце (который так же состоит из нескольких тысяч нервных клеток), то смерть происходит от прекращения выработки электричества внутри «электростанции» сердца. Генератор электричества в сердце прекращает «выстреливать» электрические токи, а поэтому происходит остановка сердечной деятельности. Не происходит сердечная систола, возникает остановка сердечных сокращений и организм умирает.
Спортивная медицина доказывает, что ежедневные и не слишком интенсивные занятия любительским спортом поддерживают высокий тонус ретикуло-эндотелиальной формации и сердечная «электростанция» намного дольше (до 100 и более лет) выделяет электрические импульсы. Спортсмен усилием воли заставляет напряженно работать мышцы, а для их работы необходимо большое количество электрической энергии, которые производятся в мозгу и в сердце их генераторами электричества. Тренировки заставляют работать на полную мощность «электростанции», которые расположены внутри мозга и сердца, заставляют и в старости сохранять мощную генерацию электричества. Регулярные мышечные усилия заставляют выделять электричество в «электростанциях» мозга и сердца достаточно долгое время (100 лет и более). Чрезмерное физическое перенапряжение приводит к истощению генераторов электричества в мозгу и сердце, что приближает момент остановки их деятельности, что предрекает быструю гибель организма. Практическая медицина доказывает, что дольше живёт тот человек, который занимается не умственным трудом, а ежедневным, умеренным физическим трудом! Современные люди, особенно городские жители, мало двигаются, редко делают интенсивную физическую работу, а поэтому их «биологические электростанции» быстро дряхлеют. Ежедневный спорт в лесу или на открытом стадионе (где повышенно содержание кислорода) – это залог долгой жизни.

Внутри глаза также имеется специфический генератор биотоков в виде сетчатки. Когда свет попадает на сетчатку глаза, возникает поток электронов, который дальше распространяется по зрительному нерву и передается в кору головного мозга. Благодаря выработке биотоков сетчаткой глаза человек получает возможность видеть окружающий мир. Зрение дает человеку более 80% информации.
Внутреннее ухо является генератором электроимпульсов, которые возникают при воздействии звуковых волн. Чувствительные слуховые клетки кортиева органа расположены на основной мембране внутреннего уха (улитка) и приходят в возбуждение при колебаниях основной мембраны. Из улитки биотоки проходят по слуховому нерву в продолговатый мозг, а дальше в кору головного мозга.
Кожные рецепторы воспринимают прикосновение, давление, болевое раздражение, холодовое и тепловое воздействие. При гистологическом исследовании в коже обнаружено большое количество нервных окончаний в виде кисточек, корзинок, розеток, окруженных капсулой. Тактильную чувствительность воспринимают клетки Меркеля, Фатера-Пачини и тельца Мейснера. Свободные окончания осевых цилиндров в виде заострений и пуговчатых утолщений воспринимают болевую чувствительность. Колбы Краузе, тельца Мейснера и Руффини воспринимают чувство холода и тепла. На 1 квадратном сантиметре кожи находится 200 болевых рецепторов, 20 тактильных, 12 холодовых и 2 тепловых. Воздействие давления, тепла, холода, укола и других видов травмы на эти кожные рецепторы приводит к возникновению биоимпульсов, которые по мелким и крупным нервным стволам передаются в спинной мозг, далее в продолговатый мозг и кору полушарий. Кожные рецепторы относятся к самым мелким генераторам электричества в организме человека.
Обонятельные нервы берут свое начало на так называемых митральных клетках обонятельной луковицы. Воздействие пахучих веществ на эти клетки приводит к возникновению биоимпульсов. Нервные обонятельные клетки заканчиваются в грушевидной извилине коры головного мозга.
Вкусовые рецепторы расположены на языке и представлены микроскопическими «вкусовыми почками», которые объединяются во вкусовые сосочки. При воздействии химических веществ вкусовые сосочки языка вырабатывают биоимпульс, т.е. вкусовые сосочки играют роль генераторов электрического тока. Вкусовые нервы относятся к волокнам лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов. По ним биоимпульсы проходят к таламусу и заканчиваются в опекулярной области коры головного мозга. В этой области возникают электропотенциалы после раздражения вкусовых рецепторов химическими веществами.
Если все электричество, которое вырабатывается перечисленными органами (головным мозгом, сердцем, пяти органами чувств) на протяжении суток принять за 100%, то 50% этого количества вырабатывает сердце, 40% - мозг, и только 10% - органы чувств (сетчатая оболочка глаза – 7%, внутреннее ухо – 2%, и 1% - тактильные, обонятельные и вкусовые рецепторы). Конечно, если человек перенес сильную травму, то тогда болевые рецепторы (тактильные органы чувств) могут выработать до 90% всего количества биоимпульсов, выработанных человеком за сутки.
Из сказанного можно сформулировать второй закон биоэлектрофизики: в организме человека имеется 7 биологических генераторов биотоков. Физиологические исследования нервных тканей давно установили факт существования двух различных по функциональной деятельности нервных клеток: эфферентных и афферентных. В эфферентной электрической цепи биотоки распространяются от центра (мозга) к периферии (кожным покровам), проходя через все внутренние органы и ткани. В афферентных путях биотоки распространяются от внешних генераторов электричества (органов чувств) к центральной нервной системе (сначала к спинному, а потом – к головному мозгу). Это положение относится ко второму закону биоэлектрофизики.

В то время, как человечество научилось вырабатывать и применять в своих целях электричество всего пару столетий тому, некоторые из братьев наших меньших от природы получили столь необычный дар. Еще с незапамятных времен отдельные обитатели водоемов удивляли людей своими загадочными способностями. Таких животных боялись или боготворили, а их возможности находили применение даже в медицине. Естественно, в природе применение “животного электричества” ограничивается исключительно самозащитой или охотой, хотя способности некоторых организмов до сих пор недостаточно изучены.

Пожалуй, самым известным представителем фауны, обладающим подобными возможностями, является электрический скат. Специальные органы, вырабатывающие электричество с напряжением от 8 до 220 вольт (в зависимости от вида), у них расположены по бокам. Они используются преимущественно для самообороны, чтобы на время оглушить и обездвижить врага, или же для охоты. Обычно после разряда скату необходима перезарядка, поэтому некоторое время они являются вполне безвредными. Сами они никогда не нападают на людей и не представляют собой угрозу жизни, но их разряды могут быть весьма болезненными. Самым известным представителем вида является атлантический мраморный скат Торпедо (Torpedo marmorata).

Еще одним жителем вод, одаренным подобными способностями, является электрический угорь. Обитает он в основном в реках Южной Америки и считается очень опасным для людей: если сила тока и не способна убить, то лишить сознания — запросто. Электрические органы покрывают большую часть его тела, поэтому и разряд, который они производят намного больше (напряжение до до 1300 В) и опаснее. Дополнительно эта рыба имеет электрический орган, играющий роль локатора.

Электрический сом обитает в тропических и субтропических областях Африки и относится к сильноэлектрическим рыбам. На его теле также расположены электрические органы, способные производить ток напряжением до 450 В. Упоминания о необычных способностях сома часто встречаются в летописных источниках и фольклоре народов этого региона.

Помимо вышеперечисленных представителей водного мира, вырабатывать и использовать ток в своих целях могут многочисленные бактерии. К примеру недавно ученые обнаружили на дне океана странные электрические потоки. Как выяснилось в ходе исследования, их происхождение связано с жизнедеятельностью неизвестного вида микроорганизмов. Эти одноклеточные живут колониями, соединяясь в цепочки и образуя живой электрический , способный передавать электрические импульсы на значительные расстояния. Это открытие интересно не только микробиологам, но и исследователям из других областей знания. Оно еще раз подтверждает и без того несомненное могущество и непредсказуемость природы.