Скальпель, соединенный с… молнией
Ученые получили в свое распоряжение могучий источник электричества, но очень громоздкий и опасный - молнию. Тем не менее даже с помощью таких неудобных приборов и источников энергии, как вращающийся круг из серы, лейденская банка и молния, им удалось сделать еще один серьезный шаг в изучении новых явлений. И сделал его ученый, избравший своей специальностью совсем другую область науки - анатомию.
Кстати, мы редко задумываемся над тем, что первые, и наиболее важные, открытия в любой области знания совершают специалисты других разделов науки. Ведь не могут существовать, например, инженеры-электрики, когда еще неизвестно, что такое электричество… Может быть, такая закономерность не только естественна при зарождении новой ветви на древе знания, но и полезна для его постоянного пышного роста?
Луиджи Гальвани возглавил кафедру анатомии в Болонье в 1759 году, когда ему было всего 22 года, и долгие годы спокойно и вдумчиво исследовал костное строение птиц. Лишь через 12 лет он начал интересоваться электрическими явлениями и только в 1790 году, когда ему исполнилось 53 года, сделал свое удивительное наблюдение, благодаря которому его имя сохранилось в истории науки.
Лягушке Л. Гальвани давно следует поставить памятник: ей выпала честь открыть человечеству существование электрических токов внутри живых существ.
Рассказывают, что открытие Гальвани - целая цепь случайностей: заболевшей жене Гальвани прописали целительный бульон из лягушачьих лапок, Гальвани сам готовил этот бульон, чистил только что пойманную лягушку и однажды прикоснулся скальпелем к ее обнаженному нерву…
Все, что было до этого знаменательного момента, видимо, навсегда останется тайной, ибо именно с него начинает Гальвани, как выразился бы современный ученый, экспериментальную часть своей статьи «Об электрических силах при мускульных движениях», опубликованной в 1791 году: «Когда одно из лиц, помогавших мне, случайно чуть-чуть коснулось концом скальпеля внутреннего бедренного нерва лягушки, то мышцы конечностей вдруг сократились как будто от сильной судороги».
Гальвани не останавливается на этом и соединяет скальпель с «электрической машиной»: сокращения мышц многократно увеличиваются. Впечатление такое, что лягушка ожила!
У Гальвани вскоре появятся тысячи подражателей и последователей, жаждавших убедиться собственными глазами, как лягушка «оживает» под действием электрического тока…
Гальвани ведет свои опыты с электричеством так же методично и последовательно, как до сих пор - чисто анатомические исследования. Он решает заменить «электрическую машину» более мощным источником электричества - молнией.
Громоотвод Франклина уводил молнию в землю, и она становилась безопасной для людей. Гальвани же, наоборот, старался призвать молнию к участию в опытах с «животным электричеством».
Рисунок, приведенный в статье Гальвани, позволяет ясно представить себе этот оригинальный эксперимент: одна проволока, обвивающая мышцу лягушки, тянется в колодец, другая, соединенная с нервом задней лапки, закинута на крышу. Атмосферное электричество должно пройти через лягушку и уйти в землю.
«Как только появлялись молнии,- пишет Гальвани в своей статье,- тотчас же мышцы приходили в сильные сокращения, которые совпадали по времени с молнией и предшествовали грому».
«Мы пришли к мысли,- делает вывод ученый,- о присущем животным электричестве».
Да, не случайно подпрыгивали королевские гвардейцы, не зря сокращались мышцы лягушки, не напрасно быстро отнимали руку от лейденской банки первые исследователи, не только от испуга пальцы руки, случайно коснувшись обнаженных концов провода городской электросети в современной квартире, «отпрыгивают» назад! Все это происходит потому, что живой организм проводит, пропускает через себя электрический ток.
Но ведь природа ничего не делает зря! Быть может, внутри организма циркулируют еле заметные, но очень важные для жизни электрические токи, которые просто до поры до времени трудно было обнаружить?
Запись колебаний электрических токов, протекающих через сердце, мозг или мышцы человека, позволяет врачу установить причину заболевания.
Открытие Гальвани заставило именно в этом направлении работать мысль ученых. Усложнялась и улучшалась техника измерений, все более совершенными становились приборы, исследователи научились регистрировать как очень большие, так и еле заметные проявления электрической силы.
Прошел 121 год после опубликования статьи Гальвани, и в 1912 году было обнаружено, что внутри человеческого организма протекают очень небольшие электрические токи. Исследователи доказали, что любой процесс внутри человека - работа сердца и мозга, прохождение нервных сигналов, мышечные сокращения- сопровождается биологическими электрическими сигналами, имеющими для каждого органа характерную форму. Сравнивая форму сигналов определенного участка организма в здоровом и больном состоянии, легко установить причину заболевания.
Во время медицинского обследования в современной поликлинике и при жалобах пациентов на сердечные или головные боли врачи обязательно снимают электрокардиограмму или энцефалограмму - сигналы небольших биологических токов, протекающих в сердце или головном мозге.
Лежа с электродами, прикрепленными к разным частям нашего тела, мы не всегда вспоминаем о том, что человечество шло к этой процедуре больше 150 лет. И первое движение на этом пути сделал скальпель Гальвани…
Ибо очень легко обмануться в опытах и думать, что ты увидел и открыл то, что хотел увидеть и открыть.
Луиджи Гальвани.
Трактат о силах электричества при мышечном сокращении
В середине XVIII века, когда электричество было модной темой, в один прекрасный день некий ученый-любитель предстал перед Королевским научным обществом в Лондоне, дабы сделать доклад о том, что сегодня можно было бы назвать законом Симмера: разноцветные носки притягиваются, а одноцветные - отталкиваются. Чтобы ногам зимой было тепло, докладчик, правительственный чиновник, которого звали Роберт Симмер, носил две пары носков. Утром он надевал белые шелковые поверх черной шерстяной пары, а вечером менял их местами. Во время переодевания носков шерсть и шелк потрескивали и искрились, а Симмер, получивший прозвище Босоногий Философ, сидел в кресле и дивился происходящему.
«Когда при выполнении этого опыта два черных чулка находились в одной руке, а два белых - в другой, - сообщал он, - я становился свидетелем довольно любопытного действа: чулки одного цвета отталкивались, а противоположного - притягивались, при этом они приходили в сильную ажитацию, что, признаться, меня весьма забавляло».
Это был пик романтической эры в изучении электричества, когда ученые обсуждали, является ли электричество парами, жидкостью или, как предложил Бенджамин Франклин, «крохотными частицами». Крутились колеса генераторов статического электричества (большие крутящиеся диски или сферы, которые натирались для получения заряда), ученые-шоумены (они называли себя «электриками») передавали заряды по цепочке стоявших, взявшись за руки, людей. Эффектно выглядели и два других опыта: человека в кресле подвешивали с помощью шелковых канатов (чтобы он не был заземлен), и вокруг его головы появлялась светящаяся аура - словно нимб над головой святого; из числа зрителей выбирали молодую девушку, заряжали ее электричеством, и она, целуя своего кавалера, передавала ему заряд. То был, несомненно, незабываемый поцелуй.
Носки Симмера
Из трактата Жана-Антуана Нолле
«Письма об электричестве». 1767 год
При всей своей эфемерности, электричество было достаточно материальным, чтобы его можно было хранить в колбе. Если колбу изнутри и снаружи выстелить металлической фольгой и подсоединить к противоположным полюсам электростатического генератора, на одной стороне колбы будет собираться положительный заряд, а на другой - отрицательный, причем заряд будет сохраняться еще долго после отсоединения проводов. А если прикоснуться к обеим сторонам этого примитивного конденсатора, названного лейденской банкой, можно было получить удар током, сравнимый с ударом угря.
Машина XVIII века, генерирующая статическое электричество.
Две лейденские банки
Рисунок Бенджамина Франклина. 1750 год
Ученые не стеснялись смешивать эмпирические факты с неуемной фантазией и всерьез говорили о молнии, после удара которой инвалиды начинают ходить, а растения - расти быстрее. Джозеф Пристли, предположив, что электричество возникает в мозге, образуясь из флогистона, пошел дальше и высказал идею о том, что благодаря электричеству приходят в движение мышцы, расцвечен хвост попугая, «исходит сияние от некоторых животных» во время их ночной охоты и даже от некоторых людей «определенного темперамента в некоторых чрезвычайных ситуациях».
Были и те, кто предполагал наличие «нервно-электрической» жидкости, которая возникает в теле в результате трения. Такая идея потрясала умы. Только представьте себе: нервы и кости, как носки Симмера, трутся о мышцы, производя жизненную силу, т. е. электричество.
Однажды апрельским вечером 1780 года, немногим более четверти века после открытия, сделанного Симмером, Луиджи Гальвани, почтенный профессор анатомии, поднялся по террасе на крышу палаццо Замбони, стоявшего недалеко от его дома в Болонье. В его руках были моток проволоки и ножки лягушки, препарированной, как профессор любил говорить, «обычным способом», т. е. ножки эти были отсечены от спинного мозга и был виден выступающий наружу седалищный (или бедренный) нерв.
На юге собирались тучи, но Гальвани, ничего не замечая, разложил на столе обезглавленную лягушку и присоединил ее к проволоке, на которой развешивалось белье. Вскоре разразилась гроза, и Гальвани с увлечением смотрел, как при каждой молнии сокращались мышцы лягушечьей лапки, словно предупреждая о предстоящем раскате грома.
Гальвани много лет добивался в своей лаборатории таких результатов, возбуждая нервы лягушки электричеством, получаемым с помощью генератора или в виде разряда лейденской банки. Эксперимент, проведенный на крыше палаццо Замбони, убедительно показал, что «естественное» электричество приводит к такой же физиологической реакции, что и «искусственное». Каким бы электричество ни было, утверждал ученый, оно заставляет мышцы двигаться.
Однако был некий эксперимент, который Гальвани никак не мог объяснить. Несколько лет назад один из его помощников случайно прикоснулся скальпелем к открытому нерву лягушки как раз в тот момент, когда второй помощник, работавший рядом с генератором, получил электрическую искру. Между генератором и рассеченным животным никаких проводов не было, но мышцы лягушки сократились так сильно, что создалось впечатление, что их свело. С того момента Гальвани не переставал изучать это явление.
Он уже знал, что сокращение мышцы произошло не от раздражения нерва прикосновением скальпеля. Убедившись, что генератор не работает, он надавливал на нерв металлическим лезвием. Независимо от его усилия, мышца оставалась неподвижной. Не было никаких сомнений в том, что причиной движения мышцы было электричество.
Другие эксперименты показали, что железный цилиндр, на который подается искра, заставляет мышцы сокращаться, тогда как стеклянный стержень этого не делает. Иногда, однако, бывали случаи, что мышцы не реагировали и на металлический скальпель. Гальвани быстро понял, что это происходит, когда он держит инструмент за костяную ручку, не касаясь заклепок и лезвия. Получалось, что сам экспериментатор являлся частью происходящего во время эксперимента. Чтобы проверить эту гипотезу, он поместил на столе металлический цилиндр так, чтобы тот касался лягушачьего нерва, и крутанул генератор. Лапка лежала без движения.
Шаг за шагом он удалял из эксперимента все переменные. Когда он подсоединял к мышце не цилиндр, а длинную проволоку, то искра, возникавшая на удалении, заставляла мышцу сокращаться. Ситуация стала проясняться. Ученые уже знали, что электричество может оказывать определенное воздействие на некотором расстоянии. Волосы на затылке человека поднимались, если рядом ударяла молния. Вращение генератора создавало в воздухе некоторое напряжение, которое называлось «электрической атмосферой». И скальпель, и тот, кто держал его в руках, представляли собой определенного рода антенну - громоотвод, разряжавшийся через лягушку.
Но Гальвани не исключал, что могло происходить и что-нибудь более странное. Если лягушка просто реагировала на искусственное электричество, передаваемое по воздуху, то интенсивность сокращений должна была зависеть от расстояния между ней и искрой. Прикрепив металлический крючок к спинному мозгу лягушки, а сам крючок - к отрезку проволоки, Гальвани проделал эксперимент несколько раз, меняя это расстояние. В одном эксперименте лягушка находилась в 50 метрах от генератора. Однако реакция мышцы была, как обычно, резкой даже в тех случаях, когда лягушку помещали в защитный оловянный цилиндр или изолировали в вакуумной камере. Меняя условия опытов, Гальвани пришел к выводу, что электричество, производимое машиной, не было причиной сокращения мышцы. Оно лишь являлось своего рода «запускающим механизмом», возбуждавшим «естественное электричество», которое текло по нервам лягушки.
Гальвани хорошо знал, как легко экспериментатору одурачить себя и увидеть то, что очень хочется увидеть. Он осторожно суживал круги вокруг своей добычи. В конце сентября, т. е. через несколько месяцев после эксперимента в палаццо Замбони, он взял несколько препарированных лягушек и развесил их с помощью металлических крючков на железной балке балкона. На этот раз ни грозы, ни искрящего генератора не было, но лягушачьи мышцы все равно сокращались.
По его мнению, электричество не могло возникать внутри металла. Один проводник, в качестве которого выступали крючок и железная балка, не мог хранить заряд. Для создания потенциала нужно было аккуратно развести отрицательный и положительный полюсы, как в лейденской банке. Труднее было отказаться от мысли, что атмосферное электричество каким-то образом проникло в животное и накопилось в нем, высвобождаясь в тот момент, когда крючок касался железной балки. Небо в тот день было ясное, но Гальвани все равно решил отмести такую возможность.
Одной рукой он поднял лягушку, остававшуюся на крючке, и стал опускать ее так, чтобы лягушачья лапка коснулась серебряной шкатулки. Держа другой рукой кусочек металла, он коснулся им той же блестящей поверхности, и у него возникла электрическая цепь, заставившая лягушку прыгнуть. То же самое произошло, когда он держал лягушку за туловище так, что крючок и одна лапка касались плоского проводника. «В тот момент, когда лапка коснулась поверхности, все ножные мышцы сократились, и лягушка приподнялась». При каждом прикосновении лапки к поверхности ее мышцы сокращались и сокращались, и лягушка подпрыгивала раз за разом до тех пор, пока ее энергия не иссякла. Разве может это быть чем-нибудь иным, кроме животного электричества?
В 1791 году Гальвани опубликовал свои находки в труде под названием «De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius» («О силах электричества при мышечном движении»), высказав предположение, что мышца лягушки ведет себя так же, как лейденская банка, храня и выделяя определенное органическое электричество. Тщательно записав свои эксперименты и проанализировав результаты, он позволил себе поразмышлять. Б людях, думал он, излишек электричества может приводить к беспокойству, приливам крови, а в крайних проявлениях - к эпилептическим припадкам. Выйдя за пределы своей области компетенции, он высказал предположение, что молнии и землетрясения могут иметь общую природу. «Однако предположения не могут быть беспредельны!» Иногда ему хотелось выяснить, участвует ли электричество во всех остальных функциях организма, например в кровообращении и внутренней секреции, но, обещал он, «об этом мы напишем, как только появится такая возможность, в другом комментарии, когда у нас будет немного больше свободного времени».
Поначалу Алессандро Вольта, один из самых выдающихся европейских физиков, когда-либо изучавших электричество, был потрясен открытием Гальвани. Он заявил, что эти эксперименты сделали животное электричество «очевидной истиной». А после этого принялся вежливо и последовательно развенчивать его теорию.
Взяв в качестве подопытного целиком всю лягушку, он пытался касаться спины лягушки кусочком металла, а лапок - монетой или ключом. Затем, сводя вместе металлический электрод и монету до тех пор, пока не возникала электрическая дуга, он в результате получал то же самое - «те же конвульсии, спазмы и судороги», о которых сообщал Гальвани. Но это происходило лишь в том случае, когда использовались два разных металла.
Гальвани, сообщая о своих экспериментах, отмечал, что «биметаллическая дуга», вероятно, приводила к усилению мышечных сокращений, однако расценил этот факт как уводящий в сторону от решения проблемы. Поначалу и Вольта был склонен считать, что определенное сочетание металлов каким-то образом усиливает ток собственного электричества лягушки в тот момент, когда цепь замыкается. Но потом он решил исследовать это явление более внимательно.
Обнажив седалищный нерв, он присоединил к нему два небольших металлических зажима, похожих на хомутки, оставив между ними небольшой зазор. Один хомуток был сделан из олова, а второй - из серебра. В момент замыкания цепи - когда оба хомутка сводились вместе или соединялись куском проволоки - мышцы конечности сокращались. То же происходило с парой олово-латунь. Вольта начинал верить, что проводящая дуга - это не только некоторое соединение, разряжающее или даже ускоряющее животное электричество. Она может сама являться источником энергии. Когда лягушачья лапка дергается, она функционирует как стрелка очень чуткого измерительного прибора, отмечая присутствие нового явления - биметаллического электричества. «Теория Гальвани и его объяснения… по сути своей лишены оснований, - писал Вольта одному из своих коллег, - и имеется что этот эксперимент ничего не доказал, поскольку углерод тоже является проводником.
Тогда другой сторонник Гальвани продемонстрировал, что может создать гальваническую реакцию, просто прикоснувшись к мышце лягушки одной рукой, а к отсеченному нерву - другой. «При каждом моем прикосновении лягушка вздрагивала, подпрыгивала, словно старалась от меня убежать». Вывод напрашивался сам собой: «…металлы не создают электрического движения… В них нет тайных, волшебных свойств».
В своем самом убедительном опыте Гальвани полностью исключил все внешние проводники и с большим изяществом разместил лягушку так, что ее седалищный нерв напрямую касался мышцы, приводившей в движение лапку лягушки. Лапка тут же дернулась. Откуда в этом случае могло взяться электричество, если не из самого животного?
Уверенный в своей правоте, Гальвани высмеял Вольту с помощью его же собственных слов: «Но если дело обстоит именно так, если электричество находится в самом животном, а не является общим свойством вешней среды, то что тогда остается от теорий синьора Вольты?»
Пришлось Вольте изменить свои теории. К этому времени он уже начинал подумывать о том, что, возможно, мышца, нерв, руки экспериментатора и даже сама лягушка являются слабыми проводниками второго рода. Подносился ли нерв к мышце, серебру или латуни, эффект был один и тот же: несхожие проводники производят то, что он назвал контактным электричеством.
Электрическая батарея Вольты
Рисунок из трактата А. Вольты «Об электричестве» 1800 год
В более ранних опытах Гальвани проводники первого рода - металлические скальпели, латунные крючки, серебряные шкатулки, крышки - были отделены влажными проводниками второго рода, т. е. лягушкой. С таким же успехом он мог использовать мокрый картон или, как продемонстрировал Вольта, человеческий язык. Положите серебряную монету сверху и медную снизу и, лизнув, вы можете ощутить привкус электричества. Эксперименты с одинаковым металлом тоже нашли свое объяснение. Один проводник первого рода образовывал дугу между двумя проводниками второго рода - нервом и мышцей. В конце концов, можно создать дугу из двух аморфных проводников второго рода - рукой и лягушкой. Не важно, какими будут проводники - естественными или искусственными, - главное, чтобы они были несхожими.
Сегодня мы знаем, что правы были оба ученых и каждому удалось доказать свою правоту с помощью элегантных опытов.
Начнем с Вольты. Взяв несколько десятков дисков - часть из них из меди, а другие - из цинка, - он, чередуя металлы, сложил все диски столбиком, разделяя их картонными шайбами, смоченными в соленой воде. При достаточной высоте столбика он при прикосновении получал легкий электрический удар. Можно было использовать серебро и олово или заменять картон маленькими чашечками с соленой водой, соединенными между собой биметаллическими электродами.
Так он изобрел электрическую батарею. В названии статьи, опубликованной в 1800 году, уже была сформулирована суть его открытия: «Об электричестве, возбуждаемом простым контактом проводящих веществ различного рода». Лягушка Гальвани оказывалась просто влажным разделителем в «электрической батарейке».
Но не тут-то было. Завершающий опыт Гальвани был не менее элегантным. Он препарировал очередную свою лягушку «обычным способом» - так, что у нее был выделен каждый основной нерв лапки. В предыдущих своих экспериментах он прикасался нервом непосредственно к мышце. На этот раз, используя небольшую стеклянную палочку, он соединил один нерв с другим, т. е. образовались два одинаковых проводника, но результат был тот же: мышца сократилась, чего не могло произойти, если бы второй нерв просто раздражался кусочком стекла.
«Какую теперь нужно призвать неодинаковость, чтобы объяснить мышечные сокращения, - вопрошал он, - ибо контакт создается только между нервами?» Он настаивал на том, что эффект возникает только потому, что «в самом животном имеется электрическая цепь».
И ни одному из этих двоих ученых не приходила в голову мысль, что их опыты просто дополняли друг друга и ходили они кругами вокруг одной и той же истины. Природное, искусственное, животное электричество является прежде всего электричеством. Вольта не мог понять, что наблюдаемое им «контактное» электричество было лишь химической реакцией (ему самому казалось, что его батарея была источником вечного движения), тогда как Гальвани настаивал на том, что его биологическое электричество является чем-то совершенно иным.
Пройдут годы, прежде чем физиологи детально разберутся в том, что удалось наблюдать разозлившемуся на Вольту Гальвани в опытах с лягушками: почему в организме каждая микроскопическая клетка действует как крохотная электрическая батарейка, ее мембраны функционально напоминают картонные прокладки, а заряженные ионы выполняют роль цинковых и медных монет. В результате возникло понимание положительного и отрицательного, а также электродвижущей силы под названием напряжение. Когда мышца приходит в движение или палец чувствует поверхность камня, по нервной системе протекает электрический ток. Эфемерная «жизненная сила» отсутствует. Жизнь - это всего лишь электрохимия.
(1798-12-04 ) (61 год)Одним из последователь Гальвани был его племянник Джованни Альдини , именно он одним из первых применил теоретические знания Гальвани на практике. Он стал проводить эксперименты, связанные с электрическими явлениями при мышечном сокращении, а точнее на трупах заключенных, которых приговорили к смертной казни.
Биография
Научная деятельность
- Считается одним из прототипов доктора Виктора Франкенштейна
Сочинения
- () «Трактат о силах электричества при мышечном движении» (De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius).
Литература
- Энциклопедия Химия из серии Золотой Фонд, 2003 год, под редакцией Золотова Ю. А., издательство Дрофа.
- 100 великих научных открытий, 2002 год, автор Самин Д. К., издательство Вече
- Лебединский А. В., Роль Гальвани и Вольта в истории физиологии, в книге Гальвани А. и Вольта А., Избранные работы о животном электричестве, М.-Л., 1937
- Гальвани – «Воскреситель мертвых» (Карцев В.П., "Приключения великих уравнений", М.: Знание, 1986)
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Гальвани" в других словарях:
- (Galvani) Луиджи (1737 98), итальянский физиолог и физик. Читал лекции по анатомии в Болонье и был первооткрывателем в электрофизиологии или «электрической проводимости животных». Его опыты с лягушачьими лапками доказали связь между мышечными… … Научно-технический энциклопедический словарь
ГАЛЬВАНИ - ГАЛЬВАНИ, Луиджи (Luigi Galvani, 1737 98), знаменитый анатом и физиолог (род. в Болонье), профессор медицины Бо лонского ун та. Работал по физиологии птиц и электрического ската. Случайное наблюдение над отпрепарированными лягушечьими лапками… … Большая медицинская энциклопедия
- (Galvani) Луиджи (1737 98), итальянский анатом и физиолог, один из основателей учения об электричестве, основоположник экспериментальной электрофизиологии. Первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении (животное электричество) … Современная энциклопедия
- (Galvani) Луиджи (Алоизий) (9.9.1737, Болонья, 4.12.1798, там же), итальянский анатом и физиолог, один из основателей учения об электричестве, основоположник электрофизиологии (См. Электрофизиология). Образование получил в Болонском… …
- (Luigi Galvani) знаменитый итальянский анатом и физиолог (1737 1798), родился в Болонье. Сначала занимался богословскими науками, но потом перешел к медицине и с 1772 г. начал читать лекции этой науки в Болонском университете, а с 1775 г. в… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
- (Galvani) Джакомо (1 XI 1825, Болонья 7 V 1889, Венеция) итал. певец (тенор) и педагог. Учился в Муз. лицее Болоньи у Гамберини и Л. Дзамбони. В 1849 дебютировал в Сполето. Пел в разл. т рах Италии, а также в Мадриде, Брюсселе, Льеже,… … Музыкальная энциклопедия
- (Galvani) Луиджи (1737 1798), итальян ский физиолог и анатом, основатель учения о «животном электричестве». В процессе экспериментов с препарированной лягушкой исследовал электрические явления при мышечном сокращении. Доказав наличие… … Биологический энциклопедический словарь
- … Википедия
Гальвани Л. - ГАЛЬВÁНИ (Galvani) Луиджи (17371798), итал. анатом и физиолог, один из основателей учения об электричестве, основоположник эксперим. электрофизиологии. Первым (с 1771) иссл. электрич. явления при мышечном сокращении (животное электричество … Биографический словарь
Гальвани (Galvani) Луиджи (Алоизий) (9.9.1737, Болонья, 4.12.1798, там же), итальянский анатом и физиолог, один из основателей учения об электричестве, основоположник электрофизиологии. Образование получил в Болонском университете, там же… … Большая советская энциклопедия
Книги
- Избранные работы о животном электричестве , А. Гальвани , Перевод знаменитого трактата Гальвани De viribus electricitatis in motu musculari commentarius сделан с латинского оригинала, находящегося среди других работ Гальвани на латинском и… Категория:
Цель : ознакомиться с биоэлектрическими явлениями с помощью биологических проб.
Первый опыт Гальвани
Оборудование : биметаллический пинцет, набор препаровальных инструментов, лоток, универсальный штатив, марлевые салфетки, раствор Рингера.
Объект исследования : лягушка.
Ход работы . Готовят нервно-мышечный препарат двух задних лапок лягушки. Берут биметаллический пинцет, одна бранша которого сделана из меди, а другая - из цинка. Медную браншу подводят к седалищному нерву, а другую прикладывают к мышце лапки.
Опишите и объясните наблюдаемые явления.
Суть первого опыта Гальвани состоит в том, что при соприкосновении нервно-мышечного аппарата с биметаллическим пинцетом наблюдается сокращение мышц. Первый опыт Гальвани с металлом косвенно доказывает наличие живого электричества при раздражении биметаллическим пинцетом нервно-мышечного препарата.
Второй опыт Гальвани
Вторым опытом Гальвани впервые было доказано существование в тканях «животного электричества», которое возникает между поврежденной и неповрежденной поверхностями мышцы. Если эти два участка соединить нервом нервно-мышечного препарата, то возникает ток покоя, который раздражает нерв и вызывает сокращение мышцы.
Оборудование : набор препаровальных инструментов, лоток, пипетка, стеклянный крючок, марлевые салфетки, раствор Рингера.
Объект исследования : лягушка.
Ход работы . Готовят нервно-мышечный препарат задней лапки лягушки. Тщательно препарируют седалищный нерв и отсекают его у позвонков. Мышцу пересекают в нижней трети и стеклянным крючком быстро набрасывают седалищный нерв таким образом, чтобы он одновременно коснулся поврежденной и неповрежденной поверхности мышцы.
Опишите и объясните наблюдаемые явления
| ВЫВОД: Второй опыт Гальвани, для этого следует положить нервно-мышечный аппарат на доску. После чего, нужно отрезать кусочек мышцы и с помощью стеклянного крючка быстро набросить нерв препарата на поврежденный участок мышцы так, чтобы он коснулся одновременно неповрежденной и поврежденной поверхности мышцы. Мышца при этом начинает сокращаться. В этом случае источником электродвижущей силы являлась разность потенциалов между неповрежденным и поврежденным участком нерва. Таким образом, второй опыт Гальвани доказал существование животного электричества. Появление электрических токов, что возникают при возбуждении, заключается в том, что участок ткани (нерв, мышца т.п.) в момент возбуждения заряжается по отношению к другим участкам электроотрицательно. Участки, что находятся в покое, заряжены электроположительно. Итак, возникает разность потенциалов, что является необходимым условием появления электрического тока. |
ЗАНЯТИЕ №4:Физиология синаптической передачи. Нейрон и его интегративная функция.
Вопросы для подготовки
1. Морфофункциональная характеристика нервной клетки.
2. Классификация нервных проводников. Физиологические свойства нерва.
3. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам.
4. Механизм проведения возбуждения по миелинизированным и безмиелиновым волокнам. Понятие о токах действия.
5. Синапс. Классификация. Морфофункциональная организация химического синапса. Структура пре- и постсинаптической мембран. Понятие о медиаторах, фармакорецепторах.
6. Основные этапы и особенности передачи возбуждения в химическом синапсе. Понятие о возбуждающем и тормозном постсинаптическом потенциале (ВПСП и ТПСП), потенциале концевой пластики (ПКП). Свойства ВПСП и ТПСП.
7. Электрическая синаптическая передача. Строение и функции электрических синапсов.
8. Нейрон как морфо-функциональная единица ЦНС, функциональная классификация нейронов. Интегративная функция нейрона, механизмы ее осуществления.
9. Глия, виды, свойства, функции.
10. Торможение, виды торможения.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:
1. Перечислите законы проведения возбуждения по нервным проводникам.
Закон анатомической и физиологической непрерывности – возбуждение может распространяться по нервному волокну только в случае его морфологической и функциональной целостности.
Закон двустороннего проведения возбуждения – возбуждение, возникающее в одном участке нерва, распространяется в обе стороны от места своего возникновения. В организме возбуждение всегда распространяется по аксону от тела клетки (ортодромно).
Закон изолированного проведения – возбуждение, распространяющееся по волокну, входящему в состав нерва, не передается на соседние нервные волокна.
2. Дайте определение понятию синапс.
(synapse) - функциональный контакт мембран двух нервных клеток, через который нервные импульсы передаются от одного нейрона к другому. (состоит из пресинаптической и постсинаптической частей, разделенных синаптической щелью - ред.) Достигнув синапса, импульс вызывает освобождениенейромедиатора, который диффундирует в синаптическую щель и связывается с рецептором постсинаптической мембраны, что приводит к возникновению электрического импульса в следующем нейроне. Некоторые клетки головного мозга образуют более 15 000 синапсов (в синапсах происходит преобразование электрических сигналов в химические и обратно). См. также Соединение нервно-мышечное.
3. Укажите на схеме основные элементы химического синапса и этапы синаптической передачи.
| Нервное окончание |
4. Схематически изобразите нейрон, укажите его основные структурные элементы, перечислите физиологические свойства нейрона.
Основные свойства нейронов: раздражимость, возбудимость, проводимость, лабильность, инертность, утомляемость, торможение, регенерация.
5. Перечислите основные механизмы инактивации медиаторов, значение инактивации медиаторов.
Инактивация медиатора – полная потеря активности – необходима для деполяризации постсинаптической мембраны и восстановления исходного уровня мембранного потенциала.
Наиболее важным путем инактивации является гидролитическое расщепление медиатора с помощью ингибиторов. Для АХ ингибитором является холинэстераза, для НА и адреналина – моноаминооксидаза (МАО) и катехоламинэстераза (КОМТ). Продукты расщепления медиатора снова поступают в кровь и циркулируют, как его предшественники.
Другой путь удаления медиатора из синаптической щели – обратный захват его пресинаптическими окончаниями (пиноцитоз) и обратный аксонный транспорт, особенно выраженный для катехоламинов.
Для НА и адреналина характерно то, что несмотря на наличие ингибиторов, разрушению подвергается их незначительное количество, и они снова депонируются синаптическими пузырьками в цитоплазме синаптических окончаний. Это создает возможность их быстрого поступления в синаптическую щель под влиянием нового нервного импульса.
6. Дайте определение процессу торможения
это активный процесс нервной деятельности, противоположный возбуждению и вызывающий задержку рефлексов. Условные рефлексы, которые вырабатываются у собаки на основе использования тормозного процесса, называются тормозными, или отрицательными. Ярким примером такого рефлекса является запрещение нежелательных действий собаки по команде.
Практическая работа
Просмотр учебного фильма «Нервная клетка»
Для работы необходимо: биметаллический пинцет, набор препаровальных инструментов, лоток, универсальный штатив, марлевые салфетки, раствор Рингера, лягушка.
Ход работы . Готовят препарат двух задних лапок лягушки и подвешивают его на штатив, берут биметаллический пинцет, одна бранша которого сделана из меди, а другая – из железа. Медную браншу подводят под нервный сплетения, а другую прикладывают к мышцам лапки. Наблюдают сокращение мышц лапок.
Второй опыт Гальвани (сокращение без металла) состоял в том, что сокращение мышц лапки лягушки воспроизводилось без участия металла путем набрасывания отпрепарированного седалищного нерва на поврежденный участок мышцы голени. Разность потенциалов между наружной поверхностью мышцы и ее внутренней частью, существующая в покое, отчетливо проявляется в случаях, когда мышца повреждена. Потенциал, возникающий между неповрежденным и поврежденным участками, получил название "потенциал повреждения" или "демаркационный потенциал". Когда набрасываемый нерв попадает на поврежденный электроотрицательный участок мышцы, происходит замыкание цепи, в которой роль положительного полюса играют неповрежденная поверхность мышцы и участок соприкасающегося с ней нерва. Таким образом, во втором опыте Гальвани причиной возбуждения нерва является раздражающее действие тока, возникающего непосредственно в тканях.
Вторым опытом Гальвани впервые было доказано существование в тканях «животного электричества», которое возникает между поврежденной и неповрежденными поверхностями. Если эти два участка соединить нервом нервно-мышечного препарата, то возникает ток покоя, которое раздражает нерв и вызывает сокращение мышц.
Для работы необходимо: набор препаровальных инструментов, лоток, пипетка, стеклянный крючок, марлевые салфетки, раствор Рингера, лягушка.
Ход работы . Готовят препарат задней лапки лягушки. Затем тщательно препарируют седалищный нерв и отсекают его у позвонков. В нижней трети бедра пересекают мышцы и стеклянным крючком быстро набрасывают седалищный нерв таким образом, чтобы он одновременно коснулся поврежденной и не поврежденной поверхности бедра. При этом происходит сокращение мышц голени.
Опыт Маттеучи . Раздражение нерва токами действия скелетной мышцы (вторичный тетанус). Маттеучи в 1840 г. показал, что можно вызвать сокращение мышц нервно-мышечного препарата, прикладывая нерв к сокращающимся мышцам другого препарата. Этот опыт свидетельствует о том, что в сокращающейся (действующей) мышце возникают токи, причем настолько значительные, что их можно использовать в качестве раздражителя для нерва другого препарата. Эти токи получили название "токов действия".
Для работы необходимо: набор препаровальных инструментов, лоток, стимулятор, электроды, стеклянный крючок, пробковая пластинка, раствор Рингера, лягушка.
Ход работы . Обездвиживают лягушку и готовят два препарат задних лапок лягушки, затем стеклянным крючком препарируют седалищный нерв у обоих препаратов до коленного сустава, удаляют бедренную кость и мышцы бедра, оставив голень и стопу. Нерв одного препарата оставляют с кусочком позвоночника, а у другого кусочек позвоночника. Обе лапки укладывают на пробковую пластинку. Нерв одного нервно-мышечного препарата (с кусочком позвоночника) с помощью стеклянного крючка помещают на электроды, которые соединены со стимулятором. На мышце этого препарата в продольном направлении набрасывают нерв второго нервно-мышечного препарата. Нерв первого нервно-мышечного препарата подвергают ритмическому раздражению, наблюдают тетаническое сокращение лапок.
При выполнении работы необходимо особенно бережно относится к препаровке нерва, следить, чтобы в ходе приготовления он не подсыхал. Непосредственно перед экспериментом поверхность мышцы первого нервно-мышечного препарата следует подсушить полоской фильтровальной бумаги.
Загрузка...