В физиологических лабораториях студентам часто показывают такой опыт: собаке, усыпленной эфиром или хлороформом, надрезают трахею — трубку, которая состоит из хрящевых колец и соединяет легкие с дыхательным горлом; в этот разрез вводится резиновая трубка, через которую при помощи меха раз 15—20 в минуту накачивают в легкие воздух. Устроив собаке такое искусственное дыхание, ей вскрывают грудную полость. Наблюдатели видят бьющееся сердце, легкие и движущуюся вверх и вниз диафрагму — большой куполообразный мускул, отделяющий грудную полость от полости живота. Собака может прожить с вскрытой таким образом грудной клеткой довольно долго.
Еще до начала этой операции делают другую, гораздо более простую: у лягушки отрезается лапка так, чтобы остался торчать кусочек нерва, идущего к лапке от спинного мозга. Когда начинают раздражать этот нерв электрическим током, то в ответ на каждое раздражение нерва мускулы лапки сокращаются. Таким образом, электрический ток возбуждает нерв, возбуждение передается по нерву к мышце, которая при этом сокращается. Такая мышца, соединенная с нервом, называется нервно-мышечным препаратом. Даже токи очень слабого напряжения, намного меньше одного вольта, вызывают реакцию нервно-мышечного препарата; поэтому его иногда называют физиологическим электроскопом, т. e. прибором, при помощи которого определяется наличие электричества в каком-либо теле.
И вот оказывается, что если нерв нервно-мышечного препарата наложить на бьющееся сердце собаки, то лягушечья лапка начинает дергаться. Каждому биению сердца соответствует одно сокращение мышц лапки. To же получается, если прикоснуться нервом лапки к движущейся диафрагме: с каждым движением диафрагмы двигается и лапка. Более того: если приготовить 2 нервно-мышечных препарата и нерв одного из них наложить на мышцу другого, то, раздражая нерв первого препарата, мы получим сокращение обеих лапок.
Все эти опыты говорят о том, что каждый paботающий мускул является источником электрической энергии, притом достаточно большим, чтобы вызвать возбуждение нерва.
*
В 1789 г. Гальвани, профессор медицины в Болонье, приготовил для своих опытов нервно-мышечный препарат из лапки лягушки. Надев препарат на медный крючок, он подвесил его на железную решетку балкона. Ветер качнул лапку, она прикоснулась к решетке балкона и вздрогнула. Это случайно заметил Гальвани, и с тех пор начались бесконечные опыты, которые должны были выяснить сущность этого явления. В результате в физиологий возник целый новый отдел — электрофизиология, а в физике — учение о гальваническом электричестве.
Гальвани знал уже раньше, что под влиянием электрического тока лапка лягушки сокращается. Но в прежних опытах электричество для раздражения нерва он всегда получал при помощи электрической машины, здесь же никаких внешних источников электричества не было: лапка вздрагивала всякий раз, когда медный крючок, надетый на нерв препарата, соединялся с кусочком железа, прикрепленным к другому концу лапки. Гальвани решил, что при помощи двух различных металлов ему удалось выявить находящееся в мышце электричество. В этом «животном электричестве» он увидел ту таинственную «жизненную силу», которая будто бы отличает живые существа от неодушевленных предметов. Опыты Гальвани прогремели на всю Европу.
Но вот раздался голос знаменитого физика Вольта. В эти годы Вольта работал в университете города Павии. Вольта не согласился с Гальвани. Он указал, что два разных металла, поднесенных к языку, вызывают вкус кислоты или щелочи в зависимости от того, какие берутся металлы. Он знал, что такое ощущение вызывает электрический ток, и предположил, что ток возникает между металлами, а лягушечья лапка в опытах Гальвани играет роль не источника электричества, а очень чувствительного электроскопа.
Между Вольта и Гальвани завязался многолетний спор, спор, в котором оба противника оказались правыми. Вольта в 1799 г. создал свой знаменитый прибор, вольтов столб, — прообраз всех современных гальванических батарей. Этот столб состоял из серебряных и цинковых кружочков, между которыми находились картонные или кожаные прослойки, пропитанные щелочным раствором. В этом приборе электрический ток возникал без всякого участия ляryшечьей лапки.
Со своей стороны Гальвани повторил свой опыт, не прикасаясь к лягушке каким-либо металлом, все препарирование велось стеклянными ножами и палочками. И все-таки в лягушечьей лапке обнаруживались электрические токи при набрасывании нерва лапки на мышцу.
*
В настоящее время электрические токи в животном организме удается наблюдать не только в мышцах, но и в нервах и железах. Так называемые электрические рыбы могут развивать в своих особых органах напряжение до 400 вольт. Но такое высокое напряжение в животных организмах является исключением; в большинстве случаев оно не превышает десятых и сотых долей вольта. Именно потому, что животные токи весьма слабы, развитие электрофизиологии оказалось теснейшим образом связано с развитием техники измерения слабых токов. Каждый новый, более точный прибор позволял проникнуть все глубже в природу «животного электричества».
Электрические токи в организме не только очень слабы, но и длятся всего лишь в течение нескольких долей секунды, поэтому всякий прибор, которым хотят отмечать эти токи, должен удовлетворять 2 требованиям: во-первых, он должен обладать большой чувствительностью, и во-вторых, малой инерцией. Это значит, что регистрирующая часть прибора должна начинать действовать сразу же после включения тока и прекращать действовать, возвращаться в исходное положение, сразу же после выключения тока. Если эти условия не соблюдены, если инерция прибора не будет ничтожно мала, то невозможно отметить ни момента возникновения тока, ни момента его исчезновения. Обычные лабораторные гальванометры, в которых стрелка еще долго колеблется после выключения тока, совершенно не пригодны для измерения физиологических токов.
Для обнаружения «животного электричества» теперь пользуются специальными особо чувствительными гальванометрами, например, струнным гальванометром. Это весьма сложные и точные приборы, хотя принцип устройства струнного гальванометра очень прост. Между двумя сильными магнитами помещается тончайшая посеребренная кварцевая или платиновая струна. Ее толщина измеряется микронами, т. e. тысячными долями миллиметра. Если через эту струну пропустить ток, то она отклонится, и тем больше, чем сильнее ток. При помощи оптической части гальванометра тень отклоняющейся струны отбрасывается в увеличенном виде на фотобумагу, помещенную в особую камеру; бумага непрерывно и равномерно двигается, в результате получается «фотоснимок тока», так называемая электрограмма.
 |
| Для обнаружения «животного электричества» теперь пользуются весьма чувствительным струнным гальванометром. |
 |
| На |
Для записи весьма слабых токов, которых не могут прямо уловить даже современные гальванометры, применяют катодные усилители. Эти усилители работают по тому же принципу, что и катодные лампы в радиоприемниках.
Вооруженные подобными приборами, современные физиологи могут не только установить наличие тока в той или иной ткани, но и проследить, как этот ток протекает во времени, быстро или медленно достигает максимума, спадает ли сразу или некоторое время колеблется.
Мы уже описали, как при помощи лягушечьей лапки можно обнаружить электрический ток в сокращающемся сердце. Применив для записи токов сердца струнный гальванометр, физиологи обнаружили очень сложную природу этого тока. Во время опыта сердце лягушки было вырезано и укреплено на особом штативе. Сердце лягушки, как и многих других холоднокровных животных, может долго сокращаться после того, как его вынут из груди животного. Электрограмма показывает, что во время одного биения сердца ток несколько раз возрастает и падает.
Можно записать токи и человеческого сердца. Конечно, для такой записи нельзя у человека ни вырезать сердце, ни вскрыть ему грудную полость. Запись ведется иначе. Оказалось, что токи, возникающие в сердце или в каком-нибудь другом органе, распространяются по всему организму. Все тело живого организма является проводником. Поэтому, приложив электроды гальванометра к руке и ноге человека или к двум рукам, можно уловить токи сердца так же хорошо, как и прикладывая электроды к самому сердцу. Это дало возможность записывать токи сердца у человека очень легко и быстро. Такие записи делаются теперь часто не только в физиологических лабораториях, но и в некоторых клиниках и больницах.
 |
| Так изучают электрические токи, возникающие и сердце человека. Электроды гальванометра прикладывают к рукам. |
 |
| На специальной разграфленной ленте получается запись токов сердца. |
Запись токов человеческого сердца очень напоминает электрограмму лягушечьего сердца. Электрические токи мышц, нервов и желез оказались более простыми, чем токи сердца, но и в них при определенных условиях удается отметить 2, а иногда и 3 колебания тока, соответствующие каждому сокращению мышцы, каждому процессу возбуждения, прошедшему по нерву.
*
Откуда же возникают токи в организме животных?
Ряд опытов показал, что токи возникают не после сокращения и не во время сокращения, а предшествуют ему. Из этого следует, что токи связаны не с самой работой мышцы, а с процессом возбуждения. Скорость распространения токов оказалась такой же, как и скорость распространения возбуждения. Сначала думали, что токи и являются самим возбуждением, но дело оказалось сложнее. Большинство ученых придерживается сейчас так называемой мембранной теории происхождения токов во время работы органов. По этой теории, токи в организме возникают так же, как и в гальванических элементах.
Источником разности потенциалов между двумя электродами в элементах является неравномерное распределение или одностороннее движение ионов, т. e. отдельных атомов или групп атомов, несущих положительный или отрицательный электрический заряд. В мышце и нерве нет металлических электродов, но в них имеются мембраны, или оболочки, отделяющие внутреннюю среду от внешней. Эта мембрана не одинаково проницаема для различных ионов. Более крупные ионы (предположим, что они будут положительные) скопляются на поверхности мембраны и не могут проникнуть внутрь нервного или мышечного волокна. Тогда поверхность нерва или мышцы будет заряжена положительно по отношению к внутренней среде.
 |
| В мышцах и нервах имеются мембраны, или оболочки, отделяющие внутреннюю среду от внешней. Мембрана не одинаково проницаема для различных ионов. Более крупные ионы (предположим, положительные) скопляются на поверхности мембраны и не могут проникнуть внутрь нервного или мышечного волокна, где скопляются отрицательные ионы. |
Если теперь приложить электроды гальванометра к 2 участкам поверхности нерва или мышцы, то между ними не будет никакой разности потенциалов до тех пор, пока в области одного из электродов проницаемость оболочки почему-либо не изменится. Допустим, что, в результате возбуждения нерва или мышцы, в месте возбуждения проницаемость мембраны увеличивается, тогда часть положительных ионов в этом месте перейдет с поверхности во внутреннюю среду, и поверхность возбужденного места окажется электроотрицательной по отношению к той части поверхности, которая находится в покое. Между двумя электродами, один из которых приложен к поверхности нерва или мышцы в месте возбуждения, а другой — в месте покоя, возникает электрический ток, направленный от места покоя к месту возбуждения. Этот ток и записывается при помощи гальванометра.
Опыты показали, что возбужденное место ткани действительно всегда бывает электроотрицательно по отношению к месту ткани, находящемуся в покое. Именно этого и следовало ожидать на основании изложенной мембранной теории.
Таким образом, электрические токи в нервах и мышцах не являются самим возбуждением, но возникают в результате возбуждения. Чем сильнее будет возбуждение, тем сильнее изменится проницаемость оболочки и тем большим будет электрический ток. Вот почему по записи электрических токов мы можем судить о величине и скорости распространения возбуждения в живых тканях; вот почему измерение токов в организме стало важнейшим средством изучения нервной системы и работы мышц.
Всякое нарушение нормального хода возбуждения под влиянием заболевания или отравления мышцы и нервов отразится на электрических токах этих органов, следовательно, снимая электрограмму у человека, мы можем судить о том, насколько правильно работает его сердце. Этот метод уже применяется в медицине для постановки диагноза многих сердечных заболеваний, например: можно легко распознавать болезни сосудов сердца — различные формы грудной жабы.
В самое последнее время удалось записать токи с коры больших полушарий головного мозга, с этого самого сложного и трудно доступного для исследования органа. Когда наш величайший физиолог И. П. Павлов применил свой метод выработки условных рефлексов у собак для изучения работы головного мозга, он видел в этом решение важнейшей задачи — научиться объективно, со стороны, наблюдать за тем, как мозг «думает», как вырабатываются привычки, как одна привычка вытесняет другую и т. д.
И. П. Павлов считал, что только тогда мы сможем проникнуть в тайну психической жизни, т. e. узнать, что такое память, мысль, ощущение, когда мы научимся так же точно и строго характеризовать работу мозга, как физиологи характеризуют работу сердца, нервных стволов и других органов. И вот в дополнение к методу И. П. Павлова современная физиология дает еще одно средство объективного исследования работы мозга. Прикладывая электроды к различным участкам коры полушарий у животных, применяя катодные усилители, физиологи записывают электрические токи, возникающие при работе мозга. И, уловив эти токи, мы можем судить о процессах, протекающих в мозгу.
Так, с разных сторон, физиологи подходят к решению самых сложных, самых «таинственных» вопросов биологии.
Комментариев нет:
Отправить комментарий