Первые шаги электробиологии (стр. 3 из 3)

Как разделить все эти времена? Гельмгольц придумал такой способ. Он раздражал нерв вторично, но в другом месте, например на расстоянии 5 см от первой точки раздражения. Теперь сокращение мышцы наступало немного позднее, считая от момента раздражения. Разница этих времен могла зависеть только от того, что возбуждение прошло лишние 5 см. Зная скорость вращения барабана, можно было определить время запаздывания, а так как расстояние между двумя точками раздражения нерва было известно, можно было определить и скорость распространения возбуждения по волокну.

Оказалось, что возбуждение распространяется по нерву со скоростью всего 30 м/с, т.е. в сто миллионов раз медленнее, чем электрический сигнал, и даже в десять раз медленнее, чем звук! Этот результат, с одной стороны, был сильным ударом по представлениям о мгновенно распространяющейся "жизненной силе", но, с другой стороны, поставил перед электробиологией новый сложный вопрос: чем же объясняется такое сильное отличие этой скорости от скорости распространения электрического сигнала в металлах и электролитах? Получается, что "животное электричество" не так-то просто поддается объяснению с помощью тех понятий, которые были выработаны для электричества "неживого", чисто физического. В связи с этим возобновились разговоры об особых свойствах "животного электричества", в то время как другие ученые высказывали сомнение об электрической природе распространения возбуждения по нервным волокнам.

"Волна возбуждения"

Это сомнение было развеяно учеными младшего поколения школы Дюбуа-Реймона, в дальнейшем ставшими главными героями науки о "животном электричестве", - Юлиусом Бернштейном и Людвигом Германом. Они сильно продвинули вперед изучение "белого пятна" в явлениях электробиологии - процесса возбуждения в нервах и мышцах.

Как вы помните, "уловить" электрические характеристики возбуждения очень трудно - сам Дюбуа не смог решить этой задачи, так как процессы возбуждения очень быстры, кратковременны. Поэтому с помощью даже очень высокочувствительных, но обладающих большой инерцией гальванометров, имевшихся тогда в распоряжении исследователей, можно было лишь с достоверностью обнаружить сам факт электрического ответа мышцы или нерва, но не проследить за изменениями его во времени. Однако Герман и Бернштейн успешно справились с этой очень трудной для того времени задачей. Мы не будем подробно описывать их многочисленные и остроумные ухищрения, а приведем лишь результаты исследований. Им удалось установить форму волны возбуждения и измерить скорость распространения этого электрического сигнала вдоль по мышце или нерву.

Обнаружилась картина, изображенная на рис.9: сначала возбуждение от раздражающих электродов подходит к первому регистрирующему электроду, и он становится отрицательно заряженным по отношению ко второму. Герман и Бернштейн проследили за движением импульса по волокну и даже - что очень важно - измерили скорость этого движения, т.е. скорость распространения возбуждения. А важно это потому, что скорость оказалась точь-в-точь равной той, которую за двадцать лет до того измерил Гельмгольц!

Подведем некоторые итоги. К концу XIX века в основном стараниями ученых школы Дюбуа-Реймона были открыты и исследованы основные электрофизиологические явления потенциал покоя, который вначале называли током повреждения, потенциал действия, который распространяется по волокну, а также были исследованы некоторые феноменологические законы раздражающего действия тока, например, было введено понятие рефрактерности.

Однако до объяснения этих явлений было еще далеко. Главная загадка состояла в том, откуда и как возникают потенциал покоя и потенциал действия? Где та электростанция, тот генератор, которые их создают?

Несмотря на значительное развитие теории электричества и электротехники природу ПП и ПД не удавалось сколь-нибудь удовлетворительно объяснить. Электрохимия еще не имела достаточной теоретической базы, хотя изучение тока и началось с появления вольтова столба, т.е. электрических процессов на границе жидкости.

Порой даже создавалось впечатление, что электрические явления в живом организме нельзя свести к тем, которые встречаются в технических устройствах. Например, нервный импульс имел электрическую природу, но распространялся по нерву с необычайно малой скоростью, Масса накопленных фактов требовала создания объединяющей их теории.