Обикновено човек мисли за електричеството и живота като две отделни, несвързани явления. Представяме си контакта си с електричество като мълния или токов удар, който причинява чувство на опасност. В същото време електричеството, подобно на водата или слънчевата светлина, е съществена част от всичко живо. Клетките използват електричество под формата на сигнали, за да регулират и поддържат нормалните функции, необходими за тяхното оцеляване, разделяне, миграция, диференциация, растеж, възстановяване и смърт. Без електричество нито един мускул (включително сърцето) не би се движил в тялото ни, нямаше да възникне нито една мисъл, нито един спомен. Електрическите сигнали ни позволяват да дишаме, да виждаме, чуваме, вкусваме, миришем, топляме, охлаждаме, движим се, ядем и смиламе, но също така чувстваме болка. Без електрически токове не бихме могли да изплашим, да се отпуснем или дори да се влюбим.

Електричеството е неразривно свързано с живота ни. В крайна сметка официалната дефиниция на смъртта я характеризира като изчезване на откриваема електрическа активност на мозъка. И въпреки че в нашето тяло има много процеси, основани на биохимични реакции, когато става въпрос за съживяване на човек, ние не използваме хапчета, а електрическите импулси на дефибрилатора.

нашето

Интелигентните протези, свързани с останалите нерви на кюветата, стават функционални заместители на крайниците след тренировка.

Електричество сред природата

И така, какво е: биохимично или електрическо същество е човекът? И двете. Едната същност не е възможна без другата. Ние не сме като хората от известния филм „Матрица“, които произвеждаха електричество за захранване и задвижване на машини. И дори не сме като електрическа змиорка, която може да убие бивол с токов удар. (В случая на змиорката това е еволюционна специализация, при която част от мускулните клетки са трансформирани в клетки с по-голям мембранен потенциал, свързани помежду си, така че полученото електрическо поле достига напрежение до 650 V при ток 1 А). Ние нямаме такава специализация и електричеството в тялото ни дори не обслужва нашето „задвижване“. Мускулната работа и нашето движение са отговорни за електрохимичните процеси. Електричеството в тях играе ролята на координатор, спусък. Електрическите сигнали в нашето тяло предават информация, те са основно средство за комуникация, наблюдение и контрол на организма. Самата работа се извършва чрез химически връзки.

Как се генерира електричество в живите клетки?

Електрическият потенциал е свойство на всяка жива клетка, животно или растение. Как клетката го създава? Зад всичко стои клетъчната мембрана, която не е напълно непропусклива - тя е пропусклива за заредени частици (йони), но не и за всички по същия начин. Казваме, че е полупропусклив. Това свойство на мембраната кара разпределението на йони вътре в клетката да се различава от това във външната й среда, което създава електрическа потенциална разлика в мембраната, електрическо напрежение. Полупропускливостта на мембраната не е статично свойство, нейната пропускливост може да се промени с течение на времето. Това е възможно благодарение на специални молекули в клетъчната мембрана, наречени йонни канали. При определени условия те могат да бъдат отворени, респ. да се затвори, като по този начин се променя пропускливостта за различни заредени йони и по този начин се променя размерът на клетъчния потенциал. За различните типове клетки тези промени водят до различни събития. Най-съществената роля се играе от електрическите промени в нервните клетки, така че те да могат да генерират, обработват и разпространяват сигнали, информация, необходима за управлението и наблюдението на жизнените функции на организма. Електрическите сигнали и промени също са причина за свиване на мускулните влакна и по този начин на целия двигател, те позволяват секрецията на жлезите, движението на червата и т.н. По време на ембрионалното развитие те са дори необходими за правилното развитие на крайниците и телесните органи.


Правописът P300 помага за комуникация с хора с увреждания.

Мозък срещу компютър

Продуцент
електричество Светкавица катодно-лъчева тръба в телевизора елек. гнездо елек. клетка на змиорка човешка мускулна клетка
Размер на напрежението 100 MV до 1GV 25 kV 230 V 150 mV 90 mV

Измерване на електричество в жив организъм

Като можем да измерваме електрическите напрежения и токове, можем да измерваме и електрическите промени в тялото. Принципът е същият, както при измерване на напрежението в електрическата мрежа, просто се нуждаем от по-чувствителни измервателни уреди. За да ви дадем представа какви са стойностите, само няколко примера. Мембранният потенциал на мускулна клетка е приблизително -90 mV, потенциалът на нервната клетка е приблизително -70 mV (потенциал на модифицирана електрическа клетка на змиорка до -150 mV). Въпреки че това са относително високи стойности на потенциала (напрежението), токовете, които клетките могат да генерират, са много малки. Те се измерват в нано до пикоампера.

Можем да измерваме електрическото поле на цели органи, като сърце (ЕКГ), мозък (ЕЕГ), скелетни мускули (ЕМГ), непрекъснатост на отделните нервни пътища (индуцирани потенциали), можем да оценим функционалността на нервните вериги, рефлексите (Хофман рефлекс). Можем да измерваме активността на групи клетки (единична активност), дори активността на отделни клетки. От измерените стойности можем да преценим дали конструкцията работи нормално или можем да диагностицираме причината, ако възникне проблем.

Технологията е постигнала огромен напредък в измерването на електрическите сигнали на тялото. Докато по време на своето създаване в началото на 20-ти век, измерването на ЕКГ изискваше оборудване в няколко стаи, днес учениците в училищата имат учебни пособия за измерване на електрическата активност на сърцето с големината на кибритена кутия. Подобно е и при ЕЕГ. Доскоро закупуването на висококачествено ЕЕГ устройство беше толкова взискателно по отношение на цена и пространство, колкото закупуването на CT днес. Съвременните ЕЕГ устройства, използвани в клиничната практика, са малки, компактни и непропорционално по-евтини. Дори просто устройство за измерване на електрическата активност на мозъка днес може да бъде закупено за няколко десетки или стотици евро. По този начин технологичният напредък направи възможно разширяването на тези съоръжения в малки диспансери, консултативни центрове и дори домакинства.

Използване на измерване на електроенергия

В нашата работа в Института по невробиология на Биомедицинския център на Словашката академия на науките в Кошице, ние се занимаваме с изследване и лечение на увреждане на нервната система на лабораторни животни. В тази работа използваме методи за отчитане на електрическата активност на нервната и мускулната тъкан; ние също така наблюдаваме ефектите от електрическата стимулация върху функционалната регенерация на увредената тъкан.