Bioelektrische Phänomene

Bioelektrische Phänomene

Der Beginn der Erforschung elektrischer Phänomene in lebenden Geweben geht auf die 2. Hälfte des 18. Jahrhunderts zurück, als entdeckt wurde, dass einige Fische (Zitterrochen, Zitteraal) elektrische Entladungen verwenden, um ihre Beute zu jagen, zu betäuben und zu bewegungsunfähig zu machen. Es wurde vermutet, dass die Ausbreitung eines Nervenimpulses der Fluss einer speziellen „elektrischen Flüssigkeit“ entlang des Nervs ist. 1791-1792 Die italienischen Wissenschaftler L. Galvani und A. Volta waren die ersten, die das Phänomen der „tierischen Elektrizität“ wissenschaftlich erklärten. Mit ihren mittlerweile klassischen Experimenten stellten sie zuverlässig die Existenz elektrischer Phänomene in einem lebenden Körper fest. Später wurden bioelektrische Phänomene in Pflanzengeweben entdeckt.

Aus der Sicht moderner Vorstellungen über bioelektrische Phänomene ist klar, dass alle Lebensprozesse untrennbar mit verschiedenen Formen der Bioelektrizität verbunden sind. Insbesondere bioelektrische Phänomene bestimmen das Auftreten von Erregungen und deren Weiterleitung entlang der Nervenfasern, verursachen die Kontraktionsprozesse der Muskelfasern der Skelett-, glatten und Herzmuskulatur, die Ausscheidungsfunktion der Drüsenzellen usw. Bioelektrische Phänomene liegen Resorptionsprozessen im Magen-Darm-Trakt, der Geschmacks- und Geruchswahrnehmung, der Aktivität aller Analysatoren usw. zugrunde. Es gibt keinen physiologischen Prozess in einem lebenden Organismus, der nicht in der einen oder anderen Form mit Bioelektrizität verbunden ist.

Doch was genau sind bioelektrische Phänomene, woher kommen sie, welche Beteiligung haben sie an Lebensprozessen? Um das Verständnis des Wesens bioelektrischer Phänomene zu erleichtern, kann jeder lebende Organismus als komplexe Mischung aus Flüssigkeiten und verschiedenen chemischen Verbindungen dargestellt werden. Viele dieser Verbindungen (sowohl solche, die über die Nahrung in den Körper gelangen, als auch solche, die beim Stoffwechsel aus ihm isoliert werden, und Zwischenstoffe, die beim Stoffwechsel entstehen) liegen in Form von positiv oder negativ geladenen Teilchen – Ionen – vor.

Die im Lebensprozess ständig stattfindende Umverteilung dieser Ionen und ihr Transport sind die Ursache für das Auftreten bioelektrischer Phänomene. In der Praxis werden alle bioelektrischen Phänomene durch die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten lebenden Gewebes bestimmt, die mit speziellen elektrischen Geräten – Galvanometern – aufgezeichnet werden kann. Mithilfe von Mikroelektroden ist es beispielsweise möglich, die Potentialdifferenz zwischen der Außen- und Innenseite der Zellmembran (Membran) zu messen.

Diese Potentialdifferenz wird Ruhepotential oder Membranpotential genannt. Sein Vorhandensein ist auf die ungleichmäßige Verteilung von Ionen (hauptsächlich Natrium- und Kaliumionen) zwischen dem inneren Inhalt der Zelle (ihrem Zytoplasma) und der die Zelle umgebenden Umgebung zurückzuführen. Die Größe des Membranpotentials ist unterschiedlich: Für eine Nervenzelle beträgt es 60–80 Millivolt (mV), für quergestreifte Muskelfasern – 80–90 mV, für Herzmuskelfasern – 90–95 mV und für jeden Zelltyp bei Ruhe der potentielle Wert ist streng definiert und spiegelt die Intensität der in dieser Zelle ablaufenden Stoffwechselprozesse wider.

In einer angeregten Zelle wird eine andere Art von Potential aufgezeichnet – das sogenannte Aktionspotential, das sich im Gegensatz zum Ruhepotential in Form einer Anregungswelle mit einer Geschwindigkeit von bis zu mehreren zehn Metern pro Sekunde entlang der Zelloberfläche bewegt . In jedem angeregten Bereich erhält das Potential das umgekehrte Vorzeichen. Das Auftreten eines Aktionspotentials ist mit einer selektiven Erhöhung der Permeabilität der Zellmembran für Natriumionen verbunden.

Es gibt noch andere Arten von Potenzialen, insbesondere das sogenannte Schadenspotenzial oder Abgrenzungspotenzial. Diese Art elektrischer Aktivität wird zwischen beschädigten und intakten (unbeschädigten) Gewebebereichen aufgezeichnet. Es kann davon ausgegangen werden, dass sein Auftreten die Erholungsreserven (Regenerationsreserven) der Zelle (des Gewebes) stimuliert.

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