Zjawiska bioelektryczne

Zjawiska bioelektryczne

Początki badań zjawisk elektrycznych zachodzących w żywych tkankach datuje się na drugą połowę XVIII wieku, kiedy to odkryto, że niektóre ryby (płaszczka elektryczna, węgorz elektryczny) podczas polowania wykorzystują wyładowania elektryczne, ogłuszając i unieruchamiając swoją ofiarę. Sugerowano, że propagacja impulsu nerwowego polega na przepływie specjalnego „płynu elektrycznego” wzdłuż nerwu. W latach 1791-1792 Włoscy naukowcy L. Galvani i A. Volta jako pierwsi podali naukowe wyjaśnienie zjawiska „elektryczności zwierzęcej”. Dzięki swoim klasycznym już eksperymentom rzetelnie ustalili fakt istnienia zjawisk elektrycznych w żywym ciele. Później odkryto zjawiska bioelektryczne w tkankach roślinnych.

Z punktu widzenia współczesnych koncepcji zjawisk bioelektrycznych jasne jest, że wszystkie procesy życiowe są nierozerwalnie związane z różnymi formami bioelektryczności. W szczególności zjawiska bioelektryczne determinują występowanie wzbudzenia i jego przewodnictwo wzdłuż włókien nerwowych, powodują procesy skurczu włókien mięśniowych mięśni szkieletowych, gładkich i sercowych, funkcję wydalniczą komórek gruczołowych itp. Zjawiska bioelektryczne leżą u podstaw procesów wchłaniania w przewodzie pokarmowym, percepcji smaku i zapachu, aktywności wszystkich analizatorów itp. W żywym organizmie nie ma procesu fizjologicznego, który nie byłby powiązany z bioelektrycznością w tej czy innej formie.

Czym jednak właściwie są zjawiska bioelektryczne, skąd się biorą, jaki jest ich udział w procesach życiowych? Aby ułatwić zrozumienie istoty zjawisk bioelektrycznych, każdy żywy organizm można przedstawić jako złożoną mieszaninę cieczy i różnych związków chemicznych. Wiele z tych związków (zarówno te dostające się do organizmu w postaci pożywienia, jak i te izolowane z niego w trakcie metabolizmu, jak i substancje pośrednie powstające w trakcie metabolizmu) występuje w postaci dodatnio lub ujemnie naładowanych cząstek – jonów.

Redystrybucja tych jonów i ich transport, które nieustannie zachodzą w procesie życia, są przyczyną występowania zjawisk bioelektrycznych. W praktyce wszystkie zjawiska bioelektryczne określa się poprzez różnicę potencjałów elektrycznych pomiędzy dwoma punktami żywej tkanki, którą można zarejestrować za pomocą specjalnych urządzeń elektrycznych – galwanometrów. Za pomocą mikroelektrod można na przykład zmierzyć różnicę potencjałów pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną stroną błony komórkowej (membrany).

Ta różnica potencjałów nazywana jest potencjałem spoczynkowym lub potencjałem błonowym. Jego obecność wynika z nierównomiernego rozmieszczenia jonów (głównie jonów sodu i potasu) pomiędzy wewnętrzną zawartością komórki (jej cytoplazmą) a środowiskiem otaczającym komórkę. Wielkość potencjału błonowego jest różna: dla komórki nerwowej wynosi 60–80 miliwoltów (mV), dla włókien mięśni poprzecznie prążkowanych – 80–90 mV, dla włókien mięśnia sercowego – 90–95 mV, a dla każdego rodzaju komórek w reszta potencjalna wartość jest ściśle określona i odzwierciedla intensywność procesów metabolicznych zachodzących w tej komórce.

W komórce wzbudzonej rejestrowany jest inny rodzaj potencjału - tzw. potencjał czynnościowy, który w odróżnieniu od potencjału spoczynkowego przemieszcza się w postaci fali wzbudzenia po powierzchni komórki z prędkością do kilkudziesięciu metrów na sekundę . W każdym wzbudzonym obszarze potencjał uzyskuje przeciwny znak. Występowanie potencjału czynnościowego wiąże się z selektywnym wzrostem przepuszczalności błony komórkowej dla jonów sodu.

Istnieją jeszcze inne rodzaje potencjałów, w szczególności tzw. potencjał niszczący, czyli potencjał demarkacyjny. Ten rodzaj aktywności elektrycznej rejestruje się pomiędzy uszkodzonymi i nienaruszonymi (nieuszkodzonymi) obszarami tkanki. Można przypuszczać, że jego występowanie stymuluje odbudowę (regenerację) rezerw komórki (tkanki).

Zjawiska bioelektryczne (wg