темы, при работе желез и мышц. Так, работающая сердечная мышца создает на поверхности тела ритмично изменяющиеся электрические потенциалы. Изменение этих потенциалов со временем может быть зафиксировано в виде электрокардиограммы, позволяющей специалисту судить о работе сердца.

Почему происходит сокращение мышцы? Луиджи Гальвани

в 1780 г. наблюдал сокращение мышц препарированных лягушек в серии опытов, один из которых состоял, например, в следующем. На протянутом над домом проводе ученый подвесил лягушек за бедренные нервы; к лапкам лягушек он присоединил длинную проволоку, опущенную одним концом в воду колодца. И вот что он записал: ...Сколько раз вспыхивала молния, столько же раз все мыш-

Элентричесний

Обыкновенный скат

Электрический сом

Электрический угорь

Рыба-нож

Гимнарх

Гматонемус

Звездочет

цы в тот же момент впадали в сильнейшие и многократные сокращения . Подобные опыты позволили ученому сделать вывод: Из того, что мы до сих пор узнали и исследовали, можно, я полагаю, с достаточным основанием заключить, что животным присуще электричество... Правда, Гальвани ошибочно считал, что животное электричество имеет особую природу, отличную от обычного электричества. В действительности же никакого особого животного электричества нет; электричество в живых организмах то же самое, что и в неживой природе.

Но вернемся к вопросу о сокращении мышцы. Сегодня нам известно, что сокращение мышцы является результатом происходящего в соответствующих тканях прямого превращения химической энергии в механическую работу. Сокращающаяся мышца использует энергию, запасенную в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (молекулах АТФ). Эти молекулы можно рассматривать как

биологический аккумулятор энергии. Аккумулятор разряжается при химических процессах, сопровождающих сокращение мышцы, и заряжается при химических процессах, сопровождающих дыхание.

Получается, что электрическая энергия не имеет отношения к работе мышц? - может спросить читатель. Имеет. Дело в том, что те или иные химические процессы управляются электрическими импульсами, поступающими от мозга к мышечной ткани по специальным нервным клеткам - нейронам. Чтобы понять, как это происходит, мы должны проследить за возникновением биопотенциалов на клеточном уровне.

Известно, что через внешнюю мембрану (оболочку) живой клетки все время проходят ионы натрия и калия. При этом клетка старается как бы обменять натрий на калий: в клетке действует некий механизм, своего рода ионный насос , который накачивает в клетку ионы калия и в то же время изгоняет из клетки ионы натрия. Этот насос использует хими-

ческую энергию молекулы АТФ. Как он действует, до сих пор не вполне понятно. Накачанные в клетку ионы натрия за счет диффузии сквозь мембрану постепенно покидают клетку; изгнанные же из клетки ионы калия, диффундируя сквозь мембрану, возвращаются обратно в клетку. Обычно внутри клетки концентрация ионов калия выше, а ионов натрия ниже, чем снаружи.

Кроме положительно заряженных ионов натрия и калия, в растворах внутри и вне клетки имеются отрицательно заряженные ионы хлора (все рассматриваемые ионы появились в результате диссоциации молекул NaCl и КС1 в растворах). Общее количество положительных ионов уравновешено количеством отрицательных, так что в целом раствор, заполняющий живую ткань, электронейтрален. Но это только в целом. Перераспределение ионов может приводить к пространственному разделению зарядов разного знака в том или ином месте, т. е. к возникновению там разности потенциалов.

Рассмотрим некоторый участок клеточной мембраны, обладающий свойством пропускать ионы калия и не пропускать ионы хлора. Предположим, что заряды разного знака не разделены и при этом концентрация ионов калия и хлора внутри клетки больше, чем снаружи (рис. К.21,а). Вследствие разности концентраций ионы калия будут диффундировать сквозь мембрану из клетки наружу, ионы же хлора будут оставаться внутри клетки. В результате на данном участке мембраны возникнет разность потенциалов: область с внутренней стороны мембраны будет заряжена отрицатель-

но, а с внешней положительно (рис. К.21,б). Обычно живая клетка имеет по отношению к внешней среде отрицательный потенциал, равный 0,01...0,08 В.

Теперь рассмотрим, как распространяется электрический сигнал по нервной клетке (нейрону). Схема строения нейрона дана на рисунке К.22. Здесь: 1-ядро клетки, 2 - вытянутый отросток (аксон), 3 - так называемая мие-линовая оболочка, 4 - мышечное волокно. Собственно говоря, следует рассмотреть распространение электрического сигнала по аксону.

В обычном состоянии (в отсутствие возбуждения) мембрана аксона хорошо проницаема для ионов калия и плохо для ионов натрия и хлора. Учитывая замечания, сделанные ранее, заключаем, что в рассматриваемом состоянии аксон по всей своей длине будет иметь отрицательный потенциал по отношению к окружающей его оболочке. Мембрана аксона обладает интересным свойством: если с помощью внешнего поля понижать разность потенциалов между аксоном и его оболочкой, мембрана будет становиться проницаемой для ионов натрия, причем в тем большей степени, чем меньше окажется разность потенциалов. Теперь представим себе, что на верхний конец аксона (рис. К.22) поступил электрический сигнал, который немного сдвинул в этом месте потенциал аксона в положительную сторону (интенсивность такого сигнала должна быть выше некоторого порогового значения). Мембрана аксона в данном месте немного просветлится для ионов натрия, и, поскольку концентрация этих ионов вне клетки, как обычно, выше, они начнут понемногу диффундировать внутрь