БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ, электрические потенциалы, возникающие в тканях и отдельных клетках живых организмов, важнейшие компоненты процессов возбуждения и торможения.

Первые научные данные о существовании биоэлектрических потенциалов — «животного электричества», — были получены в 3-й четверти 18 века при изучении природы «удара», наносимого некоторыми рыбами, имеющими электрические органы. К тому же времени относится начало исследований Л. Гальвани, заложивших основу учения о биоэлектрических потенциалах. Научный спор (1791–97) между Л. Гальвани и А. Вольтой о природе «животного электричества» завершился открытием нового принципа получения электрического тока с помощью гальванического элемента. Первые прямые измерения биоэлектрических потенциалов с применением гальванометров были проведены К. Маттеуччи в 1837 году. Систематическое изучение биоэлектрических потенциалов было начато Э. Дюбуа-Реймоном в 1848 году, показавшим, что между внутренним содержимым клетки (нерв, мышца) и наружным раствором в покое существует стационарная разность потенциалов (потенциал покоя), которая закономерно изменяется при возбуждении. В 1868 году Ю. Бернштейн разработал метод, впервые позволивший проанализировать форму одиночного, длящегося тысячные доли секунды колебания потенциала (потенциал действия) при распространении возбуждения по нервному волокну. В 1883 году Н. Е. Введенский использовал телефон для прослушивания ритмических разрядов импульсов в нерве и мышце. Дальнейший прогресс в изучении биоэлектрических потенциалов был связан с успехами электронно-усилительной техники и применением в физиолологическом эксперименте практически безынерционных осциллографов (работы Дж.Бишопа, Дж. Эрлангера и Г. Гассера в 30–40-х годах 20 века). Изучение биоэлектрических потенциалов в отдельных волокнах и клетках стало возможным с разработкой методики микроэлектродного внутриклеточного отведения потенциалов. Большое значение для выяснения механизмов генерации биоэлектрических потенциалов имело использование гигантских нервных волокон кальмаров. Изучение зависимости проницаемости этих волокон для ионов Na⁺ и К⁺ от мембранного потенциала позволило А. Ходжкину, А. Хаксли и Б. Кацу (1947–52) расшифровать ионный механизм возникновения потенциалов действия и сформулировать мембранную теорию биоэлектрических потенциалов. Изучение биоэлектрических потенциалов животных важно для понимания физико-химических процессов в живых системах и применяется в клинике с диагностической целью (электрокардиография , электроэнцефалография, электромиография и др.).

Параллельно исследованиям электрогенеза животных клеток велось изучение биоэлектрических потенциалов растений. Э. Дюбуа-Реймон доказал в 1882 году общность биоэлектрических явлений у животных и растений. Первоначально внимание исследователей привлекли растения, обладающие ростовыми движениями: мимоза, венерина мухоловка, росянка и др. Д. Ч. Бос установил в 1926 году, что биопотенциалы и электрические ответы на раздражители присущи всем растениям. Сконструированные им чувствительные самопишущие гальванометры позволили впервые получить «автографы» растений, т. е. их специфические электрические ответы на раздражители, а также исследовать электрические реакции растений при действии физических и химических раздражителей. Классический объект исследований ионной природы биопотенциалов — крупные клетки харовых водорослей.