За работа са ви необходими:биметални пинсети, комплект дисекционни инструменти, табла, универсална стойка, марлени тампони, разтвор на Рингер, жаба.

Напредък. Пригответе екземпляр от двата задни крака на жабата и го окачете на статив; вземете биметална пинсета, едната челюст на която е от мед, а другата от желязо. Меден клон се поставя под нервния плексус, а другият се прилага върху мускулите на лапата. Наблюдава се свиване на мускулите на лапите.

Вторият експеримент на Галвани(контракция без метал) се състои в това, че свиването на мускулите на крака на жабата се възпроизвежда без участието на метал чрез хвърляне на подготвения седалищен нерв върху увредената област на мускула на крака. Потенциалната разлика между външната повърхност на мускула и неговата вътрешна част, която съществува в покой, ясно се проявява в случаите, когато мускулът е повреден. Потенциалът, който възниква между неповредените и повредените зони, се нарича „потенциал за увреждане“ или „демаркационен потенциал“. Когато проектираният нерв удари увредения електроотрицателен участък на мускула, се затваря верига, в която ролята на положителен полюс играе неповредената повърхност на мускула и участъка на нерва, който е в контакт с него. Така във втория експеримент на Галвани причината за нервното възбуждане е дразнещият ефект на тока, възникващ директно в тъканите.

Вторият експеримент на Галвани е първият, който доказва съществуването на "животински електричество" в тъканите, което възниква между повредени и неповредени повърхности. Ако тези две области са свързани с нерв на нервно-мускулна подготовка, възниква ток на покой, който дразни нерва и предизвиква мускулна контракция.

За работа са ви необходими: набор от инструменти за дисекция, табла, пипета, стъклена кука, марлени тампони, разтвор на Рингер, жаба.

Напредък . Приготвя се заготовка от заден бут на жаба. След това седалищният нерв се подготвя внимателно и се отрязва на прешлените. Мускулите се кръстосват в долната трета на бедрото и седалищният нерв бързо се изтегля със стъклена кука, така че едновременно да докосне увредената и неувредената повърхност на бедрото. Това причинява свиване на мускулите на долната част на краката.

Преживяването Матеучи. Дразнене на нерва от токове, действащи върху скелетния мускул (вторичен тетанус). Matteuci показа през 1840 г., че е възможно да се предизвика мускулна контракция на нервно-мускулния препарат чрез прилагане на нерв към свиващите се мускули на друг препарат. Този опит показва, че токове възникват в свиващия (действащ) мускул и те са толкова значителни, че могат да бъдат използвани като стимул за нерва на друго лекарство. Тези токове се наричат ​​"токове на действие".

За работа са ви необходими:комплект дисекционни инструменти, тава, стимулатор, електроди, стъклена кука, коркова плака, разтвор на Рингер, жаба.

Напредък. Жабата се обездвижва и се приготвят два препарата от задните крака на жабата, след което седалищният нерв на двата препарата се дисектира до колянната става със стъклена кука, бедрената кост и бедрените мускули се отстраняват, оставяйки подбедрицата и стъпалото. Нервът на единия препарат е оставен с част от гръбнака, докато другият има част от гръбнака. Двете лапи се поставят върху коркова чиния. Нервът на един нервно-мускулен препарат (с част от гръбначния стълб) се поставя с помощта на стъклена кука върху електроди, които са свързани към стимулатора. Върху мускула на този препарат нервът на втория невромускулен препарат се изхвърля в надлъжна посока. Нервът на първия нервно-мускулен препарат се подлага на ритмична стимулация и се наблюдава тетанична контракция на лапите.

При извършване на работа е необходимо да бъдете особено внимателни при подготовката на нерва, като се уверите, че той не изсъхва по време на подготовката. Непосредствено преди експеримента повърхността на мускула на първия нервно-мускулен препарат трябва да се изсуши с лента от филтърна хартия.

Луиджи Галвани - изследовател на биоелектричеството

Роден на 9 септември 1737 г. в Болоня (Папска държава), той живее и умира там на 4 декември 1798 г., след като е живял цели 61 години. По професия той е лекар, физик и философ, което е доста често срещано по онова време. Латинското му име гласи Aloysius Galvani.

Луиджи Галвани е първият, който изследва биоелектричество. През 1780 г. Луиджи провежда експерименти върху телата на мъртви жаби. Той прокара електрически ток през мускулите им и лапите им потрепнаха, мускулите започнаха да се свиват. Това беше първата стъпка към изучаването на сигналите на нервната система.

кратка биография

Луиджи Галвани (1737-1798)

Роден на Доминико и четвъртата му съпруга Барбара Фоски. Родителите на Луиджи не са били аристократи, но са имали достатъчно пари, за да образоват едно от децата си. Луиджи Галвани искаше да получи църковно религиозно образование, което в онази епоха беше до голяма степен престижно, и той учи 15 години в религиозен институт, а именно в параклиса Падри Филипини (Oratorio dei Padri Filippini). В бъдеще той планира да вземе религиозни обети, но родителите му го убедиха да не прави това и да продължи образованието си. Около 1755 г. Луиджи постъпва във факултета по изкуства в университета в Болоня. Там Луиджи посещава медицински курс, в който изучава произведенията Хипократ, ГаленаИ Авицена (Ибн Сина). В допълнение към изучаването на произведения, Луиджи се занимава с медицинска практика, включително хирургия. Това му позволи да продължи да учи и изследва биоелектричество.

През 1759 г. Луиджи Галвани получава диплома по медицина и философия, което му дава право да чете лекции в университета след защита на дисертацията си, която защитава на 21 юни 1761 г. Още през 1762 г. той става почетен преподавател по анатомия и хирургия. През същата година той се жени за Лучия Галеаци, дъщеря на един от университетските преподаватели. Луиджи се премества да живее в къщата на професор Галеаци и му помага в изследванията. След смъртта на своя тъст през 1775 г. Луиджи Галвани е назначен за учител на мястото на починалия Галеци.

Отговорността на Галвани като член на Академията на науките от 1776 г. включва редовни изследвания в областта на практическата човешка анатомия. От него се изискваше да публикува поне едно изследване годишно.

Експерименти с жаби

След няколко години Луиджи Галвани започва да проявява интерес към медицинската употреба на електричеството. Тази област на изследване се появява от средата на 18 век, след като са открити ефектите на електричеството върху човешкото тяло.

Диаграма на експеримента на Луиджи Галвани с тяло на жаба, около края на 1780-те

Има легенда, според която началото на опитите с биоелектричествосе основава на инцидент, възникнал както следва.

Луиджи постави мъртва жаба на маса, за да експериментира с кожата й, за да генерира статично електричество. Преди това на масата вече бяха проведени експерименти със статично електричество и се оказа, че неговият помощник (асистент) докосва метален скалпел с електрически заряд до отворения седалищен нерв на жабата. Сигурно е планирал да го дисектира. Но тогава се случи нещо неочаквано. Асистентът видял искри и бутчето на мъртвата жаба се свило, сякаш било живо.

Това наблюдение беше първата стъпка към започване на изследване биоелектричество. Открита е връзка между нервната дейност и електричеството, между биологичния живот и електрическите сигнали. Стана очевидно, че мускулната дейност се осъществява с помощта на електричество, с помощта на ток в електролитите. Преди това в науката беше общоприето, че мускулната активност се осъществява чрез определено вещество, наречено на елементите въздух и вода.

Галвани въведе термина - животинско електричество(животински електричество), за да опише силата, която активира мускулите. Това явление по-късно беше наречено галванизъм (галванизъм), но след Галвани по предложение на негови съвременници.

В момента изследването на галваничните ефекти на биологията се извършва в такава област като електрофизиологията. Име галванизъмизползвани повече в исторически контекст, отколкото в научен.

Галвани срещу Волта

Професор по експериментална физика Алесандро Волтав университета в Павия, той е първият учен, който се съмнява в правилността на експериментите на Галвани и продължава изследванията си.

Неговата цел беше да установи дали причината за мускулната контракция е действителна биоелектричество, или възниква в резултат на контакт с метал. Беше разбрано, че живите клетки не могат да генерират електричество, което означава, че няма животинско електричество.

Алесандро Волтатествах моята хипотеза и открих, че наистина живите клетки са способни да генерират електричество, което означава биоелектричествосъществува, живите клетки са източници на ток. Хипотезата на Волта, че мускулите се свиват само в резултат на външно електричество, когато докоснат метален предмет със статичен заряд, беше опровергана от него. Допълнителни изследвания Алесандро Волтаго доведе до създаването на галванична батерия, която използва електрохимични явления, подобни на тези, които се случват в живите клетки.

В резултат на изследване Волта открива, че всяка клетка има свой собствен клетъчен потенциал, който биоелектричествоима същите химически основи като електрохимичните клетки, които произвеждат потенциална разлика. Алесандро Волтапрояви уважение към колегата си и въведе термина галванизъмза да се подчертае заслугата на Луиджи Галвани за откритието биоелектричество. Волта обаче възрази срещу някакво специално електричество във формата животинска електрическа течност, и той беше прав. Наградата беше създаването на химически източници на ток - галванични елементи. Алесандро Волтапървият, който изгради химически батерии, състоящи се от много галванични клетки. Такива батерии бяха наречени волтов стълб, източник със стойност на ЕМП над 100 волта беше сглобен от много елементи, което направи възможно по-нататъшното изучаване на явленията на електричеството.

Произведения на Луиджи Галвани

Основното произведение на Луиджи Галвани биоелектричествонаречен De Viribus Electricitatis в Motu Musculari Commentarius (PDF формат), преведен на руски Трактат за силите на електричеството по време на движение на мускулите (формат djvu). Можете да изтеглите тези произведения за задълбочено изучаване и разширяване на хоризонтите ви.

В края на 18в. (1786), професор по анатомия в университета в Болоня Луиджи Галвани провежда серия от експерименти, които поставят основата за целенасочени изследвания на биоелектричните явления. В първия експеримент, окачвайки препарат от задните крака на жаби с отстранена кожа с помощта на медна кука върху желязна решетка, ученият открива, че когато мускулите докоснат решетката, те ясно се свиват. Л. Галвани предположи, че свиването на мускулите е следствие от влиянието на електричеството върху тях, чийто източник е "животинска тъкан" - мускули и нерви.

Друг италиански изследовател - физикът и физиолог Волта обаче оспори това заключение. Според него причината за свиването на мускулите е електрически ток, възникващ в зоната на контакт на два различни метала: мед и желязо (галванична двойка) с тъканите на жабата. За да провери своята хипотеза, L. Galvani проведе втори експеримент, при който нервът на нервно-мускулния препарат беше хвърлен върху мускула със стъклена кука, така че да докосне увредените и неповредени области. В този случай мускулът също се свива. Във втория експеримент абсолютни доказателства за съществуването на "животно електричество"

Окончателното доказателство за съществуването на електрически явления в живите тъкани е получено в експеримента на Матеучи, при който единият нервно-мускулен препарат се възбужда от ток, а биотоковете на свиващия се мускул дразнят нерва на втория нервно-мускулен препарат.

1.3 Потенциал на мембраната в покой. Начин на регистрация, механизми на възникване и поддържане

За изследване на биоелектрични явления (фиг. 2) в клетките се използват микроелектроди (стъклени пипети, пълни с електролит с много тънък връх - 0,5 микрона). В такъв микроелектрод електролитът играе ролята на проводник на ток, а стъклото играе ролята на изолатор. Когато върхът на микроелектрода е в междуклетъчната течност, разликата в заряда между него и индиферентния електрод (разположен там) е нула (фиг. А). Ако микроелектрод се вкара вътре в клетка, записващата инсталация незабавно ще покаже определен постоянен електроотрицателен потенциал по отношение на електрода, разположен в течността около клетката (фиг. B).

Когато върхът на микроелектрода се извади от клетката чрез обратно движение или се пробие през нея, потенциалната разлика между електродите изчезва рязко. Разликата в заряда между вътрешната и външната страна на клетъчната мембрана се нарича мембранен потенциал (MP).В покой тази стойност варира от -9 до -100 mV в зависимост от вида на тъканта и се нарича потенциал на мембраната в покой (RMP). Следователно, в състояние на покой клетъчната мембрана поляризиран. Намаляване на стойността на MPP се нарича деполяризация, нараства - хиперполяризация,възстановяване на първоначалната стойност – реполяризациямембрани (фиг. 3).

MPP играе изключително важна роля в живота на самата клетка и на организма като цяло. По-специално, той формира основата за възбуждане и обработка на информация от нервната клетка, осигурява регулирането на дейността на вътрешните органи и опорно-двигателния апарат чрез задействане на процесите на възбуждане и свиване в мускула. Нарушаването на процесите на възбуждане в кардиомиоцитите води до сърдечен арест.

Според мембранно-йонната теория (Bernstein, Hodgkin, Huxley, Katz) непосредствената причина за образуването на MPP е неравномерната концентрация на аниони и катиони вътре и извън клетката (фиг. 4).

Галвани и Волта спорят

Възникването и разпространението на възбуждането е свързано с промяна в електрическия заряд на живата тъкан, с така наречените биоелектрични явления.

Електрическите явления в животинските организми са известни отдавна. Още през 1776 г. те са описани в електрическия скат. Опитите на италианския лекар Луиджи Галвани (1791) трябва да се считат за начало на експерименталното изследване на електрическите явления в животинските тъкани. В своите експерименти той използва препарати от задните крака на жаба, свързани с гръбначния стълб. Докато окачвал тези препарати на медна кука от железния парапет на балкона, той забелязал, че когато крайниците на жабата се люлеят от вятъра, мускулите им се свиват при всяко докосване на парапета. Въз основа на това Галвани стига до извода, че потрепването на краката е причинено от „животински електричество“, произхождащо от гръбначния мозък на жабата и предавано чрез метални проводници (куката и парапета на балкона) до мускулите на крайниците.

Физикът Александър Волта се противопостави на тази позиция на Галвани за „животинското електричество“. През 1792 г. Волта повтаря експериментите на Галвани и установява, че явленията, описани от Галвани, не могат да се считат за "животински електричество". В експеримента на Галвани източникът на ток не е гръбначният мозък на жабата, а верига, образувана от различни метали - мед и желязо.

Волта беше прав. Първият експеримент на Галвани не доказва наличието на "животински електричество", но тези изследвания привличат вниманието на учените към изучаването на електрическите явления в живите образувания.

В отговор на възражението на Волта, Галвани извършва втори експеримент, този път без участието на метали. Той хвърли края на седалищния нерв със стъклена кука върху мускула на крайника на жабата; в същото време се наблюдава и свиване на този мускул.

Опит 21

Извършете първия експеримент на Галвани. За да направите това, обездвижете жабата и я разрежете по тялото в областта на горните гръдни прешлени. Хващайки останалата част от гръбнака със салфетка, отстранете кожата от задните крака и след това отстранете останалите вътрешности с пинсети. Сега ясно се виждат нервните стволове на сакралния плексус, лежащи на снопове от двете страни на гръбначния стълб. Поставете една пластина с пинсети Galvani под двата снопа нервни влакна и докоснете нервите отгоре с другата пластина с пинсети. Мускулите на лапите се свиват (фиг. 64, I). Пинцетите Galvani се състоят от цинкови и медни пластини. Обяснете защо мускулите на лапите се свиват в експеримента на Галвани.

Опит 22

Сега подгответе невромускулна подготовка на жабата. Основните етапи на приготвяне на нервно-мускулния препарат са показани на фигура 65.

Жабата се обездвижва, хваща се с лявата ръка за хълбоците (в това положение гръбначният стълб се вижда ясно) и гръбначният стълб се отрязва на 1-1,5 cm над началото на тазовите кости (фиг. 65, 1). Висящата предна част на тялото и вътрешностите се отстраняват. Останалата част от гръбнака се държи здраво с пинсета или с лявата ръка. С друга пинсета те хващат кожата близо до гръбнака и я издърпват надолу, за да я усукват и отстраняват от крайниците (фиг. 65, 2). Крайниците се поставят върху чиста чиния и се пълнят с разтвор на Рингер. Ръцете се измиват или слузта, покриваща кожата на жабата, се избърсва старателно. Хванете парче от гръбначния стълб с пинсети или с ръка и го огънете надолу, така че крайниците да висят под ъгъл спрямо гръбначния стълб и опашната кост да се вижда ясно (фиг. 65, 3).

Внимателно изрежете опашната кост. Ножицата трябва да се държи възможно най-близо до костта, за да не се повредят нервите, които вървят успоредно от двете страни. След като изрежете опашната кост, поставете препарата върху чиния и го разделете на две половини. За да направите това, първо разрежете останалата част от гръбнака, а след това срамната става (фиг. 65, 4).

Един крайник е оставен като резервен, като го държи в разтвора на Рингер; другата се поставя от дорзалната страна и с ножица се разделя илиумът. След като хванете част от гръбначния стълб с пинсети, седалищният нерв се прибира настрани и илиумът се отстранява. С две пинсети натиснете мускула на дорзалната повърхност на бедрото по средната линия (фиг. 65, 5). Внимателно, без да докосвате нерва с ножица и пинсета, го отделете от околните тъкани по бедрото до коляното. (По-добре е да направите това със стъклена кука.) Нервът се прибира настрани и бедрената кост се освобождава от мускулите (фиг. 65, 6). На подбедрицата мускулът на прасеца се отделя от костта чрез разрязване на ахилесовото сухожилие и към него се завързва конец. Подбедрицата и стъпалото се отрязват под коляното (фиг. 65, 7). Лекарството се поставя в чаша с разтвор на Рингер.

Опит 23

Извършете втория експеримент на Галвани (мускулна контракция без метал). За да направите това, поставете нервно-мускулния препарат върху дъска. Отрежете парче мускул и бързо хвърлете нерва на лекарството върху ранената област на мускула със стъклена кука, така че едновременно да докосне повредената и неповредената повърхност на мускула (фиг. 64, II). Мускулът се свива. Обяснете защо това се случва.

Въпреки това Галвани се оказа прав в твърдението си за съществуването на „животински електричество“, което по-късно беше потвърдено от изследванията на други учени. В това отношение интересни са експериментите на Матеучи, наречени експерименти с вторична контракция.

Опит 24

Хвърлете нерва на друг нервно-мускулен препарат върху мускула на един нервно-мускулен препарат (фиг. 66) и дразнете нерва на първия препарат с електрически ток. Наблюдавате свиване на мускула и второто лекарство. Това се обяснява с факта, че когато първото лекарство се възбуди в мускула, възникват токове на действие, които предизвикват възбуждане на второто нервно-мускулно лекарство.

Впоследствие руските учени имат много важен принос в изучаването на биоелектричните явления, сред които И. М. Сеченов, който открива електрически явления в мозъка с помощта на галванометър, Н. Е. Введенски, А. Ф. Самойлов.

Понастоящем има много напреднали, високочувствителни инструменти (електронно-лъчеви тръби с електронни усилватели), които правят възможно записването на електрически явления в животинските тъкани. Такива устройства са катодни осцилоскопи.

Причината за появата на електрически токове, които възникват по време на възбуждане, е, че част от тъканта (мускул, нерв и т.н.) в момента на възбуждане е заредена електроотрицателно по отношение на други области в покой, заредени електроположително. Така възниква потенциална разлика - необходимо условие за появата на електрически ток.

Ако се окажем в „пределектрически“ времена и искаме да популяризираме използването на електричество, една от дейностите ще бъде популяризирането на знанието сред научната интелигенция на времето. Е, или сред онези, които се смятаха за научна интелигенция в отсъствието на наука.

Най-простият експеримент за демонстриране би бил този, проведен от Луиджи Галвани.
Едно просто проучване обаче казва, че съвременните хора имат малко разбиране за това, което е направил Галвани, и по някаква причина му се струва, че италианецът е свързал жаби с електрическа батерия...

Първо, Галвани не е изобретил волтовата клетка. И галванометър също. И галванично покритие също. Първата галванична клетка () е изобретена, съответно, от Волта.

Второ, Галвани не беше прав в тълкуването на експериментите си - а това е половин крачка от правилното решение!
Той излезе с интересни експерименти, но в същото време успя да направи много грешки, за които беше безмилостно критикуван от Волта.
Въпросът тук е, че Галвани е бил много религиозен човек и е търсил потвърждение на своите религиозни възгледи в експериментите си. Но природата е много добра в това да покаже, че реалността няма нищо общо с измислените богове. Като цяло всичко е както винаги.

Всъщност Галвани има две основни преживявания. Първият опит е свързан повече с електричеството, а вторият - с физиологията. Ние се интересуваме повече от първото.

И така, в онези дни те вече знаеха, че електрическият разряд от лайденски буркан, приложен върху разрязана жаба, причинява свиване на мускулите на краката. Като цяло това е необходимо нещо за непознат, във всеки случай ще трябва да се изгради кондензатор. Има само един недостатък - нещото е скъпо за древността и все трябва да го заредим с нещо.
Затова се нуждаем от експеримент, който да „подмами“ инвеститора да се раздели с голяма сума.
Основният недостатък на това преживяване е, че е много подобно на магьосничеството (и какво в технологията не е подобно на магьосничеството?).

И така, нека разделим жабата. Вземаме в ръка биметални пинсети, състоящи се от два края - меден и железен. С единия край докосваме нерва в гръбначния стълб на жабата, а с другия край докосваме лапата. Всичко. Лапата потрепва.
Как се прави това е добре показано в съветски учебен филм:

В оригинала Галвани окачи жаба на медна кука от балконски парапет, надявайки се да улови „животинския електричество във въздуха“. Когато лапата докосна желязната решетка, тя потрепна.

Е, какво става?
Преживяването се разделя на две независими части.
Първо- двата края на биметалната пинсета образуват галванична двойка, за която течността вътре в жабата е електролит. Те започват да произвеждат една трета от волта и тъй като веригата е затворена, токът започва да тече през жабата.
Второ- токът протича не просто през жабата, а през нейните нерви и тогава се задейства стандартната физиологична схема на мускулна контракция.

Във втория експеримент Галвани хвърля нерва върху увредената част на мускула и той се свива. Това си е чиста физиология, малко полезна за техничар.

Така че за Galvani опит номер едно имате нужда от жаба (безплатно), железен пирон и медна монета.
Няма нужда да изграждате нещо технически сложно - това е чудесна първа стъпка.
И има голям шанс да бъдат отделени пари за пълноценна или дори за цяла електрическа лаборатория, в която можете да правите много неща - например да вземете сребро и да го покриете със злато с галванопластика ... 😀