Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

Результаты этого эксперимента были опубликованы посмертно в 1738 году. Тем не менее считается, что это был первый документально подтверждённый эксперимент по стимуляции двигательного нерва электричеством, возникающим в биметаллическом соединении.

Есть све́дения, что в 1678 году, Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, это открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть.

Продолжение истории лягушачьей лапки

Итак, первая половина XVIII века, наука уже сосредоточена в университетах. Физика ещё не стала самостоятельной наукой. В университетах продолжают читать курсы «натурфилософии» (т. е. естествознания), первый физический институт будет открыт только в 1850 году. В те далёкие времена фундаментальные открытия в физике совершались совсем простыми средствами, достаточно иметь гениальное воображение, наблюдательность и золотые руки.

Электричество в то время рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после того, как Эдвин Грей открыл, что электричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокой или другими проводниками.

Считалось также, что электрическая жидкость – один из сортов «теплорода». Это обстоятельство объясняли тем, что от трения предметы и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра способна поджечь разные предметы.

В середине XVIII века мышечное сокращение стало предметом экспериментального изучения. Швейцарский учёный Альбрехт фон Галлер в ряде опытов экспериментально доказал, что скелетные мышцы, мышцы желудка, сердечная мышца реагируют на прямое механическое, химическое или электрическое раздражение, даже когда соответствующая мышца находится вне организма и отделена от нервов.

В 1763 году один из последователей Галлера – Феличе Фонтана (Felice Fontana, 1730—1805) сделал важное открытие. Он обнаружил, что сердце может отреагировать, или нет на одно и то же раздражение в зависимости от того, сколько времени прошло после предыдущего раздражения. Казалось сердце должно какое-то время отдохнуть, чтобы стать способным ответить на очередную стимуляцию.

Таким образом, в середине XVIII века формируется представление о том, что возбудимость мышц есть свойство отвечать сокращением на раздражение. Кроме того, для раздражения нервов, скелетных мышц или сердца исследователи начали широко использовать электрические разряды.

Одно из самых ранних утверждений, касающихся использования электричества, было сделано в 1743 году Иоганном Готтлибом Крюгером из Университета Галле: «Все вещи должны быть полезны, это факт. Поскольку и электричество должно приносить пользу, но мы видим, что оно не может быть применено в теологии или юриспруденции, очевидно, ничего не осталось, кроме медицины».

В том же 1743 году немецкий учёный Ганзен выдвинул гипотезу о том, что сигнал в нервах имеет электрическую природу. А в 1749 году французский врач Дюфей защитил диссертацию на тему «Не является ли нервная жидкость электричеством?». Эту же идею поддержал в 1774 году английский учёный Пристли, прославившийся открытием кислорода. [7]

Идея явно носилась в воздухе.

«Животное электричество» Луиджи Гальвани

Итальянский профессор анатомии, учёный XVIII века Луиджи Гальвани (Luigi Galvani, 1737—1798), как и все солидные учёные того времени очень интересовался влиянием электричества на ткани животных. В то время занятия электричеством считались модными среди различных слоёв общества. Одновременно с исследованием электрических явлений росли надежды на их практическое использование, иногда, особенно вначале, самые фантастические. Например, когда обнаружилось, что разряд лейденской банки через тело убитой лягушки, вызывает сокращение её мышц, появились рассуждения о том, что с помощью электричества можно будет воскрешать мёртвых.

Очень популярным стало явление электризации. С её помощью «ускоряли» распускание цветов, прорастание семян; цыплята из наэлектризованных яиц якобы выводились быстрее, чем из обычных. Врачи электризовали и лекарства, и больных, а затем рапортовали о положительных результатах. Находилось немало людей, которые утверждали, что наэлектризованная вода лечит. Считалось, например, что парализованных больных надо для излечения заряжать положительно, а психически больных – отрицательно.

Появились люди, утверждавшие, что обладают особенно сильным электрическим зарядом в силу которого могут лечить болезни. Вошло в моду подвергать себя электризации, а те кто не мог себе этого позволить в лабораториях учёных, электризовался у ярмарочных шарлатанов[1].

Суеверия, мистика – тени научного знания, к сожалению, во все времена сопровождали научные открытия.

Идея же о том, что по нервам распространяется «животное электричество», впервые была высказана Луиджи Гальвани в 1786 году.

Описаний того, как Гальвани обнаружил эффект есть несколько. Чезаре Ломброзо в своей книге «Гениальность и помешательство» писал, что открытию гальванизма мы обязаны нескольким лягушкам, из которых предполагалось приготовить целебный отвар для жены Гальвани. Итальянские экскурсоводы рассказывают другую версию событий, согласно которой жена Гальвани, войдя в кабинет мужа, заметила дёргающуюся на столе лягушачью лапку и обратила на это внимание профессора. Но эти версии событий скорее относятся к категории исторических анекдотов.

Сам Луиджи Гальвани описывал своё открытие (26 января 1781 года) так. Всё началось с того, писал он, что, препарировав лягушку, «…я положил её без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших ассистентов заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Считается, что это первый документально подтверждённый эксперимент по нервно-мышечной электрической стимуляции.

Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается и во время гроз, и даже просто при приближении грозового облака.

Гальвани продолжил исследования стимуляции препарированной лягушачьей лапки атмосферным электричеством. Он подключал электрический проводник между металлическим ограждением окна дома и нервом лягушачьей лапки. Затем «заземлял» мышцу другим проводником, соединяя его с водопроводом. В результате при вспышке молнии были отмечены сокращения.

[1] Сегодня очень похожая процедура называется франклинизация (электростатический душ) – метод физиотерапии, основанный на применении постоянного электрического поля высокой напряжённости в лечебных целях.

Рисунок 5. Однажды разряд электрофорной машины в лаборатории Луиджи Гальвани случайно вызвал сокращение лапки только что отпрепарированной лягушки.

В сентябре 1786 года Гальвани пытался получить сокращения от атмосферного электричества в спокойную погоду. Он подвешивал препараты из лягушек к железным решёткам в своём саду с помощью медных крючков, вставленных в спинной мозг. Однажды Гальвани случайно прижал крюк к перилам, когда лапка также соприкасалась с ним. Заметив сокращения, он повторил эксперимент в закрытой комнате. Он положил лягушачью лапку на железную пластину и прижал медный крючок к пластине, и вновь произошло мышечное сокращение.

Продолжая эти эксперименты, Гальвани обнаружил, что, всякий раз, когда нерв и мышца лягушки одновременно соприкасались с биметаллической аркой из меди и цинка, происходило сокращение мышцы.

Рисунок 6. Опыт с лягушачьей лапкой.

После многочисленных экспериментов Гальвани пришёл к заключению, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, электричество от которого передаётся по нервам. Он искренне верил в особые качества этого электричества по сравнению с открытым до него физиками. Вот так и была рождена теория «животного электричества», именно эта теория создала предпосылки для появления в будущем электромедицины. Открытие Гальвани произвело сенсацию.

О том, что лягушачья лапка сокращается при раздражении её электричеством, знали и до Гальвани. В чём же заслуга последнего? В том, что он предположил и доказал наличие «животного» электричества.

Гальвани считал, что мышцы сокращаются под действием «животного» электричества, рождающегося в нервах, а проволочки из меди и цинка – это только замыкающие цепь проводники.

Но зачем в этой цепи нужны два разных металла? Гальвани исследовав этот вопрос обнаруживает, что можно обойтись и просто кусочком медной проволоки. При использовании одного металла сокращение возникает не всегда, оно бывает слабее, но это уже мелкая деталь. Важно, что два металла не обязательны, а значит и несущественны – полагал Гальвани.

Позднее он демонстрирует новые опыты, в которых