Без электричества вы бы сейчас не читали эту статью. И это не потому, что ваш компьютер не будет работать. Это потому, что твой мозг не работает.
Все, что мы делаем, управляется электрическими сигналами, проходящим через наши тела. Как мы узнали из вводной физики, все состоит из атомов, а атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов.
Протоныимеют положительный заряд,нейтроныимеют нейтральный заряд, аэлектроны имеют отрицательный заряд. Обратите внимание, что сами атомы могут нести положительный или отрицательный заряд. Как? Приобретая или теряя электроны. Поток электронов между атомами - это то, что мы называем электричеством. Поскольку наши тела состоят из огромных масс атомов, мы можем генерировать электричество.
Когда мы говорим о том, что нервная система посылает «сигналы» в мозг, или о «активации» синапсов, или о том, как мозг приказывает нашим рукам сжаться вокруг дверной ручки, мы имеем в виду электричество, передающее сообщения между точка A и точка B.
Это похоже на сигнал цифрового кабеля, передающий 1 и 0, который транслирует эпизоды «Закона и порядка». Только в нашем теле электроны не текут по проводу, вместо этого электрический заряд прыгает из одной клетки к следующему, пока не достигнет пункта назначения.
Почти все наши клетки способны генерировать электричество. А в этой статье мы рассмотрим роль электричества в организме человека и узнаем, как мы его производим.
Отправная точка проста: прямо сейчас любые клетки вашего тела, которые активно не отправляют сообщения, слегка отрицательно заряжены. Дальше становится интересно.
Заряженная дискуссия
Негатив - это естественное состояние покоя ваших клеток. Это связано с небольшим дисбалансом между заряженными атомами внутри и снаружи клеток.
Эти атомы известны как ионы, и дисбаланс, о котором мы только что упоминали, закладывает основу для вашей электрической емкости.
Теперь многие рассматриваемые ионы (не все из них, но многие) являются либоатомами натрия, либокалия. Обратите внимание на эти два элемента, потому что они станут очень важными для нашего обсуждения.
Ионы калия и натрия несут положительный заряд. И когда ваша клетка не передает электрические сигналы, концентрация ионов натрия вне клетки будет выше, чем внутри клетки. С другой стороны, у вас также будет больше ионов калия внутри клетки, чем снаружи.
В целом, пространство, окружающее клетку, будет иметь относительно более положительный заряд, чем пространство внутри клетки. По сравнению с этим заряд внутри этой ячейки будет отрицательным.
Это состояние, которое ученые называютмембранным потенциалом покоя клетки, или RMP.
Между тем, разница зарядов на каждой стороне клеточной мембраны создаст электрохимический градиент между тем, что находится внутри клетки, и областью, находящейся непосредственно за ее пределами.
Гид канала
Хорошо, когда клетка находится на стадии RMP, ионы натрия и калия присутствуют по обе стороны мембраны. Классные бобы.
Но - как они пересекают барьер? Как ион входит или выходит из клетки? Вот тут-то и появляются ионные каналы. Как следует из названия, это каналы, расположенные в мембране, которые обеспечивают проход для определенных видов ионов. (Примечание: в большинстве клеток калиевых каналов больше, чем натриевых.)
Давайте на минутку объясним, как они работают. Цитируя официальный канал Гарвардской школы расширения на YouTube, «разница в общем заряде внутри и снаружи клетки называетсямембранным потенциалом» (термин «мембранный потенциал покоя» происходит от этой концепции. Поди разберись.)
Как только мембранный потенциал клетки изменяется - когда внутренний общий заряд колеблется по отношению к внешнему общему заряду - это может активировать некоторые из соответствующих ионных каналов, встроенных в мембрану.
Многие каналы открываются и позволяют перенос ионов только тогда, когда мембранный потенциал клетки смещается на нужную величину. Официальное название этих путей:потенциальнозависимые ионные каналы.
Каждый потенциалозависимый ионный канал позволяет входить в клетку или выходить из нее только определенному типу ионов.
Вашинейроны, которые являются специализированными клетками в вашей нервной системе, ответственными за передачу информации по телу, содержат как натриевые потенциалзависимые ионные каналы, так и калиевые потенциалзависимые ионные каналы в их мембраны. Капиш?
Позволяя определенным ионам проникать в нейрон извне, эти каналы могут изменять мембранный потенциал клетки. И если пройдет достаточное количество ионов, клетка больше не будет находиться в своем RMP.
Напряжение человека
Хорошо, последние несколько абзацев заложили большую основу. Но есть еще один термин, который нам действительно нужно распаковать, прежде чем мы двинемся дальше:потенциал действия.
«Потенциал действия - это быстрая последовательность изменений напряжения на мембране», - поясняет Национальная медицинская библиотека США. По сути, потенциал действия представляет собой ударную волну, которая проходит в две фазы:деполяризация, за которой следуетреполяризация.
Допустим, вы случайно коснулись горячей плиты. Это случается с лучшими из нас.
Потенциалы действия в ваших нейронах помогают этим жизненно важным клеткам общаться друг с другом. В этом случае нейроны в вашей руке должны послать в ваш мозг важное сообщение об этой горячей-горячей плите.
Теперь помните, что при RMP вне этих клеток будет больше ионов натрия, чем внутри них. Но стимулы в нашем примере с «горячей печкой» вызовут открытие натриевых потенциалзависимых ионных каналов вдоль клеточной мембраны ближайшего нейрона. Внезапно в клетку хлынет масса ионов натрия.
Друзья, это состояние «деполяризации». И это полностью меняет правила игры. Быстрое увеличение количества ионов натрия сделает внутреннюю часть клетки более положительно заряженной, чем окружающее ее пространство, что является полной противоположностью ситуации, которая была у нас в RMP.
Приток натрия вызывает повышение внутреннего напряжения. Но это только первый этап. Далее нейрон вступает в фазу «реполяризации». С помощьюнатрий-калиевых насосов, которые выбрасывают ионы натрия и втягивают ионы калия, клеточная мембрана восстанавливает RMP, снова делая внутреннюю часть нашего нейрона более отрицательно заряженной, чем внешнюю..
Деполяризация и реполяризация - это один-два удара за потенциалами действия. Эти электрические ударные волны могут вызвать цепную реакцию среди нейронов, давая вашему мозгу сигнал, который нужно интерпретировать и действовать.
Хорошо настроенная сеть
Итак, вот оно. Секрет этих электрических сигналов, которые заставляют ваши сердечные мышцы сокращаться и через ваши глаза сообщают вашему мозгу, что то, что они только что видели, и есть слово «мозг». Знаешь, такие важные вещи.
Естественно, любой сбой в электрической системе вашего тела - это реальная проблема.
Поражение электрическим током прерывает нормальную работу системы, что-то вроде скачка напряжения. Удар на уровне молнии может заставить ваше тело остановиться. Электрический процесс уже не работает - поджарился. Но об этом в другой раз.
Часто задаваемые вопросы о том, как человеческое тело вырабатывает электричество
Сколько электричества в теле человека?
Ученые сходятся во мнении, что человеческое тело в состоянии покоя может производить в среднем около 100 Вт мощности. Этого электричества достаточно, чтобы зажечь лампочку. Некоторые люди способны выдавать более 2000 ватт энергии, например, при спринте.
При каком заболевании нервной системы в организме возникает ощущение удара током?
Ощущение поражения электрическим током в основном связано с болезнью Лермитта. Это происходит потому, что иммунная система атакует нервные волокна и разрушает миелин, который замедляет передачу сигналов между нервами. Вы можете почувствовать это, когда сгибаете шею. Болезнь Лермитта не опасна для жизни, но вызывает дискомфорт.
Что происходит, когда электричество проходит через ваше тело?
Электрические токи могут повредить ткани и вызвать остановку сердца. Во многих случаях люди считаются хорошими проводниками электричества и обеспечивают жизнеспособный путь для движения электронов. Если человек умирает от поражения электрическим током, его смерть классифицируется как поражение электрическим током.
Какое безопасное напряжение для человеческого тела?
Напряжение выше 50 вольт опасно, но убивает не напряжение, а сила тока и время, в течение которого вы подвергаетесь воздействию напряжения. Люди умирали от напряжения до 42 вольт.