Ученый гальвани. Опыты Гальвани

Ибо очень легко обмануться в опытах и думать, что ты увидел и открыл то, что хотел увидеть и открыть.

Луиджи Гальвани.

Трактат о силах электричества при мышечном сокращении

В середине XVIII века, когда электричество было модной темой, в один прекрасный день некий ученый-любитель предстал перед Королевским научным обществом в Лондоне, дабы сделать доклад о том, что сегодня можно было бы назвать законом Симмера: разноцветные носки притягиваются, а одноцветные - отталкиваются. Чтобы ногам зимой было тепло, докладчик, правительственный чиновник, которого звали Роберт Симмер, носил две пары носков. Утром он надевал белые шелковые поверх черной шерстяной пары, а вечером менял их местами. Во время переодевания носков шерсть и шелк потрескивали и искрились, а Симмер, получивший прозвище Босоногий Философ, сидел в кресле и дивился происходящему.

«Когда при выполнении этого опыта два черных чулка находились в одной руке, а два белых - в другой, - сообщал он, - я становился свидетелем довольно любопытного действа: чулки одного цвета отталкивались, а противоположного - притягивались, при этом они приходили в сильную ажитацию, что, признаться, меня весьма забавляло».

Это был пик романтической эры в изучении электричества, когда ученые обсуждали, является ли электричество парами, жидкостью или, как предложил Бенджамин Франклин, «крохотными частицами». Крутились колеса генераторов статического электричества (большие крутящиеся диски или сферы, которые натирались для получения заряда), ученые-шоумены (они называли себя «электриками») передавали заряды по цепочке стоявших, взявшись за руки, людей. Эффектно выглядели и два других опыта: человека в кресле подвешивали с помощью шелковых канатов (чтобы он не был заземлен), и вокруг его головы появлялась светящаяся аура - словно нимб над головой святого; из числа зрителей выбирали молодую девушку, заряжали ее электричеством, и она, целуя своего кавалера, передавала ему заряд. То был, несомненно, незабываемый поцелуй.

Носки Симмера

Из трактата Жана-Антуана Нолле

«Письма об электричестве». 1767 год

При всей своей эфемерности, электричество было достаточно материальным, чтобы его можно было хранить в колбе. Если колбу изнутри и снаружи выстелить металлической фольгой и подсоединить к противоположным полюсам электростатического генератора, на одной стороне колбы будет собираться положительный заряд, а на другой - отрицательный, причем заряд будет сохраняться еще долго после отсоединения проводов. А если прикоснуться к обеим сторонам этого примитивного конденсатора, названного лейденской банкой, можно было получить удар током, сравнимый с ударом угря.

Машина XVIII века, генерирующая статическое электричество.

Две лейденские банки

Рисунок Бенджамина Франклина. 1750 год

Ученые не стеснялись смешивать эмпирические факты с неуемной фантазией и всерьез говорили о молнии, после удара которой инвалиды начинают ходить, а растения - расти быстрее. Джозеф Пристли, предположив, что электричество возникает в мозге, образуясь из флогистона, пошел дальше и высказал идею о том, что благодаря электричеству приходят в движение мышцы, расцвечен хвост попугая, «исходит сияние от некоторых животных» во время их ночной охоты и даже от некоторых людей «определенного темперамента в некоторых чрезвычайных ситуациях».

Были и те, кто предполагал наличие «нервно-электрической» жидкости, которая возникает в теле в результате трения. Такая идея потрясала умы. Только представьте себе: нервы и кости, как носки Симмера, трутся о мышцы, производя жизненную силу, т. е. электричество.

Однажды апрельским вечером 1780 года, немногим более четверти века после открытия, сделанного Симмером, Луиджи Гальвани, почтенный профессор анатомии, поднялся по террасе на крышу палаццо Замбони, стоявшего недалеко от его дома в Болонье. В его руках были моток проволоки и ножки лягушки, препарированной, как профессор любил говорить, «обычным способом», т. е. ножки эти были отсечены от спинного мозга и был виден выступающий наружу седалищный (или бедренный) нерв.

На юге собирались тучи, но Гальвани, ничего не замечая, разложил на столе обезглавленную лягушку и присоединил ее к проволоке, на которой развешивалось белье. Вскоре разразилась гроза, и Гальвани с увлечением смотрел, как при каждой молнии сокращались мышцы лягушечьей лапки, словно предупреждая о предстоящем раскате грома.

Гальвани много лет добивался в своей лаборатории таких результатов, возбуждая нервы лягушки электричеством, получаемым с помощью генератора или в виде разряда лейденской банки. Эксперимент, проведенный на крыше палаццо Замбони, убедительно показал, что «естественное» электричество приводит к такой же физиологической реакции, что и «искусственное». Каким бы электричество ни было, утверждал ученый, оно заставляет мышцы двигаться.

Однако был некий эксперимент, который Гальвани никак не мог объяснить. Несколько лет назад один из его помощников случайно прикоснулся скальпелем к открытому нерву лягушки как раз в тот момент, когда второй помощник, работавший рядом с генератором, получил электрическую искру. Между генератором и рассеченным животным никаких проводов не было, но мышцы лягушки сократились так сильно, что создалось впечатление, что их свело. С того момента Гальвани не переставал изучать это явление.

Он уже знал, что сокращение мышцы произошло не от раздражения нерва прикосновением скальпеля. Убедившись, что генератор не работает, он надавливал на нерв металлическим лезвием. Независимо от его усилия, мышца оставалась неподвижной. Не было никаких сомнений в том, что причиной движения мышцы было электричество.

Другие эксперименты показали, что железный цилиндр, на который подается искра, заставляет мышцы сокращаться, тогда как стеклянный стержень этого не делает. Иногда, однако, бывали случаи, что мышцы не реагировали и на металлический скальпель. Гальвани быстро понял, что это происходит, когда он держит инструмент за костяную ручку, не касаясь заклепок и лезвия. Получалось, что сам экспериментатор являлся частью происходящего во время эксперимента. Чтобы проверить эту гипотезу, он поместил на столе металлический цилиндр так, чтобы тот касался лягушачьего нерва, и крутанул генератор. Лапка лежала без движения.

Шаг за шагом он удалял из эксперимента все переменные. Когда он подсоединял к мышце не цилиндр, а длинную проволоку, то искра, возникавшая на удалении, заставляла мышцу сокращаться. Ситуация стала проясняться. Ученые уже знали, что электричество может оказывать определенное воздействие на некотором расстоянии. Волосы на затылке человека поднимались, если рядом ударяла молния. Вращение генератора создавало в воздухе некоторое напряжение, которое называлось «электрической атмосферой». И скальпель, и тот, кто держал его в руках, представляли собой определенного рода антенну - громоотвод, разряжавшийся через лягушку.

Но Гальвани не исключал, что могло происходить и что-нибудь более странное. Если лягушка просто реагировала на искусственное электричество, передаваемое по воздуху, то интенсивность сокращений должна была зависеть от расстояния между ней и искрой. Прикрепив металлический крючок к спинному мозгу лягушки, а сам крючок - к отрезку проволоки, Гальвани проделал эксперимент несколько раз, меняя это расстояние. В одном эксперименте лягушка находилась в 50 метрах от генератора. Однако реакция мышцы была, как обычно, резкой даже в тех случаях, когда лягушку помещали в защитный оловянный цилиндр или изолировали в вакуумной камере. Меняя условия опытов, Гальвани пришел к выводу, что электричество, производимое машиной, не было причиной сокращения мышцы. Оно лишь являлось своего рода «запускающим механизмом», возбуждавшим «естественное электричество», которое текло по нервам лягушки.

Гальвани хорошо знал, как легко экспериментатору одурачить себя и увидеть то, что очень хочется увидеть. Он осторожно суживал круги вокруг своей добычи. В конце сентября, т. е. через несколько месяцев после эксперимента в палаццо Замбони, он взял несколько препарированных лягушек и развесил их с помощью металлических крючков на железной балке балкона. На этот раз ни грозы, ни искрящего генератора не было, но лягушачьи мышцы все равно сокращались.

По его мнению, электричество не могло возникать внутри металла. Один проводник, в качестве которого выступали крючок и железная балка, не мог хранить заряд. Для создания потенциала нужно было аккуратно развести отрицательный и положительный полюсы, как в лейденской банке. Труднее было отказаться от мысли, что атмосферное электричество каким-то образом проникло в животное и накопилось в нем, высвобождаясь в тот момент, когда крючок касался железной балки. Небо в тот день было ясное, но Гальвани все равно решил отмести такую возможность.

Одной рукой он поднял лягушку, остававшуюся на крючке, и стал опускать ее так, чтобы лягушачья лапка коснулась серебряной шкатулки. Держа другой рукой кусочек металла, он коснулся им той же блестящей поверхности, и у него возникла электрическая цепь, заставившая лягушку прыгнуть. То же самое произошло, когда он держал лягушку за туловище так, что крючок и одна лапка касались плоского проводника. «В тот момент, когда лапка коснулась поверхности, все ножные мышцы сократились, и лягушка приподнялась». При каждом прикосновении лапки к поверхности ее мышцы сокращались и сокращались, и лягушка подпрыгивала раз за разом до тех пор, пока ее энергия не иссякла. Разве может это быть чем-нибудь иным, кроме животного электричества?

В 1791 году Гальвани опубликовал свои находки в труде под названием «De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius» («О силах электричества при мышечном движении»), высказав предположение, что мышца лягушки ведет себя так же, как лейденская банка, храня и выделяя определенное органическое электричество. Тщательно записав свои эксперименты и проанализировав результаты, он позволил себе поразмышлять. Б людях, думал он, излишек электричества может приводить к беспокойству, приливам крови, а в крайних проявлениях - к эпилептическим припадкам. Выйдя за пределы своей области компетенции, он высказал предположение, что молнии и землетрясения могут иметь общую природу. «Однако предположения не могут быть беспредельны!» Иногда ему хотелось выяснить, участвует ли электричество во всех остальных функциях организма, например в кровообращении и внутренней секреции, но, обещал он, «об этом мы напишем, как только появится такая возможность, в другом комментарии, когда у нас будет немного больше свободного времени».

Поначалу Алессандро Вольта, один из самых выдающихся европейских физиков, когда-либо изучавших электричество, был потрясен открытием Гальвани. Он заявил, что эти эксперименты сделали животное электричество «очевидной истиной». А после этого принялся вежливо и последовательно развенчивать его теорию.

Взяв в качестве подопытного целиком всю лягушку, он пытался касаться спины лягушки кусочком металла, а лапок - монетой или ключом. Затем, сводя вместе металлический электрод и монету до тех пор, пока не возникала электрическая дуга, он в результате получал то же самое - «те же конвульсии, спазмы и судороги», о которых сообщал Гальвани. Но это происходило лишь в том случае, когда использовались два разных металла.

Гальвани, сообщая о своих экспериментах, отмечал, что «биметаллическая дуга», вероятно, приводила к усилению мышечных сокращений, однако расценил этот факт как уводящий в сторону от решения проблемы. Поначалу и Вольта был склонен считать, что определенное сочетание металлов каким-то образом усиливает ток собственного электричества лягушки в тот момент, когда цепь замыкается. Но потом он решил исследовать это явление более внимательно.

Обнажив седалищный нерв, он присоединил к нему два небольших металлических зажима, похожих на хомутки, оставив между ними небольшой зазор. Один хомуток был сделан из олова, а второй - из серебра. В момент замыкания цепи - когда оба хомутка сводились вместе или соединялись куском проволоки - мышцы конечности сокращались. То же происходило с парой олово-латунь. Вольта начинал верить, что проводящая дуга - это не только некоторое соединение, разряжающее или даже ускоряющее животное электричество. Она может сама являться источником энергии. Когда лягушачья лапка дергается, она функционирует как стрелка очень чуткого измерительного прибора, отмечая присутствие нового явления - биметаллического электричества. «Теория Гальвани и его объяснения… по сути своей лишены оснований, - писал Вольта одному из своих коллег, - и имеется что этот эксперимент ничего не доказал, поскольку углерод тоже является проводником.

Тогда другой сторонник Гальвани продемонстрировал, что может создать гальваническую реакцию, просто прикоснувшись к мышце лягушки одной рукой, а к отсеченному нерву - другой. «При каждом моем прикосновении лягушка вздрагивала, подпрыгивала, словно старалась от меня убежать». Вывод напрашивался сам собой: «…металлы не создают электрического движения… В них нет тайных, волшебных свойств».

В своем самом убедительном опыте Гальвани полностью исключил все внешние проводники и с большим изяществом разместил лягушку так, что ее седалищный нерв напрямую касался мышцы, приводившей в движение лапку лягушки. Лапка тут же дернулась. Откуда в этом случае могло взяться электричество, если не из самого животного?

Уверенный в своей правоте, Гальвани высмеял Вольту с помощью его же собственных слов: «Но если дело обстоит именно так, если электричество находится в самом животном, а не является общим свойством вешней среды, то что тогда остается от теорий синьора Вольты?»

Пришлось Вольте изменить свои теории. К этому времени он уже начинал подумывать о том, что, возможно, мышца, нерв, руки экспериментатора и даже сама лягушка являются слабыми проводниками второго рода. Подносился ли нерв к мышце, серебру или латуни, эффект был один и тот же: несхожие проводники производят то, что он назвал контактным электричеством.

Электрическая батарея Вольты

Рисунок из трактата А. Вольты «Об электричестве» 1800 год

В более ранних опытах Гальвани проводники первого рода - металлические скальпели, латунные крючки, серебряные шкатулки, крышки - были отделены влажными проводниками второго рода, т. е. лягушкой. С таким же успехом он мог использовать мокрый картон или, как продемонстрировал Вольта, человеческий язык. Положите серебряную монету сверху и медную снизу и, лизнув, вы можете ощутить привкус электричества. Эксперименты с одинаковым металлом тоже нашли свое объяснение. Один проводник первого рода образовывал дугу между двумя проводниками второго рода - нервом и мышцей. В конце концов, можно создать дугу из двух аморфных проводников второго рода - рукой и лягушкой. Не важно, какими будут проводники - естественными или искусственными, - главное, чтобы они были несхожими.

Сегодня мы знаем, что правы были оба ученых и каждому удалось доказать свою правоту с помощью элегантных опытов.

Начнем с Вольты. Взяв несколько десятков дисков - часть из них из меди, а другие - из цинка, - он, чередуя металлы, сложил все диски столбиком, разделяя их картонными шайбами, смоченными в соленой воде. При достаточной высоте столбика он при прикосновении получал легкий электрический удар. Можно было использовать серебро и олово или заменять картон маленькими чашечками с соленой водой, соединенными между собой биметаллическими электродами.

Так он изобрел электрическую батарею. В названии статьи, опубликованной в 1800 году, уже была сформулирована суть его открытия: «Об электричестве, возбуждаемом простым контактом проводящих веществ различного рода». Лягушка Гальвани оказывалась просто влажным разделителем в «электрической батарейке».

Но не тут-то было. Завершающий опыт Гальвани был не менее элегантным. Он препарировал очередную свою лягушку «обычным способом» - так, что у нее был выделен каждый основной нерв лапки. В предыдущих своих экспериментах он прикасался нервом непосредственно к мышце. На этот раз, используя небольшую стеклянную палочку, он соединил один нерв с другим, т. е. образовались два одинаковых проводника, но результат был тот же: мышца сократилась, чего не могло произойти, если бы второй нерв просто раздражался кусочком стекла.

«Какую теперь нужно призвать неодинаковость, чтобы объяснить мышечные сокращения, - вопрошал он, - ибо контакт создается только между нервами?» Он настаивал на том, что эффект возникает только потому, что «в самом животном имеется электрическая цепь».

И ни одному из этих двоих ученых не приходила в голову мысль, что их опыты просто дополняли друг друга и ходили они кругами вокруг одной и той же истины. Природное, искусственное, животное электричество является прежде всего электричеством. Вольта не мог понять, что наблюдаемое им «контактное» электричество было лишь химической реакцией (ему самому казалось, что его батарея была источником вечного движения), тогда как Гальвани настаивал на том, что его биологическое электричество является чем-то совершенно иным.

Пройдут годы, прежде чем физиологи детально разберутся в том, что удалось наблюдать разозлившемуся на Вольту Гальвани в опытах с лягушками: почему в организме каждая микроскопическая клетка действует как крохотная электрическая батарейка, ее мембраны функционально напоминают картонные прокладки, а заряженные ионы выполняют роль цинковых и медных монет. В результате возникло понимание положительного и отрицательного, а также электродвижущей силы под названием напряжение. Когда мышца приходит в движение или палец чувствует поверхность камня, по нервной системе протекает электрический ток. Эфемерная «жизненная сила» отсутствует. Жизнь - это всего лишь электрохимия.

Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока - гальванического элемента. История этого изобретения начинается с работ итальянского врача Луиджи Гальвани (1737 - 1798), относящихся к концу XVIII в. Он интересовался физиологическим действием электрического разряда и предпринял ряд опытов для выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированной лягушки.

Гальвани подошел к факту, как истинный ученый. Он многократно повторил опыт в разных комбинациях. 3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решил проверить, не будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферное электричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушки проводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец нерва с землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходило сокращение мускулов лягушки.

Затем Гальвани подвесил препарированных лягушек за медные крюки, зацепленные за их спинной мозг, около железной решетки сада. Он обнаружил, что иногда, когда мышцы лягушки касались железной ограды, происходило сокращение мускулов. Причем эти явления наблюдались и в ясную погоду. Следовательно, решил Гальвани, в данном случае уже не гроза является причиной наблюдаемого явления.

Для подтверждения этого вывода Гальвани проделал подобный опыт в комнате. Он взял лягушку, у которой спинной нерв был соединен с медным крюком, и положил ее на железную дощечку. Оказалось, что когда медный крючок касался железа, то происходило сокращение мускулов лягушки.

Гальвани решил, что открыл «животное электричество», то есть электричество, которое вырабатывается в организме лягушки. При замыкании нерва лягушки посредством медного крюка и железной дощечки образуется замкнутая цепь, по которой пробегает электрический заряд (электрическая жидкость или материя), что и вызывает сокращение мускулов.

Сохранились подробные записи рассуждений и опытов ученого. В конце концов, он пришел к выводу, что для содрогания лап достаточно иметь два металла: медь и железо. И далее: разные металлы дают разный эффект. И все-таки он решил, что электрическая сила находилась в мышцах лягушки. Он много времени и сил потратил на то, чтобы доказать этот последний вывод. Никому не удалось доказать это и после Гальвани.

Васильчиков П.И., гр. 133-5

Занятие №1. Электрические явления в возбудимых тканях

Практическая работа № 1

Приготовление нервно-мышечного препарата

Цель работы: овладеть методикой приготовления нервно-мышечного препарата.

Материалы и оборудование: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы:

1) Приготовление препарата задних лапок;

2) Приготовление реоскопической лапки;

3) Приготовление нервно-мышечного препарата;

Схема приготовления нервно-мышечного препарата.

Практическая работа № 2

Первый опыт Гальвани

Цель работы: ознакомится с опытом Л. Гальвани, на основании которого впервые был поставлен вопрос о существовании «животного электричества».

Материалы и оборудование:

Ход работы: Для работы использовать препарат задних лапок лягушки. Препарат поместить на стеклянную пластинку. Прикоснувшись к нервным сплетениям браншами гальванического пинцета, наблюдать возникающие при этом сокращения мышц.

Результаты и обсуждения: при прикосновении к нервным стволам цинковой и медной пластинками наблюдаем сокращения лапок.

Вывод: Ознакомились с первым опытом Гальвани, на основании которого был поставлен вопрос о существовании «животного элкричества».

Практическая работа № 3

Второй опыт Гальвани

Цель работы: ознакомление с опытом, показывающим раздражающее действие тока, возникающего непосредственно в тканях.

Материалы и оборудование: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, гальванический пинцет, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы: Для работы использовать реоскопическую лапку лягушки. Препарировать седалищный нерв до коленного сустава. Сохраняя нерв отсечь бедро в нижней его трети. Быстро набрасывать нерв (держа его за остатки позвоночника) на оставшиеся мышцы бедра таким образом, чтобы он одновременно коснулся поврежденной (поперечной) и неповрежденной (продольной) поверхности мышцы (рис. 1). Мышцы голени при этом сокращаются (рис. 2). Раствором Рингера препарат не смачивать!

Вывод: Ознакомились с опытом, показывающим раздражающее действие тока, возникающего в тканях.

Практическая работа № 4

Вторичный тетанус (опыт К. Маттеуччи)

Цель работы: убедиться в возникновении биотоков (потенциалов действия) при возбуждении мышечной ткани.

Материалы и оборудование:

Ход работы: Для работы используются две реоскопические лапки.

Результат: При прикладывании нерва одной лапки к поврежденной мышце второй и подачи на 1-ю напряжения, наблюдалось сокращение второй лапки. Сокращение происходит при напряжении равном 15 мВ, порог возбудимости = 15 мВ.

Вывод: мы убедились в возникновении биотоков (потенциалов действия) при возбуждении мышечной ткани.

Практическая работа № 6

Определение порога возбудимости нервно-мышечного препарата при прямом и непрямом раздражении

Цель работы: познакомиться с понятием «порог силы раздражения», сравнить пороги силы раздражителя при прямом раздражении мышцы и при раздражении ее двигательного нерва.

Материалы и методы: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, гальванический пинцет, электростимулятор, вилочковые электроды, электрические провода, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы: Для работы использовать нервно-мышечный препарат.

Приготовленный нервно-мышечный препарат укрепить за бедренную косточку в зажиме. Проколов крючком ахиллово сухожилие присоединить ее к пишущему рычажку. Нерв уложить на подложку. Аккуратно не нарушив целостности препарата подвести к нерву вилочковые электроды, подключенные к клеммам электростимулятора.

Нервно-мышечный препарат Схема установки

с бедренной косточкой.

Настраиваем оборудование. Определяем порог возбудимости нерва и мышцы, используя в качестве раздражителя электрический ток.

Результат:

Вывод: Из полученных данных следует, что мышцы имеют более высокий порог раздражения, чем нерв, но более низкая возбудимость. А у нервной ткани высокая возбудимость и низкий порог раздражения. возбудимость нерва происходит при амплитуде 35 мВ. возбудимость мышцы происходит при амплитуде 0,5 В.

Если мы оказались в «доэлектрические» времена и хотим продвинуть использование электроэнергии, одним из направлений деятельности будет продвигание знаний среди научной интеллигенции того времени. Ну, или среди тех, кто считался за научную интеллигенцию в отсутствии науки.

Самым простым опытом для демонстрации будет один из тех, что проводил Луиджи Гальвани.
Однако, простой опрос говорит, что современный человек плохо понимает, что делал Гальвани, и ему почему-то кажется, что итальянец подключал лягушек к электрической батарее…

Во первых, Гальвани не изобретал гальванический элемент. И гальванометр тоже. И гальваническое покрытие в том числе. Первый гальванический элемент () придумал, соответственно, Вольта.

Во-вторых, в интерпретации своих опытов Гальвани ошибался — и это в полушаге он верного решения!
Он придумал интересные эксперименты, но при этом умудрился ошибиться во многом, за что был нещадно критикован Вольтой.
Тут дело в том, что Гальвани был очень верующим человеком и искал в своих опытах подтверждение именно религиозных взглядов. Но природа очень хорошо умеет показать, что реальность не имеет ничего общего с придуманными богами. В общем — все как всегда.

Собственно, у Гальвани есть два основных опыта. Первый опыт больше связан с электричеством, а второй — с физиологией. Нас больше интересует первый.

Итак, в те времена уже знали, что электрический разряд с лейденской банки, поданный на препарированную лягушку, дает сокращение мышц лапки. Вообще, для попаданца вещь нужная, конденсатор придется строить в любом случае. Недостаток один — штука для древности дорогая, а нам еще нужно ее чем-то зарядить.
Поэтому нам нужен эксперимент, который «проймет» инвестора на расставание с крупной суммой.
Главный недостаток этого опыта — очень похоже на колдовство (а что в технологиях на колдовство не похоже?).

Итак, разбираем лягушку на части. Берем в руку биметаллический пинцет, состоящий из двух концов — медного и железного. Одним концом касаемся нерва в позвоночном столбе лягушки, а вторым концом касаемся лапки. Все. Лапка дергается.
Как это делается хорошо показано в советском учебном фильме:

В оригинале Гальвани подвешивал лягушку на медном крючке на балконную решетку, надеясь поймать «разлитое в воздухе животное электричество». Когда лапка касалась железной решетки, она дергалась.

Итак, что происходит?
Опыт распадается на две независимые части.
Во-первых — два конца биметаллического пинцета образуют гальваническую пару, для нее жидкость внутри лягушки — электролит. Они начинают вырабатывать свои треть вольта, а так как цепь замкнута, то через лягушку начинает течь ток.
Во-вторых — ток течет не просто через лягушку, а через ее нервы и дальше срабатывает стандартная физиологическая схема сокращения мышц.

Во втором опыте Гальвани забрасывает нерв на поврежденную часть мышцы и та сокращается. Это чистая физиология, для технаря-попаданца малоприменима.

Итак, для опыта Гальвани номер один нужна лягушка (бесплатно), железный гвоздь и медная монета.
Ничего технически сложного строить не надо — это прекрасный первый шаг.
И есть большой шанс, что деньги на полноценный выделят, а то и на целую электрическую лабораторию, в которой можно много чего делать — например, брать серебро и покрывать его золотом с помощью гальваники… 😀

Первый опыт Гальвани — сокращение икроножной мышцы лягушки при действии особым (Fe/Cu) пинцетом на седалищный нерв.

Второй опыт Гальвани — сокращение икроножной мышцы лягушки, наблюдаемое при набрасывании седалищного нерва на поврежденный и неповрежденный участки поверхности другой мышцу.

Первые попытки изучения биоэлектрических явлений («животного электричества») известны с XVIII в., когда были выполнены исследования на «электрических» органах рыб (Адансон, 1751; Целп, 1773;)

Рис. 1. «Балконный» опыт Гальвани (по Л.В. Латманизовой)

Однако Гальвани возразил знаменитый ученый-физик А. Вольта, который считал, что в «балконном» опыте мышца является лишь чувствительным «электрометром» электричества, порождаемого контактной разностью потенциалов металлов, используемых в опытах. Защищая свою точку зрения, Гальвани воспроизводит различные модификации опытов, в которых сокращение мышцы вызывалось путем набрасывания нерва с помощью стеклянной палочки на поврежденный и неповрежденный участки мышцы (рис. 2).

Рис. 2. Модификация «балконного» опыта Гальвани Вильямсон, 1775, и др.).

Все эти исследования подготовили благоприятную почву для трудов И.О. Гальвани, заложивших основу электрофизиологии как самостоятельной области науки. В 1791 г. им были опубликованы результаты исследований, в том числе знаменитого «балконного» опыта (рис. 1), который заключался в следующем: при подвешивании нервно-мышечного препарата на железную решетку с помощью медного крючка, проходящего через спинной мозг препарата, имело место сокращение мышц лапки лягушки каждый раз, когда эта лапка соприкасалась с железной решеткой балкона.

Позднее открытия Гальвани были подтверждены в работах Маттеучи (1837). Однако Маттеучи обнаружил явление вторичного, или индуцированного, сокращения: при помещении нерва одного нервно-мышечного препарата на мышцу другого препарата и раздражении нерва второго препарата Маттеучи наблюдал сокращение мышц обоих препаратов (рис. 3).

Рис. 3. Опыт Маттеучи: вторичное (индуцированное) сокращение мышцы

На основании этого явления Маттеучи выдвинул предположение об изменении электрических зарядов нервной ткани при ее возбуждении.

Дальнейшее развитие представлений о природе «животного электричества» связано с внедрением в физиологию экспериментальных приемов и техники. В 1820 г. Швейгер сконструировал гальванометр, который итальянский физик Нобели, усовершенствовав, применил в 1827 г. для проверки опытов Гальвани. Однако наибольший интерес представляют работы Э. Дюбуа-Реймона, выполненные в 1840-60 гг. В этих работах благодаря высокочувствительному гальванометру и ряду других технических новшеств удалось впервые обнаружить электрические процессы в мышце, зарегистрировав потенциал наружной и внутренней поверхностей . Впервые было установлено, что наружная мембрана заряжена положительно по отношению к внутренней и эта разность потенциалов изменяется при сокращении мышцы.

В 1896 г. В.Ю. Чаговец впервые высказал гипотезу о ионном механизме электрических потенциалов в живых клетках и попытался применить для их объяснения теорию электролитической диссоциации Аррениуса. В 1902 г. Ю.Бернштейном была развита мембранно-ионная теория, согласно которой клеточная поверхность представляет собой полупроницаемую мембрану, которая в состоянии физиологического покоя снаружи заряжена положительно, а внутри — отрицательно.

В 1936 г. английский зоолог Джон Юнг обнаружил у кальмаров и каракатиц необычайно толстые аксоны, которые впоследствии стали называть «гигантскими аксонами». Их диаметр превышал 0,5 мм, что позволило достаточно легко вводить в них микроэлектроды, проводить химический анализ содержащейся в них жидкости, вводить в них различные растворы и т.д. «Гигантские аксоны» стали объектом изучения биоэлектрических явлений в тканях, с их помощью было получено много новых и интересных данных.

Современные представления о природе биоэлектрических явлений в тканях базируются на результатах работ Алана Ходжкина, Эндрью Хаксли, Бернарда Катца, которые в 1940-50-х гг. модифицировали и экспериментально обосновали мембранно-ионную теорию Ю. Бернштейна. В настоящее время их взгляды о природе биоэлектрических явлений пользуются всеобщим признанием. Согласно их представлениям наличие электрических потенциалов в живых клетках обусловлено различной концентрацией ионов Na + , К + , Са 2+ и CI- внутри и вне клетки, а также различной проницаемостью для них клеточной мембраны. За разработку теории ионного механизма возбуждения эти авторы были удостоены звания лауреатов Нобелевской премии.

Понятие о гальванизме

Из первого опыта Л. Гальванн известно, что разноименные металлы являются источником гальванического тока, который может оказывать раздражающее воздействие на живые ткани. Это должен учитывать врач-стоматолог при протезировании и пломбировании зубов разнородными металлами (золото, нержавеющая сталь, амальгамы), между которыми может возникать гальванический ток. Поскольку слюна является слабым электролитом, то выделение ионов металла в слюну создает условия для возникновения в полости рта микротоков различной величины. Сила возникающего тока зависит от следующих факторов:

• рН слюны (сила тока увеличивается при отклонении рН в любую сторону от нейтральной);
• качества имеющихся в полости рта металлов, их обработки и того, насколько далеко они находятся друг от друга в электрохимическом ряду металлов.

Возникающие микротоки могут быть причиной явления, которое в стоматологии получило название «гальванизм». В развитии клинических симптомов гальванизма значительную роль играет фактор времени. Часто проходят годы, пока в результате действия на слизистую оболочку полости рта гальванических микротоков разовьется патологическое состояние (гальванизм). Клинические симптомы гальванизма очень разнообразны и могут быть разделены на две группы:

• субъективные жалобы, возникающие непосредственно после фиксации в полости рта металлических пломб и коронок: «металлический» вкус, «металлическое» чувство жжения. Эти жалобы в большинстве случаев прекращаются в ближайшие дни после появления во рту металлов;
• жалобы, возникающие через продолжительное время, иногда через несколько лет: сухость в полости рта (реже слюнотечение), «металлический» вкус во рту. боли. Может развиваться хроническое воспаление слизистой оболочки рта: она становится красной, сосочки языка набухают, возникают эрозии и язвы;
• в результате электрохимических процессов в полости рта в слюну из металлов (особенно из припоя) попадает большое количество микроэлементов. Как следствие их токсического действия на рецепторный аппарат слизистой оболочки рта развиваются местные процессы воспаления. понижается и извращается вкусовая чувствительность на сладкое, соленое, кислое. Это может привести к нарушению механической и химической обработки пищи в полости рта и нарушению речеобразования. Кроме того, при попадании такой слюны в пищеварительный тракт и действии микроэлементов слюны на слизистую оболочку желудка и кишки могут возникать обострения хронических желудочно-кишечных заболеваний;
• сила тока, возникающая между разноименными металлами, коррелирует со степенью субъективных жалоб. При гокс 80 мкА явления гальванизма выражены сильно, при 25-80 мкА возникают слабые ощущения, а при 10 мкА жалоб практически нет. Поэтому электрические токи силой до 10 мкА берут за условную норму. После замены разнородных металлов на однородные через определенное время жалобы прекращаются.