Какой эволюционный процесс наделил человека способностью чувствовать электрический ток? Какие природные опасности, кроме молнии и электрического угря, включают электричество, представляющее угрозу для человека?
Электрические токи неспецифически стимулируют нейроны . Например, устройство искусственного зрения BrainPort передает визуальную информацию посредством электрической стимуляции механорецепторов языка. Точно так же кохлеарные имплантаты и имплантаты сетчатки передают акустическую и визуальную информацию посредством электрической стимуляции внутреннего уха и сетчатки соответственно. Список можно продолжить. Суть в том, что ни один из этих органов (язык, ухо или глаз) не эволюционировал для обработки электрических раздражителей. И на самом деле в человеке нет специфических датчиков тока или напряжения. Электрические токи неспецифически стимулируют нейроны, вызывая их возбуждение. Когда сенсорные афференты активируются таким образом, генерируются сенсорные восприятия.
В случае удара молнии (поражение кожи электрическим током) ощущение опосредуется главным образом болевыми и тепловыми рецепторами. В случае с BrainPort в основном стимулируются тактильные рецепторы на языке (восприятие вкуса происходит редко). В случае кохлеарных имплантов стимулируются волокна слухового нерва, а в ретинальных имплантах – волокна зрительного нерва. Следовательно, различные, а фактически все нейроны могут возбуждаться электрическим током.
Обратите внимание, что у акул есть ампулы Лоренцини . Эти органы чувств представляют собой электрорецепторы, которые позволяют акулам ощущать биоэлектрические поля добычи под водой.
Электричество напрямую стимулирует нейроны. Вы должны понимать, что нейроны в основном работают за счет электрических токов, которые возникают из-за разницы в заряде мембран. Поэтому, когда вы подаете электричество нейрону, вы в основном отдаете электроны внеклеточной мембране, что делает ее гораздо более отрицательной по сравнению с внутриклеточной или тем, что находится внутри мембраны. Это компенсирует градиент концентрации, который до сих пор сохранял баланс, и тогда происходит срабатывание нейронов. Во всяком случае, я надеюсь, что вы получили это. Обратите внимание, что вы не можете напрямую «почувствовать» электричество или электростатическую силу. Это невозможно, природа не дала нам для этого механизма. То, что вы чувствуете, является прямым следствием воздействия электричества на работу ваших мышц и нервов.
Электричество необходимо для контроля и координации деятельности нейронов и скелетных мышц. Вы должны представить себе нейрон как очень сложный логический порт электронной схемы, который получает информацию через свои дендриты от других нейронных клеток, а затем интегрирует эту информацию в свое тело. Если пространственно-временная суммация тормозных и стимулирующих сигналов запороговая, то на уровне первой части аксона происходит создание ответа нейронной клетки по типу «все или ноль» — потенциала действия. Как правило, происходит одновременная активация потенциалзависимых натриевых каналов, вызывающая выбросы, распространяющиеся по всему аксону, который связан с другими нейрональными дендритами или клетками скелетных мышц. Эти люди получают и интегрируют таким же образом посылаемые им стимулы. Как вы легко можете себе представить, внешние электрические стимулы, такие как электростимуляторы или инструменты, используемые неврологом для анализа активности нейронов и мышц в диагностических задачах, способны изменять естественный электрический потенциал, присутствующий на клеточных мембранах этих возбудимых типов клеток, и реакцию на это электрическое поле. Действительно, клетки обладают и активно поддерживают электрический потенциал между двумя сторонами фосфолипидного двойного слоя клеточной мембраны около -70 мВ. Это связано с асимметричным распределением ионных частиц (главным образом, натрия, калия и хлорида), поддерживаемых с помощью химической энергии, полученной из экзогенных источников. Таким образом, наши клетки вообще не способны непосредственно ощущать электричество, но все явления, как физические, так и химические, способны изменять электрическое равновесие (гомеостаз) клеточных мембран, индуцировать реакцию на внутриклеточном уровне, приводящую, например, к ответу нервных клеток или сокращению скелетных мышц. Можно подумать о применении дефибриллятора для лечения сердечных аритмий, посылающих в очаг сильный ток пульсовой волны, который при фибрилляции или желудочковой тахикардии часто способен восстановить нормальную сердечную деятельность и спасти жизнь. Подобным образом действует и кардиостимулятор. Некоторые патологии, такие как БАС, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, миотония, также связаны с изменением этого электрического механизма, что приводит к изменению способности клеток обрабатывать и интерпретировать эти электрические сообщения. В электрофизиологических исследованиях, внешняя стимуляция клеток электродами (см. технику пэтч-кламп) используется для проверки действия лекарств для лечения этих патологических состояний. Наконец, я могу сказать, что эволюция не дала нам способности чувствовать электричество, вместо этого оно было адаптировано как инструмент клеточного уровня, которым клетки управляют, чтобы передавать и интегрировать (или хранить в мозгу) стимулы и информацию.