Презентация на тему Электрические явления в живых организмах

1.

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2»
г.Южно-Сухокумск Республики Дагестан
ПРЕЗЕНТАЦИЯ
на тему:
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В
ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ
Подготовила и провела:
Абдурагимова Суджана Габибовна
учитель физики МКОУ «СОШ №2»
Аудитория: 10 класс.
г.Южно-Сухокумск 2023 г.

2.

«Как ни чудесны законы и явления электричества, выявляющиеся нам в мире
неорганического или мертвого вещества, интерес, который они
представляют, вряд ли может сравниться с тем, что присуще той же силе в
соединении с нервной системой и жизнью»
М. Фарадей
Задачи:
1.
Рассмотреть электрические
явления в растительном, животном и
человеческом мире.
2.
Выяснить, отчего зависит
электрическое сопротивление в
отдельных участках тканей организма.
3.
Исследовать зависимость
сопротивления человека от внешних
факторов.
4.
Провести
электрофизологические исследования
на комнатных растениях.

3.

НАЧАЛО НАУКИ О БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Начало науки о биоэлектричестве было положено в XVIII в. опытами Луиджи Гальвани. Целью
его многочисленных остроумных экспериментов было становление связи между двумя
явлениями, по тем временам чрезвычайно далекими друг от друга, - сокращением
препарированной лапки лягушки и электрическим током.
Марио Льоцци в своей «истории физики» приводил рассказ Гальвани о том, как он
заинтересовался биоэлектричеством: «Когда один из моих помощников острием скальпеля
случайно коснулся внутренних бедренных нервов лягушки, то немедленно все мышцы
конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие судороги
Позже Л. Гальвани показал, что мышцы лягушки сокращаются и в том случае, когда
никаким металлическим предметом к ним не прикасаются.
Это привело к выводу, что
процессы, протекающие в нервной системе, имеют электрическую природу и что сокращение
мышцы происходит в ответ на электрический сигнал, проходящий по нерву.
Сигнал может возникать и произвольно; например, при подсоединении к нерву источника
электрического тока последний генерирует нервный сигнал, запускающий мышечное
сокращение.

4.

ОПЫТ ВОЛЬТА
Научным оппонентом биологу Гальвани выступил физик Алессандро Вольта.
Критически анализируя эксперименты Гальвани, А.Вольта увидел в них наличие
двух металлов и причину появления тока приписал им.
Гальвани утверждал, что эти токи имеют животное происхождение, а
Вольта, соответственно, металлическое. Вольт продемонстрировал эксперимент.
А.Вольта составлял цепь из четырех человек. Два крайних влажными руками
держали разнородные металлы: первый цинковую пластину, второй –
серебряную. Первый касался пальцами языка второго, который, в свою очередь,
касался пальцем глазного яблока третьего соседа. Третий с четвертым держали
мокрыми руками свежепрепарированную лапку лягушки. Когда цепь замыкалась
посредством соприкосновения металлических пластин, на языке ощущался
кислый вкус, в глазу появлялся свет, а лапка лягушки сокращалась.
Таким образом можно сделать вывод, что электричество было открыто
благодаря электрической природе ощущений.

5.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЫБЫ.
Наблюдения показали, что многие рыбы имеют особые
электрические органы, своего рода «батареи»,
вырабатывающие большие напряжения.
Как показали исследования, электрические органы состоят
из мышц, которые потеряли способность к сокращениям;
мышечная ткань служит проводником, а соединительная –
изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга, а в
целом он представляет собой мелкопластинчатую структуру
из чередующихся элементов. Например, угорь имеет от
6000 до 10000 соединенных последовательно элементов,
образующих колонку, и около 70 колонок в каждом органе,
расположенном вдоль тела. У взрослых особей на этот
орган приходится около 40% всей массы их тела.

6.

Способность некоторых животных вырабатывать электричество была
известна очень давно.
Например, древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой,
которая, как писал Аристотель, «заставляет цепенеть животных». Рыба,
наводившая страх на людей, была электрическим скатом. И только двести
лет назад ученые начали приоткрывать природу электричества в живых
организмах.
Как пишет профессор Ходжкин в книге «Нервный импульс», еще
римский врач Скрибоний Ларг рекомендовал применять разряды
электрического ската в качестве средства от подагры, головной боли и
эпилепсий. Без сомнения, рыбы с электрическими органами стали
известны людям вместе с возникновением рыболовства, так что первое
знакомство человека с биоэлектричеством невозможно датировать даже
приблизительно.
Тем не менее, точные сведения об электрических органах животных
были собраны сравнительно недавно.
Часто такой орган служит орудием защиты или нападения. Электрический
скат, например, генерирует импульсы в 50 ампер или напряжением 60
вольт, а электрический угорь «стреляет» импульсами с напряжением 500
вольт! Удивительным является то обстоятельство, что на тело самой рыбы
это высокое напряжение никакого действия не оказывает!
Такие мощные импульсы может давать только очень совершенный
электрический аппарат.

7.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В РАСТЕНИЯХ
Изучению «растительного электричества» в XIX в. было уделено немало внимания.
Первые попытки обнаружения токов действия у растений предпринимались именно на
тканях, способных к сокращению.
Токи действия в растительных тканях были
обнаружены в опытах с черешками мимозы, способными совершать механические
движения под влиянием внешних раздражителей. Однако наиболее интересные
результаты были получены в конце прошлого века Бердон-Сандерсоном, исследовавшим
токи действия в закрывающихся листьев насекомоядного растения – так называемой
венериной мухоловки. Оказалось, что в момент сворачивания края листа в его тканях
возникают точно такие же токи действия, как в мышце при сокращении! Постепенно стали
накапливаться сведения об электрических явлениях, сопровождающих многие процессы
жизнедеятельности растений – фотосинтез, дыхания. Были открыты электрические ритмы
растений. Если, например, поместить кончик корня молодого бобового растения в воду и
между различными точками корня и наружной средой измерять разность потенциалов,
окажется , что эта величина колеблется с периодом 5 – 20 минут, причем амплитуда
колебаний уменьшится по мере удаления от кончика корня. а частота сильно зависит от
температуры окружающий среды. Ритмические колебания потенциала зарегистрированы
у очень многих высших растений и у некоторых грибов.
Но раз в растении вырабатываются какие-то токи, значит и внешний, приложенный
ток должен неким образом влиять на жизнедеятельность растений.
Реакция мимозы на внешнее раздражение.

8.

МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ И НЕРВНЫЕ ИМПУЛЬСЫ
На рисунке показана схема поперечного сечения мембраны клетки. Поры в
слоях белка позволяют небольшим ионам диффундировать через мембрану.
Толщина мембраны лежит в диапазоне от 7,5 до 10 нм. Стенки живых клеток
представляют собой тонкие мембраны, которые состоят из двух слоев белка,
разделенных слоем молекул липидов. Каждый такой слой имеет толщину
порядка 3,0 нм, а толщина всей мембраны составит 9,0 нм.
Мембраны клетки разделяют два участка, содержащие различные
растворенные ионы. В межклеточном пространстве имеется избыток ионов Na+ и
Cl‾, а внутри клетки наибольшую концентрацию имеют ионы K+ .
Кроме ионов
Na , K , и Cl внеклеточные и внутриклеточные жидкости содержат большое
количество отрицательных ионов (ионы фосфата, карбоната и большие
органические ионы). Размеры всех этих ионов больше, чем поры в белковых
слоях, через которые способны диффундировать маленькие ионы, поэтому мы
можем спокойно игнорировать диффузионный эффект больших отрицательных
ионов.

9.

В таблице приведены концентрации важнейших ионов во вне
(Се) - и внутриклеточном (Сi) пространствах.
Например, концентрация ионов калия примерно в 30 раз
боьше внутри клетки, чем снаружи. Если мы рассмотрим
пассивную мембрану, разделяющую два участка с
одинаковым электрическим потенциалом, то увидим, что
ионы калия будут диффундировать через мембрану с
одинаковой скоростью в обоих направлениях и градиент
концентрации не возникает.
Ион
Na
K
Cl
Концентрация
ионов Сi,
ммоль/л
15
150
0
Концентрация
ионов Се,
ммоль/л
145
5
125
Сi/Се
Потенциал
Нернста, мВ
0,103
30
0,072
+60
–90
–70

10.

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА
Все нормальные функции организма обусловлены электрическими
взаимодействиями. Работа мышц, в том числе дыхание и удары сердца,
контролируется электрическими токами.
Информация, получаемая различными органами чувств, передается в мозг с
помощью электрических сигналов. Хотя электрические токи и участвуют в
функционировании организма, токи от внешних источников при прохождении через
жизненно важные органы могут вызвать их повреждение или даже смерть
человека. Ток, который протекает по телу и подводится от внешнего источника,
определяется законом Ома, а значит, зависит от приложенного напряжения и от
сопротивлением. Для постоянного тока и низкочастотного (бытового) напряжения
сопротивление кожи при точечном контакте является определяющим фактором,
который ограничивает ток. (При высоких частотах более существенным фактором
является внутреннее сопротивление тела.) Следовательно, в большинстве ситуаций
ток, протекающий через тело, в основном зависит от состояния тела в точке
контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а сырая или мокрая кожа
будет обладать низким сопротивлением, так как ионы, находящиеся во влаге,
обеспечат беспрепятственное прохождение тока в тело. При сухой коже
сопротивление между крайними точками тела (например, от ноги до руки или от
одной руки до другой) может быть равно 100 кОм или больше, а при мокрой коже
может составлять 1% этого значения. Полное сопротивление тела между обычными
потными руками равно 1500 Ом.

11.

12.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ
Максимальные токи, ожидаемые от контакта
с бытовой электроцепью с напряжением 120 В
переменного тока, будут равны:
I0 = 120 В/100 Ом = 1,2 мА (сухая кожа)
I0 = 120 В/1500 Ом = 80 мА (мокрая кожа)
Ток 1 мА при прохождении через тело будет
едва заметин, но уже ток 80 мА будет смертелен
независимо от того, что он тут же прервется и
жертва будет быстро защищена.
Наиболее чувствительными к
электрическому току частями организма являются
мозг, грудные мышцы и нервные центры,
которые контролируют дыхание и сердце.

13.

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА СЕРДЦЕ
Работа связана с регулярным сокращением мышц, образующих сердечные стенки. Ритмичное
сокращение этих мышц вызвано распространением потенциала действия по сердечным волокнам.
Большинство волокон способны самовозбуждаться. Это значит, что потенциал действия в таких
волокнах самозапускается.
Этот процесс приводит к автоматическим сокращением сердца. Участок сердца, дающий
возбуждения максимальной величины, - это синоатриальный узел. Потенциал действия, который
возникает здесь, распространяется в течении 40 мс до атриовентрикулярного (АВ) узла, а в течении
90 мс сигнал достигает предсердия
Из-за наличия потенциала действия предсердие начинает сокращаться. Между моментом, когда
потенциал действия достигнет АВузла, и временем, когда этот импульс пройдет до верхнего
окончания сердечной перегородки имеется задержка примерно 0,1 с. Эта задержка дает
возможность предсердиям вытолкнуть свое содержимое в желудочки до того, как они начнут
сокращаться.
Потенциал действия распространяется вниз по сердечной перегородке, а затем вверх по
стенкам желудочков.
Сигнал распространяется настолько быстро, что оклик мышц является координирующим
сокращением, завершающим цикл действия насоса. Прежде чем следующий потенциал действия САузла сможет вновь привести к сокращению желудочков, должно пройти время 0.8 с.
В
результате сердце работает в режиме самовозбуждения, характеризуемом приблизительно 72
ударами в минуту
Распространение меняющегося потенциала мембран сердца связано с распространением
потенциала действия, выраженного в изменении электрического поля вокруг сердца. Это поле может
быть зафиксировано с помощью электродов, приложенных к различным точкам поверхности тела.

14.

15.

Посредством записи изменений электрических сигналов во времени можно
получить представление о работе сердца и установить наличие болезни или
нарушения в его деятельности. Эта техника называются электрокардиографией.
Электрические импульсы, управляющие сокращениями сердца, удается
регистрировать с помощью сравнительно простой измерительной аппаратуры,
причем форма этих сигналов зависит от того, насколько исправно функционируют
различные участки сердечной мышцы. В каждой поликлинике есть
электрокардиографический кабинет, и врач безошибочно определяет характер
нарушений сердечной деятельности по форме кривой биоэлектрической
активности.
Если ток от внешнего источника пропускать через сердце, то сердечные
волокна можно привести в состояние «зажигания» случайным образом и
потенциал действия начнет распространяться по сердцу во всех направлениях.
В результате возникнут нескоординированные сокращения желудочков и
нарушится их перекачивающая функция . Этот эффект называется желудочковыми
фибрилляциями.
Однажды возникнув, желудочные фибрилляции уже не
прекращаются, даже если прекратилось действие вызвавшего их тока. В течении
1-2 мин. сердечные мышцы, не получающие коронарной крови, слабеют в
результате чего они не могут бать снова приведены в состояние нормальных
сокращений, и наступает смерть. Если до того момента будут приняты экстренные
меры, то регулярное действие сердца может быть сохранено.

16.

ЭФФЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ТОКОВ В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ
Сила тока при частоте
тока 60 Гц
Эффект действия тока
0 – 0,5 мА
Отсутствует
0,5 – 2 мА
Потеря чувствительности
2 – 10мА
Боль, мышечные сокращения
10 – 20 мА
Растущее воздействие на мышцы, некоторые
повреждения. Примерно 16 мА – это
«обездвиживающий» ток, выше которого человек
уже не может освободиться от электродов.
20 – 100 мА
Дыхательный паралич
100 мА – 3 А
Смертельные желудочные фибрилляции, в том
случае если немедленно произойдет реанимация
Более 3 А
Остановка сердца. Если шок бал кратким, сердце
можно реанимировать. Тяжелые ожоги.

17.

КОЖНО-ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ.
В XVIII веке у человечества появилась иллюзия возможности воскрешения из мертвых.
Племянник Луиджи Гальвани подключал ток к отрубленным головам казненных, заставляя их
моргать, что вводило публику в обморочное состояние. Алессандро Вольта вставлял
электроды и в нос и в рот и в уши, однако эти эксперименты практического выхода не имели.
Эстафету продолжил великий русский ученый Петров Василий Владимирович, создав большую
гальваническую батарею, он первый зажег электрический свет и продолжил эксперименты в
области физиологии над людьми, животными и рыбами.
Василий Петров в своих экспериментах по существу использовал более сильный
источник тока, что естественно вызывало более сильные ощущения при замыкании и
размыкании электрической цепи. Держась за разные полюса гальванического элемента, люди
соприкасались носами, губами, щеками. Ощущали при этом появление света в глазах, кислый
вкус во рту и чувство ломоты. Кролики при касании к ним обоих полюсов батареи
вздрагивали, рыбки – выпрыгивали из воды при введении и выведении из нее электродов. Так
в Европе зарождалось гальвано терапия. В последствии дало открыто явление кожногальванической реакции, которая лежит в основе прибора «детектор лжи». Кожногальваническая реакция – это показатель электропроводности кожи. Он имеет физическую и
тоническую формы. В первом случае кожно-гальваническая реакция – один из компонентов
ориентировочного рефлекса, возникающего в ответ на новый стимул и угасающего с его
повторением.
Тоническая форма гальванической реакции характеризует медленные изменения кожной
проводимости, которые развиваются, например, при утомлении. В ее основе лежит принцип
изменения сопротивления кожи в зависимости от эмоционального состояния.
Биоэлектрическая активность, фиксируемая на поверхности кожи, обусловлена
деятельностью потовых желез и выступает компонентом ориентировочного рефлекса,
эмоциональных реакций организма, связанных с работой симпатической нервной системы.

18.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА
Электрическое сопротивление отдельных участков тканей зависит
преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток проходит, главным
образом, по каналам потовых и отчасти сальных желез; сила тока зависит от толщины
и состояния поверхностного слоя кожи.
Кожа – наружный покров тела. Ее площадь составляет около 2 м². Кожа состоит
из трех основных слоев. Наружный слой – эпидермис – образован многослойной
эпителиальной тканью, которая постоянно слущивается и обновляется за счет
размножения более глубоко расположенных клеток. Под слоем эпидермиса
расположен слой соединительной ткани – дерма. Здесь находятся многочисленные
рецепторы, сальные и потовые железа, корни волос, кровеносные сосуды и
лимфатические сосуды. Самый глубокой слой – подкожная клетчатка – образован
жировой тканью, которая служит «подушкой» для органов, изолирующим слоем.

19.

ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Поражение электрическим током вызывает как
общие функциональные нарушения в деятельности
организма (электротравма), так и местные
(электроожоги).
Легкие поражения электрическим током часто
наблюдаются в быту. Тяжелые поражения (нередко со
смертельным исходом) возникают при нарушениях
техники безопасности или авариях в электросиловых
установках, обрывах и падении опор линий
электропередач, ударе молнии.

20.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЯЖЕСТЬ И ИСХОД ПОРАЖЕНИЯ
ТОКОМ
Тяжесть и исход поражения током зависят:
От силы и характера тока (постоянный ток напряжением до 50 В не вызывает
смертельных поражений; при воздействии тока 220-380 В частота смертельно
опасных поражений составляет 25%, при 1000 В – до 50%, при 3000 В – до 95%.
Переменный ток напряжением 220-380 В и частотой 50 Гц более опасен, чем
постоянный. Частота переменного тока оказывает большое влияние на его
поражающие свойства (так, переменный ток высокого напряжения 1500 В, большой
сила 2 А и высокой частоты
10000 Гц безопасен и используется в лечебных целях.));
От длительности его воздействия;
От общего состояния организма (алкогольное опьянение, утомление, возраст);
От сопротивления кожи пострадавшего (электропроводность кожи определяется ее
влажностью, толщиной, целостностью. Сухая кожа не повреждается током
напряжением до 80 В. При напряжении более 500 В величина сопротивления кожи не
имеет значения, поскольку в месте контакта происходит пробой кожи. Пути
прохождения электрического тока в организме (петля тока) – наибольшую опасность
представляют петли тока, проходящие через голову и грудь.);
От метеорологических факторов (воздействие электрическим током высокого
напряжения (около 1000 В) вызывает значительные повреждения мягких тканей
(глубокие ожоги и некроз); воздействие электрическим током низкого напряжения
(от домашних электрических розеток) обычно не вызывает ожогов, но может стать
причиной асистолии и апноэ).

21.

Практическая работа №1: «Исследование влияния раздражения (световое,
шумовое, тепловое) на электрические сопротивления растений.»
Оборудование: школьный осцилограф, комнатное растение, соединительные
провода.
Результаты эксперимента: наблюдались изменения электрических
импульсов при механическом, шумовом раздражении растения.

22.

Практическая работа №2: «Исследование зависимости
сопротивления человека от состояния кожи, от
физической нагрузки и от эмоционального настроя».
Оборудование: электронный омметр, провода.
Цель: исследование зависимости
электрического сопротивления человеческого
организма от внешних раздражителей.

23.

24.

Ход работы:
1.С помощью омметра определили
сопротивление от одной
руки до другой.
2.Потерли ладони друг о друга и снова измерили
сопротивление.
3.Намочили ладони и измерили сопротивление.
4.Занесли результаты в таблицу и сделали вывод.
Результаты исследования:
Мое сопротивление от одной руки до другой – 0,9МОм;
Потер ладони и измерил сопротивление– 1,3МОм; Намочил
ладони и снова измерил сопротивление– 0,05МОм.
Вывод: сухая кожа имеет высокое сопротивление, а у сырой
или мокрой кожи сопротивление уменьшается приблизительно
в 10 раз. При работе с электрическими цепями нужно
учитывать: при одном и том же напряжении ток при
прохождении через сухую кожу будет едва заметен, но через
мокрую кожу будет смертелен.

25.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Итак, в данной работе установлен факт, что
электрические характеристики растительных и
животных тканей зависит от внешних условий. С
помощью измерений электрических эффектов
получена информация о процессах
жизнедеятельности организма.
Вопрос о том, играют ли электрические
явления в растениях какуюлибо физиологическую
роль или это просто побочное следствие
неравномерного распределения концентрации
ионов, остается до конца не выясненным.

26.

ЛИТЕРАТУРА
Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими
примерами. – М.:
Высшая школа, 1986.
Семке А.И. Уроки Физики. – Я.: Академия
развития, 2004.
Галатников С.Г. Ботаники с гальванометром. –
М.: Знание, 1979. Богданов К.Ю.Физик в гостях у
биолога. – М.: Наука, 1986.
Енохович А.С. Справочник по физике. – М.:
Просвещение, 1988. Энциклопедия для Детей
«Аванта+». Т.18 «Человек». – М.: Аванта+, 2002.