Věda a technika v pozadí
Historie
První doklady o studiu svalových pohybů jsou od Leonarda da Vinci a otce moderní anatomie Andrease Vesalia, ale ten se věnoval spíš popisu mrtvých svalů než jejich dynamice. Poprvé se o elektrické aktivitě svalů zmínil v roce 1666 Francesco Redi, který předpokládal, že rána od rejnoka elektrického pochází z jeho svalů. V roce 1789 prováděl Luigi Galvani pitvy žabích stehýnek na pozinkovaném stole. Když se dotkl stehýnka železným nožem, všimla si jeho manželka, že sebou stehýnko cuklo. Galvanimu to nedalo a prováděl další a další pokusy. Zjistil, že když žabí stehýnka ležela v blízkosti třecí elektriky, s kterou právě pracoval, tak sebou trhala. Profesor Galvani byl až do své smrti přesvědčen, že objevil živočišnou elektřinu. Provedl stejné pokusy i s atmosférickou elektřinou. Pověsil proto čerstvý preparát měděným háčkem na železné zábradlí. A jeho předpoklad se splnil. Kdykoli se stehýnko dotklo železného zábradlí, tak sebou škubalo. Jeho pozorování založila novou vědu – elektroneurofyziologii.
Luigi Galvani.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Na jeho pokusy navázal jiný Ital, profesor fyziky na univerzitě v Pavii, Alessandro Volta. Ten Galvaniho myšlenku živočišné elektřiny vyvrátil, když tvrdil, že zdrojem elektřiny jsou dva druhy kovu a vlhké vodivé prostředí mezi nimi. Jejich spor se vlekl dlouhá léta. Na toto zjištění zareagoval Galvani hned v následujícím roce tím, že zjistil, že stah žabích svalů je možno vyvolat i přiložením volného konce nervu bez přítomnosti jakéhokoliv kovu, a tím se utvrdil ve svém konceptu živočišné elektřiny. Voltův vliv byl ale natolik silný, že diskuse o koncepci Galvaniho živočišné elektřiny na další čtyři desetiletí utichla - zatímco na Voltův objev navázal vývoj galvanických článků pro technické využití, ve výzkumu živočišné elektřiny v té době nikdo nepokračoval.
S použitím galvanometru dokázal v roce 1844 Carlo Matteucci, že svaly produkují elektrický proud. První zprávu o elektrických signálech produkovaných při volní aktivitě lidských kosterních svalů podal Frenchmann DuBois-Reymond v roce 1849. Také objevil, že velikost zaznamenaného proudu je snížena odporem kůže. K snímání signálu použil drátěnou elektrodu. Kovové plošné elektrody zavedl H. Piper, další zlepšení v podobě katodové trubice sloužící k zesílení akčních potenciálů poprvé použil A. Forges a C. Thatcher. V roce 1922 H. S. Gasser aj. Erlanger použíli místo galvanometru osciloskop, za což byli odměnění v roce 1944 Nobelovou cenou za fyziologii.
Anglický elektroinženýr Bainese publikoval v roce 1918 svou teorii, ve které přirovnal šíření vzruchu nervem k šíření elektrického signálu kabelem, neurony a svalová vlákna nahradil elektrickými obvody, sestavenými z galvanického článku a množství kondenzátorů.
Teorie
V lidském těle se nachází několik typů svalové tkáně – příčně pruhované, hladké, srdeční a myoepiteliální. Příčně pruhovaný sval nebo také kosterní se upíná ke kostem a dá se ovládat vůlí. Kosterní sval je tvořen dlouhými svalovými vlákny (až 40 cm). Vlákna jsou obalena řídkou vazivovou pochvou. Podélně uložená příčně pruhovaná vlákna umožňují kontrakci. Svalová vlákna se spojují ve snopečky a snopce (10 – 100 svalových vláken), které jsou kryté silným vazivovým obalem. Snopce se pojí ve svaly kryté pevnou a pružnou vazivovou blanou. Na obou koncích svalu přechází blána ve šlachy, které jsou pevně napojeny na kosti jako začátky a úpony svalů. Svalová i vazivová vlákna jsou elastická, umožňují až stoprocentní protažení své délky.
Struktura kosterního svalstva.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Kosternímu svalu dodává podněty nerv. Podráždění v podobě vzruchu přichází nervovým vláknem k motorické jednotce (je tvořená skupinou svalových vláken) a na každé podráždění odpovídá sval vznikem činnostního (akčního) potenciálu. Záznam akčním potenciálů kosterních svalů se nazývá elektromyogram. Je-li sval v motorickém klidu, nezaznamená se žádná elektrická aktivita. Při kontrakci (smrštění) se do činnosti zapojuje podle síly kontrakce různé množství svalových vláken a podle toho se mění i tvar výsledného elektromygrafického záznamu.
Parejnok elektrický (torpedo marmorata) loví potravu pomocí elektrického orgánu, kterým kořist omráčí. Orgán je složen ze svalových vláken, která jsou přeměněna v elektrické články zvané elektroplaxy. Napětí samostatného článku je nepatrné, avšak po sečtení všech článků dosahuje výboj napětí až 300 V a intenzity proudu 7 až 8 A. Pro člověka není smrtelně nebezpečný, většinou způsobí jen momentální šok bez dalších následků. Už ve starověku byl znám z povodí jihoamerické řeky Orinoko ještě úhoř elektrický (electrophorus electricus) dlouhý kolem 2,5 m, ohrožující své okolí napětím až 600 V, africký sumec elektrický (clarius gariepinus), který žije v Nilu a produkuje napětí až 200 V. Elektrických šoků, způsobených touto rybou, údajně používali tehdejší lékaři k léčbě nervových onemocnění. Serinonius Largus používal rejnoka k léčení podagry a bolestí hlavy císaře Claudia.
Parejnok elektrický.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Philippe Guillaume. Under Creative Commons.
Ptakopysk.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
