Какой конец а или б катушки приобретает свойство магнитного полюса

Разными концентрациями ионов внутри клеток и вне их.

Сразу следует отметить, что наличие электрического или магнитного поля в организме ничего для нашей жизни не значит. Нет биологических процессов, возникающих за счёт электромагнитной индукции. Так что поле представляет собой лишь теоретический интерес.

Но, если вспомнить физику, то ответ на вопрос окажется довольно простым: существование любого электрического поля обусловлено наличием электрического заряда где-то поблизости. А существование магнитного поля всегда обусловлено наличием электрического тока.

И вот как раз в нашем организме есть и заряды, и ток! Так что есть и поле, но это не важно. Но вот куда берутся токи и заряды?

Заряд создаёт любая клетка, потому что по разные стороны мембраны поддерживаются различные концентрации ионов. Внутри больше калия, а снаружи больше натрия. Чтобы концентрации не выровнялись, ионы постоянно перекачиваются белком-«насосом» на мембране с затратой энергии в виде АТФ. Только вот «насос» за одно движение выкачивает из клетки три иона натрия, а закачивает внутрь два иона калия. Кроме того, мембранные каналы для натрия в покое заперты, а для калия – приоткрыты, поэтому он постоянно выходит из клетки, унося положительный заряд.

Мембрана, состоящая из липидов, представляет собой отличный изолятор. А цитоплазма клетки и внеклеточная жидкость – наоборот, проводники второго рода (за счёт содержащихся в них ионов). В итоге мембрана любой клетки, по сути, является конденсатором, внутренняя «обкладка» которого заряжена отрицательно по отношению к наружной. Напряжение между «обкладками» зависит от типа клетки и составляет от 60 до 90 мВ. Только, хотя с точки зрения физики это именно напряжение, физиологи зовут его потенциалом. Потенциалом покоя. Это не совсем верно, так как между двумя разными зарядами возникает напряжение, а потенциал имеет один заряд. Но так сложилось традиционно, и нам приходится этому следовать. Кстати, на «Биомолекуле» есть статья про потенциал покоя, где процесс его формирования объяснён более детально: «Формирование мембранного потенциала покоя».

Потенциал может немного колебаться в ответ на различные воздействия – это называется локальным ответом. Обычно он возникает, когда клетка в ответ на тот или иной стимул приоткрывает ионные каналы на мембране (которых много). Каналы представлены белками, пронизывающими мембрану наподобие трубки и пропускающие ионы определённого типа. При этом «обкладки», естественное, соединяются. Но слабый ток существует недолго, и заряд меняется незначительно.

(Почитать про ионные каналы и рассмотреть их наглядно можно в нвних статьях о калиевом и натриевом каналах).

Но некоторые ткани умеют и производить электрический ток. Они называются электровозбудимыми. Это нервная, мышечная и железистая ткань.

Я уже говорил, что клетка в ответ на то или иное воздействие может приоткрыть ионные каналы, из-за чего на ограниченном участке мембраны изменится напряжение. Но у нейронов, мышечных клеток и клеток желёз в мембрану встроены белки-каналы особого типа, открывающиеся в ответ на изменение мембранного потенциала (напряжения). Это потенциалуправляемые ионные каналы. Их открытие ведёт к возникновению мощного тока через мембрану и разрядке («деполяризации») мембраны-конденсатора. Возникнув на одном участке такой мембраны, «разрядка» будет захватывать и соседние участки (большая разность потенциалов откроет потенциалуправляемые каналы поблизости). Поэтому мембрана таких клеток разряжается по типу цепной реакции. Такое явления называется потенциалом действия. Он играет главную роль в функционировании нервной системы и мышц.

(На Биомолекуле есть статьи про образование потенциала действия и историю его открытия).

Это приводит к тому, что ток течёт только через каналы поперёк мембраны (или даже образует очень короткие петли), а по нервному или мышечному волокну бежит не ток как таковой, а волна разрядки («деполяризации») мембраны. Это не тот «ток», который течёт по проводам. Тем не менее эта «волна деполяризации конденсатора» является сигналом, передающим терабайты информации между нейронами в нашем мозге, сигналы на сокращение к мышцам, аналоговое изображение с сетчатки глаз и аналоговый качественный стереозвук от ушей.

Так что электрическая схема нашего организма весьма экзотична по сравнению с привычной нам техникой – инженеры до такого не додумались, в отличие от эволюции.

Кстати, чтобы по нервному или мышечному волокну прошёл новый сигнал, мембрану надо зарядить снова. Белки ионных каналов мембраны снабжены такой функцией – потенциал действия длится доли секунды, затем каналы опять «захлопываются» – и начинается процесс формирования потенциала покоя, о котором мы говорили вначале. К счастью, этот процесс, хоть рассказывается про него долго, длится доли секунды – и вскоре нерв готов к передаче следующего импульса.

Человеку с техническим взглядом на вещи такая связь покажется очень сложной. Что за дурацкий канал связи, который представляет собой длинный конденсатор на ионах и который к тому же надо заряжать после каждого импульса? Может, природе разумнее было бы воспользоваться электромагнитным полем, как великий Максвелл завещал? Но, по иронии судьбы, живые клетки используют именно такую систему передачи электросигналов.

А вот физические поля в организме почти не используются. За исключением уже упомянутых потенциалов, которые с точки зрения физики характеризуют именно поле. Напомню, что именно потенциал открывает ионные каналы при распространении потенциала действия.

Почти все электрофизиологические методы исследования в медицине являются записью потенциалов (напряжений). Так «работает» ЭКГ, ЭМГ (электромиография – запись потенциалов мышц), ЭНГ (электронейрография – запись потенциалов нерва), ЭЭГ (электроэнцефалография) и даже такой экзотичный метод, как ЭГГ (электрогастрография – запись потенциалов желудка). Все эти методики записывают напряжения между двумя точками, возникающие при работе ткани какого-либо электровозбудимого органа.

Правда, хоть магнитные поля организму не нужны, но они неизбежно появляются. Недавно исследователи научились использовать и их – в виже магнитоэнцефалографии (записи магнитных полей мозга) и воздействия на мозг магнитным полем с целью активировать или приглушить биотоки в определённом участке коры (транскраниальная магнитная стимуляция – ТМС). Последний метод активно практикуется нейрофизиологами – с его помощью можно временно «выключить» у испытуемого какой-нибудь центр мозга и посмотреть, что будет – без каких-либо долговременных последствий для человека.