生物电

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什么是生物电

生物电的奥秘尚未揭开，应用须谨慎

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什么是生物电

电及电的利用人们早就熟知而习以为常了。在冬天手冷了，只要双手互相使劲地搓就会产生电和热；若用一块毛皮擦一根金属棒，则在金属棒上会产生更多的电荷，此时用它碰碰小纸屑，小纸屑便可被吸引附着在金属棒上。至于现代化的家庭几乎样样都离不开电。电灯、电扇、电冰箱、电话、电视机等等。可是你可知道，我们人体也有电的产生与电的不断变化呢！

前面我们已经谈到过，我们人体是由许多许多细胞构成的。细胞是我们机体的最基本的单位，因为只有机体各个细胞均执行它们的功能，才使得人体的生命现象延续不断。同样地，我们若从电学角度考虑，细胞也是一个生物电的基本单位，它们还是一台台的“微型发电机”呢。原来，一个活细胞，不论是兴奋状态，还是安静状态，它们都不断地发生电荷的变化，科学家们将这种现象称为“生物电现象”。细胞处于未受刺激时所具有的电势称为“静息电位”；细胞受到刺激时所产生的电势称为“动作电位”。而电位的形成则是由于细胞膜外侧带正电，而细胞膜内侧带负电的原因。细胞膜内外带电荷的状态医生们称为“极化状态”。

由于生命活动，人体中所有的细胞都会受到内外环境的刺激，它们也就会对刺激作出反应，这在神经细胞（又叫神经元）、肌肉细胞更为明显。细胞的这种反应，科学家们称“兴奋性”。一旦细胞受到刺激发生兴奋时，细胞膜在原来静息电位的基础上便发生一次迅速而短暂的电位波动，这种电位波动可以向它周围扩散开来，这样便形成了“动作电位”。

既然细胞中存在着上述电位的变化，医生们便可用极精密的仪器将它测量出来。此外，还由于在病理的情况下所产生的电变化与正常时不同，因此医生们可从中看出由细胞构成的器官是否存在着某种疾病。

有一种叫“心电描记器”的仪器，它便是用来检查人的心脏有否疾病的一种仪器。这种仪器可以从人体的特定部位记录下心肌电位改变所产生的波形图象，这就是人们常说的心电图。医生们只要对心电图进行分析便可以判断受检人的心跳是否规则、有否心脏肥大、有否心肌梗塞等疾病。

同样地，人类的大脑也如心脏一样能产生电流，因此医生们只要在病人头皮上安放电极描记器，并通过脑生物电活动的改变所记录下来的脑电图，便知道病人脑内是否有病。当然，由于比起心电来，脑电比较微弱，因此科学家要将脑电放大100万倍才可反映出脑组织的变化，如脑内是否长肿瘤、受检查者有否可能发生癫痫（俗称羊癫疯）等。科学家们相信，随着电生理科学以及电子学的发展，脑电图记录将更加精细，甚至有一天这类仪器还可正确地测知人们的思维活动。

电在生物体内普遍存在。生物学家认为，组成生物体的每个细胞都是一合微型发电机。细胞膜内外带有相反的电荷，膜外带正电荷，膜内带负电荷，膜内外的钾、钠离子的不均匀分布是产生细胞生物电的基础。但是，生物电的电压很低、电流很弱，要用精密仪器才能测量到，因此生物电直到1786年才由意大利生物学家伽伐尼首先发现。

人体任何一个细微的活动都与生物电有关。外界的刺激、心脏跳动、肌肉收缩、眼睛开闭、大脑思维等，都伴随着生物电的产生和变化。人体某一部位受到刺激后，感觉器官就会产生兴奋。兴奋沿着传入神经传到大脑，大脑便根据兴奋传来的信息做出反应，发出指令。然后传出神经将大脑的指令传给相关的效应器官，它会根据指令完成相应的动作。这一过程传递的信息——兴奋，就是生物电。也就是说，感官和大脑之间的“刺激反应”主要是通过生物电的传导来实现的。心脏跳动时会产生1～2 毫伏的电压，眼睛开闭产生5～6毫伏的电压，读书或思考问题时大脑产生0.2～1毫伏的电压。正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等的生物电变化都是很有规律的。因此，将患者的心电图、肌电图、视网膜电图、脑电图等与健康人作比较，就可以发现疾病所在。

在其他动物中，有不少生物的电流、电压相当大。在世界一些大洋的沿岸，有一种体形较大的海鸟——军舰鸟，它有着高超的飞行技术。能在飞鱼落水前的一刹那叼住它，从不失手。美国科学家经过10多年研究，发现军舰鸟的“电细胞”非常发达，其视网膜与脑细胞组织构成了一套功能齐全的“生物电路”，它的视网膜是一种比人类现有的任何雷达都要先进百倍的“生物雷达”，脑细胞组织则是一部无与伦比的“生物电脑”，因此它们才有上述绝技。

还有一些鱼类有专门的发电器官。如广布于热带和亚热带近海的电鳐能产生100伏电压，足可以把一些小鱼击死。非洲尼罗河中的电缩，电压有400～500伏。南美洲亚马孙河及奥里诺科河中的电级，形似泥锹、黄绍，身长两米，能产生瞬间电流

2安培，电压800伏，足可以把牛马甚至人击毙在水中，难怪人们说它是江河里的“魔王”。

植物体内同样有电。为什么人的手指触及含羞草时它便“弯腰低头”害羞起来?为什么向日葵金黄色的脸庞总是朝着太阳微笑?为什么捕蝇草会像机灵的青蛙一样捕捉叶子上的昆虫?这些都是生物电的功劳。如含羞草的叶片受到刺激后，立即产生电流，电流沿着叶柄以每秒14毫米的速度传到叶片底座上的小球状器官，引起球状器官的活动，而它的活动又带动叶片活动，使得叶片闭合。不久，电流消失，叶片就恢复原状。在北美洲，有一种电竹，人畜都不敢靠近，一旦不小心碰到它，就会全身麻木，甚至被击倒。

此外，还有一些生物包括细菌、植物、动物都能把化学能转化为电能，发光而不发热。特别是海洋生物，据统计，生活在中等深度的虾类中有70％的品种和个体、鱼类中70％的品种和95％的个体，都能发光。一到夜晚，在海洋的一些区域，一盏盏生物灯大放光彩，汇合起来形成极为壮观的海洋奇景。

生物电现象是指生物机体在进行生理活动时所显示出的电现象，这种现象是普遍存在的。

细胞膜内外都存在着电位差，当某些细胞（如神经细胞、肌肉细胞）兴奋时，可以产生动作电位，并沿细胞膜传播出去。而另一些细胞（如腺细胞、巨噬细胞、纤毛细胞）的电位变化对于细胞完成种种功能也起着重要作用。

随着科学技术的日益进展，生物电的研究取得了很大的进步。在理论上，单细胞电活动的特点，神经传导功能，生物电产生原理，特别是膜离子流理论的建立都取得了一系列的突破。在医学应用上，利用器官生物电的综合测定来判断器官的功能，给某些疾病的诊断和治疗提供了科学依据。

我们的临床工作中经常遇到兴奋性、兴奋与兴奋传导这些概念，堵隔壁生物电有关。了解了生物电的现代基本理论，对于正确理解这些概念以及心电、脑电、肌电等的基本原理都有重要意义。细胞生物电现象有以下几种：

1、静息电位

组织细胞安静状态下存在于膜两侧的电位差，称为静息电位，或称为膜电位。细胞在安静状态时，正电荷位于膜外一侧（膜外电位为正），负电荷位于膜内一侧（膜内电位为负，）这种状态称为极化。如果膜内外电位差增大，即静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为超极化。相反地，如果膜内外电位差减小，即膜内电位向负值减小的方向变化，则称为去极化或极化。一般神经纤维的静息电位如以膜外电位为零，膜内电位为-70～-90mv。静息电位是由于细胞内K+出膜，膜内带负电，膜外带正电导致的。

2、动作电位

当细胞受刺激时，在静息电位的基础上可发生电位变化，这种电位变化称为动作电位。动作电位的波形可因记录方法不同而有所差异以微电极置于细胞内，记录到快速、可逆的变化，表现为锋电位；锋电位代睛细胞兴奋过程，是兴奋产生和传导的标志。