神奇的生物电

范俊奇

§生物电的发现 §

所有生物都有生物电现象，生物电是指生命过程中产生的电流或电压。首先发现生物电的是一位意大利的生物学家伽伐尼。1780年11月某天他偶然发现，当金属刀的刀尖碰到被解剖的青蛙腿外露的神经时，蛙腿会发生抽搐现象，这是什么原因呢？几年后，在伦敦的博物馆，他看到了展示的“电鳗”，当人用两只手同时接触这种鱼的头部和尾部时，会产生一种被电麻的感觉，这说明“电鳗”能放电，于是他立刻想到蛙腿的抽搐，难道青蛙体内也存在着一种生物电吗？经过一系列研究，他证实了生物电的存在。1792年，他发表了著名论文《论肌肉运动中的电力》，引起世人瞩目。实验已揭示，不仅动物，所有生物都有生物电。

§人体生物电产生的原因 §

目前被公认的一种基本观点是：生物电来源于细胞的功能。细胞由有细胞膜、细胞核和细胞质组成。细胞膜的结构很复杂，它一方面把细胞与外界环境分开，同时膜上又存在一些孔道，允许细胞与周围环境交换某些物质。实验测得在细胞内、外存在多种离子，膜内主要是钾离子（K+）及一些大的负离子基团（A-）（A-不能通过细胞膜），膜外主要是钠离子（Na+）和氯负离子（Cl-）。在不受外界刺激的静息状态下，实验测得活细胞的细胞膜外部带正电、内部带负电，即膜内侧电位约为-90～70毫伏。这种电位称为静息电位。

当细胞受外界刺激时，能作出主动反应，称为细胞的兴奋。生理学上将那些兴奋较强的组织，如神经、肌肉和腺体等统称为可兴奋组织。它们的细胞所作出的主动反应表现在当外界刺激强度达到一定阈值时，细胞膜对离子的通透性会发生突然变化，最后使电位发生改变。细胞内的电位可从负电位突然变为正电位（约20～30毫伏），大约在不到1毫秒的时间内，很快又恢复到原来的静息电位。这种变化的电位称为动作电位。

有些细胞（如神经细胞和心机细胞）不仅在外界刺激下能产生动作电位，而且有传导兴奋的功能。神经系统正是靠传导各种兴奋对人体各器官的生理过程起到了调节作用，使人体生命活动正常进行。

科学研究表明，生物电现象是基本的生命活动之一。生物体一旦停止了新陈代谢，生物电现象和生命活动也就终结了。与生命体的正常生理活动相伴的是正常的生物电分布，当生物体发生病变时，生物体的电现象也发生相应的病理性改变，这就是医学进行诊断和治疗的依据。

§人体生物电与心电图 §

心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形称为心电图。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观显示。心电图用于对各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病症的检查。

心電图的形成原理：心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。心脏在机械性收缩之前，首先由起搏点产生电激动，从而激起心脏收缩和舒张。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液在全身血管系统中不停地流动。心肌激动可经过身体组织传导到体表，使身体表面不同部位产生不同的电位。如果在体表（例如左右手腕、左脚腕任意两个）放置两个电极，分别用导线联接到心电图机的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

§人体生物电与脑电图 §

人体组织细胞总在自发地不断产生着很微弱的生物电活动，利用在头皮上安装电极将细胞的电活动引出来并经脑电图机放大后记录下来得到有一定波形、波幅、频率和相位的图形、曲线，即为脑电图。

当神经元受遗传、病理、电化学或药物刺激时，细胞膜的平衡遭到破坏，产生高度去极化，这时可产生动作电位，这个局部动作电位又会破坏下一段细胞膜的平衡状态，这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程，便构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递，就产生了脑电信号，其幅值范围为10-100μV，脑电图机就拾取这种极其微弱的脑电信号并进行放大处理，再以平面图的形式显示出来。当脑组织发生病理或功能改变时，这种曲线也会发生相应的改变，从而为临床诊断治疗大脑及神经系统疾病，如畸形中枢神经系统感染，颅内肿瘤与慢性病变，脑血管疾病，脑损伤及癫痫等提供依据。

§人体生物电与人工心脏起搏器 §

心肌是可兴奋组织，心脏有节律地跳动（收缩和舒张）正是心肌兴奋的结果。在心肌细胞中，有一类细胞在未受到外界刺激下，也能够自动产生周期性动作电位，这种细胞称为起搏细胞，每分钟自动兴奋的次数称为起搏频率，这种自动起搏的特性称为心脏的自律性，这种自律性是不受神经系统所支配的。正常情况下，成人心脏的起搏频率为每分钟70次左右。

当心脏兴奋的自律性受到破坏，或心肌细胞传导兴奋的功能出现故障时，将影响心脏的起搏，导致泵血功能失调，甚至危及人体生命。人工心脏起搏器，就是利用一定大小的脉冲电流来刺激心脏，使心脏按一定的频率收缩和舒张，达到人工起搏的目的。一般脉冲的频率是每分钟72次左右，要求稳定。心脏起搏器包括三部分：（1）脉冲发生器，产生一定要求的脉冲电流；（2）与心脏组织相接触的刺激电极，脉冲电流通过它来刺激心肌；（3）起搏器能源，提供起搏器工作的能量。

§电疗 §

在人体发生某些病变时，可以采用外加电压的形式对人体本来的生物电进行干预，以达到治疗的目的。比如：兴奋神经肌肉组织。当外加电源的电流渗透到神经、肌肉组织后，细胞膜产生离子转移，膜电位和膜通透性变化，形成动作电位发生兴奋，这种兴奋通过神经肌肉接头传到肌肉而引起肌肉收缩反应。用于治疗周围性神经麻痹及肌肉萎缩，疗效明显。电疗还具有疏通经络、镇静、镇痛、促进血液循环等作用。

编辑/张烨