神奇的生物電

范俊奇

§生物電的發(fā)現(xiàn) §

所有生物都有生物電現(xiàn)象，生物電是指生命過程中產(chǎn)生的電流或電壓。首先發(fā)現(xiàn)生物電的是一位意大利的生物學(xué)家伽伐尼。1780年11月某天他偶然發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬刀的刀尖碰到被解剖的青蛙腿外露的神經(jīng)時，蛙腿會發(fā)生抽搐現(xiàn)象，這是什么原因呢？幾年后，在倫敦的博物館，他看到了展示的“電鰻”，當(dāng)人用兩只手同時接觸這種魚的頭部和尾部時，會產(chǎn)生一種被電麻的感覺，這說明“電鰻”能放電，于是他立刻想到蛙腿的抽搐，難道青蛙體內(nèi)也存在著一種生物電嗎？經(jīng)過一系列研究，他證實(shí)了生物電的存在。1792年，他發(fā)表了著名論文《論肌肉運(yùn)動中的電力》，引起世人矚目。實(shí)驗(yàn)已揭示，不僅動物，所有生物都有生物電。

§人體生物電產(chǎn)生的原因 §

目前被公認(rèn)的一種基本觀點(diǎn)是：生物電來源于細(xì)胞的功能。細(xì)胞由有細(xì)胞膜、細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)組成。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它一方面把細(xì)胞與外界環(huán)境分開，同時膜上又存在一些孔道，允許細(xì)胞與周圍環(huán)境交換某些物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)測得在細(xì)胞內(nèi)、外存在多種離子，膜內(nèi)主要是鉀離子（K+）及一些大的負(fù)離子基團(tuán)（A-）（A-不能通過細(xì)胞膜），膜外主要是鈉離子（Na+）和氯負(fù)離子（Cl-）。在不受外界刺激的靜息狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)測得活細(xì)胞的細(xì)胞膜外部帶正電、內(nèi)部帶負(fù)電，即膜內(nèi)側(cè)電位約為-90～70毫伏。這種電位稱為靜息電位。

當(dāng)細(xì)胞受外界刺激時，能作出主動反應(yīng)，稱為細(xì)胞的興奮。生理學(xué)上將那些興奮較強(qiáng)的組織，如神經(jīng)、肌肉和腺體等統(tǒng)稱為可興奮組織。它們的細(xì)胞所作出的主動反應(yīng)表現(xiàn)在當(dāng)外界刺激強(qiáng)度達(dá)到一定閾值時，細(xì)胞膜對離子的通透性會發(fā)生突然變化，最后使電位發(fā)生改變。細(xì)胞內(nèi)的電位可從負(fù)電位突然變?yōu)檎娢唬s20～30毫伏），大約在不到1毫秒的時間內(nèi)，很快又恢復(fù)到原來的靜息電位。這種變化的電位稱為動作電位。

有些細(xì)胞（如神經(jīng)細(xì)胞和心機(jī)細(xì)胞）不僅在外界刺激下能產(chǎn)生動作電位，而且有傳導(dǎo)興奮的功能。神經(jīng)系統(tǒng)正是靠傳導(dǎo)各種興奮對人體各器官的生理過程起到了調(diào)節(jié)作用，使人體生命活動正常進(jìn)行。

科學(xué)研究表明，生物電現(xiàn)象是基本的生命活動之一。生物體一旦停止了新陳代謝，生物電現(xiàn)象和生命活動也就終結(jié)了。與生命體的正常生理活動相伴的是正常的生物電分布，當(dāng)生物體發(fā)生病變時，生物體的電現(xiàn)象也發(fā)生相應(yīng)的病理性改變，這就是醫(yī)學(xué)進(jìn)行診斷和治療的依據(jù)。

§人體生物電與心電圖 §

心臟在每個心動周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形稱為心電圖。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀顯示。心電圖用于對各種心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病癥的檢查。

心電圖的形成原理：心臟周圍的組織和體液都能導(dǎo)電，因此可將人體看成為一個具有長、寬、厚三度空間的導(dǎo)體。心臟好比電源，無數(shù)心肌細(xì)胞動作電位變化的總和可以傳導(dǎo)并反映到體表。心臟在機(jī)械性收縮之前，首先由起搏點(diǎn)產(chǎn)生電激動，從而激起心臟收縮和舒張。由于心臟不斷地進(jìn)行有節(jié)奏的收縮和舒張活動，血液在全身血管系統(tǒng)中不停地流動。心肌激動可經(jīng)過身體組織傳導(dǎo)到體表，使身體表面不同部位產(chǎn)生不同的電位。如果在體表（例如左右手腕、左腳腕任意兩個）放置兩個電極，分別用導(dǎo)線聯(lián)接到心電圖機(jī)的兩端，它會按照心臟激動的時間順序，將體表兩點(diǎn)間的電位差記錄下來，形成一條連續(xù)的曲線，這就是心電圖。

§人體生物電與腦電圖 §

人體組織細(xì)胞總在自發(fā)地不斷產(chǎn)生著很微弱的生物電活動，利用在頭皮上安裝電極將細(xì)胞的電活動引出來并經(jīng)腦電圖機(jī)放大后記錄下來得到有一定波形、波幅、頻率和相位的圖形、曲線，即為腦電圖。

當(dāng)神經(jīng)元受遺傳、病理、電化學(xué)或藥物刺激時，細(xì)胞膜的平衡遭到破壞，產(chǎn)生高度去極化，這時可產(chǎn)生動作電位，這個局部動作電位又會破壞下一段細(xì)胞膜的平衡狀態(tài)，這一系列反復(fù)恢復(fù)和破壞細(xì)胞膜的生化物理過程，便構(gòu)成了動作電位在神經(jīng)元和神經(jīng)細(xì)胞膜上的單向傳遞，就產(chǎn)生了腦電信號，其幅值范圍為10-100μV，腦電圖機(jī)就拾取這種極其微弱的腦電信號并進(jìn)行放大處理，再以平面圖的形式顯示出來。當(dāng)腦組織發(fā)生病理或功能改變時，這種曲線也會發(fā)生相應(yīng)的改變，從而為臨床診斷治療大腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如畸形中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染，顱內(nèi)腫瘤與慢性病變，腦血管疾病，腦損傷及癲癇等提供依據(jù)。

§人體生物電與人工心臟起搏器 §

心肌是可興奮組織，心臟有節(jié)律地跳動（收縮和舒張）正是心肌興奮的結(jié)果。在心肌細(xì)胞中，有一類細(xì)胞在未受到外界刺激下，也能夠自動產(chǎn)生周期性動作電位，這種細(xì)胞稱為起搏細(xì)胞，每分鐘自動興奮的次數(shù)稱為起搏頻率，這種自動起搏的特性稱為心臟的自律性，這種自律性是不受神經(jīng)系統(tǒng)所支配的。正常情況下，成人心臟的起搏頻率為每分鐘70次左右。

當(dāng)心臟興奮的自律性受到破壞，或心肌細(xì)胞傳導(dǎo)興奮的功能出現(xiàn)故障時，將影響心臟的起搏，導(dǎo)致泵血功能失調(diào)，甚至危及人體生命。人工心臟起搏器，就是利用一定大小的脈沖電流來刺激心臟，使心臟按一定的頻率收縮和舒張，達(dá)到人工起搏的目的。一般脈沖的頻率是每分鐘72次左右，要求穩(wěn)定。心臟起搏器包括三部分：（1）脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生一定要求的脈沖電流；（2）與心臟組織相接觸的刺激電極，脈沖電流通過它來刺激心??；（3）起搏器能源，提供起搏器工作的能量。

§電療 §

在人體發(fā)生某些病變時，可以采用外加電壓的形式對人體本來的生物電進(jìn)行干預(yù)，以達(dá)到治療的目的。比如：興奮神經(jīng)肌肉組織。當(dāng)外加電源的電流滲透到神經(jīng)、肌肉組織后，細(xì)胞膜產(chǎn)生離子轉(zhuǎn)移，膜電位和膜通透性變化，形成動作電位發(fā)生興奮，這種興奮通過神經(jīng)肌肉接頭傳到肌肉而引起肌肉收縮反應(yīng)。用于治療周圍性神經(jīng)麻痹及肌肉萎縮，療效明顯。電療還具有疏通經(jīng)絡(luò)、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、促進(jìn)血液循環(huán)等作用。

編輯/張燁