生物电

生物电摘要生物电(Bioelectricity)，自然界的一切生物体都能产生电，这种由生物体产生的电就称为“生物电”。主要是生物的器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位和极性变化。生物电是生命活动过程中的一类物理-化学变化，是正常生理活动的表现，也是生物活组织的一个基本特征。在生命活动过程中生物体内产生的各种电位或电流，包括细胞膜电位、动作电位、心电、脑电等。摘要图(见图文件夹)中文名：生物电汉语拼音：shengwudian外文名：Bioelectricity目录1、概述2、定义3、历史发展4、生物电现象与反应5、生物电学科6、分子与分子电性7、细胞生物电8、组织生物电9、器官生物电10、心脏生物电11、大脑生物电12、肌肉生物电13、生物电的特性14、生物电循环系统的组成和功能15、生物电与生命的关系16、生物电与器官移植17、生物电循环系统与经络18、生物电循环系统的医学价值与应用概述自然界的一切生物体都能产生电，这种由生物体产生的电就称为“生物电”。对于生物电现象的研究，是在人类对电现象的一般规律和本质有所认识以后，并随着电测量仪器的精密化而日趋深入。人的任何一个细微活动都与生物电有关。外界刺激、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。人体在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作出反应，发出指令，然后经传出神经将大脑的指令传给相应的效应器官。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”只要是通过生物电的传导来实现的。心脏跳动会产生1—2毫伏的电压。眼睛开闭产生5—6毫伏的电压。读书和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，大脑的生物电变化都是很有规律的，因此将人体的心电图、脑电图、肌电图、视网膜电图与健康人作比较，就可以发现疾病所在。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”？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14mm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。定义生物电（Bioelectricity）是生物体产生的电，是指生物细胞的静电压，以及在活组织中的电流，如神经和肌肉中的电流。生物细胞用生物电储存代谢能量，用来工作或引发内部的变化，并且相互传导信号。组成生物体的每个细胞都像一台微型发电机。一些带有正电荷或者负电荷的离子，如：钾离子、钙离子、钠离子、氯离子等，分布在细胞膜内外，使得细胞膜外带正电荷，膜内带负电荷。当这些离子流动时就会产生电流，并造成细胞内外电位差。生命活动在不同层次（电子、离子、原子、基因、分子、细胞、组织、系统、整体等）的自身活动（包括思维、精神活动）时，以及生物活体和环境及外界刺激相互作用时都会反映出来各种电磁现象。细胞以下层次属微观层次，组织、器官、系统和整体属于宏观层次。相应地就有了微观生物电和宏观生物电之分。历史发展最早记载生物电现象是在18世纪末，意大利解剖医学家及物理学家L.伽伐尼在解剖一只青蛙时，发现当金属刀的刀尖碰到青蛙腿上外露的神经时，蛙腿发生了抽搐现象。于是，伽伐尼创造了术语“动物电”来描述这个现象，并由此认为肌肉活动是由电流或者是神经里的物质引起的。1849年E·H·杜布瓦-雷蒙发表了《动物电的研究》，他所发展的刺激技术（感应圈）和记录技术是电生理技术的先导。电子管的发明使从不同组织引导出来的微弱的生物电讯号得以放大以便于观测，都证明了生物电的存在。20世纪初，W.艾因特霍芬用灵敏的弦线电流计，直接测量到微弱的生物电流。1922年，H.S.加瑟和J.埃夫兰格首先用阴极射线示波器研究神经动作电位，奠定了现代电生理学的技术基础。1939年，A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎将微电极插入枪乌贼大神经，直接测出了神经纤维膜内外的电位差。1949年，G·凌宁等开始用微电极插入细胞内记录其电活动，使电生理技术达到细胞水平。1976年E·内尔等用微电极的尖端剥离极小的一片细胞膜，记录到细胞膜上单个离子通道的电流，接近了分子水平。在整体方面，20世纪60年代起，电子计算机开始应用于电生理的研究，使诱发电位能从自发性的脑电波中，清晰地区分出来，并可对细胞发放的参数精确地分析计算。在临床医学发展中形成了电生理学，包括生物电测量技术和生物体电特性测量技术等，主要广泛应用于医学检测（如心电图、脑电图、肌电图等）。20世纪70年代开始，一些专家应用生物电检测技术在中医经络及针灸技术方面探索研究。与电相关以刺激干扰为主的电疗技术（如心脏起搏器，心脏电击等，电疗分直流电、低频电、中频电、高频电、脉冲电和静电等）也随之作为辅助疗法在临床中广泛应用。2008年，北京学苑出版社出版了英国伦敦大学医学博士、北京大学副教授王玉玲写的《生物电医学与中医》专著，为中医经络学说找到了物质基础。《生物电医学与中医》相继进入到北京大学、滨州医学院等大学成为选修课，2009年生物电医学技术学院的成立，标志者生物电医学学科的建立。王玉玲教授根据生物电医学理论发明了人体生物电共振治疗仪，获得了国家实用新型发明专利，2011年由国家中医药管理局做了生物电技术论证；2013年进行了科技成果鉴定，鉴定为：达到了国际领先水平。生物电农村医疗工程在山东莱芜取得了显著成果。生物电医学与技术已发展到美国、韩国等十多个国家，2012年韩国将生物电技术列入韩国新型交叉核心技术研究战略发展规划。生物电医学技术在学术界引起了新的研究和发展热潮。生物电现象与反应1、植物运动反应时的电现象有些植物受刺激后会产生运动反应。这时，往往出现可传导的电位变化。例如，含羞草受刺激时，叶片发生的闭合运动反应，就能传布相当的距离。在这一过程中，由刺激点发生的负电位变化，可以每秒2～10毫米的速度向外扩布。电位变化在1～2秒内达到最大值，其幅值可达50～100毫伏。但恢复时间长，需几十分钟才能回到原来的极性状态，这一段负电位变化时期就是它的不应期。2、动物体的局部电反应动物的细胞或组织，尤其是神经与肌肉，受刺激时发生的电变化比植物更明显。如果神经纤维局部受到较弱的电刺激则阴极处的兴奋性升高、膜电位降低（去极化），阳极处兴奋性降低、膜电位升高（超极化）。在刺激较强接近引起兴奋冲动阈值的情况下，阴极的电位变化大于阳极，这是一种应激性反应。但是这种电位变化仅局限在刺激区域及其邻近部位，并不向外传布，故称局部反应，所发生的电位称为局部电位。一个神经元接受另一个神经元的兴奋冲动而产生突触传递的过程中，在突触后膜上会产生兴奋性突触后电位，或抑制性突触后电位。前者是突触后膜的去极化过程，后者是突触后膜的超极化过程。这些电位变化，只局限在突触后膜处，并不向外传导，也是一种局部电位。如果感受器中的感觉细胞或特殊的神经末梢受到适宜刺激，如眼球中的感光细胞受光的刺激、机械感受器柏氏小体中的神经末梢受到压力刺激也会产生局部电位反应，称为感受器电位或称启动电位。同样，肌肉细胞接受到神经冲动的情况下，在神经与肌肉接头处(神经终板)也会产生局部的、不传导的负电位变化，称为终板电位。所有这些局部电位，都会扩布到邻近的一定区域，但不属传导。离局部电位发生处愈近，则电位越大，并按距离的指数函数衰减。局部电位的大小随刺激强度的增大而增高，大的可达几十毫伏。3、动物体的传布性电反应动物体中能传布的电反应更普遍。如当神经细胞受到较强的电刺激时，在阴极产生的局部电反应随刺激增强而增大，超过阈值，就会引起一个能沿神经纤维传导的神经冲动。神经冲动到达的区域伴有膜电位的变化，称动作膜电位(简称动作电位)。这是一个膜电位的反极化过程，即由原来的膜外较膜内正变为膜外较膜内负。因此，发生兴奋的部位与静息部位之间，出现电位差，兴奋部位较正常部位为负，电位可达100毫伏以上。这个负电位区域可以极快的速度向前传导，如对虾大神经纤维的传导速度可达80～200米/秒。兴奋性突触后电位或感受器电位，虽然不是能传导的兴奋波，但当它们增大到一定程度，就会影响邻近神经组织的兴奋性，甚至发生伴有负电位变化的神经冲动。动物的组织或器官，在发生应激性反应的情况下，也会出现电变化。它的大小与极性决定于组成该组织的细胞兴奋时所产生的电场的矢量总和。如眼睛受光照刺激时，可记录到眼球的前端与后面之间的电位差变化，称为视网膜电图。生物有机体是一个导电性的容积导体。当一些细胞或组织上发生电变化时，将在这容积导体内产生电场。因此在电场的不同部位中可引导出电场的电位变化，而且其大小与波形各不相同。例如，心电图就是心脏细胞活动时产生的复杂电位变化的矢量总和。随引导电极部位不同，记录的波形不一样，所反映的生理意义也不同。另外，高等动物中枢神经系统中所产生的电场，在人或动物的头皮上，无论静息状态或活动状态时，都有“自发”的节律性电位波动，称为脑电波。它是脑内大量的神经细胞活动时所产生的电场的总和表现。在静息状态时，电位变化幅度较高，而波动的频率较低。当兴奋活动时，由于脑内各神经元的活动步调不一致（趋于异步化），总合电位就较低，而波动的频率较高。当接受外界的某种特定刺激时，总和电场比较强大，因此，可以记录到一个显著的电位变化。因为这种电位变化是由外界刺激诱发而产生的，所以称为诱发电位。生物电学科1、电生理生理学（physiology）是研究生物有机体功能的科学，生理功能研究的核心是揭示生命活动的规律及其调节机理。正如马克思所说：“世界上几乎没有一件事情的发生、变化不伴随着电现象的产生”。生理学的研究很快就和电发生了关系。例如：用心电图测心脏跳动的电波变化，脑电图测大脑活动的生物电变化，肌电图测肌肉活动的生物电变化。“神经电信号”（electroneurography,ENG）是指在神经机制探索中，发现神经冲动与电位变化相一致。神经活动的电信号是了解信息如何在神经系统内编码的唯一线索。“细胞生物电”是细胞膜的内外存在许多带电粒子（钾离子、钠离子、氯离子等），钾离子主要在细胞内，钠离子主要在细胞外，在安静状态时，这些离子相对稳定，当受到刺激时，细胞膜的通透性发生变化，各种离子便活跃起来，在细胞膜内外川流不息，出现钾钠离子交换，便产生了电。此外还有视网膜点图，肠胃电图等。2、生物电与生物电医学理论从学科上来说，早期或概念上生物电的研究与电生理的研究并没有区别。但随着研究的深入，电生理逐渐成了一个范围较窄的名词，侧重于微观层次的生物电研究。生物电与生物电医学理论是更宏观生物电概念，由中国学者王玉玲博士提出的生物电学认为，人体的生物电不是一个简单的电生理问题，而是一个由分子电荷、细胞生物电、器官生物电、整体生物电、环境磁场之间的转换系统。生物电在人体内的异常变化就能引起症状、功能性疾病等（如疼痛、失眠、癫痫等），这个概念比一般的电生理学科范围宽，更强调宏观生物电的方面。分子与分子电性人体的主要成分是水和无机盐，水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面力。水分子的共价键，其它无机盐分子有正负电荷（图3-18）、有机大分子有共价键和电荷区、生命大分子也有电荷区等等，组成了生物电的分子基础。分子水平的物质有其特殊的电性。水分子的共价键、无机盐分子的正负电荷、有机大分子的共价键和电荷、生命大分子的电荷区等等。分子的电性是细胞生物电产生的基础。图3-18细胞膜两侧的水与无机盐的正负离子细胞生物电1、细胞静息电位一个独立的细胞，其细胞表面任意两点间电位相等而无电位差，这可能是保持细胞形态的基本条件（图3-19（1））。但细胞膜两侧具有电位差，每个细胞内外都有很多离子，比如钙离子、钠离子、钾离子等等。其中，细胞内钾离子的浓度是177mmol/l，细胞外液钾离子的浓度是4mmol/l，浓度差的存在使细胞膜内电位不同。由于一开始细胞膜内外电荷平衡，而外流的钾离子带正电，钾离子的外流使细胞内出现了剩余负电荷，使细胞膜内总体带负电，细胞膜外带正电