生物电是什么

发布网友 发布时间：2022-04-27 02:53

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热心网友 时间：2022-06-25 02:33

生物电是生物的器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位和极性变化。它是生命活动过程中的一类物理、物理一化学变化，是正常生理活动的表现，也是生物活组织的一个基本特征。

200多年前，人类就发现动物体带电的事实，并利用电鳐所发生的生物电治疗精神病。18世纪末，L.伽伐尼发现蛙肌与不同金属所构成的环路相接触时发生收缩的现象，提出“动物电”的观点。但被伏特推翻证明蛙肌的收缩只是由于蛙肌中含有导电液体，将绑在青蛙肌肉两端的不同金属连接成闭合回路，这才是产生电的关键。

扩展资料

生物电医*用生物电共振波对人体失衡的生物电进行矫正的技术。生物电是生命功能的本质，也是人体生命活动的基础，人体的任何一种生命活动无不和生物电密切相关。

神经细胞、心肌细胞和肌细胞等细胞在正常活动时有生物电产生，有病的时候生物电也发生异常。检测和分析生物电是否正常可以诊断疾病。如检测大脑神经细胞电的脑电图，检测心肌细胞的心电图，肌细胞电的肌电图。

参考资料：百度百科——生物电

热心网友 时间：2022-06-25 02:33

【主回答】

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”。

【扩展资料】

一、生物电的意义

电鱼能在瞬间放出高压电，所以既有防御猎食者侵犯的作用；也可用这种电击捕获小动物。另有一些电鱼，如非洲的裸背鳗鱼类，能不断地释放微弱的电脉冲，起探测作用或导向作用。

生物电普遍的意义在于信息的转换、传导、传递与编码。

生物体要维持生命活动，必须适应周围环境的变化。由于环境变化的因素与形式复杂多变，如变化的光照、声音、热、机械作用等等，因此生物有机体必须将各种不同的刺激动因快速转变成为同一种表现形式的信息，即神经冲动，并经过传导、传递和分析综合，及时作出应有的反应。

高等动物具有各种分工精细的感受器。每种感受器一般只能感受某种特殊性质的刺激。感受器中的感觉细胞接受刺激时会发生感受器电位，并用它来启动神经组织，产生动作电位。因此，不同的刺激动因都变成了同一形式的神经冲动。神经冲动是“全或无”性质的，即“通”、“断”形式的信息。

神经冲动用频率变化形式，传递信息到中枢神经系统。中枢神经系统对信息进行分析、综合、编码，并将同时作出的反应信息以神经冲动形式传向外周效应器官。动作电位的传导极为迅速，所以生物体能及时对周围环境变化，作出迅速的反应。这一系列的信息传递都是以发生各种形式的生物电变化来完成的。

二、生物电的应用

生物体内广泛、繁杂的电现象是正常生理活动的反映，在一定条件下，从统计意义上说生物电是有规律的：一定的生理过程，对应着一定的电反应。因此，依据生物电的变化可以推知生理过程是否处于正常状态，如心电图、脑电图、肌电图等生物电信息的检测等。反之，当把一定强度、频率的电信号输到特定的组织部位，则又可以影响其生理状态，如用“心脏起搏器”可使一时失控的心脏恢复其正常节律活动。

应用脑的电刺激术（EBS）可医治某些脑疾患。在颈动脉设置血压调节器，则可调节病人的血压。“机械手”、人造肢体等都是利用肌电实现随意动作的人－机系统。

宇航中采用的“生物太阳电池”就是利用细菌生命过程中转换的电能，提供了比硅电池效率高得多的能源。可以预见生物电在医学、仿生、信息控制、能源等领域将会不断开发其应用范围。

热心网友 时间：2022-06-25 02:34

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。

拓展资料

生物电简史：200多年前，人类就发现动物体带电的事实，并利用电鳐所发生的生物电治疗精神病。18世纪末，L.伽伐尼发现蛙肌与不同金属所构成的环路相接触时发生收缩的现象，提出“动物电”的观点。

但被伏特推翻证明蛙肌的收缩只是由于蛙肌中含有导电液体，将绑在青蛙肌肉两端的不同金属连接成闭合回路，这才是产生电的关键。以后C.马蒂乌奇、E.H.杜布瓦－雷蒙和L.黑尔曼等的工作，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*乌贼大神经，直接测出了神经纤维膜内外的电位差。

这一技术上的革新，推动了电生理学理论的发展。1960年，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。

热心网友 时间：2022-06-25 02:34

热心网友 时间：2022-06-25 02:35

《生物电与膜电位》，原文见：中科院科学智慧火花栏目，网址：网页链接

投稿时间：2017-02-05 18:08 投稿人：王孝恩 

生物电是生命的灵魂，但它至今仍充斥着无穷的神秘，尤其是动物细胞的跨膜电位。人体的可兴奋性细胞在安静时其静息电位可达-90mV左右，在去极化时能翻转至+30mV左右。

自从生物电现象被发现以后，最初人们把实验上测到的细胞膜内的负的电位，看作是质膜的一种电容效应，称为“膜学说”。霍奇金和英国生理学家卡茨(Bernard SirKatz)对膜学说加以修正，于1949年提出了"离子学说“(ionic theory) [1]。直到20世纪80-90年代，我国多数大学的生理学教材中，还沿用着离子学说。几乎都把静息电位产生的原因归于钾离子的平衡电位。其依据的是下列形式的能斯特（Nernst）方程式

E = (RT/F) ln ([K+]O/[K+]i)     （1）

式中E为膜电位，下标“O”和“i”分别表示胞外和胞内。

R是普适气体常数，其值为8.314 J K-1mol-1.

T是绝对温度，普通实验取材的温度近似可取300K，哺乳动物在体实验时可取310K。

F为法拉弟常数，其值为96,485 C·mol？1 或J·V？1·mol？1.

在那些教材中，以细胞外、内的钾离子浓度的比值1/35（既，4/140）代入（1），刚好计算出一个90mV的数值。但所有那些教材中都没有讨论正负号的问题，往往给学生造成错觉：钾离子浓差是构成膜电位的主要原因。

根据电化学原理，（1）式所表示的能斯特方程的形式，若对数符号前取正号，对数项内的分母表示的是参比电极的离子浓度，分子表示的才是待测电极的浓度。因此，计算出来的-90mV表示的是胞内取零电位时，胞外为-90mV。也就是说，若胞外取零电位参考值时，胞内就是+90mV，而不是实测的-90mV。

若用浓差电池来分析，对于仅由浓差形成的两个半电池，氧化态最高的、阳离子浓度最大的那个半电池，一定是原电池的正极，另一个则是负极。钾元素只有两个氧化态：单质态和一价的阳离子态。胞内比胞外的钾离子浓度高，如果膜电位是由钾离子浓差所致，胞内就应该是正值。（1）式的计算结果与实测电位的数值差不多，但符号刚好相反。

另外，去极化时膜内电位由-90mV可翻转至+30mV左右，但钾离子浓度之比，并未出现大的翻转。所以我们说，钾离子浓差对膜电位有贡献，但不可能是唯一的直接关系。

还有人根据神经纤维的去极化是由钠离子的内流引起，提出膜电位成因的钠流学说。但只由钠离子的浓差变化也不能解释可兴奋性细胞在静息和兴奋时的膜电位变化。

20世纪40年代建立的戈德曼-霍奇金-卡茨方程（Goldman-Hodgkin-Katz Equation，简记为GHK方程）[1，2]，试图建立钠、钾、氯三种一价离子的浓度梯度与膜电位的关系

Em=(RT/F)ln{(pNa[Na+]O+pk[K+]O+pCl[Cl-]i)/(pNa[Na+]i+pk[K+]i+pCl[Cl-]O)}   （2）

式中Em为膜电位，p代表各离子的通透系数。

（2）式虽然考虑了钠、钾及氯等多离子浓度梯度对膜电位的综合影响，但本文认为该方程仍存在以下缺陷而未能合理的描述膜电位的实际情况。

一、根据化学热力学和化学动力学的惯例，化学平衡的平衡常数表达式，等于各生成物浓度的系数次方之积，与各反应物浓度的系数次方之积的比。但在GHK方程式中却将各离子浓度之积表示成了各离子浓度之和。

二、通常在电位和平衡常数的表达式中，若在对数前用正号，所表示的电位就是对数式中分子中浓度所在处的电位值。也就是说，GHK方程式中写在分子上的是胞外的阳离子浓度，由它求出的就应该是胞外的电位，胞内则是参考电位0伏。若将胞外作参考电位（0伏），求胞内的电位时式中对数符号前取正号，就应该将胞内的各阳离子浓度写在分子上。所以我们说，（2）式的作者与（1）的作者犯了同样的错误，忽视了电位符号与对数式中分子和分母位置的对应关系。

三、阴离子对膜电位的影响不应引入方程中。其一，在氧化-还原电化学上处理阳离子的浓差电位时，通常都不考虑阴离子的作用。其二，因为阴离子的半径通常都比较大，在动作电位的变化期间一般难以跨膜。并且胞内蛋白质往往属于超级多价阴离子大分子，一个带有众多负电荷的蛋白质颗粒，能结合大量的金属阳离子，由于依数性，它对渗透压的贡献却可以忽略。胞内蛋白质的存在，为半径小的金属阳离子进行的渗透压运作留下了更大的空间。如果细胞内没有大量的蛋白质，离子浓差就难以保持，膜电位也就难以建立。因此，氯离子浓度及胞内超多价阴离子的蛋白质浓度都不应该纳入方程式中。

四、随膜电位起伏而浓度大幅变化的二价钙离子浓度不应该排除在方程式之外。与钠、钾、氯等离子浓度相比，胞内钙浓度极低，往往被人们所忽略。这与一个国家的人群分布类似，越是数量少的，在总人口中占比小的那些社会精英、国家领导人，越能主导国家的沉浮。因为（2）式错误的使用了各离子浓度的求和方式，在加和时浓度极低的钙离子浓度自然会被忽略掉。对钙离子浓度梯度的忽略是至今人们仍对生物电及膜电位产生模糊和神秘感的一个重要原因。

五、GHK方程在每一项离子浓度的前面都加入了一个离子的通透性系数，但这些系数都不是常数，它们都随膜电位的变化而变化。因此，不但大大降低了方程的应用价值，而且给各离子通道增加了更多的神秘感。

本文提出一个改进的GHK方程，用来描述钙、钠及钾离子浓度梯度与膜电位的关系。

考虑钙、钠、钾离子间的跨膜离子交换，在胞浆和胞外液之间存在下列离子交换平衡：

Ca2+0 + 2Na+0 + 2K+0  == Ca2+i + 2Na+ i + 2K+ i          （3）

式中双等号应为化学平衡号，改进后的GHK方程为

Ei = (RT/2F)ln{([Ca2+]i[Na+]2i[K+]2i)/([Ca2+]0[Na+]20[K+]20)}     （4）

或者

Ei = (RT/2F)ln([Ca2+]i/[Ca2+]0)+(RT/F)ln([Na+]i/[Na+]0)+(RT/F)ln([K+]i/[K+]0)  （5）

1、 计算可兴奋性细胞的静息电位

取R=8.314 J K-1mol-1，T=300K，F=96,485 C·mol？1 ，把自然对数换为常用对数，并把静息时的细胞内、外液的浓度：[Ca2+]i= 5.0×10-7 mol/L，[Ca2+]0=2.0×10-3 mol/L，[Na+]i=1.0×10-2 mol/L，[Na+]0=1.4×10-1 mol/L，[K+]i =1.4×10-1 mol/L，[K+]0= 5×10-3mol/L.代入（4），我们得：

Ei = 0.0595/2log{([Ca2+]i[Na+]2i[K+]2i)/([Ca2+]0[Na+]20[K+]20)}

= - 0.0893（V）

此计算结果与文献值基本一致。

2、 用于去极化时的膜电位计算

在去极化时，细胞外液中的钙、钠及钾离子浓度可视为不变，在计算时只考虑细胞内液中的离子浓度变化既可。不过，目前关于可兴奋性细胞去极化时，瞬时胞浆中各离子浓度的实测数据的文献比较少。较多的报道的是内钙的离子浓度能增大两个数量级，再者就是神经元中钠离子的瞬时内流。对于神经细胞而言，内钙增大两个数量级，内钠浓度只要增大2~3倍，由（4）或（5）式计算的去极化电位，就能达到+30 mV左右。但对于肌细胞，对去极化电位的贡献可能主要来自于内钙浓度的变化。如此，则需要肌浆中的内钙浓度要有近3个数量级的增大，这还需要今后实测数据的支持。

本文提出的公式，比GHK方程更能体现阳离子梯度如何影响膜电位的物理化学本质。从（4）式可看出，钙离子浓度梯度以比值和乘积的形式与钠、钾离子浓度一起出现，其浓度虽小，但对膜电位的影响却不小。

（4）或（5）式都不含有离子的通透性系数。一方面，很大程度上消除了离子浓度梯度对膜电位影响的不确定性。另一方面，也消除了人们对不同离子通道门控机理的神秘感。本文认为，所有的离子通道都是一定的离子浓度梯度和电位梯度的影响下进行门控的，都是被动的蛋白质孔隙。它们都不具有自主意识的主动的门控机理，因此并不神秘。

本文认为，胞浆与细胞外液的疏水性（或离子强度）的差异，钙、钾、钠等金属阳离子的亲水性及水合离子的生成自由能之间的差异，是形成细胞内、外离子浓差和膜电位的基础。渗透压与细胞及亚细胞尺度的膜性分室化，及钙ATP酶对钙离子的操控是生物电运作的动力，各种专属的离子通道是生物电运作的上好工具。钙离子浓度梯度的变化及钙/钠交换才是膜电位变化的操控者。20170205

参考文献

1、 Hodgkin A L, Katz B. (1949) J Physiol (London) 108:37–77. CrossRefMedlineWeb of ScienceGoogle Scholar.

2、 Goldman D E. (1943) J Gen Physiol 27:37–60. Abstract/FREE Full Text

另外具有一定专业水平的读者还可参考同一网站的以下文章：

王孝恩，生物电的本质（修改稿）. 中科院科学智慧火花：2017-01-02.

2.  王孝恩，生物电与膜电位. 中科院科学智慧火花：2017-02-05.

3.  王孝恩，生物电与膜电位的离子基础. 中科院科学智慧火花：2017-02-08.

4.  王孝恩，生物电及膜电位的热力学基础. 中科院科学智慧火花：2017-02-12.

5.  王孝恩，去极化瞬时膜电位的计算. 中科院科学智慧火花：2017-03-22.