① 生理學中生物電是如何產生的
生物電現象:細胞在靜息或活動狀態下所伴隨的各種電現象(離子電流、溶液導電、靜息電位、動作電位等)總稱為生物電現象。
(一)靜息電位
1.概念
靜息電位是指細胞未受刺激時,存在於膜內外兩側的電位差醫學教育/網搜集整理。
表現:細胞同側表面上各點間電位相等,細胞內外兩側存在電位差。所有動物細胞(及絕大多數植物細胞)的電位為外正內負。不同細胞靜息電位值不同。但每種細胞靜息電位值一般是穩定的。
2.形成機制
「膜學說」認為是由於膜內外兩側離子分布的不均勻以及細胞膜的選擇通透性。靜息狀態下,細胞膜對鉀離子有相對中等的通透性,對鈉離子的通透性只及前者約1/100等。
K+在濃度差作用下向細胞外擴散,並滯留在細胞外表面形成向內的電場,當達到電-化學平衡時,K+凈流量為零。因此,可以說靜息電位相當於K+外流形成的跨膜平衡電位。
(二)動作電位
1.概念
細胞膜受到刺激後,在靜息電位的基礎上膜兩側電位所發生的快速、可逆的倒轉和復原。
特點:①波幅大小與刺激強度無關,②可沿細胞表面進行不衰減傳導,③不能融合。
2.形成機制
先弄懂幾個相關概念:
極化:靜息狀態下,細胞膜外為正電位、膜內為負電位的狀態,稱為極化。
去極化:生物膜受到刺激或損傷後,膜內外的電位差逐漸減小,極化狀態逐步消徐,此種過程稱為去極化。
超極化:原有極化程度增強,靜息電位的絕對值增大,興奮性降低的狀態。
復極化:由去極化狀態恢復到靜息時膜外為正、膜內為負的極化狀態的過程,稱為復極化。
鋒電位:構成動作電位主要部分的一次短暫而尖銳的脈沖樣變化,是細胞興奮的標志。
後電位:繼鋒電位後所出現的電位波動。可分為負後電位(去極化後電位)和正後電位(超極化後電位)。它代表細胞興奮後興奮性的恢復過程。
動作電位產生的機制與靜息電位相似,都與細胞膜的通透性及離子轉運有關。
(l)去極化過程
當細胞受刺激而興奮時,膜對Na+通透性增大,對K+通透性減小,於是細胞外的Na+便會順其波度梯度和電梯度向胞內擴散,導致膜內負電位減小,直至膜內電位比膜外高,形成內正外負的反極化狀態。當促使Na+內流的濃度梯度和阻止Na+內流的電梯度,這兩種拮抗力量相等時,Na+的凈內流停止。因此,可以說動作電位的去極化過程相當於Na+內流所形成的電-化學平衡電位。
(2)復極化過程
當細胞膜除極到峰值時,細胞膜的Na+通道迅速關閉,而對K+的通透性增大,於是細胞內的K+便順其濃度梯度向細胞外擴散,導致膜內負電位增大,直至恢復到靜息時的數值。
可興奮細胞每發生一次動作電位,總會有一部分Na+在去極化中擴散到細胞內,並有一部分K+在復極過程中擴散到細胞外。這樣就激活了Na+-K+依賴式ATP酶即Na+-K+泵,於是鈉泵加速運轉,將胞內多餘的Na+泵出胞外,同時把胞外增多的K+泵進胞內,以恢復靜息狀態的離子分布,保持細胞的正常興奮性。如果說靜息電位是興奮性的基礎,那麼,動作電位則是可興奮細胞興奮的標志。
3.動作電位時相與興奮性時期
(1)動作電位時相
①鋒電位
上升支:去極化,反極化
下降支:復極化始段、中段
②後電位
負後電位:復極化末段
正後電位:超極化
(2)興奮性時期
①絕對不應期
②相對不應期
③超常期
④低常期
② 生物電是如何產生的
不是
我們知道絕大多數的動物都具有完整的神經系統,以人體為例,神經遍布人體的每一個部位,這是人體感知外部世界並作出反應的基礎。在生物課上我們知道神經系統是這樣工作的:人體某一部位的神經受到刺激,產生興奮,興奮沿著傳入神經傳到大腦,大腦根據興奮傳來的信息作出判斷,發出指示,傳出神經將大腦的指示轉變為新的興奮傳給相關的感覺器官,感覺器官根據興奮帶來的指示完成相應的動作。其實,這一過程中傳遞信息的「興奮」就是生物電。也就是說,感官和大腦之間的「刺激--反應」是通過生物電的傳導來實現的。
刺激-反應過程中的生物電是怎樣產生的呢?要理解這個問題,你可以先回憶一下高一化學中的原電池,原電池是將化學反應中的化學能轉變成電能的裝置。在這一過程中有能自由移動的陰、陽離子,即有電解質溶液是構成原電池的條件之一。在人體中,生物電的形成和傳播也是靠陰陽離子的定向移動形成電勢差而實現的。從化學的角度來說,人體可以看成是由各種各樣的有機物、無機物、各種陰陽離子和水共同構成的復雜的混合物。因此,人體都可以導電,這也是為什麼人有可能觸電身亡的原因。
人體的神經是由一個個的神經元細胞構成的,每個神經元細胞都有細胞膜,這些細胞膜一起構成神經膜,神經膜裡面有可以導電的軸漿,外面則是組織液和其他組織構成的導體。當興奮經過神經上某一部位時,神經膜內外的陰陽離子會發生移動,由於陽離子的移動速度比陰離子快,導致神經膜的內部和外部陰陽離子的分布不均勻,從而在神經膜內外產生電勢差,形成方向相反的局部電流。這種局部電流可以刺激鄰近部分而使興奮沿著一定的方向傳導。
人體的任何一個細微的活動都與生物電有關。心臟的跳動、大腦的活動、肌肉的收縮、眼看、耳聽、鼻嗅的活動都伴隨著生物電的變化。正常人心臟、大腦、肌肉、視網膜、腸胃等器官中生物電的變化都是很有規律的。因此,將患者的心電圖、腦電圖、肌電圖、視網膜電圖、腸胃電圖與正常人的作比較,可以發現疾病所在。例如通過腦電圖可以檢查患者大腦中腦瘤或腦出血的位置;檢查肌電圖可以判斷肌肉受損傷的情況和部位
另外,利用生物電製成的肌電手和肌電腿可以為肢殘患者提供方便。1958年,在法國召開的一次國際自動控制會議上,有一個沒手的小男孩,利用他自身產生的生物電控制的假手,拿起粉筆在黑板上寫了「向會議的參加者致敬」一排文字,使整個會場為之沸騰。
③ 生物電是如何產生的
細胞是由細胞膜將外界隔開,保持細胞內環境的穩定。細胞膜是選擇性半透膜,細胞內外的物質交換要得到這層膜的允許。
實驗發現,人體中的細胞內液和細胞外液含有多種離子,包括陰離子和陽離子,其中鈉和鉀是比較重要的陽離子。細胞內的鉀離子濃度較細胞外高,細胞外的鈉離子則高於細胞內。在細胞膜上存在一種蛋白,稱為鈉鉀通道或鈉鉀泵,細胞內外鈉鉀交換是通過鈉鉀泵來完成的。通常狀態下鈉鉀泵關閉,細胞外鈉離子濃度雖然很高,但無法穿過細胞膜進入細胞內。而鉀離子則稍有不同,允許一小部分鉀離子穿過鈉鉀泵從細胞內流到細胞外。因為鉀離子帶有正電荷,所以流失後,細胞內呈現負電狀態。這時如果將細胞內插入一個微電極,得到一個負電勢(生理學上將電壓稱為電勢)數值,稱為靜息電位。
當細胞受到刺激時,細胞膜上的鈉鉀泵迅速開放,根據物質都有從高濃度向低濃度運動的擴散原理,細胞外鈉離子大量涌進細胞內,而細胞內的鉀離子雖然有一部分事先運動到細胞外,但細胞內的濃度還是高於細胞外,於是鉀離子也由細胞內流到細胞外。值得注意的是,鈉離子進入細胞內的速度要大於鉀離子出胞的速度,一般來說,三個鈉離子進入換出兩個鉀離子流出。
總的結果就是大量的陽離子由細胞外進入細胞內,是原本是負電勢的細胞轉換成正電位,通過微電極的檢測發現,這時的細胞形成一個峰電位,稱為動作電位。細胞在形成動作電位後,產生一個運動,如肌細胞的收縮或腺體細胞的分泌等。而後細胞內外的鈉鉀離子再從新分布,細胞內的鈉離子被移除到細胞外,細胞外的鉀離子被移進細胞內,細胞重新恢復靜息電位的狀態,等待下一個刺激引起的動作電位。
④ 生物電如何產生的
生物電,為生物體內廣泛、繁雜的電現象,是正常生理活動的反映。企圖用一種學說,去解釋各種生物體中所出現的各種不同的電現象是不可能的。
生物有機體是一個導電性的容積導體。當一些細胞或組織上發生電變化時,將在這容積導體內產生電場。因此在電場的不同部位中可引導出電場的電位變化,而且其大小與波形各不相同。
例如,有些植物受刺激後,會產生運動反應。這時,往往出現可傳導的電位變化。比如,含羞草受刺激時,葉片發生的閉合運動反應,就能傳布相當的距離。在這一過程中,由刺激點發生的負電位變化,可以每秒2~10毫米的速度向外擴布。電位變化在1~2秒內達到最大值,其幅值可達50~100毫伏。但恢復時間長,需幾十分鍾才能回到原來的極性狀態,這一段負電位變化時期就是它的不應期。
⑤ 為什麼會有生物電流的
神經纖維在未受到刺歲卜激時,細胞膜內外的電位(即電勢)表現為膜外正電位、膜內負電位,當神經纖維的某一部位受到刺激產生興奮時,興奮部位的膜就發生一次很快的電位變化,膜外由正電位變為負電位,膜內由負電位變為正電位。但是,鄰近的未興奮部位仍然是膜外正電位,膜內負電位。這樣,在細胞膜外的興奮部位與鄰近的未興奮部位之間形成了電位差,於是就有了電荷的移動;在細胞膜內的興奮部位與鄰近的未興奮部位之間也形成了電位差乎悄穗,也有了電荷的移動,這樣就形成了局部電流。該電流在膜外由未興奮部位流向興奮部位,在膜內則由興奮部位流向未興奮部位,從而形成了局部電流迴路。這種局部電流又刺激相鄰的未興奮部位發生上述同樣的電位變化,又產生局部電流。如此依次進行下去,興奮不斷地向前傳導,而已經興奮的部位又不斷地依次恢復原先的電位。興奮就是按照這樣的方式沿著神運歲經纖維迅速向前傳導的
⑥ 生物電是怎樣產生的謝謝
19世紀,內科學用電位器測得神經細胞膜突然受到刺激產生0.1伏特電。至此,人們再不懷疑生物電的存在,而且確認任何生物體中,都有生物電。20世紀50年代後,人們才揭開了其中奧秘。原來,生物的每個細胞都有完整的細胞膜,細胞膜有兩層脂肪分子,細胞內帶電離子必須通過離子通道才能穿過細胞膜。在平時,細胞內鉀離子多,細胞外溶液中鈉離子多,細胞內外產生電勢差,這就是膜電位。一旦細胞膜通道打開,細胞外高濃度溶液流向細胞內,就產生動作電位。一個個肌肉細胞排列整齊,上面布滿神經,這就像把一個個小電池串聯起來那樣,雖然每個電池只有0.1伏特,如果有億萬個這樣小電池的話,那麼它的電壓就不小了。這就是有些生物的生物電有那麼高電壓的原因。
了解生物電的來龍去脈後,人們就用它來為人類造福。首先,生物電在醫學上已廣為應用,拯救成千上萬的人的生命。大家知到,醫學常用測心電圖的辦法判別心臟病,用腦電圖來診斷腦疾病。因為,正常人心臟和腦細胞顯示正常的生物電圖案,相反,異常或老化的心臟和腦細胞則出現反常的圖像。醫生可根據異常程度來判斷病情。生物電也用於斷肢再生,1958年美國紐約州貝克醫師發現生物有損傷電流,它就是生物電。貝克醫師將一隻蠑螈的腿切去,發現傷口顫抖,用電流計一測,竟有十億分之三安培電流,於是他模擬各種生物損傷電流來使生物受傷加快癒合。目前,這種損傷電流已應用人體再植上。
再次,生物電對揭開神經傳導的奧秘也作出了積極的貢獻。神經傳導之快,選擇性之高,都令人咋舌。現在探明許多神經功能與生物電的傳遞反應有關。人們可以預言,生物電在21世紀——生物學世紀中,將發揮更大的作用在一次自動控制技術的會議上,當一個沒有手的15歲男孩,用假手在黑板上用粉筆寫起「向會議的參加者致敬」的時候,大廳里頓時響起了雷鳴般的掌聲。人們贊嘆不絕,不斷地向這種新穎控制技術的創造者表示熱烈的祝賀。
早在18世紀末葉,人們對生物機體內的生物電流,就已經有所認識。因為生物體內不同的生命活動,能產生不同形式的生物電,如人體心臟的跳動、肌肉的收縮、大腦的思維等等,所以人們就可以藉助生物電來診斷各種疾病。生物電的應用十分廣泛,生物電手的應用就是其中之一。我們知道,人雙手的一切動作,都是大腦發出的一種指令(即電訊號)經過成千上萬條神經纖維,傳遞給手中相應部位的肌肉引起的一種反應。如果我們把大腦指令傳到肌肉中的生物電引出來,並把這個微弱的信號加以放大,那麼,這種電訊事情就可以直接去操縱由機械、電氣等部件組成的假手。國外一種假手,從肩膀到肘關節,使用了五隻油壓馬達,手掌及手指的動作利用兩只電動馬達。手臂在發出動作之前,利用上半身的各肌肉電流來作為假手活動的指令。即在背脊及胸口安放相應的電極,用微型信號機來處理那裡發生的電流信息,七隻馬達就能根據想要做的動作進行運轉。這種假手的動作與真手臂大致相同,並且由於主要部分採用了硬鋁及塑料,故其重量還不到2.63公斤。據報道,這種假手已能夠做諸如轉動肩膀及手臂、手掌、彎曲關節等等27種動作了。它能為由於交通及工傷事故而被齊肩截斷手臂的殘廢者解決生活和工作上的許多不便。國內在研究生物電控制假手方面,上海假肢廠的工人和上海生理研究所的科技人員,經過共同的努力,已經製造了一種重約1.5公斤,握力達一公斤,可以提10公斤的人造假手。其工作能源是由於11節鎳鎘電池提供的。人造假手的出現不僅為四肢殘廢的人製造了運用自如的四肢,而且由於生物電經過放大之後,可以用導線或無線電波傳送到非常遙遠的地方。顯然,這對於擴大人類的生產實踐,將會產生具有影響力的改變。到那時,人們可以叫假手到萬米深的海底去取寶,或到高爐里、礦井裡去操作,甚至可以叫它到月亮上去開墾處女地。
生物電的研究,對於農業生產也具有很大的意義。我們常常見到的向日葵,它們的花朵能隨著太陽的東升西落而運動;含羞草的葉子,經不起輕擾,一碰就會低眉垂著頭害起羞來。這些植物界中的自然現象,都是因為生物電在起作用的緣故。植物中的生物電,究竟是怎樣產生的呢?有人曾做過如下的實驗:在空氣中,將一個電基放在一株植物的葉子上,另一電基放在植物的基部;結果發現兩個電極之間能產生30毫伏左右的電位差。當將同樣的一株植物放在密封的真空中時,由於植物在真空中被迫停止生命活動,所以植物基部和葉片之間的電壓也就消失了。空虛實驗有力地證明,生物的生命活動,是產生生物電的根源。
⑦ 生物電原理
生物電從哪裡來
最早記錄生物電現象的是18世紀末的義大利解剖醫學家及物理學家路易·伽伐尼。有一次,當他在解剖一隻青蛙時,發現當金屬刀的刀尖碰到青蛙腿上外露的神經時,蛙腿發生了抽搐現象。於是,伽伐尼創造了術語「動物電」來描述這個現象,並由此認為肌肉活動是由電流或者是神經里的物質引起的。
生物電的科學解釋是指生物細胞的靜電壓,以及在活組織中的電流,如神經和肌肉中的電流。生物細胞用生物電儲存代謝能量,用來工作或引發內部的變化,並且相互傳導信號。
生物學家認為,組成生物體的每個細胞都像一台微型發電機。一些帶有正電荷或者負電荷的離於如鉀離子、鈣離子、鈉離子、氯離子等,分布在細胞膜內外,使得細胞膜外帶正電荷,膜內帶負電荷。當這些離子流動時就會產生電流,並造成細胞內外電位差。
生物電通常都很微弱,比如,人的心臟跳動時,會產生1-2毫伏的電壓,眼睛開閉時,會產生5-6毫伏的電壓;讀書或思考問題時,大腦會產生0.2-1毫伏的電壓。當然,也有不少生物瞬間能產主非常大的電壓,如前面提到的電鯰、電鰻等。
正因為通常狀態下生物電的電壓很低、電流也很弱,所以只有用精密的儀器才能測量到。直到20世紀初,荷蘭生理學家威廉·艾因索維才在前人的基礎上完善了用來測量生物電的電流計,研製出了第一台實用的心電圖儀。
隨著科技的發展,現在有了越來越精確地測量生物電的儀器。生物電測量在醫學上的廣泛應用大大促進了疾病的臨床診斷,如用心電圖儀測量心電圖,用腦電圖儀測量腦電圖,它們在診治疾病過程中起到了很重要的作用。
目前國內鄭州三和醫電的全息生物電檢測儀是做的很好的,性價比高。可以查一下