生物电!!!
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发布时间：2022-04-23 03:46
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时间：2023-09-08 19:48
科技名词定义
中文名称：生物电 英文名称：bioelectricity 定义：在生命活动过程中在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。 所属学科： 海洋科技（一级学科） ；海洋技术（二级学科） ；海洋生物技术（*学科） 2000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。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 静息电位
在没有发生应激性兴奋的状态下，生物组织或细胞的不同部位之间所呈现的电位差。例如，眼球的角膜与眼球后面对比，有5～6毫伏的正电位差，神经细胞膜内外，则存在几十毫伏的电位差等。静息状态细胞膜内外的电位差，称静息膜电位，简称膜电位。它的大小与极性，主要决定于细胞内外的离子种类、离子浓差以及细胞膜对这些离子的通透性。例如，神经或肌肉细胞，膜外较膜内正几十毫伏。在植物细胞（如车轴藻）的细胞膜内外,有100毫伏以上的电位差。改变细胞外液（或细胞内液）中的钾离子浓度，可以改变细胞膜的极化状态。这说明细胞膜的极化状态主要是由细胞内外的钾离子浓度差所决定的。在细胞膜受损伤（细胞膜破裂）的情况下，损伤处的细胞液内外流通，损伤处的膜电位消失。因此，正常部位与损伤部位之间就呈现电位差，称为损伤电位（或分界电位）。 有些生物细胞,不仅细胞膜内外有电位差,在细胞的不同部位之间也存在电位差。这类细胞称极性细胞。在极性细胞所组成的组织中，如果极性细胞的排列方向不一致，它们所产生的电场相互抵消，该组织就表现不出电位差。如果极性细胞的排列方向一致，该组织的不同部位间就呈现一定的极性与电位差。它的极性与电位大小，取决于细胞偶极子矢量的并联、串联或两者兼有所形成的矢量总和。例如,青蛙的皮肤,在表皮接近真皮处，有极性细胞。这些细胞具有并联偶极子的性质，内表面比外表面正几十毫伏。在另一些生物组织上，极性细胞串联排列，如电鱼的电器官就是由特化的肌肉所形成的“肌电板”串接而成的。由5000～6000个肌电板单位串联而成的电鳗的电器官，由于每个肌电板可产生0.15伏左右的电压，因此这种电器官放电的电压可高达 600～866 伏。某些植物的根部，也是由极性细胞串联构成的。因此由根尖到根的基部各点间都可能呈现电位差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。 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。
[编辑本段]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。它的波形很复杂，系由光刺激使感受细胞产生感受器电位，并相继引起视网膜中其他细胞产生兴奋与电位变化。由于这些电变化的电场方向不一致，因此，视网膜电图标志的是这些细胞的产生的电场的矢量总和。不同的动物，由于视网膜的结构不同，产生的视网膜电图也不同，同时光照程度、时间等因素也会影响视网膜电图的波形。 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。
[编辑本段]学说
企图用一种学说去解释各种生物体中所出现的各种不同的电现象是不可能的。不过,在动物体上,特别是在神经系统或肌肉系统中所发生的各种电现象，基本上可以用A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎提出的离子学说，从细胞水平加以解释。 离子学说是在J.伯恩斯坦(1902)提出的膜学说的基础上发展而成的。离子学说认为，神经或肌肉的细胞膜，对不同的离子具有不同程度的通透性。又由于细胞内的各种离子浓度，特别是钾离子、钠离子和氯离子，与细胞外液中的浓度不同，因此，在细胞膜内外两侧间就会产生电位差（根据F.G.唐南氏平衡原理）即膜电位。这是静息电位的基础。在不同的生理条件下，细胞膜对各种离子的通透性将发生变化，因此膜电位也即发生改变，即形成各种形式的动作电位。例如，在静息状态下，神经或肌肉细胞的细胞膜对钾离子具有较大的通透性，而细胞内的钾离子浓度高于细胞外的浓度几十倍，因而形成几十毫伏的膜外较膜内正的静息膜电位。当改变细胞外（或细胞内）的钾离子浓度时，静息膜电位将按能斯脱(Nernst)公式的关系，发生相应的改变。这就证明了静息膜电位决定于细胞内外钾离子浓度的观点。有些植物细胞的静息膜电位，也是由细胞内外钾离子的浓度所决定的。当神经或肌肉细胞发生兴奋时，细胞膜对各种离子的通透性发生了变化，即对钠离子的通透性突然增大，并在各种离子的通渗性中占优势地位。因此在这瞬间内，膜电位的大小与极性，主要决定于细胞膜内外的钠离子浓度。由于细胞外的钠离子浓度较细胞内高，因此，在短时间内膜电位突然由膜外较膜内正变为膜内较膜外正，即出现反极化现象。此时电位变化的幅度（去极化后再成反极化）可达100毫伏以上,这就是动作电位。但这时仍有不同于静息状态下的膜电位，称为动作膜电位。 动作电位所在的区域，即兴奋冲动所在的区域，会迅速地向前传导。兴奋冲动在某一区域出现的时间极短，只有几毫秒。当兴奋冲动过去以后，这一区域的膜电位又逐渐恢复到原来的静息状态，即恢复静息膜电位。 在不同的细胞上，甚至在同一个细胞的不同区域的细胞膜上所发生的通透性变化并不完全一致。例如，脊椎动物视网膜中的视细胞，在受光照刺激时所产生的反应是膜电位升高（超极化）。但是，无脊椎动物视网膜中的视细胞，受光照刺激时所产生的反应是膜电位降低（去极化）。又如，在同一个脊髓运动神经元轴突的膜上，兴奋时所表现的是去极化甚至反极化反应。但在同一个运动神经元的兴奋性突触后膜上，当接受另一个神经元的神经末梢释放的兴奋性递质时，虽然也产生去极化反应，但这时所发生的离子通透性变化却与轴突上所发生的不同。兴奋性突触下膜兴奋时，对钠离子的通透性不是单独的突然增加，而是对各种离子的通透性普遍地增加，所以它并不出现反极化（膜内较膜外正）的状态。在同一个运动神经元的抑制性突触后膜上，当接受另一个神经元的神经末梢释放的抑制性递质作用时，情况另是一样。抑制性突触下膜兴奋时对钾离子与氯离子的通透性增高,使膜电位超极化,则膜外更正于膜内。可见不同的细胞，甚至同一细胞的不同区域的细胞膜，在兴奋时所产生的膜电位变化是不相同的。 总的来说，无论是静息膜电位或各种动作膜电位变化，都可以用细胞膜对各种离子通透性的不同来解释。由于通透性的不同变化,膜内外各种离子浓度的差别,表现出各种极性、幅值、频率、相位不同的生物电现象。 在组织或器官上发生的生物电现象，大多数是个别细胞所产生的生物电的矢量总和，所以对它的发生机制同样可以用离子学说去解释。但有些生物电变化的时间过程极缓慢，如光合作用时所产生的电变化与细胞的代谢活动有密切联系，即是一种生物电化学电位。在大脑皮层上还可以检测出一些极缓慢的电位波动,有的在1分钟内波动几次，有的几分钟甚至几十分钟才有明显的变化。这种电位与快速的神经细胞兴奋活动不同，也可能是一种由代谢活动所引起的或与神经胶质细胞活动有关的生物电化学现象。
[编辑本段]生物学意义
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。生物电更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。
[编辑本段]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。
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时间：2023-09-08 19:49
生物电现象是指生物机体在进行生理活动时所显示出的电现象，这种现象是普遍存在的。
但人和动物的神经细胞和肌肉细胞最为明显。细胞内外的液体中含有一些带正负电的离子，离子数量不等，决定细胞内外液体浓度的高低不同，因此细胞内外产生电位差，细胞具有半透性，它可以允许或拒绝某种离子进出，当细胞兴奋时，膜的半透性发生变化，于是细胞内外的浓度也会发生变化，细胞内由负电位变成正电位。所有细胞均用生物电来促进和控制新陈代谢，生物电产生的电脉冲沿神经纤维传送多种信息。
前面我们已经谈到过，我们人体是由许多许多细胞构成的。细胞是我们机体的最基本的单位，因为只有机体各个细胞均执行它们的功能，才使得人体的生命现象延续不断。同样地，我们若从电学角度考虑，细胞也是一个生物电的基本单位，它们还是一台台的“微型发电机”呢。原来，一个活细胞，不论是兴奋状态，还是安静状态，它们都不断地发生电荷的变化，科学家们将这种现象称为“生物电现象”。细胞处于未受刺激时所具有的电势称为“静息电位”；细胞受到刺激时所产生的电势称为“动作电位”。
电在生物体内普遍存在。生物学家认为，组成生物体的每个细胞都是一合微型发电机。细胞膜内外带有相反的电荷，膜外带正电荷，膜内带负电荷，膜内外的钾、钠离子的不均匀分布是产生细胞生物电的基础。但是，生物电的电压很低、电流很弱，要用精密仪器才能测量到，因此生物电直到1786年才由意大利生物学家伽伐尼首先发现。
我们的临床工作中经常遇到兴奋性、兴奋与兴奋传导这些概念，堵隔壁生物电有关。了解了生物电的现代基本理论，对于正确理解这些概念以及心电、脑电、肌电等的基本原理都有重要意义。细胞生物电现象有以下几种：
1、静息电位
组织细胞安静状态下存在于膜两侧的电位差，称为静息电位，或称为膜电位。细胞在安静状态时，正电荷位于膜外一侧（膜外电位为正），负电荷位于膜内一侧（膜内电位为负，）这种状态称为极化。如果膜内外电位差增大，即静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为超极化。相反地，如果膜内外电位差减小，即膜内电位向负值减小的方向变化，则称为去极化或极化。一般神经纤维的静息电位如以膜外电位为零，膜内电位为-70～-90mv。
2、动作电位
当细胞受刺激时，在静息电位的基础上可发生电位变化，这种电位变化称为动作电位。动作电位的波形可因记录方法不同而有所差异以微电极置于细胞内，记录到快速、可逆的变化，表现为锋电位；锋电位代睛细胞兴奋过程，是兴奋产生和传导的标志。
锋电位在示波器上显示为灰锐的波形，它可分为上升支和一个下降支。上升支先是膜内的负电位迅速降低到零的过程，称为膜的去极化（除极），接着膜内电位继续上升超过膜外电位，出现膜外电位变负而膜内电位变正的状态，称为反极化。下降支是膜内电位恢复到原来的静息电位水平的过程，称为复极化。锋电位之后到完全恢复到静息电位水平之前，还有微小的连续缓慢的电变化，称为后电位。
心肌细胞的生物电现象和神经纤维、骨骼肌等细胞一样，包括安静时的静息电位和兴奋时的动作电位，但有其特点。心肌细胞安静时，膜内电位约为-90mv。心肌细胞静息电位形成的原理基本上和神经纤维相同。主要是由于安静时细胞内高农度的k+向膜外扩散而造成的。当心肌细胞接受刺激由静息状态转入兴奋时，即产生动作电位。其波形与神经纤维有较大的不同，主要特征是复极过程复杂，持续时间长。心肌细胞的某一点受刺激除极后，立即向四周扩散，直至整个心肌完全除极为止。已除极处的细胞膜外正电荷消失，未除极处的细胞膜仍带正电而形成电位差。除极与未除极部位之间的电位差，引起局部电流，由正极流向负极。复极时，最先除极的地方首先开始复极，膜外又带正电，再次形成复极处与未复极处细胞膜的电位差，又产生电流。如此依次复极，直至整个心肌细胞的同时除极也可以看成许多电偶同时在移动，不论它们的强度和方向是否相同，这个代表各部心肌除极总效果的电偶称为等效电偶。心脏的结构是一个立体，它除极时电偶的方向时刻在变化，表现在心电图上，是影响各波向上或向下的主要原因。由于各部心肌的大小、厚薄不同，心脏除极又循一定顺序，所以心脏除极中，等效电偶的强度时刻都在变化。它主要影响心电图上各波的幅度。人体是一个容积导体，心脏居人体之中，心脏产生的等效电偶，在人体各部均有它的电位分布。在心动周期中，心脏等效电偶的电力强度和方向在不断地变化着。身体各种的电位也会随之而不断变动，从身体任意两点，通过仪器（心电图机）就可以把它描记成曲线，这就是心电图。
随着分子生物学和膜的超微结构研究的进展，人们更试图从膜结构中某些特殊蛋白和其他物质的分子构型的改变，来理解膜的通透性能的改变和生物电的产生，这将把生物电现象的研究推进到一个新阶段。答案补充 细胞膜内外都存在着电位差，当某些细胞（如神经细胞、肌肉细胞）兴奋时，可以产生动作电位，并沿细胞膜传播出去。而另一些细胞（如腺细胞、巨噬细胞、纤毛细胞）的电位变化对于细胞完成种种功能也起着重要作用。
随着科学技术的日益进展，生物电的研究取得了很大的进步。在理论上，单细胞电活动的特点，神经传导功能，生物电产生原理，特别是膜离子流理论的建立都取得了一系列的突破。在医学应用上，利用器官生物电的综合测定来判断器官的功能，给某些疾病的诊断和治疗提供了科学依
热心网友
时间：2023-09-08 19:49
观察DNA和RNA的分布是用口腔上皮细胞，要不要保持细胞的活性？
答：不需要。
物质通过核孔运输属于什么运输方式？要能量吗？要载体吗？
答：大分子物质才通过核孔运输，不需要载体，但需要能量。
热心网友
时间：2023-09-08 19:50
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-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。
