生物电
字数 641 2025-12-02 03:36:29
生物电
生物电是指生物体内由离子跨膜运动产生的电位差和电流现象,其基础是细胞膜两侧带电离子的不均匀分布。
绝大多数生物细胞在静息状态下,其细胞膜的内侧相对于外侧带负电,这种稳定的电位差称为“静息电位”。这主要是由于细胞膜对钾离子、钠离子、氯离子等具有选择通透性,以及膜上钠钾泵的主动运输作用共同维持的。以神经细胞为例,其静息电位约为-70毫伏。
当细胞受到刺激时,膜的通透性会发生快速、可逆的变化,导致带正电荷的离子(主要是钠离子)瞬间大量内流,使膜内侧电位由负转正,这一过程称为“去极化”,所形成的快速电位波动即是“动作电位”。动作电位具有“全或无”特性,并可沿着细胞膜不衰减地传导,是神经传导信号和肌肉收缩的基础电信号。
在宏观层面,众多细胞电活动的总和可以产生能够被仪器记录到的生物电信号。例如,心脏所有心肌细胞同步化电活动产生的心电图;大脑皮层神经元群电活动产生的脑电图;骨骼肌收缩时产生的肌电图。这些信号是医学诊断的重要依据。
一些特殊生物能主动利用生物电进行捕食、导航或防御。最著名的例子是电鳗,其体内特化的电器官由改良的肌肉细胞(电细胞)串联而成,每个电细胞只能产生约0.15伏的电压,但数千个电细胞串联后,可瞬间释放高达数百伏的强电压,用于击晕猎物或自卫。其他如电鳐、象鼻鱼等也具备类似能力。
生物电的研究是生理学、神经科学的核心内容,其应用已深入到临床医学(如心脏起搏器、脑深部电刺激)、生物传感和仿生工程等多个领域,揭示了生命活动与电现象之间深刻而本质的联系。