生物电势 生物电势是生物体内由电荷分离产生的电位差，它是细胞、组织乃至整个生物体电活动的基础。理解生物电势，首先要从电荷的基本性质开始：在生物体系中，离子（如钾离子K⁺、钠离子Na⁺、氯离子Cl⁻）的不均匀分布或跨膜运动，会导致正负电荷在空间上的分离，从而形成电位差。这种电位差驱动着神经信号传递、肌肉收缩等重要生理过程。 一个关键的起点是 静息膜电位 。以典型的动物细胞（如神经元或肌细胞）为例，细胞膜对离子的通透性具有选择性。在静息状态下，膜对钾离子的通透性远高于钠离子。由于细胞内钾离子浓度高，细胞外钠离子浓度高，钾离子会顺浓度梯度向细胞外扩散，而带负电的蛋白质等大分子无法跟随外流，导致膜外侧积聚正电荷，内侧积聚负电荷，形成一个内负外正的电位差（约-70毫伏），这就是静息电位。它本质上是离子扩散力与由此产生的电场力达到动态平衡的结果。 当细胞受到刺激时，生物电势会发生变化，产生 动作电位 。这是生物电势动态性的核心体现。刺激引起膜上电压门控钠通道开放，钠离子大量内流，使膜电位迅速去极化并反转（变为内正外负，约+40毫伏）。随后钠通道关闭，钾通道开放，钾离子外流使膜电位复极化，恢复静息状态。这个过程像电脉冲一样沿细胞膜传播，是神经和肌肉细胞快速通信的“电语言”。 生物电势不仅在单个细胞层面存在，也体现在组织和器官水平。例如， 心电图（ECG） 记录的是心脏整体心肌细胞在收缩过程中产生的生物电势总和，其P波、QRS波群和T波分别对应心房去极化、心室去极化和心室复极化。同样， 脑电图（EEG） 记录的是大脑皮层大量神经元突触后电位的同步总和，反映了大脑的群体电活动。 生物电势的产生和维持依赖于 离子泵和离子通道 。钠钾泵（Na⁺/K⁺-ATP酶）每消耗一个ATP分子，就将3个钠离子泵出细胞，同时将2个钾离子泵入细胞，主动维持细胞内外离子的浓度梯度，这是静息电位的能量基础。离子通道则像选择性开关，控制离子的被动跨膜流动，是电位变化的执行者。 在植物和一些低等生物中，也存在独特的生物电势形式。例如， 植物电信号 虽然传播速度较慢，但也能响应伤害、光照等刺激。 电鳐、电鳗 等生物则特化了肌肉细胞形成的 电器官 ，能将大量细胞的生物电势串联叠加，产生高达数百伏的强放电，用于捕猎或防御，这是生物电势的一种极端演化适应。 理解生物电势的意义在于，它揭示了生命活动的一个根本层面——电化学层面。从单个神经元的信号处理，到心脏的规律搏动，再到大脑的复杂功能，都建立在这一基础物理过程之上。相关研究不仅推动了生理学、神经科学和医学诊断（如心电、脑电监测）的发展，也为仿生学、神经工程和脑机接口技术提供了原理启示。