1. 生物电!!!
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(三级学科) 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枪乌贼大神经,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,可以记录到一个显着的电位变化。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。
2. 生物电是什么
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.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据。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~-90m2、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。
3. 细胞生物电测量的基本原理
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.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据。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~-90m2、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
4. 人体生物电是什么
咱也学下复制党!关键你这问题三言两语说不清楚。电及电的利用人们早就熟知而习以为常了。在冬天手冷了,只要双手互相使劲地搓就会产生电和热;若用一块毛皮擦一根金属棒,则在金属棒上会产生更多的电荷,此时用它碰碰小纸屑,小纸屑便可被吸引附着在金属棒上。至于现代化的家庭几乎样样都离不开电。电灯、电扇、电冰箱、电话、电视机等等。可是你可知道,我们人体也有电的产生与电的不断变化呢! 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”。而电位的形成则是由于细胞膜外侧带正电,而细胞膜内侧带负电的原因。细胞膜内外带电荷的状态医生们称为“极化状态”。 由于生命活动,人体中所有的细胞都会受到内外环境的刺激,它们也就会对刺激作出反应,这在神经细胞 (又叫神经元)、肌肉细胞更为明显。细胞的这种反应,科学家们称“兴奋性”。一旦细胞受到刺激发生兴奋时,细胞膜在原来静息电位的基础上便发生一次迅速而短暂的电位波动,这种电位波动可以向它周围扩散开来,这样便形成了“动作电位”。 既然细胞中存在着上述电位的变化,医生们便可用极精密的仪器将它测量出来。此外,还由于在病理的情况下所产生的电变化与正常时不同,因此医生们可从中看出由细胞构成的器官是否存在着某种疾病。 有一种叫“心电描记器”的仪器,它便是用来检查人的心脏有否疾病的一种仪器。这种仪器可以从人体的特定部位记录下心肌电位改变所产生的波形图象,这就是人们常说的心电图。医生们只要对心电图进行分析便可以判断受检人的心跳是否规则、有否心脏肥大、有否心肌梗塞等疾病。 同样地,人类的大脑也如心脏一样能产生电流,因此医生们只要在病人头皮上安放电极描记器,并通过脑生物电活动的改变所记录下来的脑电图,便知道病人脑内是否有病。当然,由于比起心电来,脑电比较微弱,因此科学家要将脑电放大100万倍才可反映出脑组织的变化,如脑内是否长肿瘤、受检查者有否可能发生癫痫(俗称羊癫疯)等。科学家们相信,随着电生理科学以及电子学的发展,脑电图记录将更加精细,甚至有一天这类仪器还可正确地测知人们的思维活动。 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。 人体任何一个细微的活动都与生物电有关。外界的刺激、心脏跳动、肌肉收缩、眼睛开闭、大脑思维等,都伴随着生物电的产生和变化。人体某一部位受到刺激后,感觉器官就会产生兴奋。兴奋沿着传入神经传到大脑,大脑便根据兴奋传来的信息做出反应,发出指令。然后传出神经将大脑的指令传给相关的效应器官,它会根据指令完成相应的动作。这一过程传递的信息——兴奋,就是生物电。也就是说,感官和大脑之间的“刺激反应”主要是通过生物电的传导来实现的。心脏跳动时会产生1~2 毫伏的电压,眼睛开闭产生5~6毫伏的电压,读书或思考问题时大脑产生0.2~1毫伏的电压。正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等的生物电变化都是很有规律的。因此,将患者的心电图、肌电图、视网膜电图、脑电图等与健康人作比较,就可以发现疾病所在。 在其他动物中,有不少生物的电流、电压相当大。在世界一些大洋的沿岸,有一种体形较大的海鸟——军舰鸟,它有着高超的飞行技术。能在飞鱼落水前的一刹那叼住它,从不失手。美国科学家经过10多年研究,发现军舰鸟的“电细胞”非常发达,其视网膜与脑细胞组织构成了一套功能齐全的“生物电路”,它的视网膜是一种比人类现有的任何雷达都要先进百倍的“生物雷达”,脑细胞组织则是一部无与伦比的“生物电脑”,因此它们才有上述绝技。 还有一些鱼类有专门的发电器官。如广布于热带和亚热带近海的电鳐能产生100伏电压,足可以把一些小鱼击死。非洲尼罗河中的电 缩,电压有400~500伏。南美洲亚马孙河及奥里诺科河中的电级,形似泥锹、黄绍,身长两米,能产生瞬间电流2安培,电压800伏,足可以把牛马甚至人击毙在水中,难怪人们说它是江河里的“魔王”。 植物体内同样有电。为什么人的手指触及含羞草时它便“弯腰低头”害羞起来?为什么向日葵金黄色的脸庞总是朝着太阳微笑?为什么捕蝇草会像机灵的青蛙一样捕捉叶子上的昆虫?这些都是生物电的功劳。如含羞草的叶片受到刺激后,立即产生电流,电流沿着叶柄以每秒14毫米的速度传到叶片底座上的小球状器官,引起球状器官的活动,而它的活动又带动叶片活动,使得叶片闭合。不久,电流消失,叶片就恢复原状。在北美洲,有一种电竹,人畜都不敢靠近,一旦不小心碰到它,就会全身麻木,甚至被击倒。 此外,还有一些生物包括细菌、植物、动物都能把化学能转化为电能,发光而不发热。特别是海洋生物,据统计,生活在中等深度的虾类中有70%的品种和个体、鱼类中70%的品种和95%的个体,都能发光。一到夜晚,在海洋的一些区域,一盏盏生物灯大放光彩,汇合起来形成极为壮观的海洋奇景。 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。 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据。 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。静息电位是由于细胞内K+出膜,膜内带负电,膜外带正电导致的 。 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。 [编辑本段]生物电的奥秘尚未揭开,应用须谨慎 最近,生物学家“窃听”到了人体内一些部位电活动的“声音”,并发现以电场形式存在的生物电,在诸多生理过程中起着至关重要的作用,如胚胎发育、细胞分裂、神经再生和伤口修复等。但是,对它的探索并不顺利。 对电场可能影响细胞行为的首次报道是在1920年。当时,丹麦科学家斯文·英格法发现外部电场引起了鸡神经元向一个特殊方向生长。 2002年,英国阿伯丁大学的科林·麦凯格发现了生物电在鼠角膜的修复过程中起到非同寻常的作用。在正常的角膜中,角膜上皮细胞泵出细胞内带正电荷的钠离子和钾离子,再泵出带负电荷的氯离子,由此产生了大约40毫伏的电压。处于分裂活跃期的修复伤口的细胞能够通过电场来获取重要的空间信息,将修复细胞推向伤口处。如果取消这个电场,则细胞向任意方向进行分裂;如果人为加强这个电场的强度,远离伤口的细胞也会沿着电场平面开始分裂。同样,神经元也利用角膜的电场自我重建,他们发现角膜的电场能促进神经元向伤口生长。 然而,电场是如何影响细胞行为的?目前,科学家还没有揭开其中的奥秘。科林·麦凯格认为有两个可能:一种可能是电场吸引了细胞表面带有电荷的蛋白或脂肪;另一种可能是由于电压的改变,引起细胞膜上钙离子通道的开放,导致钙离子进入细胞内,钙离子反过来激活第二种信号分子,就这样信号沿着信号链一级级传递下去,但这都尚未被验证。 现在有一些组织,推出利用生物电进行医学治疗和保健的产品,一个培训班学习几天就声称能够治疗各种疾病,发技师证,收一千多元,却没有得到国家劳动部门的许可。在没有医学院执照和教学场地的情况下,却对外称生物电医学院,这些都是值得我们警惕的,尤其是宣传生物电治疗应用于上百种各色疾病,更是违背病理学常识,这些另类的治疗技术在正规的医院都是找不到,患者应该尤其谨慎。
5. 生物电的记录方法有几种
摩擦起电,应该是摩擦起电,还有啥不知道了
6. 各种电现象
雷电
静电
摩擦起电
火花放电
尖端放电
你把头梳在头梳几下,就前已指出,神经在接受刺激时,虽然不表现肉眼可见的变化,在受刺激的部位产生了一个可传导的电变化,以一定的速度传向肌肉,这一点可以用阴极射线示波器为主的生物电测量仪器测得,如图2-10所示。图中由射线管右侧电子枪形成的电子束连续射向荧光屏,途中经过两对板状的偏转电极;当电子束由水平偏转板两极之间通过时,由于板上有来自扫描发生器装置的锯齿形电压变化,使射向荧光屏的电子束以一定的速度作水平方向的反复扫动;这时,如果把由两个测量电极引导来的生物电变化经放大器放大后加到垂直偏转板的两极,那么电子束在作横扫的同时又作垂直方向的移动。这样,根据移动电子束在荧光屏上形成的光点的轨迹,就能准确地测量出组织中的微弱电变化的强度及其随时间变化的情况。如果神经干在右端受到刺激,神经纤维将产生一个传向左端的动作电位,当它传导到同放大器相导到同放大器相连的第一个引导电极处时,该处的电位暂时变得相对地较负,于是在一对垂直偏转板上再现电位差,在荧光屏上可看到一次相应的光点波动;当动作电位传导到第二个引导电极处时,该处也将变得较负,于是荧光屏上会出现另一次方向相反的光点波动;这样记到的两次电位波动,称作双相动作电位。把神经标本作一些特殊处理,如将第二个记录电极下方的神经干损伤(如图2-10所示),使该处不能产生兴奋,那么再刺激神经右端时,在示波器上只能看到一次电位波动,这称为单相动作电位。另外,用其他技术方法还可使记录电极中的一个电极处的电位保持恒定或经常处于零电位状态,亦即使此电极成为参考或无关电极,于是在实验中记录到的电变化就只反映与另一电极(称为有效电极)接触处的组织或细胞的电变化,这称为单极记录法。
图2-10 用阴极射线 示波器及有关设备观察生物电现象的基本实验布置
(二)细胞的静息电位和动作电位
双相或单相动作电位,是在神经干或整块肌肉组织上记录到的生物电现象,是许多在结构和功能上相互独立的神经纤维或肌细胞的电变化的复合反映;由于测量电极和组织有较大的接触面积,而且组织本身又是导电的,许多细胞产生的电变化可被同一电极所引导,所以记录和测量出的电变化是许多单位的电变化和代数叠加。但目前已经确知,生物电现象是以细胞为单位产生的,是以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和选择性离子跨膜转运为基础的。因此,只有在单一神经或肌细胞进行生物电的记录和测量,才能对它的数值和产生机制进行直接和深入的分析。由于一般的细胞纤小脆弱,单一细胞生物电是通过以下方法测量的:一是利用某些无脊椎动物特有的巨大神经或肌细胞,如枪乌贼的神经轴突,其直径最大可达100μm左右,便于单独剥出进行实验观察,脊椎动物的单一神经纤维也可以设法剥出,但它们的直径最粗也不过20μm左右,方法上较为困难。另一种方法是进行细胞内微电极记录,即用一个金属或细玻璃管制成的充有导电液体而尖端直径只有1.0μm或更细的微型记录电极(凌宁和Gerard,1949),由于它只有尖端导电,可用它刺入某一个在体或离体的细胞或神经纤维的膜内,测量细胞在不同功能状态时膜内电位和另一位于膜外的参考电极之间的电位差(即跨膜电位),这样记录到的电变化,只与该细胞有关而几乎不受其他细胞电变化的影响。
细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式,这就是它们在安静时具有的静息电位和它们受到刺激时产生的动作电位。体内各种器官或多细胞结构所表现的多种形式的生物电现象,大都可以根据细胞水平的这些基本电现象来解释。
静息电位指细胞未受刺激时存在于细胞内外两侧的电位差。测量细胞静息电位的方法如图2-11所示。R表示测量仪器如示波器,和它相连的一对测量电极中有一个放在细胞的外表面,另一个连了微电极,准备刺入膜内。当两个电极都处于膜外时,只要细胞未受到刺激或损伤,可发现细胞外部表面各点都是等电位的;这就是说,在膜表面任意移动两个电极,一般都不能测出它们之间有电位差存在。但如果让微电极缓慢地向前推进,让它刺穿细胞膜进入膜内,那么在电极尖端刚刚进入膜内的瞬间,在记录仪器上将显示出一个突然的电位跃变,这表明细胞膜内外两侧存在着电位差。因为这一电位差是存在于安静细胞的表面膜两侧的,故称为跨膜静息电位,简称静息电位。
在所有被研究过的动植物细胞中(少数植物细胞例外),静息电位都表现为膜内较膜外为负;如规定膜外电位为0,则膜内电位大都在-10~-100mV之间。例如,枪乌贼的巨大神经轴突和蛙骨骼肌细胞的静息电位为-50~-70mV,哺乳动物的肌肉和神经细胞为-70~-90mV,人的红细胞为-10mV,等等。静息电位在大多数细胞是一种稳定的直流电位(一些有自律性的心肌细胞和胃肠平地滑肌细胞例外),只要细胞未受到外来刺激而且保持正常的新陈代谢,静息电位就稳定在某一相对恒定的水平。
在近代生理学文献中,一些过去单纯用来描述膜两侧电荷分布状态的术语,仍被用来说明静息电位的存在及其可能出现的改变。例如,人们常常把静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态称为膜的极化(polarization),原意是指不同极性的电荷分别在膜两侧的积聚;当静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时,称作膜的超级化(hyperpolarization);相反,如果膜内电位向负值减少的方向变化,称作去极化或除极(depolarization);细胞先发生去极化,然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复,则称作复极化(repolarization)。
现通过图2-11中的实验布置,观察单一神经纤维动作电位的产生和波形特点,由图中可见,当神经纤维在安静状况下受到一次短促的阈刺激或阈上刺激时,膜内原来存在的负电位将迅速消失,并且进而变成正电位,即膜内电位在短时间内可由原来的-70~-90mV变到+20~+40mV的水平,由原来的内负外正变为内正外负。这样,整个膜内外电位变化的幅度应是90~130mV,这构成了动作电位变化曲线的上升支;如果是计算这时膜内电位由零值变正的数值,则应在整个幅值中减去膜内电位由负上升到零的数值,在图2-11中约为35mV,即动作电位上升支中零位线以上的部分,称为超射值。但是,由刺激所引起的这种膜内外电位的倒转只是暂时的,很快就出现膜内电位的下降,由正值的减小发展到膜内出现刺激前原有的负电位状态,这构成了动作电位曲线的下降支。由此可见,动作电位实际上是膜受刺激后在原有的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原;在神经纤维,它一般在0.5~2.0ms的时间内完成,这使它在描记的图形上表现为一次短促而尖锐的脉冲样变化,因而人们常把这种构成动作电位主要部分的脉冲样变化,称之为锋电位。在锋电位下降支最后恢复到静息电位水平以前,膜两侧电位还要经历一些微小而较缓慢的波动,称为后电位,一般是先有一段持续5~30ms的负后电位,再出现一段延续更长的正后电位,如图2-11下所示(这里负后和正后电位两个术语仍沿用动作电位细胞外记录时的命名;确切地说,负后电位应称为去极化后电位,而正后电位应称为超极化后电位)。锋电位存在的时期就相当于绝对不应期,这时细胞对新的刺激不能产生新的兴奋;负后电位出现时,细胞大约正处于相对不应期和超常期,正后电位则相当于低常期。
图 2-11 单一神经纤维静息电位和动作电位的实验模式图
R表示记录仪器,S是一个电刺激器。当测量电极中的一个
微电极刺入轴突内部时可发现膜内持续处于较膜外低70mV的负电位状态。
当神经受到一次短促的外加刺激时,膜内电位快速上升到+35mV的水平,
约经0.5~1.0ms后再逐渐恢复到刺激前的状态。其他说明见正文
动作电位或锋电位的产生是细胞兴奋的标志,它只在刺激满足一定条件或在特定条件下刺激强度达到阈值时才能产生。但单一神经或肌细胞动作电位产生的一个特点是,只要刺激达到了阈强度,再增加刺激并不能使动作电位的幅度有所增大;也就是说,锋电位可能因刺激过弱而不出现,但在刺激达到阈值以后,它就始终保持它某种固有的大小和波形。此外,动作电位不是只出现在受刺激的局部,它在受刺激部位产生后,还可沿着细胞膜向周围传播,而且传播的范围和距离并不因原初刺激的强弱而有所不同,直至整个细胞的膜都依次兴奋并产生一次同样大小和形式的动作电位。图2-11的实验布置中,神经受刺激部位和记录部位之间有一段距离;但不论记录电极在职一神经纤维上如何移动(除非是在纤维末梢处有了纤维形态的改变,或纤维的离子环境等因素发生了改变),我们一般都能记录到同样大小和波形的锋电位,所不同的只是刺激伪迹和锋电位之间的间隔有所变化,这显然与动作电位在神经纤维上“传导”到记录电极所在部位时所消耗的时间长短有关。这种在同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象,称作“全或无”现象,其原因和生理意义将在下面讨论。
在不同的可兴奋细胞,动作电位虽然在基本特点上类似,但变化的幅值和持续时间可以各有不同。例如,神经和骨骼肌细胞电流、电压、电阻、交直流、电功率、电能、单相、三相、功率因数,电动机、电感、电容、整流器、感电、漏电静电
电鳗
电鲶
电鳐
摩擦起电
人体电流
闪电
雷电
脑电波
激光
极光
量子物理中的隧道电流
静电
光电现象
摩擦起电
神经细胞中的膜电位
压电陶瓷
电鳗放电
光以及电磁波的本质是相互垂直电场与磁场
生物电
的动作电位的持续时间以一个或几个毫秒计,而心肌细胞的动作电位则可持续数百毫秒;虽然如此,这些动作电位都表现“全或无”的性质。
可以吸小纸片了。
7. 生物电是什么它是怎么产生的在人体起着什么样的…
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.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据。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~-90m2、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。
8. 电生理技术的测量技术
电生理测量技术包括生物电测量技术和生物体电特性测量技术等方面。 生物电测量技术用电极将微弱的生物电引出,经生物电放大器将它放大,再经示波器等显示其波形并记录下来,以便观察、分析和保存。
①电极:引导生物电的电极分大电极和微电极两类。大电极通常可以是金属丝,也可以是面积为几平方厘米的金属片(银、不锈钢等)。把大电极放在待测部位即能记录到该处存在的生物电。它记录到的是许多细胞(例如一个器官)的电活动综合而成的生物电。例如把大电极放在胸前心脏附近,就能记录到心脏跳动时发生的电活动——心电,分析心电能帮助了解心脏的功能状况。用同样方法可记录到脑电、肌电等多种器官和组织的电活动,这些对于诊断疾病都有重要价值。现在已被广泛地应用于医学、兽医学和畜牧业等方面。微电极的尖端直径小于1微米,也可大至几微米(玻璃管、金属丝)。用微电极可在细胞水平上对生物电现象进行观测和研究。将微电极插到细胞的附近,甚至插入细胞体内,就能记录到少数几个以至单个细胞的电活动。还可把细胞染料通过微电极注入细胞内使之染色,便于用显微镜观察细胞的形态,研究形态和功能之间的关系。
②生物电放大器:细胞发生的生物电的能量很低,必须用放大器放大才能观测。大电极用的生物电放大器应该噪声低、漂移小,具有很强的抑制外界和生物体内电干扰的能力。玻璃微电极的尖端由于电阻很高(在5~100兆欧之间),而引起讯号衰减,高频失真等。所以微电极放大器需具有极高的输入电阻和减小输入电容的补偿电路,使生物电能保真地放大。微电路插入细胞体内记录时,对放大器的栅流须有严格的限制(如应小于10^-11安),以防止栅流对细胞兴奋性的影响。
③显示和记录:常用的有磁带记录仪、笔写记录器、XY记录仪和示波器。磁带记录仪记录实验过程中的生物电、生理指标变化等全部信息,实验后再作进一步的分析处理。由于有些生物电具有甚低频甚至直流成分,需采用调制技术才能将它们记录在磁带上。通常把变化不太快的生物电(如心电、脑电等)直接用笔写记录器描记下来,使用方便,能当场获得记录。由于采用新技术,笔写记录仪的频率响应已扩展到2000赫以上,一些较快的生物电也能被直接描记。XY记录仪的记录笔可沿X轴和Y轴两个方向运动,两轴分别表示不同的参数。对于变化很快的生物电(如神经细胞的峰形放电等)从前常用示波器来观察,它频率响应高,观察方便。但记录时,因需用示波器照相机拍摄荧光屏上的波形,使用不大方便。现在多采用模拟数字转换器将信号转换为数字信号,利用软件显示并保存到电脑中。
④遥测技术:记录自由活动、剧烈运动或在遥远的空间的人或实验动物的生物电的方法。通常是将讯号放大、调制后用无线电波发射。在记录处接收无线电波后,经放大、解调,恢复为原来的生物电再予显示和记录。遥测的距离从几米到几千千米以上(如从宇宙飞船到地面)。生物电遥测系统是多种多样的,有的要求体积小、重量轻、便于携带,有的要求能越过很大的距离,有的要求能遥测多路讯号等。 信号分析:把生理信号分解成组成它的各有关成分。用得较多的是富里哀分析,可把信号分解成它的基波和各次谐波的组合;又如把记录到的多个运动单位的复合动作电位分解成各运动单位的动作电位。
信号的提取:把淹没在噪声中的微弱生理讯号,用计算机处理提取出来。“平均”是一种常用的方法,把N次刺激引起的反应讯号进行平均,能提高信噪比根号N倍。
信号的识别:对于长时间中偶尔出现的现象的观测,用计算机长时间不断监视讯号,发现规定的偶发现象,把它的波形和发生的时间记录下来,供研究用。
信号的判别:从记录到的生理讯号来判断生物体属于什么状态。如从心电向量图的分析来诊断心脏疾患。 通过对从体表许多电极记录到的波形的分析,推测出体内生物电讯号源的位置及其随时间变化的情况。如从人体表面的100路心电记录来推算出心脏电偶极子、电多极子的位置及其运动的轨迹。
9. 什么是细胞生物电现象
细胞生物电现象是细胞中表现出的静息电位和动作电位。
静息电位是指细胞在不动时,存在于细胞膜内外两侧的电位差,例如体内所有细胞都体现出细胞膜内侧带负电,外侧带正电的情况。而动作电位是指在神经纤维一端记录静息电位同时,在纤维另一端用电刺激,经过极短潜伏期之后,在记录静息电位的基础上有一个迅速的生物电变化。细胞生物电现象产生的原因是因为细胞膜内外离子分布不均匀,同时细胞膜对离子的选择通透性。
10. 记录细胞生物电活动的方法可以有哪些
,神经在接受刺激时,虽然不表现肉眼可见的变化,在受刺激的部位产生了一个可传导的电变化,以一定的速度传向肌肉,这一点可以用阴极射线示波器为主的生物电测量仪器测得,如图2-10所示。图中由射线管右侧电子枪形成的电子束连续射向荧光屏,途中经过两对板状的偏转电极;当电子束由水平偏转板两极之间通过时,由于板上有来自扫描发生器装置的锯齿形电压变化,使射向荧光屏的电子束以一定的速度作水平方向的反复扫动;这时,如果把由两个测量电极引导来的生物电变化经放大器放大后加到垂直偏转板的两极,那么电子束在作横扫的同时又作垂直方向的移动。这样,根据移动电子束在荧光屏上形成的光点的轨迹,就能准确地测量出组织中的微弱电变化的强度及其随时间变化的情况。如果神经干在右端受到刺激,神经纤维将产生一个传向左端的动作电位,当它传导到同放大器相导到同放大器相连的第一个引导电极处时,该处的电位暂时变得相对地较负,于是在一对垂直偏转板上再现电位差,在荧光屏上可看到一次相应的光点波动;当动作电位传导到第二个引导电极处时,该处也将变得较负,于是荧光屏上会出现另一次方向相反的光点波动;这样记到的两次电位波动,称作双相动作电位。把神经标本作一些特殊处理,如将第二个记录电极下方的神经干损伤(如图2-10所示),使该处不能产生兴奋,那么再刺激神经右端时,在示波器上只能看到一次电位波动,这称为单相动作电位。另外,用其他技术方法还可使记录电极中的一个电极处的电位保持恒定或经常处于零电位状态,亦即使此电极成为参考或无关电极,于是在实验中记录到的电变化就只反映与另一电极(称为有效