生物电现象

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。人类对于与生物体有关的电现象的注意，可以追溯到很久以前，例如在埃及残存的史前古文字中，就有关于电鱼击人的记载；但对生物电现象的深入研究，只能是在人类对于一般电现象的规律和本质有所认识以后。随着电学知识的积累和电测量仪器的精密化，生物电现象的研究也获得了更有力的理论基础和实验手段。18世纪末叶，在Galvani和Volta之间进行的一次著名争论，可以看作是真正生物电现象研究的开始。Galvani用铜制的钩子钩了一条新剥制的蛙的下肢，又将铜钩子挂到铁栏杆上，他发现每当蛙的肢体也和铁栏杆接触时，蛙肢肌肉就发生收缩，于是他认为他发现了“动物电流”。他的解释是肌肉也和莱顿瓶一样，内外两侧带有不同电荷，接通时就会放电，于是后者刺激神经而引起肌肉收缩。Volta不同意这个意见，他认为电不是来自动物组织，而是由于不同金属和溶液相接触时产生了电位差，后者刺激肌肉收缩。在这里，Volta显然是对的，著名的Volta电池，就是根据这个原理构成的； 但在争论中，Galvani又提出了另外的证明动物电流存在的事实。从此以后，生物组织可被外加电流所兴奋，而组织兴奋时又有电变化产生，就成了生理学和临床医学中长期引人注目的课题。十九世纪的科学家们用粗糙的电流计做实验，发现肌肉和神经在其完好部分和损伤部分之间存在着电位差，以损伤处较负，当时称为损伤电流 (Matteucci,1838)；另外也发现，如果使肌肉进入活动状态，原有的损伤电流可暂时减小，甚至可能消失，待肌肉恢复安静状态时再出现，这称为损伤电流的负性偏转(du Bois—Re-ymond,1943)，实际就相当于现在的单相动作电位。用这些仪器，包括后来又使用的弦线电流计和毛细管静电计，Holmgren在1865年记录到网膜电图，Einthoven在1901年记录到心电图；Berger在1929年记录到脑电图，等等。
1924年Erlanger和Gasser用阴极射线示波器来观察生物电现象，这是电生理研究在方法学上的一次突破。由于电子束几乎没有惯性，再结合电子学放大技术和其他性能的电子学线路，用示波器可以灵敏而不失真地观察生物体各种组织和细胞的微弱而迅速的电变化，因而至今仍然是生物电研究中的主要工具。此外，凌宁和Gerard(1949)创立的微电极技术，对于电生理研究也有重大意义。他们把直径约1～2mm的硬质玻璃管烧热拉制成尖端直径只有1.0μ或更小的毛细管微电极，管中盛以适当的导电溶液，就可将此电极放置在在体或离体的单一细胞附近，或直接将电极刺穿细胞膜进入胞浆，引导和测量单一细胞的电变化。
在整体情况下记录某一器官或组织的电变化，如心电图、脑电图和肌电图等，在临床医学中有重要意义，但在生理学研究中，从细胞或亚细胞水平阐明生物电的产生机理，搞清楚电变化和细胞其他基本功能之间的联系，始终是电生理研究中的一个重要领域，构成了细胞生理学的主要内容。在这一方面，Bernstein在1902年提出的膜学说，从带电离子在细胞膜两侧的不均匀分布和跨膜移动来说明细胞电变化的产生，为理解生物电的产生原理开创了正确的途径，但限于当时的技术条件，这个学说长期没有得到实验证明。一直到本世纪三十年代至五十年代，主要有英国的Hodgkin和Huxley，以及美国的Curtis和Cole，他们利用枪乌鲗(Squid)的巨大神经轴突进行了一系列研究，不仅对经典的膜学说给予了实验检验，而且增加了理论内容，使之完善化。由Hodgkin等提出的一些有关兴奋膜的电学特性的实验方法、概念、理论和数学-物理模拟，至今仍然是研究和描述各种生物电现象的基础。六十年代以来，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。

生物电现象bioelectric phenomenon

即生物机体在进行生理活动时所显示出的电现象。神经、肌肉(包括骨骼肌、平滑肌和心肌)和腺体细胞等活组织在兴奋的同时，也就伴随着发生电位变化。由于这种电变化是生物组织产生的，所以通称为生物电现象。人体不同部位的生物电记录，能反映相应部位的兴奋性变化，可供临床诊断参考。例如，心电变化的记录是现代医学诊断心脏疾病的必要方法；脑电的记录是探查脑部肿瘤和癫癎发作的重要手段；肌电记录有助于肌肉萎缩和肌肉神经支配疾病的诊断等。