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德国科学家贝尔教授(Dr. Harold S. Burr)指出[1]：“生命的本质是电子的传递，如果电子传递停止了，那么，人的生命也将就此终结。”众所周知，所有的生命体（包括人类、动物、植物和微生物），无论是在正常的生理活动过程中，还是病理改变的过程中都会表现出有规律的电学现象。这些有规律的电现象与生命的功能状态密不可分。换句话说，如果躯体运动是生命活动的宏观表象，那么微观的细胞迁移、分子运动、神经传导、电子传递才是我们生命活动的本质。我们都知道，细胞迁移、分子运动和神经传导都需要能量，而这些能量都来自于细胞的线粒体，线粒体工作的本质便是通过血红素酶复合体完成一系列的电子传递，最终形成生物能ATP。由此可见，所有的生命体都具有电本质属性。
首次发现生物电现象的是一位意大利的生物学家伽伐尼（L.A．Galvani）[2]。1780年11月的某一天伽伐尼偶然发现，当金属刀碰触到被解剖的青蛙腿部神经时，蛙腿会突然发生抽搐现象，这是什么原因呢？经过一系列的研究，伽伐尼证实了生物电的存在。1792年，他发表了著名的论文《论电对肌肉运动的影响》，从而引起了世人对生物电的广泛关注。在这篇论文中，伽伐尼强调了世界上存在三种形式的电，即自然电，如雷电；人工电，如摩擦生电；还有就是引起蛙腿肌肉收缩的动物电，即生物电。 看到这里，相信大家会很自然的问一个问题：“生物电产生的机理机制到底是什么呢？”目前被学术界公认的一种观点是：生物电来源于细胞的功能活动。我们都知道，细胞是由细胞膜、细胞核和细胞质组成的。细胞膜的结构很复杂，并且细胞膜对不同的离子具有不同程度的通透性。实验测得活细胞的细胞膜外部带正电、内部带负电。于是，在细胞膜内外两侧就会产生一个电位差(即膜电位)，膜电位是静息电位的生理基础。在不同的生理条件下，细胞膜对各种离子的通透性将发生相应的改变，因此膜电位也会随之改变，于是形成了各种形式的动作电位。综上所述，生物电，就是指生物机体分别在静息状态和活动状态下所呈现出的包括静息电位和动作电位在内的相关电学现象。
自然界里所有的生物，无论是高智商的人类，还是随处可见的动植物，甚至是单细胞的微生物，无不闪烁着生物电的“神奇火花”。让我们一起来回味几个经典的生物电现象的例子吧！ 含羞草的生物电活动 植物体内生物电现象的经典例子当属含羞草，当人手指碰到含羞草的叶片时，它便会羞答答地“垂首低眉”。这是因为当含羞草的叶片受到刺激后，便会即刻产生电流，电流沿着叶柄传到叶片底座上的球状感受器，引起球状感受器的活动进而带动叶片活动，最终使得叶片闭合。不久，电流消失后叶片也就慢慢恢复到原来的形状。
非洲电鳗一次放电的电压在200伏左右,美洲电鳗的最大放电电压高达800伏，足以电死一头牛。那么，电鳗为什么会放电呢？电鳗放电的原因是因为电鳗体内有一些特殊的细胞，这些细胞就像一个个的小型电池。当细胞被神经信号所刺激时，能陡然让大量的离子流通过它们的细胞膜。电鳗体内从头到尾都存在这样的发电细胞，当产生电流时，所有这些发电细胞都会被串联起来，这样就在电鳗的头部和尾部之间瞬间产生了一个很高的电压。
当人体的神经元受到刺激时，神经细胞的细胞膜平衡便会遭到破坏，产生高度的去极化，这时可产生一个动作电位。这个局部的动作电位又会破坏下一段细胞膜的离子平衡状态，这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程，便构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递，也就产生了脑电信号，其正常的幅值范围为10-100μV。脑电图设备就是专门采集这种极其微弱的脑电信号并进行放大处理，再以平面图的形式显示出来。当脑组织发生病理或功能改变时，这种曲线也会发生相应的改变，从而为临床诊断治疗大脑及神经系统疾病等提供依据。
心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。心脏在机械性收缩之前，首先由起搏点产生电激动，从而激起心脏收缩和舒张。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液在全身血管系统中不停地流动。心肌激动可经过身体组织传导到体表，使身体表面不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，从而形成一条连续的曲线，这就是大家所熟悉的心电图。 除此之外，还有许许多多的生物，它们都能把化学能转化为电能，在黑暗中发出光亮。比如，发光的萤火虫，大量的发光微生物，还有生活在海洋深处的虾类、鱼类，大约有70％的品种都能发光。试想，夜幕降临时，在生物世界的广阔海洋里，一盏盏生物电点燃的大灯便形成了一幕极为壮观的“灯市夜景”，只是我们平时没有留意到罢了。
随着人类对生物电研究的不断深入，我们不仅可以通过生物电现象来对人体的疾病进行检测，而且我们还可以通过生物电技术对相关的疾病进行干预和治疗[3]。怎么能更好的理解这句话呢？当生物体发生病变时，生物体的电现象也会随之发生相应的病理性改变。例如，正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等生物电变化都是很有规律的。因此，将患者心电图、肌电图、视网膜电图、脑电图等与健康人作比较，就可以发现疾病的问题所在。这将会为医学诊断提供强有力的依据。同理，如果在人体发生某些病变时，人体自身的生物电已经发生紊乱。我们完全可以采用人造生物电技术对人体紊乱的生物电进行干预，已此来达到最终治疗疾病的目的。
如今，经过众多科学家前赴后继的研究发现，生物电现象在自然界中是普遍存在的一种电现象。生物体一旦停止了新陈代谢，生物电现象和生命活动也就终结了。就人而言，心跳、呼吸、消化、吸收、排泄、生殖、肌肉收，缩、神经传导、腺体分泌等各种机能活动，乃至物质的新陈代谢、能量的转移输送，都留下了生物电的踪迹。感觉、记忆、语言、思维、情感、想象等大脑的高级功能，也无不与生物电结缘。如果，我们身体内部的生物电发生了“停电”现象，那便意味着死神的降临。
2015年3月，具有高新技术风向标作用的环球科学杂志（Scientific American）封面刊登了生物电取代药物治疗疾病已是大势所趋的详细报道。可见，生物电技术已经成为近年来科学研究领域关注的热点技术。值得一提的是，生物电技术中的典型技术代表当属纳秒脉冲电场技术[4]和大气压低温等离子体技术[5]，这些技术具有非热生物学效应、无任何毒副作用。而且，最近越来越多的研究表明,这些生物电技术在从分子、细胞到组织等层面都可引起广泛的生物学效应，在钙离子调控、肿瘤抑制、杀菌以及促进凝血等方面都有不少令人兴奋的研究结果，在生物电方面的交叉学科研究正得到人们越来越多的关注。
[1] Burr, Harold Saxton, 'Blueprint forimmortality: the electric patterns of life.' (1972). [2] Piccolino M. Animal electricity and thebirth of electrophysiology: the legacy of Luigi Galvani. Brain ResearchBulletin, 1998, 46(5). [3] Shan W, Yu W, Guo J, et al. Nanosecondpulsed electric fields as a novel drug free therapy for breast cancer: An invivo study[J]. Cancer Letters, 2014, 343(2):268–274. [4]Schoenbach, Karl H., et al. 'Ultrashort electrical pulses open a newgateway into biological cells.' Proceedings of the IEEE 92.7 (2004):1122-1137. [5]Attri, Pankaj, Bharti Arora, and Eun Ha Choi, 'Utility of plasma: anew road from physics to chemistry.' (2013). |
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