人體電活動

人體電活動

人體要維持正常的生命活動,就需要在體內及與周圍環境不斷進行物質的交換、能量的轉化及信息的傳遞,這一切過程都離不開生物電活動。人體通過電活動傳遞信號。

活動介紹

舉一個例子,一個路上的行人,看到一輛汽車迎面駛來,就急忙躲避,這一簡單動作就包含了一系列複雜的生物電活動。首先,由汽車反射的光線通過眼球進入視網膜,光引起了視細胞上蛋白質分子構像變化,把光能轉換成電能,使視細胞膜發生周期性的同位變化,形成可傳播的電信號——動作電位。經過視覺神經把汽車的開頭位置、運動狀態等各種信息輸入到中樞神經,在大腦中經過億萬個細胞的電活動,對所輸入的信息進行分析、綜合、判斷,作出需要躲避的決定,然後,把動作指令以發放序列動作電位的方式經運動神經傳送到腿部,通過神經——肌肉接頭,由動作電位引起肌纖維的收縮運動,並使許多肌肉發生協調動作,從而實現了躲避汽車的巨觀行為。

活動原理

人體內充滿了電荷,但大部分不能像金屬中的自由電子那樣在導體中快速運動,而是以離子、離子基因和電偶極子的形式存在。例如,組成蛋白質的20種胺基酸中,有13種胺基酸在水中能產生離子基因或表現出電偶極子特性,遺傳物質DNA大分子也存在離子基因和偶極子。正是靠著這些電的相互作用,才能使生物大分子保持一定的空間構像,行使特殊的生命功能。例如,遺傳密碼的複製、生物大分子的合成、新陳代謝過程中酶和底物的誘導——契合作用等,都依賴於離子基因和偶極子的電的相互作用。目前,對這種相互作用的具體細節和規律尚了解不多。

在一些生命活動中,存在著瞬時的電子輸運過程。便如,人體細胞內合成ATP以儲存能量的過程中、出現電子沿著分子鏈傳輸的現象。在外界能量(如輻射)作用和體內能量轉化過程中,都能瞬時產生自由電子和質子 (氫離子),它們在水溶液和大分子之間運動,完成某些功能或損害正常的生命活動。

來源

各種無機離子如 K”、 N”、 Ce一、Ca”” Mg””Cu““ Fe””等,在人體內大量存在,參與各種各樣的生命活動。它們有的被束縛於一些生物大分子上,成為大分子的活性中心。還有許多種離於分散在體液、血液和細胞內、外液中,它們一方面保持著人體鹼度的平衡,保證細胞有正常的生存環境,同時執行著調節生命活動的使命。另外 K”、Na”、Ce”、Ca“”等離子是心臟、神經系統和骨骼肌、平滑肌等組織和器官電活動的基礎,由於這些離子在細胞膜內外分布不平衡,導致細胞膜兩側的正、負電荷不相等,使膜呈現出外正內負的電位差。在各種刺激作用下,膜對離子的通透性會發生瞬時變化,使不同的離子發生跨膜輸運,由於輸運的時間、數量和方向不同,造成細胞膜內外電位差發生脈衝式的變化,即產生動作電位。

人體內的水分子利用其電偶極子的特性,影響著許多生物大分子的結構和功能,例如,蛋白質和酶在水溶液中,⑤過與水分子的電的和其他類型的力的相互作用,形成特定的空間構像,表現出專一的生物活性,一旦脫水,原來的空間構像被破壞而變成了“死”物質。水也和溶液中的離子發生電的相互作用,使離子外包圍著若干層的水分子,稱水合0用。這些離子直接參與某種生命活動時,有的需要這些水5子同時存在,有的則需要擺脫掉水分子的電的影響。

綜上所述,人體各種電特性和電活動的來源,主要是d生物大分子、離子、水和少量瞬態的自由電子的電學特什回其運動產生的,對它們的特性和功能的研究,是當前有關學科的重要前沿課題。

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