漫谈生物电流 [复制链接]

第5版()
专栏：

漫谈生物电流 陆晟
苏联“东方三号”和“东方四号”编队飞行的报道中说，“天上兄弟”向地面遥测站发出并记录了以下的生理指数：心动电流图（心脏生物电）、脑动电流图（脑生物电）、眼动电流图
（说明眼肌运动的眼肌生物电）、皮肤电流反应（皮肤电阻的变化）。报道还说“未发现心动电流图和脑动电流图有病理性变化。在任何一位宇宙航行员身上都未发现所谓的眼球震颤或皮肤电流反应的急剧波动”。什么是生物电流？它有什么用呢？
其实，生物电学现象是生物界中一种极普通的生理现象，甚至可以说，哪里有生命，哪里就有生物电流存在。不单是高等动植物有生物电学现象，低等单细胞生物也有，在正常情况下如此，在病理条件下也如此。最初被人注意的，是电鱼的放电。还在公元前三百余年，希腊大哲学家亚里士多德就谈到地中海电鳐鱼的强烈“震击”作用。此后，科学文献又陆续记载了尼罗河电鲶和美洲电鳗具有专门的发电器官。不少学者还发现，在捕蛇草、降藻、轮藻和含羞草等植物体内，也存在着电位变化。人类系统地进行生物电学现象的研究，是十八世纪末叶的事情。1780—1794年，意大利生理学家伽伐尼用青蛙来研究神经肌肉的放电现象。他观察到，当用金属导体接触蛙的腿部时，引起肌肉收缩，就像起电机的电流通过青蛙身体时一样准确。他指出，蛙腿的扯动是由于神经肌肉组织呈现瞬时电流的缘故。从此，生物电学现象就越来越引起更多人的重视。人们知道了，电鱼的电器官原来由许多肌电极单位（特殊分化的肌肉细胞）所组成，有如蓄电池里的电极。每一肌电极可产生0．14伏特的电动势。例如，电鲶的电器官总共可产生80—100伏的电压，愤怒时还要高些；电鳐产生的可高达650伏。以后的研究成果证明，在每种动物甚至植物机体内，都经常存在着微弱的电流（电鱼则很强）——生物电流。
生物电学现象是生命活动基本过程的一个方面，它反映着生命活动中发生的某些物理学的和物理—化学的变化。它同机体的生理活动状况、同组织细胞的新陈代谢水平有着密切的联系。关于生物电流电位产生的原因十分复杂，现今认为是由于机体组织结构的不对称性及通透性不同、离子浓度不同等引起的，这就产生了明显的电位差，以任意导体联接不同的部位，就会发出生物电流。
人体当然不例外地也存在着电流。1882年，著名的俄国生理学家维金斯基第一个用耳机听到了人体肌肉和神经的电流。人体所有的组织和器官中都有生物电流，人体中是存在着电位差的。伽伐尼的经典研究，奠定了一门新的学科——电生理学。
1901年，爱因多芬创造了一种弦线电流计，使得记录人的心动电流成为现实。1922年，伽塞和欧兰哥把阴极射线应用于生理学研究，将电生理学推向了一个新阶段。1929年，德国精神病学家柏格尔首次记录下人类的脑电图（或称脑波图）。由于医学和生物科学的迫切需要，由于现代无线电电子学的飞跃进展和微电极技术记录方法的运用，生物电流和电生理学的研究发展得更快了。其对象不仅遍及各类生物，不同器官和组织，并已深入到某些神经系统的精细结构。
生物电流在现代生理学和医学实践中已经获得了广泛的应用，最普通的就是脑电波及心电图的描记和分析用于临床诊断。当心脏有节奏地收缩时形成心脏电流，传播到全身。心脏电流的变化显然与神经和肌肉的兴奋过程密切相关，因而利用心电图描述器记录心脏的生物电流，便可以判断心脏的活动情况，作出病理诊断。近年来，人们还利用心脏电流来达到某种目的的控制。例如在妇产科中，把心脏电流与控制仪器相连接，给心脏进行瞬时的X射线拍摄；然后把心电波放大，测得母胎内胎儿的电波，即能察知胎儿是否健康、胎位、单胎或多胎等情况。现在，人们对心脏电流活动的认识和掌握更进了一步。有一种“心脏活动监视器”，不但通过自动接通刺激器可以监视心脏的跳动，而且通过它还可以对心跳过慢的病人，发出刺激心脏收缩的脉冲电流，维持和促进心脏的跳动。最有意思的还是大脑的电流。人脑就像一个小型发电机；一刻不停地向外辐射出电磁波。当大脑皮质的某一部位兴奋时，该部位的新陈代谢增强。因为脑不同部位的细胞膜透性的变化引起离子的重新分配，产生电位的波动，形成脑电波。正常人脑电波的频率在每秒一次到六十次，而主要的是每秒约十次的波。由于中枢神经系统和表征其特性的生物电流间的紧密联系，所以根据脑电波的图形便能研究大脑中发生的过程，诊断该器官的几种疾病（癫癎、脑压亢进、脑外伤等）。根据脑电图的反映还能在实施外科手术时，控制麻醉药物的用量。这是因为当麻醉过深时，脑电产生的总量将要下降，易于辨别。最近，对于耳蜗电变化及视觉系统电学现象（尤其是视网膜电图及其分析）研究的开展也异常迅速，并已用于临床，成为常用的生理指标。应该指出，中医的经络学说、穴位概念，与皮肤电位高电位点是那样吻合，事情绝非偶然，它们之间到底有着什么关系，还有待于深入的研究。
过去一向认为，人体发射的全是低频率的脉冲电流。例如脑电波，频率不过一秒钟数十周而已；即使是肌肉与神经，频率也不超过一秒钟数百周。所以它们同普通的电一样，只能在导体内传导，不能产生空间电磁场的传播——无线电发射。但是，在前年举行的一次无线电工程师会议上，有人证明人体能发射频率为150千周的无线电波，并且估计还可能存在更高的频率。随着超低杂音、超放大机等现代电子学技术的利用，生物无线电现象也在人身上发现了。心理暗示，远距离思想感应（副心理现象）等实验，似乎更加证实了大脑能产生信息的论点。苏联的列宁格勒大学生物电子学实验室主任华西里耶夫通讯院士，根据自己三十年的研究，肯定了思维暗示的存在。他指出，一个人脑的思想可以使别人脑中发生感应，是由于人脑能够产生一种特殊的能。他在去年年底对塔斯社记者说，“在这里，两人之间的距离对实验结果并无重大影响”。至于大脑的能是否由一种特殊的“场”的物质产生，由哪种“场”来产生，还有待更深入的探讨。许多实验也支持人体能感受无线电波的观点。根据1960年的实验，用一个能量仅为几毫瓦的振荡器，向距离数尺外的受试者发出300—600千周的电磁波，被试者总在380—500千周的时候，发现自己有脑部搏动、耳鸣和心情烦躁的异常感觉。现在，生物物理学的另一新的学科——生物无线电学又诞生了。它研究生物机体与整个外界环境中电磁场的相互作用关系，生物机体内部相互联系的形式，以及人们最感兴趣的“脑场”问题。运用生物电流来指挥机器，已经不只是美好的理想，而且正在逐步实现。1958年夏天，在一次国际自动控制会议上，一个没有手的十五岁的男孩子，就曾利用人体生物电流控制的假手拿着粉笔在黑板上大书了“向会议的参加者致敬”几个字，博得全场的喝采。自动学和运动学的发展可谓一日千里，但从控制论的观点看，电子计算机、模拟电子计算机全可以看作神经系统生物电模拟的简单物理模型。工程师们正在计划直接利用人脑的电流来控制机器。自动化专家更有远大的抱负——制造“机器人”，让它在远方按照人的意愿工作。
我们在上面只提到了人体生物电流的几个例子。人们对动物生物电流的研究还要深广。我国对动物生物电学现象的研究已有三十年的历史，取得了相当的成绩。近年来，结合农业生产，也开展了植物电生理学工作的多方面探讨。
总之，有关生物电流的研究，可以说是一门既古老而又年轻的科学。开展这方面的研究，对于最终揭露生命活动的奥秘，查明生物电学现象的特性、规律、产生机制，以及与这些状态相联系的生理学、生物化学与生物物理学的基础，无疑地具有重大意义。