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直流電的生物物理作用與生物化學作用

點擊次數:843 發布時間:2020-09-25

人體內各種體液是組織細胞進行各種代謝和功能活動的內在環境,體液中含有各種電解質。體液中的電解質對維持細胞內外液的容量和滲透,酸鹼平衡,神經肌肉興奮性等具重要作用,而一些微量元素是許多酶的激活劑。體液中的陽離子主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等,而陰離子有C1、HCO、HPO43、SO42,有機酸離子和蛋白質等。所以人體體液是電解質溶液,人體組織是電解質導體,能夠導電。直流電治療時,兩電極間存在著穩定不變的電勢差,人體組織內各種離子向一定的方向移動而形成電流。由于離子移動并引起體液中離子濃度對比的變化是直流電生物理化作用的基礎。

電解電解質溶液導電時,溶液中離子發生遷移和電極表面發生化學反應的過程,稱為電解)。電解質溶解在水中時,一部分離解成陽離子和陰離子,離子被一層水分子所包圍,稱為離子的水化。直流電通過電解質溶液時,陽離子移向陰極并在陰極上獲得電子而還原成為原子或原子團,電子從外電路進入溶液;陰離子移向陽極并在陽極上放出電子而氧化為原子或原子團,電子離開溶液流入外電路。在電極上產生物這些原子或原子團,或者它們同溶劑進一步發生化學變化而產生的新物質,叫做電解產物。食鹽溶液為例說明電解過程,請自行網上搜索圖文說明。

氯化鈉溶液中,受水化作用自動解離成鈉離子和氯離子。通電時,鈉離子向陰極移動,從陰極上得到電子成為鈉原子;氯離子向陽極移動,并在陽極上放出電子而變成氯原子。鈉原子和氯原子同水發生化學反應,分別生成氫氧化鈉放出氫氣和鹽酸并放出氧氣,所以在陰極處產生鹼性電解產物而陽極產生酸性電解產物。

電泳與電滲 這是膠體分散體系在直流電作用下同時出現的兩種現象。蛋白質為兩性電解質。在鹼性溶液中,蛋白質的羧基離解出氫離子而帶負電荷呈酸性:在酸性溶液中,蛋白質的氨基結合氫離子而帶正電荷呈鹼性。人體內血液、淋巴和腦脊液等體液,在正常情況下為弱鹼性,因而蛋白離表面帶負電荷。正電荷離子被蛋白表面負電荷吸引而分布在蛋白周圍,形成一種獨特的電荷分布:蛋白表面負電荷和這些負電荷所吸引的少數正電荷構成吸附層,吸附層四周的正電荷構成擴散層。吸附層雖有少數正電荷,但仍以負電荷居多,因此帶負電:擴散層則為正電荷組成。這兩層間產生一定的電位,稱為Zeta電位。

直注電通過人體時,蛋白粒子及其吸附層響陽極移動,是為電泳;擴散層正離子連同其水化膜向陰極移動則為電滲。由于蛋白膠體的移動影響了蛋白的分布和密度,同時,由于電滲,將使一極下的水分相對增多,而另一極則相對脫水,這些將對生理活動產生影響。

酸鹼度改變 在直流電作用下,鹼金屬離子Na+、K+和鹼土金屬離子Ca2+、Mg2+等向陰極移動,而許多酸根和有機酸向陽極移動;同時由于陰極下產生鹼性電解產物而陽極下產生酸性電解產物,所以在陰極下鹼性升高,而陽極部位呈酸性。兩極下的酸鹼電解產物蓄積到很高濃度時,可以破壞組織而引燒傷,治療時必須注意防止,但也可利用來撥除倒睫毛,破壞疣痣等。

改變組織含水量 在直流電作用下,由于發生電泳和電滲,陰極下水分子增加,蛋白分散升高,組織膨脹和變得松軟,而陽極下組織水分減少,蛋白質分散度降低,組織較干燥致密。例如,將蛙頭切除,掛在木架上,后掌各浸入裝著自來水的杯中,兩杯分別連陰極和陽極。通電40~60分鐘,電流強度10mA,斷電后檢查兩后腳掌,可以發現陰極腳掌的皮膚附著一層粘液,肌肉腫脹松軟,皮膚容易剝離;陽極腳掌的皮膚較干燥、肌肉干癟,皮膚不易剝離。

細胞膜通透性變化 蛋白質的穩定性與電荷、水化膜、酸鹼度和電解質有密切關系。在直流電陽極下,由于脫水,偏酸性,蛋白質接近等特點,蛋白質分散度降低,易于聚集凝結,而且陽極下Ca2+濃度相對增高,細胞膜變得較致密,因此陽極使細胞膜通透性降低,物質經膜交換減慢。而陰極組織含水量增加,偏鹼性,偏離蛋白質的等電點,蛋白質分子分散度升高,而且陰極下K+濃度相對升高,細胞膜變疏松,通透性升高,物質經膜交換加速。

組織興奮性變化 神經肌肉的興奮性(應激性)需要體液中各種電解質維持一定的比例。

 在直流電的作用下,體液中K+、Na+、Ca+、Mg2+都向陰極方向移動,由于K+和Na+的水化膜較薄,移動速度較快,所以在陰極下K+和Na的濃度相對升高,以及陰極下鹼性升高,H+濃度較低,所以陰極有提高組織興奮性作用,而陽極下的Ca2+和Mg2+的濃度相對增加,H+濃度較高,所以陰極有降低組織興奮性的作用。

直流電能改變細胞膜兩側原有的膜電位的水平(或叫做改變膜的極化狀態)。陰極使膜的兩側產生一個外負內正的電壓降(電位差),這個電位差將使膜兩側原有的外正內負的膜電位的數值減少,使膜處于一種低極化狀態,因而應激性升高;而陽極下,由于在膜的兩側產生一個外正內負的電位差,和膜兩側原有的電位差同方向,膜電位增高,處于一種超極化狀態,因而應激性降低。

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