電刺激纖維狀蛋白產生電位波動的實驗研究

摘要 研究機體的一些纖維狀蛋白在一定的電刺激條件后產生的電位波動。條件和方法：從不含細胞或細胞膜的一些纖維狀蛋白的標本中獲得電信號，放大觀察記錄電刺激前后標本所產生的電位波動。結果：發現電刺激標本后會產生更加明顯的電位波動。結論：機體內存在著這種由纖維狀蛋白引起的電位波動。

關鍵詞 纖維狀蛋白 電位波動 生物電

生物電的發現來源于科學史上著名的一場爭論，1786年意大利Bologna大學教授Luigi Galvani無意中發現蛙的肌肉在一定的條件的刺激下會發生收縮運動的現象并且認為這是“動物電”引起的，引發了一場與Volta的激烈的爭論。由此Galvani發現了生物電，Volta發明了伏特電池，人們便開始了生物電和電磁學的進一步研究，至今已有222年的歷史。200多年來，人們不僅在強弱電學方面而且在機體生物電(bioelectricity)方面都取得了很大的進展。在機體生物電方面，人們主要是對機體的細胞生物電(cell bioelectricity)進行了比較詳細的研究，目前已經深入到分子水平。科學家們已經闡明，由于鈉泵的作用，細胞膜內外形成的離子濃度差及細胞膜對不同離子的不同的通透性，在膜的內側形成一層負離子，外側形成一層正離子，因此在細胞兩側形成電位差，即靜息電位；由于各種刺激導致細胞膜上主要是鈉離子通道蛋白的迅速地短時間開放，鈉離子短時間內流，可形成細胞膜的內外的電位差的波動變化，即動作電位。很明顯，上述的細胞膜的跨膜電位及其跨膜電位波動即動作電位都依賴于細胞膜的結構。如果沒有細胞膜的結構就不會產生靜息電位和動作電位。不過，人們對生物電的研究，往往不會停留在細胞生物電(cell bioelectricity)的范圍內。早在上世紀80年代初期，中國學者馮盛才等人便開始了這方面的研究，使用不含細胞或細胞膜的雞蛋卵帶蛋白，以及使用經過一定方法處理的動物組織，去掉或破壞組織中的細胞和細胞膜相結構，余下以纖維狀蛋白為主要成分作為該實驗使用的標本，在用一定條件的電刺激后，將探測電極上的電信號導入放大在示波器上顯示，進行觀察研究和記錄。結果發現這些沒有細胞和細胞膜結構的纖維狀蛋白在一定的電刺激條件下，會產生一定的電位波動。進一步的研究表明，機體的纖維狀蛋白等生物高分子物質在一定的條件下會產生一定的電位及電位波動，這也是一種生物電。這是一種與細胞生物電不相同的另一種生物電。為了今后的研究方便，我們把這種生物電暫稱作為“非細胞生物電”(no cell bio—electricity)，現將該實驗報告如下。至于這種非細胞生物電產生的機理我們將進一步研究。

1 目的

研究機體的一些纖維狀蛋白在一定條件的電刺激后產生的電位波動。在對細胞生物電不斷深入研究的今天，人們對于機體內的物質纖維狀蛋白等生物高分子物質所產生的電位波動知之甚少。我們應該研究這些纖維狀蛋白產生電位波動的條件因素及其特點等等。本實驗的目的是通過實驗探索揭示機體內的一些纖維狀蛋白在受到一定條件的電刺激后產生的電位波動的現象。

2 標本材料

2.1雞蛋的卵帶蛋白標本雞的卵帶是雞蛋內聯系雞蛋卵黃與雞蛋卵殼的一種纖維狀蛋白，是兩條大約直徑為2mm，總共長度為30mm，分別系在蛋黃上和雞蛋殼內兩端的，有些螺旋形狀的，容易與雞蛋清區別開來的，象條帶子—樣的纖維狀蛋白。將一個雞蛋打開，把內容物盛在干凈的容器內，用鑷子將卵帶輕輕挑出來放在盤子里備用。這是未經過任何處理的機體的沒有細胞的蛋白質，主要是纖維狀蛋白。

2.2經處理的豬肌腱標本使用家養豬的一些組織經過一定的處理以去掉細胞的細胞膜結構留下以纖維狀膠原蛋白為主要成分作為標本。我們具體使用豬的肌腱進行處理，將其肌腱浸泡于50％甘油中12小時，取出后浸泡于甲苯中12小時，取出后又浸泡于50％甘油中12小時，取出后浸泡于生理鹽水中12小時，取出后又浸泡于另外生理鹽水中12小時，如此反復共3次后，取出放在干凈的盤中備用。這樣處理是使用有機溶劑溶解去掉細胞膜及細胞的內容物，剩余下了機體的沒有細胞的纖維狀膠原蛋白質，即主要是纖維狀蛋白。

3 使用的儀器及方法

從不含細胞或細胞膜的一些纖維狀蛋白的標本中獲得電信號，放大觀察記錄電刺激前后標本所產生的電位波動。將制備的標本所產生的電位波動用普通的低頻長余輝示波器放大進行觀察紀錄。兩種標本先用其中一種標本做實驗，然后再用另一種標本做實驗。將標本輕輕地放在干凈的玻璃板上，安放兩根不銹鋼針灸針作為引導電極，在標本安放引導電極位置的兩內側安放兩根不銹鋼針灸針作為刺激電極，輕輕地把它們放在已經接地的電磁波屏蔽箱內，用屏蔽線把電極連通到示波器內。在把未經過電刺激的標本產生的電信號引入示波器進行放大觀察記錄后，再對標本進行1000赫茲1毫伏的方形波電刺激，在刺激5秒鐘后，將標本產生的電信號引入示波器內進行放大觀察記錄。

4 結果

實驗結果發現電刺激后標本產生的電位波動比電刺激前標本產生的電位波動非常明顯地高出了許多。上述兩種標本在電刺激之前均有少許微伏級的電位波動；在電刺激之后兩種標本產生的電位波動的波幅分別比電刺激之前兩種標本所產生的電位波動的波幅要大得多，一般在數百微伏以上，不少的標本在受電刺激后所產生電位波動的波幅高達毫伏級，從總體上看，這些電位波動的波呈不斷減弱形式，但是也有時會突然出現一個或一串波幅比較大的電位波動，有時波幅比較大的電位波動可以維持數秒至數十秒或者更長的時間。一般說來在幾分鐘至十幾分鐘后電刺激標本產生的電位波動的波幅會逐漸減弱，基本上降低到電刺激之前的水平。電位波動的波型不規則，波寬大小不平均，頻率大約在數赫茲至數十赫茲的范圍內。

5 結論

在機體內廣泛地存在著這種由纖維狀蛋白所產生的電位波動。生物體內主要是動物機體內廣泛地存在著如膠原纖維一樣的纖維狀蛋白，如神經細胞、肌肉細胞的細胞膜上或者細胞內細胞間都有膠原纖維一樣的纖維狀蛋白，機體一直處在不斷地來源于機體內外的不同波幅不同頻率不同波形的電位波動的電刺激之中，比如來源于機體內的骨骼肌，心肌，神經纖維所產生的動作電位，來源于機體外的環境中的各種電磁波，電針治療時的電刺激等，這些都會對機體纖維狀蛋白產生一定的刺激作用。根據上述實驗的結果判斷，機體內的纖維狀蛋白受到上述來源于機體內外的不斷的電刺激同樣會產生如上所述的電位波動。我們認為上述這種電位波動廣泛地存在于機體內，為機體的生物電作出貢獻。換句話說，機體內既有由細胞膜內外的離子濃度差及其變化所產生的電位及電位波動，也有由纖維狀蛋白質等生物高分子物質受到電刺激所產生的電位及電位波動。

6 討論

6.1細胞生物電與非細胞生物電上述的這種生物電是機體內纖維狀蛋白產生的，不是通過細胞膜產生的，不屬于“細胞生物電”一類的生物電，它是機體的生物電的另外一種來源，可以與細胞生物電相提并論。為了研究和討論的方便，我們暫時將這一種由纖維狀蛋白等產生的電位及電位波動稱作為“非細胞生物電”(no cell bioelectricity)。借以區別我們常常說到的“細胞生物電”(cell bioelectricity)。這樣更有利于生物電的深入研究。按照詞意，非細胞生物電的范圍本應比較廣泛，機體內有一些帶電粒子，如鉀離子、鈉離子等在體液中的擾動也會產生一種電位波動，這也應該屬于非細胞生物電的范圍；不過，我們在這里討論的非細胞生物電是比較狹義的非細胞生物電，它僅僅涵蓋了由纖維狀蛋白等物質所產生的電位波動。另外一些實驗證明其它生物高分子物質也能產生非細胞生物電。與細胞生物電不同，非細胞生物電有其系列的特有的特征，并且其產生原因也不同細胞生物電。由此看來，把生物電分成細胞生物電和非細胞生物電來研究是很有必要的。我們認為，細胞生物電與非細胞生物電共同為機體的生物電作出貢獻。這就是說，機體的生物電是由細胞生物電與非細胞生物電共同組成。進一步的研究證明，非細胞生物電是機體經絡生物電的重要組成部分。

6.2非細胞生物電與“細胞外電”不同有人對“細胞外電”進行了研究，顧名思義“細胞外電”是研究細胞膜的外表面的電位及其波動變化，這是以細胞膜為依托的，沒有把細胞膜排除在外的生物電的研究，非細胞生物電的研究是將細胞膜的結構完全避開，使用完全沒有細胞膜結構的機體生物組織材料作為標本來進行的研究。因此，根據該項研究的結果表明：在沒有細胞的組織中，或者當把細胞膜的結構排除在外時，甚至在細胞里面的細胞質內和細胞核中，凡是有纖維狀蛋白等生物高分子物質的地方都會在電刺激后產生非細胞生物電。

6.3標本在沒有電刺激時有少許微伏級電位波動的來源在我們另外的相關研究實驗中發現，標本纖維狀蛋白在受到機械刺激后，可以產生明顯的電位波動。有關方面的文章我們將另文發表。在本實驗中，我們在安放這些標本時，雖然是輕輕地操作，但是仍然不免對這些標本有一些機械刺激，因此標本會產生輕微的電位波動，這就是標本在沒有受到電刺激之前，也會觀察到有產生少許微伏級的電位波動現象的原因。