細胞“電池”
文/孟昭青
我們身體中的每個細胞都是一個微小的“電池”，它們發出的生物電在機體發育、傷口癒合和細胞癌變等方面發揮着重要作用。
靜息電位與動作電位
神經元傳遞信息的能力取決於生物電，特別是確保不同離子停留在神經元細胞膜兩側的機制。神經元傾向於將鉀離子留在細胞內部，將鈉離子置於細胞外部。這兩種離子都帶正電，但由於離子濃度梯度的原因，導致神經元內部的負電荷比外部大約多70毫伏。這就是所謂的靜息電位，它是一切生物電產生和變化的基礎。
靜息電位很小，大約是激活手機微芯片晶體管電壓的十分之一，但它對神經元的功能至關重要。爲了維持這一電壓（電位差），細胞膜上分佈着數以萬計的微小通道——鈉通道和鉀通道，分別允許鈉離子和鉀離子在其中移動。同時，細胞膜中還存在着的一種特殊蛋白質——鈉鉀泵，它能夠通過分解腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）獲得能量，逆濃度梯度將闖入細胞內部的鈉離子“排”出去。
當神經元受到刺激時，會引起細胞膜上大量的鈉通道同時開放，在膜兩側鈉離子濃度差和電壓（內負外正）的作用下，細胞外的鈉離子快速、大量地內流，導致細胞內正電荷迅速增加，細胞膜兩側的電壓驟降至0毫伏，這一過程被稱爲去極化。之後，鈉鉀泵迅速將靜息電位恢復到-70毫伏，由此產生的電壓峰值被稱爲動作電位。隨着細胞膜其他部分的去極化，動作電位可以像波浪一樣沿着神經纖維傳導。神經系統就是通過動作電位將所有感覺和運動信號傳遞到身體各處的，因此，動作電位就形成了我們思考、說話、運動和感知世界的基本能力。
生物電對身體的塑造
長期以來的觀點認爲，神經元和肌肉細胞是人體中唯一能有效利用生物電的部位。但是，事實證明，人體約40萬億個細胞都像一個個小電池，它們利用離子通道維持細胞的微弱電位。在過去的幾十年裡，新工具和新見解揭示了生物電在人體中的巨大作用。
生物電對身體的發育起着關鍵作用。我們很容易就能分辨發育完成的人類、雞和魚，因爲它們之間的區別很大。但是，一個發育中的胚胎中的細胞是如何知道形成什麼樣的身體呢？如何使所有的手指、喙和鰭都處於適當的位置和擁有合適的尺寸呢？
自20世紀60年代起，研究人員就懷疑受精卵中奇異的電脈衝對其發育非常重要。隨着遺傳學的進步，我們發現基因可以編碼身高以及頭髮、皮膚和眼睛的顏色等具體特徵，卻無法找到控制生物體形狀的基因，即沒有可以編碼眼睛、腿、胳膊和耳朵位置的基因。
研究人員認爲，電位的變化決定了器官的發育，甚至會幫助塑造臉部特徵。但是，要證明這一點相當困難。現有的神經科學工具（如植入式電極或表面電極）只能追蹤動作電位等快速事件，而生物體的發育時間跨度要長得多。更重要的是，對發育中的生物體來說，許多神經科學工具都具有侵入性和破壞性。
最終，研究人員選擇了電壓敏感性染料。這種化學物質能將電壓轉化爲亮度梯度，電壓高時顯示爲亮白色，電壓低時顯示爲黑色，介於兩者之間則顯示爲灰色。研究人員將一種無害的電壓敏感性染料注入青蛙的受精卵，實時跟蹤青蛙胚胎髮育過程中每個細胞的電活動。青蛙是測試這種染料的不二之選，因爲無須子宮就能觀察到它們的發育過程。
研究發現，青蛙胚胎中所有未分化幹細胞的電壓最初都徘徊在0毫伏左右，隨着發育的進行，增殖細胞會根據它們將要形成的組織而產生不同的電壓。這些電壓變化構成了青蛙發育所依據的藍圖。
然而，這些電壓變化不僅僅是藍圖，它們還是指令。隨後的實驗發現，它們開啓了創造動物身體模板的基因。干擾電模式會破壞離子通道和鈉鉀泵的功能，從而導致生理上的根本變化，而離子通道和鈉鉀泵對於在發育過程中維持每種細胞類型的特徵電壓至關重要。在發育過程中刻意改變特徵電壓就能控制身體形態，如一項實驗成功地將青蛙眼睛生長的位置從臉部移到了腹部。
生物電的治療作用
由於生物電在塑造發育中的身體方面所起的作用，它對身體受傷後的治療也至關重要。動物組織受損時會產生的電脈衝，即損傷電流。研究人員發現，損傷電流較強的人的傷口癒合得更快，損傷電流還會隨着年齡的增長而減弱。
研究人員還發現了損傷電流作爲控制開關的作用，並發現干擾眼睛角膜細胞中的相關離子通道會減緩癒合速度，而電刺激則能加快癒合速度。
在癌症方面，生物電的潛在益處更爲顯著。研究顯示，當健康細胞過渡到癌細胞時，其電壓會急劇下降到0毫伏左右，而且癌細胞的電壓會發生振盪，就像神經元中的電壓一樣。事實證明，癌細胞需要這些電壓來相互交流信息，尤其是癌細胞的轉移和擴散，這也是癌症的主要致死方式。
研究人員希望利用離子通道阻斷劑（目前許多抗心臟病藥物的基礎成分）來抑制這些振盪，阻止癌細胞擴散。新的研究表明，服用抗心臟病藥物的癌症患者的存活率更高。在青蛙實驗中，將癌細胞的電壓推回到健康細胞的電壓，會使惡性腫瘤發生逆轉。目前，有幾種調整膜電壓的化合物正處於早期臨牀試驗階段，它們有望成爲對抗癌症的利器。
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