二、直流电的生物物理作用与生物化学作用

人体内各种体液是组织细胞进行各种代谢和功能活动的内在环境，体液中含有各种电解质。体液中的电解质对维持细胞内外液的容量和渗透，酸硷平衡，神经肌肉兴奋性等具重要作用，而一些微量元素是许多酶的激活剂。体液中的阳离子主要有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等，而阴离子有C1^－、HCO_３^－、HPO₄^3－、SO₄^2－，有机酸离子和蛋白质等。所以人体体液是电解质溶液，人体组织是电解质导体，能够导电。直流电治疗时，两电极间存在着稳定不变的电势差，人体组织内各种离子向一定的方向移动而形成电流。由于离子移动并引起体液中离子浓度对比的变化是直流电生物理化作用的基础。

电解电解质溶液导电时，溶液中离子发生迁移和电极表面发生化学反应的过程，称为电解（图2.1.1）。电解质溶解在水中时，一部分离解成阳离子和阴离子，离子被一层水分子所包围，称为离子的水化（图2.1.2）。直流电通过电解质溶液时，阳离子移向阴极并在阴极上获得电子而还原成为原子或原子团，电子从外电路进入溶液；阴离子移向阳极并在阳极上放出电子而氧化为原子或原子团，电子离开溶液流入外电路（图2.1.1）。在电极上产生物这些原子或原子团，或者它们同溶剂进一步发生化学变化而产生的新物质，叫做电解产物。现以食盐溶液为例说明电解过程：

图2.1.1 电解	图2.1.2 离子的水化 A－正离子的水化B－负离子的水化

氯化钠溶液中，受水化作用自动解离成钠离子和氯离子。通电时，钠离子向阴极移动，从阴极上得到电子成为钠原子；氯离子向阳极移动，并在阳极上放出电子而变成氯原子。钠原子和氯原子同水发生化学反应，分别生成氢氧化钠放出氢气和盐酸并放出氧气，所以在阴极处产生硷性电解产物而阳极产生酸性电解产物。

电泳与电渗　这是胶体分散体系在直流电作用下同时出现的两种现象。蛋白质为两性电解质。在硷性溶液中，蛋白质的羧基离解出氢离子而带负电荷呈酸性：在酸性溶液中，蛋白质的氨基结合氢离子而带正电荷呈硷性。人体内血液、淋巴和脑脊液等体液,在正常情况下为弱硷性，因而蛋白离表面带负电荷。正电荷离子被蛋白表面负电荷吸引而分布在蛋白周围，形成一种独特的电荷分布：蛋白表面负电荷和这些负电荷所吸引的少数正电荷构成吸附层，吸附层四周的正电荷构成扩散层。从图2.1.3可看出，吸附层虽有少数正电荷，但仍以负电荷居多，因此带负电：扩散层则为正电荷组成。这两层间产生一定的电位，称为Zeta电位。

直注电通过人体时，蛋白粒子及其吸附层响阳极移动，是为电泳；扩散层正离子连同其水化膜向阴极移动则为电渗。由于蛋白胶体的移动影响了蛋白的分布和密度，同时，由于电渗，将使一极下的水分相对增多，而另一极则相对脱水，这些将对生理活动产生影响。

酸硷度改变　在直流电作用下，硷金属离子Na⁺、K⁺和硷土金属离子Ca²⁺、Mg²⁺等向阴极移动，而许多酸根和有机酸向阳极移动；同时由于阴极下产生硷性电解产物而阳极下产生酸性电解产物，所以在阴极下硷性升高，而阳极部位呈酸性。两极下的酸硷电解产物蓄积到很高浓度时，可以破坏组织而引烧伤，治疗时必须注意防止，但也可利用来拨除倒睫毛，破坏疣痣等。

图2.1.3 电渗与电泳	图2.1.4 电渗实验图

改变组织含水量　在直流电作用下，由于发生电泳和电渗，阴极下水分子增加，蛋白分散升高，组织膨胀和变得松软，而阳极下组织水分减少，蛋白质分散度降低，组织较干燥致密。例如，将蛙头切除，挂在木架上，后掌各浸入装着自来水的杯中，两杯分别连阴极和阳极。（图2.1.4）通电40～60分钟，电流强度10mA，断电后检查两后脚掌，可以发现阴极脚掌的皮肤附着一层粘液，肌肉肿胀松软，皮肤容易剥离；阳极脚掌的皮肤较干燥、肌肉干瘪，皮肤不易剥离。

细胞膜通透性变化　蛋白质的稳定性与电荷、水化膜、酸硷度和电解质有密切关系。在直流电阳极下，由于脱水，偏酸性，蛋白质接近等特点，蛋白质分散度降低，易于聚集凝结,而且阳极下Ca²⁺浓度相对增高，细胞膜变得较致密，因此阳极使细胞膜通透性降低，物质经膜交换减慢。而阴极组织含水量增加，偏硷性，偏离蛋白质的等电点，蛋白质分子分散度升高，而且阴极下K⁺浓度相对升高，细胞膜变疏松，通透性升高，物质经膜交换加速。

组织兴奋性变化　神经肌肉的兴奋性（应激性）需要体液中各种电解质维持一定的比例。其关系如下：

在直流电的作用下，体液中K⁺、Na⁺、Ca⁺、Mg²⁺都向阴极方向移动，由于K⁺和Na⁺的水化膜较薄，移动速度较快，所以在阴极下K⁺和Na^＋的浓度相对升高，以及阴极下硷性升高，H⁺浓度较低，所以阴极有提高组织兴奋性作用，而阳极下的Ca²⁺和Mg²⁺的浓度相对增加,H⁺浓度较高，所以阴极有降低组织兴奋性的作用。

直流电能改变细胞膜两侧原有的膜电位的水平（或叫做改变膜的极化状态）。阴极使膜的两侧产生一个外负内正的电压降（电位差），这个电位差将使膜两侧原有的外正内负的膜电位的数值减少，使膜处于一种低极化状态，因而应激性升高；而阳极下，由于在膜的两侧产生一个外正内负的电位差，和膜两侧原有的电位差同方向，膜电位增高，处于一种超极化状态，因而应激性降低（图2.1．6）。

图2.1.6 阴阳极对膜极化的影响

S－皮肤 C－兴奋组织细胞 M－细胞膜