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発売元 一光化学株式会社

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細胞と電気

細胞のエネルギー源

ATPは充電池  心臓で電流が発生していることがわかると、次はその源が気になってきます。
 心臓などの臓器は、細胞が多数集まって構成されています。 細胞は生物の基本単位であり、人間は約60兆個もの細胞から成り立っているといわれています。

 細胞内には細菌型の細胞を除く全てにミトコンドリアと呼ばれる構造体が存在しており、代謝の盛んな細胞では 多数含まれていることも知られています。
 ミトコンドリアは私たちが呼吸で取り入れた血液で細胞に運ばれた酸素を使い細胞内で呼吸をしてエネルギーを作ります。 そのエネルギーはATP(アデノシン三リン酸:「生物のエネルギー通貨」とも呼ばれている)に蓄えられます。 例えていうならATPは充電式の電池のようで、蓄えられたエネルギーは運動、物質合成、発電、発光などに使われます。 また、使用済みの充電が必要になった電池はADPと呼ばれます。
 細胞の活動は全てこのATPからのエネルギーで活動しており、生きていくうえで絶やすことのできないエネルギーです。 そしてATPを合成するミトコンドリアはエネルギーの発電所と言えます。
 近年、研究によって微弱電流はミトコンドリアの電子伝達系を活性化してATP合成を促進するということがわかっています。



 ※ATPとは
 アデニン(アミノ誘導体) + リン酸 + リン酸 + リン酸 = アデノシン三リン酸

細胞の興奮と電気発生

 では、電気がどのように細胞で発生しているか説明しましょう。
 細胞は特異な性質を持っており、細胞内(-80mV)と細胞外(+20mV)で約100mV程の電位差(2点間の電位の差)があるといいます。 この状態を分極といい、静止状態にあるとも表現されます。細胞の外と内がプラス極とマイナス極に分かれている状態で、 例えていうなら乾電池にプラスとマイナスがあるようなイメージです。
 細胞の内外で電位差が生じるのは、細胞内の電解液に含まれる電解質と呼ばれるナトリウム(Na+)やカリウム(K+)の イオン濃度に差があるからです。
 具体的には、プラスの電荷を持つナトリウムイオン(Na+)は、細胞外の方が10倍ほど濃く、逆にカリウムイオン(K+)は 細胞内の方が30倍ほど濃く、このことからナトリウムイオン(Na+)が細胞外、カリウムイオン(K+)が細胞内の主要なイオンとなっています。



 一般的に濃度の違う溶液が半透過膜で区切られている場合、浸透の原理により濃度の薄い方から濃い方へ移動して 同濃度にしようとする性質があります。細胞のイオン移動についてもこれが当てはまり、ナトリウムイオン(Na+)は 細胞内に、カリウムイオン(K+)は細胞外に移動しようとします。このイオンの移動を制限し、イオン濃度を一定に 保ったり、細胞内外の物質交換をするための輸送路の役割を果たすイオンチャネルと呼ばるものがあります。

 細胞がなんらかの刺激を受けたとき、イオンチャネルの門が開くことでイオンの輸送が行われます。 具体的にはナトリムイオン(Na+)が細胞内に流れ込むことで細胞内の電位がプラス、細胞外の電位がマイナスに反転します。 その後ナトリウムイオン(Na+)の移動が急激に減少し、同時にカリウムイオン(K+)の排出が 増加することで再び細胞内の電位はマイナスに、細胞外はプラスに反転します。 このときの電位差によって電流が細胞内に発生しているのです。  そしてこの興奮によって発生した電流は隣の細胞を刺激して、隣の細胞が興奮し、その興奮によって発生した電流が また隣の細胞を刺激というように電流は伝わっていくということがわかっています。



イオン交換とエネルギー

ATPエネルギーを利用したイオン交換
ATPをエネルギーとしたイオン交換

 イオン輸送には、イオンチャネルの開閉とは別に、イオンの排出、取り込みを行うポンプが存在します。 その1つであるナトリウムポンプは、ナトリウムイオンを排出し、カリウムイオンを取り込む役割を持っています。 このイオン輸送は細胞内外のイオンが交換されることからイオン交換と呼ばれます。これは細胞内の イオンと共に老廃物や炭酸ガス等を排出し、栄養分や酸素を取り入れています。そしてこのときには 細胞内の電位差による電気の発生もあることから非常に重要な活動であるといえます。 このポンプのエネルギーにはATPが使われる

 これらのことから人体には、細胞レベルで電流が発生しており、電流発生やイオン交換などの重要なエネルギーと なっているのがATPであるということがわかります。  ATPの合成が活性化されれば、エネルギーの発生が増加しますから、ポンプの作用でイオンを輸送し、 細胞の活動、血液の循環を活発にすることで新陳代謝の促進や細胞の修復、分裂(再生)を円滑に行うことができるのです。


 ※参考文献
 電気システムとしての人体 久保田博南氏著 講談社
 細胞のしくみ 長野 敬氏著 日本実業出版社



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