1、第三章 生物电测量及仪器,Part I,细胞是所有生物电的发生源 ，生物电或电位是细胞内部与外部间产生的电位差，也就是细胞膜两面产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最主要功能的关键因素，是生命现象的表现之一。通过研究生物电现象，可以了解生物体病理和生理活动的情况。生物电现象已成为了解生命活动、研究生物功能的可靠依据。而生物电测量仪器也经历了由简单到复杂、由功能单一到多功能复合的发展过程。,进行生物电学研究的第一步，是把生物电信号提取出来，并用仪器进行记录。1 . 脑电、心电、肌电的记录，是在皮肤表面进行的间接记录；2 . 记录视网膜电位、耳蜗电位和鼻电位 ，就需要分别把记录电极安放在眼睛角膜
2、表面、耳蜗圆窗表面和鼻粘膜中； 3 . 最复杂且要求最高的技术则感受器电位、神经元的动作电位和神经纤维上传导的冲动电位的记录，这需要将符合尺寸的引导电极插进细胞或纤维中。,1. 1.生物电产生的机制18世纪末，意大利学者Galvani就已证明生物组织细胞有电现象存在。跨膜电位(transmembrane potential) ：细胞膜两侧的电位差，包括细胞安静时存在的静息电位和受刺激后出现的动作电位。,细胞生物电的测量,静息电位 （resting potential）：在静息状态下(即细胞未受刺激的情况下)，细胞膜内外两侧的电位差。,相关概念极化状态 ( polarization )：在生理学
3、中，静息状态下细胞膜跨膜电位内负外正的状态。超极化 ( hyperpolarization)：膜内负电位增大(例如从-70mv变为-90mv)。去极化 (depolarization)：膜内负电位减小(例如从-70mv变为-60mv)。复极化 (repolarization)：细胞膜去极化后再向原来静息电位方向恢复。动作电位 ( action potential)：在原有静息电位的基础上，膜电位发生的迅速的倒转和恢复。锋电位 (spike )：动作电位是细胞兴奋的表现，主要表现为一个尖锋形的电位波动。,膜电位超过0电位的部分称为超射（overshot）。在恢复到静息电位之前，膜电位还有一些微小
4、的波动，称为后电位(afterpotential)。去极化后电位(负后电位)。超极化负后电位(正后电位)。,动作电位的时相示意图,（一）静息电位形成的机制 (The mechanism underlying resting potential),静息电位K+平衡电位,1. 实验证实，如果细胞膜静息时，只对K+有通透性2. Nernst公式：,R 通用气体常数； T 绝对温度（237+摄氏温度）；Z 离子价； FFaraday常数； Ki 与 K+o分别为膜内外K的克分子浓度。,（二）动作电位形成的机制(The mechanism underlying action potential),静息时
5、膜电位 去极化刺激膜去极化达阈电位水平，电压门控Na+通道开放。Na+进入细胞。电压门控K+通道开始缓慢开放Na+迅速进入细胞，使细胞去极化 Na+通道关闭，K+通道开放K+从细胞转移到细胞外液使细胞复极化去极化后电位（负后电位），此时Na+通道基本恢复，膜电位仍小于正常静息电位，与阈电位差距小，故兴奋性高于正常。超极化后电位（正后电），此时K+通道仍然开放，使较多的K+扩散到膜外，引起超极化细胞膜电位恢复到静息电位水平,Action Potential Stages: Overview,膜电阻通常用它的倒数膜电导G来表示。单位是S。对带电离子而言，膜电导就是膜对离子的通透性。,（三）研究离子
6、通道的技术,电压固定技术 又称电压钳（ Voltage Clamp ）技术，用于研究动作电位过程中膜电流的变化。,把细胞膜电位固定在某一水平时，称为保持电位(holding potential)，如有离子跨膜移动，膜电位将偏离保持电压。电压电极测出这一膜电位的变化，反馈电路输入一反向电流，膜电位固定在保持电位水平，所输入电流量的数值反映了该指令电位下的膜电流的大小。,膜片钳(patch clamp)是在电压钳技术基础上发展而来的一种研究离子通道电流的技术。,A: 膜片钳实验装置示意图,B: 大鼠肌肉单通道离子电流记录曲线,向上为通道开放,2. 心电测量及仪器(ECG),心电图是利用心电图机从体
7、表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形英文名： Electrocardiograph英文缩写： ECG,心电图发展史回顾,1842年法国生理学家Mattencci观察到鸽子心脏产生电流，这是心脏电活动的最早发现。1856年Kolliker和Muller对蛙心的研究证实了心脏电活动与心脏收缩有关（兴奋-收缩偶联）。1887年Waller首次从人体表描记出人心电活动图形。,1895年荷兰生理学家、医学家Einthoven命名了心电周期中的P、Q、R、S、T各个波群。19051906年，Einthoven设计出双极肢体导联、。1932年，Wilson创设加压单极肢体导联aVR、aVF、aV
8、L。1934年，Wilson建立胸前单极导联V1V6。,心脏搏动时产生的生物电流，用心电图机从身体特定部位记录下来的电位变化图。正常人的心电图一般5个波，分别为P、Q、 R 、 S、 T波。 P波代表心房去极化，QRS复合波代表心室去极化，T波代表心室复极化，P -Q间期 （自P波起点到QRS复合波的起点）代表房室之间的兴奋传导时间。心电图能反映出兴奋在心脏内传播的过程及心脏的机能状态。如果心脏的传导系统发生障碍或某部分心肌发病变，则心电图的波形将发生变化。因此心电图对某些心脏病特别是心律失常、心肌梗塞等的诊断有很大的价值，它是目前诊断心脏病的重要方法之一。,心脏是人体血液循环的动力装置。 正是由于心脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，会产生微弱的生物电流。这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图形。,
