工程电生理学-绪论PPT
绪论
(三)整体水平的研究 在生理情况下，各个器官和系统的功能互相协调，从而使机体能够成为一个完
整的整体，并在不断变化着的环境中维持正常的生命活动。从整体水平上的研究， 就是要以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种环境条件和生理情况下不同 的器官、系统之间互相联系、互相协调，以及完整机体对环境变化发生各种反应 的规律。所以整体水平上的研究比细胞水平和器官、系统水平上的研究更加复杂。
稳态泛指体内各个水平上的生理活动在神经、体液等因 素调节下保持相对稳定和相互协调的状况。
沃尔特·坎农
（Walter Bradford Cannon， 1871-1945）
美国20 世纪最为杰出的生理学家之一， 他首创了铋或钡餐与 X 射线在消化道上 的造影法，他还提出了交感神经系统“应 急”功能的概念和生物体的“自稳态”理 论。
定的。细胞的生理特性又是由构成细胞的各个成分，特别是 细胞中各种生物大分子的物理学和化学特性决定的。
在细胞和分子水平上进行的研究，其研究对象是细胞 和构成细胞的分子。在这个水平上进行研究和获取知识的学 科称为细胞生理学或普通生理学。
钾通道 N 型（快速型）失活的消除
A：天然的电压门控钾通道电流，显示激活和失活过程； B：删除N端20个氨基酸残基后该通道的失活过程被消除
活动规律及其产生机制，以及机体内外环境变化对这些功能 性活动的影响和机体所进行的相应调节，并揭示各种生理功 能在整个生命活动中的意义。
生理学—绪论
松果体素合成通路与调节系统
色氨酸 (Trp)
TH
5-羟色氨酸（5-HTPD）
MAO
5-羟色胺（5-HT）
5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）
NAT
氮乙酰5-羟色胺（NAS） ＋
《生理学》全套PPT课件
•绪论•细胞的基本功能•血液生理目录•循环生理•呼吸生理•消化与吸收生理•能量代谢与体温01绪论定义任务古代生理学通过对人体的观察和实验，积累了一些关于人体生理功能的经验性知识。
文艺复兴时期随着解剖学的发展，生理学开始从描述性向实验性转变。
17-19世纪哈维发现血液循环，奠定了实验生理学的基础；随后，神经生理学、消化生理学等领域也取得了重要进展。
20世纪至今生理学的研究领域不断扩大，研究手段不断更新，分子生物学、细胞生物学等学科的交叉融合为生理学的发展注入了新的活力。
生理学与医学的关系医学的基础学科生理学是医学的基础学科之一，为医学提供了关于人体正常生理功能的知识和理论。
疾病的诊断和治疗通过对生理功能的深入研究，有助于揭示疾病的发病机制，为疾病的诊断和治疗提供科学依据。
医学教育和人才培养生理学是医学教育中的重要课程之一，对于培养医学生的临床思维和操作技能具有重要意义。
02细胞的基本功能细胞膜的结构与功能细胞的物质转运功能脂溶性物质顺浓度差转运非脂溶性物质或带电离子顺浓度差转运逆浓度差或电位差的转运方式大分子和颗粒物质的转运方式单纯扩散易化扩散主动转运膜泡运输静息电位动作电位局部电位030201细胞的生物电现象肌细胞的收缩功能骨骼肌的收缩机制：肌丝滑行理论心肌的收缩特点：全或无式收缩、不发生强直收缩、对细胞外液钙离子依赖性强平滑肌的收缩机制：肌丝滑行理论与肌浆网钙离子释放03血液生理血液的组成与理化特性血液的组成血液的理化特性包括比重、粘滞性、渗透压等，这些特性对于维持血液的正常流动和生理功能具有重要意义。
血细胞生理红细胞白细胞血小板生理性止血与血液凝固生理性止血血液凝固血型与输血原则血型输血原则04循环生理心脏的泵血功能心动周期心脏的泵血过程心脏泵血功能的评价1 2 3心肌细胞的跨膜电位心肌的生理特性心肌的电生理特性心肌的生物电现象与生理特性血管生理血管的分类和功能血流阻力与血压的维持微循环与物质交换心血管活动的调节神经调节体液调节自身调节05呼吸生理肺通气原理呼吸道的结构和功能01肺通气动力02肺通气阻力03气体交换与运气体交换原理气体交换包括肺换气和组织换气两个过程，前者是指肺泡气与血液之间的气体交换，后者是指血液与组织细胞之间的气体交换。
电生理PPT课件
视神经生物信号，通过视神经传导到枕叶中枢， 通过电极采集出的该生物电信号 • 临床病变：视路病变、视网膜及黄斑病变、弱视 及斜视、青光眼、屈光间质浑浊、屈光不正
视网膜电图生理（ERG）
• 图形视网膜电图PERG、闪光视网膜电图FERG、视网膜 震荡电位OPS
电生理培训纲要
• 电生理原理 • 电生理临床应用应用 • 电生理产品组成及环境要求 • 电生理各项目应用及正常波形 • 电生理操作步骤 • 电生理安装连接及维护
一、电生理原理
• 视觉电生理的原理及特点 • 人眼视网膜受到光或图形刺激后，在视细胞内引
起光化学和光电反应，产生电位改变，形成神经 冲动，传给双极细胞、神经节细胞，经视神经、 视交叉、视束、外侧膝状体、视放射终止于大脑 皮质的距状裂视中枢。这个过程可用电生理学方 法记录下来。视觉电生理是对视网膜至视中枢功 能的系统检查法。它能用客观无损的方法测量人 类视觉功能
具有可对照性
• ⑶具有实时波形：即检查波形是动态，实时显现出来的， 能看到检查波形显示的整个过程，能通过波形的显示过程 实时监测病人的配合状况
• ⑷稳定性及安全性：系统抗干扰能力强，有安全隔离电源
• 真实，可靠的视觉电生理应具备以下要求
• ⑴完全满足ISCEV国际标准对视觉电生理设备硬件的基本 要求
• 图形视网膜电图PERG：采用图形刺激器产生的的翻转图 形对人眼视网膜黄斑部进行刺激通过钩状电极采集出诱发 的中央视网膜生物电信号
• 闪光视网膜电图FERG：使用闪光刺激器产生的闪光对整 个视网膜进行刺激诱发产生视网膜生物电信号。主要反映 视锥细胞的功能，主要反映视杆细胞的功能
电生理学讲义
第一部分绪论电生理学(electro-physiology)是生理学中的一个重要内容与组成部分。
我们讲生理学是以生物机体功能为研究对象，生物机体的功能就是整个生物及其各部分所表现出的各种生命现象。
这些生命现象大多都伴随有生物电(bioelectricity)变化，电生理学就是以生物电为研究对象。
电生理学的任务就是要研究生物电的发生机制、条件以及机体的内外环境中各种变化对这些生物电的影响，生物电与机体功能之间的内在联系，同时也研究电，磁对机体的作用及其机制。
第一节电生理学研究的内容与对象一、生理学及电生理学电生理学是生理学的一个重要方面，它是随着电子仪器与电生理技术的进步发展而来的，是专门研究生命现象中有关生物电的内容。
生理学最初是与解剖学描述结合起来的，17世纪初生理学的实验研究主要是利用物理与化学的基本方法与技术对生物体进行观察，但又有别于物理化学等一般自然科学，它的实验方法有自己的特点。
恩格斯在当时就指出生理学当然是有生命的物体的物理学，特别是它的化学，但同时它又不再是化学，因为一方面它的活动范围被限制了，另一方面它在这里又提升到了更高的阶段。
以后生理学的方法又随数、理、化等基本科学及其应用技术的发展而提高，随着电子技术的发展，特别是计算机的运用，生物电的研究越来越广泛而深入，成为生理学研究中发展最快的领域之一。
二、学习医学电生理学的主要任务1．探索正常人体生物电的现象及其发生机制。
2．探索疾病时的异常生物电现象及其发生机制。
3．运用电生理学方法作为临床疾病诊断的基础。
4．将电生理方法用于疾病的治疗与疗效评估。
三、电生理学研究的不同层次1．生物电现象的细胞和分子水平机制的研究。
人体最基本的结构和功能单位是细胞。
如神经纤维最主要的功能是传递信息，离开神经动作电位的传导就不可能完成。
肌肉的功能是收缩，这种收缩由组成每个肌细胞的肌小节的短缩而造成的，肌小节的缩短是由肌膜上动作电位所引发的。
这些电活动都与膜上通道开闭、离子的活动有关。
工程生理学第一章 绪论
医学相结合,实现个体化医疗方案优化设计。 • (2)数字化多工位(如全病区)医学信息(个体化)动态监测,调控系统,可于
PACS和HIS系统形成数字化医院网络,且可用于传染病隔离病房(遥测 、遥操作)。 • (3)医疗装备的设计,从以设备为中心向以人(患者)为中心转移,这意味 着可移动化(实验室→床旁)、小型化等。
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第四节 人体生理功能的调节
• 一、机体功能的调节方式
• (一) 神经调节 • 1.神经调节的概念。神经调节是指通过神经系统的活动对机体生理功
能的调节。它是机体活动调节的最主要的方式。神经调节是通过反射 活动来实现的。 • (1)反射是指在中枢神经系统的参与下,机体对刺激所作的应答性反应 。反射是神经调节的基本方式。 • (2)反射弧是反射活动的结构基础。其由五个部分组成(图1-2),既感受 器、传入神经,中枢、传出神经、效应器。每一种反射都有一定的反 射弧,即一定的刺激可引起一定的反射活动。反射弧的任何一个环节 遭到破坏都将使相应的反射减弱或消失。
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第二节 生命的基本特征
• 三、适应性
• 机体的外环境是自然界。自然界的许多因素,如气温、气压、温度、 光照等变化,都可构成刺激而影响生命活动,但是,机体能随着外界环境 的变化,不断地调整各部分的功能和相互关系,使机体与环境取得平衡 统一,保证生命活动的正常进行。机体这种按照外部情况来调整内部 关系的生理过程,称为适应。机体对环境变化产生反应而适应环境的 能力称为适应性。
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第一节 工程生理学的任务和研究的不同 水平
• (三) 整体水平 • 其是以完整机体为研究对象,研究完整机体各个系统之间的相互关系
电生理学基础 ppt课件
不应期长的意义
影响兴奋性的因素
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1、心肌兴奋性的周期性变化
MP ARP
EPR
时相
特点
机理
开始除极 0、1、2 到-55mV 和3相初
-55至60mV 3相中
无论多强 Na通道 的刺激均 失活 不反应
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(4)扑动及颤动
心房扑动 快速规则的房性异位节律，出现间 距匀齐的锯齿样“F”波，频率220370次/min. 快速而不规则的房性异位节律，出 现细小而形态不规则的“f”波，频 350-700次/min.
心房颤动 率
心室扑动
心室颤动
节律尚规则，心室率150-250次/min, 心室波增宽，不能分出QRS或ST-T。
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（一）自动节律性
4、窦性心律、结性心律和室性心律
窦性心律：由SAN主导的心脏搏动的心律 结性心律：冲动起源AVN的上方或下方（交界性心律） 室性心律：冲动起源于房室束、束支和浦氏纤维
心律：心跳的起源部位和整齐程度
心率：单位时间内的（1分钟）心跳次数
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（二）心肌细胞的兴奋性：特点、机制、意 义和影响因素
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三、传导性改变引起的心律失常
2.影响心肌传导性因素 （1）兴奋前膜电位水平是影响0相 除极速度和幅度的主要因素（膜反 应曲线）。
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2、兴奋前方心肌不应期情况：
兴奋传导时，如前方的心肌组 织处在相对不应期内，则传导速度 ↓。如房早下传到心室，逢左束支 不应期已恢复而右束支尚未恢复 （因右束支不应期长于左束支）， 则可出现室内差异性传导， ECG 呈RBBB图形（V1呈M形）。
—国家重点实验室电生理技术幻灯片PPT
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1.电生理学——生命科学中的信息科学
缺血脑保护药物 糖尿病药物
药物靶点
钙通道
钾通道 钠/钾通道 钙通道
钾通道 钠通道
氯通道/NMDA 钠通道
钙通道 钾通道 氯通道 钙通道 钠通道 钾通道 钾通道
药物名称
硝苯地平 西尼地平 尼克地尔 奎尼丁 地尔硫桌 维拉帕米 胺碘酮 利多卡因 普鲁卡因 丙泊酚 苯妥英钠 卡马西平 乙琥胺 氯丙嗪 苯二氮䓬 氟桂利嗪 利法利嗪 氟芬那酸 优降糖、达美康
➢ 荧光显微镜 ➢ CCD照相机 ➢ 监视器 ➢ 激光器等
机械部分
➢ 防震台，气压泵或气瓶 ➢ 高精密微电极操作器 ➢ 灌流操作器 ➢ 显微镜移动平台或可移动载物台
辅助部分：
➢ 信号屏蔽罩 ➢ 微电极拉制仪 ➢ 药物灌流设备 ➢ 温度控制器
6. 全自动膜片钳设备的组成
即： 工作站
+
平板芯片
德国Nanion公司 德国Nanion公司
机 械 门 控 性 ， 又称机械敏感性(mechanosensitive)离子通道:是一类感受细胞膜 mechanogated 表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，根据通透性
分为离子选择性和非离子选择性通道，根据功能作用分为张力激活 型和张力失活型离子通道.
基因相似性
根据基因序列的相似性或同源性而归类的离子通道，例如TRP家族 等。
年代做出了开创性研究。他们基于电压钳技术， 提出并验证了所谓的Hodgkin—Huxley方程，数 学模拟出和真实状况相符合的神经冲动的传导，
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– Matteucci(马图西)生物 电流测量（1842年）
生物电检测
• 测量生物电最初的设备是马泰乌奇根据伽伐尼 的蛙标本(frog preparation)加以改进，制成 的“检电蛙”
• 德国生理学家迪布瓦·雷蒙于1849年设计了第 一台测试仪器，称作周期断流器或称电流断续 器(rheotome)。该装置最初主要是用于测量神 经系统的电位变化。伯恩斯坦(Julius Bernstein , 1839-1917)进行了多方改进，使 其能够获得被测对象的动作电流振动时的图解 波形。
工程电生理学
绪论
Outline
• 《工程电生理学》课程的主要任务 • 《工程电生理学》历史与背景 • 《工程电生理学》的主要内容 • 《工程电生理学》的主要特点 • 学习的方法与要求 • 主要参考书
什么是 《工程电生理学》？
生理学
• 研究人体生命活动规律的科学，为生命科学的 一个分支，亦是医学科学的基础理论学科。
•德国 Emil Du Bois Reymond (生理学家):
•改进和设计了许多研究生物电现 象的设备和仪器，如电键、乏极化 电极、感应线圈和更为灵敏的电流 计等； •又对生物电进行了广泛和深人的 研究，如在大脑皮层、腺体、皮肤 和眼球等生物组织或器官都发现了 生物电，特别是1849他又在神经干 上记录到损伤电位和活动时产生的 负电变化，即神经的静息电位和动 作电位
电生理学
• 《电生理学》是一门研究生物细胞或组织 的电学特性的科学。
• 《工程电生理学》是建设在热力学、电磁 场理论、量子理论、信息论、生理学等基 础上的，以生理过程中信息产生、输运以 及处理等为研究对象，进行相关生理解释 与建模，以及为医学诊断、治疗、生物信 息应用等提供基础的科学技术（课程）。
History of EEG
• Dr. Hans Berger, 奥地利精神病学家
– 首次记录人体脑电 – 十八世纪20年代早期，利用移动感光纸和闪
动光点记录脑电，发现每秒10次的常规波动 – 由于这是他第一个从人类EEG中分离出来的
波，他将此波动命名为波 – 1929年，Berger发表了该结果，这是有关人
人体的生命活动包括四个基本特征 自身物质的过程称为合成代谢 （anabolism）。机体分解其自身成 分并将分解产物排出体外的过程称为 机体根据外环境情机体分生解存代谢的（环cat境abo条lism件）改变—— 况而调整体内各部引起机体活动的变化 分活动和关系的功 能称为适应性
产生与自己相 似的子代个体
生物电的应用研究
• 脑电图技术 • 肌电图技术 • 心电图技术 • 功能性神经肌肉刺激 • 等等
脑电图EEG(electroencephalogram )的 历史
• Richard Caton, 英国内科医生 – 将电极直接放在暴露的动物脑表面，发 现存在电信号，发表于1875年
– 1887年, Caton通过干扰落在动物眼中的 光线，检测到脑电的负向波动
• Hodgkin(霍奇金)与Huxley(赫克斯利)的“钠离 子学说”（1949年）
• 膜离子理论(1976年)，德国科学家Erwin Neher 和Bert.Sakmann共同发展了一种允许记录通过离 子单通道的非常小的电流（PA，即10-12）的技术， 即膜片钳技术
• Neher和Sakmann发现了细胞膜选择性通透的原因 是与离子通道的直径有关，一种离子通道只允许 某种大小的离子通过，1991年获得诺贝尔奖。
• 人体生理学的任务就是研究构成人体各个系统 的器官和细胞的正常活动过程，特别是各个器 官，细胞功能表现的内部机制，不同细胞、器 官、系统之间的相互联系和相互作用，并阐明 人体作为一个整体，其各部分的功能活动是如 何互相协调，互相制约，从而在复杂多变的环 境中维持正常的生命活动过程的。
机体从环境中摄取营养物质，合成为
• 20世纪20年代， Gasser和Erlanger将阴极射线示波器等 近代电子学设备引入神经生理学研பைடு நூலகம்，促进了生物电研 究的较快发展。于1944年他们两位由于对神经纤维电活 动的分析而共同获得了诺贝尔奖
• 英国生理学家A.L. Hodgkin,Huxley 和Eccles将毛细玻 璃管电极从切口纵向插入乌贼的巨轴突内，首次实现了 静息电位和动作电位的胞内记录。基于对神经生理学研 究的贡献，霍奇金(A.L. Hodgkin)、胡克列(Huxley)和 埃克勒斯(Eccles)三人分享了1963的生理学或医学诺贝 尔奖。
工程电生理学的主要任务
1. 深入理解生命的结构、功能与演化； 2. 总结生命体中信息产生、变化以及传输的
规律； 3. 用建立模型来表示生理的（电）信息过程，
其他。
《电生理学》的发展历史
Luigi Galvani (1737-1798)
• 生物电现象的发现
– 电鱼放电现象（公元前 300年）
– Walsh(沃尔什)发现电鱼 带电
• 1875年由法国物理学家，诺贝尔物理奖得主李普 曼(Gabriel Jonas Lippmann,1845-1921)发明了 一种极灵敏的毛细管静电计(capillary electrometer)，他在巴黎示范和论证了这一装置， 并将这一发明无偿献给了法国物理学会。
• 这种装置是用全新的物理原理设计的，它一出现， 另一位在巴黎的法国生理学家马雷(Etienne Jules Marey ,1830-1904)很快认识到，其灵敏度 和反应速度非常适合于记录迅速变化着的生物电 活动。他设计了和这种仪器匹配的光学记录系统， 这样该仪器就可以用于记录各种变化的生物电。
• Katz首先将微电极技术应用于开展了神经 肌肉接头突触的研究，为此于1970年也获 得了诺贝尔奖。
• 在神经系统研究的蓬勃发展的基础上，于 20世纪60年代便形成了神经系统研究的综 合学科，即神经生物学和神经科学。
生物电的产生机理
• Hermann(赫尔曼 )的“变质学说”（1879年）
• Bernstein(伯恩斯坦 )的“薄膜学说”（1902年）