生物电学和生物磁学
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• 生物电现象是生物界一种极普通的生理现 象。生物电动势是由“可兴奋细胞”的电 化学活动产生的，与机体组织结构的不对 称性、通透性、离子浓度或功能的不同因 素相关。
• 可兴奋细胞（Excitable Cell）指受刺 激后能产生动作电位的细胞。一般认 为，神经细胞，腺细胞，肌细胞都属 于可兴奋细胞。它们受刺激后首先发 生的共同反应就是基于电压门控钠通 道或电压门控钙通道激活而产生的动 作电位。
人体肌肉组织电阻率与频率的关系
3. 人体电阻抗的测量 Z V ZV
六 电力电化作用
• 细胞膜的表面外侧蛋白质、脂类、多糖及糖蛋白 等组分带有负电荷基团，使得细胞膜外表面呈现 负电荷特性。
• 在外直流电场的作用下，细胞连同其界面吸附层 一起向电场正极方向运动，称为细胞电泳。
• 细胞悬液中带有正电荷的分散介质则向电场负极 方向移动，称为电渗。
• 2）协助扩散：非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下，顺浓度 差或电位差跨膜扩散的过程，称为协助扩散。不耗能，但 是需要载体。
• 协助扩散的三个特点： • 1、特异性 • 2、饱和性 • 3、竞争性抑制
• 3）主动运输：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，被逆 浓度差或逆电位差的跨膜转运过程，称为主动转运（主动运输） 。主动运输需要消耗大量热量并且需要载体。有选择透过性。
• 细胞电泳中细胞两侧承受一定外场所致的电压降，并且同一细胞的不同 部位处承受的压降量不一样，膜法线垂直于电场处的压降几乎为零，膜 法线与电场一致的膜部位则承受最大的压降变化。膜能承受的电压有一 定限度，压降超过临界值，膜出现击穿现象。临界值Vc的大小由膜的机 械性能和介电特性决定：
V2 C
0.369Ymd02
（Cm）。
Rinp
Rm S
+
Cm4.m x(F.cm 2)
五 生物电阻抗
• 生物电阻抗测量技术是利用生物组织与器官的电 特性（阻抗、导纳、介电常数等）及其变化提取 与人体生理病理状况相关的生物医学信息的一种 无损伤检测技术。
• 它通常是借助置于体表的激励电极向被测对象施 加微小的交变电流或电压信号同时通过测量电极 检测组织表面的电压或电流信号由所测信号计算 出相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用 目的获取相关的生理和病理信息。
1. 不同组织导电性能差别大： 人体外层是导电能力很差的皮肤,内部有导电能力较强的体液。 各组织的含水量、含离子量和结构特征不同，电阻率不同。
人体组织的直流电阻率（ Ω·m）
2. 人体电阻抗与电流频率有关： 人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电路。 直流在细胞间隙流过；交流可通过细胞间隙和细胞
NaeNa
2N a2H2O2NaO H H 2
在阳极，Cl-交出电子变成Cl原子，它和水反应 生成盐酸和氧，即：
ClC l e
4C l 2H2O4HCO l 2
2 生物磁现象
• 大至地球、月球、太阳及星际空间，小至 组成物质的分子、原子、电子和质子、中 子等，均具有磁性。地球上的一切生物都 处于地磁场之中。
r0
式 的中相d对0介为电膜常未数被，压缩0 为时细的胞厚与度悬，浮Ym介为质膜形横成向的弹体性系压的缩介模电量常，数r 为。膜
• 直流电场作用胶体除了使带电离子产生电泳外， 还会使悬浮粒子的均匀媒质产生电渗。因为蛋白 质中羧基电解会产生H+，H+被水分子包围，形 成水合离子并向阴极移动，使阴极附近的水分增 多，阳极的水分减小。含水量的变换将影响生物 功能。
• 4）胞吞胞吐：是转运大分子或团块物质的有效方式。
22）细细胞胞的的动动作作电位电位
• 当刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时 间内减小，减小程度与刺激电极间距的大小成反比 ，细胞膜电位极性仍是外正内负。当刺激强度超过 某一阈值时，可兴奋细胞的跨膜电位，在短时间内 由外正内负变为外负内正，达到最大值后，在逐渐 恢复到原来的状态。这种短暂的电位变化，称作动 作电位。
细实细实胞现细能胞现与的胞实与的周，与现周，围其周的围其环主围，环主境要环其境要之转境主之转间运之要间运的方间转的方物式的运物式质有物方质有交以质式交以换下交有换下，四换以，四是种，下是种通：是四通：过通种过细过：细胞细胞膜胞膜的膜的转的转运转运功运功能功能
• 1）单纯扩散：脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的 扩散过程，称为单纯扩散。不耗能，不需要载体。如：水 、尿素、二氧化碳等.
• 动作电位一般分为四 个时相：
• 1 去极化 • 2 反极化 • 3 复极化 • 4 超极化
动作电位传输示意图
四 细胞的电参量
膜上蛋白组分因功能特性、构象变化及在膜上的位置，造成膜两侧某种特
定的导电伏态，表现出电阻性（Rm）。
膜两侧的糖和蛋白质往往有许多带电的离子基团，并且与细胞内液和外液
中的各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层。相当于一个电容器
• 电热作用：
• 当电流通过人体时，皮肤、脂肪和体内组织串联 ，体内组织是肌肉、骨骼、腱和血液的并联，皮 肤和脂肪电阻较大，体内组织电阻较小。一定电 流条件，皮肤和脂肪生热较多。一定电压下，体 内组织生热较多。
• 电化作用：将不易起化学反应的直流电极直接作用 与机体时，电极附近将发生电化反应。Na+移至阴 极并得到一个电子形成中性Na原子，Na原子与水 反应生成氢氧化钠和氢，即：
偶极矩的大小不但与组成中的极性基团有关，而且与其在不 同溶剂中的具体空间构想及复杂的相互作用有关。
二 生物水特性
•水不仅提供细胞的生活 环境，还在相当程度上 决定着生物大分子的构 象和功能，影响生命活 动中物质输运、能量转 换和信息传递过程。
平均寿命 10－11 s
水1.84
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三 细胞电活动基础
1 细胞静息电位
细胞膜内外存在电位差，称为膜电位 。
细胞膜——脂双层
蛋白质
糖类 脂类
磷脂 胆固醇
磷酸头 （亲水性） 甘油酯尾 （疏水）
磷脂分子
• 细胞膜把细胞包裹起来，使细胞能够保持 相对的稳定性,维持正常的生命活动。此外 ，细胞所必需的养分的吸收和代谢产物的 排出都要通过细胞膜。所以，细胞膜的这 种选择性的让某些分子进入或排出细胞的 特性，叫做选择渗透性。这是细胞膜最基 本的一种功能。如果细胞丧失了这种功能 ，细胞就会死亡。
• 可兴奋细胞（Excitable Cell）指受刺 激后能产生动作电位的细胞。一般认 为，神经细胞，腺细胞，肌细胞都属 于可兴奋细胞。它们受刺激后首先发 生的共同反应就是基于电压门控钠通 道或电压门控钙通道激活而产生的动 作电位。
人体肌肉组织电阻率与频率的关系
3. 人体电阻抗的测量 Z V ZV
六 电力电化作用
• 细胞膜的表面外侧蛋白质、脂类、多糖及糖蛋白 等组分带有负电荷基团，使得细胞膜外表面呈现 负电荷特性。
• 在外直流电场的作用下，细胞连同其界面吸附层 一起向电场正极方向运动，称为细胞电泳。
• 细胞悬液中带有正电荷的分散介质则向电场负极 方向移动，称为电渗。
• 2）协助扩散：非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下，顺浓度 差或电位差跨膜扩散的过程，称为协助扩散。不耗能，但 是需要载体。
• 协助扩散的三个特点： • 1、特异性 • 2、饱和性 • 3、竞争性抑制
• 3）主动运输：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，被逆 浓度差或逆电位差的跨膜转运过程，称为主动转运（主动运输） 。主动运输需要消耗大量热量并且需要载体。有选择透过性。
• 细胞电泳中细胞两侧承受一定外场所致的电压降，并且同一细胞的不同 部位处承受的压降量不一样，膜法线垂直于电场处的压降几乎为零，膜 法线与电场一致的膜部位则承受最大的压降变化。膜能承受的电压有一 定限度，压降超过临界值，膜出现击穿现象。临界值Vc的大小由膜的机 械性能和介电特性决定：
V2 C
0.369Ymd02
（Cm）。
Rinp
Rm S
+
Cm4.m x(F.cm 2)
五 生物电阻抗
• 生物电阻抗测量技术是利用生物组织与器官的电 特性（阻抗、导纳、介电常数等）及其变化提取 与人体生理病理状况相关的生物医学信息的一种 无损伤检测技术。
• 它通常是借助置于体表的激励电极向被测对象施 加微小的交变电流或电压信号同时通过测量电极 检测组织表面的电压或电流信号由所测信号计算 出相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用 目的获取相关的生理和病理信息。
1. 不同组织导电性能差别大： 人体外层是导电能力很差的皮肤,内部有导电能力较强的体液。 各组织的含水量、含离子量和结构特征不同，电阻率不同。
人体组织的直流电阻率（ Ω·m）
2. 人体电阻抗与电流频率有关： 人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电路。 直流在细胞间隙流过；交流可通过细胞间隙和细胞
NaeNa
2N a2H2O2NaO H H 2
在阳极，Cl-交出电子变成Cl原子，它和水反应 生成盐酸和氧，即：
ClC l e
4C l 2H2O4HCO l 2
2 生物磁现象
• 大至地球、月球、太阳及星际空间，小至 组成物质的分子、原子、电子和质子、中 子等，均具有磁性。地球上的一切生物都 处于地磁场之中。
r0
式 的中相d对0介为电膜常未数被，压缩0 为时细的胞厚与度悬，浮Ym介为质膜形横成向的弹体性系压的缩介模电量常，数r 为。膜
• 直流电场作用胶体除了使带电离子产生电泳外， 还会使悬浮粒子的均匀媒质产生电渗。因为蛋白 质中羧基电解会产生H+，H+被水分子包围，形 成水合离子并向阴极移动，使阴极附近的水分增 多，阳极的水分减小。含水量的变换将影响生物 功能。
• 4）胞吞胞吐：是转运大分子或团块物质的有效方式。
22）细细胞胞的的动动作作电位电位
• 当刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时 间内减小，减小程度与刺激电极间距的大小成反比 ，细胞膜电位极性仍是外正内负。当刺激强度超过 某一阈值时，可兴奋细胞的跨膜电位，在短时间内 由外正内负变为外负内正，达到最大值后，在逐渐 恢复到原来的状态。这种短暂的电位变化，称作动 作电位。
细实细实胞现细能胞现与的胞实与的周，与现周，围其周的围其环主围，环主境要环其境要之转境主之转间运之要间运的方间转的方物式的运物式质有物方质有交以质式交以换下交有换下，四换以，四是种，下是种通：是四通：过通种过细过：细胞细胞膜胞膜的膜的转的转运转运功运功能功能
• 1）单纯扩散：脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的 扩散过程，称为单纯扩散。不耗能，不需要载体。如：水 、尿素、二氧化碳等.
• 动作电位一般分为四 个时相：
• 1 去极化 • 2 反极化 • 3 复极化 • 4 超极化
动作电位传输示意图
四 细胞的电参量
膜上蛋白组分因功能特性、构象变化及在膜上的位置，造成膜两侧某种特
定的导电伏态，表现出电阻性（Rm）。
膜两侧的糖和蛋白质往往有许多带电的离子基团，并且与细胞内液和外液
中的各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层。相当于一个电容器
• 电热作用：
• 当电流通过人体时，皮肤、脂肪和体内组织串联 ，体内组织是肌肉、骨骼、腱和血液的并联，皮 肤和脂肪电阻较大，体内组织电阻较小。一定电 流条件，皮肤和脂肪生热较多。一定电压下，体 内组织生热较多。
• 电化作用：将不易起化学反应的直流电极直接作用 与机体时，电极附近将发生电化反应。Na+移至阴 极并得到一个电子形成中性Na原子，Na原子与水 反应生成氢氧化钠和氢，即：
偶极矩的大小不但与组成中的极性基团有关，而且与其在不 同溶剂中的具体空间构想及复杂的相互作用有关。
二 生物水特性
•水不仅提供细胞的生活 环境，还在相当程度上 决定着生物大分子的构 象和功能，影响生命活 动中物质输运、能量转 换和信息传递过程。
平均寿命 10－11 s
水1.84
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三 细胞电活动基础
1 细胞静息电位
细胞膜内外存在电位差，称为膜电位 。
细胞膜——脂双层
蛋白质
糖类 脂类
磷脂 胆固醇
磷酸头 （亲水性） 甘油酯尾 （疏水）
磷脂分子
• 细胞膜把细胞包裹起来，使细胞能够保持 相对的稳定性,维持正常的生命活动。此外 ，细胞所必需的养分的吸收和代谢产物的 排出都要通过细胞膜。所以，细胞膜的这 种选择性的让某些分子进入或排出细胞的 特性，叫做选择渗透性。这是细胞膜最基 本的一种功能。如果细胞丧失了这种功能 ，细胞就会死亡。