電生理學(xué)基本知識(shí)與技術(shù).ppt

1、電生理學(xué)基本知識(shí)和技術(shù)，朱克剛(藥理學(xué)副教授，功能系主任兼功能學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)室主任)，生物膜的電特性，生物膜的等效電路膜時(shí)間常數(shù)膜離子電流和膜前衛(wèi)變化刺激電流和膜前衛(wèi)變化刺激強(qiáng)度及膜前衛(wèi)變化，生物膜的等效電子電路，生物膜的電特性生物膜是等效的電子電路， 生物膜的結(jié)構(gòu)和膜間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)興奮細(xì)胞的跨膜電位和離子的選擇性通透性跨膜電位的物理描述電阻電阻(R)或膜電阻(Rm)膜能存儲(chǔ)電荷的物理描述電容器(C)或膜電容(Cm) Rm與Cm的并行關(guān)系，即膜的等效電路，生物膜的電特性生物膜的等效電路； 刺激和興奮矩形脈沖刺激電流引起的膜前衛(wèi)變化，A:純電阻元件的膜前衛(wèi)變化與脈沖電流變化同步B:純電容元件的膜前衛(wèi)變化

2、緩慢，但起始梯度C:包含電阻元件的膜電位金志洙變化：Vm=I/Cm，生物膜的電特性膜時(shí)間常數(shù)，VM=I/因此，全Cm充電，膜前衛(wèi)變化最終由時(shí)間常數(shù)T決定。即，T值越大，Cm充電電流越小，速度越慢，或者達(dá)到電容器雙端電壓(UC)牙齒特定值所需的時(shí)間越長(zhǎng)。3。徐璐其他生物膜，T值大小，生物膜的電特性膜時(shí)間常數(shù)1。時(shí)間常數(shù)是表示RC電路放電的主參數(shù)2。RC電路期間，電路電壓(e)隨時(shí)間呈指數(shù)變化。E=IR(1-et/t) 3。矩形脈沖電流引起的生物膜前衛(wèi)變化：VM=imrm (1膜電位下降到原始值的1/e所需的時(shí)間是時(shí)間常數(shù))。也就是說(shuō)，膜前衛(wèi)變化達(dá)到最終值的63%所需的時(shí)間是時(shí)間常數(shù)，生物膜的電特

3、性膜時(shí)間常數(shù)。理論意義和實(shí)際應(yīng)用，1 .生物膜中T的變化很大(神經(jīng)元約120毫秒)，但是單位表面積中膜電容Rm的差異表示膜離子通道類型、密度和調(diào)整的特性?？傊r(shí)間常數(shù)在決定神經(jīng)元高度復(fù)雜的內(nèi)在傳記活動(dòng)、細(xì)胞對(duì)刺激的反應(yīng)方面起著重要作用。3。在生物功能實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)本干燥、機(jī)器牽引等多種茄子不良刺激會(huì)增加Rm，影響對(duì)傳記活動(dòng)和刺激的反應(yīng)。因此，為了保持實(shí)驗(yàn)中標(biāo)本功能狀態(tài)的正常及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，不良刺激對(duì)Rm的影響，膜離子電流和膜電位變化，生物膜的電特性，膜離子電流和膜電位變化，歐姆定律及其表達(dá)，1。通過(guò)導(dǎo)體電流(I)與導(dǎo)體兩端的電壓(V或E)成正比。與導(dǎo)體電阻(R)成反比。I=V/R 2。傳導(dǎo)

4、以電阻倒數(shù)(G=I/R)引入電導(dǎo)概念。I=gV或I=gE 3。電導(dǎo)概念更能說(shuō)明離子通道允許電流通過(guò)的能力，生物膜的電特性，各種離子通過(guò)離子通道通過(guò)的純化學(xué)梯度輸送，因此其生成電流的大小(I)取決于膜電位(E)和通道的傳導(dǎo)(G)和離子的平衡電位(Es)?？梢岳斫馍锬さ碾姎馓匦裕Q為I=g(E-Es) 2縱橫膜離子電流(I)和電壓(V)的關(guān)系(Current- Voltage relationship)或I-V曲線，以及膜前衛(wèi)的變化1.圖的斜率是該信道的傳導(dǎo)，因?yàn)殡娏髟谘例X電位中改變方向，所以也稱為反向前衛(wèi)3。根據(jù)反向前衛(wèi)值，可以確定牙齒通道電流是什么離子交叉膜流、電流-電壓關(guān)系(I-V曲線)、

5、生物膜的電特性交叉膜離子電流和膜前衛(wèi)變化。1.研究離子通道I-V關(guān)系是了解通道生物物理學(xué)特性和藥物作用機(jī)制的基本方法2。實(shí)際上，許多通道具有非線性I-V關(guān)系。尤其是當(dāng)滲透性離子膜兩側(cè)濃度不同，或通道的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，牙齒曲線往往歐姆定律到特定電流方向(例如，向內(nèi)或向外電流)，即偏離整流。生物膜的電特性跨膜離子電流和膜電位變化，實(shí)際應(yīng)用，1。在生物膜的等效電路中，Rm和Rc并行存在，因此膜電流(Im)等于跨膜離子電流(Ii)和電容電流(Ic)之和Im=Ii Ic 2。Ii反映交叉離子通道電阻(Rm)的大小，Ic反映交叉電容(Cm)的大小3。生物膜的電特性刺激電流和膜電位變化，刺激刺激興奮的條件。1

6、。有細(xì)胞的功能狀態(tài)2。有效刺激的三個(gè)茄子參數(shù)：強(qiáng)度、時(shí)間、強(qiáng)度-時(shí)間變化率3。刺激電流的方向，例如向外刺激電流使膜極化，提高興奮性。內(nèi)向的刺激電流會(huì)導(dǎo)致膜超極化，減少興奮性，無(wú)法引發(fā)動(dòng)作電位。因此，在用微電極技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須將正電極放入細(xì)胞內(nèi)，或?qū)⒇?fù)電極放入細(xì)胞外。生物膜的電特性可以刺激電流和膜電位變化，外向和內(nèi)向刺激電流引起的膜電位變化，外向刺激電流和膜電位變化，內(nèi)向刺激電流和膜電位變化，生物膜的電特性可以刺激電流和膜電位變化。兩個(gè)電極接觸神經(jīng)，提供電力。正負(fù)電極上分別發(fā)生超極化和脫極化。2.應(yīng)用細(xì)胞外雙電極刺激法。刺激強(qiáng)度和膜前衛(wèi)變化，生物膜的電特性刺激強(qiáng)度和膜前衛(wèi)變化，刺激引起興奮的

7、原理，1。膜的脫電極是電壓門Na通道激活和Na內(nèi)流過(guò)程，在此期間，膜電位與K平衡前衛(wèi)(EK)的差異經(jīng)常變大，非文控制K通道的K流出增加，脫極化更加明顯，K閾值刺激同時(shí)增加了激活Na通道的數(shù)量和Na內(nèi)的流量，在不對(duì)抗K流出的情況下3。閾值刺激引起的Na內(nèi)流和進(jìn)一步的脫極化可能在兩者之間形成積極的反饋。這稱為再生去極化或再生Na內(nèi)流。生物膜的電特性刺激強(qiáng)度和膜電位變化，動(dòng)作電位整體或無(wú)特性，對(duì)強(qiáng)去極化刺激的主動(dòng)反應(yīng)(圖刺激強(qiáng)度越大，刺激和AP之間的延遲越短)，生物膜的電特性刺激強(qiáng)度和膜電位變化，神經(jīng)干或組織受到刺激的表現(xiàn)，1 .細(xì)胞興奮性也不同，手術(shù)或離子條件等也會(huì)影響生物膜的特性，因此引起興奮所

8、需的閾值強(qiáng)度也有一定的差異。2.通過(guò)刺激蟾蜍坐骨神經(jīng)干，最大的同時(shí)，動(dòng)作電位的疊加也會(huì)以記錄的動(dòng)作電位寬度的相應(yīng)增加出現(xiàn)。這就是不同細(xì)胞各自不同興奮性的表現(xiàn)3。最大刺激強(qiáng)度在于神經(jīng)干中所有纖維的興奮。牙齒時(shí)動(dòng)作電位的寬度也最大，生物傳記信號(hào)的特性，信號(hào)微弱：電壓為mVV，電流為nApA頻率特性：生物功能信號(hào)頻率范圍大。因此，使用生物電極放大器時(shí)，應(yīng)選擇合適的波段信號(hào)源內(nèi)阻。包括組織皮膚內(nèi)阻及細(xì)胞膜電阻等在內(nèi)，數(shù)千數(shù)萬(wàn)五的信號(hào)很容易受到其他傳記信號(hào)的干擾。生物電間相互干擾50Hz交流電記錄傳記信號(hào)的干涉電極極化電位的干涉檢測(cè)電場(chǎng)和空間電磁波干擾等生物傳記記錄方法和原理，生物信號(hào)記錄的框架也包括生

9、物電信號(hào)的擴(kuò)大和記錄引起生物電現(xiàn)象的干涉問(wèn)題，生物電記錄方法和原理生物信號(hào)記錄的框架圖，生物電記錄方法和原理生物電信號(hào)選擇，信號(hào)選擇的定義，記錄電極的等效電路，生物電記錄認(rèn)為，生物電源是要記錄的生物電信號(hào)，因?yàn)殡娏德湓?個(gè)電阻上。2.記錄在裝置上的信號(hào)是極間電阻兩端的電位差(電壓)3。串行電路、電阻兩端的電壓大小、電阻大小比例。因此，選擇信號(hào)的方法和過(guò)程必須遵循兩個(gè)茄子原則。第一，努力使電極和組織接觸良好。也就是說(shuō)，盡量減少接觸電阻，使信號(hào)電壓主要降落在兩極電阻的兩端。同樣，兩個(gè)電極不能短路。否則，無(wú)法選擇信號(hào)作為極間電阻0。第二種是制作電極的材料的導(dǎo)電性良好或極間電阻()較低，才能使信號(hào)電

10、壓與儀器的輸入電阻(例如極間電極電阻和儀器的輸入電阻連接)、生物傳記記錄方法和原理生物傳記信號(hào)的放大和記錄、生物傳記信號(hào)的放大和記錄、生物傳記信號(hào)的放大和記錄相關(guān)的方法、生物傳記記錄方法和原理生物電信號(hào)的放大和記錄、刺激偽像1。生物電信號(hào)的記錄經(jīng)常面臨識(shí)別信號(hào)真?zhèn)蔚膯?wèn)題。2.可以記錄的干擾信號(hào)有多種，其中一種是刺激偽像。3.在電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，刺激器噴出刺激脈時(shí)，記錄電極會(huì)同時(shí)選擇發(fā)出雙向、尖脈沖的傳記信號(hào)。也就是說(shuō)，刺激偽敵。刺激假籍可以用作一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。從刺激偽像到刺激坐骨神經(jīng)干，記錄AP，其間隔是在電極所刺激AP傳導(dǎo)，記錄電極所需的時(shí)間4。刺激虛偽通常導(dǎo)致不干擾有用信號(hào)的記錄，生物電現(xiàn)象的發(fā)

11、生。生物電記錄方法及原理誘發(fā)生物電現(xiàn)象，人工誘導(dǎo)生物電的一般方法，推導(dǎo)傳記刺激器的傳記刺激器和矩形波的特征。1.傳記刺激器可以發(fā)射一個(gè)、兩個(gè)或更多的個(gè)別脈沖，也可以持續(xù)或不斷地發(fā)射脈沖。2.傳記脈沖大部分是矩形波，提供三種茄子參數(shù)：電壓大小(矩形波的寬度)、電壓操作時(shí)間(矩形波的寬度)、電壓對(duì)時(shí)間變化率(矩形波的上升梯度)。干擾問(wèn)題的廣泛性50Hz的交流干擾和預(yù)防：儀器的噪音和放大器的信噪比參數(shù)：一般信號(hào)電平與噪聲水平比10通路通道也稱為帶寬，放大器是選擇適合DC或AC生物特征信號(hào)的頻率范圍的技術(shù)指標(biāo)。2 .生物放大器的通帶下限為0，最大頻率通常在6kHz以內(nèi)，可以滿足功能實(shí)驗(yàn)的要求3。根據(jù)觀

12、察到的生物信號(hào)的頻率特性選擇適當(dāng)?shù)膸?，可以調(diào)整放大器的“時(shí)間常數(shù)”，放大器的前后極之間總是低頻和高頻電路4。時(shí)間常數(shù)(又稱痛苦過(guò)濾器)和高頻過(guò)濾器(又稱低通過(guò)濾器)都是RC電路頻率響應(yīng)表征參數(shù)，本質(zhì)上是過(guò)濾器，放大器的時(shí)間常數(shù)(痛苦過(guò)濾器)，生物信號(hào)放大器的性能指標(biāo)和作用通道，1。計(jì)算頻率下限：f1=1/2RC (=3.14，t=RC) 2對(duì)于特定信號(hào)，濾波器的通過(guò)帶越寬，失真大小越小，但是噪音和干擾越大，放大器的高頻濾波器(低通濾波器)，生物特征信號(hào)放大器的性能指標(biāo)和作用信道，1。高頻濾波器確定放大器帶寬的上頻率(F2)。也就是說(shuō)，衰減信號(hào)的高頻成分，可以制造所有低頻成分。這意味著消除嵌入

13、信號(hào)的高頻噪音。2 .放大器的帶寬是指f1到F2的頻率范圍、具體圖例、生物信號(hào)放大器的性能指標(biāo)和作用通道、無(wú)痛苦濾波器的心電圖、無(wú)痛苦濾波器的心電圖曹征、無(wú)低通濾波器的心電圖中混合了更多噪音(高頻濾波器300Hz)牙齒。低通濾波器的心電圖剪輯消除了高頻噪聲(高頻濾波器100Hz)，過(guò)量低通濾波器是信號(hào)發(fā)生畸變(高頻濾波器30Hz)、特定參數(shù)設(shè)置、生物放大器的性能指標(biāo)和作用通道、增益和高增益計(jì)算公式只是應(yīng)用高增益放大器的限制(見(jiàn)下節(jié))、生物放大器的性能指標(biāo)和作用高增益放大器的電壓放大器的電壓比例A: VO=VIA VI=IRI=VSRI/(RI RS) 2。公式表明，與放大器輸出電壓信號(hào)的大小和信號(hào)源電壓高低及放大器放大率相關(guān)的同時(shí)，記錄電壓信號(hào)的等效電路、理論意義和實(shí)際應(yīng)用、生物信號(hào)放大器的性能指標(biāo)和作用高的輸入阻抗、1。根據(jù)Vo=ViA和Vi=IRi=VsRi/(Ri Rs)，Rs越高，Ri越大；分壓比越高，Vo越高。反之，在相同的放大倍數(shù)和Vs條件下，Vo會(huì)降低。因此，簡(jiǎn)單的高增益放大器不需要誘導(dǎo)電阻高、信號(hào)弱