电刺激和心脏起搏

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1、电刺激和心脏起搏生理学及生物物理等学科的实验研究工作，广泛地应用刺激来研究可兴奋组织的特性。生命系统对于各种化学、物理因素的变化而发生反应的特性称为兴奋性或应激性，这种反应可以表现为神经冲动、肌肉收缩、血管的张弛、腺体的分泌等。对于不同对象，刺激有适宜和不适宜之分。原则上各种刺激因素（温度、光、化学等）都可以采用，但能够很好加以调节控制的主要是电刺激，可以通过电刺激研究有关可兴奋组织产生兴奋、传导的规律。临床应用电刺激兴奋所产生的生物反应来控制和替代生物机能，从而达到治疗的目的。另一方面，通过神经肌肉组织对电刺激的反应特点来判断是否存在病理变化，从而实现疾

2、病的诊断、疗效判定等，称为电诊断。电刺激应用于临床最成功的是心脏起搏器。一、电刺激实验表明，活系统在一定条件下引起组织兴奋与电刺激的能量有关，若刺激波形如图所示，则刺激能量为电刺激引起的组织兴奋不仅与强度I有关，而且与刺激的作用时间有关。1.强度阈当电刺激的作用时间一定，能够引起组织兴奋的最低刺激强度称为刺激强度的阈值。2.时间阈当电刺激的刺激强度一定，能够引起组织兴奋的最短刺激时间称为组织兴奋的时间阈值。3.强度-时间曲线强度阈与时间阈存在一定的关系曲线，如图所示。电刺激强度-时间曲线曲线上每一点代表一个阈刺激；基强度IR：最低的基本强度阈值；以基强度作

3、为刺激引起兴奋所需的最短时间称为利用时；时值：用基强度的2倍作为刺激强度引起组织兴奋所需的最短时间称为时值τ；电刺激强度-时间曲线的等效方程为从曲线中可以看出，当刺激强度减弱到低于基强度时，无论刺激时间怎样延长也不能引起组织兴奋；而当刺激时间减小到远离时值以下时，即使增加刺激强度也不能引起组织兴奋。兴奋性组织的刺激强度-时间曲线的形状大致相同，但各自的基强度和时值不同，如图所示为部分兴奋组织的时值。4.刺激强度的变化速率刺激强度的变化速率对于能否引起组织兴奋有其重要意义。实验表明，对于一个强度逐渐增加的刺激，由于变化速率慢，即使超过矩形波的强度阈值也不一定

4、引起组织兴奋。同样对于一个中等强度的直流刺激，只是在通电与断电的瞬间能引起组织兴奋，而在电流持续期间并不能引起兴奋，这种现象在生物学上就做适应。对于矩形波刺激，其上升和下降沿的持续时间应小于几微秒。5.刺激频率决定组织兴奋后能否接受下一个刺激而产生兴奋的因素是组织绝对不应期的长短，通常大约为1ms。刺激频率一般在1kHz以下，大多数哺乳动物的神经肌肉组织产生兴奋的最佳频率为100Hz；如果刺激频率大于100kHz，再强的刺激也不能引起组织兴奋，但由于使组织发热可用于理疗。可以看出，为了研究电刺激对组织的作用规律，必须精确控制电刺激的参数，包括幅度、时间、频

5、率等。二、电刺激引起组织兴奋的原理在直流电流作用下，在阴极附近部分膜外正离子被中和，使膜极化减弱，组织兴奋性升高；反之在阳极膜极化加强，组织兴奋性下降。电刺激作用原理的实验示意电刺激作用下的膜电流方向(a)通电时(b)断电时二、电子刺激器的组成原理和应用1.电子刺激器的组成原理一般由频率单元、延时单元、宽度单元、功率单元、隔离器、电源等组成。(1)单脉冲刺激器输出重复单脉冲或手控单脉冲，脉冲频率、宽度和幅度参数可分别控制，也可用示波器或其它频率发生器进行外触发。单脉冲刺激器一般由频率单元、延时单元、宽度单元、功率单元和电源组成。单脉冲刺激器框图频率单元：可

6、变频率的脉冲信号；工作方式选择开关：内触发、手控触发和外触发；延时单元：单稳态触发器，改变RC时间常数，示波器清晰观测；宽度单元：单稳态触发器，改变RC时间常数；输出单元：由恒流或恒压单元组成；单脉冲刺激器各单元波形(2)双脉冲刺激器输出成对脉冲。宽度单元1输出脉冲除送到输出单元外，还用间隔单元的后沿触发宽度单元2，脉冲1和脉冲2在输出单元混合后输出。双脉冲刺激器的组成原理框图双脉冲刺激器波形图(3)刺激器隔离技术当待测信号很小(几微伏)时，刺激电流在刺激电极和记录电极之间形成电导性耦合，在记录电极间产生刺激伪迹，使实验工作无法进行。图中A和B是刺激电极，

7、C是记录电极。刺激生物标本时非等位面测量模式及等效电路考虑寄生电容时刺激与记录系统的等效电路几种伪迹波形A、B、C为RC不平衡时的伪迹波形；D是R平衡、C不平衡；E是C平衡、R不平衡；F是R、C平衡而时间常数不同；G是R、C均平衡，理想记录波形；减小伪迹的措施：桥臂电阻平衡；刺激器隔离：光耦合、变压器耦合光耦合变压器耦合2.电刺激用于康复治疗(1)直流电及直流电药物离子导入疗法直流电疗法：在直流电作用下，机体组织内各种不同电荷的离子分别向着与自己极性相反的电极移动，使组织内离子浓度比发生变化，从而引起组织物理化学反应的改变。促进局部小血管扩张，改善局部营养

8、和代谢；对神经系统功能有明显的作用；直流电促进骨折愈合作用；较大强