生物组织的电磁学性质和应用

《生物组织的电磁学性质和应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、生物组织的电磁学性质和应用孙剑飞sunzaghi@seu.edu.cn什么是生物医学工程生物医学工程（BiomedicalEngineering,BME）是运用自然科学和工程技术的原理和方法，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，并从工程角度解决防病治病问题的一门综合性高技术学科。生物医学工程学是这样一门学科：它把人体各个层次上的生命过程（包括病理过程）看作是一个系统的状态变化的过程；把工程学的理论和方法与生物学、医学的理论和方法有机地结合起来去研究这类系统状态变化的规律，并在此基础上，应用各种工程技术

2、手段，建立适宜的方法和装置，以最有效的途径，人为地控制这种变化，以达预定的目标。生物医学工程学的根本任务在于保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。生物组织的电学性质生物组织的基本单元是细胞可兴奋的细胞（神经、肌肉）有电活动大量的细胞是不可兴奋细胞产生原因是细胞膜对钠、钾离子通透性随时间变化（静息电位、动作电位）ε、σ、ρ生物电阻抗组织电阻率（·cm）电导率组织电阻率（·cm）电导率0.9%氯化钠溶液50140脾630—血清70～78105正常乳房430—全血160～23056～85乳癌170—

3、肌胳肌470～71158～90肾髓质400—心肌（无血）—50～107皮质610—心肌（灌满血）207～224—脂肪1808～22050.4肝506～6726～90脑灰质480—肺（呼气）4015～55白质750—肺（充气）744～766————生物膜细胞被看为一个球形电容一般情况下不考虑细胞的电感作用将各种组织和细胞的电阻抗摸拟成某种线路，并通过各种电学参量的测定值来解释生物体的结构和功能，这种方法被称为生物电测技术。皮肤人造膜RinpCinp细胞悬液肌肉R1RmCmR2无髓鞘神经轴突细胞ReReReRmR

4、iCmRmRiRiCm阻抗模拟电路神经轴突的神经传导的电学模型?神经细胞的构造？用什么模型来描绘轴突？轴突对脉冲的传导和放大？神经传导中的能量耗费？问题一：生物物质的介电特性研究应从单个细胞到各种生物组织逐步进行研究。1）氨基酸溶液的分子极化规律可表示为2）生物组织的介电性质要用复介电常数和1分别为溶液和溶剂的介电常量，c为溶质浓度；系数定量表示电容率的增加，称为电容率电增量。实部为习惯意义上的相对介电常数，虚部为损耗因素，δ称损耗角3）生物组织的介电常数可以通过电容法来测定。生命物质的介电特性生物电势能

5、斯特方程一、生物电势的产生实验证明，在所有用半透膜隔开的两种或几种以上的电解液，或电解液相同但浓度不同的膜两侧，都存在着电势差，这种电势差称为跨膜电势或膜电势。生物膜电势扩散电势(最基本、最重要)吸附电势电荷分布电势氧化还原电势二、扩散电势（能斯特电势）单一离子的扩散电势设细胞膜两侧存在某种相同种类的正离子。膜内离子浓度为ci(mol·m-3)，膜外离子浓度为co，膜内向膜外迁移的离子形成内负外正的电场E+++++-----E在等温条件下，1mol离子膜内迁移到膜外，由浓度差引起的非静电力做功为非静电力所做功

6、应全部转化为跨膜电势能增加，即比较上面两式得此式即是著名的能斯特方程，它是经典理论中计算扩散电动势的基本方程。其中q=ZF，Z为离子价（取绝对值），F为法拉第常数，F≈96500C·mol-1若将自然对数变换为常用对数，在室温下（27℃），单价离子的能斯特方程可简化为多离子的扩散电势其中，D+n、D-k分别表示各种正负离子的通透系数，c+in、c+on和c-ik、c-ok分别为各种正、负离子在膜内外的摩尔离子浓度。这就是著名的Gokdman-Hadgkin-Katz方程，简称GHK方程三、静息电势和动作电势静

7、息电势名称膜内离子浓度（mmol·L-1）膜外离子浓度（mmol·L-1）离子类别Na+K+Cl-Na+K+Cl-枪乌贼轴突4941040.044022.0560乌贼轴突43360—45017.0540蟹轴突5241026.051012.0540蚌缝匠肌151251.21102.677猫运动神经元151509.01505.5125静息电势可由GHK方程计算当细胞不受外界影响，处于静息状态，其膜内外因离子的浓度差导至产生电势差。①②③④+100+50-100-500膜电势（mv）时间（ms）对动物的神经细胞、肌

8、肉细胞，以及一些植物的敏感细胞受到外界刺激时，细胞跨膜电势对外界的刺激会产生一定的反应规律。细胞受到刺激后的这种短暂的电势差值，叫做动作电势，能够产生这种动作电势的细胞叫做可兴奋细胞。动作电势应用生物器官或组织对外界刺激作出反应，如含羞草的敏感细胞受到刺激后，马上产生动作电势，当传到叶座时，使叶座基部膨压发生变化，引起叶柄下垂，小叶关闭。还有大型多核细胞的狸藻，其动作电势更为显著。ECG理论心脏电活