定量生理学教学大纲

课程代码：1710000220

定量生理学

Quantitative Physiology

学分：1.5 总学时：24 理论学时：24 实验／实践学时：0

一、课程作用与目的

定量生理学是一门工程技术与生命科学相结合的综合性课程，以物理学原理和数学方法学为基础，从工程的角度讨论人体的生理过程。本课程把人体各层次的生命过程看作是一个系统的状态变化过程，将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变化的规律。要求学生较好地运用物理学和数学的观点和方法论进行多个层次和水平上探索生命现象及其规律性，培养学生对生理系统进行定量分析的基本方法。

二、课程基本要求

1. 根据实验认识组织如何构成器官，同时学习从感性中寻找理性规律的学习方法，培养观察力和比较、分析归纳的思维能力。

2. 引导学生加深对自身的认识，提高生命科学素养。

3. 学会合作与交流，能够善于表达，能从多渠道获取信息并加以分析处理。

三、教材及主要参考书

1. 使用教材

黄诒焯主编. 生理功能的工程分析. 第一版. 北京: 高等教育出版社, 1993.

2. 主要参考书

⑴Weiss TF.《Cellular Biophysics》.MIT Press

⑵Vande A, Sherman J, Luciano D.《Human Physiology: The Mechanisms of Body Function(Eighth Edition)》.McGraw-Hill

⑶Bear MF.《Neuroscience—exploring the brain(Second Edition)》McGraw-Hill (影印版).高等教育出版社

⑷Kandel ER.《Principles of Neural Science》.McGraw-Hill

⑸Brown BH, Smallwood RH.《Medical Physics and Biomedical Engineering》.Institute of Physics Publishing

⑹赵南明主编. 生物物理学. 第一版. 北京: 高等教育出版社, 2000.

⑺Robert F. Weaver. 分子生物学. 第二版. 北京: 科学出版社, 2002.

四、课程内容

第一章绪论

主要内容：定量生理学的研究对象和任务，基本概念和研究方法。

重点和难点：如何用工程的方法，定量描述生理功能。

第二章生物热力学

主要内容：热力学第一定律，基础代谢，热力学第二定律，自由能最小原理，稀溶液的Gibbs自由能，肌红蛋白和血红蛋白的氧饱和度曲线，开放系统中的热力学过程。

重点和难点：热力学第一定律，熵，等温和等容系统，等压和等温系统，焓，开放系统中的热力学过程。

第三章质量输运

主要内容：质量输运的一般概念，分子的随机运动，扩散，存在浓度差或压强差时通过多孔薄膜的流动和扩散，渗透，带电粒子的扩散，溶质的载体输运，主动输运。

重点和难点：连续性方程，流量强度和流量密度，Fick扩散定律，均方位移和扩散系数的关系，扩散的暂态过程，存在浓度差或压强差时通过多孔薄膜的流动和扩散，渗透压的计算，扩散电位，Donnan平衡。

第四章分子生物物理学

主要内容：生物大分子的结构与功能，测定生物大分子结构的物理方法。

重点和难点：电子自旋共振原理，核磁共振原理，X射线衍射晶体结构分析技术原理及其在生物医学中的应用。

第五章细胞电生理特性

主要内容：细胞电信号的产生规律和模型。

重点和难点：细胞膜电特性，动作电位产生，电压钳和膜片钳技术，Hodgkin-Huxley(H-H)模型。

第六章生物组织功能与力学特性

主要内容：生物组织的基本成分及力学特性。

重点和难点：血管组织、肌肉、骨与软骨的力学特性。

第七章神经电生理及仿真建模

主要内容：神经电生理和神经信号的检测，神经细胞的电路分析和建模仿真。

重点和难点：突触分类及传递特性，神经元与神经网络，中枢神经系统的信息处理与控制。

第八章心脏电生理

主要内容：心脏电生理特点与心电图的物理基础

重点和难点：心脏结构与兴奋传导系统，心肌细胞的电生理特点与细胞模型，心电图形成机制，心脏建模与仿真。

第九章心血管系统调节与建模

主要内容：生物流体力学的基本原理，血液结构建模，心血管系统血流的产生，流体动力场方程，血管的流体动力学。

重点和难点：液体的稳定流动——连续性方程，Bernoulli方程，牛顿液体的流动，Poiseuille公式，湍流、Reynolds数，Fanraeus效应，Fanraeus-Lindquist效应，Fanracus-Lindquist 效应的逆转，Frank弹性气室模型，脉搏波的形成和传播。

五、习题

根据教学需要，布置相应的习题，包括扩散、渗透、蛋白质转运、跨膜稳定状态扩散电模型、神经上的电变化，细胞电特性，钾通道核心电导模型等7次作业，主要是理解基本概念。作业完成情况作为评定课程成绩的一部分。

六、学时分配

七、先修课程

医学概论、高等数学A、复变函数与积分变换、信号与系统、医学信号处理、生物医学电子学。

八、适用对象

生物医学工程专业方向。

九、执行说明

1.教学结合书本和当前学科发展的新动向，以多媒体教学手段为主，调动学生学习的

主动性和积极性，使学生从被动接受知识转向主动地探索研究问题。

2.组织学生通过用计算机多媒体技术对国际研究的新方法和新技术进行专题讨论，以

培养学生科学研究的思路和创新思想。

3.成绩考核评定办法：期末考试（开卷）占80％，作业及平时表现占20％。

执笔：审核：