电生理学基本知识与技术139
心脏电生理基础知识
心脏电生理基础知识心脏，作为我们身体中最为重要的器官之一，其正常的功能对于维持生命活动至关重要。
而心脏电生理，就是研究心脏的电活动规律和机制的一门科学。
了解心脏电生理基础知识，有助于我们更好地理解心脏的工作原理，以及诊断和治疗各种心脏疾病。
心脏的电活动是由一系列特殊的心肌细胞产生和传导的。
这些心肌细胞具有自律性、兴奋性和传导性等电生理特性。
首先，我们来谈谈心肌细胞的自律性。
自律性是指心肌细胞在没有外来刺激的情况下，能够自动地产生节律性兴奋的特性。
在心脏中，窦房结的自律性最高，它就像一个“总司令”，主导着整个心脏的节律。
正常情况下，窦房结每分钟发出 60 100 次的冲动，从而控制着心脏的跳动频率。
接下来是兴奋性。
心肌细胞的兴奋性是指心肌细胞受到刺激时产生兴奋的能力。
心肌细胞在一次兴奋过程中，其兴奋性会发生周期性的变化。
在绝对不应期，无论给予多强的刺激，心肌细胞都不能产生兴奋。
相对不应期时，心肌细胞的兴奋性逐渐恢复，但需要较强的刺激才能引起兴奋。
超常期则是心肌细胞的兴奋性高于正常水平。
再来说说传导性。
心脏的电活动能够有序地传遍整个心脏，这要归功于心肌细胞的传导性。
窦房结产生的冲动通过心房肌传导到房室交界，然后经过房室束及其分支传到心室肌。
不同部位的心肌细胞传导速度有所不同，浦肯野纤维的传导速度最快，这有助于保证心脏的同步收缩。
心脏的电活动可以通过心电图（ECG）来记录和观察。
心电图是一种无创的检查方法，它能够反映心脏的电活动情况。
正常的心电图包括 P 波、QRS 波群和 T 波。
P 波代表心房的去极化，QRS 波群代表心室的去极化，T 波代表心室的复极化。
心律失常是心脏电生理异常的常见表现。
心律失常可以分为心动过速、心动过缓、早搏、心房颤动、心室颤动等多种类型。
心动过速是指心跳速度过快，常见的有窦性心动过速、室上性心动过速和室性心动过速。
心动过缓则是心跳过慢，如窦性心动过缓、房室传导阻滞等。
早搏是指心脏过早地发生搏动，包括房性早搏和室性早搏。
电生理基础知识
病人需常规穿刺锁骨下静脉，股静脉，必要时穿动脉，常规放置心内电生理电极导管，最长的为高位右房（HR），HIS束，冠状窦CS，和右室心尖（RV）和射频导管熟称“大头”常规投照体位位左前斜位（LAO）右前斜位（RAO）前后位（AP）和后前位（PA）LAO 下两个瓣环的大概位置注意CS 电极的形状RAO下4个电极的位置正位AP注意一下脊柱的位置和电极弧度的变化上两图为RAO、下为LAO分别显示了环肺标测电极分别进入左上LSPV、右上RSPV、左下LIPV、右下RIPV肺静脉的情况心律失常的射频消融已经从原来的二维观察过度到现在的三维重建，目前三维的的操作界面有两种，一种为圣犹达的Ensite 3000系统分NavX和Array ，NavX 系统为接触式标测，Array 为非接触式标测，就是熟称的“球囊”再有一种就是强生的“CARTO"介绍一下Ensite 3000指导下的常见消融这是该系统的电极贴片Ensite系统采用的是贴片定位技术，分六块贴片，前后、左右、头颈后部，和左大腿内侧中间的是一个计时模块，一旦激活计时模块，系统便倒计时18小时。
这是ensite系统的组成，想有些同道在导管室已经见过了，但还是给大家看一下以房颤消融AF为例简要说明一下，第一步，导管进入心腔后由于AF需要穿房间隔，待穿刺后激活系统，系统可以显示导管在心腔内的位置，注意，图中一个长的是放在CS的冠状窦电极，一个是在心房4极电极这是用导管在建立左心房模型，导管到过的位置就可以被记录下来，这样可以用导管在心腔内勾画一个模型，而且是立体的，图中是建的左房，因为房颤要打左房和肺静脉也可以让患者先做一个心脏CT造影，然后将CT导入改系统，先用导管建模，建完后和CT的三维成像融合，下面就是这个过程这是用导管建的左房和左上和左下肺静脉的过程，图中是在进行左下肺静脉的修模，注意，下面那个是CS 电极做参考同体位下可任意转动体位，看见肺静脉和左房的交界口，做房颤消融肺静脉的定口非常重要，图中是个头位，注意看肺静脉和心房的交界处这是建完模后的左房这是网格图这是导管建模和CT融合后的左房，图中是因为正在做房颤消融后的房速的激动顺序标测，看起来眼花，实际看以从颜色看出哪里最早，图中有个大头的影子，注意看，做完了比这个要好看得多这个费用比较高，一台AF下来要5-6万RMB五六万算便宜了，我们这用CARTO，得八万多详细的EPS检查是射频消融手术成功的重要保证，尤其是对于刚刚开展射频消融术的心内科医生来说就更重要子，一步一步做，不去抢时间，只有这样才能保证心律失常诊断的准确性，并且最好至少放三根标测电极。
电生理基本知识
基本知识：心内电生理检查（Electrocardiogram Study of the Heart）是利用心导管技术，将多根导管经静脉和／或动脉插入，置入心腔内不同部位，在窦性心律、起搏心律、程序刺激和心动过速时，同步记录局部心脏电活动，经过测量分析了解电冲动起源的部位、传导途径、速度、顺序以及传导过程中出现的异常心电现象，以研究和探讨心脏电活动的生理和病理生理规律。
电极导管的放置：心内电生理检查时常规要放置冠状窦、高位右房、希斯束和右心室尖部（ＲＶＡ）四根多极标测导管。
１、冠状窦（ＣＳ）电极：经左锁骨下静脉插入标测导管至右心房，寻找位于右心房后下部的冠状窦口，当电极导管到达冠状窦口时有搏动感，然后右手一边逆时针方向旋转导管尾部，左手一边进导管，通常可进入冠状窦。
①后前位（正位）Ｘ线透视下导管呈特征性“扫帚样”上下摆动。
②导管刺激无室性期前收缩。
③冠状窦位于左侧房室环，用于记录左心房心电图，可同时记录到振幅相近的心房电图（Ａ波）和心室电图（Ｖ波），左房刺激时可用该导管。
④右前斜位（ＲＡＯ）或左侧位透视导管指向后方。
⑤左前斜位（ＬＡＯ）导管插到左心缘，头端指向左肩。
２、高位右房（ＨＲＡ）电极：将标测导管经股静脉、下腔静脉进入右心房，放在上腔静脉与右心房的交界处并靠近右房外缘，正位下导管头端指向右侧，紧贴右房壁。
记录仪上此处Ａ波最早（靠近窦房结），通常只有高大的Ａ波而无Ｖ波，右房刺激常用该导管。
３、右心室（ＲＶ）电极：电极进入右心房后跨过三尖瓣置于右室心尖部或右室流出道，正位导管越过脊柱左缘，可记录到大Ｖ波，Ａ波不明显，导管刺激可见室性期前收缩，多用于右心室刺激。
４、希斯束（ＨＢ）电极：电极进入右心室后回撤，使导管顶端位于三尖瓣口处，头端指向后上方，可同时记录到振幅大致相等的Ａ波和Ｖ波，在Ａ波和Ｖ波之间可见一Ｈ波（希斯束电位）。
５、低位右房（ＬＲＡ）电极：电极顶端置于下腔静脉与右心房侧面交界处，既可记录到Ａ波，也可记录到Ｖ波，右侧旁道时需放置该导管。
医学电生理的基本原理和技术
数据分析：对实验数据进行分析，如信号处理、统计分析等
添加标题
实验结果：得出实验结论，如电生理现象的机制、电刺激的效果等
添加标题
实验改进：根据实验结果进行实验改进，如优化实验设计、改进实验操作等
添加标题
医学电生理的应用实例
心电图和心律失常诊断
心电图：记录心脏电活动的波形图，用于诊断心律失常
深部脑刺激（DBS）：通过植入电极刺激大脑深部核团，治疗帕金森病等疾病
经颅磁刺激（TMS）：通过磁场刺激大脑皮层，治疗抑郁症等疾病
脑机接口（BCI）：通过采集大脑信号控制外部设备，实现人机交互
电刺激在疼痛治疗和康复医学中的应用
电刺激原理：通过电流刺激神经，缓解疼痛
电刺激方法：经皮电刺激、深部脑刺激等
生物电的传播：神经纤维上的动作电位传导
生物电的产生：细胞膜内外电位差的形成
生物电的测量和记录
生物电的产生：细胞膜内外电位差的形成
生物电的记录和分析：对生物电进行量化和分析，了解生理功能和病理变化
生物电的记录设备：心电图仪、脑电图仪等
生物电的测量方法：电生理学、心电图、脑电图等
生物电的干扰和抑制
生物电的产生和传播：介绍生物电的产生机制和传播途径。
干扰因素：列举可能干扰生物电的因素，如药物、疾病、环境等。
抑制方法：介绍各种抑制生物电的方法，如药物治疗、物理治疗等。
临床应用：举例说明生物电的干扰和抑制在临床医学中的应用。
医学电生理的技术和方法
电生理信号的采集和处理
电生理信号的采集：使用电极、导线等设备，获取生物体内的电活动信号
信号的显示和存储：将处理后的信号显示在屏幕上，并存储在计算机中
主要研究领域包括心电图、脑电图、肌电图等
电生理知识点总结
电生理知识点总结1. 电生理学的基本概念电生理学是研究生物体在电场中产生和传导电流，以及利用电流来调控细胞功能的生理学学科。
电生理学的研究对象包括细胞膜的离子通道、离子泵、细胞内外离子浓度的差异、动作电位等。
电生理学研究的重点在于探索细胞和组织在电流的作用下产生的生物学效应，揭示电刺激对生物体的影响和调控机制。
2. 离子通道的特点和分类离子通道是细胞膜上多种离子的通道蛋白，具有高度的选择性和特异性。
离子通道的开闭状态可以调节细胞内外离子浓度的平衡，影响细胞的电位和电导率，从而控制细胞兴奋性和肌肉收缩等生物学过程。
根据离子传导的特点和作用机制，离子通道可以分为压力门控通道、电压门控通道、配体门控通道和异源门控通道等多种类型。
3. 离子泵的结构和功能离子泵是细胞膜上的一种重要膜蛋白，具有将离子从低浓度转运到高浓度的能力。
离子泵的典型代表包括Na+/K+ ATP酶和Ca2+ ATP酶等。
离子泵通过ATP酶的水解反应，将ATP分解为ADP和磷酸根，从而产生能量来催化离子的运输。
离子泵在维持细胞内外离子平衡、调节细胞内外离子浓度差异和细胞兴奋性等方面起着重要作用。
4. 动作电位的产生和传导动作电位是细胞膜上的一种电信号，是由于细胞膜上的离子通道在受到电刺激后发生开放和关闭而产生的电压变化。
动作电位的产生和传导是神经元和肌肉等可兴奋细胞活动的基础。
动作电位有兴奋性、传导性和波动性等特点，能够快速、一致地传导信号，完成神经冲动的传递和信息处理。
5. 生物体电生理学的应用电生理学在临床医学、药理学、生物技术和生理学研究等领域具有广泛的应用价值。
通过测量心电图、脑电图和肌电图等生物电信号，可以诊断心脏、脑部和肌肉等组织的功能状态和病理情况，指导疾病的治疗和康复。
通过研究离子通道和离子泵的结构和功能，可以探索药物的作用机制和开发新药物，为疾病治疗提供新的思路和方法。
综上所述，电生理学是生物医学领域中一个重要的研究方向，它通过研究细胞和组织在电场作用下的生物学效应，揭示电刺激对生物体的影响和调控机制，为临床医学和生命科学的发展提供了重要的理论基础和技术手段。
电生理知识点总结归纳
电生理知识点总结归纳1. 细胞膜的离子通道细胞膜是细胞与外界环境之间的界面，它具有选择透性，通过离子通道可以控制细胞内外离子的平衡。
离子通道的开闭状态决定了细胞内外离子浓度的变化，进而影响细胞的兴奋性和传导性。
离子通道的开闭受到多种因素的调控，包括电压、化学物质和机械力等。
2. 神经元的兴奋传导神经元是产生和传导电信号的细胞，它们通过突触与其他神经元或靶细胞相连。
在神经元的兴奋传导过程中，离子通道的开闭导致细胞内外离子浓度的变化，从而产生膜电位的变化。
当膜电位超过一定阈值时，神经元将产生动作电位并将其传导至突触传递给下一神经元或靶细胞。
3. 心脏肌细胞的兴奋传导心脏肌细胞是构成心脏的重要组成部分，它们通过兴奋传导系统完成心脏的收缩与舒张。
心脏肌细胞的兴奋传导包括起搏细胞的自发兴奋和传导系统将兴奋传导至心脏肌细胞的过程。
通过调控离子通道的开闭状态，可以调节心脏肌细胞的兴奋性和传导性，从而影响心脏的节律和收缩力度。
4. 离子通道的生物物理特性离子通道是细胞膜上的蛋白质通道，它们具有特定的生物物理特性，包括通透性、选择性、电压依赖性和药物敏感性等。
离子通道的生物物理特性决定了它们对离子的通透性和对各种因素的调控敏感性，进而影响细胞的兴奋性和传导性。
5. 脑电图和心电图脑电图和心电图是电生理学中常用的技术手段，用于记录脑电和心电活动。
脑电图反映了大脑皮质中神经元群体的兴奋性和传导性，心电图反映了心脏肌细胞的兴奋性和传导性。
通过脑电图和心电图可以评估神经系统和心脏系统的功能状态，对于临床诊断和疾病监测具有重要意义。
6. 离子通道的调控与疾病离子通道的异常调控与多种疾病的发生和发展密切相关。
例如，钠通道的突变会导致神经肌肉疾病和心脏疾病，钾通道的失调会导致心律失常等。
针对离子通道的调控可以作为治疗疾病的靶点，针对离子通道的药物也成为了药物研发与治疗的重要领域。
7. 离子泵和电生理学除了离子通道，离子泵也在细胞内外离子平衡中扮演着重要角色。
电生理基础知识介绍
房扑—右房典型房扑
• 右房典型房扑：折返环依赖于IVC和TVA之间峡部的缓慢传导，根据 沿TVA的传导方向又分为I型房扑（逆时针，普通型）和II型房扑（顺 时针，少见型）
• 折返环的形成：三尖瓣环，间隔，上腔静脉，界嵴，下腔静脉，峡部 ，I型房扑一般通过间隔下部CS激动左心房，II型房扑一般通过间隔上 部传导至左心房
则经旁道前传，如AVN恢复兴奋性，则形成逆传，如果早搏足够早时 ，AVN逆导时间足够长，使旁道恢复兴奋性，则旁道与AVN形成折 返。因发病时心室激动完全来源于旁道，因此ECG多为宽大QRS
AVRT—旁道类型
• 显性旁道：旁道能顺向传导，且ECG δ波持续存在 • 隐性旁道：旁道能顺向传导，ECG 无δ波，可能为房内传导阻滞，旁
X线
RAO
TV
MV
CS
PA
LAO
EP基础 – HRA 电图
EP基础 – HIS 电图
EP基础 – CS 电图
EP基础 – RVA 电图
电生理检查
标测导管连接至多导
电生理常见疾病介绍
房室结折返性心动过速（AVNRT）
• 房室结内传导（A-H间期）随心率增快而逐渐延长，并最终阻滞，称为文 氏现象
I
P/PS/S 402275 Medium Sweep
R/T
L/PL
402275
R/T
PS/P
Medium Sweep
402277
Medium Curl
Above the Valve
房扑—Atrial Flutter
• 心房快速而规律的活动 • 心房频率一般为250-350次/min • 心室心率：一般为2：1或4：1房室传导 • 分为右房房扑和左房房扑，或分为典型房扑和非典型房扑，右房逆时
电生理概述PPT课件
2021
7
电生理的检查技术及方法
➢ 规则的连续刺激S1S1(ms):
1、递增性刺激: S1S1600/500/400/300ms，或500/450/400/350/300ms， …… 等等。常常用于检测房室传导文氏点，或快速诊断。文氏点一般较有效不应期 长50ms左右。
2、短阵快速性刺激(BURST）: S1S1多小于300ms，常常用于诱发及终止心动过 速。终止心动过速时，刺激一般需短于心速周长50ms或以上。
心电生理及射 频消融概述
什么是心电生理
▪ 心脏电生理检查是以整体心脏或心脏的一 部分为对象，记录心内心电图、标测心电 图和应用各种特定的电脉冲刺激，藉以诊 断和研究心律失常的一种方法。对于窦房 结、房室结功能评价，预激综合征旁路定 位、室上性心动过速和室性心动过速的机 理研究，以及筛选抗心律失常药物和拟定 最佳治疗方案，均有实际重要意义。
1 •基础间期测量 •窦房结功能检查
2
3 •心房刺激
4 •心室刺激
2021
心动过缓 心动过速
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房室结折返性心动过速
1. Koch 1909年首先描述，由 Todaro腱、冠状静脉窦口及 三尖瓣膈环组成。
2. 房室结位于Koch三角的顶部 3. 解剖和功能上是心房和希氏
束的连接（房室交界区）
Todaro腱
➢ 心内导联：高位右房、希氏束、
冠状窦及右室导管、Halo、Lasso
2021
6
电生理的检查技术及方法
▪ 电生理刺激方法 ➢ 刺激方式：
1、规则的连续刺激（包括递增性刺激，及短阵快速性刺激，如 BURST 刺激，拖带刺激） 2、程序期前性刺激（S1S2/S1S2S3……,及RS2刺激） ➢ 刺激部位：心房、CS、心室，HIS等
神经科学研究中的电生理学技术
神经科学研究中的电生理学技术神经科学是研究人类大脑及其功能的学科，它涉及广泛的领域，如神经元结构、神经细胞通讯、认知和行为等等。
长期以来，神经科学家一直在使用各种技术来探索人类思想和行为背后的机理。
其中，电生理学技术被认为是最常用的一种技术之一。
本文将介绍神经科学研究中的电生理学技术。
1. 电生理学技术的定义和基础知识电生理学技术，顾名思义，是指使用电学原理来研究神经系统的技术。
它利用放置在大脑或身体其他部位的电极，测量或记录神经元或肌肉电生理活动的信号变化，这些信号变化被称为电生理学信号。
由于神经元的活动与其周围环境的电场息息相关，因此，可以通过神经元的电生理活动来解读其功能和相关的行为反应。
电生理学技术主要分为两类：记录和刺激。
记录技术用于测量神经系统的活动，而刺激技术则用于激活神经系统并观察响应。
常用的电生理学技术包括脑电图（EEG）、局部场电位（LFP）、多单元活动（MUA）和针电极记录。
这些技术使用不同的电极和信号处理方法。
2. 脑电图技术脑电图技术是最古老和最常用的电生理学技术之一。
脑电图记录大脑皮质神经元的电生理活动，并以图形化图像显示。
技术的优势在于脑电图可以监测大脑的实时变化并非侵入式。
脑电图绘制的脑电波形形态、频率及其变化特征，可以指示大脑的状态和功能。
脑电信号通常由交变的增强和减弱电波组成。
根据频率的不同，脑电波被分为五种类型：δ波、θ波、α波、β波和γ波，每种波的频率范围、在不同的情境下的出现率和意义也不同，这些意义从容易疲劳，到注意力、记忆力甚至到人的智力领域，研究目的因而有很多.3. 局部场电位技术局部场电位技术是一种超微脑电图技术，通常使用深度放置的电极在脑内或脑表面记录较小区域内的电生理信号。
局部场电位信号明显比脑电图更小，但是可以捕获单个神经元（或神经元小组）的活动。
研究人员通常使用局部场电位来研究神经元对视觉、听觉、运动和情绪等特定刺激的反应，从而揭示特定神经元的功能和神经网络的组织和信息流动。
(医学课件)临床电生理培训知识-经典
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头端设计
•固定弯导管
– 同管身没有分别
•可调弯导管
– 双腔设计 Tip Electrode
Ring Electrodes
The Catheter Tip
Electrodes Pulling Wire
X Y Z
Biosense Sensor
Ground
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压缩圈
• 钢丝压缩圈使得结构应力分 散，优化导管头端弯曲性能。
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常规标测导管介绍
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管身设计
•PU内外层提供良好推送力和扭控力 •专利所有的钢丝编制技术提供1：1的扭矩 •PU涂层的电极降低了推送的阻力 •钢丝编制了头端部分保证了术中弯型的稳 固
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32股钢丝编制
•优势
– 出色的扭矩提供良好的可操控性能 – 可以自如到达目标区域
32
头端设计
•固定弯导管
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心电图各波段的形成
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心电图各波段的形成
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心电图各波段的形成
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心电图各波段的形成
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心电图各波段的形成
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心律失常的概念
激动发生异常 激动传导异常
心搏速率异常 心搏节律异常 激动顺序异常
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常规电生理检查过程
LAO
RAO
PA
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电生理导Байду номын сангаас的放置
–最早电位:
窦房结
–希氏束电位：
• 通过射频发生仪进行能量传送： – 电能很容易通过导管和连线传送到背部电极 （在金属结构中的电 阻很低） – 在导管顶端和背部电极之间，产生了电位差或电压 – 这种现象产生了电场 – 相对于电极，人体对电流是一个高阻抗体 – 能量通过电场传送给人体，在人体组织中产生热能
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生物电记录方法及原理
生物信号记录的框架图 生物电信号拾取 生物电信号的放大与记录 诱发生物电现象产生 干扰问题
生物电记录方法及原理 — [生物信号记录的框架图]
生物信号记录的框架图
放
示波器
大
器
记录仪
(自发、诱发)
生物电记录方法及原理 — [生物电信号拾取]
生物电信号拾取
信号拾取的定义与记录电极的等效 电路
生物电记录方法及原理 — [干扰问题]
干扰问题
干扰问题的广泛性 50赫兹的交流电干扰及其预防： 仪器的噪声和放大器的信噪比参数： 一般信号电平与噪声电平比值﹥10才能 满足实验记录需要 其它
生物信号放大器的性能指标及作用
通频道 高增益 高输入阻抗 高共模抑制比 信噪比 低漂移
生物信号放大器的性能指标及作用 — [通频道]
生物膜的电学特性 — [刺激强度与膜电位变化]
动作电位的全或无特性
对很强的去极化刺激发生的主动反应（图示还 表明，刺激强度越大，刺激和AP间的延迟越短）
生物膜的电学特性 — [刺激强度与膜电位变化]
神经干或组织受刺激的表现
1. 因不同的细胞兴奋性也不同，且手术操作或离体 条件等都将影响到生物膜的特性，从而引起兴奋所需的 阈强度存在某种差别
信号微弱：电压为mV～µV，电流为nA～pA 频率特性：生物机能信号频率范围很大 大，故在使用生物电极放大器时应选择 适宜的频带 信号源内阻高：包括组织皮肤内阻及细 胞膜电阻等，可达几千乃至数万欧姆 易受其他电信号干扰：① 生物电之间 的相互干扰 ② 50Hz交流电源对记录电 信号的干扰 ③ 电极极化电位的干扰 ④ 感应电场及空间电磁波的干扰等
生物膜的电学特性 — [跨膜离子电流与膜电位变化]
研究I-V关系的理论意义
Ik1电流-电压曲线
1.研究离子通道的I-V关系 ，是了解通道生物物理学特性 和药物作用机制的基本方法
2. 实际上许多通道具有非 线性的I-V关系，尤其可通透 离子在膜两侧的浓度不同或通 道的结构不对称等情况下，该 曲线往往会向某个电流方向（ 如内向或外向电流）偏离欧姆 定律，即所谓“整流”现象
2. 对蟾蜍坐骨神经干实施刺激，在最大刺激强度范 围内，神经纤维兴奋的数目会随刺激强度的增加而增加 ；同时，动作电位的叠加还将表现为所记录动作电位幅 度的相应增大，这正是不同的细胞分别具有不同的兴奋 性的表现
3. 最大刺激强度在于使神经干中所有纤维都兴奋， 此时动作电位的幅度也达最大
生物电信号的特性
f1=1/2RC （ =3.14, t=RC） 2. 公式中每一个时间常数t对应一个f1，低于f1的信 号常被衰减70%以上，且频率越低衰减越厉害 3. 因滤波器对信号中不同频率成份的传递函数不同 ，其应用常面临信号失真的问题。就特定信号而言，滤 波器的通频带越宽、失真就越小，但噪声和干扰却越大
进一步的物理学与生物物理学描述
1. 时间常数是标志RC电路放电的基本参数 2. RC电路中，电路的电压（E）随时间呈指数变化：
E=IR（1-et/t） 3. 由矩形脉冲电流引起的生物膜电位变化：
Vm=ImRm(1-et/t) 4. 公式中e=2.72……为指数系数，t=RC为时间常数 5. 公式表明，膜电位下降到最初值的1/e所需时间 为一个时间常数，即膜电位变化达最终值的63%所需时 间为一个时间常数
Relative IOutward current of ATP 2
(n=4)
1
(n=10)
*
(n=6)
(n=7) Hold Potential(mV)
0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60
(n=6)
(n=1)
-1
Current-Voltage relationship (I-V Curve)
3. 生物机能实验中，多种因素如标本干燥、机械牵 拉等不良刺激都可使Rm增加，影响其电活动及其对刺激 的反应。因而实验中为保持标本机能状态的正常及实验 结果的真实可靠，应尽量避免不良刺激对Rm的影响
生物膜的电学特性 — [跨膜离子电流与膜电位变化]
跨膜离子电流与膜电位变化
欧姆定律及其表述
1. 通过某一导体的电流（I）与导体两端的电压 （V或E）成正比，与导体的电阻（R）成反比：
1. 图中的斜率即为该 通道的电导，若电导为一 常数，I-V关系便呈线性
2. 曲线还表明，不仅 离子流过通道的驱动力不 是E，而且电流为0的电位 是与离子的平衡电位相等 的电位而不是0mV 处。因 电流在此电位改变方向， 故又称反转电位
3. 根据反转电位值可 以判断该通道电流是何种 离子跨膜流动引起的
I=V/R 2. 电导是电阻的倒数（G=I/R），引入电导概念：
I=gV 或 I=gE 3. 电导概念可更好地描述离子通道允许电流通过 的能力
生物膜的电学特性 — [跨膜离子电流与膜电位变化]
应用欧姆定律描述跨膜离子电流与膜 电位的关系
1. 离子通道是一种特殊的导体，各种离子经离子 通道的跨膜转运是顺化学梯度的转运，故其产生的电 流的大小（I）既取决于膜电位差（E）及通道的电导 （g），也与该离子的平衡电位（Es）有关：
2. 应用细胞外双 电极刺激法，应将正 电极置于远离引导电 极一侧、负电极置于 靠近引导电极一侧， 以避免正电极处超极 化引起的阻滞作用（ 阳极阻滞）
生物膜的电学特性 — [刺激强度与膜电位变化]
刺激强度与膜电位变化
刺激引起兴奋的原理
1. 膜的去极化是电压门控Na+通道被激活及Na+内流 的过程，期间常伴随膜电位与K+平衡电位（EK）的差值 增大，以及非门控K+通道的K+外流增加，且去极化越明 显、K+外流越多
生物膜的电学特性 — [膜时间常数]
理论意义与实际应用
1. 生物膜中t的变化很大（神经元约1～20ms），但 经检测，单位表面积的膜电容却较恒定、约10-6F/cm2
2. 不同时间常数反映了不同细胞的Rm的不同，乃至 同一神经元的各个膜区域之间的区别。而Rm的差异又代 表膜离子通道类型、密度和调节方面的特性。总之，膜 时间常数在决定神经元高度复杂的内在电活动，以及细 胞对刺激的反应方面都起着重要作用
4. 时间常数（又称高通滤波）和高频滤波（又称 低通滤波）都是表征RC电路频率响应的参数，其实质 都是滤波
生物信号放大器的性能指标及作用 — [通频道]
放大器的时间常数（高通滤波）
1. 时间常数决定放大器带宽的下限频率(f1)即衰减 信号中的低频成份，而让高频成份全部通过，意义在于 消除信号基线的漂移和低频噪声。计算下限的频率：
通频道（带宽）
通频道的定义
1. 通频道又称带宽，是放大器选择与直流或交流生 物信号相适应频率范围的技术指标
2. 生物放大器的通频带下限为0、上限最大频率通 常在6kHz以内，这基本能满足机能实验需要
3. 根据所观察生物信号的频率特性,选择相应带宽 可通过调节放大器的“时间常数”和“高频滤波”实现 。如在放大器前、后极之间常设置有低和高频电路
生物电记录方法及原理 — [诱发生物电现象产生]
诱发生物电现象产生
人工诱发生物电的常用方法 电刺激器的电脉冲及其矩形波特征
1. 电刺激器既可发出一个、两个或多个单独的脉 冲，也可连续性地或不停地发出脉冲
2. 电脉冲多为矩形波，其可提供三个参数，即电 压大小（矩形波的幅度）、电压作用时间（矩形波的 波宽）、电压对时间的变化率（矩形波上升的斜率）
生物电记录方法及原理 — [生物电信号的放大与记录]
生物电信号的放大与记录
生物电信号放大和记录的有关方法
放
示波器
大
器
记录仪
(自发、诱发)
生物电记录方法及原理 — [生物电信号的放大与记录]
关于刺激伪迹
1. 生物电信号的纪录常面临辨认信号真伪的问题 2. 可记录到的干扰信号有许多种，其中之一是刺 激伪迹 3. 在电生理学实验中，当刺激器发出一个刺激脉 冲时，记录电极将同时拾取到一个双向、呈尖脉冲的 电信号，此即刺激伪迹。刺激伪迹可被用来作为一个 时间点。如从刺激伪迹到刺激坐骨神经干而记录到AP ，其时间间隔就是刺激电极处所产生AP传导到记录电 极处所需要的时间 4. 刺激伪迹一般不会干扰有用信号的纪录
生物膜的电学特性 — [刺激电流与膜电位变化]
刺激电流与膜电位变化
刺激引起兴奋的条件
1. 细胞所处功能状态 2. 有效刺激的三个参数，即强度、时间和强度-时 间变化率 3. 刺激电流的方向，如外向刺激电流使膜去极化， 兴奋性升高；内向刺激电流使膜超极化，兴奋性降低 ，不能引发动作电位。因此，在用微电极技术进行实 验时，应将正电极置于细胞内，或将负电极置于细胞 外
I=g(E-Es) 2. 公式表明，离子流过通道的驱动力是E-Es而非E 3. 若以膜电位为横轴，离子通道电流为纵轴作图， 可了解跨膜离子电流(I)与电压(V)的关系(CurrentVoltage relationship)，或称为I-V曲线
生物膜的电学特性 — [跨膜离子电流与膜电位变化]
(n=6) (n=5)
电生理学基本知识与技术
朱克刚
（药理学副教授、机能学部主任 兼机能学综合实验室主任）
生物膜的电学特性
生物膜的等效电路 膜时间常数 跨膜离子电流与膜电位变化 刺激电流与膜电位变化 刺激强度与膜电位变化
生物膜的电学特性 — [生物膜的等效电路]
生物膜的等效电路
生物膜的结构与跨膜信号转导 可兴奋细胞的跨膜电位差与离子的选 择性通透性 跨膜电位差的物理学描述—电阻抗（R） 或膜电阻（Rm) 膜可贮存电荷的物理学描述—电容器 （C）或膜电容（Cm） Rm与Cm的并联关系即膜的等效电路
生物膜的电学特性 — [刺激电流与膜电位变化]
外向和内向刺激电流引起的膜电位变化