本 第二章 生物電信號(hào)的特征

第二章生物電信號(hào)的特征張麒上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院2.1生物電現(xiàn)象活的細(xì)胞或組織，不論是安靜狀態(tài)還是活動(dòng)狀態(tài)，都伴有電位差的存在，即有電現(xiàn)象，所以叫做生物電。生物電現(xiàn)象是生命活動(dòng)的基本屬性。在機(jī)體的一切生命過(guò)程中都伴隨生物電的產(chǎn)生。生物體的各種生物電的研究、記錄已經(jīng)成為了解生物體各器官的功能、臨床診斷、治療的可靠依據(jù)。生物體的基本單位是細(xì)胞，體內(nèi)所有生理功能和生化反應(yīng)都是在細(xì)胞及其產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的細(xì)胞具有細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜是一種多相的各向異性的介電材料，它既具有較高的電阻率又具有電容性。生物細(xì)胞受到刺激，使細(xì)胞膜電位不斷發(fā)生變化，膜電位的變化過(guò)程可看作電容器的充、放電過(guò)程由于細(xì)胞膜電位的變化，將產(chǎn)生電信號(hào)，并且這種電信號(hào)能載有信息，同時(shí)在體內(nèi)迅速傳遞。

生物電包括：（1）靜息電位(restingpotential.RP)（2）動(dòng)作電位(actionpotential.AP)2.2靜息電位(RP)細(xì)胞在安靜的條件下，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩端的電位差，稱跨膜靜息電位，簡(jiǎn)稱靜息電位（RP）（或RMPRestingmembranepotential）。膜內(nèi)較膜外為負(fù)。(生理學(xué)中常把膜外電位規(guī)定為0，因此膜內(nèi)為“負(fù)”）RP產(chǎn)生的原理

靜息時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度情況：①[K+]內(nèi)>[K+]外

②細(xì)胞膜對(duì)K+的通透性高，對(duì)Na+,Cl-通透性低，而有機(jī)負(fù)離子(A-)則不能通過(guò)細(xì)胞膜。

——靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)K+的通透性比對(duì)Na+的通透性大50—100倍

由于濃度差，K+外流，而A-卻留在膜內(nèi)，從而造成“內(nèi)負(fù)外正”的狀態(tài)，形成電位差，而這種電位差又能阻止K+進(jìn)一步外流，即：a.因濃度差，使K+外流b.因電位差，阻止K+外流當(dāng)a.b兩種力量達(dá)到平衡時(shí)，膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差稱RP。此時(shí)[K+]內(nèi)>[K+]外約30：1不同細(xì)胞的靜息電位是不同的人體神經(jīng)細(xì)胞-86mV不同類型心肌細(xì)胞為例：心室肌細(xì)胞-90~-80mV浦肯野纖維-100~-90mV竇房結(jié)細(xì)胞-70~-40mV靜息電位，又稱極化狀態(tài)(polarization)細(xì)胞膜靜息電位的計(jì)算2.3動(dòng)作電位(AP)

當(dāng)細(xì)胞受到刺激而興奮時(shí),受刺激部位的膜電位將發(fā)生一系列短暫的電位變動(dòng)，最初發(fā)生膜電位升高，接著慢慢又恢復(fù)到原來(lái)的靜息電位（RP）水平。膜電位的變動(dòng)，生理學(xué)上稱為動(dòng)作電位(AP)。去極化(depolarization):即除極化當(dāng)極化膜的某點(diǎn)受到刺激（物理、化學(xué)或電流的刺激）后，該處極化膜對(duì)各種離子的通透性立即發(fā)生變化，大量Na+離子迅速進(jìn)入膜內(nèi)，使膜內(nèi)電位急速上升，膜內(nèi)電位由負(fù)變正構(gòu)成AP的上升支復(fù)極化(repolarization):去極化電位達(dá)到正峰值后，逐漸回到靜息狀態(tài)構(gòu)成AP的下降支AP產(chǎn)生的原理：

①[Na+]外>[Na+]內(nèi)約12：1②電位差：內(nèi)負(fù)外正。Na+有內(nèi)流的趨勢(shì)刺激使膜的Na+通道被激活，膜對(duì)Na+的通透性比靜息時(shí)突然增大500倍（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)K+的通透性），Na+順濃度差，電位差大量、快速地進(jìn)入膜內(nèi)，使膜電位上升，極化消除，進(jìn)而倒轉(zhuǎn)，細(xì)胞膜兩側(cè)由“內(nèi)負(fù)外正”狀態(tài)變?yōu)椤皟?nèi)正外負(fù)”狀態(tài)。例：心肌細(xì)胞AP：2.4動(dòng)作電位的傳播在同一細(xì)胞的傳導(dǎo)可興奮細(xì)胞的局部受電流刺激之后產(chǎn)生的電位不會(huì)停留在受激部位靜息時(shí)膜電位-70mV,動(dòng)作電位最高達(dá)40mV，這110mV的電位變化對(duì)鄰近的靜息區(qū)必然產(chǎn)生局部電流，引起AP的傳播以神經(jīng)纖維傳輸為例：AP是興奮的標(biāo)志,

神經(jīng)沖動(dòng)(impulse)即

沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的AP。興奮由神經(jīng)向肌肉的傳遞：

突觸（synapse）：