中科院生物医学工程陈靖容期末考试总结.doc

中科院生物医学工程陈靖容期末考试总结.doc:..(BiomedicalEngineering,简称BME)是结合物理、化学、数学和计算机与工程学原理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念,产生从分子水平到器官水平的知识,开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法,用与疾病预防、诊断和治疗,病人康复,改善卫生状况等目的新兴的边缘学科,它综合工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。2•生物医学工程学的研究以应用基础性研究为主,其领域十分广泛,并在不断扩展。现阶段它所涉及的研究领域主要有生物力学、生物材料、人工器官、生物系统的建模与控制、物理因子的生物效应、生物系统的质量与能量传递、生物医学信号的检测与传感器原理、生物医学信号处理方法、医学成像和图象处理方法、治疗与康复的工程方法等而微创伤手术、老年医学、家庭健康监护和远程医疗等正在成长为新的研究领域。?答:细胞膜上有多种离子通道。而动作电位的产生,则与钠和钾离子通道有关。这些离子通道的开关状态与膜电位有关,即是所谓的电压门控通道。例如钠离子通道,在静息时它是关闭并且是可激活的。当去极化到一特定值时就会引起其构象的改变,成为打开状态。但是离子通道却不会持续停留在开放状态,它会在几毫秒内关闭。这是通过膜上一蛋白质的失活域的活动实现的,这个失活域会像塞子一样堵住离子通道。离子通道这种状态被称为关闭并失活的。过渡状态关闭但可激活的只有在完全复极化后才可能出现,而开放可激活的状态是在简单模型中不可能实现的。(文献中也写道,一个关闭并失活的通道在复极过程中首先短时间内还是开放状态,然后才改变构象直接成为关闭但可激活的。再次激活只能发生在完全复极之后,在去极化的细胞膜中不可能存在着过渡状态开放并失活的)。当然,并不是所有的通道在电位到达一定值之时全部打开。更可能的是,通道的处于某种状态的概率是与电压相关的。而当阈电位出现时,大部分的通道便会开放,上述的模型便能很好的描述这种状态。而状态之间过渡所需的时间也是因通道而异的。钠通道从关到开发生在1毫秒之内,而钾通道则要10毫秒。当细胞受到刺激时,膜上的钠离子通道和钾离子通道都会打开,但由于钠离子通道的开启比钾离子通道更迅速,所以在受到刺激后的短时间内(以毫秒计),细胞内外的离子运动表现为钠离子大量进入细胞。钠离子也是带正电的。它会迅速倒转钾离子外流造成的外正内负状态——动作电位的标志——外负内正,来了。(除了电压外,还有其他开关通道的机制。对动作电位来说,有两种值得一提。一种是与内向整流性钾通道Kir有关,这种通道是不可调控的。但却有一些带正电的小分子如精素,能够在去极化到一定程度时堵塞通道孔。另一种机制与钾通道有关,当细胞间的钙离子与它结合后会开放。)——动作电位动作电位的图像非常神奇,它竟然和人的情绪波动有着惊人的相似之处——起伏不定,喜怒无常。人的思维其实就是神经细胞们经过彼此对话达成的共识。神经细胞之间的对话靠的是神经冲动,可能是兴奋也可能是抑制——就像阴阳或是电脑的0、1一样,只有两个符号。神经冲动是一股生物电,流经之处会引起神经细胞的电位变化,即产生动作电位。现在就聊聊动作电位,这是它的一张全身照。横轴表示的是时间,单位是毫秒(ms,ls=1000ms)。纵轴表示的是电位,单位是毫伏(mV)。神经细胞不忙活的时候称为静息电位,如图中1号线所示。为什么静息电位是-70mV,而不是0呢?因为那才是神经细胞的****惯。以0为标准是我们人类的****惯(也就是大多数神经细胞的共识),可这个****惯未必适合其他事物。以人为本是人与人相处的规矩,和谐共进才是大自然的法则。神经细胞为了迎接下一个信息(兴奋或者抑制)的到来,时刻准备着把电位调低,信息一来就迅疾地发生极性转换以产生局部电流,把这个信息迅速的向下传递。日子久了,神经细胞就只剩这两个状态了:静息电位(工作前的状态),动作电位(工作中的状态)。图中的1号线和6号线是静息电位,2、3、4、5号线共同组成动作电位。多看动作电位的照片几眼,你就会发现它并不是对称的一个波峰。2、3号线的上升速率并不一样,2号线似乎是为快速上升做准备;3、4号线的零上部分比较尖锐,被称为锋电位;4号线好像下降的过猛了,导致5号线都超过了静息电位的水平;所幸,6号线时终于又平静了??其实这些曲线随着时间的上升、下降,代表的是神经细胞内外电位差的变动。电位差的变动是由神经细胞内外的带电成分