中科院生物医学工程陈靖容期末考试总结.docx

第一章 1. 生物医学工程( Biomedical Engineering ,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。第二章 1. 为什么神经细胞的动作电位为时约 1 毫秒? 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。) 2. 神经细胞的沟通手段——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