电生理方法与技术.ppt
第五部分第五部分 电生理学的方法电生理学的方法 第一章第一章 电生理常用主要仪器电生理常用主要仪器 常用的电生理学实验仪器种类很多，但归纳起来为三大系统，即常用的电生理学实验仪器种类很多，但归纳起来为三大系统，即电刺激系统、放大系统及显示记录系统。电刺激系统、放大系统及显示记录系统。（一）电刺激系统（一）电刺激系统 1.1.电子刺激器电子刺激器 对组织刺激的方法有多种，如温度、机械、化学、光、电刺激等，对组织刺激的方法有多种，如温度、机械、化学、光、电刺激等，但以电刺激器最为常用。电刺激在生理实验中应用广泛，不仅在基础研但以电刺激器最为常用。电刺激在生理实验中应用广泛，不仅在基础研究中而且在临床诸科（如神经科、五官科、心血管科、理科及针灸科等）究中而且在临床诸科（如神经科、五官科、心血管科、理科及针灸科等）也常使用。也常使用。电刺激的优点：电刺激的优点：基本参数易于精确控制（如强度、时间、强度基本参数易于精确控制（如强度、时间、强度-时间变化率等）；时间变化率等）；机体的生理活动过程中往往都伴有电的变化，故符合生理状态；机体的生理活动过程中往往都伴有电的变化，故符合生理状态；电刺激强度不很大时，不易损伤组织可反复使用电刺激强度不很大时，不易损伤组织可反复使用 。刺激器按其输出方式可分为恒压刺激器和恒流刺激器。刺激器按其输出方式可分为恒压刺激器和恒流刺激器。(1)(1)刺激方式刺激方式 图 刺激脉冲参数图（2 2）刺激参数）刺激参数:1)1)刺激强度刺激强度2)2)刺激波宽刺激波宽3)3)刺激频率刺激频率(或周期或周期)两者的关系是：频率（两者的关系是：频率（f f）=1/=1/周期（周期（T T）（3 3）电刺激波形）电刺激波形:大致有三种即正弦波、方波，不对称的尖波（如电针仪大致有三种即正弦波、方波，不对称的尖波（如电针仪输出的）。输出的）。较常用的是方波，波形简单。易于产生和严格控制，计较常用的是方波，波形简单。易于产生和严格控制，计算刺激量也较容易，陡峭的前沿使刺激比较有效，但单向方算刺激量也较容易，陡峭的前沿使刺激比较有效，但单向方波宽太大（超过波宽太大（超过1 1msms）或用直流电刺激长时可引起损毁效应。或用直流电刺激长时可引起损毁效应。故应尽可能缩短刺激时间和强度。为了避免减少电解作用，故应尽可能缩短刺激时间和强度。为了避免减少电解作用，可用双向方波，但反相的正波有时可产生阳极阻滞作用或阳可用双向方波，但反相的正波有时可产生阳极阻滞作用或阳极断电兴奋。正弦波对自主神经刺激效应强，几乎很少产生极断电兴奋。正弦波对自主神经刺激效应强，几乎很少产生电解作用，每个波的时间周期随频率而改变电解作用，每个波的时间周期随频率而改变。(4)(4)其他其他 1)1)同步输出（触发）同步输出（触发）2)2)延迟（时迟）延迟（时迟）3 3）占空系数：是指脉冲的宽度（）占空系数：是指脉冲的宽度（d d）与脉冲周期（）与脉冲周期（p p）之百分比，）之百分比，即即 d/pd/p100100，如占空系数为，如占空系数为100%100%即成直流电。即成直流电。4)4)电磁标电磁标 5)5)触发输入触发输入 2 2刺激隔离器刺激隔离器 是刺激器的一个重要附件，使输出信号与地隔开，其作用是：是刺激器的一个重要附件，使输出信号与地隔开，其作用是：（1 1）减小刺激伪迹，避免伪迹太大而使生物电无法辩识。）减小刺激伪迹，避免伪迹太大而使生物电无法辩识。（2 2）使刺激电流局限在刺激电极周围，刺激点可精确定位。）使刺激电流局限在刺激电极周围，刺激点可精确定位。（3 3）可以对组织同时进行多点刺激，而不致于引起相互干扰，切）可以对组织同时进行多点刺激，而不致于引起相互干扰，切断了电流从公共地线传布的可能。断了电流从公共地线传布的可能。（4 4）消除刺激中的直流成分，避免组织产生极化作用。目前普遍）消除刺激中的直流成分，避免组织产生极化作用。目前普遍应用的是高频隔离器，简单的刺激隔离器可用铁芯变压器或低周变压应用的是高频隔离器，简单的刺激隔离器可用铁芯变压器或低周变压器，但波宽大时，刺激波形失真。器，但波宽大时，刺激波形失真。刺激电流强度刺激电流强度 随各种实验而有很大不同。影响强度因素：随各种实验而有很大不同。影响强度因素：1 1组织本身的兴奋性：组织本身的兴奋性：A A类神经纤维兴奋性高、刺激强度可很小。类神经纤维兴奋性高、刺激强度可很小。如以如以A A的强度为的强度为1 1，B B类为类为A A的的53.553.5倍，倍，C C类纤维为类纤维为A A类的类的100100倍。倍。2 2电流作用于组织的时间：刺激强度与电流作用时间成反比关系。电流作用于组织的时间：刺激强度与电流作用时间成反比关系。3 3电流密度：电极粗细，被刺激组织离开电极的距离以及电极周围电流密度：电极粗细，被刺激组织离开电极的距离以及电极周围组织液的旁路等都会影响电流密度。用微电极刺激神经与肌肉细胞时，组织液的旁路等都会影响电流密度。用微电极刺激神经与肌肉细胞时，几个微安十几毫伏即足以引起兴奋。用粗电极刺激神经干所需约数伏。几个微安十几毫伏即足以引起兴奋。用粗电极刺激神经干所需约数伏。通过皮肤刺激需几十伏，几个毫安。通过浴槽中容积导体刺激离体肠肌通过皮肤刺激需几十伏，几个毫安。通过浴槽中容积导体刺激离体肠肌标本其电压标本其电压60-8060-80伏，电流要十几毫安，这是因为大部分电流经溶液旁路伏，电流要十几毫安，这是因为大部分电流经溶液旁路（刺激器输出电压需（刺激器输出电压需100100V V，最大输出电流最大输出电流2020mAmA）。）。刺激强度可用刺激电极两端的电压或流经组织的电流量来表示。一刺激强度可用刺激电极两端的电压或流经组织的电流量来表示。一般电流强度与电压强度是平行增减的。然而只有当组织电阻恒定时，电般电流强度与电压强度是平行增减的。然而只有当组织电阻恒定时，电压才能反映电刺激的生理效应，实际上电刺激的效应取决于通过组织的压才能反映电刺激的生理效应，实际上电刺激的效应取决于通过组织的电流量。电流量。电流作用时间（刺激波宽电流作用时间（刺激波宽）确定波宽可根据：确定波宽可根据：1 1被刺激组织动作电位锋电位的时程。被刺激组织动作电位锋电位的时程。2 2时值：时值：A A类神经纤维约用类神经纤维约用0.1-0.20.1-0.2msms，B B类或类或C C类类0.5-1.50.5-1.5msms，心肌心肌0.5-20.5-2msms，平滑肌平滑肌5-105-10msms，大脑皮层大脑皮层1-1-6 6msms，波宽太短所需电压高刺激效应弱，波宽太长产生电波宽太短所需电压高刺激效应弱，波宽太长产生电解，损坏组织。兴奋性高，时值短者，波宽可小，反之解，损坏组织。兴奋性高，时值短者，波宽可小，反之则大。则大。刺激频率刺激频率 躯体神经约躯体神经约50-25050-250HzHz，内脏神经约内脏神经约2-52-5HzHz，骨骼肌约骨骼肌约10-15010-150HzHz，心肌及平滑肌心肌及平滑肌0.1-10.1-1HzHz，大脑皮层大脑皮层20-6020-60HzHz，中枢深部组织中枢深部组织100100HzHz以内。各种频率作用于同一组织所起以内。各种频率作用于同一组织所起效应亦不一致，进行串刺激时应注意各串刺激彼此相隔效应亦不一致，进行串刺激时应注意各串刺激彼此相隔时间应容许中枢兴奋或抑制状态消失后再予刺激时间应容许中枢兴奋或抑制状态消失后再予刺激。附：电针仪附：电针仪1.1.电针仪的输出参数电针仪的输出参数:(1)(1)波形波形 多为双相脉冲波多为双相脉冲波 (2)(2)脉冲幅度脉冲幅度 一般电针仪输出正脉冲电压为一般电针仪输出正脉冲电压为50-60V50-60V，负脉冲电压，负脉冲电压为为25-35V 25-35V (3)(3)脉冲宽度脉冲宽度 一般约一般约0.4ms0.4ms，(4)(4)脉冲的重复频率（脉冲数脉冲的重复频率（脉冲数/s,Hz)/s,Hz)习惯上把低于习惯上把低于30Hz30Hz作为低频作为低频电针，电针，30-1000Hz30-1000Hz为高频电针。为高频电针。2.2.不同参数电针的刺激效应不同参数电针的刺激效应:电针不仅具有良好的镇痛效果电针不仅具有良好的镇痛效果,也有显著的抗炎也有显著的抗炎.抗休克作用抗休克作用,还具有良性调节作用。电针的刺激效应与所应用的刺激参数有关。还具有良性调节作用。电针的刺激效应与所应用的刺激参数有关。(1)(1)强度强度 (2)(2)频率频率 (3)(3)波形波形 通常来自记录电极的生物通常来自记录电极的生物信号很微弱，且混有大量的干信号很微弱，且混有大量的干扰信号，必须经生物电放大器扰信号，必须经生物电放大器放大去干扰后才能显示。一般放大去干扰后才能显示。一般放大器只有一个有效信号输入放大器只有一个有效信号输入端，另一端参考电平接地，即端，另一端参考电平接地，即所谓单端放大器；辨差放大器所谓单端放大器；辨差放大器（或称差分放大器）有两个有（或称差分放大器）有两个有效信号输入端，对异相信号效信号输入端，对异相信号（如生物电信号由一探查电极（如生物电信号由一探查电极及一无关电极引导记录，这两及一无关电极引导记录，这两个电极所获得的电位不同）进个电极所获得的电位不同）进行放大，而对同相信号（如作行放大，而对同相信号（如作用在两电极的交流电信号完全用在两电极的交流电信号完全相同）则放大很少。相同）则放大很少。单端放大器工作原理示意图差分放大器工作原理示意图(二二)放大系统放大系统交流交流放大器放大器直流直流放大器放大器 1 1生物电放大器生物电放大器 生生物电放大器都是用辨差放大器。这种放大器有二特点：零点漂移小物电放大器都是用辨差放大器。这种放大器有二特点：零点漂移小,此在直流放大器尤为重要。能有效地抑制共模电压，放大器两个输入端此在直流放大器尤为重要。能有效地抑制共模电压，放大器两个输入端所共有的电压，称为共模电压。好的放大器必须有很强的共模干扰抑制能所共有的电压，称为共模电压。好的放大器必须有很强的共模干扰抑制能力。力。生物电放大器的性能好坏将直接影响实验结果的获取，对生物电放大生物电放大器的性能好坏将直接影响实验结果的获取，对生物电放大器的基本要求是器的基本要求是高输入阻抗（大于高输入阻抗（大于2 2MM）、）、高共模抑制比（高共模抑制比（CMRRCMRR，大于大于100100dBdB）、）、高增益（放大倍数大于高增益（放大倍数大于1010万倍）、高稳定性低漂移（小于万倍）、高稳定性低漂移（小于1010VV）、）、合适的通频带（合适的通频带（0-1000-100kHzkHz）以及低噪声（小于以及低噪声（小于3 3VV）等。(1)(1)共模抑制比（共模抑制比（CMRRCMRR）=Ad/AC=Ad/AC，此比愈大愈好（一般为此比愈大愈好（一般为2 2万，最万，最好达好达5 5万）。万）。AdAd为差模信号的增益（在双端输入的差动放大器中输入为差模信号的增益（在双端输入的差动放大器中输入的幅值相同，极性相反的电信号，如生物电信号），的幅值相同，极性相反的电信号，如生物电信号），AcAc为共模信号的为共模信号的增益（在双端输入的差动放大器中输入的幅值相同，极性相同的电信增益（在双端输入的差动放大器中输入的幅值相同，极性相同的电信号，如干扰信号）；号，如干扰信号）；CMRRCMRR越大表明放大器抗干扰能力越强。辨差放大越大表明放大器抗干扰能力越强。辨差放大器一般都有一平衡调节使电路两侧输出端电压在无信号时趋于零。这器一般都有一平衡调节使电路两侧输出端电压在无信号时趋于零。这种放大器的两个输入端输入信号，是为双边输入，如一端与生物体接种放大器的两个输入端输入信号，是为双边输入，如一端与生物体接触不良或脱落成为单边输入，则共模抑制比降低而出现交流电干扰。触不良或脱落成为单边输入，则共模抑制比降低而出现交流电干扰。(2)2)放大倍数（增益）放大倍数（增益）前级放大器一般最大增益约前级放大器一般最大增益约1000-2
