生物医学导论绪论

教材：生命科学导论，张惟杰主编，高等教育出版社课堂为主主要参考书：生命科学技术概论，闫桂琴主编，科学出版社；基础生命科学，吴庆余主编，高等教育出版社学时：322-17 周（周五3-4节），1教412作业： 成绩：平时20%，期末考试：80%意见反馈： ,生命科学导论2013,111011 29人 131011 30+2人,生命科学的定义,生命科学是研究：生物体及其活动规律的科学广义的生命科学还包括：生物技术 （基因工程（基因药）、细胞工程（凋亡机理、多利羊克隆）、酶工程（工业酶）、发酵工程（胰岛素、面包）和蛋白质工程（速效胰岛素）生物与环境生物学及其他学科交叉的领域 （生物信息学，生物医学工程，生物物理学等）,蛋白质工程,生命科学的定义,生命科学是研究：生物体及其活动规律的科学广义的生命科学还包括：生物技术 （基因工程（基因药）、细胞工程（凋亡机理、多利羊克隆）、酶工程（工业酶）、发酵工程（胰岛素、面包）和蛋白质工程（速效胰岛素）生物与环境生物学及其他学科交叉的领域 （生物信息学，生物医学工程，生物物理学等）,生物医学工程,是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向 生物医学渗透的产物。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，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，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。生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科,这是它最大的特点。,一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，运用到生命科学和医学等领域的技术。,生物医学工程专业的科学范围,学科内容-生物力学,是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性，研究机体力学特征与其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依据。,基础需要生物、医学基础知识,举例,1.长骨（一体两端） 尺骨和掌骨等,骨干髓腔干骺端骺软骨 骺线骺 滋养孔,2.短骨 腕骨 附骨 3.扁骨 颅、胸、盆部 4.不规则骨 椎骨,骨 的 构 造,骨髓,骨质,骨密质 骨松质,骨膜,血管、淋巴和神经,红骨髓 黄骨髓,骨,骨膜,骨髓,骨密质,骨松质,骺线,外板,内板,板障,骨膜,颅骨,骨密质骨松质-板障,内板 外板,诊断需要力学知识和相关试验手段,骨的承载能力： 人体胫骨能负荷15003000kg,极限负荷大约等于体重的2050倍。 女性的新鲜股骨、胫骨、肱骨的抗压能力分别为股骨902kg, 胫骨780kg,肱骨722kg。 对这些骨行弯曲试验，测得股骨最大负载396kg、胫骨237kg、肱骨215kg。 这些试验结果表明，骨的有机成分组成网状结构，使骨具有弹性，骨的无机成分填充在有机物的网状结构中，使骨具有坚固性的硬度。,骨的机械性质：,一、骨骼拉伸时的机械性质二、骨压缩时的机械性质 E,应力遮挡是指骨经固定后，负重情况下产生应力重分配所致骨受力减小。,应力遮挡的程度取决于：1内外固定器械的刚度与固定方式；2骨折类型与骨端接触程度3肢体负重的方式与程度。,应力遮挡的后果： 骨受力减小，必然影响骨的形成改建，即产生应力遮挡效应，出现骨质疏松和骨萎缩。,治疗需要力学知识和相关研究方法等,制作各种人工器官的物质基础它必须满足各种器官对材料的各项要求，包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的，所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性，还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等；目前轻合金材料的应用较为广泛。,学科内容-生物材料,人耳鼠”在国内第一次公开亮相，是2001年的国家“863”计划15周年成就展。这只背上长着惟妙惟肖“人耳”的小白鼠，引发了人们对“器官工厂”的无限想象,是临床诊断疾病的主要手段之一，也是世界上开发科研的重点课题。医用影像设备主要采用 X射线、超声、放射性核素磁共振等进行成像。X射线成像装置主要有大型X射线机组、X射线数字减影（DSA）装置、电子计算机X射线断层成像装置（CT）；超声成像装置有B型超声检查、彩色超声多普勒检查等装置；放射性核素成像设备主要有照相机、单光子发射计算机断层成像装置和正电子发射计算机断层成像装置等；磁成像设备有共振断层成像装置；此外还有红外线成像和正在兴起的阻抗成像技术等。,学科内容-医学影像,生物特征识别与生物医学仪器,虹膜识别技术虹膜结构（环绕着瞳孔的有色细胞组织）虹膜诊病技术人体器官健康变化信息到神经虹膜及瞳孔变化虹膜斑点、凹陷及纹路变化,医学影像举例：,生物超弱发光的成像生物医学光子学,生物系统的超微弱光子辐射（BPE）的发现和研究为基础的。BPE现象是自然界普遍存在的一种现象，是生物体的一种固有功能。除了少数原生生物和藻类等低级生物外，绝大多数动植物都能产生BPE。这些研究表明：生物的自发超弱发光与生物体的氧化代谢、细胞的分裂和死亡、癌变、生长调控、光化学反应等许多基本的生命过程有着密切的内在联系。有关BPE的研究也正向细胞、亚细胞和分子水平深入。与之相关的理论和测试技术也在不断发展。,举例：,生物超弱发光的成像,例如，日本研制成第一台能探测大脑癫痫病灶区的激光仪器，用很弱的近红外激光照射病人头部而得到大脑皮层的二维图像。通过分析这些图象，可以了解癫间期大脑活动类型，有助于医生发现病灶。和传统的打开头盖骨插入电极测量和用放射性同位素测定的方法相比，可以减少对病人的痛苦和伤害。,是采集、分析和处理人体生理信号的主要设备，如心电、脑电、肌电图仪和多参量的监护仪等正在实现小型化和智能化。通过体液了解生物化学过程的生物化学检验仪器已逐步走向微量化和自动化。治疗仪器设备的发展比诊断设备要稍差一些。目前主要采用的是X射线、射线、放射性核素、超声、微波和红外线等仪器设备。大型的如：直线加速器、X射线深部治疗机、体外碎石机、人工呼吸机等，小型的有激光腔内碎石机、激光针灸仪以及电刺激仪等。手术室中的常规设备已从单纯的手术器械发展到高频电刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视，各种急救治疗仪如除颤器等。,学科内容-医用电子仪器,另一个世界各国竞相发展的高技术是，包括心电信号、脑电、眼震、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析。,学科内容-信号处理与分析技术,生物信息学,生物信息学是近年来发展并完善起来的热门交叉学科，最初常被称为基因组信息学。生物学是生物信息学的核心和灵魂，数学与计算机技术则是它的基本工具。广义地说，生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物学数据的一门学科。据预计，作为新兴交叉学科的生物信息学专业人才，将成为世纪国际、国内最紧缺的人才类型之一。主要专业课程：生物学、生物化学、分子生物学、生物统计学、数据库、计算机软件基础、生物信息学、基因芯片技术、生命系统建模等。,医疗设备较提倡的分类法有三大类，即诊断设备类、治疗设备类及辅助设备类,一、诊断设备类可分为：X射线诊断设备超声诊断设备功能检查设备内窥镜检查设备核医学设备实验诊断设备病理诊断装备等,二、治疗设备类可分为10类：,护理设备手术设备放射治疗设备核医学治疗设备理化设备激光设备透析治疗设备体温冷冻急救设备其它治疗设备,三、辅助设备类可分为如下几类：,消毒灭菌设备制冷设备中心吸引及供氧系统空调设备制药机械设备血库设备医用数据处理设备医用录像摄影设备等,重点研究方向包括： 面向重大疾病的纳米医学； 生物材料与再生医学； 生物力学和生物信息学； 分子医学影像学；微创医学； 神经医学工程； 移动/远程医学与健康信息学。,学科特点,培养目标,一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，运用到生命科学和医学等领域的技术。,本课程介绍生物学的基础知识，以便学生在了解生命活动的基本规律的基础上，对生物学的现状与未来做一个总的了解。,第 一 章 绪论第 二 章 分子第 三 章 细胞生命活动的基本单位第 四 章 代谢生命活动的基本过程第 五 章 遗传生命延续的保证第 六 章 进化生命发展的必然第 七 章 信息传递生命的调控体系第 八 章 生物多样性多姿的动物世界人多彩的植物世界神奇的微生物世界第 九 章 生物与环境可持续发展人类的共同目标第 十 章 生物技术第 十一章 现代生物材料第 十二章 仿生学,课程内容梗概：,生命的基础 （重点）,生命活动 （自学）,生物种类 （重点）,应用、交叉 (掌握),生物与环境 （自学）,what,why,how (了解),第 一 章 绪论第 二 章 分子第 三 章 细胞生命活动的基本单位第 四 章 代谢生命活动的基本过程第 五 章 遗传生命延续的保证第 六 章 进化生命发展的必然第 七 章 信息传递生命的调控体系第 八 章 生物多样性多姿的动物世界人多彩的植物世界神奇的微生物世界第 九 章 生物与环境可持续发展人类的共同目标第 十 章 生物技术第 十一章 现代生物材料第 十二章 仿生学,课程内容梗概：,what,why,how (了解),生命的基础 （重点）,生命活动 （自学）,生物种类 （重点）,应用、交叉 （掌握）,生物与环境 （自学）,第 一 章 绪论 2第 二 章 分子 4第 三 章 细胞生命活动的基本单位 6第 四 章 代谢生命活动的基本过程 2第 五 章 遗传生命延续的保证 2第 六 章 进化生命发展的必然 2第 七 章 信息传递生命的调控体系 2第 八 章 生物多样性 10多姿的动物世界多彩的植物世界神奇的微生物世界第 九 章 生物与环境 2可持续发展人类的共同目标第 十 章 生物技术 2第 十一章 现代生物材料 2第 十二章 仿生学 2,课程内容梗概：,了解,生命的基础,生命活动,生物种类,应用、交叉,生物与环境,第 一 章 绪论 【了解】,What多样性大小特征分科Why带头学科未解之谜与人类社会息息相关How研究方法研究步骤,生命的多样性生命的大小生命的特征生命科学的分科,第一章 绪论 【了解】,What,生命的多样性,无根萍,木贼,疟原虫,蘑 菇,蘑菇伞群,美丽的诱惑,秋日小圆帽,死亡天使,毁灭天使,死亡帽,大理石死亡帽,头套鹿花菌,大脑蘑菇,美丽的诱惑,青 霉,蘑 菇,蘑菇伞群,光学显微镜下的微生物,大肠杆菌,沙眼衣原体,细菌,超级细菌是对所有抗生素有抗药性的细菌的统称。能在人身上造成浓疮和毒疱，甚至逐渐让人的肌肉坏死。这种病菌的可怕之处并不在于它对人的杀伤力，而是它对普通杀菌药物抗生素的抵抗能力，对这种病菌，人们几乎无药可用。,携带有NDM-1基因，能够编码型新德里金属-内酰胺酶，对绝大多数抗生素（替加环素、多粘菌素除外）不再敏感的细菌。 每年在全世界大约有50%的抗生素被滥用，而中国这一比例甚至接近80%。正是由于药物的滥用，使病菌迅速适应了抗生素的环境，各种超级病菌相继诞生。过去一个病人用几十单位的青霉素就能活命，而相同病情，现在几百万单位的青霉素也没有效果。,研究人员认为，滥用抗生素是出现超级细菌的原因,电子显微镜腺病毒吸附在鸡红细胞上,艾滋病病毒,冠 状 病 毒,单链DNA,乙肝表面抗原,脂层（来自宿主细胞）,乙肝核心抗原,病毒基因编码的蛋白质,核衣壳,包膜,乙肝病毒的形态特征,我国目前乙肝病毒携带率为7.18%,乙肝病毒,小结 1 ： 生命的多样性,动物植物 原生生物 真菌 原核-（细菌）支原体，衣原体，立克次氏体无细胞-（病毒）类病毒，拟病毒，朊病毒,生命的多样性生命的大小生命的特征生命科学的分科,第一章 绪论 【了解】,What,生命的大小,蓝鲸被认为是已知的地球上生存过的体积最大的动物，长可达33米，重达181吨。,光学显微镜,用电子束代替了可见光 用电磁透镜代替了光学透镜,电子显微镜,光学显微镜,电子显微镜,老鼠支气管,原子力显微镜,微生物 小的直观感觉,直径约为0.2mm,10-5m(0.01mm,10um) 肉眼看见（人卵蛙卵）,10-5m(0.01mm)10-7m(0.1um或100nm) 光