实验机能学教程 - 实验教学中心- 哈尔滨医科大学

1、实验机能学教程哈尔滨医科大学实验机能学教程编写人员主 编 金宏波 副主编 宋英莉 班 涛 编 者 边淑玲 孙宏丽 苏 乐 王瑞雪 宋英莉 曲丽辉 谷长任 李玉荣 朱骥伟 杨永滨 张 颖 张永春 张丽敏 金宏波 周建秋娄延平 姜晓姝 郝晓敏 班 涛 贾淑伟霍 蓉 王 然 钟 鑫 吕春梅 曹永刚王 宁 朱久新 朴贤美 刘妍妍 李鸿珠邹向晖 李文楠 徐 杰 唐立勇 李小雪吴志超 卢方浩 张 莹 张晓兰 李红霞杨永良 孙丽华 李 哲 吴 博 刘晓宇苑立军 李 勇 刘学义 白云龙 陈 畅田 振主 审 李玉荣 李 光前 言机能学实验教学中心自2000年成立，特别是2007年成为教育部国家级实验教学示范中心

2、（建设单位）以来，对实验教学进行了大量的改革，初步形成了较为完善的实验教学体系，实验机能学教材也已出版了三版。2012年，根据教育部和卫生部对医学教育综合改革的精神，落实“进一步发挥高等学校实验室在培养人才中的作用若干意见”，学校提出了实验教学改革方案。机能学实验教学改革将贯彻“以学生为中心”的教学理念，引导和激励学生自主学习，充分调动学生的学习积极性和主动性，密切联系临床实际，重点培养学生的动手能力和科学思维方式，提倡深入思考，逐步开展自主设计、自主实施、自主总结的探索设计性实验，培养学生终身学习能力。为此，本教材的编写在已有的“基础性-综合性-设计性实验”教学体系的基础上，引入PBL（Pr

3、oblem-based learning，PBL）和TBL（Team-based learning，TBL）教学理念，将贯彻启发式教学和学生自主学习作为教学改革的重点，改革实验流程和授课方式，减少教师讲授，增加学生讨论、团队协作，加强实验总结，进一步完善实验考核与评价。在教材编写过程中，坚持“三基”和“五性”的要求，根据学科特有的实践特色，除了介绍实验机能学基础理论外，在实验项目编写过程中，尝试增加了数十个相关的临床病例和分析与思考问题，力图引导学生根据所学的机能学理论，自主查找文献资料，根据给定的实验条件自主设计相关实验，并在教师指导下进行小组讨论、完善实验方案，团结协作、共同实施，同时重视

4、总结和实验报告的书写。希望通过机能学实验教学初步培养学生的基本操作能力、科研能力、创新能力、外语能力和科学精神等，使学生掌握基本的实验操作技能，学会综合运用所学知识和理论提出问题、分析问题和解决问题，提高探索意识，初步学习查阅文献、撰写科学报告，培养学生自主学习能力和创新思维能力。 在本教材编写过程中，得到学校、学院领导的关怀和帮助，也得到相关教研室的大力支持；由于参编人员较多，水平有限，加之编写时间仓促，不足之处在所难免，希望使用本教材的同道不吝赐教，也希望同学们随时提出意见，以便加以改进，使之不断完善。 金宏波二O一二年 目 录第一章 实验机能学概述第一节 实验机能学基础理论一、实验机能学

5、概述二、实验机能学的教学目的、内容和要求三、实验分组和人员分工四、实验资料的收集、记录方法五、实验评价标准第二节 生物信号的采集与处理一、生物信号二、RM6240B生物信号采集处理系统三、BL-420S生物机能实验系统四、放大器与刺激器参数设置第三节 实验机能学常用仪器一、常用换能器二、BI-2000医学图像分析系统三、脑立体定位仪四、微电极放大器五、血气分析仪六、心电图机七、分光光度计八、动物人工呼吸机九、动物行为学测定仪器 十、痛觉研究仪器十一、人体生理学实验系统十二、膜片钳放大器及膜片钳技术第四节 常用实验动物一、常用实验动物种类二、常用实验动物的生理解剖特点三、常用实验动物种类及选择第

6、五节 常用手术器械及手术基本操作一、动物实验常用手术器械及使用二、实验动物手术基本操作第六节 动物实验常用技术一、常用动物的捉持法二、常用实验动物给药法三、常用动物麻醉方法四、常用动物取血法五、动物心电图描记六、动物性周期检查七、动物急救和处死方法第七节 常用动物标本和模型制备一、蛙（蟾蜍）坐骨神经-腓肠肌标本制备二、坐骨神经-腓肠神经标本制备三、离体蛙心插管制备四、单个神经细胞的急性酶分离五、海马脑片的制备第八节 常用试剂、药物剂量的换算和配制一、常用生理盐溶液的成分及配置二、常用抗凝剂的浓度三、药物剂量的换算和配制第二章 机能学实验第一节 实验设计一、立题二、实验设计第二节 动物机能学实验

7、实验一 室性早搏的产生实验二 骨骼肌收缩与兴奋收缩脱偶联实验三 神经干传导速度测定与神经损伤实验四 生理性止血及影响血液凝固的因素实验五 高钾血症及其治疗实验六 筒箭毒碱对神经干动作电位及肌电活动的影响实验七 镇痛药、抗惊厥药的作用实验八 肝药酶与药物作用实验九 二室模型药物代谢动力学参数测定实验十 药物的安全性评价实验十一 影响药物作用的因素实验十二 有机磷酸酯类药物中毒与解救实验十三 心律失常的表现与抢救实验十四 各种离子及药物对离体心脏活动的影响实验十五 急性中等量失血性休克的表现与抢救实验十六 药物对动脉血压的影响及其受体机制分析实验十七 急性呼吸功能不全的表现与急救实验十八 消化道平

8、滑肌的收缩实验十九 肝性脑病实验二十 影响尿生成的因素及利尿药的应用实验二十一 急性缺血性肾功能衰竭实验二十二 水肿的形成与利尿药的作用实验二十三 酸碱平衡紊乱实验二十四 缺氧实验二十五 中枢神经系统损伤实验二十六 尾核神经元单位放电实验二十七 吗啡对大鼠大脑皮层诱发电位的影响实验二十八 氟哌啶醇对锥体外系的影响及东莨菪碱的对抗作用实验二十九 大鼠海马神经细胞单通道及全细胞钠通道电流的记录实验三十 海马脑片锥体神经细胞离子通道电流的记录 第三节 人体机能学实验 实验一 人体心音听诊与心音图描记实验二 人体动脉血压测量实验三 人体心电图的描记实验四 人体肺功能测量实验五 运动对人体血压、心率和呼

9、吸的影响实验六 人体肌电图的描记实验七 人体脑电图的描记实验八 视野的测定实验九 视力的测定实验十 色盲检查实验十一 视深度测定实验十二 视觉调节反射和瞳孔对光反射实验十三 眼电图第三章 创新设计性实验的设计与实施第一节 选题与设计一、设计性实验课动员二、查阅文献资料三、初步设计实验方案四、开题报告第二节 实验研究 一、预实验 二、正式实验 三、实验结果的处理分析四、撰写论文与答辩五、创新设计性实验评分第三节 常用的统计分析方法一、计量资料统计方法二、计数资料的统计方法三、回归与相关第一章 实验机能学概述第一节 实验机能学的基础理论一、实验机能学性质、任务与研究方法实验机能学是医学实验教学中的

10、一门重要课程，在医学教育中具有举足轻重的地位和重要意义。（一）机能实验学的性质和任务生理学（Physiology）、病理生理学（Pathophysiology）和药理学（Pharmacology）是研究机体功能（function）活动规律的科学。生理学主要研究正常机体功能活动的规律，病理生理学研究疾病情况下的机体功能活动规律，而药理学研究机体与药物相互作用的规律。这三门学科都是实验性学科，在理论上密切联系，实验方法与手段相似，各种理论、学说和结论都来自于科学实验，它们共同构成生理科学（physiological sceince）或人体机能学。实验机能学是将生理学、病理生理学和药理学实验内容和方

11、法整合、发展、有机融合形成的新课程，通过实验手段研究机体正常功能、疾病发生机制和药物作用规律的科学。人们对疾病的认识和治疗首先要从理解机体正常的生理功能开始，然后了解疾病的病理生理机制，继之研究药物的作用及其作用机制。例如，人们首先认识了心脏的生理功能，随后了解了心功能衰竭的病理生理学规律，继之又发现了洋地黄类药物对心脏的作用以及作用机制。实验机能学的目的就是通过对人或动物生理现象的观察、动物病理生理模型的制备和药物救治，以及实验过程中各种生命现象的观察、分析与处理等，更加科学、深入地理解机体正常生理功能，疾病的发生、发展、转化规律和药物治疗原则，为进一步学习其他医学课程提供理论和实验依据。同

12、时，实验机能学也可培养同学们独立提出问题、分析问题和解决问题的能力，使大家的自主学习能力、创新思维能力和终身学习能力得以训练和提高。（二）实验机能学的研究方法实验机能学是一门实验性科学。实验研究的步骤大体分为三个阶段，即：确立命题或提出工作假说；制定研究方案并开展研究；分析实验结果和得出结论。现代医学科学研究大量地采用了各学科发展起来的新技术，从不同的水平、不同的侧面去揭示生命活动的规律。研究生命活动的规律必然要以活着的机体、器官或组织细胞进行实验。实验机能学主要是利用动物进行实验，也可在人体上直接进行观察。动物实验可分为慢性实验与急性实验两大类。急性实验一般只观察几个小时，最多一两天；慢性实

13、验长达几个星期、几个月或更长。1慢性实验慢性实验是在无菌条件下对健康动物进行手术，暴露、摘除、破坏及移植所要研究的器官，然后尽可能在接近正常的生活条件下，观察器官的功能或功能紊乱等。由于这种动物可以在较长时间内用于实验，故此方法称为慢性实验。慢性实验方法的特点是保存了各器官的自然联系和相互作用，便于观察某一器官在正常情况下的生理功能及其与整体的关系。例如，巴甫洛夫创造的巴氏小胃，是用来研究神经系统对胃液调节的经典实验。2急性实验急性实验可分为在体（in vivo）实验与离体（in vitro）实验。在体实验是在麻醉状态下，对动物施行手术暴露器官进行观察或实验。此方法的优点是实验简单，条件易于控

14、制，有利于观察器官间的相互关系和分析某一器官活动的过程和特点。例如，观察迷走神经对心脏活动的作用时，可解剖暴露家兔颈部迷走神经并开胸暴露心脏，用电刺激迷走神经，观察、记录心脏的活动，或观察药物对迷走神经所支配心脏的作用。同样，观察某些药物对血流动力学影响时，可直接将导管插入心脏或血管记录其变化等。离体实验是从动物体内取出某一器官、组织或分离某种细胞，置于适宜的人工环境下使其在短时间内保持生理功能，观察它们的功能活动及影响因素。这种方法有利于排除无关因素的影响，在特定的条件下，观察离体器官、组织或细胞的基本生理特性。例如，为观察心脏的生理特性和药物对其的影响，可取动物的离体心脏或部分心肌为材料；

15、当观察神经本身的生物电活动时，可取动物离体神经，放置于适当的环境记录其生物电现象；研究也常用细胞分离和培养技术进一步观察细胞各种微细结构的功能和细胞内物质分子的各种物理化学变化，以阐明生命活动的基本规律及疾病和药物对生命活动的影响。 此外，还有许多实验研究方法，例如，电生理、膜片钳、脑片培养、多普勒超声、体外细胞培养、放射免疫、PCR、凝胶电泳、Southern Blot、Northern Blot、Western印迹法、原位杂交等均可应用于实验机能学研究。应当注意的是，急性实验、慢性实验和无创伤性实验等所得的结果是有差别的。在解释实验结果时，不能将特定条件下所获得的资料推演为普遍规律；同时也

16、应充分考虑人与动物之间的差异，不可简单地将动物实验结果完全应用于人体。二、实验机能学的教学目的、内容和要求（一）机能实验学课程的教学目的机能学实验教学是实现医学人才培养目标的重要环节，其教学质量直接影响医学人才培养目标的实现，以及学生创新意识、科学精神和实践能力的培养。实验机能学的教学目的是使学生通过实验课程的学习，进一步掌握实验机能学相关的基本知识、基本理论和基本技能，培养发现问题、分析问题、解决问题的能力和严谨求实的科学态度，培养综合运用功能学科群知识的能力，培养开展科学研究的基本素质和创新思维能力，为深入学习临床医学和其他医学课程打下良好、坚实的理论与实践基础。（二）机能实验学课程的教学

17、内容机能学实验主要内容包括：机能实验学常用仪器的基本原理及使用方法；实验动物的基础知识和手术基本操作；常用动物实验基本技术；常用动物标本和模型制作；动物实验设计与探索设计性实验；实验数据处理及实验报告的书写，等等。（三）实验流程与实验室规则 1实验前，学生应根据课程安排认真阅读实验教程、进行预习，根据实验教程中所提问题查找相关资料，设计实验方案。2遵守实验室守则，不迟到，不早退。因故缺席或早退应向指导教师请假并得到批准。进实验室必须穿着白服。尊师重教，听从教师指导。遵守课堂纪律，实验过程中应严肃认真，不得进行与实验活动无关的活动。3实验人员根据分组和分工，进行实验讨论和确定实验路径。实验时，要

18、密切配合，团结协作，培养科学精神。4实验人员必须先熟悉仪器使用要点后才能使用。发现仪器损坏或失灵，应及时报告指导教师修理或更换。违章操作致使仪器损坏者，按学校有关规定赔偿。5实验中要爱护公物，节约试剂与药品，精心操作。公用器材和试剂用毕后及时放回原处。实验设备、器材、药品、试剂、实验动物等不得擅自带离实验室。若有损坏或遗失，应及时报告，酌情赔偿。6爱护实验动物，操作动物要轻柔，符合规范，不进行与本次实验无关的操作。实验结束后正确处死动物。实验过程中出现其他问题，应及时向指导教师请示、报告。注意安全，防止触电、动物抓咬伤等意外发生。 7实验结束后，将本组实验台、实验器材收拾干净，摆放整齐，并将动

19、物尸体及污物投放指定处。实验室卫生由各实验组轮流打扫，保持整洁，离开时关闭水、电、气，关好门窗。 8整理实验记录和结果，进行分析讨论。认真撰写实验报告，做到文字通顺、精练，书写清楚，客观地填写和叙述实验结果与分析，按时上交实验报告供指导教师评阅。三、实验分组和人员分工在实验过程中，各实验组人员做为一个统一的整体，必须明确分工，除各自完成任务外，还必须做到术中密切配合，发挥整体的力量，共同完成实验任务。实验人员分工实行轮换。参照外科手术人员配置，在实验中，除手术者（主刀）和第一助手外，另有一人任第二助手兼器械师；一人兼任麻醉师和巡回士。实验人员在实验前必须掌握实验原理、实验准备情况，决定实验方案

20、。参加实验人员的基本分工如下：1手术者（主刀）：对所进行的实验全面负责。一般站在动物的右侧（腹部手术）或操作方便的位置，负责切开、分离、止血、结扎、缝合等项操作。实验完毕后书写手术记录。在手术过程中如遇到疑问或困难时，应征询教师和其余参加实验人员的意见，共同解决问题。2第一助手：负责取、送动物，实施麻醉。负责动物手术区域皮肤的处理。手术时站在手术者的对面，负责显露手术野、止血、擦血、打结等，全力协助手术者完成手术。手术完毕后负责处理动物。如遇特殊情况，手术者因故离开，应负责完成手术。3第二助手：根据手术的需要，可以站在手术者或第一助手的左侧。负责传递器械、剪线、拉钩和保持手术野清洁整齐等工作。

21、4器械师：站在手术者右侧，在手术开始之前，清点和安排好手术器械。在手术过程中负责供给和清理所有的器械和敷料，手术者缝合时，将针穿好线并正确地夹持在持针钳上递给手术者。此外，在手术结束前，认真详细地核对器械和敷料的数目。5麻醉师：操作生物信号采集处理系统，做好观察记录工作。观察和管理手术过程中动物的生命活动，如呼吸或循环的改变，如有变化应立即通知手术者并设法急救。6巡回士：负责准备和供应工作。摆动物体位并绑缚动物，管理手术器械，准备手套，随时供应手术中需要添加的物品。清点、记录和核对手术器械、缝针和纱布等。在实验过程中，参加手术人员要认真工作，应有高度责任心，不可草率从事，应视动物手术如同临床手

22、术。但分工也不机械教条，而应该相互尊重、相互帮助、精诚合作、默契配合，高质量地完成实验，提高每个同学观察、分析和解决问题的能力。四、实验资料的收集、记录方法（一）实验资料的收集在实验研究过程中，要采用科学严密的实验观察方法，准确、客观、全面地收集实验资料。为保证实验的可靠性，首先应从实验药品、实验试剂的配制，实验动物的准备和观察指标的确定等方面严格控制实验误差。在实验过程中，努力养成认真准备、认真观察、及时记录、积极思考、大胆质疑的科学作风和良好习惯。 实验过程中，应详细进行收集和记录的资料包括：实验人员；实验的名称；实验动物一般情况；实验药物与试剂情况；实验仪器设备情况；实验环境因素；实验步

23、骤、实验方法和实验进程的详细记录；实验过程中各项观察指标（实验数据）的详细记录；实验的结果与分析。（二）实验资料的整理 实验中得到的记录结果为原始资料。原始资料包括各种描记曲线、计量资料（如血压值、心率、呼吸频率、体温数值、尿量、生化测定数据、血气测定结果等）、计数资料（阳性反应或阴性反应数、动物死亡或存活数）、心电图、脑电图、肌电图和某些现象的照片或文字描述记录等。 实验结束后，应对原始记录进行及时的整理和分析。实验结果如果以曲线、图形等记录在实验仪器上的，可通过打印机打印出来，附在实验报告上。某些实验数据需经过统计学处理后，以表格或统计图形式表示。用表或图表达实验结果时，均应有表题和图题，

24、并在图中标注说明，必要时添加“表注”或“图注”。（三）实验报告的书写要求 1实验报告的含义及其重要性 实验报告是将实验的目的、方法、结果等内容如实地记录下来，经过整理而写出的书面报告，是完成一项实验后的全面总结，可使学生对实验过程中获得的理论知识和操作技能进行全面总结，将感性认识提高到理性认识。一份实验报告的质量可以体现出实验者的实际工作能力。一份好的实验报告应记述明确的实验目的、可靠的实验方法、取得的结果和对实验结果进行分析、综合得出的正确结论。同时，还应指出尚未解决的问题和实验尚需注意的事项。 书写实验报告的过程是用所学的机能学基本理论对实验结果进行分析综合，经过逻辑思维上升为理论的过程，

25、也是锻炼学生科学思维，独立分析和解决问题，准确地进行科学表达的过程。因此，实验报告的书写能使学生在专业知识、自学能力、思维能力、研究能力、表达能力和科学态度等方面都得到培养训练和提高。 2实验报告的书写格式 实验报告要求结构完整、文字简练、条理清楚，并注意科学性和逻辑性，有固定的格式。其格式内容包括：姓名、班级、组别、日期、同组者；实验名称；实验目的和原理；实验对象；实验器材与药品；实验方法与步骤；实验结果；讨论与结论等； 3实验报告的主要内容（1）实验名称 即实验报告的题目。力求具体、确切、简练概括实验内容。 （2）实验目的和原理 实验目的是说明通过实验要学习和掌握的相关理论，应掌握的实验方

26、法和技术，所要达到的预期结果等。实验原理是指所设计的实验方案的可行性理论依据。根据不同的实验，可文字叙述，也可用计算公式、化学反应式等方式表达。可用简短的文字书写目的和原理。（3）实验对象、器材及实验步骤 是指实验所使用的对象、器材、方法和实验操作程序等。实验对象、器材和药品包括各种仪器设备名称；药品或试剂名称；动物名称、种系、品系与动物特征（如性别、年龄、身长、体重、健康状况等）。实验方法包括观察指标、手术（标本制备）过程、记录手段和方法，以及实验所使用装置、实验条件等。书写时，要按实验时实际操作和具体情况，真实而详细地记录，以反映实验进行的实际过程，并使他人能清楚了解实验过程。其表达形式可

27、采用文字按序号描述，可列表格，也可绘制箭头图或流程图等来表述。要求完整、客观、具体、简练、清楚地表达。 （4）实验结果 是指实验对象经过实验过程后得到的结果，是实验结论的依据，也是整个实验报告最重要的部分。其内容包括：实验过程中所观察到的各种现象，包括记录的定性或定量结果，动态变化过程和最终结果。实验所测得的原始数据、图象，包括实验数据的计算过程、公式和单位。统计学处理的结果，要说明其处理过程和结果。（5）讨论与结论 讨论是根据实验所观察的现象与结果，联系理论知识，对实验结果进行分析和解释。讨论的内容主要包括：阐明由实验结果说明有关的理论和概念；指出实验结果或结论的意义；分析实验中的失误、误差

28、或总结实验成功的经验和体会；指出需要进一步探讨的问题，对实验的改进意见或建议等。结论是本实验所发现或所能证明的问题。结论要求证据充分，简单明了。五、实验评价标准实验机能学考核方式包括：平时考核、实验报告、能力测试和理论考核。实验机能学学生实验课堂考核评分标准如下。1准备等级优秀良好及格不及格较差评分细则课前预习充分，涉及多学科资料，甚至临床知识，对所准备资料有系统贯通性理解课前预习较为充分，涉及不同来源资料，能较好的综合不同观点课前做了必要的预习，调动必要的手段获取素材，但有时综合理解欠佳课前预习不充分，资料来源比较单一，知识综合理解较差课前预习很差，对获得资料没有基本的综合理解分值10987

29、6543212讨论等级优秀良好及格不及格较差评分细则在讨论过程中能经常用推理和数据来讨论矛盾，经常提出一些有助于深入思考的问题在讨论时可以运用资料数据讨论问题，可以提出一些有新意的问题有时质疑他人观点或响应他人的质疑，能对部分滞留问题进行理解分析讨论时偶尔提问，或质疑他人观点，能识别一些明显错误，提出一些争论从参与观点讨论，不能引发争论分值109876543213实践等级优秀良好及格不及格较差评分细则在实践操作过程中积极参与，表现出极好的动手能力，可以独立的完成实验可以很好的进行实践操作，表现出很好的独立动手能力，可以在别人辅助下完成实验在实验过程中能独立完成基本的操作，可以和他人合作完成实验

30、只能独立进行有限的实验操作，能够辅助他人操作无法独立完成实验操作，不能很好的辅助他人操作分值109876543214交流等级优秀良好及格不及格较差评分细则具有极好的交流技巧，通常能准确、清晰地解释要点和观点表现出良好的交流技巧，能用简单的语言表达复杂的观点有一般的交流技巧，表达抽象概念时有一定困难，更倾向直接阅读文字交流技巧有限，仅能表达简单、具体的观点交流技巧差，无法表达简单的观点分值109876543215参与等级优秀良好及格不及格较差评分细则积极并富有建设性地参加讨论，理解深刻，兴趣浓厚，热情高经常参与讨论，对话题有较深理解，学习目的明确对讨论有一定贡献，学习态度端正，有一定兴趣偶尔参与

31、，通常表现肤浅，看得出是兴趣有限不感兴趣，几乎不参与讨论分值109876543216团队精神等级优秀良好及格不及格较差评分细则具有优秀的团队精神，能经常关心和鼓励队友，并在讨论中不霸道抢答表现出良好的团队精神，在小组活动表现活跃，能帮助他人具有团队精神，有时表现被动，但能响应其他的小组成员被动、有限的团队精神，总是持防范态度缺乏基本的团队精神，我行我素分值10987654321第二节 生物信号的采集与处理一、生物信号生物信号（bio-signal）的表现形式具有多样性，一般可分为两类，一类是电信号，如心电、脑电、肌电和细胞电活动（动作电位、静息电位）；另一类是非电信号，如血压、呼吸、心音、体温

32、、肌肉收缩、二氧化碳分压、氧分压、pH等。生物信号具有信号弱、噪声强、频率范围低、不稳定、非线性、随机性等特点。生物信号采集处理系统的功能就是通过采集各种生物机体内或离体器官的生物电信号以及张力、压力、温度等非电信号的波形，从而对生物体在不同实验条件下所发生的功能变化加以记录与分析。为了观察到生物信号波形，首先应将生物信号从生物体引导到生物信号采集处理系统中。常用的生物信号引导方法有两种：直接使用引导电极（线）对生物体电信号进行引导；测量电极即引导电极，用于检测心电图、脑电图、肌电图、眼电图及细胞等体内、体表生物电时所采用的一类传感器。通常是由经处理的某种金属板、金属细针或金属网制成（铜、银、

33、金、铂）。通过传感器（sensor）或换能器（transducer）对生物体内非电信号进行引导。传感器可以将生物体的非电信号转换为电信号，然后引导入实验系统进行观察。根据传感器引导信号的不同类型，可以将传感器分为不同的类型。例如：引导血压的称为压力传感器，引导张力的称为张力传感器，引导呼吸的称为呼吸传感器，引导温度的称为温度传感器，等等。生物信号采集分析处理系统的基本原理是将从生物体采集的生物信号，进行放大、滤波等处理，然后对处理的信号通过模/数转换，并将数字化后的生物信号传输到计算机系统，计算机则通过专用的实验系统软件接收数字信号，然后对这些收到的信号进行实时处理、显示。另外，生物信号采集处

34、理系统软件也可接受指令发出电刺激信号（图1-1）。 输入 模拟信号 放大/滤波/采样 数字信号 显示/处理生物信号 换能器 生物信号采集处理系统 计算机图1-1 生物信号采集处理系统原理二、RM6240B生物信号采集处理系统RM6240B生物信号采集处理系统是综合应用多媒体计算机技术、电子技术和数字信号处理技术，集生物信号采集、放大、显示、记录与分析为一体的实验系统。（一）系统组成RM6240B生物信号采集处理系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括外置式程控放大器、数据采集板、数据线及各种信号输入输出线。其前面板上设置有外接信号输入插座（通道14）、刺激器输出、记滴输入、监听输出和心电全导联输入

35、插座等，如图1-2所示。图1-2 RM6240B生物信号采集处理系统面板（二）启动软件开始实验前，仔细检查与各信号输入、刺激输出连接线与实验装置的连接等，首先打开外置仪器的电源（前面板电源指示灯亮），然后启动计算机，用鼠标双击Windows系统桌面上的“RM6240B生物信号采集处理系统”图标即可进入实验系统。应当注意的是，开机顺序是先开外置仪器，然后再进入实验系统。如果未开外置仪器即进入实验系统，系统无法进行“示波”或“记录”，此时应先退出软件系统，开启外置仪器后再进入系统。（三）系统软件功能 图1-3 RM6240B生物信号采集处理系统主界面RM6240B生物信号采集处理系统主界面（图1-

36、3）包括：菜单条：位于主界面上方，显示顶层菜单项。选择其中的一项即可弹出其子菜单。工具条：工具条位于菜单条的下方。菜单条中最常用的指令，都能在工具条中找到对应的图标（只需鼠标直接点击即可）。控制参数区：位于主界面的右测。每个通道都有独立可调的控制参数区，用于选择当前通道的模式和调节灵敏度、时间常数、滤波、扫描速度等参数。用鼠标点击这些功能可调节各通道的实验参数。监视参数区：位于主界面左侧。单击其中的“选择”命令，可进行参数设置和测量等功能。信号显示区：用于显示各通道信号、分析波形和刺激信号等。标记框：用于实验中增加或删除标记等。（四）实验过程（示波、记录与分析）实验开始，进入RM6240生物信

37、号采集处理系统后，可以通过主界面右侧“控制参数区”从上至下依次在各通道设置所需要的通道模式、扫描速度、灵敏度、时间常数和滤波等参数。系统在实验过程中分三个状态，即示波、记录和分析状态。1示波状态：在示波状态点击工具栏“开始示波”按钮（图标 ）系统即开始采集信号，并把采集到的信号波形实时显示出来，点击“停止”按钮（图标 ）系统即停止采集信号。在示波状态可以调节各种实验参数如通道模式、扫描速度、灵敏度、时间常数等，也可选择各种实时处理模式如频率谱、相关图、微分、积分、直方图等，选择刺激器、记滴等功能。2记录状态：点击“记录”按钮（图标 ） 系统即开始在显示波形的同时将采集到的信号实时存储到硬盘。在

38、示波状态点击记录按钮，可直接进入记录状态；一旦在示波状态点击记录键，系统将当前屏幕所显示的波形以及此后采集的信号实时记录到硬盘上。在记录状态下，如点击暂停键（图标 ）则暂停记录，再次点击暂停键，则系统在原记录文件基础上继续记录。实时记录的信号是以临时文件的形式记录的，只有在退出系统前正式存盘，该文件才能转换成正式文件。记录状态也可调节各种实验参数和模式，但有些参数如采集速度必须在示波状态才能调节。在记录状态，通过双击鼠标左键可激活或取消系统具备的计时功能，通过单击鼠标右键还可在所需通道打上中文词条标记。实验过程中，如果需要施加刺激，可通过工具栏“刺激”按钮，调节刺激参数，输出相应的刺激。3分析

39、状态：从记录状态停止记录或打开一个已记录存盘的文件，系统即进入分析状态。在分析状态系统可对记录的波形进行各种测量、分析、编辑和打印。在分析图形时,可将各种参数的测量结果显示或记录在数据板上（可用工具条中“测量信息”项打开数据板），便于用户编辑和打印。三、BL-420S生物机能实验系统（一）系统组成BL-420S生物机能实验系统是四通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统，由计算机；BL-420S系统硬件；生物信号显示与处理软件三个主要部分构成。系统从生物体内或离体器官中探测生物电信号或张力、压力等非电信号，并可对实验数据进行储存、分析及处理。BL-420S生物机能实验系统硬件前面板（图1-

40、4），包含有：4个信号输入接口、1个触发输入接口、1个刺激输出接口、1个记滴输入接口和1个电源指示灯。图1-4 BL-420S系统硬件前面板在BL-420S生物机能实验系统硬件背面板，其左侧上部为电源开关（I示关，O示开），电源开关下面是12V直流电源输入接口，背板中间有金属接地柱（）连接地线，中间靠下为监听输出接口，可与音箱相连；背板右下部为USB接口，通过USB接口线与计算机的USB接口相连。（二）启动软件开机前应检查实验所用的传感器、信号输入线、刺激输出线等是否正确连接在相应的通道；依次开启实验台电源、显示器、BL-420S系统和计算机电源；计算机进入Windows操作系统，双击操作系统

41、桌面上的“BL-420S生物机能实验系统”图标即可启动程序。根据选择的信号种类或实验项目为每个实验通道设置相应的初始参数，包括实验通道的采样率、增益、时间常数、滤波、扫描速度等。按下工具条上的“开始实验”按钮即可开始实验。（三）系统软件功能TM_WAVE生物信号采集与分析软件的主界面如图1-5所示。分时复用区标尺调节区1通道波形显示区菜单条工具条通道选择标题条实验标记编辑Mark标记区状态条数据滚动条及反演按钮区分时复用区切换按钮采样率选择左、右视分隔条左视右视显示通道之间的分隔条刺激图1-5 TM_WAVE生物信号采集与分析软件主界面四、放大器与刺激器参数设置 （一）放大器参数设置为了采集到

42、理想的生物信号以及产生稳定的电刺激信号，常常需要根据不同实验内容对系统的放大器参数和电刺激器参数进行设置，以求达到更好的实验效果。下列为一些常用机能学实验项目中，放大器与刺激器参数设置（表1-1，表1-2）。表1-1 部分实验的放大器参数实验名称实 验 参 数采集频率扫描速度灵敏度时间常数滤波常数50Hz陷波（减压）神经放电20KHz80ms/div50V0.001s3KHz开（兔）动脉血压800Hz500ms/div12KPa直流30Hz关心电图4KHz200ms/div1mV0.2s30Hz开大脑皮层诱发电位20KHz10ms/div500V0.02s100Hz开蛙心期前收缩-代偿间歇40

43、0Hz1s/div5 mV直流10Hz开神经干兴奋传导速度的测定40KHz1.0ms/div2 mV0.001s1KHz关神经干兴奋不应期的测定40KHz1.0ms/div2 mV0.001s1KHz关神经干动作电位40KHz1.0ms/div2 mV0.001s1KHz关肌肉神经刺激频率与反应400Hz1s/div50 mV直流100Hz开肌肉神经刺激强度与反应400Hz1s/div50 mV直流100Hz开蛙心灌流400Hz2s/div5 mV直流10Hz开心肌细胞动作电位10KHz80ms/div50 mV直流500Hz开呼吸运动调节800Hz1s/div5 mV直流10Hz开消化道平滑

44、肌的生理特性400Hz2s/div5 mV直流10Hz开肌梭放电20KHz40ms/div50V0.002s3KHz关耳蜗生物电活动20KHz40ms/div100V0.02s1KHz开中枢神经元单位放电20KHz80ms/div50V0.002s1KHz关脑电图800Hz250ms/div100V0.2s10Hz开影响尿生成的因素200Hz8s/div2.4KPa直流100Hz开脉搏800Hz250ms/div25 mV直流10Hz开（二）刺激器参数设置 各种内外环境变化都可成为生物体的刺激因素。例如，如光、声、电、温度、机械及化学因素等都可使可兴奋组织产生反应。但在实验机能学中应用最多的是

45、电刺激。电刺激在刺激频率、强度及刺激持续时间方面均易精确控制，对组织没有损伤或损伤较小。电子刺激器（electronic stimulator）是发出电脉冲用以引起组织兴奋的仪器，可通过调节模式、刺激方式、刺激波宽、频率、强度、脉冲数、波间隔、主周期等参数（图1-6），获取理想的电刺激信号用于实验。 图1-6 刺激脉冲参数示意图模式：正电压、负电压、正电流、负电流。方式：单刺激、串单刺激、连续单刺激、自动串单刺激、双刺激、串双刺激、连续双刺激、自动串双刺激、定时刺激。波宽：刺激脉冲高电平。 频率：刺激脉冲频率（单位时间内（每秒）刺激脉冲数）。周期（T）1 / 频率（f）强度：刺激的强度。脉冲数

46、：串脉冲（单刺激或双刺激）时的刺激脉冲个数。波间隔：双刺激时第一个刺激脉冲和第二个刺激脉冲之间的时间间隔。T1（刺激前延时）：刺激脉冲发出之前的初始延时。主周期：当重复次数大于1时，主周期即为每次刺激组的总时间，但是主周期必须大于有效激时间（即刺激动作没完成之前，主周期不可结束）。例如：定时刺激：主周期（s） 延时（s） 波宽（ms）波间隔（ms）脉冲数表1-2 部分实验的刺激参数实验名称刺 激 参 数刺激方式延时波宽强度波间隔备注大脑皮层诱发电位单刺激10ms0.2ms7.5V用叠平均功能蛙心期前收缩与代偿间歇单刺激0.0ms10ms4V神经干兴奋传导速度的测定单刺激5.0ms0.2ms1V

47、神经干不应期的测定双刺激2.0ms0.2ms1V20ms（起始值）神经干动作电位单刺激5ms0.2ms1V肌肉神经刺激强度与反应自动单刺激 高 级 （选项）强 度 递 增延时波宽强度频率脉冲数强度增量组间延时20ms1ms0.1V1Hz1（串）0.02V2s肌肉神经刺激频率与反应自动单刺激 频 率 递 增 (常规实验)延时波宽强度频率脉冲数频率增量组间延时20ms1ms2V1Hz1（串）2Hz4s 第三节 实验机能学常用仪器一、常用换能器换能器（transducer）又称为传感器（sensor），是将非电信号转换成电信号的装置。在机能学实验中，从人体或动物中提取的生物信号有许多都是非电信号，如

48、血压、心搏、骨骼肌收缩、温度变化等。为便于观察和记录这些信号，须用换能器将它们转变成电信号。换能器的种类很多，根据其转换信号的不同，分为压力换能器、张力换能器、呼吸换能器、心音换能器等。其中以压力换能器和张力换能器在实验机能学中应用最广泛。现将这两种常用换能器原理和使用方法如下。（一）压力换能器 压力换能器（pressure transducer）主要用于测量和转换动脉血压和其他可以通过液体传导的压力。换能器的工作原理是利用惠斯登电桥（Wheatstone bridge）的基本结构来实现能量的转换。在换能器内有一平衡电桥，该电桥的一部分由应变电阻元件构成，将压力的变化转换成电阻值的变化。当换能

49、器感受的压力为零时，电桥平衡，输出为零（由于各种非正常原因引起的电桥不平衡，造成基线不在零位置上）；当压力作用于换能器时，应变电阻元件的电阻值发生变化，引起电桥失衡产生电流从而换能器产生电信号输出。在换能器的测定范围内该电信号大小与压力呈相关的线性关系（图1-7）。图1-7压力传感器的原理及外形在观察、记录血压时，首先应将换能器及测压插管内充满抗凝液体，并排尽其中的气泡。将测压插管与大气相通，确定零压力时的基线位置后即可进行血压观察、记录。需要注意的是：测量血压时，换能器应放置在与心脏平行的位置，以保证测量结果的准确；血压换能器有一定的测压范围，不要用换能器测量超过其范围的压力；严禁在换能器管

50、道处于关闭状态时，用注射器向换能器内加压；每次使用后，应将换能器内的液体及时清除，并用蒸馏水洗净、晾干。（二）张力换能器 张力换能器（tension transducer）主要用于测量和转换骨骼肌收缩、心肌收缩和其他位移信号。张力换能器的工作原理压力换能器相同。张力换能器的应变电阻时粘贴在应变梁上，力作用于应变梁，应变电阻值改变，电桥失衡；换能器将张力信号转换成电信号输出（图1-8）。图1-8机械-电传感器的原理及外形R4为应变片，R5为可调电位器，S为开关实验时，用丝线将张力换能器的应变梁与实验对象（如肌肉标本）相连。连接的松紧度以丝线拉直为宜，并尽量使丝线与应变梁呈垂直方向。选择适当的放大

51、倍数，即可观察、记录张力变化。注意：张力换能器有一定的测量量程，不宜测量超过其量程的负荷，以免损坏换能器。张力换能器应变梁口是开放式的，在实验过程中应防止液体滴入换能器内部。在使用张力换能器过程中，应避免换能器的碰撞、摔打。二、BI-2000医学图像分析系统BI-2000医学图像分析系统集图像采集、分析处理为一体，被广泛应用于教学与科研实验中。可进行微循环图像和生理参数集成观测、迷宫自动跟踪分析、免疫组化和体积测算、离子通道图像分析、静态和动态图像处理分析以及电化教学等。打开BL-2000图像分析系统，进入微循环观察测量窗口，可以看到微循环观察测量的各项参数。窗口内可分为视频控制、实验参数、数

52、据处理录象分析和微循环测量记录等设置。三、脑立体定位仪在某些中枢神经系统实验中，需要对动物脑的一定部位予以标定、记录、刺激或损毁，以便了解脑不同水平核团的功能活动。脑立体定位主要利用动物颅骨外的一些标志与颅内脑结构相对固定的位置关系，可把电极和导管放置到脑的一定部位，此种定向安置的技术被称为脑立体定位术（stereotaxic surgery）。一般常被作为颅外标志的部位有前囟、人字缝尖、矢状缝及外耳道等。（一）脑立体定位仪的结构图1-9 江湾1型C脑立体定位仪示意图图1-10 大鼠头在江湾1型C脑立体定向器上的固定方法脑立体定位仪由基架和相关固定装置构成。基架也有不同形状，如轨道式、平板式及

53、马蹄铁式等，一般基架较重，起稳定及防震作用。固定装置包括动物固定器的耳杆、门齿固定板、上颌固定弓及其他附属装置等（图1-9、1-10）。（二）脑立体定位原理根据相互垂直的两个面决定一条线，而相互垂直的三个面决定一个点的原理，人为的设定三个零平面，即水平零平面、矢状零平面和冠状零平面，然后根据脑的不同结构对应这三个平面的不同距离，确定核团位置（图1-11）。图1-11 常用动物颅骨与水平平面及垂直平面的关系（三）脑立体定位图谱为确定不同种属动物的中枢核团位置，常选用不同动物（如鼠、兔、猫等）以不同的位置固定头部，即耳杆与门齿环的相对高度距离不同，确定水平零平面，以H0表示。矢状零平面一般是含矢状缝并与水平零平面垂直的平面，以L0或R0表示。冠状零平面（AP0）不同动物标准不同，如大鼠和兔是以含有前囟中心并与