定量生理学第1章绪论.ppt

1、定量生理学,李光大 河南科技大学医学技术与工程学院,定量生理学,学分：2 学时：32 学时 授课时间：周一、三晚上1011节(916周） 19:00-20:35 授课地点：西苑7-103 答疑时间及地点： 周二下午3：305：30 景华校区5-204,定量生理学,教材: 黄诒焯主编生理功能的工程分析第1版北京：高等教育出版社，1993 主要参考书: 1 Weiss TFCellular BiophysicsMIT Press 2 Vande A，Sherman J，Luciano DHuman Physiology: The Mechanisms of Body Function(Eighth

2、 Edition)McGraw-Hill 3 Bear MFNeuroscienceexploring the brain(Second Edition)McGraw-Hill (影印版)高等教育出版社 4 Kandel ERPrinciples of Neural ScienceMcGraw-Hill 5 Brown BH，Smallwood RHMedical Physics and Biomedical EngineeringInstitute of Physics Publishing 6 赵南明 主编生物物理学第1版北京：高等教育出版社，2000 7 Robert FWeaver分子

3、生物学第2版北京：科学出版社，2002 8 与定量生理学相关的各级各类国内外期刊、报纸、杂志、会议、新闻、专利、网页等等,定量生理学,总成绩： 期末考试成绩（80%）+平时成绩（20%） 期末考试成绩： 期末闭卷笔试 平时成绩： 出勤等课堂表现 作业 学期报告,定量生理学,考试时间 12月19日，星期一上午3、4节课。,第一章 绪论,定量生理学,什么是定量生理学？ 我们为什么需要学习？ 我们怎么学习这门课？,定量生理学,什么是定量生理学？ 我们为什么需要学习？ 我们怎么学习这门课？,定量生理学,什么是生理学？,生物体简介,细胞是生命的最基本单元 生物的组成层次细胞、组织、脏器、脏器系统和生物体

4、 对不同组成层次的研究，都属于生理学的范畴。,生理学概念,生理学（physiology）是生物科学中的一个分支，它以生物机体的功能为研究对象。生物机体的功能就是整个生物及其各个部分所表现的各种生命现象或生理作用，例如呼吸、消化、循环、肌肉运动等等。生理学的任务就是要研究这些生理功能的发生机制、条件以及机体的内外环境中各种变化对这结功能的影响，从而掌握各种生理变化的规律。,生理学概念,功能为什么必须工作 why? 机制怎样工作 How?,生理学概念,脏器系统概述 循环系统 消化系统 呼吸系统 内分泌系统 免疫系统 皮肤系统 肌肉系统 神经系统 生殖系统 泌尿系统,生理学概念,生命系统的基本单元

5、细胞。 细胞内液，细胞外液。 对细胞的作用有： 保护作用 交换作用 外部环境 动态平衡 紧急保护,生理学概念,动态平衡及控制 胞内外的变化 动态平衡的破坏 生理学的自动调节节 传感器及整合系统 细胞及组织的响应,生理学概念,动态平衡及控制 有效补偿 动态平衡的恢复 补偿失败 生病或死亡,生理学概念,动 态 平 衡 及 控 制,生理学概念,生理学相关研究 动态平衡 反馈控制系统 基准调节 结构/功能关系 适应性 系统的集成 通讯 膜及其交换 能量 物质的平衡 物质流动及其阻力,定量生理学,什么是定量生理学？ 定量，定性 为什么要对生理 学进行定量？,定量生理学,什么是定量生理学？ 人体是一个复杂

6、的系统，定量生理学是是综合数学、物理、化学，以及工程学中的理论、方法和技术，来研究和分析生理系统中从细胞、组织、器官、到整个人体系统多层次上的特性、控制调节过程及其动态特性的边缘、交叉性学科。,心脏机械收缩之前，先产生电激动，心房和心室的电激动可经人体组织传到体表。心电图是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化曲线图形。,心电图的临床意义,对于各种心律失常、传导阻滞的诊断有肯定价值 特征性心电图改变以及演变是诊断心肌梗死的可靠和实用方法 有助于心肌受损、供血不足、心包炎、药物和电解质紊乱等诊断 可提示心脏房室肥大 用于监测危重病人、外科手术、麻醉、心导管检查等以及航天、登山运动

7、员的心脏情况,注意：心电图不是万能的！,公元前384-322发现生物电，古埃及的壁画,1903年W.Einthoven最早研究心电图的场景，脚和手浸入生理盐水，测心电图。1924获得诺贝尔奖。,为便于观察、记录和保存，艾因特霍芬确定了心电图标准测量单位，即纵坐标波动1cm代表1mV电位差，横坐标移动1cm时间为0.4秒。他还把心电图中的一系列波分别命名为P、Q、R、S和T波，并沿用至今。1924年，因在心电图领域的杰出贡献，艾因特霍芬荣获诺贝尔医学与生理学奖。,众人之力：促进心电图学不断发展 1910年，英国刘易斯（Lewis）通过心电图确认了窦房结是心脏起搏点，之后研究出心脏整体兴奋顺序，奠

8、定了分析心律失常的基础。 1910年，苏格兰里奇（Ritchie）和乔利（Jolly）首次描述了心房扑动的心电图表现。 1912-1918年，美国赫里克（Herrick）对心肌梗死心电图表现进行了系统研究和经典描述。 1930年，美国威尔逊（Wilson）提出单极胸前导联（V1V6导联）。 1942年，戈尔德贝格（Goldberger）研制成功单极加压肢体导联（avR、avL、avF导联）。 40年的努力，最终奠定了现代心电图学的基础，随后，心电图理论和技术不断发展，心内心电图、动态心电图、食管内心电图等技术相继用于临床。,Holter ECG,定量生理学的研究方法,观察和实验 假设 变量 独

9、立变量 从属变量 控制系统 数据 复制 学说 理论 模型,定量生理学的研究方法,观察和实验 假设 变量 独立变量 从属变量 控制系统 数据 复制 学说 理论 模型,细胞粘附的标度方法分析,静态粘附： 细胞起始半径R， 表面粘附后，细胞变平坦，垂直高度发生变化，用表示， R、和a之间的关系：,R2=a2+(R-)2 = a2+R2-2R+2,由此推出的标度关系式为：,理论上：由于存在粘附能，细胞粘附时，要使细胞这样一个弹性体发生变形需花费能量。,当细胞弹性和粘附之间达到平衡时，标度关系：,从能量角度分析：细胞的弹性能量和 相关，细胞的粘附能量和Ja2相关,a3(变形体积),由此可得：,利用更严格

10、的JKR理论，可得准确表达式：,J：单位面积粘附功 用受体-配体相互作用的能量每面积的分子数目表示。,定量生理学的研究方法,观察和实验 假设 变量 独立变量 从属变量 控制系统 数据 复制 学说 理论 模型,细胞迁移和力学传导,细胞迁移四个阶段： 极化 突出和粘附 收缩 后部脱开,运用荧光标记的肌动蛋白测量细胞的运动情形：,肌动蛋白：聚合物 细胞骨架：活跃的 并列的过程：粘附，聚合（解聚）,没有外力作用时，细胞迁移类似无规行走。 迁移速度S倾向于和持续时间（P）成反比，平均的自由路程和SP相关，为一个常数：,S2Pt,趋化梯度存在时,无外力作用时,细胞迁移的二维模式,开始迁移速度增加， 然后由于粘附强度增加会出现下降,细胞粘附对细胞迁移速度影响,定量生理学的研究方法,观察和实验 假设 变量 独立变量 从属变量 控制系统 数据 复制 学说 理论 模型,1997年 Satcher 和 Dewey ： 一种特征的固体单位来模拟细胞， 该模型是一种微结构的模型，认为细胞内的肌动蛋白网络细胞骨架由相互连接的杆件构成，存在边界。,开孔细胞泡沫模型（open cell foam）示意图,开孔细胞泡沫模型,没有施加力作用的细胞,施加外力作用的细胞,定量生理学