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机能实验科学FunctionalExperimentalScience汪雄目的与要求掌握:机能实验教学的性质、任务、目的;生物体机能信号（生物电信号）的生物物理特性;生物电放大器的性能与机能信号记录熟悉:医学人才的成长和创新能力的培养靠实践的认识论原理;电刺激器的常用参数与设置了解:实验科学的方法学;生物膜电学特性及其意义第一章导论(introduction)第一节机能学实验概论一、机能实验科学的性质、任务和目的科学分为：人文科学-软科学,实辩科学自然科学-硬科学,实证科学医学实验科学：医学知识来源于基础医学和临床医学实验研究包括：急、慢性动物实验（在体、离体）临床实验有创、无创整体、器官、细胞、分子水平“实验医学”的开创者:《实验医学研究导论》《实验医学研究原理》《实验病理学讲义》《动物和植物共有的生命现象》系统地阐述了医学实验研究的方法论、哲学思想、医学实验科学的性质和任务。Principlesofexperimentalmedicine医学与哲学伯尔纳（Claude.Bernard）什么叫机能实验科学？高等医学教育教学:医学理论课和实践课。医学基础专业课程：形态学、机能学实验教学：形态学实验、机能学实验机能实验科学是用实验手段研究机体与刺激（生理、病理、药理因素）之间相互作用规律的科学。它将传统的生理学，药理学和病理生理学各自独立开设的实验进行改革、重组、融合构建而成的一门必修课程。（过去只验证，各自；现在整体观，创新）机能实验教学的任务和目的通过科学实验学习和掌握从事医学工作必要的思维方法、实验技术与方法，通过实验观察与思考实现深化认识所学的理论知识,探索未知领域，培养学员动脑、动手能力,探索创新精神和严谨、求实的科学品质。二、机能实验科学的教学内容与安排内容：从事机能学实验工作必需的基本知识，基本方法与技术和结合机能三学科理论教学内容而设计的实验实践内容。分为11章：其中1-6章为从事医学机能实验必需的基本知识，基本理论和基本技术方法；7-10章为实验内容；第11章为病例讨论。四个阶段：实验基本能力训练、基础性实验、提高性实验、探索性实验教学内容与安排理论教学：（4学时）第一章导论；第三章生物信号记录基本知识与原理实验教学：第7-10章实验内容为50个实验，按照专业层次要求选做一定内容（见教学进度表）；第11章病例讨论是在动物实验的基础上结合适宜的病例讨论以培养学生运用所学知识分析、解决临床问题的能力；其它内容为同学们自学内容。三、机能实验科学课程的要求、考试与考核课前：预习，心中有数，有备而来课中:动手、动脑、观察思考、学会提问、协作课后：实验报告考核：平时成绩，课堂提问，实验报告，考勤，表现等考试：卷面考试成绩第二节实验科学中的观察与思考一、观察、思维、想象与实验科学Observation：人们在对象或现象的自然状态下，有目的地通过感官去研究对象或现象，这就叫做观察（1）观察的客观性和全面性，切忌主观的随意性和片面性。（2）尽可能地借助于有关的仪器设备来进行，以克服感觉器官认识的局限性。Thinking、Imagine、Idea举例：1.猫怒叫中枢的发现2.导尿管的发明3.圆珠笔漏油问题的解决4.多卖牙膏的办法Experiment：人们在控制对象或现象的条件下有目的地通过感官去认识对象或现象，就叫做实验。人们根据研究的目的，利用科学方法、设备，人为地控制或模拟自然现象的条件，排除干扰因素，突出主要因素，在相对的纯粹状态下研究自然现象的认识活动。严重肝脏疾病引起的神经精神综合征。Neuropsychiatricsymptomsoccuringinpatientswithacuteorchronicliverdiseases。继发性，症状继发于严重肝脏疾病；HE患者的临床表现是一个从轻到重的连续过程，可人为地分为4期，肝性昏迷（hepaticcoma)是最后阶段。举例1：肝性脑病氨中毒学说的提出ATruestoryIn1960s,Apatient,Man,30InTaihehospitalVirushepatitis,cirrhosisStealotherpatient’ssugar(notbepunctilious)Sleepinotherpatient’sbedMentalderangementLethargy,coma第一期：轻微的性格及行为异常记忆力下降，学习、定向障碍(前驱期)分期与临床表现Moodorbehaviorchanges第二期：嗜睡期，精神错乱、肌张力增高、扑翼样震颤(昏迷前期)Inversionofsleeprhythm扑翼样震颤Flappingtremor(asterixis)第三期：昏睡期，精神错乱、易怒、暴躁(昏睡期)Mentalderangementandlethargy肝性脑病第四期第四期：昏迷期，神志丧失、不能唤醒(昏迷期)肝性昏迷(hepaticcoma)1.Eck,aRussianphysiologistDog,portal-systemicshuntComaaftereatingmeat2.MannRepeatanimalexperimentCheckplasmaammoniacontent举例1：肝性脑病氨中毒学说的提出举例2：青霉素的发现Shortstory:弗莱明的实验研究1928.9：青霉菌1930年代：弗洛里、钱恩1945：诺贝尔奖偶然性必然性：溶菌酶的发现ScientificStory举例3：神经递质的发现第二节实验科学中的观察与思考二、逻辑思维在实验科学中的应用逻辑学（logic）是一门以推理形式为主要研究对象的科学。成语故事:痴人说梦1987，费翔；板子老爷演绎推理：其特点是如果前提都真，则结论必然真。前提与结论之间有必然性的联系，结论不能超出前提所断定的范围。张举断案第二节实验科学中的观察与思考二、逻辑思维在实验科学中的应用归纳推理：前提是一些关于个别事物或现象的命题，而结论则是关于该类事物或现象的普遍性命题。归纳推理的结论所断定的知识范围超出了前提所断定的知识范围.归纳推理的前提与结论之间的联系是或然性的,其前提真而结论假是可能的.举例：内经故事-大敦穴的发现三七治疗跌打损伤的发现维生素B1缺乏与脚气病的关系缺碘与地方性甲状腺肿大归纳推理与演绎推理的主要区别演绎推理是从一般性的知识的前提推出一个特殊性的知识的结论，即从一般过渡到特殊；而归纳推理则是从一些特殊性的知识的前提推出一个一般性的知识的结论，即从特殊过渡到一般。演绎推理的结论不超出前提所断定的范围，其前提和结论之间的联系是必然的，即其前提真而结论假是不可能的。一个演绎推理只要前提真实并且推理形式正确，那么，其结论就必然真实。而归纳推理（完全归纳推理除外）的结论却超出了前提所断定的范围，其前提和结论之间的联系不是必然的，而只具有或然性，即其前提真而结论假是有可能的。也就是说，即使其前提都真也并不能保证结论是必然真实的。归纳推理为演绎推理提供前提：两者互相依赖、互为补充，比如说，演绎推理的一般性知识的大前提必须借助于归纳推理从具体的经验中概括出来，没有归纳推理也就没有演绎推理归纳推理也依赖于演绎推理。比如，归纳活动的目的、任务和方向是归纳过程本身所不能解决和提供的，这只有借助于理论思维，依靠人们先前积累的一般性理论知识的指导，而这本身就是一种演绎活动。单靠归纳推理是不能证明必然性的，因此，在归纳推理的过程中，人们常常需要应用演绎推理对某些归纳的前提或者结论加以论证。没有演绎推理也就不可能有归纳推理。归纳推理与演绎推理的主要联系举例：影响尿生成的因素实验中，给家兔注射去甲肾上腺素第二节实验科学中的观察与思考三、唯物辩证法在实验科学中的应用矛盾是普遍存在的：两点论，对立统一规律主要矛盾及主要矛盾方面用发展变化的观点把握生命活动规律和生命科学发展，辨证地去思考质量互变规律医学发展既依靠分析，也依靠综合第三节实验结果的处理及表示一、实验结果的处理：计量资料、计数资料数量的变化时程的变化结果的性质部位的分析二、实验结果的表示方法直接标注表格对照统计学处理第四节实验报告及医学科研论文的写作要求实验项目摘要引言材料与方法实验结果讨论:总结结果、寻找规律、推理分析、导出观念、得出结论小结参考文献第二章实验动物基本知识及常用生理溶液配制第一节实验动物的种类、品系、特点及编号(p13)第二节实验动物给药剂量的计算第三节常用实验动物一般生理参数第四节机能学实验常用生理溶液及配制第四章实验设计与机能学实验数据的收集、整理(p53)第五章机能实验常用器材及仪器(p85)第六章动物实验基本操作技术（p108)第三章生物信号记录基本知识及原理第一节生物膜的电学特性一、生物膜的等效电路二、膜时间常数三、膜的离子电流和刺激电流与膜电位四、刺激强度与膜电位第二节生物电信号的特性第三节生物电信号记录中的若干问题第四节生物放大器的性能指标与作用第五节电刺激器的应用一、生物膜的等效电路生物膜的电学特性—[生物膜的等效电路]生物膜的结构可兴奋细胞的跨膜电位差与离子的选择性通透性跨膜电位差的物理学描述—电阻抗（R）或膜电阻（Rm)膜可贮存电荷的物理学描述—电容器（C）或膜电容（Cm）Rm与Cm的并联关系即膜的等效电路二、膜时间常数刺激与兴奋矩形脉冲刺激电流引起的膜电位变化a：纯电阻元件的膜电位变化与脉冲电流变化同步b：纯电容元件的膜电位变化减慢，但保持其起始斜率c：含阻容元件的膜电位呈指数变化：Vm=I/CmVm=I/Cm1.Cm可减慢电流引起的膜电位变化，是因此前Cm须经历充、放电的过程2.膜电位变化快慢由时间常数决定，即t值越大，Cm充放电流越小、越慢或电容器两端电压（UC）达到某一定值所需时间越长生物膜的电学特性—[膜时间常数]进一步的物理学与生物物理学描述1.时间常数是标志RC电路充放电的基本参数2.RC电路中，电路的电压（E）随时间呈指数变化：3.由矩形脉冲电流引起的生物膜电位变化：Vm=ImRm(1-e-t/t)4.公式中e=2.72……为指数系数，t=RC为时间常数5.公式表明，膜电位下降到最初值的1/e所需时间为一个时间常数，即膜电位变化达最终值的63%所需时间为一个时间常数6.不同的生物膜，t值大小也不同，同一标本的t值大小受很多因素影响E=IR（1-e-t/t）不同细胞的电学常数细胞种类电阻电容细胞内液细胞外液细胞膜抢乌贼巨轴突29207001.1蛙肌2008715000.94HomarusVulgaris轴突6020600-70001.3CarinusMaenas轴突90202000-160001.1生物膜的电学特性—[膜时间常数]理论意义与实际应用1.生物膜中t的变化很大（神经元约1～20ms），但经检测，单位表面积的膜电容却较恒定、约10-6F/cm22.不同时间常数反映了不同细胞的Rm的不同，乃至同一神经元的各个膜区域之间的区别。而Rm的差异又代表膜离子通道类型、密度和调节方面的特性。总之，膜时间常数在决定神经元高度复杂的内在电活动，以及细胞对刺激的反应方面都起着重要作用3.生物机能实验中，多种因素如标本干燥、机械牵拉等不良刺激都可使Rm增加，影响其电活动及其对刺激的反应。因而实验中为保持标本机能状态的正常及实验结果的真实可靠，应尽量避免不良刺激对Rm的影响跨膜离子电流与膜电位变化生物膜的电学特性—[跨膜离子电流与膜电位变化]欧姆定律及其表述1.通过某一导体的电流（I）与导体两端的电压（V或E）成正比，与导体的电阻（R）成反比：I=E/R2.电导是电阻的倒数（g=1/R），引入电导概念：I=gE3.电导概念可更好地描述离子通道允许电流通过的能力生物膜的电学特性—[跨膜离子电流与膜电位变化]应用欧姆定律描述跨膜离子电流与膜电位的关系1.离子通道是一种特殊的导体，各种离子经离子通道的跨膜转运是顺化学梯度的转运，故其产生的电流的大小（I）既取决于膜电位差（E）及通道的电导（g），也与该离子的平衡电位（Es）有关：I=g(Em-Es)2.公式表明，