生物電磁學(xué)課件

電離輻射直接作用間接作用生物體分子激發(fā)電離DNA周圍物質(zhì)(水)激發(fā)電離原始創(chuàng)傷擴(kuò)散自由基分子內(nèi)能轉(zhuǎn)移與生物分子作用生物自由基物理階段10-18~10-11s化學(xué)階段10-11~1s1、加成反應(yīng)：

OH?和H?對DNA分子堿基親和力較大，造成核酸堿基損傷2、抽氫反應(yīng)：（氧化性）

OH·易從生物大分子中抽取一個(gè)H，造成DNA連斷裂3、電子俘獲：（還原性）eaq-攻擊導(dǎo)致—S—S—斷裂，引起蛋白質(zhì)、酶失活DNA和膜是射線的靶，是引起細(xì)胞變化的關(guān)鍵生物電磁學(xué)

(Bioelectromagnetism)●用電磁學(xué)理論和方法研究包括電離輻射、靜電場和磁場在內(nèi)的電磁波與具有電磁結(jié)構(gòu)的生物體相互作用的機(jī)理、特性、規(guī)律以及應(yīng)用的學(xué)科生物電磁性質(zhì)（產(chǎn)生機(jī)制、理化性質(zhì)和時(shí)空變化規(guī)律）電磁場的生物效應(yīng)§1—1生物電特性蛋白質(zhì)——構(gòu)成成分氨基酸在水中離解成離子基團(tuán)或電偶極子DNA——堿基和磷酸酯存在離子基團(tuán)和電偶極子生物水——電偶極子組織液——無機(jī)離子K+Na+Ca2+Cl-等體內(nèi)電荷形式：離子、離子基團(tuán)、電偶極子帶電原子的相互作用維持空間構(gòu)型二、生物水的電特性水分子具有很強(qiáng)的偶極性；能與其它離子或生物大分子之間以氫鍵相聯(lián)系，決定其構(gòu)象和功能平均壽命10－11s2、DNA的偶極矩DNA由核苷酸分子構(gòu)成，核苷酸兩端的基團(tuán)都是極化的，具有一定的電偶極矩。DNA中每一個(gè)堿基都具有一定的電偶極矩.是電磁作用的靶點(diǎn)A-T5.9DC-G6.2D磷酸頭（親水性）甘油酯尾（疏水）磷脂分子⑴細(xì)胞膜——脂雙層1、細(xì)胞靜息電位細(xì)胞膜內(nèi)外存在電位差，稱為膜電位。●人體任何細(xì)微的活動(dòng)，都伴隨著生物電的產(chǎn)生和變化●生物電是以細(xì)胞為單位產(chǎn)生的。三、細(xì)胞電活動(dòng)基礎(chǔ)（組織液中的帶電離子）式中k為玻耳茲曼常數(shù)；Z為離子價(jià)數(shù)。能斯特方程半透膜u⑵靜息電位KCl●跨膜電位差形成的原因：①膜內(nèi)外各種離子分布不均勻——不對稱性；②膜對各種離子具有不同的通透性——選擇通透性；③離子間存在靜電相互作用——離子濃度和功能不同。部分心肌細(xì)胞偶極子的電位：瞬時(shí)心電向量：②心電向量●人體組織是容積導(dǎo)體，心肌細(xì)胞興奮時(shí)，心電偶形成心電場，使人體體表各點(diǎn)均具有一定的電位

用心電圖機(jī)記錄下隨心動(dòng)周期而變化的電位差波形即為心電圖。③心電圖●大量細(xì)胞組成的生物組織——生物電信號源?！裨隗w表檢測電位的變化，可以反映體內(nèi)的生理功能。零電勢點(diǎn)的確定心電圖導(dǎo)聯(lián)心電導(dǎo)聯(lián)：以單極導(dǎo)聯(lián)法為例2cos600cos(1800+θ)=－cosθ4、腦電的產(chǎn)生●大腦皮層有數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元組成，神經(jīng)元具有生物電活動(dòng)，大腦皮層經(jīng)常具有持續(xù)的節(jié)律性電位的改變，稱為自發(fā)腦電活動(dòng)。用電極在頭皮上觀察皮層的電位(10～100μV)變化，記錄到的腦電波稱為腦電圖?！裾T發(fā)電位：由外界誘發(fā)（電、光、聲等刺激）引起腦電位的變化（經(jīng)頭皮引出0～10μV)△xaL2πa+++++++++++++++++++++++++——————+四、細(xì)胞的電參量△xThecellmembraneasanRCcircuit五、生物電阻抗不同組織導(dǎo)電性能差別大：人體外層是導(dǎo)電能力很差的皮膚,內(nèi)部有導(dǎo)電能力較強(qiáng)的體液。各組織的含水量、含離子量和結(jié)構(gòu)特征不同，電阻率不同。組織電阻率組織電阻率腦脊液血清血液神經(jīng)肝0.5550.7141.8525.080.0腦脂肪濕皮干皮無膜骨肌肉10710.8×10238.0×10240.0×10320.0×10590.0人體組織的直流電阻率（Ω·m）2.人體電阻抗與電流頻率有關(guān)：人體可看成是一個(gè)電解質(zhì)電容器和電阻的并聯(lián)電路。直流在細(xì)胞間隙流過；交流可通過細(xì)胞間隙和細(xì)胞頻率0100Hz10kHz10MHz10GHz電阻率909.17.72.00.8人體肌肉組織電阻率與頻率的關(guān)系4.人體電阻抗的測量EffectsofFrequencyonNeuromuscularStimulation◆

電療+－對電流強(qiáng)度的反應(yīng)（50Hz)1mA刺激感（麻木）；2—7mA強(qiáng)烈麻刺感；8—10mA手難擺脫電源；20—25mA不能自主、呼吸困難；25—80mA呼吸肌痙攣、心室纖顫對頻率的反應(yīng)外加各種頻率的電流，可以影響體內(nèi)的生理功能?！袢梭w中所含元素：碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯、鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等和一些微量元素。其中多數(shù)有順磁性（3d或4d族的過渡離子）。蛋白質(zhì)、酶和自由基均為順磁性●占人體70%的水具有弱抗磁性?！駱O少數(shù)材料為鐵磁性一、生物材料的磁性§1—2生物磁現(xiàn)象生物磁學(xué)的研究內(nèi)容包括兩部分：①生物機(jī)體自身或被誘發(fā)產(chǎn)生的磁場——診斷；②磁場引起的生物效應(yīng)——治療。三、機(jī)體與外磁場的相互作用1、感應(yīng)電動(dòng)勢：生物（帶電）體在磁場中運(yùn)動(dòng)所致。分子極化——電荷再分布；帶電粒子遷移——傳導(dǎo)電流；2、洛侖茲力：

磁場中，帶電粒子改變原來的運(yùn)動(dòng)方向?；瘜W(xué)物質(zhì)內(nèi)部再分布。3、磁化：

具有固有磁矩的永磁偶極子、磁性微粒、正負(fù)離子、自由基等受磁場力矩作用產(chǎn)生磁化。沿外磁場取向（離子轉(zhuǎn)動(dòng)、改變分子鍵角）4、磁力：

使具有固有磁矩的微粒產(chǎn)生位移。導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散和積累。四、磁療●利用磁場治病，我國已有兩千多年的歷史。利用磁場的生物效應(yīng)，已制成多種磁療儀器。簡單的有磁石穴位粘帖膠布、磁化水杯、磁枕、磁性腹帶等。特點(diǎn)：安全、方便、無痛苦。依據(jù)：中醫(yī)經(jīng)絡(luò)理論，在人體經(jīng)穴處施加磁場。作用：活血化淤、鎮(zhèn)靜止痛、消腫消炎、安神降壓等。療效：高血壓、神經(jīng)衰弱、各種疼痛性疾病乳肌勞損、扭挫傷、骨質(zhì)增生、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。磁場類型：恒定磁場、旋轉(zhuǎn)磁場、脈沖磁場、交變磁場等研究內(nèi)容：磁場類型、磁場強(qiáng)度、作用部位、治療時(shí)間等

五、心磁場與心磁圖

(Magnetocardiogram)●心肌的興奮→心臟電場→體外（心）磁場。在體外測定胸部周圍磁場變化，記錄下來就是心磁圖。心磁圖與心電圖一樣，用P波、QRS波群、T波、和S－T段命名●心磁圖與心電圖比較：心磁圖是非接觸性的記錄法，SQUID磁強(qiáng)計(jì)裝置體積大且價(jià)格昂貴。六、肺磁場●多數(shù)粉塵具有磁性：肺內(nèi)積蓄的粉塵在外部強(qiáng)的恒磁場下將被磁化。▼把外加恒磁場撤去，肺內(nèi)被磁化的粉塵產(chǎn)生的附加磁場仍然存在，經(jīng)測定可推測粉塵的量和分布情況。●探測方法：▼用工頻消磁器使肺部污染的強(qiáng)磁性物質(zhì)去磁，諸點(diǎn)測量作第一張肺磁圖▼施加一均勻磁場使污染物質(zhì)磁化，做第二張肺磁圖；▼兩張肺磁圖對應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)相減，得第三張肺磁圖即為強(qiáng)磁性污染剩余場在肺中的分布圖。?腦電神經(jīng)活動(dòng)聯(lián)系著體內(nèi)復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)，支配著從運(yùn)動(dòng)、體感、聽覺、視覺等基本功能，到語言、情感、思維等高級功能。?微弱的電(磁)信號有波形、幅度、能量、頻率、相位、頻譜等特征，與特定的正常和異常生理活動(dòng)過程相對應(yīng)?！衲X磁圖是腦神經(jīng)細(xì)胞的生物電流產(chǎn)生的磁場，在頭部表面的檢測結(jié)果。

測量的是體內(nèi)神經(jīng)電流源引發(fā)的瞬間磁場。七、腦磁圖(Magnetoenceghalogram)腦磁圖檢測分類：①自發(fā)性腦磁場：

α波；癲癇性棘波。②誘發(fā)性腦磁場：體感意識(shí)、聽覺、視覺等誘發(fā)磁場。③內(nèi)因性腦磁場：意識(shí)、隨意運(yùn)動(dòng)前主觀設(shè)想、抽象思維。優(yōu)點(diǎn)：不受組織電阻的影響；無損傷；對腦內(nèi)興奮部位推斷有獨(dú)特性腦磁圖藍(lán)色區(qū)為癲癇灶組成：①SQID本身被封在一個(gè)超導(dǎo)屏蔽的小盒內(nèi)，可對干擾磁場進(jìn)行部分屏蔽；