電生理學(xué)的方法 課件

電生理學(xué)的方法

第一章電生理常用主要儀器

一、陰極射線示波器

示波器是電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的顯示設(shè)備，它具有頻率響應(yīng)高，顯示直觀的特點(diǎn)。根據(jù)光點(diǎn)暫留時(shí)間不同可將示波器分力長余輝、中余輝、短余輝示波器；根據(jù)示波管內(nèi)電子槍的數(shù)目可將示波器分為單線示波器、雙線示波器。

根據(jù)生物電的特點(diǎn)，電生理實(shí)驗(yàn)室所用的示波器（oscillograph）應(yīng)為高靈敏度、掃描速度慢（2s/cm-1μs/cm）、頻率在1MHz以下的。如用數(shù)字存貯示波器更好，它能把信號以數(shù)字形式存貯起來，隨意調(diào)出，而且可以長時(shí)間顯示在熒光屏上以利于分析和照像，它可以把信號數(shù)據(jù)直接送入通用計(jì)算機(jī)接口，也可以把存貯數(shù)據(jù)模擬輸出，連接記錄器和X-Y記錄器描記出生物電位。有關(guān)示波器的結(jié)構(gòu)與原理在學(xué)習(xí)生理學(xué)時(shí)已介紹此不再贅述。

生物電放大器都是用辨差放大器。這種放大器有二特點(diǎn)：①零點(diǎn)漂移小，即輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓應(yīng)恒定的等于零。此在直流放大器尤為重要。②能有效地抑制共模電壓，放大器兩個(gè)輸入端所共有的電壓，稱為共模電壓。好的放大器必須有很強(qiáng)的共模干擾抑制能力。

生物電放大器的性能好壞將直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獲取，對生物電放大器的基本要求是高輸入阻抗（大于2MΩ）、高共模抑制比（CMRR，大于100dB）、高增益（放大倍數(shù)大于10萬倍）、高穩(wěn)定性低漂移（小于10μV／℃）、合適的通頻帶（0～100kHz）以及低噪聲（小于3μV）等。

1．共模抑制比（CMRR）=Ad/AC，此比愈大愈好（一般為2萬，最好達(dá)5萬）。Ad為差模信號的增益（在雙端輸入的差動放大器中輸入的幅值相同，極性相反的電信號，如生物電信號），Ac為共模信號的增益（在雙端輸入的差動放大器中輸入的幅值相同，極性相同的電信號，如干擾信號）；CMRR越大表明放大器抗干擾能力越強(qiáng)。辨差放大器一般都有一平衡調(diào)節(jié)使電路兩側(cè)輸出端電壓在無信號時(shí)趨于零。這種放大器的兩個(gè)輸入端輸入信號，是為雙邊輸入，如一端與生物體接觸不良或脫落成為單邊輸入，則共模抑制比降低而出現(xiàn)交流電干擾。

2．放大倍數(shù)（增益）前級放大器一般最大增益約1000-2000左右。配上示波器后級放大器，整個(gè)放大倍數(shù)應(yīng)能達(dá)到5Oμv／cm（記錄腦電），如做肌電能達(dá)到10-20μv/cm則更好。

3．噪音輸入短路無信號時(shí)，因放大器中元件內(nèi)電子熱騷動等因素使放大器仍有一定輸出，此乃噪音。放大器的頻帶寬度愈大則噪音亦愈大。故頻寬宜適當(dāng)加以限制。由于噪音存在，故放大器的放大倍數(shù)不可能太大。在記錄生物電信號時(shí)要注意信噪比，如噪音是最小信號的1/10則好。

4．漂移一般生物電放大器在接通電源后，經(jīng)半小時(shí)應(yīng)該穩(wěn)定。交流放大器只有當(dāng)時(shí)間常數(shù)超過一秒時(shí)，基線漂移才表現(xiàn)顯著，漂移以小于10μv／小時(shí)，或小于10μV/℃為好。

6．時(shí)間常數(shù)交流放大器（阻容耦合放大器）其下限頻率與所用交連的電容與電阻數(shù)值有關(guān)，也就是與時(shí)間常數(shù)有關(guān)（T=RC），時(shí)間常數(shù)也稱為低頻濾波。時(shí)間常數(shù)小則低頻信號衰減大，故一定的時(shí)間常數(shù)就決定了電路的低頻特性。一般放大器時(shí)間常數(shù)有0.01、0.1、0.3、1秒數(shù)擋。也就是說相當(dāng)于頻率為16，1.6，0.5，0.16Hz的低頻濾波器。即在該頻率處幅度減少30%[低頻響應(yīng)f=1/（2π×?xí)r間常數(shù)）]，例如時(shí)間常數(shù)為0.3，f=1/（2π×0.3）=0.5c/s。若時(shí)間常數(shù)選擇為1秒，則頻帶低端的頻率為0.16Hz，即只有大于0.16Hz的信號才能通過放大器。7．高頻濾波

高頻濾波指通頻帶高端的截止頻率，將信號中較高頻率部分濾掉，而保留其低頻部分。如高頻濾波選擇了1kHz，則只有低于1kHz的信號才能通過放大器；通過選擇不同的時(shí)間常數(shù)和高頻濾波，可以得到合適的通頻帶，即保證被檢測的生物電信號不失真通過的最小頻帶。

8．低頻與高頻濾波的運(yùn)用

觀察快速電波時(shí)，如肌電可用較小的時(shí)間常數(shù)使慢波濾掉，則基線平穩(wěn)，而將高頻濾波開至最大（即不要濾掉高頻波）。當(dāng)觀察慢波時(shí)，則可用高頻濾波以濾去快速電波如肌電，注意時(shí)間常數(shù)不能小，否則將引起失真。頻率范圍電壓范圍時(shí)間常數(shù)高頻濾波放大靈敏度 心電0.3-200c/s60μV-2mV 2秒 100c/s0.5-1mV/cm 腦電0.5-70c/s6μV-300μV0.1-0.3秒30c/s或70c/s50μV/cm 肌電10-2000c/s10mV-5mV0.03-0.003秒不用20μV-1mV/c

2．放大器輸入電容較小。微電極電阻很大，可與輸入電容組成一時(shí)間常數(shù)很大的高頻濾波器。使生物電高頻成分受到衰減而嚴(yán)重失真。陰極跟隨器輸入電容可小至1-2pf；

3．微電極放大器輸入極柵流小，普通放大器輸入級的柵流太大，超過所檢測細(xì)胞的興奮閾值（10-8-10-9A）可刺激細(xì)胞而興奮。同時(shí)由于柵流本身不穩(wěn)定，微電極與細(xì)胞組織之間的外電阻也不很穩(wěn)定。當(dāng)柵流通過此電阻時(shí)會經(jīng)常變動產(chǎn)生假信號，柵流應(yīng)小于1×10-11A。

四、記錄電極與刺激電極

1．粗電極（包括電極板等）主要用于：引導(dǎo)心電、腦電、胃腸電、神經(jīng)干動作電位等生物電；刺激外周神經(jīng)、中樞核團(tuán)以及肌肉等其他組織。材料：一般用金屬制成，如銀、鉑、鎳、不銹鋼、鎢等。用金屬電極引導(dǎo)引導(dǎo)生物電位和刺激生物組織主要的干擾因素之一是電極的極化作用。當(dāng)金屬的電極放到生物組織上測量生物電時(shí)，電極與體液接觸界面上就會產(chǎn)生一個(gè)電位差，此電位差將干擾生物電的測量，尤其是在引導(dǎo)記錄頻率緩慢而近于直流的生物電位時(shí)，更會使電位降低，造成引導(dǎo)的波形失真。在刺激時(shí)，當(dāng)直流電通過組織，金屬電極和組織之間發(fā)生了電解過程，它們產(chǎn)生了與刺激電流相反的電動勢，此反電動勢形成了極化電流，對抗了原來的刺激電流，使刺激電流的強(qiáng)度降低（失真）。在直流電接通的瞬間，即產(chǎn)生極化現(xiàn)象，刺激時(shí)間越長，極化現(xiàn)象越顯著，刺激的實(shí)際電壓就越低，造成失真現(xiàn)象越嚴(yán)重。為了消除極化現(xiàn)象，以便能精確地測定器官或組織在刺激與反應(yīng)之間量的關(guān)系，以至不失真地引導(dǎo)器官或組織的自發(fā)和誘發(fā)電活動，就必須使用乏極化電極，乏極化電極具有對生物體體液相當(dāng)穩(wěn)定的電極電位，如Ag-AgCl電極，記錄時(shí)在陽極上有Cl-離子聚集。此時(shí)陽極向電池供給電子e，而成Ag+離子，具體過程如下：Ag-e→Ag+，Ag++Cl-→AgCl↓，在陰極上有Na+聚集，AgCl+e→Ag↓+Cl-，Cl-+Na+→NaCl，這樣在陰極處沒有氧的薄層形成。在液體和金屬之間的界面層實(shí)際上仍然被一層氯化銀所覆蓋，因而不產(chǎn)生極化電流。但AgCl電極釋放Ag+對組織有一些毒性，最好要通過鹽橋，如用外加浸有生理鹽水的濾紙?zhí)谆蛲ㄟ^棉花與組織接觸。常用的乏極化電極除了Ag-AgCl電極，還有Zn-ZnSO4電極、Hg-HgCl2電極。

2．微電極

用粗電極記錄中樞神經(jīng)系統(tǒng)電位是群體細(xì)胞的綜合電位，用微電極才能記錄到單個(gè)細(xì)胞或單根纖維的電活動（細(xì)胞外記錄，主要看頻率，細(xì)胞內(nèi)看波形與幅度）。局限的微量刺激也必須用微電極。常用的微電極有玻璃電極，金屬電極（詳見細(xì)胞外、內(nèi)記錄章節(jié)）。

五、電刺激的應(yīng)用

電刺激在電生理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，不僅在基礎(chǔ)研究中而且在臨床諸科（如神經(jīng)科、五官科、心血管科）也常使用。電刺激的優(yōu)點(diǎn)：

1．基本參數(shù)易于精確控制（如強(qiáng)度、時(shí)間、強(qiáng)度-時(shí)間變化率等）；

2．組織細(xì)胞的生理活動過程中往往都伴有電的變化，故符合生理狀態(tài)；(二）刺激電流強(qiáng)度

隨各種實(shí)驗(yàn)而有很大不同。影響強(qiáng)度因素：

1．組織本身的興奮性：A類神經(jīng)纖維興奮性高、刺激強(qiáng)度可很小。如以Aα的強(qiáng)度為1，B類為Aα的53.5倍，C類纖維為Aα類的100倍。

2．電流作用于組織的時(shí)間：刺激強(qiáng)度與電流作用時(shí)間成反比關(guān)系。

3．電流密度：電極粗細(xì)，被刺激組織離開電極的距離以及電極周圍組織液的旁路等都會影響電流密度。用微電極刺激神經(jīng)與肌肉細(xì)胞時(shí)，幾個(gè)微安十幾毫伏即足以引起興奮。用粗電極刺激神經(jīng)干所需約數(shù)伏。通過皮膚刺激需幾十伏，幾個(gè)毫安。通過浴槽中容積導(dǎo)體刺激離體腸肌標(biāo)本其電壓60～80伏，電流要十幾毫安，這是因?yàn)榇蟛糠蛛娏鹘?jīng)溶液旁路（刺激器輸出電壓需100V，最大輸出電流20mA）。

刺激強(qiáng)度可用刺激電極兩端的電壓或流經(jīng)組織的電流量來表示。一般電流強(qiáng)度與電壓強(qiáng)度是平行增減的。然而只有當(dāng)組織電阻恒定時(shí)，電壓才能反映電刺激的生理效應(yīng)，實(shí)際上電刺激的效應(yīng)取決于通過組織的電流量。

(三）電流作用時(shí)間（刺激波寬）

確定波寬可根據(jù)：

1．被刺激組織動作電位鋒電位的時(shí)程。

2．時(shí)值：A類神經(jīng)纖維約用0.1-0.2ms，B類或C類0.5-1.5ms，心肌0.5-2ms，平滑肌5-10ms，大腦皮層1-6ms，波寬太短所需電壓高刺激效應(yīng)弱，波寬太長產(chǎn)生電解，損壞組織。興奮性高，時(shí)值短者，波寬可小，反之則大。

六、電刺激器

刺激器按其輸出方式可分為恒壓刺激器和恒流刺激器。前者刺激量的大小是以電壓表示的，一般用于對刺激定量要求不高或者在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)對象的電阻抗變化不大的場合；后者刺激量的大小是以電流表示的，一般用于對刺激定量要求較高或?qū)嶒?yàn)過程中實(shí)驗(yàn)對象的電阻抗會明顯改變的場合。一般常用的電刺激器產(chǎn)生方波。

1．刺激方式有：單次、連續(xù)、串刺激、雙次刺激。

2．刺激參數(shù)：強(qiáng)度—刺激脈沖的電壓或電流幅度表示，波寬—單個(gè)脈沖的寬度（時(shí)程）。

3．刺激頻率（或周期）：是相對于連續(xù)刺激而言，實(shí)際上反映了單位時(shí)間刺激次數(shù)的多少。目前有兩種表示方法：（1）用頻率表示10Hz、100Hz等；（2）用周期來表示。兩者的關(guān)系是：頻率（f）=1/周期（T）。

4．同步脈沖刺激器可輸出一同步脈沖，它表示一次刺激的時(shí)間起點(diǎn)，同步脈沖送到整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，使各儀器有共同的時(shí)間起點(diǎn)，因而保持了時(shí)間上的同步。同步脈沖送到示波器，觸發(fā)一次光點(diǎn)掃描，也可送到另一臺刺激器。8．刺激隔離器這是刺激器的一個(gè)重要附件，使輸出信號與地隔開，其作用是：

（1）減小刺激偽跡，避免偽跡太大而使生物電無法辯識。

（2）使刺激電流局限在刺激電極周圍，刺激點(diǎn)可精確定位。

（3）可以對組織同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)刺激，而不致于引起相互干擾，切斷了電流從公共地線傳布的可能。

（4）消除刺激中的直流成分，避免組織產(chǎn)生極化作用。目前普遍應(yīng)用的是高頻隔離器，簡單的刺激隔離器可用鐵芯變壓器或低周變壓器，但波寬大時(shí)，刺激波形失真。

七、減小刺激偽跡

刺激器輸出和放大器輸出具有公共接地線，使得一部分刺激電流入放大器的輸入端，使記錄器記錄到一個(gè)刺激電流產(chǎn)生的波形，這不是生物電，而是刺激偽跡，偽跡產(chǎn)生的另一原因是刺激源與大地之間存在著電容和電阻，因而產(chǎn)生一電容電流，電流流過電阻，產(chǎn)生電壓降而形成偽跡。

偽跡的害處在于：1）其幅度可超過生物電；（2）有時(shí)使交流放大器產(chǎn)生“阻塞現(xiàn)象”；（3）偽跡之后還有一段時(shí)間不能恢復(fù)正常，干擾生物電記錄。

減小偽跡辦法：（1）刺激電極與記錄電極必須盡可能遠(yuǎn)離，但實(shí)際上常辦不到，可在這兩者之間接地。（2）應(yīng)用刺激隔離器，或用Wagner接地法（在刺激隔離器輸出兩端并連一可變電阻，可變電阻當(dāng)中頭接地）進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）在生物體上適當(dāng)接地，甚至有時(shí)多點(diǎn)接地，通過移動接點(diǎn)的位置使刺激電流在容積導(dǎo)體中發(fā)生分布變化使記錄電極的兩點(diǎn)恰好在等電位面上。（4）旋轉(zhuǎn)刺激電極或記錄電極方向有時(shí)有效。

八、抗干擾與屏蔽

在電生理實(shí)驗(yàn)中任何干擾均導(dǎo)致信噪比下降，輸入信號減小，放大增益大時(shí)問題更突出，干擾分電干擾和機(jī)械干擾兩種。電干擾包括電磁干擾、靜電干擾、射頻干擾、生物電干擾。

（一）干擾來源

1．電磁干擾50周交流電干擾最為嚴(yán)重，交流干擾可通過電容，電感與電阻耦合而進(jìn)入放大器產(chǎn)生交流信號。

2．靜電干擾可因不同物質(zhì)作用相對運(yùn)動引起電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生，如在地毯上走動，甚至改變坐位資勢。經(jīng)常遇到的靜電干擾是在信號中有慢的大幅度變化，這往往與受試者或?qū)嶒?yàn)者的運(yùn)動有關(guān)。

3．射頻干擾生物電放大器屬低頻范圍，對無線電、電視信號不敏感，但連接到動物身上的導(dǎo)線和電極可存在某些整流作用，這就會使放大器收到無線電載波的音頻信號。

4．生物電干擾如記錄心電出現(xiàn)肌電干擾，記錄腦電出現(xiàn)心電干擾。

5．機(jī)械干擾動物呼吸、心跳以及周圍環(huán)境、人員走動等震動引起的干擾，一般可用黃砂盆、防震橡皮、內(nèi)胎、防震器防震等方法消除機(jī)械干擾。

（二）消除電干擾的方法原則是：

1．干擾源（交流馬達(dá)，自耦變壓器，磁飽和穩(wěn)壓器，日光燈鎮(zhèn)流器，火花干擾源，電熱設(shè)備，大功率電器）應(yīng)遠(yuǎn)離記錄系統(tǒng)，盡可能遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)場所。

2．屏蔽與接地。

3．避免干擾的交流電信號形成環(huán)路，導(dǎo)線宜短而直，勿成線圈。

（三）屏蔽屏蔽常用來減少電容性干擾和磁性干擾。電容屏蔽常用銅或鋁之類金屬，對減少低頻電容干擾很有效，但對減少射頻干擾效果不大。鐵屏蔽箱可屏蔽磁場，一個(gè)連續(xù)的屏蔽只應(yīng)該一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)一般選擇在信號源端，屏蔽的接地線要阻抗小，如地線不良使干擾電壓加大。

（四）接地自來水管或電源插座地線不宜作電生理實(shí)驗(yàn)室接地用，這種接地點(diǎn)到真正的地之間總有電阻存在，一些大馬達(dá)外殼通過它接地則該接地點(diǎn)往往不處于真正的零電位，從而引入干擾信號，較好的接地線應(yīng)該用銅質(zhì)粗導(dǎo)線接連到埋于泥地的銅棒（埋入地下約1.5-2米深處）。所有實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備均應(yīng)通過此地線接地，儀器地線應(yīng)短而粗，勿與電源線平行，勿中途打圈。接地原則是集中一點(diǎn)接地，不要串聯(lián)起來接成環(huán)狀。動物也應(yīng)一點(diǎn)接地。九、記錄、貯存和分析電生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的儀器

電生理實(shí)驗(yàn)顯示在熒光屏上的波形和圖像，是研究工作所獲的第一手資料，需要記錄保存，留待分析。因此，就需要能真實(shí)地記錄、科學(xué)地分析的系統(tǒng)加以處理。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程，各實(shí)驗(yàn)室所使用的這類設(shè)備，有以下幾種：

1.示波器照像機(jī)；2.磁帶錄音機(jī)；

3.生理記錄儀包括心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)、腸胃電儀、多導(dǎo)生理記錄儀等等，這類儀器都有放大與記錄系統(tǒng)，可直接將一些生物電放大記錄下來。但這類儀器都是用描記筆記錄的，頻率響應(yīng)有限，不能用于直接記錄單位放電等頻率快的生物電信號。

4.電子計(jì)算機(jī)與生物信號實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)

微機(jī)（microcomputer）是電生理實(shí)驗(yàn)作忠實(shí)記錄和精確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果以提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的有力工具。微機(jī)只能識別和處理數(shù)字量，所以需要把機(jī)體產(chǎn)生的生物信號的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這一轉(zhuǎn)換過程稱模數(shù)轉(zhuǎn)換即A/D轉(zhuǎn)換。這就是信號的采集過程，D/A轉(zhuǎn)換則是實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，以進(jìn)行對儲存信號的分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要可以編制相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序保證計(jì)算機(jī)在指令下運(yùn)行。

第二章細(xì)胞外、細(xì)胞內(nèi)記錄

第一節(jié)細(xì)胞外記錄

細(xì)胞外記錄（extracellularrecording）是把引導(dǎo)電極安放在神經(jīng)組織的表面或附近引導(dǎo)神經(jīng)組織的電活動。由于活動部位的神經(jīng)元產(chǎn)生去極化，未活動的部位處于正常極化狀態(tài)，在容積導(dǎo)體中的兩部位間電位不同，電流從一點(diǎn)流向另外一點(diǎn)。放置于細(xì)胞表面的電極就會記錄出兩者之間所產(chǎn)生的電位差。細(xì)胞外微電極記錄的方便之處是電極不插入細(xì)胞。除了玻璃微電極外，金屬微電極也是作細(xì)胞外記錄的合適電極。細(xì)胞外所記錄的電位比細(xì)胞內(nèi)記錄的小很多、這是由于信號受低電阻的細(xì)胞外液通路分流所致。在外周神經(jīng)用細(xì)胞外記錄，在發(fā)生興奮的局部與臨近部位間形成局部電流。因而可以記錄到一個(gè)正-負(fù)-正的三相波。胞外電極記錄的電位大小和波形會有多種變化。因此，對胞外記錄電位的分析重點(diǎn)放在放電頻率和潛伏期，而不去比較放電的幅度。對電位分析的目的在于認(rèn)清電位是從一個(gè)神經(jīng)元的哪個(gè)部位產(chǎn)生的，便于判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的意義。如以電刺激視神經(jīng)、在外側(cè)膝狀體的記錄為例，可看到：突觸前軸突的電位，是一個(gè)全或無的一個(gè)單向上升波。由突觸后軸突所產(chǎn)生的也是單向上升波。但與突觸前軸突電位有區(qū)別：（1）潛伏期較長，約為1.2-2.2ms；（2）對單一刺激?？梢鸲鄠€(gè)電位；（3）上升波呈雙凹形，形成M波。胞體電位為長時(shí)程負(fù)鋒電位，其潛伏期與突觸后軸突的電位相同；細(xì)胞外記錄的樹突電位為慢雙向的全或無電位。起始為正波，它的潛伏期與突觸后的相等，波形的慢變化反映沖動在樹突的傳導(dǎo)速度。比較由細(xì)胞各部位所記錄電位的持續(xù)時(shí)間，軸突的最短約＜1ms，胞體較長為1.5-3ms，樹突的最長為15～2Oms?？傊?，細(xì)胞外記錄方法較易，但對其結(jié)果的解釋較為復(fù)雜。第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)記錄

細(xì)胞內(nèi)記錄(intracellularrecording)記錄膜電位須在膜的兩側(cè)各置一個(gè)電極形成一個(gè)環(huán)路，因此一個(gè)電極要插入細(xì)胞膜內(nèi)。細(xì)胞內(nèi)記錄可以準(zhǔn)確測量膜電位的絕對值。因?yàn)槟?nèi)到膜外的電阻很大，不可能出現(xiàn)短路的影響，故其值可以高達(dá)100mV以上。它還能測定興奮性突觸后電位（EPSP）。抑制性突觸后電位（IPSP）及動作電位。細(xì)胞內(nèi)記錄法是研究神經(jīng)元基本生物物理特性的有力手段。要成功而持久地記錄細(xì)胞內(nèi)放電，除具備必需的設(shè)備外，還有兩件事要做好：

1．穩(wěn)定問題，干擾穩(wěn)定記錄的活動來自兩方面，即機(jī)械運(yùn)動和由于動物呼吸和循環(huán)功能引起的運(yùn)動。

2．使用合格的微電極，以免對細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷。記錄細(xì)胞內(nèi)電位基本上多用玻璃微電極。第三節(jié)微電極一、金屬微電極制作

金屬微電極具有電阻低、機(jī)械強(qiáng)度高、可直接穿透硬腦膜、電噪聲低、可反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在慢性埋藏電極的實(shí)驗(yàn)中被廣泛采用。同時(shí)它也是較理想的（微）刺激電極（尖端40-70μm），但是制作過程比玻璃微電極復(fù)雜。鎢絲金屬微電極較為常用，鎢絲有穩(wěn)定的理化性質(zhì)，并有強(qiáng)度大、韌性好的特點(diǎn)。用直徑0.23-0.25mm的細(xì)鎢絲，拉直，剪成長100mm的小段，用沙紙打光。其中一端磨成錐形，錐形部分長約20-30mm，尖端約0.1mm，成為鎢絲微電極粗坯。將粗坯的尖端長約20-30mm浸入己熔化的亞硝酸鈉溶液內(nèi)，快速拖過。注意要使電極尖端四周均勻地被腐蝕，蝕尖已達(dá)到要求的微電極依次在清水中清洗。制成的電極還需要向電極上涂絕緣漆進(jìn)行絕緣處理，或者用硼矽玻璃管套入絕緣。已制成的金屬微電極尚需檢查表面是否光滑均勻及其絕緣性能。將電極接到4.5V電池的負(fù)極，正極與浸在生理鹽水中的碳棒相接。當(dāng)電極浸入鹽水中時(shí)，只有在電極尖端有1-2個(gè)氣泡。如尖端以外的部分出現(xiàn)成串氣泡，則表示此電極不合格。二、拉制和充灌玻璃微電極的方法

合格的微電極是記錄細(xì)胞電位的重要條件。拉制玻璃微電極的第一步是把已經(jīng)清潔處理的毛細(xì)玻璃管放在微電極拉制儀上拉制玻璃微電極。分為兩次拉制，可拉出一對尖端大小相等的微玻管，尖端直徑可達(dá)0.5μm左右。即時(shí)放在顯微鏡下檢查，看其形狀和尖端開口，以及尖端直徑是否符合要求。如果進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)記錄，為了順利穿刺細(xì)胞并減小損傷，可把微電極尖端磨成斜尖，這樣的尖端也不易被阻塞。實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要向微電極充灌鹽溶液以保證電極的導(dǎo)電性。電極插入細(xì)胞后，充灌液和細(xì)胞內(nèi)液之間會發(fā)生擴(kuò)散作用而影響細(xì)胞內(nèi)的成分。一般用3mol／LKCI溶液作微電極的充灌液比較合適，因?yàn)镵+和Cl-的擴(kuò)散系數(shù)相同，并都帶有單位電荷，也可以用2%的旁胺天藍(lán)、0.5mol/L醋酸鈉溶液（pH7.7）作為充灌液。它的優(yōu)點(diǎn)是在記錄電位后，通以陰極電流2-10μA/min，可將旁胺天藍(lán)泳出而標(biāo)記出電極尖端位置。用測量電阻的辦法檢查微電極尖端直徑。其他條件相同時(shí)，電阻愈大，表示電極尖端愈細(xì)。電阻過小（如1-2MΩ以下）表示電極尖端可能折斷；電阻過大（如20MΩ以上）表示電極中電解液可能有氣泡等。一般微電極電阻在5-20MΩ是可用的。

三、多管微電極

多管微電極的制作與單管的基本相同。不同之處有以下幾點(diǎn)：（1）相鄰管壁要預(yù)先熔合；（2）拉細(xì)段：其原則與單管微電極的拉制相同，但其速度要慢，以保證玻管相互充分熔合，使管壁有一定厚度；（3）拔尖：拉制成的多管電極還要分別把每只側(cè)管的頂端在小煤氣燈上加熱燒彎，使其成放射狀，以免各管的充灌液相混或造成短路。作為細(xì)胞內(nèi)記錄的多管微電極的中心記錄管頭端要比其他管伸出20μm左右?？坎ＡЫz的毛細(xì)管作用，直接向微電極管內(nèi)注射灌注液，能保證溶液的濃度。遇有氣泡，用細(xì)絲從微電極粗的一端伸入觸探之將其驅(qū)出。這樣在實(shí)驗(yàn)過程中即時(shí)充灌電極十分方便，通過極性作用于離子化溶液，推出帶電荷的粒子作用于所記錄的放電神經(jīng)元。一般先在中心管充以3mol/LKCI或4mol/LNaCl，阻值在10-40MΩ即算合格，藥管的電阻不超過120MΩ為宜。而用置換法充灌多管微電極的結(jié)果并不理想。充灌好的微電極放置在使其尖端可浸入蒸餾水的容器內(nèi)，放在4℃冰箱內(nèi)保存2-3d。

多管微電極與微電泳

多管微電極與微電泳注射是目前研究中樞機(jī)能的重要方法也是研究中樞遞質(zhì)的必要手段。微電泳在19年先由Nastuk描述，這種方法是借助微電極，通以一定的電流將離子化的物質(zhì)電泳到一個(gè)神經(jīng)元或肌細(xì)胞。它可以越過血腦屏障直接將物質(zhì)施加于預(yù)定部位，使藥物作用局限在較小范圍內(nèi)，使用量也可以按通過電極的電流量大致估計(jì)。又可較精確地固定作用時(shí)間，因而有很大的優(yōu)越性。

四、具有特種用途的其他類型微電極

除以上所述研究細(xì)胞電活動用的電極外，根據(jù)不同的研究目的，利用不同的技術(shù)，己有一些新型微電極應(yīng)用于電生理學(xué)的研究中。

如離子選擇性電極，是在玻璃微電極的基礎(chǔ)上，在電極尖端涂以特殊膜材料，可以測定細(xì)胞內(nèi)外的有關(guān)離子濃度，一般要做成雙管電極，其一作為參考電極，另一作為離子選擇性電極。

此外還有免疫微電極，其原理是將待測物質(zhì)的抗體結(jié)合在微電極尖端的外表面，在記錄電位時(shí)，神經(jīng)末梢釋放的肽類物質(zhì)與電極表面的抗體結(jié)合，故可在記錄電位的同時(shí)，還可精確測定肽的釋放部位，上述各種微電極都是用于記錄電位。微電極還可用作細(xì)胞內(nèi)電刺激（詳見胞內(nèi)電刺激），也可用于細(xì)胞內(nèi)標(biāo)記技術(shù)。第三章腦內(nèi)電刺激

腦內(nèi)電刺激法是研究中樞功能定位的經(jīng)典方法之一。腦內(nèi)電刺激法不僅被廣泛應(yīng)用于動物實(shí)驗(yàn)，而且也被應(yīng)用于臨床治療。但必須指出此方法也有缺點(diǎn)，例如電刺激對于神經(jīng)元胞體、軸