糯米txt论坛☆+100仿生学-第9部分
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时；电势向量指向心底；记录到向下的S波。
S～T段正常时接近一等电位线；这段时间反映心室各部分均处于兴奋状态。S～T段与等电位线的偏移称损伤电位；是心肌受损伤的反映。T波反映心室复极化过程的体表电位变化；T波一般向上这一事实反映了心室先兴奋的部位后复极化；而后兴奋的部位先复极化。
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为适应临床上对心脏疾病的诊断和心脏功能的监护、遥测。近年来已发展了许多成套的心电监测自动化仪器设备。关于心电图异常的各种心脏疾患的关系；临床医生已积累了十分丰富的诊断经验和资料。
肌肉的一个运动单位包括来自脑干或脊髓的单个分枝的神经元和25～2000个肌纤维。神经元通过运动终极的肌肉细胞连接；当神经元把脑或脊髓发出的动作电位传到肌细胞后；使肌细胞专极化并产生收缩。用同轴针形电极插入皮下；可测量单个运动单位的电活动；若用面电极放在皮肤上；测得的是多个运动单位的电活动。当肌肉放松时；肌电图上只有人体或仪器的干扰和噪音；肌肉轻度用力时；肌电波是分立的；肌肉强直收缩时；由于参与活动的运动单位多；频率增高；各波形互相干扰；不再能分辨单个肌电波。
除记录自发肌电活动外；用电刺激肌肉运动单位也可得到肌电图。其优点是：刺激时间确定；所有肌纤维几乎能同时起动；也可电刺激传感神经；将信息传入中枢神经；再通过观察肌肉的反射反映来研究反射系统的功能。
肌电图（EMG）是临床神经生理学检查的重要方法之一；在神经、内科、骨科、职业病诊断和运动医学等方面有广泛作用。
脑包括大脑、小脑和脑干。大脑两个半球表面的一层结构叫大脑皮质；是人类进行思维活动的物质基础。大脑皮质是灰质；由神经元组成；这些神经元分别集中形成各种神经中枢。例如听、视、语言、感觉等神经中枢；神经中枢的基本活动形式是反射活动。脑电波（缩写为EEG）是神经中枢细胞在反射活动中有节律的交变放电；是神经细胞电活动的综合。
在大脑皮质中产生的电位要经过脑脊液、脑膜、头盖骨、皮下组织等传到头皮表面。在头皮表面放置电极；可探查出大量脑细胞电活动形成的电位或电位差随时间的变化。
关于大脑皮层上电活动的发现；起始于1875年俄国人达尼里夫斯基；他用声音刺激狗的听觉器官时；首次观察到狗的大脑皮层上出现生物电流。同年美国人卡通也发现暴露的兔脑上能产生电变化。1924年德国人伯格用两根白金刺入精神病患者的头皮并与颅骨相触；记录到了人类的首例脑电图。到30年代后期；脑电图技术开始应用于临床；记录方法也不断改进。将电极置于头皮之上便可记录出脑电图。
在脑电图中可记录到几种自发脑电波形；按频率范围可将它们分类如下：慢波0。5～3。5赫θ中慢波4～7赫a波8～13赫β快波13赫以上各种波都可在皮层的不同区域引出；但不同区域波幅创大小有差别。
a波在人清醒、安静并闭眼时出现；其波幅随时间周期性地变化；睁眼后a波立即消失。人困倦可测到θ波；睡眠时可记录到波。一般认为；快波是皮层处于特殊紧张活动状态时主要脑活动的表现；慢波是睡眠状态脑活动的表现。
大脑的结构和功能十分复杂；对脑电波与各种脑细胞电活动的明确对应关系目前所知不多。因此；为了给基础研究和临床诊断提供更多的信息和依据；近年来国内外已广泛开展了脑电波信号分析和信息提取的研究。这种研究以信号处理的方法原理为依据；利用计算机为工具；设计出各种程序进行分析、处理和运算；以期得出有价值的结果。
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生物磁学
相对于生物电学；生物磁的研究是近代才开始的；尽管人们熟知电与磁的孪生关系；而且预言生物磁信号肯定是存在的；但是直到1963年才由锡拉丘兹大学的鲍列和麦克菲第一次从人体上探测到小磁场。可见；生物电信号的首次记录（1875年）与生物磁信号的首次记录相比；后者落后；主要是由于生物磁信号极其微弱；而且往往深深地埋藏在环境磁噪音之中；测量仪器的分辨率长期达不到要求；随着科学技术的逐渐发展；问题才逐步得到解决。
迄今探测到的生物磁场有心磁场、肺磁场、神经磁场、肝磁场、肌磁场、脑磁场等。
生物磁场的来源
生物磁场的来源主要有：（1）由大然生物电流产生的磁场。人体中小到细胞、大到器官和系统；总是伴随着生物电流。运动的电荷便产生了磁场。从这个意义上来说；凡是有生物电活动的地方；就必定会同时产生生物磁场；如心磁场、脑磁场、肌磁场等均属于这一类。
（2）由生物材料产生的感应场。组成生物体组织的材料具有一定磁性；它们在地磁场及其它外磁场的作用下便产生了感应场。肝、脾等所呈现出来的磁场就属于这一类。
（3）由侵入人体的强磁性物质产生的剩余磁场。在含有铁磁性物质粉尘下作业的工人；呼吸道和肺部、食道和肠胃系统往往被污染。这些侵入体内的粉尘在外界磁场作用下被磁化；从而产生剩余磁场。肺磁场、腹部磁场均属于这一类。
生物磁场一般都是很微弱的；其中最强的肺磁场其强度也只有10－11～10－8特斯拉数量级；心磁场弱一些；其强度约为10－10特斯拉数量级；自发脑磁场更弱；约为10－12特斯拉数量级；最弱的是诱发脑磁场和视网膜磁场；其为10－13特斯拉数量级。周围环境磁干扰和噪声比这些要大得多；如地磁场强度约为0。5×10－4特斯拉数量级左右；现代城市交流磁噪声高达10－8～10－6特斯拉数量级。若距离像机床、电磁设备、电网或活动车辆较近；则磁噪声会更强。
生物磁场及其医学应用
（l）心磁场：心脏的心房和心室肌肉的周期性收缩和舒张伴随着复杂的交变生物电流；由此而产生了心磁场。上面提到1963年首次测得人体心磁场；其强度为10－10特斯拉。其随时间的变化曲线称为心磁图（MCG）。心磁图与心电图在时间变量与波峰值上有相似之处。测量心磁图时需要将磁探头放在心脏位置的胸前；随着位置的变化记录所得MCG各成分亦有所不同。
心磁图与心电图相比有一些明显的优点。首先；测心磁图时不必使用电极就可测得生物组织的内源性电流；这是在身体表面直接安放电极所不能的；其次；在心磁图上可呈现出心电图尚不能鉴别的异常变化；再者测心磁图时不必与皮肤接触；也不用参考电极；不会出现由此而产生的误差。
（2）脑磁场：
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脑细胞群体自发或诱发的活动；产生复杂的生物电流；由此产生的磁场叫脑磁场。1968年科恩首先测得a节律脑磁场随时间的变化曲线；称为脑磁图（MEG）。
脑磁图比脑电图有许多明显的优点。首先脑磁图既不需要参考点也不需要与皮肤接触；不会出现由此引起的误差。由于头盖骨有很高的阻抗；常使脑电图模糊不清；但脑磁图是穿透的；另外脑磁图能直接反映脑内场源的活动状态；特别能显示出脑深层场源的活动状态；对脑磁图求逆更能准确确定场源的强度和位置。
（3）肺磁场：心磁场和脑磁场属于内源性磁场；而肺磁场则属于外部含有铁磁性物质的粉尘侵入人体肺部在磁化后所产生的剩余场。
测量肺磁场时；首先应清除人身上的铁磁性物质；如手表、钮扣等。再将受试者胸部置于数十毫特斯拉磁场中进行磁化；然后立即到磁强计探头处进行测试。
肺磁场是1973年美国麻省理工学院的科恩首先探测出来的。70年代后期至今；日本、加拿大、芬兰和我国都开展了一系列研究工作。肺磁场的研究之所以受到人们的重视；一个直接的原因是在医学上的重要应用。众所周知；职业性尘肺痛诊断的唯一有效手段是X身线法。但此法属于影响像学；一般来说只有粉尘与肺组织形成生化反应而导致病变的才能检查出来。肺磁法则属于含量学；只要肺部积存一定量的粉尘；不管侵入的时间长短都能被检测出来；这就意味着对那些虽积存一定粉尘但尚未构成病理改变的早期病人也能检查出来；从而进行早期预防；这对防止某些职业性尘肺病的发生有着重要。
生物医学材料与人工器官
生物医学材料是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官功能的材料。近年来；器官移植虽然取得了巨大的进展；但排异和器官来源及法律等问题仍是一个难题。因此；医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。古代人类只能用天然材料（主要是药物）来治病；包括用天然材料来修复人体的创伤。
例如；公元前3500年；古埃及人用棉花纤维、马鬃等缝合伤口；墨西哥印第安人用木片修补受伤的颅骨。公元前2500年中国的墓葬中发现有假牙、假鼻、假耳。1588年；人们用黄金板修颚骨；1755年；用金属在体内固定骨折；1809年；有人用黄金修复缺损的牙齿；1851年；发明了天然橡胶的硫化方法后；采用硬胶木制作人工牙托和颚骨。
最近几十年来；生物医学材料和人工器官的研究才有了较大的进步；在很大程序上应归功于高分子材料科学和工业的发展。1936年发明了有机玻璃很快就用于制作假牙和补牙；1943年；赛璐珞薄膜开始用于血液透析；1950年开始用有机玻璃做人工股骨头。50年代；有机硅聚合物开始应用于医学；对人工器官的研究起了促进作用。特别是60年代以后；具有各种特殊功能的高分子材料不断研制出来；一部分从事高分子科学的人员也把研究方向转向生物医学高分子材料方面。在经济发达国家；用高分子材料制造医疗用品已十分普遍。1976年美国医用塑料的消耗量占当年塑料消耗量的4。4％；达53。6万吨。同年；日本用于医疗一次性使用的塑料制品达一万吨。现在；除了大脑之外；几乎所有的人工器官都在进行研究；有些已经作为商品出售。仅美
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国和欧洲；每年用于人体自然缺陷和损伤的修复植入材料就有四五百万件；每年有上百万病人在用人工器官。全世界有六万人靠人工肾维持生命；美国和德国每百万居民中有超过500人的心脏病患者要植入心脏起搏器。在美国；每年有3。5万人安装人工心脏瓣膜；有18万人植入人工血管；有12万人安装人工髋关节；有10万人注射有机硅隆胸美容。人工器官和以高分子材料为主的生物医学材料已开始成为一个新兴的工业。
人工肺人工肺又名氧合器或气体交换器；是一种代替人体肺脏排出二氧化碳；摄取氧气；进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环；需和血泵配合称为人工心肺机。70年代初；已将人工肺作为一个单独的人工器官进行研究。因它可以不用血泵而进行部分呼吸支持；并且有植入性人工肺的实验报告。
目前；用于心脏手术的人工肺大部分采用一次使用的附有热交换装置的鼓泡式人工肺。这种人工肺已趋成熟；在国内外得到广泛的应用。
早在1882年Schroder首次提出在体外静脉血内通入氧气使血液氧合的设想以后；Bayliss、clark分别采用转碟和鼓泡的方式使血液得到氧合；从实践上证实该设想是切实可行的。1953年Gibbon首次采用静立垂屏式人工肺进行体外循环；成功地开展了心房间隔缺损的修补手术；建立了现代人工心肺和体外循环的概念。此后各种类型的人工肺相继问世。随着高分子化学的飞速发展；为研制膜式人工肺提供了大量可选用的膜材料和新技术。1960年Kolobow用硅胶为原料试制出膜式人工肺；具有较高的气体转输功能；适宜于长期体内循环。而后；又有不少学者从血液动力学角度进行研究；以期获得符合生理性能、功效更佳的人工肺。
目前人工肺基本上可分为四种：静立转屏式、转碟式、鼓泡式和膜式。
人工心脏人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。
人工心脏分为辅助人工心脏和完全人工心脏。辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助；以辅助时间的长短又分为一时性辅助（二周以内）及永久性辅助（二年）两种。完全人工心脏包括一时性完全人工心脏、以辅助等待心脏移植及永久性完全人工心脏。
要想制成像自然心脏那样精确的组织结构、完全模拟其功能的人工正脏是极不容易的；需要医学、生物物理学、工程学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。
从广义及泵功能这一角度考虑、人工心脏研究可以回溯到体外循环的动脉泵开始；即1953年Gibbons将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出；尤如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957年美国KOlff和Akutsn将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时；以此为开端展开了世界性人工心脏研究。1958年日本及前联邦德国均设立了专门研�
