電生理技術，是指以多種形式的能量（電、聲等）刺激生物體，測量、記錄和分析生物體發生的電現象（生物電）和生物體的電特性的技術。是電生理學研究的主要技術。1949年，G.Ling等開始用微電極插入細胞內記錄其電活動，使電生理技術達到細胞水平。1976年E.Neher等用微電極的尖端剝離極小的一片細胞膜，記錄到細胞膜上單個離子通道的電流，接近了分子水平。在整體方面，從20世紀60年代起，由於套用了計算機，人們能從人或動物的體表記錄到非常微弱的體內細胞的電活動。這類測量對人體毫無損傷，對臨床診斷有重要意義。
基本介紹
- 中文名：電生理技術
- 外文名：electrophysiological techniques
- 提出者：E·H·杜布瓦-雷蒙
- 提出時間：1849年
發展概況,測量技術,刺激技術,刺激器,刺激方法,減少副作用,信號處理,
發展概況
1849年E·H·杜布瓦-雷蒙發表了《動物電的研究》，他所發展的刺激技術（感應圈）和記錄技術是電生理技術的先導。電子管的發明使從不同組織引導出來的微弱的生物電訊號得以放大以便於觀測，1922年J．厄蘭格開始使用陰極射線示波器來記錄生物電，標誌著現代電生理技術的開始。 早期的電生理技術只能記錄大量細胞的同步的電活動，以後逐漸向微觀和整體兩個方面發展。在微觀方面，1949年，G·凌寧等開始用微電極插入細胞內記錄其電活動，使電生理技術達到細胞水平。1976年E·內爾等用微電極的尖端剝離極小的一片細胞膜，記錄到細胞膜上單個離子通道的電流，接近了分子水平。在整體方面，20世紀60年代起，由於套用了計算機，人們能從人或動物的體表記錄到非常微弱的體內深部小群細胞的電活動。這類測量對人體毫無損傷，對臨床診斷有重要意義。
測量技術
電生理測量技術包括生物電測量技術和生物體電特性測量技術等方面。
生物電測量技術
①電極：引導生物電的電極分大電極和微電極兩類。大電極通常可以是金屬絲，也可以是面積為幾平方厘米的金屬片（銀、不鏽鋼等）。把大電極放在待測部位即能記錄到該處存在的生物電。它記錄到的是許多細胞（例如一個器官）的電活動綜合而成的生物電。例如把大電極放在胸前心臟附近，就能記錄到心臟跳動時發生的電活動——心電，分析心電能幫助了解心臟的功能狀況。用同樣方法可記錄到腦電、肌電等多種器官和組織的電活動，這些對於診斷疾病都有重要價值。現在已被廣泛地套用於醫學、獸醫學和畜牧業等方面。微電極的尖端直徑小於1微米，也可大至幾微米（玻璃管、金屬絲）。用微電極可在細胞水平上對生物電現象進行觀測和研究。將微電極插到細胞的附近，甚至插入細胞體內，就能記錄到少數幾個以至單個細胞的電活動。還可把細胞染料通過微電極注入細胞內使之染色，便於用顯微鏡觀察細胞的形態，研究形態和功能之間的關係。
②生物電放大器：細胞發生的生物電的能量很低，必須用放大器放大才能觀測。大電極用的生物電放大器應該噪聲低、漂移小，具有很強的抑制外界和生物體內電干擾的能力。玻璃微電極的尖端由於電阻很高（在5～100兆歐之間），而引起訊號衰減，高頻失真等。所以微電極放大器需具有極高的輸入電阻和減小輸入電容的補償電路，使生物電能保真地放大。微電路插入細胞體內記錄時，對放大器的柵流須有嚴格的限制（如應小於10^-11安），以防止柵流對細胞興奮性的影響。
③顯示和記錄：常用的有磁帶記錄儀、筆寫記錄器、XY記錄儀和示波器。磁帶記錄儀記錄實驗過程中的生物電、生理指標變化等全部信息，實驗後再作進一步的分析處理。由於有些生物電具有甚低頻甚至直流成分，需採用調製技術才能將它們記錄在磁帶上。通常把變化不太快的生物電（如心電、腦電等）直接用筆寫記錄器描記下來，使用方便，能當場獲得記錄。由於採用新技術，筆寫記錄儀的頻率回響已擴展到2000赫以上，一些較快的生物電也能被直接描記。XY記錄儀的記錄筆可沿X軸和Y軸兩個方向運動，兩軸分別表示不同的參數。對於變化很快的生物電（如神經細胞的峰形放電等）從前常用示波器來觀察，它頻率回響高，觀察方便。但記錄時，因需用示波器照相機拍攝螢光屏上的波形，使用不大方便。現在多採用模擬數字轉換器將信號轉換為數位訊號，利用軟體顯示並保存到電腦中。
④遙測技術：記錄自由活動、劇烈運動或在遙遠的空間的人或實驗動物的生物電的方法。通常是將訊號放大、調製後用無線電波發射。在記錄處接收無線電波後，經放大、解調，恢復為原來的生物電再予顯示和記錄。遙測的距離從幾米到幾千千米以上（如從宇宙飛船到地面）。生物電遙測系統是多種多樣的，有的要求體積小、重量輕、便於攜帶，有的要求能越過很大的距離，有的要求能遙測多路訊號等。
生物體電學特性測量技術
生物體電學特性測量技術常用於對生物體的電阻、電容和電感等參數的測量。例如使一定量的電流流過細胞膜，測量它在細胞膜上產生的電位差，根據歐姆定律，即可算出細胞膜的電阻。用類似的電子學方法可測出生物體的電感，電容等參數。細胞的跨膜電位的變化強烈地改變著膜的電學特性，對跨膜電位進行動態的精確的控制，測量流過細胞膜的電流變化，這就是電壓鉗技術。它對於生物電產生和傳播過程的研究有重要意義。
刺激技術
刺激技術包括設計製造刺激器，使能產生所需形式和參數的刺激能量；將刺激能量施加在欲刺激的部位上；減少刺激帶來的副作用。
刺激器
有電、光、聲和機械等多種刺激器，其中以電刺激器用得最多。一般要求電刺激器的參數（如強度、持續時間等）有適當的變化範圍，可精細調節和穩定。方波是電刺激中最常用的波形，因為它簡單、易於發生、控制精確、刺激量便於計算，而且方波對神經和肌肉刺激更有效。佩帶在正常活動的人或實驗動物身上，或埋藏在體內的長時間連續工作的電刺激器（如心臟起搏器）有很大的套用價值。微計算機控制的刺激器的刺激參數由程式控制。能產生參數迅速變化，型式複雜的刺激序列。並能根據外界情況的變化而改變刺激型式。
刺激方法
待刺激的部位因處於周圍組織中，刺激能量經過周圍組織時不但大量損耗，波形失真，難以定量，同時也刺激了周圍組織，造成分析的困難。故在刺激生物體時，儘量將待刺激的部位與周圍組織分離（如用電極將要刺激的神經鉤起來），減少刺激能量在周圍組織中的損耗（如在要刺激的神經的周圍充以絕緣的石蠟油，減少周圍體液的分流作用）。此外，刺激器的輸出部分應有抵抗外界條件變化、維持刺激恆定的能力（如用恆流電路）等。
減少副作用
刺激時會引起一些副作用。如電刺激時刺激電流會使金屬的刺激電極電解，金屬離子擴散進入生物組織，有的離子有毒；又如刺激電流在生物體內擴播，記錄生物電時也能記錄到它的波形，叫刺激偽跡，干擾正常記錄。因此，在刺激時必須設法減少副作用。例如選用合適的刺激電極的材料，刺激波形選用正負方波等來減少電極電解作用的危害；使用刺激隔離器，使刺激電流儘量局限於刺激電極的周圍，以減少刺激偽跡對生物電記錄的干擾。
信號處理
電子計算機逐漸被廣泛套用於生理訊號的處理和分析，不僅可以提高效率和測量精度，而且可以建立新的測量方法、開闢新的研究領域。常用的有：自動測量，訊號分析、提取、識別、判別，訊號源的定位。
自動測量
自動從生理訊號波形上測出要求的參數，代替了從記錄紙上或示波器照相上手工測量的方法。測量的速度快、精度高。
信號分析、提取、識別、判別
