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1、生理学实验生理学实验physiological experiment曲阜师范大学生命科学学院徐金会与我联系TOUCH WITH ME信箱：生命科学学院E-MAIL： 公共邮箱： 密码：TEL：13791779267本次学习内容本次学习内容生理科学实验总论生理科学实验总论生物（生理）信号采集处理系统生物（生理）信号采集处理系统生理实验模拟教学软件生理实验模拟教学软件生理科学实验总论生理科学实验总论第一节第一节 绪论绪论第二节第二节 实验动物基本知识实验动物基本知识第三节第三节 动物实验技术动物实验技术第四节第四节 常用实验仪器与设备常用实验仪器与设备第一节第一节 绪论绪论一、课程的性质一、课程的
2、性质二、目的二、目的三、要求三、要求一、课程的性质一、课程的性质1实践是知识的来源。生理学的理论均来实践是知识的来源。生理学的理论均来源于实际观察，而且必须通过设计完善的源于实际观察，而且必须通过设计完善的实验来检验、修正和发展。实验来检验、修正和发展。2.通过实践，可锻炼观察问题、分析问题、通过实践，可锻炼观察问题、分析问题、解决问题的能力。在实验过程中培养科学解决问题的能力。在实验过程中培养科学工作的严肃态度、严格的要求、严密的工工作的严肃态度、严格的要求、严密的工作方法和实事求是的工作作风。作方法和实事求是的工作作风。3 生理实验理论性很强，与形态课区别生理实验理论性很强，与形态课区别较
3、大，具有一定的趣味性。较大，具有一定的趣味性。二、目的二、目的初步掌握生理学实验的基本操作技术，初步掌握生理学实验的基本操作技术，了解获得生理学知识的科学方法；了解获得生理学知识的科学方法；验证和巩固生理学的基本理论；验证和巩固生理学的基本理论；培养科学作风和分析解决问题的能力。培养科学作风和分析解决问题的能力。三、要求三、要求1.实验前：仔细阅读实验手册，复习实验前：仔细阅读实验手册，复习有关理论。做到充分理解，预测该实有关理论。做到充分理解，预测该实验各个步骤应得的结果和可能发生的验各个步骤应得的结果和可能发生的误差。误差。2.2.实验中实验中考勤和纪律：上课关掉手机或设为振动；考勤和纪律
4、：上课关掉手机或设为振动；电子设备严禁与实验室计算机连接。电子设备严禁与实验室计算机连接。安全：器材安放整齐，认真循序操作；严安全：器材安放整齐，认真循序操作；严格遵守规章制度。格遵守规章制度。多动手，多观察，多思考：严密地、全面多动手，多观察，多思考：严密地、全面地观察实验中出现的现象，随时记录，并地观察实验中出现的现象，随时记录，并联系讲授内容进行思考。联系讲授内容进行思考。3 3实验后实验后整理和清洗实验用品，如有损坏应报告授整理和清洗实验用品，如有损坏应报告授课教师。课教师。必须在教师清点检查过仪器和器械后，方必须在教师清点检查过仪器和器械后，方可离开。可离开。按规定处理动物尸体。按规
5、定处理动物尸体。各组按顺序轮流值日，整理卫生。各组按顺序轮流值日，整理卫生。整理实验记录，按要求撰写实验报告。整理实验记录，按要求撰写实验报告。生理实验报告的写作格式生理实验报告的写作格式1表头：姓名表头：姓名/学号学号/班级班级/组别组别/日期日期/操作者操作者2实验题目实验题目3实验目的实验目的4材料与方法（动物、药品、仪器、步骤）材料与方法（动物、药品、仪器、步骤）5实验结果实验结果6分析与讨论分析与讨论7结论结论实验结果实验结果实验中最重要的部分，应该实验中最重要的部分，应该忠实、详细、忠实、详细、正确正确地记述实验过程中所观察到的地记述实验过程中所观察到的现象现象。一定随时记录，不可
6、单凭记忆，否则容易一定随时记录，不可单凭记忆，否则容易发生错误或遗漏。发生错误或遗漏。数据数据可以绘制成图表。可以绘制成图表。图形曲线图形曲线应合理剪切、归类、粘贴、描绘，应合理剪切、归类、粘贴、描绘，并加以并加以标注标注和必要的文字和必要的文字说明说明，如曲线的，如曲线的名称，刺激的施加和药物的处理等。名称，刺激的施加和药物的处理等。分析与讨论分析与讨论首先判断结果是否为预期结果，根据已知首先判断结果是否为预期结果，根据已知的理论对实验结果进行针对性的解释和分的理论对实验结果进行针对性的解释和分析。非预期的结果要分析可能的原因。还析。非预期的结果要分析可能的原因。还要指出实验结果的生理意义。
7、要指出实验结果的生理意义。实验报告中最具创造性的工作。实验报告中最具创造性的工作。结论结论本实验结果中能够归纳出一般的，概括性本实验结果中能够归纳出一般的，概括性的判断，即这一实验所能验证的概念、原的判断，即这一实验所能验证的概念、原则或理论的则或理论的简明简明总结。总结。应与实验目的相呼应。应与实验目的相呼应。1.Animal2.Equipment3.Information4.Reagent生命科学实验研究的四个基本条件生命科学实验研究的四个基本条件生理科学实验基本程序生理科学实验基本程序实实验验动动物物采采集集数数据据结结果果分分析析实实验验系系统统数数据据统统计计机机理理探探讨讨结结论论
8、实验阶段实验阶段分析阶段分析阶段第二节第二节 实验动物基本知识实验动物基本知识实实验验动动物物（laboratory animal）是是指指经经人人工工培培育育，对对其其携携带带微微生生物物实实行行控控制制，遗遗传传背背景景明明确确，来来源源清清楚楚，可可用用于于科科学学实实验验、药药品品、生生物物制制品品的的生生产产和和检检定定及及其它科学研究的动物。其它科学研究的动物。实实验验用用动动物物（animal for reseach）是是指指一一切切能能用用于于科科学学实实验验的的动动物物，其其中中除除实实验验动动物物外外，还还包包括括野野生生动动物物、经经济济动动物和观赏动物。物和观赏动物。一
9、、实验动物的种类一、实验动物的种类婚垫婚垫雄蟾雄蟾蟾蟾蜍蜍属属两两栖栖动动物物，其其一一些些基基本本生生命命活活动动与与哺哺乳乳动动物物近近似似，其其离离体体组组织织和和器官所需的生理环境比较简单器官所需的生理环境比较简单(无须供氧和恒温无须供氧和恒温)。蟾蜍常用于神经生理、肌肉生理、心脏生理，微循环、水肿等实验蟾蜍常用于神经生理、肌肉生理、心脏生理，微循环、水肿等实验。雄蟾雌蟾雌蟾蟾蜍蟾蜍（Toad）小小鼠鼠被被广广泛泛的的用用于于生生物物学学、医医学学、兽兽医医学学、生生理理学学、遗遗传传学学、药药理理、毒毒理理、肿肿瘤瘤、放放射射性性、食食品品、生生物物制制品品等等的的科研、生产和教学。
10、科研、生产和教学。小鼠（小鼠（Mouse)大大鼠鼠应应用用于于生生理理学学、药药理理学学、免免疫疫学学，内内分分泌泌学学、神经生理、营养学、传染病、肿瘤和肝外科等的研究。神经生理、营养学、传染病、肿瘤和肝外科等的研究。大鼠（大鼠（Rat)常常用用于于免免疫疫学学、微微生生物物学学、传传染染病病学学、听听觉觉生生理理、实实验性坏血症等研究。验性坏血症等研究。豚鼠（豚鼠（Guinea pig)常常用用于于免免疫疫学学、肿肿瘤瘤、实实验验生生理理学学、生生殖殖生生理理、遗传性疾病等的方面的研究，制造生物制品。遗传性疾病等的方面的研究，制造生物制品。家兔家兔(Rabbit)猫猫的的神神经经系系统统和和
11、循循环环系系统统较较发发达达，与与人人很很相相似似。常常用用于于神经、循环和呼吸方面的实验。神经、循环和呼吸方面的实验。猫（猫（Cat）常常用用于于基基础础医医学学、药药理理、毒毒理理学学、实实验验外外科科学学、行行为为学学、肿瘤学等方面研究肿瘤学等方面研究 犬犬(Dog)Beagle 常常应应用用于于皮皮肤肤烧烧伤伤、肿肿瘤瘤学学、免免疫疫学学、心心血血管管及及糖糖尿尿病病、遗传性和营养性疾病、移植、外科手术等方面的研究遗传性和营养性疾病、移植、外科手术等方面的研究 猪猪(Pig)主主要要用用于于传传染染病病学学、药药理理学学和和毒毒理理学学、生生殖殖生生理理、口口腔腔医医学学）营营养养、代
12、代谢谢、行行为为学学和和高高级级神神经经活活动动研研究究及及老老年年病病、器器官官移移植植、眼眼科科、内内分分泌泌病病和和畸畸胎学、肿瘤学胎学、肿瘤学猴猴(Monkey)恒河猴（恒河猴（rhesus）近近交交系系 近近交交系系一一般般是是指指采采用用20代代以以上上全全同同胞胞兄兄弟弟妹妹妹妹或或亲亲子子（子子女女与与年年青青的的父父母母）进进行行交交配配，而而培培养养出出来来的的遗传基因纯化的品系。（遗传基因纯化的品系。（F98.6%）杂杂交交一一代代 由由两两个个近近交交系系杂杂交交产产生生的的子子一一代代称称为为杂杂交交一一代代。它既有近交系动物的特点，又获得了杂交优势。它既有近交系动物
13、的特点，又获得了杂交优势。封封闭闭群群 在在同同一一血血缘缘品品系系内内，不不以以近近交交方方式式，而而进进行行随随机机交交配配繁繁衍衍，经经五五年年以以上上育育成成的的相相对对维维持持同同一一血血缘缘关关系系的的种种群。群。二、实验动物的分类二、实验动物的分类1.按遗传学特征分类按遗传学特征分类突突变变品品系系 在在育育种种过过程程中中，由由于于单单个个基基因因的的突突变变，或或将将某某个个基基因因导导入入，或或通通过过多多次次回回交交“留留种种”，而而建建立立一一个个同同类类突突变变品品系系，此此类类个个体体中中有有具具同同样样遗遗传传缺缺陷陷或病态。或病态。非非纯纯系系 即即一一般般任任
14、意意交交配配繁繁殖殖的的杂杂种种动动物物。杂杂种种动动物物具具有有旺旺盛盛的的生生命命力力，适适应应性性强强，繁繁殖殖率率高高，生生长长快快，易易于于饲饲养养管管理理。个个体体差差异异大大，反反应应性性不不规规则则，实实验验结结果果的的重重复复性性差差。但但其其中中包包含含有有最最敏敏感感的的与与最最不不敏敏感感的的两种极端的个体。两种极端的个体。普普通通动动物物（Conventional animals,CV）又又称称一一级级动动物物，是是微微生生物物控控制制要要求求中中最最低低的的一一个个级级别别的的动动物物，要求不带有动物烈性传染病和人畜共患病原体。要求不带有动物烈性传染病和人畜共患病原
15、体。2.按微生物学分类按微生物学分类 实验动物所带的一些病原体不但影响动物本身，实验动物所带的一些病原体不但影响动物本身，更重要的是影响了试验的准确性。为了保证实验的准更重要的是影响了试验的准确性。为了保证实验的准确性、可重复性，必须对实验动物所携带的其他生物确性、可重复性，必须对实验动物所携带的其他生物体加以控制。体加以控制。无无特特殊殊病病原原体体动动物物（Specific pathogens free animal，SPF动动物物）SPF动动物物又又称称三三级级动动物物，除除不不带带有有普普通通动动物物、清清洁洁动动物物应应排排除除的的病病原原体体外外，还还应应排排除除有有潜潜在在感感染
16、染或或条条件件性性致致病病的的病病原原体体，以以及及对对实实验验干干扰扰大大的的病病原体。原体。无无菌菌动动物物（Germfree animals，GF）和和悉悉生生动动物物（Gnotobiotic animals，GN）四四级级动动物物。无无菌菌动动物物是是指指采采用用当当前前的的技技术术手手段段无无法法在在动动物物体体表表、体体内内检检出出一切其他生物体。一切其他生物体。清清洁洁动动物物（Clean animals,CL）又又称称二二级级动动物物，除除不不带带有有普普通通动动物物应应排排除除的的病病原原体体外外，还还不不应应携携带带对对动物危害大和对科学实验干扰大的病原体。动物危害大和对科
17、学实验干扰大的病原体。GFSPFCLCV传染病传染病无无无无无无未知未知寄生虫寄生虫无无无无无无未知未知试验结果试验结果明确明确明确明确明确明确有疑问有疑问用动物数用动物数少少少少较少较少多或大量多或大量统计价值统计价值很好很好可能好可能好较好较好不准确不准确长期实验长期实验好好好好可能好可能好 困难困难死亡率死亡率很少很少少少较少较少高高长期实验成活率长期实验成活率 100%90%80%40%实验标准设计实验标准设计可能可能可能可能可能可能不可能不可能结果讨论价值结果讨论价值很高很高高高较高较高有疑问有疑问实验动物级别对科研实验结果影响的比较实验动物级别对科研实验结果影响的比较三、实验动物的
18、种、系选择三、实验动物的种、系选择实验动物的种属选择实验动物的种属选择应注意影响动物实验效果的各种因素。医应注意影响动物实验效果的各种因素。医学研究尽可能选择其结构、功能和代谢特学研究尽可能选择其结构、功能和代谢特点接近于人类的动物，不同种属的动物对点接近于人类的动物，不同种属的动物对于同一刺激的反应也不同。于同一刺激的反应也不同。例如，过敏反应或变态反应的研究宜选用例如，过敏反应或变态反应的研究宜选用豚鼠，因为豚鼠易于致敏。因家兔体温变豚鼠，因为豚鼠易于致敏。因家兔体温变化灵敏，故常用于发热、热原检定、解热化灵敏，故常用于发热、热原检定、解热药和过热的实验。狗、大鼠、药和过热的实验。狗、大鼠
19、、家兔常用于家兔常用于高血压的研究。高血压的研究。实验动物品系的选择实验动物品系的选择同一种属动物的不同品系，对同一刺同一种属动物的不同品系，对同一刺激的反应也有很大差异。激的反应也有很大差异。例如：例如：DBA2小鼠小鼠100的可发生听的可发生听源性癫痫发作；而源性癫痫发作；而C57BL小鼠根本不小鼠根本不出现这种反应出现这种反应 实验动个体的选择实验动个体的选择同一品系的实验动物，对同一刺激物反应同一品系的实验动物，对同一刺激物反应存在着个体差异。年龄、体重、性别、生存在着个体差异。年龄、体重、性别、生理状态和健康情况不同，会导致不同结果。理状态和健康情况不同，会导致不同结果。敏感性：幼年
20、敏感性：幼年老年老年成年成年 1028周龄小鼠周龄小鼠老年小鼠老年小鼠 氯丙嗪氯丙嗪血糖升高血糖升高血糖降低血糖降低56周龄的雄性大鼠周龄的雄性大鼠56周龄的雌性大鼠周龄的雌性大鼠麦角新碱麦角新碱有镇痛效果有镇痛效果无镇痛效果无镇痛效果动物血压高动物血压高动物血压低动物血压低降压药降压药降压降压不降压不降压第三节第三节 动物实验技术动物实验技术进行动物实验时的各种实验方法和进行动物实验时的各种实验方法和操作技术操作技术1.1.急性动物实验方法：短时间内观察机体和急性动物实验方法：短时间内观察机体和器官的功能和代谢变化；优点：时间短，效器官的功能和代谢变化；优点：时间短，效率高，条件易控制；缺点
21、：非自然生活状态。率高，条件易控制；缺点：非自然生活状态。2.2.慢性动物实验方法：较长时期内观察机体的慢性动物实验方法：较长时期内观察机体的的功能和代谢变化；优点：接近自然生活和生的功能和代谢变化；优点：接近自然生活和生理状态，结果比较真实；缺点：时间长，条件理状态，结果比较真实；缺点：时间长，条件难控制，干扰因素多。难控制，干扰因素多。一、实验方法一、实验方法 二、动物实验操作技术二、动物实验操作技术1.1.手术器械手术器械2.2.生生理理溶溶液液：任任氏氏液液、台台氏氏液液；麻麻醉醉剂；抗凝剂剂；抗凝剂3.3.基本操作方法基本操作方法捕捉、麻醉、固定捕捉、麻醉、固定备皮：剪毛、拔毛、剃毛
22、备皮：剪毛、拔毛、剃毛消毒消毒切开皮肤切开皮肤分离组织：血管、神经、肌肉、骨骼分离组织：血管、神经、肌肉、骨骼插管技术：血管、气管、输尿管插管技术：血管、气管、输尿管采血技术：采血技术：第四节第四节 生理科学实验常用仪器生理科学实验常用仪器和设备和设备生物信息：反映机体的功能和代谢状态生物信息：反映机体的功能和代谢状态化学信息：各种生命物质及代谢产物化学信息：各种生命物质及代谢产物等的化学特性。等的化学特性。生物信息：血压、呼吸、肌肉张力、生物信息：血压、呼吸、肌肉张力、脉搏、视脉搏、视 觉、情绪等觉、情绪等物理信息：生物电、生物声、生物光、物理信息：生物电、生物声、生物光、生物磁等生物磁等一
23、、生物信号一、生物信号1、生理信号：血压、张力、呼吸量等、生理信号：血压、张力、呼吸量等。生理信号拾取器件：生理信号拾取器件：换能器（传感器）换能器（传感器）换能器是一种能将机械能、化学能、换能器是一种能将机械能、化学能、光能等非电量形式的能量转换为电能光能等非电量形式的能量转换为电能的器件或装置。的器件或装置。换能器换能器PH值温度温度声声音音磁场磁场生理信号基本特性：生理信号基本特性：低频（直流）、低幅低频（直流）、低幅 信号名称信号名称 幅度幅度 频谱频谱(Hz)血流血流(主动脉主动脉)1300ml/s DC20心输出量心输出量 425L/min DC20心阻抗心阻抗 15500 DC6
24、0呼吸流量呼吸流量 501000 ml/次次 DC5 心音心音 0.12 0.0052k 动脉血压动脉血压 10400mmHg DC502 2、生物电信号、生物电信号心电图、脑电图、皮肤电心电图、脑电图、皮肤电、细胞电位、细胞电位等。等。生物电信号拾取器件：生物电信号拾取器件：电极电极电极是将离子电流转换成电子电流的电极是将离子电流转换成电子电流的一种器件。一种器件。组织组织电极 幅度幅度(mV)频谱频谱(Hz)源阻抗源阻抗(K)极化电压极化电压(mV)干扰电压干扰电压(V)心电图心电图 0.18 0.2100 数十数十 300 数伏数伏脑电图脑电图 0.011 160 :100 :皮肤电皮肤
25、电 0.050.2 1100 :300 :细胞电位细胞电位 0.1100 DC10000 :几个几个 ：胃电图胃电图 0.011 DC1 数十数十 300 数伏数伏 生物电基本特性生物电基本特性l l低频，低幅，源阻抗大低频，低幅，源阻抗大低频，低幅，源阻抗大低频，低幅，源阻抗大l l电电电电极极极极极极极极化化化化电电电电压压压压：处处处处理理理理好好好好时时时时表表表表现现现现为为为为直直直直流流流流特特特特性性性性（100mV100mV），用用用用直流放大器时，信号直流成分被干扰，放大器饱和直流放大器时，信号直流成分被干扰，放大器饱和直流放大器时，信号直流成分被干扰，放大器饱和直流放大器
26、时，信号直流成分被干扰，放大器饱和l l干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号：50Hz50Hz交交交交流流流流电电电电干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号，生生生生物物物物电电电电信信信信号号号号的的的的相相相相互互互互干干干干扰扰扰扰 ECGECG与肌电、皮肤电与肌电、皮肤电与肌电、皮肤电与肌电、皮肤电二、刺激系统二、刺激系统电子刺激器电子刺激器锌铜弓锌铜弓刺激电极刺激电极电子刺激器的波形及参数电子刺激器的波形及参数三、经典记录仪器三、经典记录仪器记纹鼓记纹鼓生理记录仪生理记录仪示波器示波器生生物物机机能能实实验验系系统统，集集生生物物信信号号放放大大、数数据据采采集集、数数据据处处理理等等功功能能
27、于于一一体体的的多多功能生理科学实验仪器。功能生理科学实验仪器。四、微机生物信号采集处理系统四、微机生物信号采集处理系统硬件硬件软件软件PowerLab多通道生理信号采集与处理系统：多通道生理信号采集与处理系统：澳大利亚埃德仪器有限公司澳大利亚埃德仪器有限公司ADInstruments内置式内置式PcLab：北京微信斯达科技发展有限：北京微信斯达科技发展有限责任公司责任公司MedLab微机生物信号采集处理系统微机生物信号采集处理系统成都仪器厂成都仪器厂泰盟泰盟BL-310，BL-420遨生遨生MSP600，ASB240U交流交流直流直流采用频采用频率、率、模模拟拟信号信号和数字和数字信号信号模
28、模-数转换器（数转换器（analog-to-digital converter）简称）简称A/D数数-模转换器（模转换器（digital-to-analog converter）简称）简称D/A 模拟信号：在时域是连续的信号模拟信号：在时域是连续的信号 Lim t0=f(t t)tt数字信号：在时域是不连续的信号数字信号：在时域是不连续的信号实验内容二实验内容二熟悉生物信号采集处理系统熟悉生物信号采集处理系统BL-310BL-310、MSP600MSP600、ASB240UASB240U、BL-420FBL-420F说明书，使用手册，帮助菜单说明书，使用手册，帮助菜单零点校正零点校正定定标标：量的：量的标标定和定和单单位位转换转换快捷工具快捷工具栏栏：刺激器：刺激器设设置、数据置、数据测测量量菜单栏：文件、输入信号、实验项目菜单栏：文件、输入信号、实验项目/模块模块具体学习要求具体学习要求实验内容三实验内容三生理科学实验计算机模拟实验生理科学实验计算机模拟实验实验总论实验总论常用实验常用实验下次实验下次实验蟾蜍坐骨神经蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本的制备。腓肠肌标本的制备。去大脑僵直去大脑僵直