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绪论 1

第一章 生物热力学 4

第一节 热力学第一定律 5

一、热力学第一定律 5

二、焓 5

三、热量测定 5

第二节 热力学第二定律和熵 6

一、热力学第二定律 6

二、熵的概念 6

三、热力学第二定律的统计意义 7

四、熵的计算 7

五、熵增加原理 7

第三节 自由能和封闭系统的自由能最小原理 8

一、Gibbs自由能 8

二、Helmholtz自由能 11

第四节 自由能在生物化学平衡中的应用 11

一、生物化学反应的化学势和方向性 11

二、反应平衡系数和标准Gibbs自由能的关系 13

三、生化反应中的应用 16

第五节 自由能在生物体系物理平衡中的应用 22

一、生物大分子和配体的透析平衡 22

二、质量传输中的热力学分析 30

第二章 生理系统的质量输运 34

第一节 前言 34

第二节 质量输运的基本原理 35

一、通量的概念 35

二、质量输运过程的分类 36

三、输运现象的基本方程 37

第三节 质量输运的其他机制 42

一、对流流动中质量通量的经典处理方法 42

二、Maxwell-Stefan方程和广义Fick定律 44

三、Maxwell-Stefan方程与广义Fick定律的应用 45

第四节 多孔薄膜中的质量输运 47

第五节 渗透 48

一、渗透现象与渗透压 49

二、渗透压的计算 50

第六节 带电粒子的扩散 52

第七节 溶质的载体输运 52

第八节 主动输运 55

一、主动输运的意义 55

二、参与主动输运的ATPase的类型 55

三、主动输运的方向 56

四、P型泵的作用机制 56

五、Na+/K+泵（Na+/K+pump，Na+/K+-ATPase） 56

第九节 生物大分子的跨膜输运 58

第三章 分子生物物理学 61

第一节 前言 61

一、分子生物物理学的研究内容 61

二、分子生物物理学与生理学的关系 62

第二节 蛋白质分子的结构 62

一、蛋白质分子的组成 63

二、蛋白质分子的结构基础 63

第三节 测定生物大分子结构的物理方法和技术 66

一、X-射线衍射晶体结构分析 66

二、核磁共振波谱法 71

三、扫描隧道显微镜（SEM） 76

四、原子力显微镜（AFM） 78

五、圆二色性光谱 81

第四节 蛋白质结构预测 82

一、蛋白质结构的预测方法 83

二、分子对接 93

三、蛋白质功能分析简介 94

第四章 生物组织和细胞的力学特性 100

第一节 力学基础知识 100

一、应力、应变和应力-应变曲线 100

二、材料的本构关系 101

第二节 生物组织的力学特性 103

一、生物组织的力学性质和结构组成的关系 103

二、生物组织弹性和黏弹性行为的力学分析 108

三、生物组织的孔弹性行为 112

四、肌肉的力学特点和模型分析 117

第三节 细胞的力学特性 122

一、细胞膜的力学特性 122

二、细胞骨架的力学特性及力学分析 125

三、细胞黏附 128

四、细胞迁移和力学传导 130

五、单个细胞变形实验及力学分析 131

六、细胞力学结构模型概述 136

第五章 电生理学基础 142

第一节 生物电研究的历史 142

一、生物电的发现 142

二、生物电的实验验证 143

三、生物电产生机制的两种学说 144

四、生物电的膜学说 145

五、细胞膜离子通道的研究 145

第二节 细胞膜的电特性 146

一、细胞膜的组成、结构以及基本电特性 146

二、细胞膜的电位 151

第三节 电压钳技术和膜片钳技术 155

一、电压钳实验技术 155

二、膜片钳实验技术 157

第四节 细胞膜离子通道模型——HH方程 162

一、离子通道模型的建立 163

二、HH离子通道模型的仿真结果 169

第六章 心脏电生理 177

第一节 心肌细胞电生理 177

一、心肌细胞的动作电位与静息电位的特点 177

二、心肌细胞离子通道的基本结构和功能 180

三、Na+/Ca2+交换 193

四、心室肌动作电位期间的电流 196

第二节 心脏电生理基础 201

一、心脏的结构 201

二、心脏兴奋传导系统 201

三、心脏电生理数学物理基础 203

四、心电向量图、心电图和导联系统 206

第七章 神经电生理 216

第一节 神经系统和神经元基本概念 216

一、基本概念 216

二、神经细胞的结构 216

三、神经细胞的分类 216

第二节 神经细胞之间的突触连接和突触电位 217

一、电突触和化学突触 217

二、突触传递的过程和突触电位 217

三、突触电位的整合 218

四、突触传递的可塑性 219

第三节 海马组织神经回路 219

一、海马组织的兴奋性回路 219

二、海马组织的抑制性回路 220

第四节 神经系统电信号的检测和分析技术 221

一、不同层次大脑神经电信号检测方法 221

二、微电极阵列记录技术和神经元锋电位的甄别 222

三、神经元脉冲序列的分析方法 227

第八章 心血管系统的功能与控制 236

第一节 心血管系统的功能解剖 236

一、心血管循环系统的功能 236

二、心血管循环系统的组成 237

三、心脏的功能解剖 238

第二节 心血管系统中的控制与整合 242

一、心血管的收缩功能及调控 242

二、心血管循环系统的自动调节 245

三、心血管循环系统的外部调节 246

第三节 心血管系统的力学建模 257

一、外周循环系统模型 257

二、心脏泵性能 263

三、心血管系统模型 268