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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