第六节　生物电及其记录

学习枯燥乏味的数学、物理学和电场知识是为了能够较为顺利的理解生物电产生、特性和记录等理论。本节介绍与生物电记录相关的偶极子电势理论。

一、容积导体

人体内组织主要由蛋白质、脂肪等组成，这些物质大多为不良导体，人体主要依靠各种体液和存在于细胞间隙的细胞外液中的电解质传导电流，这种传导电流方式称之为容积导体。与金属导体“均匀”传导电流不同，容积导体的电流与导体的形状有关、导体中不同位置传导的电流密度可以不同（给定任一位置传导电荷量的度量用电流密度表示）。图2-17显示典型的电源（电场、电势）在人体中的传导形式。

二、偶极子电场与容积传导

产生于人体组织、器官的生物电对于组织、器官外任一点相当于一个电偶极子（等效偶极子）。人体为容积导体，在偶极子电场中某一点的电流密度（电势）与该点与偶极子的距离成反比（距离越远电势越小），并与偶极子空间角度有关。如图2-18所示。

临床检测记录到的波形中的某个成分通常称之为“某某电位”或“某某波”，这些电位为特定神经结构偶极子电势随时间变化的函数，产生某个电位的神经结构称为该电位的神经发生源。

三、近场电位与远场电位

生物电的采集总是需要两个电极，即记录电极和参考电极。记录电极和参考电极分别简称为G1、G2。在肌电图、诱发电位的应用中，G1更多称为记录电极、主记录电极、活动电极（A）、负极，有时也简称为G - 或直接标识为符号“-”；相应地，G2称为参考电极（R）、正极，简称为G+或直接标识为“+”。本书根据文字或图示的需求，混合使用上述表述和标识方法。

记录电极的正-负极构成一个记录矢量（三维空间），神经发生源偶极子矢量可视作“电源”，用U0表示，U0经空间投影在记录矢量上产生的电势差大小为U，根据偶极子电场在容积导体的分布有公式：

U = kU0cos（θ）/r2

式中k为常数，表示容积导体（人体）的电导率；θ表示记录矢量与偶极子矢量在二维平面上的夹角，为变量；r表示记录电极与偶极子的距离，为变量。由公式可见，影响记录到电势差的大小同时受r和θ的影响。对人体生物电神经发生源与记录电极位置而言，偶极子两极之间的距离远小于记录电极与偶极子间的距离，偶极子可视为一个“点”，即记录位置与偶极子两极之间的距离差、角度差均可忽略不计，记录电极记录到偶极子电势的大小仅与距离r有关。

当记录电极距离偶极子足够近，记录电极可记录到足够大的偶极子电势参考电极置于远离偶极子的位置，其电势视为零。此种情况记录到的生物电活动称为近场电位。

当记录电极不可能接近偶极子电源时，例如采集大脑深部神经核团的生物电活动，则可选择合适的记录电极、参考电极位置，使偶极子矢量在记录矢量上投影最大（图2-19）。即使如此，偶极子电源的生物电活动因为远距离传播的衰减，其电势（记录到的生物电活动的波幅）已十分微弱，除需高倍率放大之外，有时还需采用其他技术使之更加清晰可辨。

因为电流速度为光速，即偶极子电场建立在“瞬间”完成。在人体这个有限空间中，皮肤表面记录到的电位即时反映了偶极子电场中的电势差，与其是近场电位或远场电位无关。远场电位传导到皮肤表面并不比近场电位需要更多的时间。

临床神经电生理检测中主要波形的电位远近场属性如下：①感觉神经动作电位（sensory nerve action potential，SNAP）：SCV 检测引出的 SNAP主要为近场电位；②针极肌电图（EMG）：EMG各观察波形以近场电位为主、部分远场电位；③复合肌肉动作电位（compound muscle action potential，CMAP）：MCV检测引出的肌肉CMAP以近场电位为主、部分远场电位；④躯体感觉诱发电位（SEP）：近场电位为主、部分远场电位；⑤视觉诱发电位（VEP）：远场电位为主、少部分近场电位；⑥脑干听觉诱发电位（BAEP）：远场电位。