钙离子是广泛存在的细胞重要信使，因此钙信号活动的机制成为生命科学研究中的热点问题之一。而心肌细胞中钙信号由于它的可激发性和离散性，展现出独特的运动形式。本文利用实验室基于近场光学原理组建的全内反射荧光显微系统研究了单个心肌细胞中的钙离子活动。并且利用Fire-Diffuse-Fire模型模拟验证了实验中的新发现。 我们组建了一套全内反射荧光显微系统。利用这套系统，首次长时间地记录了心肌细胞中的钙螺旋波。通过最近发展起来的分析活体中振荡信号的新方法一相分析方法，分析了钙螺旋波的形成和演变机制。发现组成钙波的钙火花在钙螺旋波的形成过程中起了重要的作用。在这一过程中，钙火花的参与，本质上是使空间对称产生破缺。尤为奇特的是，单个钙火花不但能够使整个钙螺旋波产生渐进的相重置，而且适当位置的钙火花能够使螺旋波终止。这种螺旋波终止的机制与以往发现的可激发介质中螺旋波的消失过程有本质不同。我们将其归因于活体生物可激发系统的随机性和离散性。这些发现是首次在微观机制上研究活体可激发介质的运动规律。而这些规律与生命活动中一些重要生理过程如受精卵细胞的发育、神经的传导以及心脏纤颤致死等息息相关。 为了验证实验结果分析的正确性，我们利用描述心肌细胞内钙信号活动的Fire-Diffuse-Fire模型进行了模拟。模拟结果显示特定区域产生的钙火花确实能够重置螺旋波。当适当降低钙火花释放强度时，单个钙火花能够使螺旋波消失。虽然降低钙火花释放强度，本质上是降低了系统的可激发性，但是我们实现了在固定的弱可激发性条件下，系统由稳定螺旋波状态到静息状态的转变。并且找到了能够使这种转变发生的钙火花释放区域。根据钙火花释放的随机特点，在模型中加入随机量，模拟了钙螺旋波的随机自发产生和变化。通过调节钙释放通道性质，发现钙螺旋波的寿命与钙火花的释放频率以及钙通道的不应期直接相关，并且得出了在正常生理条件下，钙螺旋波具有最不可几产生性的结论。 通过对心肌细胞中钙火花和钙螺旋波的相互作用的研究，展示了单个基本反应单元在可激发系统演变过程中的微观机制。由于活体可激发系统的非连续性，我们认为这种微观机制在活体可激发系统中是普适的。