Základy fyziologie. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Transkript

1 Základy fyziologie X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

2 Rádio Víte, telegraf je v podstatě jen velmi dlouhý kocour. V New Yourku ho zataháte za ocas a jeho hlava v Los Angeles zamňouká. Rozumíte tomu? A rádio funguje úplně stejně: tady vyšlete signál a tam ho přijmou. Jediný rozdíl je v tom, že k tomu nepotřebujete žádného kocoura. Albert Einstein

3 Fyziologie lékařský vědní obor Jan Evangelista Purkyně ( ) z hlediska lékařských diagnostických (nebo terapeutických) metod nás často zajímají elektrické vlastnosti živých organismů na úrovni organismu jako celku, funkčního systému (kardiovaskulárního, nervového atd.), jednotlivých orgánů (srdce, mozku atd.), tkání (nervové, svalové atd.), a buněk

4 Elektrofyziologie specializovaný vědní obor zabývající se studiem elektrických dějů v živých organismech dráždivé tkáně vykazují schopnost reagovat na vnější podnět elektrický, chemický nebo fyzikální (světelný, mechanický, tepelný apod.) podstatou elektrických projevů buňky je změna koncentrací iontů na buněčné membráně

5 Membránové napětí (potenciál) rozdílná koncentrace iontů vně a uvnitř buňky vede ke vzniku membránového napětí kde je potenciál na vnitřní straně membrány, je potenciál na vnější straně membrány činností buněčné membrány a sodíko-draslíkové pumpy dochází ke změně koncentrace iontů, především K +, Na + a Cl -, uvnitř a vně buňky klidová membránová napětí živočišných buněk se pohybují v rozmezí asi mv

6 Nernstova rovnice kde je rovnovážné napětí iontu X, je molární plynová konstanta, je termodynamická teplota, je valence iontu X, je Faradayova konstanta, je koncentrace iontu X uvnitř buňky, je koncentrace iontu X vně buňky

7 a co z toho? různá koncentrace nábojů na obou stranách membrány vyvolává potenciálový rozdíl na membráně funguje to i opačně napětí přivedené na membránu může pumpovat ionty z jedné strany na druhou napětí na membráně je přímo úměrné termodynamické teplotě napětí na membráně je závislé na podílu koncentrací (nikoli třeba na rozdílu apod.) a je přímo úměrné logaritmu tohoto podílu

8 Rovnovážná napětí pro kationty draslíku K + pro kationty sodíku Na + pro anionty chloru Cl - pozn.: koncentrace byly naměřeny na kosterním svalu žáby při teplotě 20 C

9 Membránové napětí ještě jednou membránové napětí nelze získat prostým součtem napětí pro jednotlivé ionty proč? Goldmanova rovnice kde je membránové napětí tvořené ionty K +, Na + a Cl - je propustnost membrány pro ionty X

10 Klidový potenciál klidový potenciál kosterního svalu žáby

11 Akční potenciál při podráždění buňky může dojít k dočasné změně jejího membránového napětí, vzniká tzv. akční potenciál spouštěcím mechanismem je změna membránového napětí na tzv. prahovou úroveň (např. u nervové buňky to představuje vzrůst napětí z -70 mv na asi -55 mv) ke vzrůstu napětí může dojít z různých příčin, např. lokálními proudy, přítomností neurotransmitteru, elektrostimulací

12 Akční potenciál nervové buňky spouštěn vzrůstem napětí na asi -55 mv čtyři fáze depolarizace, transpolarizace, repolarizace, hyperpolarizace a obnovení klidového stavu po spuštění akčního potenciálu buňka není schopná reagovat na další podněty, je tzv. absolutně refrakterní po alespoňčástečné repolarizaci se buňka stává tzv. relativně refrakterní, je schopná reagovat na další podněty

13 Akční potenciál nervové buňky

14 Akční potenciál nervové buňky

15 Akční potenciál buňky srdečního svalu oproti akčnímu potenciálu nervové buňky má výrazně pomalejší průběh pět fází depolarizace, transpolarizace, plató repolarizace, hyperpolarizace a obnovení klidového stavu velmi pomalá repolarizace trvá i více než 200 ms

16 Akční potenciál buňky srdečního svalu Bronzino, J. D.: Biomedical Engineering Fundamentals. CRC Press, 2006.

17 Akční potenciál buňky sinového uzlu buňky sinového uzlu (pacemaker, SA node) jsou zvláštní buňky srdečního svalu, které jsou schopné vytvářet periodicky akční potenciál, aniž by potřebovaly ke spuštění vnější podněty

18 Akční potenciál buněk sinového uzlu

19 Šíření vzruchu srdeční svalovinou

20 Literatura 1. Penhaker, M a kol.: Lékařské diagnostické přístroje učební texty. VŠB TU Ostrava, Bronzino, J. D.: Biomedical Engineering Fundamentals. CRC Press, Trojan, S. a kol.: Lékařská fyziologie. Grada, Silbernagl, S., Despopoulos, A.: Atlas fyziologie člověka. Grada, Obdržálek, J.: Nernstova rovnice srozumitelně. [ ]