KABELOVÉ VLASTNOSTI BIOLOGICKÝCH VODIČŮ. Helena Uhrová

Podobné dokumenty
Příklady: 28. Obvody. 16. prosince 2008 FI FSI VUT v Brn 1

Základní pasivní a aktivní obvodové prvky

Membránové potenciály

Obvodové prvky a jejich

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU. Helena Uhrová

Membránový potenciál, zpracování a přenos signálu v excitabilních buňkách

Biologické membrány a bioelektrické jevy

9. Léčiva CNS - úvod (1)

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Přednášky z lékařské biofyziky Lékařská fakulta Masarykovy univerzity v Brně

Téma 1: Elektrostatika I - Elektrický náboj Kapitola 22, str

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Elektromagnetismus. - elektrizace třením (elektron = jantar) - Magnetismus magnetovec přitahuje železo zřejmě první záznamy o používání kompasu

12. Elektrochemie základní pojmy

Nervová soustává č love ká, neuron r es ení

Jaký význam má kritický kmitočet vedení? - nejnižší kmitočet vlny, při kterém se vlna začíná šířit vedením.

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Elektrostatické pole. Vznik a zobrazení elektrostatického pole

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

Základní elektronické obvody

Elektrody pro snímání biologických potenciálů. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

Matematické modelování elmg. polí 3. kap.: Elmg. vlnění

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

Fyzika I. Obvody. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/36

Okruhy, pojmy a průvodce přípravou na semestrální zkoušku v otázkách. Mechanika

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

VY_32_INOVACE_6/15_ČLOVĚK A PŘÍRODA. Předmět: Fyzika Ročník: 6. Poznámka: Vodiče a izolanty Vypracoval: Pták

(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE

TEORIE ELEKTRICKÝCH OBVODŮ

Různé: Discriminant: 2

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Krevní oběh. Helena Uhrová

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

Úvod do elektrokinetiky

Nervová soustava Centrální nervový systém (CNS) mozek mícha Periferní nervový systém (nervy)

Nervová soustava Centrální nervový systém (CNS) mozek mícha Periferní nervový systém (nervy)

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

Přednáška 2. Martin Kormunda

elektrický náboj elektrické pole

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Úvod do biologie rostlin Transport látek TRANSPORT. Krátké, střední, dlouhé vzdálenosti

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

ÚSTAV ANORGANICKÉ TECHNOLOGIE

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Příklady: 22. Elektrický náboj

Obvod střídavého proudu s kapacitou

I dt. Elektrický proud je definován jako celkový náboj Q, který projde vodičem za čas t.

Elektromagnetické pole, vlny a vedení (A2B17EPV) PŘEDNÁŠKY

Ekvivalence obvodových prvků. sériové řazení společný proud napětí na jednotlivých rezistorech se sčítá

X14 AEE + EVA Mindl. Odstředivý regulátor předstihu zážehu

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Řešení úloh 1. kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze

Základy vakuové techniky

Velikost závisí na kvalitě izolace mezi těmito místy a dá se v širokých mezích ovlivnit.

Název: Měření nabíjecí a vybíjecí křivky kondenzátoru v RC obvodu, určení časové konstanty a její závislosti na odporu

Přehled látky probírané v předmětu Elektřina a magnetismus

Přehled veličin elektrických obvodů

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

Manuální, technická a elektrozručnost

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Elektrody pro snímání biologických potenciálů. A6M31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Základní vztahy v elektrických

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

vodič u něho dochází k transportu el. nabitých částic, který je nevratný, dochází ke vzniku proudu a disipaci energie

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Pohyby částic ve vnějším poli A) Homogenní pole. qb m. cyklotronová frekvence. dt = = 0. 2 ω PČ 1

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_357

Elektrická impedanční tomografie

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza šumu v elektronických obvodech

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

PSK1-15. Metalické vedení. Úvod

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

ELEKTROSTATICKÉ POLE V LÁTKÁCH

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah

3) Membránový transport

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

3 a) Fyzikální principy. 5 Chemický potenciál (µ s ) (volná energie na jeden mol: J/mol) * = chemický potenciál roztoku s za standartních podmínek

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Transkript:

KABELOVÉ VLASTNOSTI BIOLOGICKÝCH VODIČŮ Helena Uhrová

19. století Lord Kelvin 1870 - Hermann namodelování elektrického napětí na nervovém vlákně 20. stol - Hermann a Cremer nezávisle na sobě rozpracovali kabelovou teorii pro nervové vlákno

Nervové vlákno tělo neuronu dendrity dendritické trny synapse synaptická štěrbina (20 nm) neurotransmiter synaptický potenciál

Vznik elektrických polí Přítomnost elektrických nábojů Ve vodivém prostředí vyvolává elektrické pole pohyb nábojů (i magnetické) Ve vakuu nebo nevodivém prostředí ubývá s druhou mocninou vzdálenosti Rozložení nábojů je výsledkem působení elektrických polí a difůze

Druhy nábojů volné různé druhy iontů v roztoku mají určitou pohyblivost vázané nabité části molekul - fosfolipidů - membránových proteinů - strukturních proteinů

Odpor ohmický odpor R Ohmův zákon V = ir i i R V = ir

Kondenzátor membrána = dielektrikum kondenzátor akumulace Q po dobu trvání pulzu i dv/ dt = i/ C V = qc / i C

Odpor a kondenzátor i i R i C V i C i R pulz nabíjí kondenzátor část proudu teče odporem rychlost nabíjení se zpomaluje a nakonec poteče proud jen odporem vypnutí pulzu - kondenzátor se vybíjí stejnou rychlostí jako se nabíjel i C

Modelové schéma membrány

Dendrity i axony si lze představit jako válce, složené z paralelně řazených segmentů c m a r m. Kapacitance c m nervového vlákna je dána el. silami působícími přes velmi tenkou fosfolipidickou dvojvrstvu. Podél délky vlákna sériově řazené odpory r l, jsou příčinou významného odporu cytosolu vůči pohybu elektrického náboje.

Specifické odpory a kapacity r m [Ω.cm], c m [μf/cm] - měrný (specifický) odpor a kapacitance materiálu měřené na jednotkové délce membrány R m [Ω.cm 2 ], C m [μf/cm 2 ] - specifický odpor a kapacitance membrány vztažené na jednotku plochy membrány

pro kapacitu a odpor nervového vlákna nebo buněčné membrány při známém poloměru kabelu a platí r m = Rm = 2π a m m 2 c C π a větší obvod větší plocha pro náboj - menší odpor

pro specifický odpor cytoplasmy R i na jednotku plochy umožňuje vypočítat intracelulární odpor na jednotku délky r i (Ω.cm -1 ) r R = i i 2 π a

Odvození kabelové rovnice membrána je perfektně uzavřená (odpor membrány r m = ), takže do vnějšího prostředí neteče žádný proud kapacita c m = 0 proud přivedený do vlákna v místě x = 0 se může pohybovat po vnitřní straně vlákna beze změny

2 2 1 m i m V V V c r x r t = + m i r r λ = m m τ = cr zavedeme délkovou a časovou konstantu a č a s o v o u k o n s t a n t u.

λ 2 2 V V V = x t τ 0 2 Vx = 0 x Ve λ V x V 0 - napětí ve vzdálenosti x od místa x = 0 - depolarizační napětí v místě x = 0

Při odvozování jsme předpokládali,že : odpor membrány je napěťově nezávislý - mnohé membrány jsou vybaveny iontovými kanály s napěťovými branami, čímž se stávají napěťově závislé poloměr vlákna je po celé délce vlákna konstantní vstupující proudy se mohou lineárně sčítat - proudy mohou být způsobeny mikrozařízením - pro změny ve vodivosti synaptické membrány linearita neplatí

Modelování elektrických vlastností membrán V r - klidový membránový potenciál c m - kapacita membrány r m - membránový odpor

( ) r r m 1 i V V r = C m d d d d q V i C t t = = ( ) r m 1 i V V r = m d d V C t +

τ V V = ir e τ r m t τ = 1-20 ms doba za kterou poklesne amplituda na hodnotu 1/e, tj.36,8 %

Náhrada membránového odporu G = G + G + G m K Na Cl + +

Iontové vodivosti a membránový potenciál G Cl - = V I Cl V Cl G Na + = V I Na + V Na + G K + = V I K + V K + V m = V G + V G + V G + + + + K K Na Na Cl Cl G + G + G + + K Na Cl

Ω membrány impedanční charakter průměrná specifická kapacita membrány je 1μF.cm -2 plošný odpor membrány 1000-1500 (ohm.cm -2 )

Příklad Jaký náboj je schopna membrána akumulovat při klidovém membránovém potenciálu V = 80 mv? Q 6 3 8 2 = CV. = 1.10 80.10 = 8.10 C/cm Jaké množství iontů tento náboj představuje? 8.10 1, 6.10 8 = 19 5.10 C/cm 11 2

Kolika molům jednomocných iontů se rovná množství náboje Q? Za použití Faradayovy konstanty F = 96 400 C/mol (množství el. náboje v C v 1molu monovalentního iontu). x 8 8.10 = = 96400 13 8, 299.10 M/cm 2