Βιοδυναμικά: Ασθενή ηλεκτρικά ρεύματα τα οποία παράγονται στους ιστούς των ζωντανών οργανισμών κατά τις βιολογικές λειτουργίες.

Bιοηλεκτρισμός To νευρικό σύστημα Το νευρικό κύτταρο Ηλεκτρικά δυναμικά στον άξονα Δυναμικά δράσης Ο άξονας ως ηλεκτρικό καλώδιο Διάδοση των δυναμικών δράσης Δυναμικά δράσεις στους μύες Δυναμικά επιφανείας

Bιοηλεκτρισμός Βιοδυναμικά: Ασθενή ηλεκτρικά ρεύματα τα οποία παράγονται στους ιστούς των ζωντανών οργανισμών κατά τις βιολογικές λειτουργίες. Τα βιοηλεκτρικά φαινόμενα στα ζωντανά κύτταρα οφείλονται σε διαφορές συγκέντρωσης ιόντων στις δύο πλευρές της κυτταρικής τους μεμβράνης. Η έντασή τους εξαρτάται από τη λειτουργική κατάσταση των ιστών, επομένως η μελέτη των μεταβολών τους μπορεί να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες τόσο στη μελέτη της φυσιολογίας τους, όσο και στη διάγνωση παθολογικών καταστάσεων. Ενδεικτικά, το ερεθισματ-αγωγό σύστημα της καρδιάς ξεκινά από τον φλεβόκομβο που αποτελείται από μια ομάδα ειδικών κυττάρων και βρίσκεται στο τοίχωμα του δεξιού κόλπου. Από τον φλεβόκομβο, τα βιοηλεκτρικά ερεθίσματα μεταφέρονται στον κολποκοιλιακό κόμβο, από εκεί στις κοιλίες με το δεμάτιο του ΗΙS και τέλος, σε όλο το μυοκάρδιο.

Bιοηλεκτρισμός Τα βιοδυναμικά προκαλούνται εξωτερικά πχ με ηλεκτρόδια επιφανειακά ή ηλεκτρόδια που διεισδύουν στον ιστό, παρακολουθούνται και καταγράφονται. Το γνωστό όργανο που λέγεται ηλεκτροκαρδιογράφος έχει την ικανότητα να συλλαμβάνει αυτά τα βιοηλεκτρικά ερεθίσματα, να τα ενισχύει και να τα καταγράφει στο λεγόμενο ηλεκτροκαρδιογράφημα που δίνει μια εικόνα της λειτουργίας της καρδιάς. Ανάλογη διαγνωστική αξία έχουν τα βιοηλεκτρικά φαινόμενα του νευρικού συστήματος. Η λειτουργία των μυών παρακολουθείται από τα βιοδυναμικά που φαίνονται στο μυογράφημα. Εγκεφαλικά σήματα που δίνουν πληροφορίες για την λειτουργία του εγκεφάλου καταγράφονται στο Εγκεφαλογράφημα.

Το νευρικό κύτταρο

Μετρώντας την ηλεκτρική απόκριση του άξονα Το δυναμικό δράσης παράγει ρεύματα εντός και εκτός του άξονα Δυναμικό επιφανείας κατά μήκος μιας δέσμης νεύρων

Με τον όρο νευρώνας ορίζουμε το κύτταρο που αποτελεί δομικό μέρος και λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος. Κάθε νευρώνας αποτελείται από ένα κυτταρικό σώμα, που περιλαμβάνει τον πυρήνα και μεγάλο αριθμό οργανιδίων, και από μία ή περισσότερες αποφυάδες. Αυτές ονομάζονται "δενδρίτες" όταν συλλέγουν τα σήματα που στέλνονται στο κύτταρο, και "άξονας" όταν μεταδίδει ώσεις από το κυτταρικό σώμα.

Οι άξονες των κυττάρων του περιφερειακού νευρικού συστήματος καλύπτονται από ένα μυελώδες έλυτρο, προστατευτικό περίβλημα, που σχηματίζεται από μια μεγάλη αλυσίδα κυττάρων Σβαν (Schwann): το σύστημα αυτό διασφαλίζει την διάδοση των ηλεκτρικών παλμών (Spike) κατά μήκος του άξονα, με ταχύτητα περίπου 100 μ./δευτ. Ο αριθμός των spikes ανά δευτερόλεπτο (f i =Spike/s) ορίζεται ως η "συχνότητα κένωσης" ή συχνότητα νεύρωσης του νευρώνα. Οι ηλεκτρικοί παλμοί (spikes) προκαλούνται από έναν μηχανισμό πόλωσης και εκπόλωσης της μεμβράνης του νευρώνα. Ανάμεσα στα έλυτρα υπάρχει ένα κενό, στο οποίο ο νευράξονας είναι γυμνός. Αυτό το σημείο ονομάζεται κόμβος Ραβιέ και είναι πλούσιο σε διαύλους νατρίου. Σε κάθε κόμβο το σήμα ενδυναμώνεται ξανά. Οι άξονες των κυττάρων του κεντρικού νευρικού συστήματος καλύπτονται από έλυτρα μυελίνης που φτιάχνονται από ειδικά νευρογλοιακά κύτταρα, τους ολιγοδενδρίτες. Η αλλοίωση της μυελίνης, παρούσα στους νευράξονες, εξαιτίας εσφαλμένης λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος, προκαλεί πολλαπλή σκλήρυνση, που οδηγεί στη σταδιακή απώλεια του μυϊκού ελέγχου, της εγκεφαλικής λειτουργίας και της ικανότητας μετάδοσης των μηνυμάτων. Έλυτρον : εξωτερικό σκληρό περίβλημα φτερούγας εντόμων, το οποίο καλύπτει το κύριο μέρος της

Οι νευρώνες αποτελούνται από: Το Σώμα, το μεγαλύτερο κεντρικό τμήμα του κυττάρου μεταξύ των δενδριτών και του νευράξονα και περιλαμβάνει το πυρήνα του κυττάρου. Τον Νευράξονα, που ονομάζεται και νευρίτης ή απλά άξονας, μια λεπτή ίνα που μπορεί να είναι μέχρι και δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη σε μήκος από τη διάμετρο του σώματος. Αυτή η δομή μεταφέρει τα νευρικά σήματα από τον νευρώνα. Κάθε νευρώνας διαθέτει μόνο ένα άξονα, αλλά αυτός ο άξονας μπορεί να διακλαδίζεται έντονα, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται η επικοινωνία με πολλά κύτταρα-στόχους. Εκεί που τελειώνει ο άξονας υπάρχουν σημαντικά στοιχεία τα τελικά κομβία που χρειάζονται για την μεταφορά των πληροφοριών προς άλλους δενδρίτες άλλων νευρώνων. Οι περισσότεροι νευράξονες είναι μονωμένοι με έλυτρα μυελίνης. Τους δενδρίτες, σχετικά κοντές διακλαδιζόμενες κυτταρικές προεξοχές ή αποφυάδες. Έλυτρον : εξωτερικό σκληρό περίβλημα φτερούγας εντόμων, το οποίο καλύπτει το κύριο μέρος της

Δομή των νευρώνων Ο κάθε νευρώνας έχει πολλούς δενδρίτες με πολλές διακλαδώσεις. Αυτές οι δομές αποτελούν το δίκτυο με το οποίο ο νευρώνας προσλαμβάνει σήματα από άλλα κύτταρα. Τα κύματα αυτά φτάνουν στους δενδρίτες του κάθε νευρικού κυττάρου από νευρίτες (έναν ή περισσότερους) άλλων νευρικών κυττάρων. Με τον τρόπο αυτό συνδέονται, διακλαδίζονται και συνεργάζονται μεταξύ τους τα νευρικά κύτταρα, κατά ομάδες, για να επιτελέσουν το σκοπό για τον οποίο κατασκευάστηκαν, τη διάδοση των ερεθισμάτων από την περιφέρεια προς το κέντρο (εγκέφαλο) και το αντίστροφο. Στην άκρη των δενδριτών βρίσκονται τα προσυναπτικά κομβία και οι συνάψεις και από εκεί το κύτταρο λαμβάνει ή μεταδίδει τα σήματα. Τόσο ο νευράξονας όσο και οι δενδρίτες έχουν τυπικό μέγεθος γύρω στο 1 μm, ενώ το Σώμα είναι γύρω στα 25 μm, όχι πολύ μεγαλύτερο από τον πυρήνα που περιέχει. Ο νευράξονας ενός κινητικού νευρώνα μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 1 μέτρο σε μήκος, συνδέοντας, για παράδειγμα, τη βάση της σπονδυλικής στήλης με τα δάχτυλα των ποδιών. Ο αριθμός των νευρικών κυττάρων είναι τεράστιος και είναι αδύνατο να μετρηθεί, ούτε να υπολογιστεί ακριβώς. Οι παλαιοί ανατόμοι είχαν υπολογίσει ότι στον ανθρώπινο εγκέφαλο υπάρχουν δύο τρισεκατομμύρια νευρώνες.

Συνδεσιμότητα των νευρώνεων Οι Νεύρωνες επικοινωνούν μεταξύ τους και με άλλους νεύρωνες μέσω Συνάψεων, όπου η άκρη του νευράξονα καταλήγει στους δενδρίτες, στο σώμα ή σπανιότερα στον νευράξονα άλλων νευρώνων. Νεύρωνες του φλοιού των θηλαστικών, όπως τα Purkinje κύτταρα, έχουν πάνω από 1000 δενδριτικές απολήξεις έκαστος, πράγμα που τους επιτρέπει να επικοινωνούν ταυτόχρονα με δεκάδες χιλιάδες νευρικά κύτταρα.

Είδη σημάτων Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω των συναπτικών συνδέσεων. Η επικοινωνία τους επιτυγχάνεται με χημικό τρόπο με την ταχύτατη έκκριση μορίων νευροδιαβιβαστών. Το πρό-συναπτικό νευρωνικό κύτταρο (αυτό που απελευθερώνει το νευροδιαβιβαστή) μπορεί να επάγει στο μετα-συναπτικό κύτταρο (το οποίο προσλαμβάνει το νευροδιαβιβαστή) μια ηλεκτρική διέγερση που θα διαβιβαστεί στο αξονικό λοφίδιο ώστε να δημιουργηθεί ένα δυναμικό ενέργειας το οποίο μετά θα διαβιβαστεί ως ηλεκτρική διέγερση κατά μήκος του νευράξονα. Κατά την άφιξη στην απόληξη του νευράξονα, θα προκληθεί απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή στο συναπτικό κενό. Οι νευροδιαβιβαστές γενικά μπορεί είτε να προκαλέσουν διέγερση είτε να εμποδίσουν τη διέγερση του κυττάρου-στόχου. Το δυναμικό ενέργειας θα παραχθεί στο κύτταρο-στόχο αν τα μόρια του νευροδιαβιβαστή που δρουν στους μετασυναπτικούς υποδοχείς οδηγήσουν το κύτταρο-στόχο στο να φτάσει τον ουδό πυροδότησής του.

Το δυναμικό δράσης Δυναμικό ενέργειας είναι η ηλεκτρική δραστηριότητα που αναπτύσσεται σε ένα μυϊκό ή νευρικό κύτταρο κατά τη διάρκεια της δραστηριότητάς του. Δηλαδή, αποτελεί μια παροδική, αναγεννητική, ηλεκτρική ώση, κατά την παραγωγή της οποίας το δυναμικό της μεμβράνης ενός κυττάρου αυξάνει ταχέως σε μια τιμή που είναι περίπου 100mV θετικότερου του φυσιολογικού, αρνητικού, δυναμικού ηρεμίας. Αυτό προκαλεί τη διάδοση ενός σήματος κατά μήκος των νευρώνων ή των μυϊκών σε μεγάλη απόσταση. Η μετάδοση των δυναμικών ενέργειας επιτρέπει στις πληροφορίες να διαβιβαστούν από τα αισθητήρια όργανα, μέσω των κεντρομόλων νευρώνων, στον εγκέφαλο.

Μετρώντας την ηλεκτρική απόκριση του άξονα Το δυναμικό δράσης

Το δυναμικό ενέργειας προκαλείται εάν το ερέθισμα εκπόλωσης αναγκάζει το δυναμικό της μεμβράνης να γίνει θετικότερο από ένα "κατώφλι" δυναμικού (δυναμικό ουδού ή ουδός πυροδότησης). Λόγω αυτού του γεγονότος, ένα δυναμικό ενέργειας είναι μια απάντηση του τύπου "όλα ή ουδέν" (δηλαδή, ή θα παραχθεί στην πλήρη του μορφή, ή καθόλου) και αποτελείται από μια ταχεία εκπόλωση, η οποία ακολουθείται από μια βραδεία επαναπόλωση. Η μορφή του δυναμικού ενέργειας σε ένα δεδομένο κύτταρο αντανακλά τις εξειδικευμένες λειτουργίες αυτού του κυττάρου και υπόκειται σε ορμονική ρύθμιση για ορισμένους κυτταρικούς τύπους. το κατώφλι η ελάχιστη απαιτούμενη ένταση ενός ερεθίσματος, ώστε αυτό να γίνει αντιληπτό

Καταγραφή βιοδυναμικών

Στοιχεία ηλεκτρισμού Το ηλεκτρικό πεδίο FIGURE B.1 Two-dimensional representation of the electric field produced by a positive point charge (a) and a negative point charge (b).

Στοιχεία ηλεκτρισμού Το ηλεκτρικό πεδίο ενός διπόλου p=q d (διπολική ροπή) FIGURE B.2 Lines of force produced by a positive and a negative charge separated by a distance d.

Στοιχεία ηλεκτρισμού F = q q 4πε 0 ε r r 2 Ε = F q E = U d E = q 4πε 0 ε r r 2 C= Q U R= U I R= ρl A Δυναμικό ή διαφορά δυναμικού αποτελεί το μέτρο της ενέργειας, καθώς το φορτίο μετακινείται μεταξύ δύο σημείων. Είναι μονόμετρο μέγεθος, χαρακτηρίζει κάθε σημείο του χώρου και ισούται με τη δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου

Βιβλιογραφία Μαρία Κατσικίνη, Πανεπιστήμιο ΑΠΘ, Παρουσίαση σε ppt Wikipedia

http://www.thevirtualheart.org/java/neuron/apneuron.html http://thevirtualheart.org/java/cardiac/apcardiac.html http://web.mit.edu/jbelcher/www/java/vecnodyncirc/vecnodyncirc.html http://web.mit.edu/jbelcher/www/java/part_biot/part_biot.html http://www.walter-fendt.de/ph14e/generator_e.htm