Μελετά τα ηλεκτρικά σήματα που δημιουργούνται και διαδίδονται στο σώμα



Σχετικά έγγραφα
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΟ ΣΩΜΑ (I)

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΟ ΣΩΜΑ (II)

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ 6. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΣΤΟ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΣΩΜΑ

«Ηλεκτρικά ήματα από το ώμα»

Η βαθμίδα του ηλεκτρικού πεδίου της μεμβράνης τείνει να συγκρατήσει τα θετικά φορτισμένα ιόντα.

Κεφάλαιο 1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΝΕΥΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ

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

Φυσιολογία του καρδιαγγειακού συστήματος. Κλειώ Μαυραγάνη

«Ηλεκτρικά Σήματα από το Σώμα» MED809 (684 για Οδοντ/κη)

Σκοπός: Περιγραφή της συμπεριφοράς των νευρικών κυττάρων και ποσοτικά και ποιοτικά.

Σκοπός του μαθήματος είναι ο συνδυασμός των θεωρητικών και ποσοτικών τεχνικών με τις αντίστοιχες περιγραφικές. Κεφάλαιο 1: περιγράφονται οι βασικές

ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ - ΜΕΡΟΣ Α. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής του οργανισμού μας

Μεθοδολογική προσέγγιση της Βιοηλεκτρικής βάσης του νευρικού ενεργού δυναμικού

ΒΙΟΣΗΜΑΤΑ. (Βιοηλεκτρισμός-Βιομαγνητισμός)

Αρχές Ηλεκτροθεραπείας Φυσική του Ηλεκτρισμού Ηλεκτροφυσιολογία Γαλβανικά ρεύματα Παλμικά-εναλλασσόμενα ρεύματα Μαγνητικά πεδία Υπέρηχοι Ακτινοβολιες

ΡΥΘΜΙΣΗ ΚΑΡΔΙΑΚΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Από πού προέρχεται η θερμότητα που μεταφέρεται από τον αντιστάτη στο περιβάλλον;

Μεμβρανική Βιοφυσική

ΠΡΟΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΥΔΩΝ ΤΕΦΑΑ/ΔΠΘ ΜΑΘΗΜΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΠΡΟΠΟΝΗΤΙΚΗΣ. ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Φατούρος Γ. Ιωάννης, Επίκουρος Καθηγητής ΣΥΣΠΑΣΗΣ

ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΝΑΤΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΝΕΥΡΙΚΟΥ ΚΑΙ ΜΥΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Όνομα φοιτητή/φοιτήτριας:

Βιοϊατρική τεχνολογία

Συνιστώνται για... Οι δονήσεις είναι αποτελεσματικές...

ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΕΡΓ. ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ «ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ» ΒΙΟΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ Διαφάνειες. Γ. Χ. ΣΑΚΕΛΛΑΡΟΠΟΥΛΟΣ, Αναπλ. Καθηγητής

Γνωστική-Πειραµατική Ψυχολογία

Φυσιολογία της καρδιάς και ηλεκτροκαρδιογράφημα

2. Μεμβρανικά δυναμικά του νευρικού κυττάρου

Βιολογία Α Λυκείου Κεφ. 9. Νευρικό Σύστημα. Δομή και λειτουργία των νευρικών κυττάρων

Ενότητα Θ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

+ - - εκπολώνεται. ΗΛΕΚΤΡΟMYΟΓΡΑΦΗΜΑ

Βιοηλεκτρισμός - Βιομαγνητισμός Επιδράσεις του ηλεκτρισμού στο ανθρώπινο σώμα. Άννη Λουϊζη. Νοέμβριος 2012

Νευροφυσιολογία και Αισθήσεις

ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ. Γιώργος Ανωγειανάκις Εργαστήριο Πειραματικής Φυσιολογίας (προσωπικό) (γραμματεία)

Βιοϊατρική τεχνολογία

Από τι αποτελείται ένας πυκνωτής

Κεφάλαιο 1: Βασικές αρχές. 1790, Galvani

Θέµατα διάλεξης ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΙ ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ. Τρόποι µετάδοσης των νευρικών σηµάτων. υναµικό Ηρεµίας. Νευρώνας

Β. Να επιλέξετε την ορθή απάντηση αναγράφοντας στον πίνακα της ακόλουθης

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd stvrentzou@gmail.com

Βιοϊατρική τεχνολογία

Σημειώσεις Βιοφυσικής 1

Βιολογία Α Λυκείου Κεφ. 3. Κυκλοφορικό Σύστημα. Καρδιά Αιμοφόρα αγγεία Η κυκλοφορία του αίματος Αίμα

Κεφάλαιο Η4. Χωρητικότητα και διηλεκτρικά

1. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ):

ΜΑΘΗΜΑ 3ο ΜΕΡΟΣ Α ΣΥΝΑΠΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ

Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

Σημειώσεις Βιοφυσικής 1

Φυσική Γ Γυμνασίου Επαναληπτικές Ασκήσεις

Q=Ne. Συνοπτική Θεωρία Φυσικής Γ Γυμνασίου. Q ολ(πριν) = Q ολ(μετά) Η αποτελεσματική μάθηση δεν θέλει κόπο αλλά τρόπο, δηλαδή ma8eno.

Διατάξεις ημιαγωγών. Δίοδος, δίοδος εκπομπής φωτός (LED) Τρανζίστορ. Ολοκληρωμένο κύκλωμα

Η επαφή p n. Η επαφή p n. Υπενθύμιση: Ημιαγωγός τύπου n. Υπενθύμιση: Ημιαγωγός τύπου p

9. ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΝΕΥΡΙΚΩΝ. Νευρώνες

ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΟ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Περιοδική υπερκαλιαιμική παράλυση

Αντικείμενο. Ερμηνεία της έννοιας της ηλεκτροπληξίας. Περιγραφή των παραμέτρων που επηρεάζουν ένα επεισόδιο ηλεκτροπληξίας.

Στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου αποθηκεύεται ενέργεια. Το μαγνητικό πεδίο έχει πυκνότητα ενέργειας.

Ηλεκτρικές Ταλαντώσεις: Φθίνουσα Ηλεκτρική Ταλάντωση

Η.Κ.Γ Φυσιολογικό - Παθολογικό. Aθηνά Πατελάρου, RN, MSc, PhD Τμήμα Νοσηλευτικής ΤΕΙ Κρήτης

«ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΕΣ» Λειτουργία Νευρικού Συστήματος

ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ. Γιώργος Ανωγειανάκις Εργαστήριο Πειραματικής Φυσιολογίας (προσωπικό) (γραμματεία)

Φυσιολογία της Άσκησης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ-ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ-ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΗΛΕΚΤΡΟΚΑΡΔΙΟΓΡΑΦΗΜΑ-ΕΡΓΟΜΕΤΡΙΑ και ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΡΤΗΡΙΑΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

Φυσική για Μηχανικούς

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ηλεκτρικό Ρεύμα Μέρος 1 ο

Κεφαλαιο 11 ο ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ. Νευρικό 1

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΠΑΛ (ΟΜΑ Α Β ) 2010

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Βιολογία. Θετικής κατεύθυνσης. Β λυκείου. ΑΡΓΥΡΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ Βιολόγος 3 ο λύκ. ηλιούπολης

ΕΧΕΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΘΕΙ ΑΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΝΑ ΤΥΠΟ ΓΙΑ ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΣΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΑΣ ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ ΣΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΣΑΣ ΚΙ 2014

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ

ΒΙΟΣΗΜΑΤΑ & ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

2.1 Το ηλεκτρικό ρεύμα

Φυσιολογία του καρδιαγγειακού συστήματος. Κλειώ Μαυραγάνη

Γκύζη 14-Αθήνα Τηλ :

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

1. Ρεύμα επιπρόσθετα

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική ΘΕΜΑ 1 ΘΕΜΑ 2 ΘΕΜΑ 3

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΩΣΜΩΣΗ ΚΑΙ ΟΙ ΝΕΦΡΟΙ

Ηλεκτρικό ρεύμα Αντίσταση - ΗΕΔ. Ηλεκτρικό ρεύμα Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος Αντίσταση Ειδική αντίσταση Νόμος του Ohm Γραμμικοί μή γραμμικοί αγωγοί

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2.1 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΗΚΓ- ΕΜΦΡΑΓΜΑ ΜΥΟΚΑΡΔΙΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

[1] ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΤΑΞΗ : B ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2017

Νωτιαία αντανακλαστικά

ΠΥΚΝΩΤΕΣ. Ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται πυκνωτής και οι δύο αγωγοί οπλισμοί του πυκνωτή

Διαγώνισμα Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας.

ΘΕΜΑ 1ο Στις ερωτήσεις 1.1, 1.2 και 1.3 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και, δίπλα, το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ, ΗΕΔ, ΓΕΦΥΡΑ ΑΛΑΤΟΣ, ΣΤΟΙΧΕΙΟ DANIELL, ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ, ΠΡΟΤΥΠΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ.

3. Μια ακτίνα φωτός προσπίπτει στην επίπεδη διαχωριστική επιφάνεια δύο μέσων. Όταν η

Transcript:

9 Βιοηλεκτρισμός Πόλωση μεμβράνης Δυναμικό δράσης Διάδοση δυναμικού δράσης σε νευρώνα Ηλεκτρομυογράφημα Ηλεκτροκαρδιογράφημα Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα Μαρία Κατσικίνη katsiki@auth.gr users.auth.gr/~katsiki Βιβλιογραφία: Physics of the body, J. R. Cameron, J. G. Skofronick, R. M. Grant, Medical Physics Publishing Φυσική με εφαρμογές στις βιολογικές επιστήμες, Κ. Καμπάς, Ε. Πολυχρονιάδης, Εκδ. Γιαχούδη Physics in Biology and Medicine, P. Davidovits, Academic Press Bioelectricity: A Quantitative Approach, R. Plonsey & R. C. Barr, Springer Verlag Intermediate Physics for Medicine and Biology, R. K. Hobbie & B. J. Roth, Springer Βιοηλεκτρισμός Μελετά τα ηλεκτρικά σήματα που δημιουργούνται και διαδίδονται στο σώμα Galvani (1786) 1 η παρατήρηση της αλληλεπίδρασης του ηλεκτρισμού με το σώμα (μύες) Συστολήμυώνότανστα δύο άκρα τους τοποθετούνται δύο κομμάτια διαφορετικού μετάλλου ενωμένα μεταξύ τους Αντίσταση ανθρωπίνου σώματος: 500-1500Ω Aν ακουμπήσουμε ηλεκτροφόρο καλώδιο (V=220V) και το σώμα βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος Ι~150mA ηλεκτροπληξία Ι=10 ma ελαφρά παράλυση Ι=120 Α διαταραχή της λειτουργίας του νευρικού συστήματος και απορύθμιση της καρδιάς

Βιοηλεκτρισμός Η κίνηση των μυών ελέγχεται από ηλεκτρικά σήματα που παράγονται στον εγκέφαλο Η έντασή τους είναι πολύ μικρή μπορεί να μετρηθεί με ευαίσθητα γαλβανόμετρα & κατάλληλα ηλεκτρόδια που τοποθετούνται στο εσωτερικό μυών & νεύρων 1880: μηχανισμός D Arsonval Ευαίσθητοαλλάμεπολύαργήαπόκριση γαλβανόμετρο Διάρκεια παλμών από τους μύες: μερικά ms Πολύ αργή απόκριση για να καταγράψει π.χ. τοηλεκτρικόσήμααπότησυστολήτης καρδιάς 20 ος αιώνας: Παλμογράφος παλμογράφος Βιοηλεκτρισμός Γιατί παράγεται ηλεκτρισμός στο σώμα; έλεγχος της λειτουργίας Νεύρων Μυών Οργάνων Σήματα από και προς τα νεύρα Συστολή (σύσπαση) μυών με ηλεκτρική έλξη Λειτουργία του εγκεφάλου Σήματα εισόδου (π.χ. από αισθητήρια όργανα) Σήματα εξόδου π.χ. κίνηση μυών Διάδοση μέσω των νεύρων Πολύπλοκο σύστημα επικοινωνιών Πώς παράγονται τα ηλεκτρικά σήματα στο σώμα; Μέσω πολύπλοκων ηλεκτροχημικών αντιδράσεων σε ειδικά κύτταρα.

Νευρικό σύστημα Κεντρικό νευρικό σύστημα Εγκέφαλος Νωτιαίος μυελός Περιφερειακά νεύρα Νευρικό σύστημα Εγκέφαλος Προστατεύεται από μεμβράνες και «επιπλέει» σε ένα υγρό Αυτόνομο νευρικό σύστημα Ελέγχει εσωτερικά όργανα (καρδιά, έντερα, αδένες ακούσιες κινήσεις) Νωτιαίος μυελός Προστατεύεται από τη σπονδυλική στήλη Νευρώνας Νευρώνας: δομική μονάδα του νευρικού συστήματος. Νευρικό κύτταρο Λήψη Μετάφραση/ερμηνεία Διαβίβαση ηλεκτρικών σημάτων Αισθητικοί: λαμβάνουν ερεθίσματα από αισθητήρια όργανα Κινητικοί: μεταφέρουν μηνύματαταοποία ελέγχουν τα μυϊκά κύτταρα. Διάμεσοι Σώμα: Λήψη σημάτων μέσω συνάψεων με άλλους νευρώνες Δενδρίτης: μέρος του νευρώνα που λαμβάνει πληροφορία μέσω ερεθίσματος ή άλλου κυττάρου. Αν το ερέθισμα είναι αρκετά ισχυρό τότε διαδίδεται ηλεκτρικό σήμα κατά μήκος του άξονα (μήκους έως 1m) και μεταφέρεται στους μύες, αδένες ή άλλους νευρώνες. εμμύελος νευρώνας περιοχή χωρίς περίβλημα μυελίνης

Ηλεκτρικό δυναμικό Μελέτη διάδοσης σημάτων σε νευρώνες: σε νευρώνα καλαμαριού (δ~1mm) (εύκολη διείσδυση ηλεκτροδίων) Κατά μήκος της μεμβράνης ενός νευρώνα υπάρχει διαφορά δυναμικού πόλωση της μεμβράνης Δυναμικό στο εσωτερικό δυναμικό στο εξωτερικό της V in V out = 60έως 90mV Δυναμικό ισορροπίας (ηρεμίας) της μεμβράνης ζέστη, κρύο, οσμές, φως, πίεση Ερεθισμός νευρώνα στιγμιαία μεταβολή της ΔV Δυναμικό δράσης Διάδοσή του κατά μήκος του νευρώνα Πόλωση κυτταρικής μεμβράνης Η ΔV επιτυγχάνεται λόγω της διαφορετικής συγκέντρωσης ιόντων (Νa +, K +, Cl -, ιόντα πρωτεΐνης: Α - ) στο εσωτερικό και το εξωτερικό της μεμβράνης Εξωτερικό: πολύ Na+ Εσωτερικό: πολύ K+ Εκατέρωθεν της μεμβράνης το συνολικό φορτίο είναι μηδέν Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μηδέν εκατέρωθεν την μεμβράνης και 0 στη μεμβράνη

Δομή της κυτταρικής μεμβράνης Ρόλος: διαχωρίζει το εσωτερικό από το εξωτερικό του κυττάρου Αποτελείται: κυρίως από λιπίδια (απαγορεύουν τη διάχυση ιόντων) 75Å Σε μερικές περιοχές της υπάρχουν πολύπλοκες πρωτεϊνικές δομές: δίαυλοι (channels) & αντλίες (pumps) που καθορίζουν τη συγκέντρωση των ιόντων Η μεμβράνη είναι ημιπερατή (η επιλεκτική διαπερατότητά της καθορίζεται από διαύλους και αντλίες) Διευκόλυνση της διάχυσης (με τη βοήθεια ligands/προσδεμάτων ή ηλεκτρικού πεδίου) Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά μεμβράνης Δυναμικό V Χωρητικότητα m Vin V F ~ 1 μ 2 cm Ενεργές διαδικασίες καθώς κινούν τα ιόντα αντίθετα στη βαθμίδα συγκέντρωσης απαιτείται ενέργεια out Video για τη λειτουργία της αντλίας Na + /K + ATPαση http://www.youtube.com/watch?v=q73uj8wly_e Πόλωση κυτταρικής μεμβράνης ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Πυκνό και αραιό διάλυμα ΚCl που διαχωρίζονται από μεμβράνη διαπερατή από τα ιόντα Cl - 1 2 t=0: Ηλεκτρολυτικό διάλυμα Κ + και Cl - Ιόντα Cl - διαπερνούν τη μεμβράνη (κίνηση αρνητικού φορτίου από αριστερά προς τα δεξιά) 3 Αριστερά: έλλειμμα / Δεξιά: περίσσεια αρνητικού φορτίου 4 Μεμβράνη ~ φορτισμένος πυκνωτής ηλεκτρικό πεδίο έντασης Ε 5 Ανάπτυξη διαφοράς δυναμικού δυναμικό ισορροπίας 6 Αγώγιμο μέσο εκατέρωθεν της μεμβράνης συγκέντρωση του φορτίου πολύ κοντά στη μεμβράνη Ε 0 μόνο πολύ κοντά στη μεμβράνη

Διάχυση Αν σε ένα σημείο ενός δοχείου με νερό ρίξουμε μία σταγόνα μελάνη θα ΔΙΑΧΥΘΕΙ σε όλο το δοχείο Υπάρχει η τάση να εξισωθεί η συγκέντρωση ΔΙΑΧΥΣΗ: κίνηση ιόντων όταν υπάρχει βαθμίδα συγκέντρωσης Νόμος του Fick Σε μία διάσταση j D = D C j x C = D x συγκέντρωση συντελεστής διάχυσης Ροή: αριθμός ιόντων που κινούνται ανά μονάδα χρόνου και μονάδα επιφανείας της διατομής Π.χ. Na + : D=1.3 10 5 cm 2 /sec K + : D=2.0 10 5 cm 2 /sec Νόμος Nernst - Planck j p ZpCpF = jd + je = Dp Cp + V RT Ροή φορτίων λόγω διαφοράς δυναμικού J = FZ p p j Πυκνότητα ρεύματος p F: σταθερά Faraday Z: φορτίο ιόντος Πόλωση κυτταρικής μεμβράνης C 1 C 2 V 1 V 2 Δυναμικό Nernst kt C 1 V = V1 V2 = ± ln = ± e C2 + διάχυση αρνητικών ιόντων - διάχυση θετικών ιόντων 2.3 kt C log e C διάχυση λόγω διαφοράς συγκέντρωσης 1 2! Δυναμικό Nernst αναπτύσσεται μόνο από τα ιόντα που μπορούν να διαχυθούν

Πόλωση κυτταρικής μεμβράνης Σε κατάσταση ηρεμίας η κυτταρική μεμβράνη είναι διαπερατή στο Κ + και ελάχιστα διαπερατή στο Na + C 1 =0.005 mol/lt εξωτερικό του κυττάρου C 2 =0.141 mol/lt εσωτερικό του κυττάρου Δυναμικό Nernst kt C V = 2.3 log = 2.3 19 e C 1.6 10 2 23 ( 1.38 10 ) 300 0.005 log 89mV 1 = 0.141 Δηλαδή διαφορά δυναμικού του εσωτερικού ως προς το εξωτερικό = -89mV Δυναμικό ισορροπίας k=1.38 10-23 J/K (σταθερά Boltzmann) e=1.6 10-19 Cb Πόλωση κυτταρικής μεμβράνης Αλλαγή πολικότητας (αποπόλωση) Η μεμβράνη των μυϊκών και νευρικών κυττάρων παρουσία ηλεκτρικού σήματος γίνεται διαπερατή στα Na + με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται θετικό δυναμικό στο εσωτερικό. ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ: το δυναμικό Nernst αναπαρίσταται από πηγές ΗΕΔ R R A =10 3 A =10 3 V out =0 Εξωτερικό R K =47 R Cl =25 I 3 R Na =1.1 S διακόπτης I 1 E K =89mV - I 2 1 2 E Cl =85mV E Na =70mV V in =-85mV Εσωτερικό V out =0 Εξωτερικό R K =47 R Cl =25 I 3 R Na =1.1 S I 1 E K =89mV - I 2 2 E Cl =85mV 3 E Na =70mV I 4 1 V in =+60mV Εσωτερικό ΗΡΕΜΙΑ (ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ) ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΠΟΠΟΛΩΣΗΣ

Δυναμικό δράσης ΔΙΑΔΟΣΗ ΣΗΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΤΟΥ ΑΞΟΝΑ Cl - : ίδια συμπεριφορά όπως και στο δυναμικό ισορροπίας. Το ηλεκτρικό σήμα αλλάζει τη διαπερατότητα της μεμβράνης σε Na + και K + Na + : αργή διάχυση προς το εσωτερικό του κυττάρου Κ + : αργή διάχυση προς το εξωτερικό του κυττάρου (καθυστερεί σε σχέση με τη διάχυση του Na + [μέσω διαύλων που ανοίγουν λόγω της τάσης τασεοενεργών] Άντληση (χημική / μεταβολική διεργασία απαιτείται παραγωγή ενέργειας): επαναφέρει το Κ + στο εσωτερικό και το Na + στο εξωτερικό του κυττάρου ώστε να αποκατασταθεί ισορροπία Δυναμικό δράσης 3 ισορροπία διέγερση (αποπόλωση μέσω διάχυσης του Na + προς το εσωτερικό) 1 2 4 5 Στιγμιαία το εσωτερικό είναι σε θετικό δυναμικό. Ιόντα μετακινούνται μεταξύ γειτονικών περιοχών λόγω της διαφοράς δυναμικού. Το σημείο Ρ επαναπολώνεται λόγω διάχυσης Κ + προς το εσωτερικό. Video για τη διάδοση του δυναμικού δράσης κατά μήκος του νευροάξονα http://www.youtube.com/watch?v=scasrujt-du Δυναμικό δράσης (διάρκεια μερικά ms Καρδιακά κύτταρα 100-300ms)

Διάδοση ηλεκτρικών σημάτων σε νευρώνες Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα διάδοσης του δυναμικού δράσης στους νευρώνες Αντίσταση στο εσωτερικό του άξονα : R (ελαττώνεται όσο αυξάνει η διάμετρός του ) Εκφόρτιση πυκνωτή σε κύκλωμα RC (εκθετική μείωση, τ=rc): Χωρητικότητα μεμβράνης : C (αυξάνεται όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που αποθηκεύεται) t RC e Μυελίνη: μονωτής με χαμηλή χωρητικότητα Ταχύτητα διάδοσης σημάτων σε εμμύελους νευρώνες > ταχύτητα σε αμύελους Ταχύτητα διάδοσης μικρή στους κόμβους και μικρότερο δυναμικό δράσης «διαπήδηση» σήματος Νευρώνας καλαμαριού (αμύελος, δ=1mm) 20 50m/s Νευρώνας ανθρώπου (εμμύελος, δ=10μm) 100m/s Σύναψη Διάδοση παλμού από νευρικά κύτταρα σε μυϊκά με ηλεκτρική αγωγή με χημικές ουσίες που απελευθερώνονται στην κενή περιοχή ανάμεσα στη νευρική απόληξη και το κύτταρο. Ένα κύτταρο έχει πολλές συνάψεις Για να ξεκινήσει το δυναμικό δράσης στο κύτταρο δέκτη χρειάζεται να ενεργοποιηθούν πολλές συνάψεις. Το δυναμικό δράσης που προκαλείται από νευρικό κύτταρο είναι πάντα του ίδιου μεγέθους Το δυναμικό δράσης που προκαλείται στο μυϊκό κύτταρο προκαλεί σύσπαση της μυϊκής ίνας (π.χ. τωνμυώντηςκαρδιάς)

Ηλεκτρομυογράφημα καταγραφή του δυναμικού των μυών κατά τη διάρκεια της συστολής του Οι μύες αποτελούνται από κινητήριες μονάδες καθεμία εκ των οποίων συνδέεται μέσω ενός νευρώνα στον εγκέφαλο ή τη σπονδυλική στήλη Δυναμικό δράσης : διαβιβάζεται από τα κινητικά νεύρα στους μύες και τους αναγκάζει να συσταλούν Ανάλογα με το ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση είναι δυνατό να ληφθεί πληροφορία μόνο από μια κινητήρια μονάδα ή από μία ομάδα. Το σήμα ενισχύεται και απεικονίζεται σε ένα παλμογράφο Μπορεί να μετατραπεί σε ήχο: ένταση του ήχου = ανάλογη του ύψους του δυναμικού δράσης Ηλεκτρομυογράφημα Εκούσια συστολή όχι καλά καθορισμένο δυναμικό και χρόνος δράσης Συνηθέστερη είναι η καταγραφή ηλεκτρομυογραφήματος από μυ που διεγείρεται εξωτερικά ταυτόχρονη διέγερση των μυϊκών μονάδων Παλμός διέγερσης: t=0.1-0.5ms, V=100V Το δυναμικό δράσης καθυστερεί την εμφάνισή του στην οθόνη κατά ένα χρονικό διάστημα [λανθάνων χρόνος] (χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ διέγερσης και απόκρισης). Το δυναμικό δράσης και η υστέρηση συγκρίνονται για δυο ίδια μέλη του σώματος (π.χ. δεξί & αριστερό χέρι) ή με φυσιολογικά δεδομένα λανθάνων χρόνος

Ηλεκτρομυογράφημα Εκτός από τη διέγερση των μυϊκών νεύρων είναι δυνατό να διεγερθούν και αισθητικά. Μεταφέρουν πληροφορία στο κεντρικό νευρικό σύστημα ακολουθεί διέγερση των κινητικών νεύρων Για μικρή ένταση διέγερσης Για ενδιάμεση ένταση διέγερσης Για υψηλή ένταση διέγερσης Thomas & Lambert, Applied Physiology 15, 1 (1960) Μ= δυναμικό δράσης σε μύες με απευθείας διέγερση κινητικών ινών Η= δυναμικό δράσης σε μύες που προκαλείται από τις νευρικές ίνες Ηλεκτρομυογράφημα (ΗΜΓ) Προσδιορισμός της ταχύτητας διάδοσης (αγωγής) του δυναμικού δράσης στα κινητικά νεύρα Δύο ερεθίσματα t 1 : λανθάνων χρόνος 1 ου ερεθίσματος t 2 : λανθάνων χρόνος 2 ου ερεθίσματος D: απόσταση μεταξύ δύο ερεθισμάτων Ταχύτητα αγωγής υ = D t 1 t 2 υ = 0.25 m 62 ( 8 4) 10 s 3 = Video για το ηλεκτρομυογράφημα http://www.youtube.com/watch?v=k0uspyd_ics

Ηλεκτροκαρδιογράφημα Καρδιά = διπλή αντλία Συγχρονισμένοι οι δύο κόλποι Συγχρονισμένες οι δύο κοιλίες Δεξιός κόλπος : λαμβάνει αίμα από τις φλέβες στο σώμα και το διοχετεύει στη δεξιά κοιλία η οποία το προωθεί στους πνεύμονες όπου οξυγονώνεται. Αριστερός κόλπος : λαμβάνει αίμα από τους πνεύμονες. Η συστολή του το αναγκάζει να προωθηθεί στην αριστερή κοιλία που το διοχετεύει στο σώμα. Η ρυθμική λειτουργία καθορίζεται από μυϊκά κύτταρα στο φλεβόκομβο και επηρεάζεται από τις ανάγκες του οργανισμού κλπ ερεθίσματα Φλεβόκομβος=βηματοδότης: αποπόλωση των μυών των κόλπων κολπική συστολή άντληση αίματος στις κοιλίες Ακολουθεί επαναπόλωση διέλευση του σήματος στον κολποκοιλιακό κόμβο αποπόλωση των μυών των κοιλιών κοιλιακή συστολή διοχέτευση αίματος στους πνεύμονες και στη γενική κυκλοφορία. Video για τη λειτουργία της καρδιάς http://video.about.com/heartdisease/how-the-heart-functions.htm Επανάληψη ηλεκτρισμού Σημειακό φορτίο δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο με δυναμικό: V = 1 4πε 0 q r Ηλεκτρικό δίπολο (δύο ίσα d και αντίθετα φορτία σε απόσταση d) +q -q V = 1 p cosϑ 4πε 2 0 r p=qd (διπολική ροπή) r: απόσταση από δίπολο ϑ = ( r,d) Ηλεκτρικό διπολικό στρώμα (δύο επιφανειακές κατανομές φορτίου ±σ σε απόσταση d P Ω σd V = 4πε 0 Ω στερεά γωνία +++ + + + - - - - -- - - - - - + + + ++ + - - + - - - - - - - - + + + + + + + + + + ++ + + + - - - - - - +σ -σ Δυναμικό στο P=0 P

Επανάληψη ηλεκτρισμού + +++ + ++++ + + + + + -- -- - - - - - - - - - -- + + - - - - - - - - - - - - - -- + + + + + + + + + + + + + πολωμένο μυϊκό κύτταρο - - - - - ++++ + + + - +++ -- - - - - - - - + ++ + + +++- - - - - - - - - -- + - - - - - - + + + + + + + αποπολωμένη περιοχή ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ - - - + - - + ++++ + + - + + + + - - + ++ - - - - - - - - + V=0 + - + - - - - - - - -- + - - - - + + + + + + + -+ + -+ -+ V=V διπολικού στρώματος + Καθώς κινείται το σημείο της αποπόλωσης αλλάζει το δυναμικό σε σημείο εκτός του κυττάρου Περιοδική κίνηση των μυών της καρδιάς = περιοδική μεταβολή του δυναμικού. ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΔΡΑΣΗΣ ΚΑΡΔΙΑΚΟΥ ΜΥΟΣ +25mV -25mV 100ms αποπόλωση χρόνος Ηλεκτροκαρδιογράφημα καταγραφή του ρεύματος που διαρρέει στην επιδερμίδα του κορμού κατά την αποπόλωση και επαναπόλωση των μυών της καρδιάς Η καταγραφή γίνεται μεταξύ συγκεκριμένων σημείων του σώματος. Η ροή ρεύματος στους μύες της καρδιάς δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο (όπως αυτό ρεύματος του διαρρέει βρόχο) το οποίο καταγράφεται με τη βοήθεια ηλεκτροδίων σε κατάλληλες θέσεις του σώματος. P: Κολπική αποπόλωση QRS: Κοιλιακή αποπόλωση Τ: Κοιλιακή επαναπόλωση Τρίγωνο Einthoven

Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ) Εκτός από τα Lead I, II, III (απαγωγές) καταγράφονται μια σειρά από διαφορές δυναμικού. Από τη μορφή των καρδιογραφημάτων προκύπτουν πληροφορίες για τα διάφορα στάδια λειτουργίας της καρδιάς και ανιχνεύονται παθολογικές καταστάσεις. Right Leg (δεξί πόδι=γείωση) Lead I=V LA -V RA Lead II=V LL -V RA Lead III=V LL -V LA av R =V RA -(V LA +V LL )/2 av L =V LA -(V RA +V LL )/2 av F =V LL -(V RA +V LA )/2 V 1 V 6 προσανατολισμό του διπόλου της καρδιάς Video για το ηλεκτροκαρδιογράφημα http://www.youtube.com/watch?v=nk0_28q6wom&feature=related Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) Καταγραφή ηλεκτρικών σημάτων στην επιφάνεια του κρανίου που προέρχονται από τους νευρώνεςτουφλοιούτου εγκεφάλου Ηλεκτρόδιο αναφοράς (Α 1 ήα 2 ) Ηλεκτρόδια με τη μορφή δίσκων Συνήθως συγκρίνονται σήματα από συμμετρικά σημεία του εγκεφάλου. Διαφορετικά ανωμαλία/ασθένεια

Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) Ύψος σήματος ~50μV συχνά υπάρχουν παρεμβολές (ηλεκτρονικός θόρυβος, σήματα μυϊκές κινήσεις των ματιών κλπ) Οι συχνότητες των σημάτων εξαρτώνται από τη λειτουργία του εγκεφάλου Εγρήγορση Ηρεμία Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) Τα ΗΕΓ χρησιμοποιούνται: για διάγνωση ασθενειών (π.χ. επιληψία, καρκινικοί όγκοι) για την παρακολούθηση ασθενούς κατά την εγχείριση όταν δεν μπορεί να γίνει καρδιογράφημα (ένδειξη επιπέδου αναισθησίας) για την παρακολούθηση διαφόρων σταδίων του ύπνου μελέτη της δραστηριότητας του εγκεφάλου υπό την επίδραση ερεθισμάτων (φωτεινές λάμψεις, ηχητικοί παλμοί κλπ). Κατά τη ΕΠΙΛΗΨΙΑ διάρκεια του ύπνου απόκριση απόκριση Ισχυρή κρίση (απώλεια συναίσθησης) Λιγότερο ισχυρή κρίση Μέσοςόροςαπόκρισηςγια64 ερεθίσματα