Doświadczalne metody fizyki biologicznej, medycznej i środowiska naturalnego
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 26

Program: I. Fizyka Medyczna PowerPoint PPT Presentation


  • 110 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Doświadczalne metody fizyki biologicznej, medycznej i środowiska naturalnego. Program: I. Fizyka Medyczna a) Wprowadzenie dotycz ą ce działania mózgu – budowa i poziomy organizacji układu nerwowego. Fizyka błony komórkowej: si ł y chemiczne i elektryczne, równanie Nernsta.

Download Presentation

Program: I. Fizyka Medyczna

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Doświadczalne metody fizyki biologicznej, medycznej i środowiska naturalnego

Program:

I.Fizyka Medyczna

a) Wprowadzenie dotyczące działania mózgu – budowa i poziomy organizacji układu nerwowego. Fizyka błony komórkowej: siły chemiczne i elektryczne, równanie Nernsta.

b) Elektryczność w układzie nerwowym - powstawanie i propagacja potencjału czynnościowego, teoria Hodgkina i Huxleya.

c) Zjawiska elektryczne w narządach zmysłów.Ogólne zasady działania zmysłów przedstawione na przykładzie zmysłu słuchu. 

d) Powstawanie, rejestracja i metody analizy sygnałów elektrycznych i magnetycznychw mózgu i w sercu. Zastosowania: padaczka, neurofeedback, interfejs mózg-komputer.

e) Metody obrazowania mózgu: angiografia, obrazowanie rezonansem magnetycznym MRI,pozytonowa tomografia emisyjna PET, tomografia komputerowa CT, ultrasonografia USG.Zastosowania: medycyna i badania naukowe. Fizyka promieniowania:radioterapia, ochrona radiologiczna.

II. Geofizyka

III. Biofizyka


Doświadczalne metody fizyki biologicznej, medycznej i środowiska naturalnego

Kryteria oceniania:

Ćwiczenia - obowiązkowe. 3 nieusprawiedliwione nieobecności – brak zaliczenia ćwiczeń i nie dopuszczenie do egzaminu.

Egzamin: test końcowy z trzech grup tematycznych, jedna wspólna ocena.


Doświadczalne metody fizyki biologicznej, medycznej i środowiska naturalnego

Proponowane podręczniki do części MED:

G. Shepherd, Neurobiology

E. Kandel, Principles of Neural Science

D. Johnston i S. Wu, Foudations of Cellular Neurophysiology

P. Nunez, Electric fields of the brain.

A.Longstaff, Neurobiologia. Krótkie wykłady, PWN

G.G. Matthews, Neurobiologia. Od cząsteczek i komórek do układów, PZWL

W. Gerstner iW.M. Kistler, Spiking Neuron Models, wersja on-line:http://icwww.epfl.ch/~gerstner/SPNM/


Edwin Smith Surgical Papyrus – 1700 BC

(‘yś) - mózg


Kroki w poznaniu mózgu


Kroki w poznaniu mózgu - cd


Kroki w poznaniu mózgu - cd

Behavioural neuroscience: Rat navigation guided by remote control. Sanjiv K. Talwar, Shaohua Xu, Emerson S. Hawley, Shennan A. Weiss, Karen A. Moxon and John K. Chapin

Nature 417, 37-38(2 May 2002)

Sztuczna siatkówka –http://artificialretina.energy.gov/


Doktryna neuronu

Motoneuron rdzenia kręgowego obserwowany pod (ulepszonym) mikroskopem przez Deitersa w 1865. Widoczne dendryty (przedłużenia protoplazmatyczne), ciało neuronu i akson (cylinder osiowy – axis cylinder)

Komórki móżdżku obserwowane pod mikroskopem przez Purkinjego, 1837


Doktryna neuronu - cd

Camillo Golgi (1843 - 1926) w laboratorium

Preparat metodą Golgiego wykonany obecnie

Golgi argumentował, że ilość połączeń między neuronami jest tak wielka, że prawa transmisji sygnałów pomiędzy komórkami nie mogą być określone. Wynika stąd, że sieć neuronów ma postać ciągłą (teoria siatkowata).

Preparat wykonany przez Golgiego


Doktryna neuronu - cd

Santiago Ramon y Cajal (1852 – 1934)

Cajal ulepszył metodę barwienia Golgiego, co pozwoliło mu zaobserwować więcej szczegółów. Nie znalazł potwierdzenia teorii siatkowatej i zaproponował że układ nerwowy zbudowany jest z osobnych komórek nerwowych.

Struktura siatkówki. Rysunek Cajala (1900)


Doktryna neuronu - cd

Wilhelm Waldeyer, niemiecki profesor anatomii i patologii, opublikował w 1891 artykuł z tezą, że teoria komórkowa stosuje się również do układu nerwowego. Waldeyer wprowadził termin ‘neuron’. Jego teoria została ogólnie zaakceptowana i nazwana ‘doktryną neuronu’.

Heinrich Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1836-1921)


Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny - 1906


Komórka nerwowa - neuron


Średnica włosa

0,02 mm do 0,08 mm.

Komórka nerwowa - neuron

Średnica aksonu

(0,004 mm) do 100 micronów (.1 mm)

Neurony jednobiegunowe

Neuron dwubiegunowy

Neurony wielobiegunowe

Długość aksonu (1 mm) do ponad 1m

U ludzi:

Ok. 1011neuronów w mózgu

Każdy neuron ok. 104połączeń

Średnia długość aksonu w korze ok. 0.02 m.

Całkowita długość aksonów A = 2*109 m

Odległość Ziemia – Księżyc L = 4*108 m

A/L = 5


Druga składowa układu nerwowego - komórki glejowe


Komórki glejowe – Oligodendrocyty, Komórki Schwanna, Astrocyty

Astrocyty- buforowanie jonów potasu, regulacja neuroprzekaźnictwa, dostarczają składników odżywczych (glukoza), usuwanie produktów przemiany wewnątrzkomórkowej

Oligodendrocyty i komórki Schwanna – wytwarzają mielinę (w chorobie zwanej stwardnieniem rozsianym dochodzi do uszkodzenia otoczki mielinowej w centralnym układzie nerwowym)

Mikroglej – składniki układu odpornościowego, aktywne podczas stanów zapalnych i w uszkodzeniach, pochłaniają produkty rozpadu neuronów


Potencjał błonowy

Potencjał błonowy – różnica potencjałów w poprzek błony komórkowej


Techniki pomiarowe - mikropiptety

Pomiary wewnątrzkomórkowe in vivo. Grupa prof. Amzici, Universite Laval, Quebec, Kanada


Techniki pomiarowe – patch clamp

(E. Neher, B. Sakmann, Nobel 1991)

Pipeta do patch calmp

Układ pomiarowy patch calmp


Techniki pomiarowe – patch clamp

(E. Neher, B. Sakmann, Nobel 1991)

Pomiar potencjału błonowego (whole cell recording) komórki hipokampa metodą patch calmp. Pipeta jest zaznaczona kolorem niebieskim.


Siły chemiczne i elektryczne

R – stała gazowa

T - temperatura

q – ładunek

F – stała Faradaya

V – różnica potencjałów

z – elektrowartościowość


Potencjał Nernsta

Stan równowagi termodynamicznej:

Walter Hermann Nernst (ur. 25 czerwca 1864 w Wąbrzeźnie, zm. 18 listopada 1941w Zibelle), laureat Nagrody Nobla z chemii w 1920r.

Równanie Nernsta

V - Potencjał Nernsta, potencjał równowagi, potencjał dyfuzji


Potencjał Nernsta dla jonów K, Na, Cl


Potencjał błonowy - równanie Goldmana

P – przepuszczalność (permeability) [m/s]

Równanie Goldmana

Równanie Goldmana-Hodgkina-Katza (GHK)

Uwagi:

- Cl- ma ładunek ujemny i dlatego stosunek stężeń jest odwrócony.

- Ponieważ [K+]out = [Cl-]in oraz [K+]in = [Cl-]out i PCl << PK, to pominięcie Cl- znacząco nie zmieni wyniku.

Dla PNa = 0.04*PK, zaniedbując Cl-:

Vm = -60 mV


Obwód zastępczy

Wygodną reprezentacją potencjału spoczynkowego jest obwód zastępczy. Dla każdego rodzaju jonów, potencjałowi równowagi odpowiada źródłowi napięcia. Jest ono połączone szeregowo z opornością, czyli odwrotnością przewodnictwa. ‘Kanały’ dla różnych jonów są oddzielne i niezależne. Dodatkowo, błona komórkowa może gromadzić ładunki po obu stronach i ma własności pojemnościowe.

przewodnictwo

Oprócz pasywnego procesu dyfuzji jonów zgodnie z gradientem stężeń, istnieje transport aktywny przywracający różnicę stężeń pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem komórki. Mechanizm ten jest nazywany pompą sodowo-potasową i wymaga dostarczania energii.


Potencjał czynnościowy

Potencjał czynnościowy polega na krótkotrwałej depolaryzacji błony komórkowej. Wczesne doświadczenia (K.C. Cole i H. J. Curtis, 1939) pokazały, że błona komórkowa staje się spolaryzowana dodatnio (ok. +50 mV) podczas maksimum potencjału czynnościowego.Gdyby powodował go jedynie chwilowy wzrost przepuszczalności dla wszystkich jonów, błona osiągnęła by 0 mV, lecz nie więcej. Obiektem do badań potencjału czynnościowego był akson Kalmara Atlantyckiego

Kalmar Atlantycki Loligo pealei


  • Login