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Complejidad en Biologia y Medicina

Complejidad en Biologia y Medicina. G eo fi sic a. Biología. MacroEconomía. M eteorolog ía. E colog ía. Todos los Martes y Miercoles de 6 a 8 (20 minutos intermedio) Libres: 27-28 Setiembre (Reunion de la Asoc. Fisica Argentina) 25-26 Octubre (Congreso de LAWNP) Aprobacion del Curso:

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Complejidad en Biologia y Medicina

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Presentation Transcript

  1. Complejidad en Biologia y Medicina Geofisica Biología MacroEconomía Meteorología Ecología Todos los Martes y Miercoles de 6 a 8 (20 minutos intermedio) Libres: 27-28 Setiembre (Reunion de la Asoc. Fisica Argentina) 25-26 Octubre (Congreso de LAWNP) Aprobacion del Curso: Dos examenes escritos parciales o Memoria escrita y presentacion oral. Notas y papers en: www.chialvo.net/Curso/ Email: d-chialvo@northwestern.edu Cell: 0351-15-6362974

  2. Terminologia a revisar al final del diaTema del dia ¨ de todo corazon¨ Potenciales de accion Enganche de fase Farey series Caos deterministico Funcion o curva de restitucion Ecuacion diferencia Sensibilidad a las condiciones iniaciales aritmia

  3. Caos deterministico • Generado por sistemas de ecuaciones muy simples • Un máximo, (o mínimo) y pendiente mayor que 1 • Mixing y Operación de streching and folding • Si 2 se cumple los detalles del mapa no importan... • Universalidad

  4. No linealidades, aun en modelos simples producen caos? • Que consecuencias pueden tener esas reglas no linealesen biologia? • y como podemos usar esa informacion en medicina?

  5. d registro estimulador tejido Dinámica del potencial de acción ventricular cardiaco Del experimento E1-E2 sacamos esta FUNCION “F” t Duracion “d” Estímulo 1 Estímulo 2 Tiempo diastólico “t”

  6. Esta FUNCION “F” es no lineal Duracion “d” Tiempo diastolico “t” Función de restitución Asi seria si fuese lineal Duracion “d” Tiempo diastolico “t” Con\cluios que podemos predecir chaos-> ppaper un nature Ademas podemos decir que las drogas antirinmicas… leer editorial rings

  7. Usamos la función para predecir la dinámica en respuesta a marcapaseo a cualquier frecuencia Modelo hablado: Si repetimos “I” veces los estimulos espaciados un tiempo “L” : los potenciales duran “d” y los intervalos diastólicos “t” Entonces decimos: t(I+1)=L- d(I) El tiempo diastólico “t” en el próximo latido (i+1) sera igual a L menos la duración del potencial en este latido (I) La duración del potential próximo será función de t d(i+1)=f(t+1) Con lo que t(I+2)=L- d(I+1) Y asi sucesivamente……

  8. A esta frequencia la respuesta será potenciales de 365 mseg con t=345 mseg. Duracion “d” Tiempo diastolico “t” Modelo grafico: BCL1=700=345+365 A esta otra… (seguir las flechas) BCL2=400=100+300

  9. Duracion “d” Tiempo diastolico “t” Si la pendiente es mayor? La duracion alterna …

  10. Duracion “d” Tiempo diastólico “t” Y si tiene un minimo? La duracion nunca repite …

  11. Hicimos el expto:Circulation Research 66(2) 1990; Chialvo, Michaels and Jalife Medimos la FUNCION “f” Y otras cosas...

  12. Escogimos frequencias y marcapaseamos. alternantes Observamos: dinamicas regulares y tambien irregulares

  13. Escogimos frequencias y marcapaseamos. Observamos: Nature 1990; Chialvo et al.

  14. En estudios posteriores confirmamos que las irregulares eran “caoticas” como el modelo predecia

  15. Modelo simple El modelo basado en tres funciones derivadas de experimentos perturbativos reproduce el caos observado

  16. Modelo simple

  17. Doblado de periodo y caos

  18. Phase locking Fibras de Purkinje cardiaca estimuladas periodicamente siguen la regla de Farey

  19. Farey ejemplos complejos

  20. Comparacion numerical model

  21. Comparacion numerical model

  22. Inducimos espirales a rotar en musculo cardiaco sano La teoria nos dice que no debieran rotar pero romperse

  23. Debieramos saber que es la Fibrilacion Ventricular y como las nolinealidades influyen Registro intracelular durante FV inducida experimentalmente en un perro Potentiales cortos, largos irregulares..

  24. Conjetura “in numero” No-Linealidad menor Mayor no-linealidad La teoria nos dice que no debieran rotar pero romperse

  25. En Suma: • Sistemas relativemente simples pueden en su regimen • no lineal producir dinamicas muy complejas incluyendo caos • La identificacion de no-linealidades en el sistema permite su manipulacion y control de la dinamica • La curva de restitucion de la duracion de los potenciales de accion cardiaca es no-lineal, puede modularse y predice mucho de la dinamica normal y anormal del tejido durante estimulacion ritmica • drogas que incrementan la no-linealidad de la restitucion debieran ser pro-arritmicas y viceversa. • ….

  26. Hasta la proxima

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