Medical Instrumentation Report 4

1. Medical Instrumentation Report 4 (1등) 2009103862 이민주 2009105162 은슬기 2006200421 이동규 2009103863 이상정

2. Index • Nerve Cell – Neuron • Sensory Nerve • Resting State • RMP • Electric Field 내에서 이온의 이동 • Diffusion에 의한 이온의 이동 • Nernst Equation • Active State

3. Nerve Cell – Neuron Synapse • Nerve cell은 Pulse 형태의 action potential(신호)을 전송한다. • Axon은 없는 것도, 짧은 것도, 길이가 1m인 것도 있다. • 1개의 Neuron이 평균 1000개의 Synapse를 구성한다.

4. Nerve Cell – Neuron Synapse 많은 Presynapse Potential의 합이 문턱치를 초과하면새로운 action potential 발생 !!!!

5. Sensory Nerve 전압 발생 외부자극 전압신호 전달 외부에서 자극이 주어지면 sensory nerve cell에서 전압을 발생하고, 이 전압신호는 Nerve neuron들의 Dendrite를 통해 타고 들어가 axon을 통해 뇌까지 전달된다.

6. Sensory Nerve EXAMPLE) Cochlear (달팽이관) <목소리 주파수 스펙트럼> 안쪽으로 갈수록 고주파에 민감`(고주파를 감지) f 달팽이관 입구 청신경 달팽이관 안쪽 바깥쪽으로 갈수록 저주파 에 민감(저주파를 감지) 입구 쪽에서 action potential이 많이 생긴다!!

7. Resting State <extracellular fluid> Cl- <Intracellular fluid> K+ Cl- K+ diffusion Na+ K+ Cl- Na+ Na+ Sodium-Potacium Pump Cl- K+ Cl- K+ K+ 생명의 유지한다는 것 => Membrane 안팎의 농도 차이를 유지한다는 것!! How?? 세포는 세포막전위를 유지하기 위해서 Sodium-Potacium Pump를 가동시켜 K+를 세포 안에 많게 그리고 Na+를 세포 밖으로 보낸다. 이때 에너지가 필요한데 이를 가리켜 능동수송이라 한다.

8. RMP (Resting Membrane Potential) • Resting Membrane Potential? - 신경, 근육 등의 세포막내외에서 흥분 상태가 아닌 상태의 전위차. - 유리미소전극에서 세포 내 전위를 측정 시 신경이나 근육세포의 형질 막 사이에 -80~-90mV의 세포내 음(-)의 막전위가 존재하는데, 이를 정지전위라 한다.

9. RMP (Resting Membrane Potential) • Explain in picture Diffusion Coulomb Force + -

10. RMP (Resting Membrane Potential) • Explain in graph Vm t 0 신경섬유에 역치 이상의 자극이 가해지지 않아 전기신호가 전달되지 않은 상태에서 막전위는 음전위로 유지. 휴지기에서 막전위 값을 나타낸다.

11. RMP (Resting Membrane Potential) Electric field + + + - + + + - - F + + + Drift Velocity

12. Electric Field 내에서 이온의 이동 • Coulomb Force에 의한 이온이동 V (전압) E + - x

13. Electric Field 내에서 이온의 이동 A

14. Diffusion에 의한 이온이동 확산에 의해 이동하는 이온의 개수 [s] : 아보가드로 수 : 확산계수 이 두 상수는 이온의 종류, 용액의 종류에 따라 정해진다. (–)부호는 농도가 가장 빨리 줄어드는 방향을 의미한다. x [S] : K이온의 농도 확산에 의한 물질이동은 항상 고농도에서 저농도의 방향으로이루어진다.

15. Nernst Equation • 앞의 두 식의 결과로Resting Membrane Potential(RMP)을 • 유도해보자. 이온의 전체 이동량은 . 즉, Coulomb • Force로 인한 이동과 Diffusion에 의한 이동의 합이라 할 수 있다. • 식을 풀어 쓰면 다음과 같다. : 페러데이 상수 : 이상기체 상수 : 볼트만 상수

16. Nernst Equation • Resting Membrane state에서 이온의 출입은 equilibrium 이다. • 즉, 이어야 한다. Membrane - - - - - - + + + + + + Diffusion Coulomb out in

17. Active State • Action potential이 발생했을 때 Permeability Vm: membrane potential 세포막 내의 전압 rm Na이온 펌프 0 gNa VT : 자극에 의해 상승 K이온 펌프 VRMP gK Depolarization Hyperpolarization Repolarization

18. Action Potential • Explain in graph 처음 막 전위는 -70mV~-60mV 정도로 유지 (전달 과정) Depolarization: action potential 생겨 세포 밖에 있던 Na+가 Sodium channel을 통해 안으로 들어오는 것. Sodium channel 닫힌다. Sodium-Potacium Pump : 미토콘드리아에서 ATP->ADP+에너지를 만드는 과정. 그때의 에너지를 사용해 Na+는 밖으로 다시 나가고 K+는 다시 안으로 들어온다. resting state

19. Active State • Explain • in picture 자극 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (전달 과정) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ⇒ + + - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Action potential이 들어오면 axon에서는 다음과 같은 과정을 통해 Action potential을 전달한다.

20. Active State 자극이 생겼을 때 뒤에 오는 action potential이 다시 앞으로 전해지지 않는 이유는?? 불응기 앞의 자극이 불응기이기 때문이다.

21. THANK YOU!!