1 / 26

Program: I. Fizyka Medyczna

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.

ricky
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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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.

  3. 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/

  4. Edwin Smith Surgical Papyrus – 1700 BC (‘yś) - mózg

  5. Kroki w poznaniu mózgu

  6. Kroki w poznaniu mózgu - cd

  7. 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/

  8. 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

  9. 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

  10. 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)

  11. 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)

  12. Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny - 1906

  13. Komórka nerwowa - neuron

  14. 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

  15. Druga składowa układu nerwowego - komórki glejowe

  16. 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

  17. Potencjał błonowy Potencjał błonowy – różnica potencjałów w poprzek błony komórkowej

  18. Techniki pomiarowe - mikropiptety Pomiary wewnątrzkomórkowe in vivo. Grupa prof. Amzici, Universite Laval, Quebec, Kanada

  19. Techniki pomiarowe – patch clamp (E. Neher, B. Sakmann, Nobel 1991) Pipeta do patch calmp Układ pomiarowy patch calmp

  20. 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.

  21. Siły chemiczne i elektryczne R – stała gazowa T - temperatura q – ładunek F – stała Faradaya V – różnica potencjałów z – elektrowartościowość

  22. 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

  23. Potencjał Nernsta dla jonów K, Na, Cl

  24. 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

  25. 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.

  26. 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

More Related