Elektromos ingerlés: elektromos áram hatására az ideg-izomsejtben létrejövő funkcionális változás Mi kell hozzá: Elektromos ingerlés ingerelhető sejt elektromos áram ingerlő elektróda Ingerelhető sejt: sejtmembrán sejtmembrán fehérjék ionkoncentráció különbségek a membrán belső és külső oldala között nyugalmi membrán potenciál: Vr ingerlés -> membrán potenciál (Vm) változás -> akciós potenciál -> ingerület A sejtmembrán szerkezete ELEKTROMOS INGERLÉS Extracelluláris tér Perifériás membránfehérjék Feszültség detektor Na + extra Foszfolipid kettősréteg hidrofil rész Mi kell még az ionáramhoz? Feszültség vezérelt Na+ csatorna Az ionokat hajtó erő. Integráns membránfehérjék Intracelluláris tér Foszfolipid kettősréteg hidrofób rész intra Ion áramlás Ion koncentráció különbség a membrán két oldala között! Feszültség vezérelt ioncsatornák Na + Transzporterek(aktív, passzív) Egyéb ioncsatornák
Nyugalmi membrán potenciál modellje Nyugalmi membrán potenciál (Vr) kialakulása A membrán semmit nem enged át Csak Na + -t enged át Csak K + -t enged át Intracelluláris ionkoncentráció Voltmérő Intra pozitívabb Intra negatívabb Elektromos tér Diffúzió membrán intra extra Na+ csatorna K+ csatorna Koncentráció különbség Elektromos tér Ionáramlás Töltéseloszlási különbség Nyugalmi potenciál Élő sejtben az [K + ]intracell > [K + ]extracell és [Na + ] i < [Na + ] e Élő sejtben nyugalmi helyzetben a K + sokkal könnyebben átmegy (permeábilisabb) a membránon mint bármely más ion. Ha p K =1 akkor p Na =0.1 Nagyon kevés ion vándorol, a koncentráció gyakorlatilag nem változik. drift fluxus valencia koncentráció sebesség mobilitás Extracelluláris ionkoncentráció diffúziós fluxus diffuzivitás koncentráció Nyugalmi membrán potenciál (Vr) Feszültség vezérelt Na + csatorna Ion diffúzió: Elektromos tér: diffúziós fluxus diffuzivitás koncentráció drift fluxus valencia koncentráció sebesség mobilitás Equilibriumban nettó áram nem folyik: Nernst egyenlet
Vr Elektromos ingerlés hatása a membrán potenciálra (Vm) Elektromos ingerlés: Vm=Vi-Ve elektromos áram hatására az ideg-izomsejtben létrejövő funkcionális változás. Mi kell hozzá: Vm [mv] (membrán potenciál) Idő Akciós potenciál Távolra vezetődik, ingerület kiváltása ingerelhető sejt elektromos áram ingerlő elektróda Vthr Stimuláló áram Depolarizáció (serkentő) Hyperpolarizáció (gátló) Excitáció Idő Is na tartomány Inhibíció Lokális hatás, moduláló tényező Vthr Vr küszöb potenciál nyugalmi potenciál Elektromos áram: áram tér létrehozása potenciál meghatározása Stimuláció elektromos árammal TÉRELMÉLET: STACIONÁRIUS ELEKTROMOS TEREK Sejt Áramforrás térbeli eloszlása Elektromos tér: potenciállal kapcsolata: töltésre ható erő: Áramsűrűség: konduktivitással kapcsolata: áramforrás sűrűség: (Laplace) (grad) (div) Áramforrás Áramsűrűség Potenciál Poisson egyenlet: (potenciál, áramforrás sűrűség kapcsolata) Áramforrás Potenciál kiszámítása adott áramforrás sűrűségnél: Potenciál
MONOPÓLUS ELEKTROMOS TERE DIPÓLUS ELEKTROMOS TERE szuperpozíció elve: dipól momentum Elektromos ingerlés modellje (lineáris extracell potenciál tér) Elektromos ingerlés modellje (potenciál eloszlás) V extracell Intracell extracell Sejt sejt z Áramsűrűség Elektromos tér hyperpolarizált membrán Sejt modell intracell extracell Potenciál térfüggvénye lineáris (extracell) intracell extracell Legyen Vr=0 és a membrán jó szigetelő Vm=Vi-Ve depolarizált R
Vm térfüggése Praktikus ingerlés sejtmembrán Hyperpolarizált sejt depolarizált erős tér gyenge tér depolarizált unipolarizált hyperpolarizált Is ma tartományban Elektromos ingerlés: Intracelluláris ingerlés elektromos árammal elektromos áram hatására az ideg-izomsejtben létrejövő funkcionális változás Mi kell hozzá: ingerelhető sejt elektromos áram ingerlő elektróda Sejt Áramsűrűség Ingerlő elektróda: ingerlés módjai elektróda tulajdonságai ingerlés hatása Az összes ionáram direkt kontrollja. Technikai megvalósítása nehéz. Föld elektród
Extracelluláris ingerlés elektromos árammal Különböző elektródák átviteli jellemzői Monopoláris Bipoláris Sejt Áramsűrűség Föld elektród Az összes ionáram indirekt kontrollja. Technikai megvalósítása könnyebb. Elektromos kettősréteg kialakulása Polarizálható, nem polarizálható elektródok Fém-folyadék érintkezésekor ion mozgás alakul ki polarizáció egyensúlyi állapot Polarizálható elektródok: Fémek: Ag, Pt, Au stb... az áthaladó áram nagysága függ a kettősréteg tulajdonságaitól (C, R) az áram tölti vagy kisüti a kettősréteget az áram feszültség karakterisztika nem lineáris egyenáramú impedancia nagyon nagy, kapacitásként működik de csökkenthető a felület növelésével Nem polarizálható elektródok: Ag/AgCl az áthaladó áram nem változtatja a kettősréteg tulajdonságait az áram szabadon folyik a kettősrétegen az áram feszültség karakterisztika lineáris egyenáramon ellenállásként működik
Fém-folyadék-fém kapcsolat esetén az elektrokémiai feszültségsornak megfelelő galvánelem képződik -elektrolit határréteg modellje potenciál értéke: standard hidrogén elektróddal szemben mért potenciál különbség Helyettesítő kapcsolás Zc frekvencia függése potenciál Elektrolit ellenállás Határréteg ellenállás, kapacitás impedancia Az elektróda impedancia frekvenciafüggése Ingerlés repetitív impulzusokkal kevés áram a szövetbe Nagy áramsűrűség hidrolízis termikus hatás töltés injekció Szöveti roncsolás Monofázisos repetitív ingerlés Bifázisos repetitív ingerlés
Ingerlés és ingerület kapcsolata Időbeli szummáció Izom összehúzódás nyomatéka (ft*lbs) Izom tenzió 70Hz 50Hz 30Hz 20Hz Ingerlés frekvenciája 10Hz 1Hz Inger erősség (ma) 100 200 300ms Refrakteritás Inger erősség-időtartam görbe Páros ingerlés Akciós potenciál idő Ingerület kialakulása függ: Küszöb potenciál ingerlés erőssége (Is) ingerlés tartama (t) Nyugalmi potenciál Refrakter periódus: az ingerelhetőség átmeneti csökkenése Is Inger erősség-időtartam görbe: 2 x rheobázis rheobázis (Irh) 1 2 3 4 5msec chronaxia membrán időállandó: τ idő (t)
Összefoglaló I. Összefoglaló II. Ingerelhetőség membrán csatornák hajtóerő ion koncentráció különbség nyugalmi membrán potenciál kialakulása nyugalmi membrán potenciál K + ionok és csatornák meghatározó szerepe Extracell ingerlés áramforrások (elektródok) Poisson egyenlet membrán potenciál térfüggése hyperpolarizáció depolarizáció ugyanazon sejten nagy áramok kellenek Elektromos ingerlés membrán potenciál változás küszöb feszültség feszültség vezérelt Na + csatorna akciós potenciál ingerület Extracell elektródok fém elektródok kettősréteg polarizáció nem lineáris töltésátvitel repetitív ingerlés akciós potenciál Na + ionok meghatározó szerepe Inger ingerület erősség szaturációt mutat Inger ingerület kettős kapcsolata Inger erősség időtartam görbe Membrán potenciál direkt kontroll intracell ingerlés hyperpolarizáció depolarizáció szummáció refrakteritás rheobázis chronaxia indirekt kontroll extracell ingerlés potenciál meghatározása