Detail předmětu

Bioelektrické jevy

FEKT-ABEJAk. rok: 2012/2013

Fyzikální výklad elektrických jevů v živé tkáni je speciální oblastí biofyziky. Předmět „Bioelektrické jevy“ seznamuje posluchače elektrotechnického zaměření s biofyzikálním základem elektrických pasivních vlastností i aktivních projevů živých tkání a také se současnými měřicími metodami.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. RNDr. Ing. Jiří Šimurda, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Poznatky o elektrickém přenosu informací v živých systémech a o elektrofyziologických diagnostických metodách, získaných předchozím studiem lékařských předmětů si posluchači doplní o znalosti fyzikálních dějů probíhajících na molekulární a buněčné úrovni. Dále získají praktické zkušenosti s měřením elektrických projevů u živých objektů.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

Výklad elektrických jevů v živé tkáni. Aktivní elektrické projevy živé tkáně na molekulární, buněčné, a orgánové úrovni včetně moderních metod jejich měření na úrovni buňky. Celulární základ vzniku elektrokardiografického a magnetokardiografického signálu.

Učební cíle

Cílem kurzu je naučit posluchače aplikovat poznatky získané předchozím studiem fyziky a matematiky na elektrické děje, probíhající v živých organizmech.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

J. Šimurda: Bioelektrické jevy I, CERM Brno, 1995 (CS)
S. Silbernagl, A. Despopoulos: Atlas fyziologie člověka, GRADA Publishing a.s. 2004 (CS)
F. Bezanilla:Electrophysiology and the Molecular Basis of Excitability. (University of California at Los Angeles) Volně dostupné na adrese http://nerve.bsd.uchicago.edu/ (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BTBIO-A bakalářský

    obor A-BTB , 3. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. RNDr. Ing. Jiří Šimurda, CSc.

Osnova

1. Vznik a funkce elektrických signálů v živých buňkách. Membránové napětí.
2. Akční napětí a jeho fyziologický význam. Šíření akčních napětí buněčnými vlákny.
3. Možnosti získání elektrického kontaktu s vnitřkem buňky. Metody měření membránových napětí a membránových proudů (režim vnuceného napětí a vnuceného proudu).
4. Fyzikální základy bioelektrických jevů. Model buňky pro výklad elektrických jevů. Elektrické náhradní schéma buněčné membrány.
5. Fyzikální výklad klidového a akčního napětí.
6. Kvantitativní vztah mezi celkovým iontovým membránovým proudem a průběhem akčního napětí. Hlavní složky iontového membránového proudu a jejich vlastnosti.
7. Fyzikální výklad šíření vzruchu buněčnými vlákny. Biofyzikální popis elektrických jevů soustavami diferenciálních rovnic.
8. Výklad bioelektrických jevů na molekulární úrovni. Struktura a funkce biologické membrány.
9. Membránové kanály: přechody mezi stavy kanálů (vrátkování). Měření membránových elektrických proudů na molekulární úrovni (metoda "patch clamp")
10. Přenašečové systémy transportu iontů přes membrány. Interakce látek s kanály a přenašeči (mechanizmy účinku některých léků a toxických látek).
11. Excitabilní buňka jako zdroj elektromagnetického pole v okolním prostředí. Biofyzikální základy elektrofyziologických diagnostických metod.
12. Elektrokardiografický a magnetokardiografický signál jako důsledek šíření akčního napětí v síti elektricky propojených srdečních buněk.
13. Vazba mezi elektrickým podrážděním a stahem (kontrakcí) svalové buňky.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vratislav Čmiel, Ph.D.
Larisa Chmelíková, Ph.D.
Ing. Marie Nedvědová, Ph.D.

Osnova

1. Měření elektrických vlastností kovových elektrod pro záznam bioelektrických signálů
2. Příprava a měření vlastností skleněných mikroelektrod.
3. Příprava roztoků pro celulární elektrofyziologická měření. Měření pH.
4. Měření a analýza iontových membránových proudů u excitabilních buněk (simulované experimenty)
5. Měření prahu dráždivosti
6. Měření elektrické impedance živé tkáně
7. Záznam kontrakce u izolovaných srdečních buněk
8. Exkurze do laboratoře buněčné elektrofyziologie
9. Elektrické vlastnosti buněčných membrán (numerické cvičení)
10. Měření membránových napětí a membránových proudů (seminář s demonstrací)
11. Molekulární základy bioelektrických jevů (interaktivní počítačový program)
12. Šíření elektromagnetického pole generovaného srdcem (numerické cvičení)
13. Elektromechanická vazba (interaktivní počítačový program)