Fyziologie pro bakaláře Neurofyziologie strana 1 Fyziologie pro bakaláře Rozvrz Pá 20.11.2015 13:40 - 15:10 Buněčná elektrofyziologie dr. Nerad Čt 3.12.2015 Oběh krve dr. Chovanec 15:20 - 16:50 Vylučování dr. Ulmanová Pá 4.12.2015 11:20 - 12:50 Neurofyziologie dr. Valoušková Respirace dr. Ďurišová Čt 17.12.2015 Endokrinologie dr. Vajnerová Gastrointestinální trakt Zápočtový test Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Neurofyziologie - výzkum strana 1 Neurofyziologie - výzkum www.eqisoft.com/lf2/Neurophysiology/EEG/ Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Úvod do fyziologie Neurofyziologie strana 1 Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Úvod do fyziologie Fyzika Fyziologie Chemie Molek. biologie Fyziologie Neurofyziologie strana 1 Úvod do fyziologie Fyzika Fyziologie Chemie Molek. biologie Fyziologie Fyziologie Cytologie Histologie Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Úvod do fyziologie Fyziologie Neurofyziologie strana 1 Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Co je předmětem fyziologie Neurofyziologie strana 1 Úvod do fyziologie Co je předmětem fyziologie Anatomie = struktura. Fyziologie = funkce Jak jednotlivé systémy normálně fungují Otázka „Proč“. Každá část těla má svůj účel Jak se jednotlivé systémy ovlivňují Homeostáza. Zpětné vazby. Autoregulace. Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Fyziologie – úrovně popisu Neurofyziologie strana 1 Úvod do fyziologie Fyziologie – úrovně popisu Srdce Cévy Buňky Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 1 Elektrofyziologie buňky Téma dnešního dne Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 1 Elektrofyziologie buňky Obsah Proč mají buňky elektrické vlastnosti Funkce buněčné membrány Elektrické napětí a distribuce iontů Vzrušivé buňky – neurony a myocyty Klidový, dendritický a akční potenciál Chemické synapse Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 2 Elektrofyziologie buňky Evoluční historie života na Zemi prokar. eukar. 5000 4000 3000 2000 1000 0 čas do minulosti [miliony let] Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 3 Elektrofyziologie buňky Vznik prvních buněk – složení cytoplazmy Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 4 Elektrofyziologie buňky Draslík a sodík v buňkách a jejich okolí Molární koncentrace iontů v různých prostředích [mmol/l] Iont Moře Buňka Plazma K+ 10 140 4 Na+ 500 14 140 Cl- 560 4 100 Ca2+ 10 0.0002 1.8 Cytoplazma je elektrolyt, tj. může vést el. proud. Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 5 Elektrofyziologie buňky Buněčná membrána Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 6 Elektrofyziologie buňky Struktura buněčné membrány Fosfolipidová dvojvrstva Voda Proteiny (receptory, kanály, pumpy) Glykoproteiny Glykolipidy Steroidy Plyny (O2, CO2) Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 7 Elektrofyziologie buňky Funkce buněčné membrány – propustnost, transport Je permeabilní pro - vodu - plyny - minerální soli - aminokyseliny - mastné kyseliny - glycerol Není permeabiliní pro - ionty - polární molekuly - velké molekuly Endo- a exocytóza Pasivní transport Aktivní transport Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 8 Elektrofyziologie buňky Funkce buněčné membrány - transport Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 9 Elektrofyziologie buňky Funkce buněčné membrány - transport Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 10 Elektrofyziologie buňky Funkce buněčné membrány - gradienty Koncentrační (tlakový) gradient Elektrický gradient Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 11 Elektrofyziologie buňky Funkce buněčné membrány - transport Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 12 Elektrofyziologie buňky El. napětí a distribuce iontů - + Elektrické napětí měříme voltmetrem Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 13 Elektrofyziologie buňky Měření elektrického potenciálu buňky - + Ionty působí silou na volné elektrony které uvedou do pohybu ručku. Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 24 Elektrofyziologie buňky Klidový potenciál – protiklady se přitahují Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 14 Elektrofyziologie buňky Elektrické napětí a distribuce iontů Nernstova rovnice: Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 26 Elektrofyziologie buňky Klidový potenciál Nernstova rovnice [K+]o and [K+]i jsou molární koncentrace ve volném objemu uvnitř a vně buňky; nikoli ionty přitažené k membráně, které jsou to, co vytváří membránový potenciál. [K+]o a [K+]i se prakticky nemění. Membránové jevy (které způsobují velké změny Um) tyto koncentrace neovlivňují. Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 25 Elektrofyziologie buňky Klidový potenciál Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 25 Elektrofyziologie buňky Klidový potenciál UE = Q/C kde UE je napětí Q je celk. náboj C je kapacita C = 1 µF/cm2 K vytvoření UE = 100 mV se musí na 1 µm2 membrány nacházet zhruba 6000 iontů. Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 22 Elektrofyziologie buňky Klidový potenciál Přítomný ve všech buňkách Typické hodnoty: -40 to -90 mV Zdroje negativity: bílkoviny uvnitř fosfáty uvnitř Cl- uvnitř X+ vně -70 mV 0 mV Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 16 Elektrofyziologie buňky Vzrušivé buňky Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 17 Elektrofyziologie buňky Vzrušivé buňky Neurony Myocyty (sv. kosterní, srdeční a hladké) Receptorové buňky Fotoreceptory v sítnici oka Mechanoreceptory v Cortiho orgánu, ve vestibulárním aparátu, v kůži, šlachách, svalech a dalších tkáních Chemoreceptory v čichovém epitelu, v buňkách chuťových pohárků a v jiných částech CNS Termoreceptory v kůži Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 18 Elektrofyziologie buňky Vzrušivé buňky – Co bylo dřív? Jako první se zřejmě vyvinuly receptorové buňky, jež řídily motilitu primitivních organizmů poháněných bičíkem (nikoli sval). “Senzorimotorická jednotka” Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 19 Elektrofyziologie buňky Vzrušivé buňky Svalové buňky jsou řízeny motoneurony Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 19 Elektrofyziologie buňky Potenciály vzrušivých buněk: neuron Tělo neuronu Dendrity - postsynapt. pot. Axon - akční potenc. Iniciální segment Terminace Myelinová pochva Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 27 Elektrofyziologie buňky Akční potenciál Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 20 Elektrofyziologie buňky Akční potenciál v různých vzrušivých buňkách neuron kosterní sval buňka pracovního myokardu 2 ms 5 ms 200 ms Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 28 Elektrofyziologie buňky Akční potenciál Neurony: -70 to +40 mV 2 ms Buňky myokardu: -60 to +10 mV 300 ms Svalová buňka: -95 to +20 mV 5 ms Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 29 Elektrofyziologie buňky Sodium-potassium pump (Na+/K+-ATPase) reinstates the resting potential 90 Na+ 3 Na+ 1 K+ Na+ Na+ 1 ATP K+ K+ 2 K+ 20 K+ 10 Na+ Voltage-gated Na+ and K+ ion channels -70 mV Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 30 Elektrofyziologie buňky Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 30 Elektrofyziologie buňky Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 19 Elektrofyziologie buňky Postsynaptický potenciál Tělo neuronu Dendrity - postsynapt. pot. Axon - akční potenc. Iniciální segment Terminace Myelinová pochva Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 33 Elektrofyziologie buňky Postsynaptický potenciál Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 34 Elektrofyziologie buňky Chemická synapse - neurotransmise Presynaptická membrána Vápníkové kanály Váčky s mediátorem Synaptická štěrbina Receptory se sodíkovými kanály Postsynaptická membrána Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 31 Elektrofyziologie buňky Akční potenciál – saltatorní vedení vzruchu Schwann cell (myelin) 10 – 120 m/s 5 - 25 m/s Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 32 Elektrofyziologie buňky Akční potenciál – rychlost vedení vzruchu 5 m 18 m Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňky Neurofyziologie strana 35 Elektrofyziologie buňky Konec Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad