Grundlagen der Medizinischen Messtechnik · Vereinfachtes Prinzip und elektrisches Modell zur...
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BMT301 Grundlagen der Medizinischen Messtechnik Prof. Dr. rer. nat. Dr. rer. med. Daniel J. Strauss Ergänzende Folien EF2
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BMT301Grundlagen der
Medizinischen MesstechnikProf. Dr. rer. nat. Dr. rer. med. Daniel J. Strauss
Ergänzende Folien EF2
die Hauptbestandteile einer Nervenzelle
Aufbau einer Zellmembran
Dicke einer Zellmembran: ca. 7.5 - 10nm(zum Vergleich: Durchmesser des Zellkörpers : ca. 50μm und mehr)
Makromolekulare Pore eines Ionenkanals
K : Kalium(Potassium)
Na : Natrium(Sodium)
Cl : Chlorid(Chloride)
A : Anion
Verhältnis zwischen intra-und extrazellulärer Kalium-konzentration 30-50 : 1
dynamisches Gleichgewicht
Kräftegleichgewicht zwischen Diffusionskräften
und elektrischen Feldkräfte
Ruhezustand:
stabiler aktiver Zustand benötigt Energie aus dem
Metabolismus(Na K – Pumpe hält das Gleich-gewicht der Ionenkonzentration
stabil)
- dies ist kein passiver Zustand -
Transmittermoleküle Acetylen (acetylene)
γ-Aminosäuren Peptide(γ-amino acid)
Diffusionstransportzwei Schritte :1. Ausströmung(präsynaptisch) 2 . Aufnahme
(Postsynaptisch)
chemische Synapse
Neuronale Integration Räumliche Integration- Potentiale können sich überlagern
Neuronale IntegrationRäumliche Integration- Potentiale können sich verstärken (exitatorisch) oder hemmen (inhibitorisch)
Neuronale IntegrationRäumliche Integration- Potentiale überlagern sich
Ein anderer Blick auf die räumliche Integration
Tintenfisch (Squid )
Vereinfachtes Prinzip und elektrisches Modell zur „space clamp“ - Messung.
(A) Die physikalische Struktur dieses Modells beruht auf einer axialen Anordnung, da dort die Ströme nur in radialer Richtung fließen. Somit reduziert sich die Modellbildung nur auf eine Dimension.
(B) Der Gesamtstrom (im), durch die Zellmembran (pro Längeneinheit), besteht aus den Anteilen des Ionenstroms iml und dem kapazitiven Strom imC.
„space clamp“ - Messung
„Voltage clamp“ Messung
Realistische Anordnung zur Messung der Spannungsverläufe. Der Strom fließt dabei solange über die Elektroden (a) und (b) wie die Membranspannung Vm, die mit den Elektroden (b) und (c) gemessen wird, anliegt. Die Stromquelle wird geregelte, um die Membranspannung Vm auf einen vorselektierten Wert Vc zu halten.
Hodgkin-Huxley-Gleichungen
Wahrscheinlichkeit, dass die spezifischen Kanäle geöffnet oder geschlossen werden.
in der Gleichung V' = Vm - Vr,
ist Vr die anliegende Spannung.
Kalium Konduktanceals Funktion der Zeit
Natrium Konduktance als Funktion der Zeit
Kalium und Natrium Konduktance,ihre Summe, und die dazugehörigen
Membranspannungen
Beschreibung der Nervenimpulsweiterleitung
unter stationären BedingungenΘ
=Ausbreitungsgeschwindigkeit [m/s]K = Konstante [1/s]
a = Radius Axon [cm]
ρi= axoplasmatischer Widerstand [Ωcm]
Hodgkin-Huxley-Gleichung zur der Nervenimpulse siehe hierzu auch Gl. 32 in der Mitschrift
detaillierte Hinweise hierzu siehe in
Malmivuo & Plonsey. Bioelectromagnetism.Oxford University Press. 1995
anode brake ! Hyperpolarization kann ein Aktionspotentail verhindern !
Gründe: Ein Stromimpuls über eine gewisse Zeit deinaktiviert die Natriumkanäle und deaktiviert die Kaliumkanäle
HHsim: Graphischer Hodgkin-Huxley Simulator (exe & Matlab)http://www-2.cs.cmu.edu/~dst/HHsim/
schaue im Buch von “Christof”http://www.klab.caltech.edu/~koch/biophysics-book/
weitere Empfehlungen:
weitere neue Resultate über die Impulsweiterleitung bei myelinisierten Nervenfasern siehe Einziger et al. Novel cable equation for model for myelinated nerve fiber. Proc. of the 1st Int. IEEE EMBS Conf. on Neural Engineering.pp. 112-115, Capri Island. March 20-22, 2003
