WYKAD 1.W atomie istniej takie orbity, po ktrych poruszajce si elektrony nie promieniuj energii.Kada emisja lub absorpcja energii promieniowania odpowiada przejciu elektronu pomidzy orbitami

stacjonarnymi. hv = E1 E2gdzie h staa Plancka, v czstotliwo, E1 i E2 - energie ukadu w obu stanach stacjonarnych

Czsteczka powstaje tylko wtedy, gdy energia czsteczki jest mniejsza od sumy energii poszczeglnych atomw w

stanie swobodnym. O trwaoci stanowi minimum energii potencjalnej takiego ukadu.1. Sia oddziaywa

Energia wizania wewntrzczsteczkowego jest okoo 100-krotnie wiksza od energii wiza midzyczsteczkowych.Oddziaywania midzyczsteczkowe s duo sabsze ni wewntrzczsteczkowe.

2. Oddziaywania midzyczsteczkoweCzsteczki, nawet pozbawione adunku elektrycznego, oddziauj midzy sob. Prawie wszystkie wasnocimaterii okrelone s przez charakter tych oddziaywa. Dziki nim moliwe jest istnienie cieczy i wikszoci ciastaych.

3. Stany skupienia

4. Oddziaywania midzyczsteczkowe-Przyciganie-Odpychanie (na bardzo maych odlegociach)

5. Oddziaywania midzyczsteczkowe Siy elektrostatyczne Wizania wodorowe Siy van der Waalsa Oddziaywania hydrofobowe

a) Siy elektrostatyczne

r odlego adunkw staa dielektryczna orodka 0 przenikalno dielektryczna w prni

1. ElektroujemnoZdolno uzupeniania do trwaej powoki przez przyczenie elektronu nazywamy elektroujemnoci.Atom o takiej waciwoci to atom elektroujemny. Im wysza elektroujemno tym silniejsze przyciganie elektronw przez atomNajwysz elektroujemno (4) ma atom fluoru.

2. Czsteczki wodyJeeli wizanie tworz atomy pierwiastkw o rnej elektroujemnoci, to jedno z jder atomowych przyciga elektrony z

wiksz si ni drugie. Prowadzi to do deformacji chmury elektronowej i nierwnomiernego rozoenia adunku naczsteczce. Tak czsteczk nazywamy wwczas dipolem i mwimy, e jest ona polarna.

Dua rnica elektroujemnoci midzy tlenem a wodorem powoduje przesunicie chmury elektronowej. Poniewa obaatomy wodoru znajduj si po jednej stronie czsteczki jej moment dipolowy jest wysoki, a czsteczka jest silnie polarna.

b) Wizanie wodoroweZbliony charakter do kowalencyjnego ale energia wizania jest mniejsza.

Warunek powstania wizania wodorowegoAtom wodoru jest zwizany w czsteczce z atomem pierwiastka silnie elektroujemnego, np O,N,F.Pomidzy jdrem wodoru i jakim innym atomem elektroujemnym moe pojawi si przyciganie elektrostatyczne(Atom elektroujemny + wodr) + atom elektroujemny

WystpowanieWystpuj pomidzy czsteczkami, wewntrz czsteczekPosiada ono bardzo duo znaczenie w ukadach biologicznych i jest odpowiedzialne za utrzymywanie struktury biaek,

DNA, unikalne waciwoci wody.

Wizanie wodorowe jest gwnym czynnikiem odpowiedzialnym za stabilno konformacji biaka i aminokwasw.c) Siy Van der Waalsa oddziaywania pomidzy czsteczkami obojtnymi elektrycznie o energii (E) rwnej:

E = A/r12- B/r6zasig - do 0,5 nmorientacyjne oddziaywania midzy trwaymi dipolami

indukcyjne oddziaywania midzy dipolami trwaymi i indukowanymidyspersyjne oddziaywania midzy czsteczkami, ktre nie s dipolamiSiy dyspersyjne wystpuj pomidzy wszystkimi rodzajami czsteczek s silniejsze od oddziaywa indukcyjnych i

orientacyjnych.Stanowi gwny skadnik oddziaywa Van der WaalsaSiy dyspersyjne pomidzy dwoma rnymi czsteczkami mog by zarwno siami przycigania jak i odpychania.Zaley to od rodowiska, w ktrym odbywa si oddziaywanie.

d) Oddziaywania hydrofobowe (nie lubi wody)Substancjami hydrofilowymi s substancje polarne elektrycznie, np. jonySubstancjami hydrofobowymi s substancje niepolarne elektrycznie.

Czsteczki amfifilowe

Zachowanie lipidw w kontakcie z wod

WYKAD 2.1. Bony biologiczne

-bony komrkowe -bony organelli wewntrznychBez wzgldu na ich lokalizacj bony zbudowane s w identyczny niemal sposb

2. Funkcje bony biologicznej-odgradzaj wntrze danego przedziau(komrki lub organelli) od rodowiska zewntrznego-utrzymuj rnic ste rnych substancji-utrzymuj rnic potencjaw elektrycznych pomidzy wntrzem i otoczeniem komrki-kontroluj transport substancji z i do komrki-zapewniaj przenoszenie informacji pomidzy wntrzem a otoczeniem-bony niektrych komrek(np. nerwowych) posiadaj take zdolno do przetwarzania informacji-stanowi strukturaln podstaw waciwego funkcjonowania wielu enzymw-rozpoznawanie obcych komrek

3. Skadniki bon biologicznychRodzaj bony Biaka % Lipidy %

Bony plazmatyczne:ErytrocytyKomrki wtrobyMielina

495418

433679

Bona jdra komrkowego 66 32

Siateczka endoplazmatyczna 62 27

Mitochondrium:bona zewntrznabona wewntrzna

5578

4522

Lipidy grupa czsteczek charakteryzujca si bardzo z rozpuszczalnoci w wodzie i dobr rozpuszczalnoci wrozpuszczalnikach niepolarnych(np. chloroformie)

BiakaCukry

4. Amfifilowy charakter lipidwCzsteczki lipidw posiadaj charakter amfifilowy.W rodowisku wodnym spontanicznie grupuj si one tak, by z wod kontaktoway si wycznie czci hydrofilowe.Dwuwarstwa- rodowisko wodne, hydrofobowe wntrze

5. Frakcja lipidowa fosfolipidy w bonach komrek przewaajc cz frakcji lipidowej stanowi fosfolipidy glikolipidy, cholesterol jest skadnikiem budulcowym bon, uczestniczy w przekazywaniu sygnaw (wchodzi w skad otoczki

mielinowej), peni rol w trawieniu tuszczy, jest prekursorem w syntezie witaminy D oraz hormonw steroidowych(kortyzonu, estrogenu, testosteronu)

1. Asymetria bony

Lipidy inny skad chemiczny monowarstw lipidowych, wystpowanie domenBiaka rne biaka po stronie wewntrznej i zewntrznej bonyCukry wystpowanie gwnie po zewntrznej stronie bony

2. Pynno bon biologicznych rotacja, flip-flop1. Czynniki wpywajce na pynno bony

Temperatura, dugo wglowodorowych acuchw, liczba wiza podwjnych, zawarto cholesterolu, oddziaywanialipid- biako, oddziaywania lipid-lipid

a) Wpyw temperatury na pynno bonW okrelonej temperaturze ukad przechodzi ze stanu cisego upakowania (el) do stanu, w ktrym acuchy

wglowodorowe ulegaj pofadowaniu i trac uporzdkowanie w paszczynie bony (zol)-przejcie fazowe zachodzi w temp. przejcia fazowego (xD)

b) Wpyw dugoci acuchw wglowodorowych na pynno bonIm dusze acuchy wglowodorowe tym wysza temperatura przejcia fazowego.

c) Wpyw liczby wiza podwjnych na pynno bonIm wicej wiza nienasyconych tym nisza temperatura przejcia fazowego

d) Wpyw cholesterolu na pynno bonW bonach zawierajcych lipidy o przewadze wiza nasyconych cholesterol zwiksza pynno bonyW bonach zawierajcych lipidy o wizaniach nienasyconych cholesterol zmniejsza pynno bony

1. Gwne cechy modelu pynnej mozaiki niezalene wystpowanie biaek integralnych i powierzchniowych asymetria rozmieszczenia lipidw, biaek i cukrw pynno1. Transport bonowy Pojedynczych substancji uniport Dwch substancji w tym samym kierunku symport Dwch substancji w przeciwnych kierunkach antyport1. Rodzaje transportu

- Transport bierny w tym transporcie nie jest wykorzystywana energia pochodzca z procesw metabolicznych - Transport aktywny transport wykorzystujcy energi pochodzc z procesw metabolicznych

a) Transport biernyDyfuzja prosta, dyfuzja uatwiona transport w nonikach, dyfuzja zoona Dyfuzja prosta spontaniczny transport substancji wywoany rnic ste w rnych punktach obszaru

zajmowanego przez t substancj.W ten sposb przenikaj do wntrza komrki substancje rozpuszczalne w lipidach (lipofilne), gazy O2, N2, CO2, mae

obojtne czsteczki np. mocznik, etanolj = P*(cz cw)j strumie substancji przechodzcej przez warstwP przepuszczalno bonycz i cw stenie substancji odpowiednio na zewntrz bony i w cytoplazmie

Transport w nonikachW bonach znajduj si biaka odpowiedzialne za transport zwane biakami transportowymi lub nonikamisubstancja + nonik -> kompleks --> zmiana konformacji kompleksu -> substancja + nonikTransport na nonikachSymport w komrkach nabonka jelita wystpuje symport 1 czsteczki glukozy na 1 jon Na+Antyport w komrkach mini wystpuje antyport jonu Ca2+ na 3 jony Na+W ten sposb przenikaj do wntrze komrki cukry, aminokwasy, nukleotydy.

Dyfuzja zoonaOprcz rnicy ste, na transport wpywaj dodatkowe bodceRnica cinie hydrostatycznych: filtracja i ultrafiltracjaRnica potencjaw elektrycznych: elektrodyfuzjaFiltracja -przepyw roztworu pod wpywem rnicy cinie hydrostatycznychUltrafiltracja przepyw substancji rozpuszczonej pod wpywem rnicy cinie hydrostatycznychFiltracja i ultrafiltracja oczyszczanie krwi z wody i niepotrzebnych skadnikw w kbuszkach nerkowych, sztuczna nerkaElektrodyfuzja wyspecjalizowane biaka integralne, tzw. kanay jonowe tworz wypenione wod pory hydrofilowej

przestrzeni wewntrz biaka, ktrymi przez bon transportowane s jony.WYKAD 3.

Kanay jonowePosiadaj zdolno do kontrolowanego przepuszczania jonw.Otwieraj si lub zamykaj w zalenoci od czynnikw zewntrznych.Ze wzgldu na rodzaj czynnika otwierajcego (aktywujcego) kanay jonowe dzielimy na:

kanay zalene od napicia kanay zalene od ligandu (aktywowane chemicznie) kanay aktywowane napreniem mechanicznym

Selektywno zdolno do przepuszczania cile okrelonych typw jonw, np. kanay kationowe lub anionoweKanay jeszcze bardziej wyspecjalizowane to sodowe, potasowe itd.Kana sodowy oznacza, i kana ten najlepiej przepuszcza jony sodu. Oprcz nich, cho znacznie gorzej, mog przez ten

kana przechodzi inne kationyOtwieranie kanaw jonowych procesem typu wszystko albo nic, tzn., e kana albo jest zamknity i nie przewodzi jonw

albo jest otwarty i wwczas jego przewodnictwo zaley od wielkoci czynnika otwierajcegoTransport przez kanay jonowe jest transportem biernym

Gradient elektrochemicznyPrzy maksymalnie otwartych kanaach jonowych wielko strumienia okrelonego jonu zaley od gradientu

elektrochemicznego, ktry tworzony jest cznie przez-rnic ste tego jonu po obydwu stronach bony komrkowej-istniejc w danej chwili rnic potencjaw1) gradient chemiczny bez potencjau transbonowego (kationy id do wewntrz, wewntrzna warstwa bony bez

potencjau transbonowego)2) gradient chemiczny z potencjaem transbonowym ujemnym (kationy id do wewntrz, warstwa wewn. bony z

potencjaem ujemnym) duy transport kationw

3) gradient chemiczny z potencjaem transbonowym dodatnim (kationy id do wewntrz, warstwa wewn. bony zpotencjaem dodatnim) bardzo may transport kationw

Potencja bonowyPotencjaem bonowym nazywamy rnic potencjaw pomidzy wntrzem komrki a jej otoczeniem (Vm = Vw Vz).Przyjmuje si, e potencja po wewntrznej stronie bony wynosi zero Vz = 0

Kanay zalene od napiciaKanay zalene od napicia regulowane s przez potencja bonowy.Prawdopodobiestwo otwarcia wikszoci kanaw wzrasta wraz ze wzrostem potencjau bonowego s to kanay

aktywowane przez depolaryzacj. - Bramka inaktywacyjna, - bramka aktywacyjna z czujnikiem potencjau, - filtr selektywnoci po stronie wewntrznej kanau

Wraliwo kanaw na potencja bonowy zwizana jest z czujnikiem potencjau reagujcego na zmiany polaelektrycznego w bonie.

Przemieszczenia tzw. bramki aktywacyjnej, otwierajcej por wodnBramka inaktywacyjna powoduje, e kana w pewien czas po aktywacji przestaje przewodzi jony kana przechodzi w

stan inaktywacji. Ponowne otwarcie bramki aktywacyjnej jest moliwe dopiero, gdy potencja bonowy powrci do wartocispoczynkowej.

Dziki elektrostatycznemu odpychaniu przez filtr "niewaciwe" jony nie mog wchodzi do wntrza kanau. Kanay aktywowane chemicznie

Kanay aktywowane chemicznie nazywamy te kanaami zalenymi od ligandu (antagonisty). - Ligand czsteczka rozpoznawana przez receptor i przyczajca si do niego - Agonista substancja farmakologiczna, ktra po zwizaniu si z receptorem wywiera okrelony efektKana otwiera si, gdy jedna lub wicej czsteczek substancji aktywujcych poczy si z odpowiednim miejscem w

strukturze biakowej kanau, czyli receptorem kanau.Kana kationowo selektywny zaleny od acetylocholiny(wystpuje gwnie w synapsach) - Konformacja zamknita bramka

- Konformacja otwarta pod wpywem acetylocholiny jony sodu dostaj si do wntrza komrkiTransport przez kanay jonowe jest transportem biernym!!!

a) Transport aktywny-transport pierwotny pompy jonowe-transport wtrny

- Pompa sodowo-potasowa - transport aktywnyTransport ten polega na przepompowywaniu czstek z obszaru o niszym steniu do obszaru o steniu

wyszym(wbrew malejcemu gradientowi stenia) konieczne jest zatem dostarczenie energii (czsto jest nim ATP).Pompa sodowo-potasowa wystpuje we wszystkich komrkach zwierzcychStanowi j zlokalizowana w bonach plazmatycznych grupa specyficznych biaekPompa uzupenia stenie jonw K+ wewntrz komrki a jednoczenie usuwa nadmiar jonw Na+ w jej wntrzu.Wytwarzany gradient stenia dotyczy jonw, w poprzek bony tworzy si nie tylko gradient stenia, lecz take gradient

potencjau elektrycznego (nastpuje rozdzielenie adunkw elektrycznych) polaryzacja bonyRysunek: Na+ wizany wewntrz komrki, hydroliza ATP, K i uabaina wizane po zewntrznej stronie kanau, 3 jony sodu

na zewntrz, 2 jony potasu do wewntrzPodczas kadego obrotu pompa ta przenosi z wntrza komrki na zewntrz 3 jony Na+ w zamiast za 2 jony K+

transportowane do wntrza. Obydwa te jony transportowane s wbrew gradientowi stenia. Energia napdzajca pompczerpana jest z hydrolizy ATP.

Gradient sodowo-potasowy-kontroluje objto komrki, jest niezbdny do pobudzenia nerww i mini-jest si napdow transportu aktywnego cukrw i aminokwasw.

Dziaanie pompy wymaga:staego dopywu glukozy i tlenustaej resyntezy ATPzachowania temp ok 37 st. Codprowadzania CO2odpowiedniego stenia Mg, Na, KCay cykl pracy pompy trwa ok 10 ms

Zatrzymanie pompy prowadzi do:- zmian skadu pynu wewntrz i zewntrzkomrkowego- utraty przez komrki ich waciwoci- braku reakcji komrek na bodce- do niepobudliwoci komrek pobudliwych

Hamowanie obrotw pompy w celach leczniczychNiektre substancje hamuj funkcjonowanie pompy. Ma to znaczenie w leczeniu niektrych chorb serca

PodsumowanieNa kad rozoon czsteczk ATP transportuje 3 jony Na z komrki i 2 jony K do komrki, ubywa 1 dodatni adunek w

komrce.Pompa utrzymuje sta rnic ste jonw Na i K po obu stronach bony- Pompy wapnioweS to biaka integralne bony komrkowej i bony siateczki endoplazmatycznej hydrolizujce ATP.Utrzymuj niskie stenie jonw Ca w cytoplazmie- Pompa protonowa

biako integralne bony kom. hydrolizujce ATP, odpowiedzialne za transport protonw przez bony biologiczne utrzymuje kwane rodowisko wewntrz lizosomw uczestniczy w wydzielaniu kwasu odkowegoa) Transport aktywny wtrny

-nie zaley bezporednio od procesw metabolicznych-transport substancji przez ten ukad bon jest sprzony z pierwotnym transportem aktywnym innej substancji

zachodzcym w jednej z bonAktywnie transportowana pierwsza substancja(np. Na+) tworzy gradient potencjau elektrochemicznego, ktry warunkuje

transport innej substancji, np. Cukru, aminokwasu, zgodnie z tym gradientemTransport bierny glukozy w nabonku jelitowym jest napdzany aktywnym transportem jonw Na+Rozkad jonw po obu stronach bony

Wewntrz: duo K+, A-, mao Cl-, Ca2+, Na+Na zewntrz: duo Na+, Cl-, Ca2+, mao K+

WYKAD 41. Potencja dyfuzyjny

Jeli po dwu stronach przegrody przepuszczalnej dla jonw wytworzy rnic ste, to na skutek dyfuzji bd oneprzechodziy (dyfundoway) z przedziau o steniu wyszym do przedziau o steniu niszym.

Przepyw jonw pomidzy przedziaami mona zatrzyma. Pole elektryczne bdzie powodowao ruch jonw(migracj) wstron przeciwn do kierunku ich ruchu zwizanego z dyfuzj(rnic ste).

W ten sposb moe doj do rwnowagi pomidzy strumieniem dyfuzyjnym i migracyjnym.Cakowity strumie przez przegrod bdzie rwny zero i stenia jonw po obu przedziaach przestan si zmienia.

u ruchliwo jonu (u=v/E)c stenie jonuT temperaturaR staa gazowaF staa Faradayaz - wartociowo

2. Potencja rwnowagiPotencja rwnowagi to rnica potencjaw elektrycznych hamujca ruch dyfundujcych jonw.

3. Potencja rwnowagowy NernstaW komrkach miniowych stenie K+ wynosi 144 mM, a w przestrzeni midzykomrkowej 4 mMPodstawienie tych danych do rwnania Nernsta daje warto -95 mV

4. Potencja spoczynkowyJest to rnica potencjaw elektrycznych midzy wewntrzn i zewntrzn stron bony komrkowej.Wobec istniejcych rnic ste indywidualne strumienie kadego z jonw nie s rwne zero.Potencja spoczynkowy moe by utrzymany, gdy suma adunkw przenoszonych przez jony w jednostce czasu (suma

prdw jonowych) jest rwna zero:INa+IK+ICl = 0W stanie spoczynku najlepiej przepuszczalne przez bon s jony potasu, gorzej chlorkowe, najgorzej za sodowe.Rwnanie Goldmana-Hodgkina-KatzaW komrce poza K+ jest wiele innych jonw, ktre te mog wdrowa przez bon komrkow.Rwnanie to obejmuje trzy rodzaje jonw: K, Na, ClPonadto uwzgldniona jest ich przepuszczalno P opisujca zdolno przenikania przez bon komrkow.

W rwnaniu stenia jonw podano w nawiasach kwadratowych. Indeks z oznacza stenie jonw na zewntrz komrki,indeks w oznacza stenie jonw wewntrz komrki.

Warto wkadu do wypadkowego potencjau istniejcego w komrce zaley od: rnic ste poszczeglnych jonw po obydwu stronach bony komrkowej od przepuszczalnoci bony komrkowej w stosunku do przenikajcych przez ni jonw

1. Przepuszczalno bonyZmiany przepuszczalnoci bony dla poszczeglnych typw jonw s moliwe dziki obecnoci w bonie kanaw

jonowych. Otwieranie si lub zamykanie kanaw(selektywne) umoliwia komrce kontrol nad przepywem prdwposzczeglnych jonw.

Rwnanie GoldmanaGeneracja potencjau czynnociowego zaley gwnie od zmian w wartociach przepuszczalnoci P dla przenikajcych

jonw.Przepuszczalno P[n-tego jonu] jest informacj o liczbie otwartych kanaw omawianego jonu.W porwnaniu z wieloma innymi czsteczkami jony przenikaj bardzo sabo przez bon komrkow.Niskie ===> wysokie przewodnictwo Na, K, Cl, glukoza, glicerol, woda

2. Potencja czynnociowy komrekNiektre z komrek prcz utrzymywania potencjau spoczynkowego s zdolne dodatkowo do szybkiej i krtkotrwaej

zmiany potencjau bonowego bdziemy je nazywali komrkami pobudliwymi.Potencja czynnociowy powstaje, gdy potencja jej bony przekroczy graniczn warto nazywan progiem pobudzenia.Wielko bodca pobudzajcego nie ma wpywu na jego przebieg.Przykad potencjau czynnociowego1 depolaryzacja (wzrost) 2 repolaryzacja (spadek) 3 hiperpolaryzacja (utrzymujcy si nisko)

Fazy:1.gwatownego wzrostu potencjau bonowego(depolaryzacji)2.nieco powolniejszego spadku potencjau bony (repolaryzacji)3.Okresu, gdy potencja bony jest niszy od potencjau spoczynkowego(hiperpolaryzacji)W fazie depolaryzacji wzrost potencjau bony jest zwizany z napywem do wntrza dodatnich jonw (w komrce

nerwowej s to Na+)W czasie repolaryzacji ustaje dokomrkowy Na+, wzrasta natomiast odkomrkowy prd potasowy K+Prd K+ pynie rwnie wwczas, gdy potencja bony osiga warto potencjau spoczynkowego powoduje to, e

komrka wchodzi w faz hiperpolaryzacji.Dopiero gdy ustanie prd potasowy [K+] bony powraca do wartoci spoczynkowej,Na chwilowe wartoci prdw pyncych przez bon komrkow maj wpyw dwa czynniki:

chwilowa przepuszczalno bony dla danego typu jonw aktualna warto potencjau bonowego

Zachowanie si kanaw jonowych podczas generacji potencjau czynnociowegoOtwarcie w bonie specjalnych kanaw jonowych stwarza warunki do chwilowego przepywu stosunkowo duego strumienia jonw Na+, K+, Cl-, co powoduje powstanie potencjau czynnociowego

WYKAD 5. POTENCJA CZYNNOCIOWY

powstaje w komrce pobudliwej, gdy potencja jej bony przekroczy pewn graniczn warto prg pobudzeniawielko bodca pobudzajcego nie ma wpywu na jego przebieg

FAZY POTENCJAU CZYNNOCIOWEGO KOMRKI

1. Gwatowny wzrost potencjau bonowego depolaryzacja2. Nieco powolniejszy spadek potencjau bonowego repolaryzacja3. Okres gdy potencja bonowy jest niszy od potencjau spoczynkowego hiperpolaryzacja

ZMIANY PRZEWODNICTWA BONY W CZASIE TRWANIA POTENCJAU CZYNNOCIOWEGO1. W fazie depolaryzacji wzrost potencjau bony jest zwizany z napywem do wntrza dodatnich jonw (w komrce

nerwowej s to Na+)2. W czasie repolaryzacji ustaje dokomrkowy prd Na+, wzrasta natomiast odkomrkowy prd potasowy K+3. Prd K+ pynie rwnie wwczas, gdy potencja bonowy osiga warto potencjau spoczynkowego powoduje to, e

komrka wchodzi w faz hiperpolaryzacji.Dopiero gdy ustanie prd K+ bona powraca do wartoci spoczynkowej

NA CHWILOWE WARTOCI PRDW PYNCYCH PRZEZ BONE MAJ WPYW:chwilowa przepuszczalno bony dla danego typu jonwaktualna warto potencjau bonowegoKANAY JONOWE:selektywnokontrolowanie stanu przewodzeniaW BONIE KOMRKOWEJ ISTNIEJE WIELE TYPW KANAW:specjalny rodzaj kanaw potasowych jest stale otwarty i przepyw przez te kanay generuje potencja spoczynkowyistniej kanay, ktre bior udzia tylko w wytwarzaniu potencjau czynnociowego. Podczas tego potencjau s one

zamknite.ZACHOWANIE SI KANAW JONOWYCH PODCZAS GENERACJI POTENCJAU CZYNNOCIOWEGOOtwarcie w bonie specjalnych kanaw jonowych stwarza warunki do chwilowego przepywu stosunkowo duego

strumienia jonw Na=, K+, Cl-, co powoduje powstanie potencjau czynnociowego.AKTYWACJA I INAKTYWACJA KANAWCech charakterystyczn kanaw, biorcych udzia w generacji potencjau czynnociowego, jest zaprogramowana w ich

funkcjonowaniu:Aktywacja szybko otwierania, czas otwarciaInaktywacja czas zamykaniaJEDNOKIERUNKOWE WYPYWY JONWW czasie wytwarzania potencjaw czynnociowych jony przepywaj przez bon zgodnie z ich gradientami

elektrochemicznymiPrzepywajce prdy przenosz niewielki uamek cakowitej iloci jonw obecnych po obydwu stronach bony kom.Zmiana pot wntrza komrki z -90 mV na +30 mV, oznacza przepyw przez 1m2 powierzchni bony okoo 6300 Na+W 1m3 pynu midzykomrkowego jest ich ok. 108

Aby wyrwnao si stenie Na+ po obydwu stronach bony komrkowej, naleaoby przeprowadzi ponad 10 000stymulacji

SKUTEK JEDNOKIERUNKOWYCH WYPYWW JONWPo jakim czasie nieuzupeniane stenie jonw K+ w komrce i gromadzce si w jej wntrzu jony Na+ obniayby

swoje stenia po obu stronach bony komrkowejPowodowaoby to stopniowe obnianie potencjau Goldmana-Hodgkina-Katza, z czasem prowadzc do jego zaniku.POMPA SODOWO-POTASOWABona komrkowa wyposaona jest w mechanizm uzupeniajcy stenie jonw K+ wewntrz komrki i usuwajcy

nadmiar Na+ w jej wntrzu.

ROZCHODZENIE SI POTENCJAU CZYNNOCIOWEGO W AKSONIEDuy akson otoczony osonk mielinow od 100 m/sMay akson bez osonki do 1 m/sROZCHODZENIE SI POTENCJAU CZYNNOCIOWEGO W AKSONIE NIEMIELINOWANYMLokalne pobudzenie ponadprogowe aksonu niemielinowanego prowadzi do powstania potencjau czynnociowego. Ta

lokalna depolaryzacja zostaje przeniesiona wzdu aksonu, aktywujc kanay sodowe. Depolaryzacja rejonw ssiadujcychz miejscem pobudzenia spowodowana jest przez prdy wzdune. Przebieg depolaryzacji ma charakter jednokierunkowy:pobudzone wczeniej kanay sodowe s w stanie refrakcji, a przewodnictwo potasowe tego rejonu jest podwyszone. Faladepolaryzacji moe rozchodzi si jedynie w kierunku miejsc, ktre nie ulegy jeszcze refrakcji.

adunek na bonie rozoony jak w kondensatorze: od strony zewntrznej dodatni, od wewntrznej - ujemny. Oznacza to,i prdy wzdune po obu stronach bony maj te same natenia, lecz przeciwne kierunki. Natenia tych prdw zale odlokalnej rnicy potencjaw, przewodnictwa elektrycznego orodka i promienia przekroju aksonu. Przewodnictwo orodkazewntrznego znacznie przewysza przewodnictwo wntrza aksonu. Prdy wzdune wewntrz i na zewntrz aksonu muszmie t sam warto natenia, zatem czynnikiem decydujcym o szybkoci przemieszczania si adunkw wzdu bony

jest przewodnictwo rodowiska wewntrz aksonu. W aksonach niemielinowanych szybko ta jest tym wiksza, im grubszyjest akson.

ROZCHODZENIE SI POTENCJAU CZYNNOCIOWEGO W AKSONIE MIELINOWANYMOsonki mielinowe, formowane przez komrki Schwanna lub komrki skpowypustkowe, stanowi izolacj elektryczn

aksonu. Opr bony mielinowanej jest znacznie wikszy ni niemielinowanej, pojemno natomiast znacznie mniejsza, cosprawia, e waciwoci transmisyjne aksonu mielinowanego s znacznie lepsze ni aksonu pozbawionego osonki. Wosonce mielinowej wystpuj przerwy przewenia Ranviera, w ktrych znajduje si bardzo dua ilo napiciowozalenych kanaw sodowych. Impuls nerwowy, podczas przechodzenia przez osonk, ulega zmniejszeniu. Jednakdochodzc do kolejnych przewe Ranviera, ulega "regeneracji" przez wywoanie w tym miejscu potencjauczynnociowego. W warunkach fizjologicznych odlego midzy kolejnymi przeweniami jest tak dobrana, aby kadypotencja docierajcy do kolejnego przewenia by potencjaem ponadprogowym.

Impuls ulega przesyowi jednokierunkowo na podobnej zasadzie jak w aksonie niemielinowanym. Prdkorozchodzenia si impulsu jest proporcjonalna do promienia aksonu mielinowanego i u ssakw dochodzi do 120 m/s (432km/h).

W aksonach niemielinowanych o rednicy do okoo 0,5 mikrometra szybko rozchodzenia si potencjau czynnociowegojest wiksza ni w aksonach mielinowanych, powyej 0,5 mikrometra mielinowane przewodz szybciej.

Waciwoci elektryczne bony komrkowej i tkanek

PRAWO OHMAR- opr []L dugoS przekrj poprzeczny opr waciwy [/m)

I = 1/R * UR = * l/s

KONDUKTYWNO przewodno elektryczna waciwa (jednostka - simens)Zaley od:rodzaju i stenia adunkw elektrycznych wystpujcych w substancjimoliwoci ruchu tych adunkw po przyoeniu pola elektrycznego

CIAA WYSTPUJCE W PRZYRODZIE DZIELIMY NA 3 GRUPY:Przewodniki konduktywno w granicach 10^8-10^6 S/mPprzewodniki konduktywno w granicach 10^-7 10^-8 S/mDielektryki konduktywno w granicach 10^-9 10^-18 S/m

POLARYZACJA dielektryka ELEKTRONOWAPowstaje w atomie indukowany dipol elektrycznyAtomy nie zmieniaj swych pooe, deformacji ulegaj tylko ich powoki

POLARYZACJA ATOMOWAJeeli dielektryk zbudowany jest z czsteczek to w polu elektrycznym zdeformowane atomy, tworzce czsteczk,

ulegaj wzajemnemu przesuniciu. Pojawia si wwczas indukowany dipol czsteczkowy.POLARYZACJA DEFORMACYJNA

Polaryzacja elektronowa i atomowa nosz nazw polaryzacji deformacyjnej, a dipole wytworzone w wyniku takiejpolaryzacji nazywane s dipolami sprystymi.POLARYZACJA ORIENTACYJNA

Dipol trway (sztywny) czsteczka ma trwae waciwoci dipolowe bez pola zewntrznego (E=0)POLARYZACJA JONOWA - Komrka znajduje si w staym polu elektrycznymPOLARYZACJA ORIENTACYJNA W ZMIENNYM POLU ELEKTRYCZNYM

W zmiennym polu elektrycznym dipole zmieniaj swj kierunek na przeciwny po czasie T/2Dla duych czstotliwoci kt obrotu dipoli moe zmale do zera -> zanika polaryzacja orientacyjna -> maleje

przenikalno elektryczna r

STRATY DIELEKTRYCZNEW dielektryku w zmiennym polu elektrycznym, podczas obracania si dipoli w takt zmian pola, dochodzi do tarcia i

wytwarzania ciepa.WZGLDNA PRZENIKALNO DEILEKTRYCZNA r - STAA DIELEKTYRCZNA

Opisuje zdolno polaryzowania si materiau dielektryka.W materiale biologicznym istniej wszystkie rodzaje dipoli i wystpuj te wszystkie mechanizmy polaryzacji.

POJEMNO ELEKTRYCZNA A pojemno okadekd odlego midzy okadkami0- przenikalno elektryczna prnir wzgldna przenikalno elektryczna

O WACIWOCIACH ELEKTRYCZNYCH TKANKI DECYDUJ WACIWOCI:komreksubstancji midzykomrkowej

KOMRKAcytoplazma zoony elektrolit, ktrego konduktywno zaley od stenia i ruchliwoci jonw.Makroczsteczki (np. biaka) s trwaymi lub indukowanymi dipolami elektrycznymibona komrkowa izolatorkonduktywno 10^-6 10^-4 S/mpojemno 0,1 31 F/m^2

ELEKTRYCZNY UKAD ZASTPCZY KOMRKIPRZEWODNIK O CECHACH DIELEKTRYKA

Jeeli materia posiada cechy przewodnika i dielektryka, to przy przepywie prdu naley poza konduktancj (1/ )uwzgldni jego cechy dielektryczne () impedancja ( epsilon- opr cakowity)

WYKAD 6Wpyw temperatury i wilgotnoci na organizm czowiekaTemperatura i ciepoCiepo ilo energii, jak ciao zyskuje lub oddaje, mierzy si je w jednostkach energii.Temperatura- okrela stopie ogrzania ciaa, od temperatury zaley szybko reakcji chemicznych, wspczynnik dyfuzji,

lepko, potencjay elektrolityczne

Pomiar temperatury, wykorzystujemy wywoan zmian temperatury zmiany celu fizycznych waciwoci;-zmian liniowych rozmiarw (ciao cise)-zmiana objtoci (ciecze i gazy)-zmiana oporu elektrycznego (przewodniki, pprzewodniki)

Temperatura miar redniej energii kinetycznejEkr = 3/2 * kTW gazie idealnym temperatura T (w stopniach Kelvina) jest zwizana ze redni energi ruchu postpowego czsteczek

gazu poprzez sta Boltzmanna (k).

*Skala temperatur Celsjusza i FahrenheitaT Fahrenheita = 32+9/5 T Celsjusza*Celsjusz wykorzysta 2 stae punkty, temp. wrzenia i topnienia wody.

*Skala KelvinaT Kelvina = 273 + T CelsjuszaPojcie zera bezwzgldnego

*Pomiary iloci ciepa pomiarami zajmuje si kalorymetria: - zwykle mierzymy ilo ciepa Q jakie ciao zyskuje luboddaje

Q = m * Cw (tk tp)m- masa ciaaCw ciepo waciweTp i tk- temp. Pocztkowa i kocowa

Ciepo waciwe ilo ciepa, ktra trzeba dostarczy aby ogrza 1kg ciaa o 1 stopie Celsjusza

*rednia warto ciepa waciwego dla ciaa ludzkiego to 35KJ / (kg * K) = dua pojemno cieplna organizmu.

Ciekawostka: dua zawarto H2O w tkankach umoliwia utrzymanie staej temp. ciaa

*Ciepo potrzebne do zmiany stanu skupienia (przemiana fazowa) topnienie i parowanie wymagajdostarczenia ciepa

*Ciepo przemiany ilo ciepa, jak trzeba dostarczy jednostkowej masie substancji aby przeprowadzi j z jednej fazydo drugiej.

H20 Ciepo topnienia (kJ/kg) Ciepo parowania333 2256

Parowanie pochania duo ciepa, ma bardzo znaczny udzia w usuwaniu ciepa z organizmu, moe prowadzi dowyzibienia organizmu (mokre ubranie).

Szybko parowania a wilgotnoWw = (w0/w max) * 100%

Wilgotno wzgldna (Ww) powietrza , w0- ilo pary wodnej w powietrzu, w max - ?Przy niskiej wilgotnoci parowanie jest najszybsze, przy wzrocie wilgotnoci proces przebiega wolno, zahamowany jest

gdy wilgotno = 100%

Transport ciepa*Procesy biorce udzia w termoregulacji:-parowanie-przewodnictwo

-konwekcja-promieniowanie

Przewodzenie ciepa : Q = Sk () * tS- powierzchnia,k- wspczynnik przewodnoci cieplnej, T- rnica temperatury,

t- czas przepywu,L- grubo przewodzcego materiau

Warto przewodnoci cieplnej: stal > szko > powietrze / w tym kierunku maleje przewodno, powietrze saboprzewodzi ciepo/

Konwekcja polega na przenoszenia ciepa wraz z substancj (orodki cieke i gazowe)*grzejniki*czajnik (mniejsza gsto u gry, a wiksza gsto niej) = S ( Ts Tp)- strumie ciepa oddawany do powietrza, - wspczynnik ostygania (zaley od gstoci powietrza)

Konwekcja wymuszona transport substancji nioscej ciepo pod wpywem wywieranego cinieniaNp. transport ciepa rurocigiem z elektrociepowni, transport ciepa przez pyn chodzcy.

Promieniowanie ciepa ciepo przenosi si z 1 do 2 ciaa bez przewodnictwa materii przez promieniowanieelektromagnetyczne : np. ciepo soca na Ziemi, ogrzewanie ludzi wok ogniska.

Kade ciao T > 0K wysya fale elektromagnetyczne o energii:

E = k T 4E wypromieniowana energia, k- staa Boltzmanna = 5,67*10^-8 (Wm^-2)K^-4, T- temp. K*dugo emitowanych fal zaley od Temperatury*ciao o T > 770K s rdem fal duszych ni wiato widzialne (podczerwie).

Promieniowanie elektromagnetykaa)Promieniowanie termiczneWidmo cige dla dowolnej temp. Ciao wysya rone dugoci fali przy okrelonym nateniu fali

Prawo Wiena dugo fal promieniowania o max nateniu m emitowanym przez ciao o temp. (T) . Temp. Ludzkiegociaa = 310 K

m = = 9,3 nm

niewielkie spadki cinienia s przyczyn nieprzyjemnych odczu ze strony:oprzewodu pokarmowegooucha rodkowegooubytkw zbowychnagy, duy spadek cinienia moe uszkodzi tkank pucn2. efekty wynikajce z prawa Henryegoc = pw danej objtoci cieczy, przy staej temperaturze liczba moli gazu rozpuszczonego jest proporcjonalna do jego cinienia

parcjalnego nad cieczniedotlenienie spada ilo tlenu zwizanego z hemoglobin i dostarczonego tkankomzaburzenia krenia cz rozpuszczonego gazu wydziela si z roztworu w formie pcherzykw czopujc mae

naczynia krwionone3. efekty wynikajce ze zmiany temperatury wrzenia

EFEKTY CHEMICZNEzmiana cinienia -> zmiana powinowactwa tlenu do hemoglobiny-> zmiana zawartoci tlenu we krwi

NIEDOTLENIENIERodzaj i rozlego objaww zaley od:wysokociszybkoci osigania wysokociczasu pobytu na wysokoci

aktywnoci fizycznejaklimatyzacji

Reakcje organizmu:zwikszenie wentylacji pucnejprzyspieszenie akcji sercawzrost liczby erytrocytw i hemoglobinyBardzo silne niedotlenienie moe prowadzi do mierci, u osb niezaadaptowanych wystpuje powyej 7000 m

CZAS TRWANIA REAKCJI ADAPTACYJNYCHWskaniki Czas powstania zauwaalnych

zmianCzas powstania maksymalnych

zmianPodwyszona wentylacja natychmiast Tygodnie

Zwikszona czsto skurczwserca

Natychmiast Tygodnie

Podwyszone steniehemoglobiny

Dni-tygodnie Tygodnie

Podwyszona gstokapilarw

Tygodnie miesice

Podwyszona aktywnoenzymw tlenowych w miniu

Tygodnie Miesice

Podwyszona gstomitochondriw w miniuszkieletowym

tygodniemiesice

Podwyszona erytropoeza Dni Tygodnie

WPYW PODWYSZONEGO CINIENIA (kade 10m wody to podwojenie cinienia atmosferycznego)Raptowny wzrost cinienia prowadzi do urazw uszu i zatok przynosowych, zgniecenia.Efekty chemiczne:- zakcenie rwnowagi midzy rodowiskiem gazowym i

tkankami ustrojuzatrucie tlenemoporaenie drg oddechowych i tkanki pucnejouszkodzenie orodkowego ukadu nerwowegokonwulsjeokrwotok do ucha wewntrznegoouszkodzenia okapogorszenie ostroci widzeniaupoledzenie zdolnoci rozpoznawania barwzatrucie azotem

owzrost cinienia powoduje zwikszenie nasycenia azotemtkanki nerwowej prowadzc do powstania:

halucynacji wzrokowych i suchowycheuforiizaniku poczucia czasuobnienia zdolnoci umysowych i fizycznychzatrucie CO2oble gowyotrudnoci oddechoweooglne zmczenieozawroty gowy

onudnoci ozaburzenia psychiczne

DEKOMPRESJA- zbyt szybki powrt na powierzchni powoduje, wynikajce z dekompresji, uwalnianie gazw z pynw ustrojowych- wystpuj zaburzenia zwane chorob dekompresyjn lub kesonowposta ostra choroby kesonowejoble stawwoniewydolno oddechowa i kreniowa

ozaburzenia czuciaoutrata przytomnoci

posta przewlekaodysbaryczna martwica koci spowodowana zablokowaniem odywiajcych koci naczyLECZNICZE ZASTOSOWANIE HIPERBARII:w celu zmniejszenia i usuwania pooperacyjnych zatorw powietrznychprzy leczeniu zgorzeli gazowejprzy leczeniu zatrucia CO2przy leczeniu uszkodzenia tkanek przez radioterapi

WPYW PRZYSPIESZECZYNNIKI WPYWAJCE NA SKUTKI PRZYSPIESZE:warto przyspieszeniaczas trwaniakierunek i zwrot

szybko zmian przyspieszeniakondycja i wczeniejszy trening organizmu

W medycynie i fizjologii przyjto okrelanie warto przyspieszenia w odniesieniu do przyspieszenia ziemskiego g: a= ngg=9,81 m/s2

KIERUNKI I ZWROTY PRZYSPIESZE:+ Gz od gowy do stp- Gz od stp do gowy+ Gx od mostka do plecw

- Gx od plecw do mostka+ Gy od prawej do lewej- Gy od lewej do prawej

PRZYSPIESZENIA PODUNE+Gz - pozorne zwikszenie masy ciaa

- ju przy 2,5 kg wystpuj trudnoci w poruszaniu koczynami - przesunicie narzdw wewntrznych w d - najwiksze zmiany wystpuj w ukadzie krenia - utrata widzenia obwodowego -> 3,5 4 g - utrata widzenia centralnego -> 4,5 5,5 g

- Gz - bardziej szkodliwe ni + - przy 2-3g pojawia si bl gowy i zaburzenia oddychania

- znaczne zmiany rytmu serca i w ukadzie nerwowym - przy przyspieszeniach udarowych powstaj wylewy krwi do tkanki mzgowej

STAN NIEWAKOCIPowoduje: zaburzenia orientacji przestrzennejwzrasta rnica midzy cinieniem skurczowym i

rozkurczowym

maleje adaptacja ukadu krenia do wysikunastpuje odwapnienie koci

WYKAD 8.dwiki syszalne 20Hz 20kHz>20 kHz ultradwiki

ULTRADWIKI W PRZYRODZIE:niektre zwierzta psyaktywna echolokacja nietoperze, ssaki morskie

WYTWARZANIE ULTRADWIKW:metoda mechaniczna piszczaki Galtonametoda piezoelektryczna

nazywamy zjawisko powstawania indukcji elektrycznej w ciele staym pod wpywem napre. Zjawisko to powstaje tylkow pewnych ciaach staych, majcych uporzdkowan budow atomw i wykazujcych waciw budow tej symetrii

Odwrotnym zjawiskiem piezoelektrycznym nazywamy zjawisko powstawania odksztace krysztau pod wpywem polaelektrycznego.

metoda magnetostrykcyjna

ZASTOSOWANIA ULTRADWIKW:nawigacjabadania oceanograficznerybowstwoarmiabadania defektoskopowe opowyej 0,5 MHz (dugo fali powinna by mniejsza od

wykrywanych niejednorodnoci)

obadanie nieniszczceonp. badania szyn kolejowych z V do 70 km/hoczyszczanie powierzchnimieszanieemulgowanieodgazowywaniekrystalizacja

WYKORZYSTANIE ULTRADWIKWdziaanie bierne- promieniowanie o maej dugoci fali i niewielkim nateniu, ktre nie wpywa na waciwoci orodkawykorzystanie diagnostyczneobadania struktur ruchomych np. pomiar szybkoci przepywu krwi, rejestracja skurczw sercaoultrasonografia

EFEKT DOPPLERAZjawisko to wystpuje, gdy rdo fali i odbiornik przemieszczaj si wzgldem siebie. Polega na zmianie czstotliwoci

odbieranej w stosunku do nadawanej.pomiar szybkoci przepywu krwi

f=f0 *(2u cos)/c

ULTRASONOGRAFIA- podstaw dziaania ultrasonografw jest zjawisko echa powstajce przy czciowym odbijaniu si ultradwikw od

powierzchni granicznych pomidzy kolejnymi tkankami- w obrazowaniu ultrasonograficznym wykorzystuje si wizk odbit od granicy dwch orodkowy czyli tzw. echo- wielkociami bezporednio mierzonymi s czas powrotu i natenie echaIp- natenie wizki padajcejI0 natenie wizki odbitejR=I0/Ip=(Z1-Z2)2/(Z1+Z2)2

R-wspczynnik odbicia, Z1-Z2 rnica oporw akustycznych (impedancja)Prezentacja A (jednowymiarowa)Prezentacja B (dwuwymiarowa) - Amplitudy echa przedstawia si jako rne stopnie szaroci plamki na ekranie monitora.

Pooenie plamki okrelane jest przez czas powrotu echa.

Rozdzielczo obrazu USG:najmniejsze dostrzegalne obrazy maj wielko rzdu dugoci faliultrasonografy diagnostyczne pracuj na czstotliwociach 1-15 MHz co pozwala otrzyma rozdzielczo ok. 0,1 mm

ODDZIAYWANIE ULTRADWIKW Z TKANKAMIfala ultradwikowa rozchodzca si w tkankach ulega odbiciu, zaamaniu, rozproszeniu i absorpcji. Ilociowy udzia

tych zjawisk zaley odorodzaju tkankioczstotliwoci ultradwikwowzajemnego stosunku dugoci fal do rozmiarw obiektuopowierzchni i oporu akustycznego orodkaskutki dziaania ultradwikw zale od mocy rda i czasu ekspozycji

DZIAANIE ULTRADWIKW NA ORGANIZM:Mechanizm biologicznego dziaania stanowi wypadkowa dziaania cieplnego, mechanicznego i fizykochemicznego:Wywoane w ustroju zmiany dzielimy na:miejscowe (pierwotne) bezporednie zmiany fizyczneoglne (wtrne) reakcja organw i tkanek na oddziaywanie pierwotne

ZMIANY PIERWOTNE: - wystpuj w momencie nadwikawiania, zwizane s bezporednio z dziaaniem energii ultradwikwmechanicznecieplne

fizykochemicznezapocztkowanie transportu konwekcyjnego

Dziaanie termiczne:- pochanianie ultradwikw powoduje wzrost temperatury pochaniajcego orodka- w materiaach o duym wspczynniku absorpcji (np. koci) efekt termiczny jest znacznie silniejszy ni w takich, ktre

maj niski wspczynnik absorpcji (np. minie)- czynniki wpywajce na dziaanie termiczne ultradwikw:natenieczstotliworodzaj impulsw

kierunek rozchodzenia si fal w materiale anizotropowymkonwekcja cieplna

Dziaanie mechaniczne:- powstawanie si i momentw skrcajcych- kawitacjajest to zjawisko powstawania, dynamicznego rozwoju i zaniku pcherzy parowo-gazowych w cieczach, wywoane

lokalnymi zmianami cinienia przy staej temperaturze.w tkankach kawitacja wystpuje przy cinieniach powyej 10 MPa

*Mikromasa- ultradwiki przechodzc przez orodek sprysty wywouj w nim zmiany cinienia zgodne z czstotliwoci drga- zmiany te powoduje mikromasa tkanek

Dziaanie fizykochemiczne:przyspieszenie rozpadu biaekprzemiana elu w zolzwikszenie przewodnoci elektrycznejrozpad czsteczek

zwikszona dyfuzja przez bony pprzepuszczalneprzyspieszenie niektrych reakcji chemicznychzmiana pH w kierunku zasadowym

ZMIANY OGLNE (wtrne)W dziaaniu leczniczym ultradwikw wykorzystujemy:zmiany przewodnictwa nerwowegoprzyspieszenie regeneracjiwpyw na enzymy ustrojowe

rozszerzenie naczy krwiononychprzyspieszenie wchaniania tkankowegodziaanie przeciwblowe

Wyrnia si nastpujce moce ultradwikwsabe 0,05 0,5 W/cm2

rednie 0,5 1,5 W/cm2

mocne 1,5 2 W/cm2

BIOLOGICZNE EFEKTY DZIAANIA ULTRADWIKW:1. Na komrki:

mae i rednie natenia powoduj krenie cytoplazmy, zwikszenie przepuszczalnoci bony komrkowej, tworzenie wakuoli

due natenia prowadz do deformacji jder, przerwania bony komrkowej, fragmentacji komrek2.Na transport przez bony:

zmiana gruboci warstwy dyfuzyjnej oraz zwikszenie gradientu stenia granicy orodkw wpywaj na zachowanie sikomrki

zwiksza si synteza biaekzmienia si aktywno lokomocyjna niektrych komrek

3. Na skrprzy maych nateniach do 0,5 W/cm2 nie stwierdzono adnego negatywnego wpywu na naskrekwiksze natenie moe powodowa nieznaczny stan zapalny z odczynem wydzielniczym, dochodzi do zmian pH w

skrze4. Na tkank czn:

wkna elastyczne przy duszej ekspozycji ulegaj rozpadowiwysze natenia przekraczajce 1 W/cm2 sprzyjaj powstawaniu zaburze w tkance

5. Na tkank miniow:

mae natenie pobudza w tkankach procesy regeneracyjne (dziaanie stymulujce)wzmaga si przemiana materii w komrkach miniowych

6. Na tkank kostn:pod wpywem duego natenia, powyej 4 W/cm2, ulega uszkodzeniuw koci w okresie wzrostu ju przy nateniu wynoszcym 3,6 W/cm2 pojawia si pogrubienie okostnej, a nastpnie w

zmienionych miejscach dochodzi do zamaniapowoduje przekrwienie tkanek stawupobudzenie osteogenezyprzyspieszony zrost zama i staww rzekomych

7. Na tkank nerwow:w dawkach terapeutycznych maj dziaanie leczniczewiksze natenia prowadz do zaburze czucia, porae nerwowych (zwykle przejciowych)

TerapiaW doborze dawek stosuje si zasad Arndta-Schultzabodce sabe dziaaj podtrzymujco na procesy yciowebodce rednie dziaaj usprawniajco (aktywujco)bodce silne maj wpyw niekorzystny (hamujcy)

ZASTOSOWANIE MEDYCZNE:diagnostyka ultradwiki o wysokiej czstotliwoci (3-10

MHz)stomatologia ultradwiki o niskiej czstotliwociterapia nowotworw zogniskowane wizki o duym

nateniu

w chirurgii mniejsze krwawienieprzy usuwaniu tkanki tuszczowejtransdermalne podawanie lekw sonoforeza

Sonoforeza zabieg polegajcy na transdermalnym wprowadzeniu lekw przy udziale ultradwikw ogrzanie ultradwikami podnosi energi kinetyczn czsteczek leku oraz czsteczek bony komrkowej dziaa rozszerzajco na drogi przenikania takie jak mieszki wosowe, gruczoy potowe zwikszaj ukrwienie w miejscu dziaania

WSKAZANIA:zespoy blowe w chorobie zwyrodnieniowej krgosupaneuralgieble poamputacyjne

szczkociskblizny

PRZECIWWSKAZANIA: nowotwory, cia, czynna grulica, ostre procesy zapalne, implanty, niezakoczony wzrost koci

WYKAD 9

Rozwj technik uzyskiwania obrazw wewntrz ciaa techniki rentgenowskie scyntygrafia ultrasonografia jednofotonowa emisyjna tomografia komputerowa SPECT (single-photon emission computed tomography) emisyjna tomografia pozytonowa PET (positron emission tomography) tomografia jdrowego rezonansu magnetycznego NMR (nuclear magnetic resonance), zwana te MRI (magnetic

resonance imaging)

Uniwersalno techniki NMRNMR zdobya najszersze zastosowanie w diagnostyce, gdy mona j zastosowa do uzyskania obrazw niemal wszystkich tkanek organizmu. Wiele informacji diagnostycznych uzyskiwanych technik NMR jest niemoliwe do osignicia innymi sposobami. Ponadto NMR pozwala na osignicie wyjtkowo dobrych kontrastw w obrbie tkanek mikkich. Odnosi si to szczeglnie do mzgu, ktry zamknity w czaszce jest trudny do uwidocznienia innymi technikami.Konwencjonalny NMRNMR jako metoda obrazowania uywany jest od pocztku lat 80-tych. Podstawy fizyczne rezonansu magnetycznego s znane od 1946 roku. W 1952 roku obie grupy otrzymay za to odkrycie nagrod Nobla. Od tego czasu NMR sta si szeroko stosowan metod w fizyce i chemii jako standardowa metoda spektrograficzna.Informacje tworzce obraz NMR Tomografia NMR umoliwia uzyskiwanie:

map gstoci rozkadu jder atomw wodoru (protonw) w badanych narzdach map rozkadu czasw relaksacji protonw w badanych tkankach dokonywania analiz spektroskopowych in vivo w wybranych lokalizacjach badanych narzdw wielu zwizkw

zawierajcych takie pierwiastki jak 1H, 13C, 31P

Dowiadczenie OerstedaUstawiona pod przewodnikiem elektrycznym iga magnetyczna zmienia swoje pooenie po zasileniu przewodnika prdem elektrycznym co pokazuje, i wok przewodnika wytwarza si pole magnetyczne.

Moment pdu jdra (spin)

Jdro atomowe ma mas, wykonuje ono ruch obrotowy, tzn. e posiada moment pdu K (mvr) zwany spinem.Kade jdro atomowe scharakteryzowane jest przez dwie wielkocispin jdrowy K

moment magnetyczny jdra

-jdrowy wspczynnik giromagnetyczny, charakteryzuje waciwoci magnetyczne jdra

Warto spinu jdrowego

I- liczba spinowa=h/2Dla rnych jder liczba spinowa moe przyjmowa wartoci 0,1/2, 1, 3/2.....Magnetyczny rezonans jdrowy mona obserwowa dla jder, ktrych I=/=0Jdro wodoru 1H ma I=1/2

Jeeli na ciao posiadajce moment pdu dziaa para si, to takie ciao wykonuje ruch precesyjny.

Obsadzenie stanw energetycznych w zewntrznym polu magnetycznymNa-liczba jder w pozycji antyrwnolegejNr-liczba jder w pozycji rwnolegej

Bo=o,5T, T=25CNa /Nr=999995/100003=0,999992W prbce zawierajcej niemal 2 miliony jder atomowych 1000003 dipoli ma zwrot rwnolegy z B a 999995 jest skierowane antyrwnolegle.Nadwyyka wektorw o zwrocie rwnolegym wynosi tylko 8 dipoli.Ta niewielka nadwyka daje 1017 jder/g tkanki i z niej wynika wypadkowy wektor namagnesowania M.

Wprowadzenie dipoli magnetycznych w obrb staego B powoduje dwa zjawiska:-ustawienia si ich (rwnolegle bd antyrwnolegle) wzdu Bo-wykonywania przez dipole ruchw precesyjnych wok osi rwnolegej do kierunku Bo

Zmiana kierunku wektora wypadkowego M: jeeli na jdra atomowe wykonujce ruch precesyjny o czstotliwoci f skierujemy (prostopadle do B) fal

elektromagnetyczn o identycznej f , to energia tej fali zostanie pochonita przez jdro znajdujce si w niszym stanie energetycznym

pochaniane fale maj czstotliwoci z zakresu fal radiowych, tzw. impuls RF (Radio-Frequency); pochonicie energii fali spowoduje przejcie pewnej liczby jder w wyszy stan energetyczny czyli ustawienie antyrwnolege

spowoduje to zmian kierunku ustawienia wypadkowego wektora namagnesowania M prbki, w stosunku do pierwotnego kierunku narzuconego przez zewntrzne stae pole magnetyczne

Definicja NMRNMR zjawisko rezonansowego pochaniania energii fali elektromagnetycznej (o czstotliwoci radiowej) przez jdra atomw znajdujcych si w silnym staym polu magnetycznym; konsekwencj pochonicia energii przez prbk jest zmiana kierunku jej wypadkowego wektora namagnesowania M.Poniewa pochonicie energii jest moliwe tylko przy rwnoci czstotliwoci ruchw precesyjnych jder i czstotliwoci falielektromagnetycznej nioscej energi, to zjawisko nazywane jest w skrcie rezonansem magnetycznym. Odchylenie wektora M od kierunku B0 zaley od czasu trwania impulsu o czstotliwoci radiowej (RF).

Skadowe wypadkowego M: poza zmian kierunku, zwrotu dipola magnetycznego jdra z rwnolegego na antyrwnolegy wzbudzajca fala

elektromagnetyczna dokonuje jednoczenie synchronizacji fazy procesji poszczeglnych jder, co przejawia si powstaniem namagnesowania poprzecznego MT.

odchylony od swego pierwotnego kierunku wektor M zawiera dwie skadowe: podun M L i porzeczn MT

Relaksacja o dostarczenie energii impulsem RF odchyla chwilowe obsadzenie energetyczne od stanu rwnowagowego o ten chwilowy wyszy stan energetyczny wraca do poziomu wyjciowego o zjawisko powrotu obsadzenia stanw energetycznych do zgodnego z rozkadem Boltzmana nazywamy relaksacj Wykrywanie rezonansu

Wirujca malejca w czasie skadowa Mxy indukuje w umieszczonej na osi y cewce napicie tzw. sygna swobodnej precesji FID.

Powstawanie sygnau FID (Free Induction Decay)

Relaksacja poduna powrt skadowej ML do stanu wyjciowego

Czas relaksacji podunej T1 Definicja: Czas po ktrym skadowa ML osiga 63% swojej dugoci maksymalnej nazywamy czasem relaksacji podunej T1

Po czasie duszym ni 3-4 T1 proces odrastania wektora T1 mona uzna za zakoczony.

Relaksacja poprzeczna powrt skadowej MT do 0.

Czas relaksacji poprzecznej T2 Definicja: czas po ktrym skadowa MT spada o 63% swojej dugoci maksymalnej nazywamy czasem relaksacji

poprzecznej T2.

Przyczyny relaksacji zjawiska decydujce o powrocie skadowej M L do stanu wyjciowego czyli oddziaywania spin sie zjawiska decydujce o powrocie skadowej M T od wartoci maksymalnej do 0 czyli oddziaywania spin spin

Najwaniejsze cechy relaksacji podunej: odrost wektora M L spowodowany jest powrotem jder atomowych z wyszego na niszy poziom energetyczny z

jednoczesn reorientacj ich momentw magnetycznych, wynika to z oddziaywania wzbudzonych jder z lokalnymi polami magnetycznymi, czas relaksacji T 1 wydua si wraz ze wzrostem wody w tkance, obecno paramagnetykw skraca czas T 1, T 1 jest duszy w silniejszych polach magnetycznych.

Najwaniejsze cechy relaksacji poprzecznej: zanik wektora M T wynika z utraty spjnoci fazy procesji jder, bezporedni przyczyn jest rna prdkoci precesji jder wywoana niejednorodnoci pola magnetycznego, T 2 wydua si ze wzrostem ruchliwoci moleku, proporcjonalnej do stopnia uwodnienia tkanki, obecno substancji paramagnetycznych skraca czas relaksacji T 2.

Czas relaksacji T1 i T2 T 1 i T2 s silnie zwizane z fizykochemicznymi i strukturalnymi waciwociami poszczeglnych tkanek, T 1 i T2 zale od proporcji pomidzy wod woln a wod zwizan, w czystej wodzie czasy T 1 = T2 = 3s, dla lodu T 1 wydua do 600s a czas T2 skraca do 10s (rnica 7 rzdw wielkoci).

Wpyw ruchliwoci moleku na czasy relaksacji

Powstawanie kontrastu midzy tkankami

Jak si mierzy czas relaksacji podunej T(1) sygna NMR z pojedynczego woksela rejestrujcy czas T 1 (woksel- w grafice trjwymiarowej najmniejszy element

przestrzeni, w pewnym sensie odpowiednik piksela w grafice dwuwymiarowej) powstawanie kontrastu pomidzy tkankami o rnych czasach relaksacji. Sabszy sygna z tkanki A (wolniejsze odtwarzanie

wektora M) daje ciemniejszy obraz na krku przedstawiajcym piksel.

Obrazy NMR obrazy NMR przedstawiaj rn jasno pikseli odpowiadajcych rozkadowi wokselach jednego z trzech poniszych

parametrw: o gstoci protonw, o czasw relaksacji T1 o czasw relaksacji T2

rodki kontrastujce w NMR-dobre waciwoci magnetyczne-warto sygnau NMR powinna zalee od steenia substancji kontrastujcej-atwo czy si z nonikiem-szybka usuwany z organizmu

Kwestie bezpieczestwa zwizane z NMR-nie ma dowodw na szkodliwo dla zdrowia-osoby z rozrusznikami serca nie mog by badane-obiekty ferromagnetyczne (implanty, biuteria) nie powinny znajdowa si w pobliu-dane na nonikach magnetycznych mog zosta zniszczone

Spektroskopia NMR-jdro pozostaje w interakcji z otoczeniem-konfiguracja elektronowa w atomie zaley od typu wizania i grupy chemicznej-zewntrzne pole magnetyczne B oddziaywuje na jdra i elektrony, zmieniona w atomie konfiguracja elektronowa spowodowana wizaniami chemicznymi wywiera wpyw na jdra-to magnetyczne sprzenie pomidzy jdrem a elektronami powoduje tzw. przesunicie chemiczne