Předmět Biofyzika (FEKT-MBFY)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu FEKT-MBFY - Biofyzika, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně (VUT).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Cílem kursu je naučit posluchače aplikovat fyzikální teorie a měřicí metody na živé systémy.

Osnova

A. Bioelektrické jevy Elektrické jevy na úrovni buňky1 Vznik a funkce elektrických signálů v živých buňkách (membránové napětí, akční napětí excitabilních buněk, šíření akčního napětí, fyziologický význam elektrické aktivity) 2 Metody měření membránového napětí a membránového proudu (možnosti získání elektrického kontaktu s vnitřkem buňky, technické problémy, varianty řešení)3 Fyzikální základy bioelektrických jevů: Klidové membránové napětí (model buňky pro výklad bioelektrických jevů, elektrické náhradní schéma buněčné membrán)Akční napětí (mechanizmus spuštění impulzu akčního napětí, hlavní složky iontového membránového proudu, kvantitativní vztah mezi celkovým iontovým membránovým proudem a průběhem akčního napětí, základní typy kanálů z hlediska časové a napěťové závislosti, šíření akčního napětí buněčnými vlákny)4 Kvantitativní popis elektrické aktivity excitabilní buňky (rovnice Hodgkina a Huxleyho pro nervové vlákno sépie, jejich řešení v podmínkách vnuceného proudu a vnuceného napětí, zobecnění pro jiné vzrušivé buňky, kvantitativní popis šíření vzruchu)Elektrické projevy na molekulární úrovni5 Membránové iontové kanály (biologická membrána, struktura a funkce iontových kanálů,vrátkování, interakce látek s kanály, metody měření proudu z jednoho kanálu, princip metody „patch clamp“, analýza proudu registrovaného z jednoho kanálu6 Přenašečové systémy transportu iontů (funkce přenašečových systémů, přenašečové výměnné systémy Na/K a Na/Ca)Elektrické projevy na úrovni tkání a orgánů7 Vznik elektromagnetického pole při šíření vzruchu (membránový proud jako zdroj elektrického pole v okolní tkáni, diagnostické metody, pasivní elektrické vlastnosti tkáně)8 Biofyzikální základy elektrokardiografie (vznik a šíření vzruchu v srdci, mechanizmus šíření, postup vlny podráždění, svodové systémy, EKG signál, poruchy rytmu a přirozené ochranné mechanizmy, ekvivalentní generátory elektrického pole srdce)9 Kvantitativní popis elektromagnetického pole generovaného biologickými zdroji (vyjádření jako řešení Maxwellových rovnic, zjednodušení pro elektrické pole srdce)B. Biomechanika1 Vazba mezi elektrickým podrážděním a kontrakcí svalové buňky (hlavní strukturální a funkční prvky vazby mezi excitací a kontrakcí u srdeční buňky, vápníkové ionty a jejich úloha v procesu spuštění a řízení kontrakce) 2 Molekulární děje podmiňující svalovou kontrakci3 Struktura a funkce svalu4 Mechanika kardiovaskulárního systému (struktura a funkce kardiovaskulárního systému, průtok krve v cévě, poměry v aortě, práce levé komory, napětí ve stěně, regulace krevního oběhu)C. Biotermodynamika1. Úvod do termodynamiky živých systémů2. Gibbsova energie, chemický a elektrochemický potenciál (změna Gibbsovy energie v průběhu chemické reakce, změna standardní Gibbsovy energie)3. Termodynamický popis bioelektrických jevů (směr transmembránového přenosu iontů, odvození Nernstova vzorce, Donnanova rovnováha, Nernstova-Planckova rovnice, model membrány s konstantním elektrickým polem)4. Vedení elektrického proudu živou tkání (impedance tkáně, vlastnosti elektrod)5. Základy bioenergetiky (energie a životní procesy, uchovávání a znovuzískávání chemické energie, tok energie v ekosystému)

Literatura

J.Šimurda: Bioelektrické jevy I, CERM Brno, 1995 (CS)Ghista D.N., Van Vollenhoven E., Yang W.J., Reul H., Bleifeld W.: Advances in Cardiovascular Physics, Karger, Basel-Munchen-Paris-London-New York-Tokyo-Sydney,1983 (EN)Peusner L.: Základy bioenergetiky, Alfa Bratislava, 1984 (CS)F. Bezanilla: Electrophysiology and the Molecular Basis of Excitability. (University of California at Los Angeles) http://nerve.bsd.uchicago.edu/ (EN)Weiss,Thomas Fischer: Cellular Biophysics, Massachusetts Institute of Technology,1996 (EN)R.Plonsey, R.C. Barr: Bioelectricity: A Quantitative Approach. Plenum Press, New York, 1988 (EN)Biophysics - Wikipedie - the free encyklopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Biophysics (EN)J. Šimurda: Bioelektrické jevy, Elektronická skripta, 2007 (CS)

Požadavky

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Garant

doc. RNDr. Ing. Jiří Šimurda, CSc.

Vyučující

doc. RNDr. Ing. Jiří Šimurda, CSc.Ing. Vratislav ČmielIng. Ondřej Svoboda