Koks yra standartinis žmogaus kraujo elektrodo potencialas?

We are searching data for your request:

Forums and discussions:

Manuals and reference books:

Data from registers:

Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sveikų žmonių pH yra maždaug 7,4 (šiek tiek bazinis). Bet jei kraują prijungtumėte kaip bateriją, kokią elektros įtampą jis generuotų, koks yra standartinis elektrodo potencialas?

Man atrodo, kad tai turėtų būti svarbu tokiems dalykams kaip jonų pernešimas per ląstelės membraną.

Jei pagalvoju, šis klausimas iš esmės kyla dėl to, ar tokie dalykai kaip geležis yra linkę ištirpinti $ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e^-}$ (SEP iš 0,44) ar nusodinti $ce{Fe^ {2+} + 2e^-->Fe}$ žmogaus kraujyje.

Dėl svarbių cheminių medžiagų, tokių kaip hemoglobinas, manau, kad SEP turėtų būti apie 0,44, bet skiriasi priklausomai nuo to, ar ląstelės sugeria deguonį iš jo, ar papildo jį deguonimi. Galbūt tai netgi skirsis priklausomai nuo to, ar vyksta sunkus pratimas.

BIO 140 – Žmogaus biologija I – Vadovėlis

/>
Jei nenurodyta kitaip, šis darbas yra licencijuotas pagal „Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0“ tarptautinę licenciją.

Norėdami išspausdinti šį puslapį:

Spustelėkite spausdintuvo piktogramą ekrano apačioje

Ar jūsų spaudinys neužbaigtas?

Įsitikinkite, kad spaudinyje yra visas puslapio turinys. Jei taip nėra, pabandykite atidaryti šį vadovą kitoje naršyklėje ir spausdinti iš ten (kartais „Internet Explorer“ veikia geriau, kartais „Chrome“, kartais „Firefox“ ir pan.).

34 skyrius

Veiksmo potencialas

Apibūdinkite membranos komponentus, kurie nustato ramybės membranos potencialą
Apibūdinkite membranos pokyčius, dėl kurių atsiranda veikimo potencialas

Nervų sistemos funkcijos – pojūtis, integracija ir atsakas – priklauso nuo šių takų pagrindu esančių neuronų funkcijų. Norint suprasti, kaip neuronai gali bendrauti, būtina apibūdinti sužadinamos membranos vaidmenį generuojant šiuos signalus. Šios komunikacijos pagrindas yra veikimo potencialas, kuris parodo, kaip membranos pokyčiai gali būti signalas. Žvelgiant į tai, kaip šie signalai veikia labiau kintančiomis aplinkybėmis, reikia pažvelgti į suskirstytus potencialus, kurie bus aptarti kitame skyriuje.

Elektra aktyvios ląstelių membranos

Dauguma kūno ląstelių naudoja įkrautas daleles, jonus, kad kauptų krūvį per ląstelės membraną. Anksčiau buvo įrodyta, kad tai yra raumenų ląstelių darbo dalis. Kad skeleto raumenys susitrauktų, remiantis sužadinimo ir susitraukimo ryšiu, reikia neurono įvesties. Abi ląstelės naudoja ląstelių membraną, kad reguliuotų jonų judėjimą tarp tarpląstelinio skysčio ir citozolio.

Kaip jūs sužinojote skyriuje apie ląsteles, ląstelių membrana pirmiausia yra atsakinga už tai, kas reguliuoja membraną, o kas lieka tik vienoje pusėje. Ląstelės membrana yra dvisluoksnis fosfolipidas, todėl be pagalbos gali pasklisti tik medžiagos, kurios gali tiesiogiai patekti per hidrofobinę šerdį. Įkrautos dalelės, kurios pagal apibrėžimą yra hidrofilinės, negali praeiti pro ląstelės membraną be pagalbos (1 pav.). Transmembraniniai baltymai, ypač kanalų baltymai, leidžia tai padaryti. Norint sukurti transmembraninį potencialą ir veikimo potencialą, reikalingi keli pasyvūs transportavimo kanalai, taip pat aktyvūs transportavimo siurbliai. Ypatingas susidomėjimas yra baltymas-nešiklis, vadinamas natrio/kalio siurbliu, kuris išneša natrio jonus (Na +) iš ląstelės ir kalio jonus (K +) į ląstelę, taip reguliuojant jonų koncentraciją abiejose ląstelės membranos pusėse.

1 paveikslas: Ląstelės membrana sudaryta iš fosfolipidų dvigubo sluoksnio ir turi daug transmembraninių baltymų, įskaitant įvairių tipų kanalų baltymus, kurie tarnauja kaip jonų kanalai.

Natrio/kalio siurbliui reikia energijos adenozino trifosfato (ATP) pavidalu, todėl jis taip pat vadinamas ATPaze. Kaip buvo paaiškinta ląstelių skyriuje, Na + koncentracija yra didesnė už ląstelės ribų nei viduje, o K + koncentracija yra didesnė ląstelės viduje nei išorėje. Tai reiškia, kad šis siurblys perkelia jonus prieš natrio ir kalio koncentracijos gradientus, todėl jam reikia energijos. Tiesą sakant, siurblys iš esmės palaiko tuos koncentracijos gradientus.

Jonų kanalai yra poros, leidžiančios specifinėms įkrautoms dalelėms kirsti membraną, reaguojant į esamą koncentracijos gradientą. Baltymai gali apimti ląstelės membraną, įskaitant jos hidrofobinę šerdį, ir gali sąveikauti su jonų krūviu dėl įvairių aminorūgščių savybių, randamų tam tikrose baltymų kanalo srityse ar regionuose. Hidrofobinės aminorūgštys randamos domenuose, kurie yra pritvirtinti prie fosfolipidų angliavandenilių uodegų. Hidrofilinės aminorūgštys yra veikiamos tarpląstelinio skysčio ir citozolio skystoje aplinkoje. Be to, jonai sąveikaus su hidrofilinėmis aminorūgštimis, kurios bus selektyvios jonų krūviui. Katijonų (teigiamų jonų) kanalai porose turės neigiamai įkrautas šonines grandines. Anijonų (neigiamų jonų) kanalai porose turės teigiamai įkrautas šonines grandines. Tai vadinama elektrocheminiu išskyrimu, o tai reiškia, kad kanalo poros priklauso nuo krūvio.

Jonų kanalus taip pat galima nurodyti pagal poros skersmenį. Atstumas tarp aminorūgščių bus specifinis jono skersmeniui, kai jis atsiskiria nuo jį supančių vandens molekulių. Dėl aplinkinių vandens molekulių didesnės poros nėra idealios mažesniems jonams, nes vandens molekulės sąveikauja vandenilio ryšiais lengviau nei aminorūgščių šoninės grandinės. Tai vadinama dydžio išskyrimu. Kai kurie jonų kanalai yra selektyvūs pagal krūvį, bet nebūtinai pagal dydį, todėl yra vadinami nespecifiniais kanalais. Šie nespecifiniai kanalai leidžia katijonams, ypač Na +, K + ir Ca 2+, prasiskverbti per membraną, tačiau neįtraukia anijonų.

Jonų kanalai ne visada laisvai leidžia jonams pasklisti per membraną. Kai kuriuos atidaro tam tikri įvykiai, tai reiškia, kad kanalai yra užblokuoti. Taigi dar vienas kanalų klasifikavimo būdas yra tai, kaip jie yra uždaryti. Nors šios jonų kanalų klasės daugiausia randamos nervų ar raumenų audinio ląstelėse, jų taip pat galima rasti epitelio ir jungiamojo audinio ląstelėse.

Ligandų valdomas kanalas atsidaro, nes signalinė molekulė, ligandas, jungiasi prie tarpląstelinės kanalo srities. Šis kanalo tipas taip pat žinomas kaip jonotropinis receptorius, nes kai ligandas, žinomas kaip neurotransmiteris nervų sistemoje, jungiasi su baltymu, jonai kerta membraną, pakeisdami savo krūvį (2 pav.).

2 paveikslas: Kai ligandas, šiuo atveju neuromediatorius acetilcholinas, prisijungia prie tam tikros vietos tarpląsteliniame kanalo baltymo paviršiuje, poros atsidaro, kad pro juos galėtų patekti atrinkti jonai. Šiuo atveju jonai yra natrio, kalcio ir kalio katijonai.

Mechaniškai uždaromas kanalas atsidaro dėl fizinio ląstelės membranos iškraipymo. Daugelis kanalų, susijusių su lytėjimo pojūčiu (somatosensation), yra mechaniškai uždaryti. Pavyzdžiui, spaudžiant odą, šie kanalai atsidaro ir leidžia jonams patekti į ląstelę. Panašus į šio tipo kanalą būtų kanalas, kuris atsidaro dėl temperatūros pokyčių, kaip ir bandant vandenį duše (3 pav.).

3 paveikslas: Kai aplinkiniame audinyje įvyksta mechaninis pokytis, pvz., spaudžiamas arba liečiamas, kanalas fiziškai atidaromas. Termoreceptoriai veikia panašiu principu. Kai pasikeičia vietinė audinių temperatūra, baltymas reaguoja fiziškai atidarydamas kanalą.

Įtampa valdomas kanalas yra kanalas, reaguojantis į membranos, kurioje jis yra įterptas, elektrinių savybių pokyčius. Paprastai vidinė membranos dalis yra neigiamos įtampos. Kai ta įtampa tampa mažiau neigiama, kanalas pradeda leisti jonams kirsti membraną (4 pav.).

4 pav. Įtampa valdomi kanalai atsidaro, kai aplink juos pasikeičia transmembraninė įtampa. Baltymų struktūroje esančios aminorūgštys yra jautrios krūviui ir sukelia porų atsivėrimą pasirinktam jonui.

Nuotėkio kanalas yra atsitiktinai uždaromas, o tai reiškia, kad jis atsidaro ir užsidaro atsitiktinai, taigi yra nuoroda į nutekėjimą. Nėra tikro įvykio, kuris vietoj to atidarytų kanalą, jam būdingas perjungimo tarp atviros ir uždaros būsenų greitis. Nuotėkio kanalai prisideda prie sužadinamos membranos ramybės transmembraninės įtampos (5 pav.).

5 pav. Tam tikrose situacijose jonai turi atsitiktinai judėti per membraną. Tam tikrų ląstelių tam tikros elektrinės savybės keičiasi dėl šio tipo kanalo buvimo.

Membranos potencialas

Ląstelės membranos elektrinė būsena gali turėti keletą variacijų. Visa tai yra membranos potencialo kitimai. Potencialas yra krūvio pasiskirstymas per ląstelės membraną, matuojamas milivoltais (mV). Standartas yra lyginti ląstelės vidų, palyginti su išore, todėl membranos potencialas yra vertė, nurodanti krūvį tarpląstelinėje membranos pusėje, atsižvelgiant į tai, kad išorė yra lygi nuliui (6 pav.).

6 paveikslas: įrašymo elektrodas įkišamas į elementą, o atskaitos elektrodas yra už ląstelės ribų. Palyginus šių dviejų elektrodų išmatuotą krūvį, nustatoma transmembraninė įtampa. Įprasta šią citozolio vertę išreikšti išorės atžvilgiu.

Jonų koncentracija tarpląsteliniuose ir tarpląsteliniuose skysčiuose iš esmės subalansuota, o grynasis neutralus krūvis. Tačiau nedidelis įkrovimo skirtumas atsiranda tiesiai prie membranos paviršiaus tiek viduje, tiek išorėje. Būtent šio labai riboto regiono skirtumas turi visą neuronų (ir raumenų ląstelių) galią generuoti elektrinius signalus, įskaitant veikimo potencialą.

Prieš aprašant šiuos elektrinius signalus, reikia paaiškinti membranos ramybės būseną. Kai ląstelė yra ramybės būsenoje, o jonų kanalai yra uždaryti (išskyrus nuotėkio kanalus, kurie atsitiktinai atsidaro), jonai membranoje pasiskirsto labai nuspėjamai. Na + koncentracija ląstelės išorėje yra 10 kartų didesnė už koncentraciją ląstelės viduje. Be to, K + koncentracija ląstelės viduje yra didesnė nei išorėje. Citozolyje yra didelė anijonų koncentracija fosfato jonų ir neigiamo krūvio baltymų pavidalu. Dideli anijonai yra vidinės ląstelės membranos komponentas, įskaitant specializuotus fosfolipidus ir baltymus, susijusius su vidiniu membranos lapeliu (lapelis yra terminas, vartojamas vienai lipidų dvisluoksnės membranos pusei). Neigiamas krūvis yra lokalizuotas dideliuose anijonuose.

Esant tokioms koncentracijoms membranoje paskirstant jonus, įkrovos skirtumas matuojamas esant -70 mV, o vertė apibūdinama kaip ramybės membranos potencialas. Tiksli išmatuota ramybės būsenos membranos potencialo vertė skirtingose ląstelėse skiriasi, tačiau dažniausiai kaip ši vertė naudojama -70 mV. Ši įtampa iš tikrųjų būtų daug mažesnė, išskyrus kai kurių svarbių baltymų indėlį membranoje. Nuotėkio kanalai leidžia Na + lėtai judėti į ląstelę arba K + lėtai išeiti, o Na + /K + siurblys juos atkuria. Tai gali atrodyti kaip energijos švaistymas, tačiau kiekvienas iš jų turi išlaikyti membranos potencialą.

Veiksmo potencialas

Ramybės membranos potencialas apibūdina pastovią ląstelės būseną, kuri yra dinamiškas procesas, kurį subalansuoja jonų nuotėkis ir jonų siurbimas. Be jokios išorinės įtakos jis nepasikeis. Norint gauti elektrinį signalą, membranos potencialas turi pasikeisti.

Tai prasideda nuo Na + kanalo atidarymo membranoje. Kadangi Na + koncentracija ląstelės išorėje yra 10 kartų didesnė nei ląstelės viduje, į ląstelę pateks jonai, kuriuos daugiausia lemia koncentracijos gradientas. Kadangi natris yra teigiamai įkrautas jonas, jis pakeis santykinę įtampą iškart ląstelės viduje, palyginti su iš karto. Ramybės potencialas yra membranos būsena esant -70 mV įtampai, todėl natrio katijonas, patekęs į ląstelę, lems, kad ji taps mažiau neigiama. Tai žinoma kaip depoliarizacija, ty membranos potencialas juda link nulio.

Na + koncentracijos gradientas yra toks stiprus, kad jis ir toliau pateks į ląstelę net tada, kai membranos potencialas taps nulinis, todėl įtampa iš karto aplink poras pradeda tapti teigiama. Elektrinis gradientas taip pat vaidina svarbų vaidmenį, nes neigiami baltymai žemiau membranos pritraukia natrio joną. Membranos potencialas pasieks +30 mV, kai į ląstelę pateks natris.

Kai membranos potencialas pasiekia +30 mV, membranoje atsiveria kiti nuo įtampos priklausomi kanalai. Šie kanalai yra specifiniai kalio jonams. Koncentracijos gradientas taip pat veikia K +. Kai K + pradeda palikti ląstelę, pasiimdamas teigiamą krūvį, membranos potencialas pradeda judėti atgal link ramybės įtampos. Tai vadinama repoliarizacija, o tai reiškia, kad membranos įtampa grįžta link -70 mV ramybės membranos potencialo vertės.

Repoliarizacija grąžina membranos potencialą iki -70 mV vertės, kuri rodo ramybės potencialą, tačiau iš tikrųjų viršija šią vertę. Kalio jonai pasiekia pusiausvyrą, kai membranos įtampa yra žemesnė nei -70 mV, todėl atsivėrus K + kanalams atsiranda hiperpoliarizacijos periodas. Šie K + kanalai šiek tiek vėluoja uždaryti, todėl šis trumpas viršijimas.

Čia aprašytas veikimo potencialas, kuris 7 paveiksle pateiktas kaip įtampos grafikas per tam tikrą laiką. Tai yra elektrinis signalas, kurį nervinis audinys generuoja bendravimui. Membranos įtampos pokytis nuo -70 mV ramybės būsenoje iki +30 mV depoliarizacijos pabaigoje yra 100 mV pokytis. Tai taip pat gali būti parašyta kaip 0,1 V pakeitimas. Norėdami įvertinti šią vertę, pagalvokite apie bateriją. AA baterijos, kurią galite rasti televizoriaus nuotolinio valdymo pulte, įtampa yra 1,5 V arba 9 V baterija (stačiakampė baterija su dviem stulpeliais viename gale) yra 9 V. Matomas veikimo potencialo pokytis vienu ar dviem dydžiais mažesnis nei šių baterijų įkrova. Tiesą sakant, membranos potencialą galima apibūdinti kaip bateriją. Per membraną kaupiamas krūvis, kuris tinkamomis sąlygomis gali būti išlaisvintas. Nuotolinio valdymo pulto akumuliatorius išsaugo įkrovą, kuri &ldquoratleidžiama&rdquo paspaudus mygtuką.

7 paveikslas: Nubraižant įtampą, išmatuotą per ląstelės membraną, atsižvelgiant į laiką, veikimo potencialas prasideda depoliarizacija, po to seka repoliarizacija, kuri peržengia ramybės potencialą į hiperpoliarizaciją ir galiausiai membrana grįžta į ramybės būseną.

Tai, kas vyksta per elektriškai aktyvios ląstelės membraną, yra dinamiškas procesas, kurį sunku įsivaizduoti naudojant statinius vaizdus arba tekstinius aprašymus. Norėdami sužinoti daugiau apie šį procesą, žiūrėkite toliau pateiktą vaizdo įrašą. Kuo skiriasi Na + ir K + varomoji jėga? O kuo panašus šių dviejų jonų judėjimas?

Dabar kyla klausimas, kas inicijuoja veiksmų potencialą? Aukščiau pateiktas aprašymas patogiai išryškina tą tašką. Tačiau labai svarbu suprasti, kas vyksta. Membranos potencialas išliks ramybės įtampa, kol kažkas nepasikeis. Aukščiau pateiktame aprašyme tik sakoma, kad atsidaro Na + kanalas. Dabar sakyti „atsidaro kanalas“ nereiškia, kad pasikeičia vienas atskiras transmembraninis baltymas. Vietoj to, tai reiškia, kad atsidaro vienos rūšies kanalas. Yra keletas skirtingų tipų kanalų, leidžiančių Na + prasiskverbti pro membraną. Ligandų valdomas Na + kanalas atsidarys, kai prie jo prisijungs neuromediatorius, o mechaniškai uždaromas Na + kanalas atsidarys, kai fizinis dirgiklis paveiks jutimo receptorių (pavyzdžiui, spaudimas ant odos suspaudžia prisilietimo receptorių). Nesvarbu, ar tai neuromediatorius, jungiantis prie jo baltymo receptorių, ar jutimo dirgiklis, aktyvuojantis jutimo receptorių ląstelę, kai kurie dirgikliai pradeda procesą. Natris pradeda patekti į ląstelę ir membrana tampa mažiau neigiama.

Trečiasis kanalų tipas, kuris yra svarbi veikimo potencialo depoliarizacijos dalis, yra nuo įtampos priklausomas Na + kanalas. Kanalai, kurie dėl stimulo pradeda depoliarizuoti membraną, padeda ląstelei depoliarizuotis nuo -70 mV iki -55 mV. Kai membrana pasiekia šią įtampą, atsidaro įtampa reguliuojami Na + kanalai. Tai vadinama riba. Bet kokia depoliarizacija, kuri nekeičia membranos potencialo iki -55 mV ar didesnio, nepasieks slenksčio ir todėl nesukels veikimo potencialo. Be to, bet koks dirgiklis, kuris depoliarizuoja membraną iki -55 mV ar daugiau, sukels daug kanalų atsidarymą ir bus inicijuotas veikimo potencialas.

Dėl slenksčio veiksmo potencialas gali būti lyginamas su skaitmeniniu įvykiu, o tai įvyksta arba ne. Jei slenkstis nepasiekiamas, veikimo potencialas neatsiranda. Jei depoliarizacija pasiekia -55 mV, tada veikimo potencialas tęsiasi ir tęsiasi iki +30 mV, kai K + sukelia repoliarizaciją, įskaitant hiperpoliarizacinį viršijimą. Be to, tie pokyčiai yra vienodi kiekvienam veiksmų potencialui, o tai reiškia, kad pasiekus slenkstį įvyksta tas pats. Stipresnis dirgiklis, kuris gali depoliarizuoti membraną gerokai viršijant slenkstį, nesukels „didesnio“ veikimo potencialo. Veikimo potencialas yra „viskas arba jo nėra“. Arba membrana pasiekia slenkstį ir viskas vyksta taip, kaip aprašyta aukščiau, arba membrana nepasiekia slenksčio ir nieko daugiau neįvyksta. Visi veikimo potencialai pasiekia tą pačią įtampą (+30 mV), todėl vienas veikimo potencialas nėra didesnis už kitą. Stipresni dirgikliai greičiau sukels kelis veikimo potencialus, tačiau atskiri signalai nėra didesni. Taigi, pavyzdžiui, nepajusite didesnio skausmo pojūčio ar stipresnio raumenų susitraukimo dėl veikimo potencialo dydžio, nes jie nėra skirtingo dydžio.

Kaip matėme, veikimo potencialo depoliarizacija ir repoliarizacija priklauso nuo dviejų tipų kanalų (nuo įtampos priklausomo Na + kanalo ir nuo įtampos priklausomo K + kanalo). Įtampa valdomas Na + kanalas iš tikrųjų turi du vartus. Vienas iš jų yra aktyvavimo vartai, kurie atsidaro, kai membranos potencialas kerta -55 mV. Kiti vartai yra inaktyvavimo vartai, kurie užsidaro po tam tikro laiko ir milisekundės dalies tvarka. Kai ląstelė yra ramybės būsenoje, aktyvinimo vartai yra uždaromi, o inaktyvavimo vartai yra atidaryti. Tačiau pasiekus slenkstį atsidaro aktyvavimo vartai, leidžiantys Na + veržtis į ląstelę. Depolarizacijos piko metu inaktyvavimo vartai užsidaro. Repoliarizacijos metu į ląstelę nebegali patekti natrio. Kai membranos potencialas vėl pereina -55 mV, aktyvavimo vartai užsidaro. Po to vėl atidaromi inaktyvavimo vartai, todėl kanalas yra pasirengęs vėl pradėti visą procesą.

Įtampa valdomas K + kanalas turi tik vieną užtvarą, kuris yra jautrus -50 mV membranos įtampai. Tačiau jis neatsidaro taip greitai, kaip įtampa reguliuojamas Na + kanalas. Pasiekus tą įtampą, gali prireikti milisekundės dalies, kad kanalas atsidarytų. To laikas tiksliai sutampa su Na + srauto piko laiku, todėl nuo įtampos priklausomi K + kanalai atsidaro lygiai taip pat, kai yra inaktyvuojami nuo įtampos priklausomi Na + kanalai. Kai membranos potencialas repoliarizuojasi ir įtampa vėl pereina -50 mV, kanalas užsidaro ir vėl su nedideliu vėlavimu. Kalis trumpam ir toliau išeina iš ląstelės, o membranos potencialas tampa neigiamas, o tai sukelia hiperpoliarizuojantį viršijimą. Tada kanalas vėl užsidaro, o membrana gali grįžti į ramybės potencialą dėl nuolatinės neribotų kanalų ir Na + /K + siurblio veiklos.

Visa tai vyksta maždaug per 2 milisekundes (8 pav.). Kol vyksta veiksmų potencialas, negalima pradėti kito. Šis poveikis vadinamas ugniai atspariu periodu. Yra dvi ugniai atsparaus laikotarpio fazės: absoliutus ugniai atsparus laikotarpis ir santykinis ugniai atsparus laikotarpis. Absoliučioje fazėje kitas veiksmų potencialas neprasidės. Taip yra dėl įtampos valdomo Na + kanalo inaktyvavimo vartų. Kai tas kanalas grįš į savo ramybės konformaciją (mažiau nei -55 mV), gali būti pradėtas naujas veikimo potencialas, bet tik stipresniu dirgikliu nei tas, kuris inicijavo dabartinį veikimo potencialą. Taip yra dėl K + ištekėjimo iš ląstelės. Kadangi tas jonas veržiasi į lauką, bet koks Na +, kuris bando patekti, ląstelės nedepoliaruos, o tik neleis ląstelei hiperpoliarizuotis.

8 pav. Nubraižant įtampą, išmatuotą per ląstelės membraną su laiku, veikimo potencialo įvykiai gali būti susiję su specifiniais membranos įtampos pokyčiais. (1) Ramybės būsenoje membranos įtampa yra -70 mV. (2) Membrana pradeda depolarizuotis, kai veikia išorinis dirgiklis. (3) Membranos įtampa pradeda sparčiai kilti link +30 mV. (4) Membranos įtampa pradeda grįžti į neigiamą vertę. (5) Repoliarizacija tęsiasi virš ramybės membranos įtampos, todėl atsiranda hiperpoliarizacija. (6) Netrukus po hiperpoliarizacijos membranos įtampa grįžta į ramybės vertę.

Veiksmų potencialo sklaida

Veiksmo potencialas inicijuojamas aksono pradžioje, vadinamame pradiniu segmentu. Yra didelis įtampa valdomų Na + kanalų tankis, todėl čia gali vykti greita depoliarizacija. Einant žemyn aksono ilgiu, veikimo potencialas plinta, nes plintant depoliarizacijai atsidaro daugiau įtampa valdomų Na + kanalų. Šis plitimas vyksta todėl, kad Na + patenka per kanalą ir juda išilgai ląstelės membranos vidinės pusės. Kai Na + juda arba teka nedideliu atstumu išilgai ląstelės membranos, jo teigiamas krūvis depoliarizuoja šiek tiek daugiau ląstelės membranos. Šiai depoliarizacijai plintant, atsidaro nauji nuo įtampos priklausomi Na + kanalai ir į ląstelę veržiasi daugiau jonų, skleidžiančių depoliarizaciją šiek tiek toliau.

Kadangi įtampa reguliuojami Na + kanalai yra inaktyvuojami depoliarizacijos piko metu, jie negali būti vėl atidaromi trumpam ir absoliučiam ugniai atspariam laikotarpiui. Dėl šios priežasties depolarizacija, plintanti atgal į anksčiau atidarytus kanalus, neturi jokio poveikio. Veiksmo potencialas turi sklisti link aksono galų, todėl išlaikomas neurono poliškumas, kaip minėta aukščiau.

Dauginimasis, kaip aprašyta aukščiau, taikomas nemielinizuotiems aksonams. Kai yra mielinacija, veikimo potencialas plinta skirtingai. Natrio jonai, patenkantys į ląstelę pradiniame segmente, pradeda plisti išilgai aksono segmento, tačiau iki pirmojo Ranvier mazgo nėra įtampa valdomų Na + kanalų. Kadangi išilgai aksonų segmento šie kanalai neatsidaro nuolat, depoliarizacija plinta optimaliu greičiu. Atstumas tarp mazgų yra optimalus atstumas, kad membrana vis dar būtų depoliarizuota virš slenksčio kitame mazge. Kai Na + plinta išilgai aksono segmento membranos vidinės pusės, krūvis pradeda sklaidytis. Jei mazgas būtų toliau nuo aksono, ta depoliarizacija būtų per daug nukritusi, kad kitame Ranvier mazge būtų suaktyvinti nuo įtampos priklausomi Na + kanalai. Jei mazgai būtų arčiau vienas kito, sklidimo greitis būtų lėtesnis.

Paplitimas išilgai nemielinizuoto aksono vadinamas nenutrūkstamu laidumu mielinizuoto aksono ilgyje, tai yra druskingas laidumas. Nuolatinis laidumas yra lėtas, nes visada atsidaro įtampa reguliuojami Na + kanalai ir vis daugiau Na + veržiasi į ląstelę. Sūrus laidumas yra greitesnis, nes veikimo potencialas iš esmės šokinėja iš vieno mazgo į kitą (saltare = &ldquoto leap&rdquo), o naujas Na + antplūdis atnaujina depoliarizuotą membraną. Kartu su aksono mielinizacija, aksono skersmuo gali turėti įtakos laidumo greičiui. Panašiai kaip vanduo plačioje upėje teka greičiau nei siaurame upelyje, Na + pagrindu sukurta depoliarizacija plačiu aksonu plinta greičiau nei siauru. Ši sąvoka žinoma kaip atsparumas ir paprastai taikoma elektros laidams ar vandentiekiui, kaip ir aksonams, nors specifinės sąlygos skiriasi elektronų ar jonų ir vandens skalėje upėje.

Homeostatinis disbalansas

Kalio koncentracija

Glijos ląstelės, ypač astrocitai, yra atsakingos už CNS audinio cheminės aplinkos palaikymą. Jonų koncentracija tarpląsteliniame skystyje yra pagrindas, kaip nustatomas membranos potencialas ir keičiasi elektrocheminis signalizavimas. Jei jonų pusiausvyra sutrikusi, galimi drastiški rezultatai.

Paprastai K + koncentracija neurono viduje yra didesnė nei išorėje. Po veikimo potencialo repoliarizacijos fazės K + nuotėkio kanalai ir Na + /K + siurblys užtikrina, kad jonai grįžtų į pradines vietas. Po insulto ar kito išeminio įvykio ekstraląstelinis K + kiekis yra padidėjęs. Srityje esantys astrocitai yra pasirengę išvalyti K + perteklių, kad padėtų siurbliui. Tačiau kai lygis yra gerokai išbalansuotas, poveikis gali būti negrįžtamas.

Tokiais atvejais astrocitai gali tapti reaktyvūs, o tai pablogina jų gebėjimą išlaikyti vietinę cheminę aplinką. Glijinės ląstelės didėja ir jų procesai išsipučia. Jie praranda savo K + buferio gebėjimą ir paveikiama siurblio funkcija arba netgi pasikeičia. Vienas iš ankstyvųjų ląstelių ligos požymių yra natrio jonų „nutekėjimas“ į kūno ląsteles. Šis natrio ir kalio disbalansas neigiamai veikia ląstelių vidinę chemiją, neleidžia joms normaliai funkcionuoti.

Skyriaus apžvalga

Nervų sistemai būdingi elektriniai signalai, kurie siunčiami iš vienos srities į kitą. Nesvarbu, ar tos sritys yra arti, ar labai toli viena nuo kitos, signalas turi keliauti palei aksoną. Elektrinio signalo pagrindas yra kontroliuojamas jonų pasiskirstymas per membraną. Transmembraniniai jonų kanalai reguliuoja, kada jonai gali judėti į ląstelę arba iš jos, todėl sukuriamas tikslus signalas. Šis signalas yra veikimo potencialas, kuris turi labai būdingą formą, pagrįstą įtampos pokyčiais membranoje per tam tikrą laikotarpį.

Membrana paprastai yra ramybės būsenoje, o Na + ir K + koncentracija yra nustatyta iš abiejų pusių. Dirgiklis pradės membranos depoliarizaciją, o nuo įtampos priklausomi kanalai sukels tolesnę depoliarizaciją, po kurios įvyks membranos repoliarizacija. Nedidelis hiperpoliarizacijos viršijimas žymi veikimo potencialo pabaigą. Kol vyksta veikimo potencialas, kito tokiomis pačiomis sąlygomis negalima sukurti. Kol įtampa reguliuojamas Na + kanalas yra inaktyvuotas, jokio veikimo potencialo negalima sukurti. Tam kanalui sugrįžus į ramybės būseną, galimas naujas veikimo potencialas, tačiau jį reikia pradėti santykinai stipresniu dirgikliu, kad įveiktų iš ląstelės išeinantį K +.

Veiksmo potencialas keliauja žemyn aksonu, nes įtampa valdomi jonų kanalai atidaromi dėl plintančios depoliarizacijos. Nemielinizuotuose aksonuose tai vyksta nuolat, nes visoje membranoje yra nuo įtampos priklausomi kanalai. Mielinizuotuose aksonuose sklidimas apibūdinamas kaip sūrus, nes įtampa reguliuojami kanalai randami tik Ranvier mazguose ir atrodo, kad elektriniai įvykiai pereina iš vieno mazgo į kitą. Sūrus laidumas yra greitesnis nei nuolatinis laidumas, o tai reiškia, kad mielinizuoti aksonai savo signalus skleidžia greičiau. Aksono skersmuo taip pat skiriasi, nes ląstelėje difunduojantys jonai turi mažesnį pasipriešinimą platesnėje erdvėje.

Gyvenimo elementų apžvalga

Pagrindinė 1.2 skyriaus tema yra „Gyvenimo elementai“. Prieš patekdami į sudėtingas makromolekules, kurių organizmams reikia išgyventi, pirmiausia turime suprasti, kad yra keletas elementų, nuo kurių priklauso visa gyvybė: anglis, vandenilis, deguonis, azotas, siera ir fosforas. Visa gyvybė Žemėje turi labai panašų šių elementų santykį ir tik dar vienas įrodymas, kad visa gyvybė kilo iš bendro protėvio.

Viename garsiausių kada nors atliktų istorinių eksperimentų Stanley Milleris ir Haroldas Urey sugebėjo įrodyti, kad ankstyvoji Žemės atmosfera sugebės sukurti gyvybės molekules be tikro organizmo. Komanda sukūrė sistemą, kurioje vandens garams buvo leista reaguoti su paprastais atmosferos junginiais, tokiais kaip vandenilio dujos, metanas ir amoniakas –, tuo pačiu metu patiriant galingus elektrodo elektros smūgius, kad imituotų žaibą ankstyvoje atmosferoje.

Mokslininkai nustatė, kad šios molekulės ne tik susijungė unikaliais būdais, bet ir pradėjo kurti tokias pačias molekules, kurias gamina biologiniai organizmai, pvz., sudėtingas anglies pagrindu pagamintas molekules. karbamido. Nors šis eksperimentas buvo baigtas 1953 m., naujesni tyrimai patvirtino rezultatus ir parodė, kad dar sudėtingesnės molekulės, tokios kaip RNR, galėjo susidaryti per natūralias reakcijas ankstyvojoje Žemės atmosferoje ir vandenynuose.

Iš jų, anglies yra pats svarbiausias. Tiesą sakant, visa organinės chemijos sritis yra skirta anglies ir kitų atomų ryšiams tirti. Tai, kad sudėtingos, gyvybę suteikiančios molekulės gali susidaryti tiesiog elektrifikuojant įprastas atmosferos molekules, yra įmanomas dėl anglies – ir jos gebėjimo sudaryti 4 kovalentinius ryšius su kitomis molekulėmis.

Anglies atominis skaičius yra 6, tai reiškia, kad ji turi 6 protonus ir 6 elektronus. Tai reiškia, kad anglis saugo 2 elektronus vidiniame apvalkale ir 4 elektronus išoriniame. valentinis apvalkalas. Kadangi antrasis atomo elektronų apvalkalas gali turėti 8 elektronus, anglis nuolat bando užpildyti savo išorinį valentinį apvalkalą, pridėdama dar 4 elektronus. Tai reiškia, kad anglis natūraliai sudaro 4 ryšius su kitais atomais, nesvarbu, ar tai yra 4 atskiri atomai, ar keli ryšiai su vienu atomu. Valentiniai atomų, tokių kaip deguonis, azotas ar siera, apvalkalai neleidžia tokios įvairovės.

Tiesą sakant, visų biologinių makromolekulių pagrindas yra ilgos anglies grandinės su prijungtais vandeniliais. Mes vadiname šias anglies ir vandenilio grandines angliavandenilių. Angliavandeniliai natūraliai yra nepoliniai ir hidrofobiniai. Tačiau pridedant skirtingus atomus ir funkcines grupes į anglies grandinę, ji gali įgyti daugybę kitų savybių. Pavyzdžiui, sočiųjų riebalų molekulės susideda iš ilgų angliavandenilių grandinių su poline galvos grupe. Šios molekulės ryšiuose kaupia didžiulį energijos kiekį ir jas galima laikyti ir manipuliuoti ląstelėse dėl jų funkcinių grupių poliškumo.

Tai, kad anglis gali sudaryti 4 skirtingus ryšius su kitais atomais, taip pat lemia reiškinį izomerai. Izomerai yra molekulės, turinčios tuos pačius elementus, bet šiek tiek skirtingą struktūrą. Struktūriniai izomerai juose yra visi tie patys atomai, tačiau jie yra išdėstyti šiek tiek kitokia tvarka. Cis-trans izomerai turi dvigubų jungčių. Kadangi dvigubos jungtys yra standžios ir negali suktis, tai lemia skirtingas molekulės formas, atsižvelgiant į tai, kur yra prijungtos įvairios funkcinės grupės. Jei funkcinės grupės patenka į tą pačią dvigubos jungties pusę, molekulė vadinama cis-izomeras. Jei funkcinės grupės yra sujungtos priešingose dvigubo ryšio pusėse, jos vadinamos trans-izomerai. Galiausiai, enantiomerai yra molekulės su tais pačiais atomais, kurios yra išsidėsčiusios kaip vienas kito veidrodiniai atvaizdai, kai anglies atomas sudaro asimetrinį centrą. Enantiomerai gali būti L arba D (L reiškia levo arba „kairė“, o D – dextro arba teisus").

Svarbu tai, kad izomerai ne visada veikia panašiai. Apsvarstykite vaistą ibuprofeną. Du ibuprofeno enantiomerai turi labai skirtingą poveikį. Vienas iš enantiomerų žmonėms beveik neveikia, o dėl kito išdėstymo molekulė 100 kartų efektyvesnė gydant uždegimą. Atsižvelgiant į tai, kad dauguma biologinių molekulių gali sudaryti daug skirtingų izomerų, biocheminiai procesai išsivystė ir sukuria labai specifinius funkcinius izomerus. Dėl šios priežasties labai sunku sukurti sintetinius narkotikus, kurie būtų tokie pat veiksmingi kaip ir natūralūs jų analogai.

Nors pati anglis sukelia izomerų galimybę, taip pat labai svarbu, kokios kitos molekulės yra prijungtos prie anglies biologinėje molekulėje. Tiesą sakant, yra keletas labai paplitusių struktūrų, kurios pridedamos prie angliavandenilių, kurios suteikia molekulėms skirtingas savybes. Šie vadinami funkcines grupes – būtent todėl, kad jie prideda specifinių molekulių funkcijų, reikalingų daugeliui sudėtingų biologinių reakcijų.

Biologijoje naudojamos septynios pagrindinės funkcinės grupės, kurios anglies grandinėms suteikia specifinių savybių. Hidroksilo grupės (-OH) padidina molekulės poliškumą, leisdamas jai sąveikauti su vandeniu ir kitomis polinėmis molekulėmis. Karbonilo grupės (-C=O) leidžia susidaryti įvairiems ryšiams prie dvigubo ryšio deguonies molekulės. Karboksilo grupės (-COOH) vandenyje sudaro rūgštį, kuri leidžia molekulei paaukoti vandenilį, kad būtų užbaigtos įvairios biocheminės reakcijos.

Taip pat, Amino grupės (-NH₂) veikia kaip bazė, nes gali priimti vandenilio atomą. Amino grupės yra labai svarbios formuojant baltymus, nes jos leidžia ryšiams tarp aminorūgščių formuotis į ilgas grandines, kurios susilanksto į funkcinius baltymus. Sulfhidrilo grupės (-SH) gali sudaryti kryžminius ryšius su kitomis sulfhidrilo grupėmis, kurias naudoja daugelis baltymų molekulių, kad sukurtų standžius 3-D darinius. Metilo grupės (-CH₃) nėra reaktyvūs, tačiau jie yra daugelio biologinių molekulių žymės, padedančios ląstelei atpažinti įvairias medžiagas.

Galiausiai, Fosfatų grupės (-OPO₃ -2) suteikia anglies grandinėms galimybę sąveikauti su vandeniu ir išlaisvinti energiją kitoms reakcijoms. Fosfatų grupės leidžia tokioms molekulėms kaip ATP teikti energiją daugeliui skirtingų reakcijų, kurios kitaip nebūtų įmanomos. Fosfatas taip pat yra labai svarbus formuojant DNR ir RNR, kurios abi turi cukraus ir fosfato pagrindą.

EBME ir klinikinės inžinerijos straipsniai

Jūsų širdies elektros sistema kontroliuoja visus įvykius, kurie įvyksta, kai jūsų širdis pumpuoja kraują. Elektros sistema taip pat vadinama širdies laidumo sistema. Širdies testas, vadinamas EKG (elektrokardiograma), yra grafinis širdies elektrinio aktyvumo vaizdas.

Jūsų širdies elektros sistema susideda iš trijų pagrindinių dalių:

Sinoatrialinis (SA) mazgas, esantis dešiniajame jūsų širdies prieširdyje.
Atrioventrikulinis (AV) mazgas, esantis ant interatrialinės pertvaros arti trišakio vožtuvo.
His-Purkinje sistema, esanti palei jūsų širdies skilvelių sienas.

Širdies plakimas yra sudėtingas elektrai laidžių įvykių ciklas. Šie įvykiai vyksta jūsų širdyje ir aplink ją. Širdies plakimas yra vienas ciklas, kurio metu jūsų širdies kameros atsipalaiduoja ir susitraukia, kad pumpuotų kraują. Šis ciklas apima dešiniojo ir kairiojo širdies skilvelių įleidimo ir išleidimo vožtuvų atidarymą ir uždarymą. Kiekvienas širdies plakimas susideda iš dviejų pagrindinių dalių: diastolės ir sistolės. Diastolės metu jūsų širdies prieširdžiai ir skilveliai atsipalaiduoja ir pradeda prisipildyti krauju.

Diastolės pabaigoje jūsų širdies prieširdžiai susitraukia (prieširdžių sistolė) ir pumpuoja kraują į skilvelius. Tada prieširdžiai pradeda atsipalaiduoti. Tada jūsų širdies skilveliai susitraukia (skilvelių sistolė), išpumpuodamos kraują iš jūsų širdies.

Dviejų skirtingų tipų ląstelės jūsų širdyje leidžia elektriniu signalu valdyti jūsų širdies plakimą:
i. Laidžiosios ląstelės neša jūsų širdies elektrinį signalą.
ii. Raumenų ląstelės leidžia jūsų širdies kameroms susitraukti, o tai sukelia jūsų širdies elektrinis signalas.

Elektrinis signalas keliauja per laidžių ląstelių „takų“ tinklą, kuris skatina jūsų viršutines kameras (prieširdžius) ir apatines kameras (skilvelius) susitraukti. Signalas gali keliauti šiais keliais pasitelkdamas sudėtingą reakciją, leidžiančią kiekvienai ląstelei aktyvuoti vieną šalia jos, skatinant ją tvarkingai „praleisti“ elektros signalą. Kadangi ląstelė po ląstelės greitai perduoda elektros krūvį, visa širdis susitraukia vienu koordinuotu judesiu, sukurdama širdies plakimą.

Širdies plakimo laidumo ciklas

(1) Sinoatrialinis (SA) mazgas ir likusi laidumo sistemos dalis yra ramybės būsenoje.

(2) SA mazgas inicijuoja veiksmo potencialą, kuris prasiskverbia per prieširdžius.

(3) Pasiekus atrioventrikulinį mazgą, atsiranda maždaug 100 ms delsa, leidžianti prieširdžiams baigti pumpuoti kraują prieš perduodant impulsą į atrioventrikulinį pluoštą.

(4) Po uždelsimo impulsas keliauja per atrioventrikulinį pluoštą ir pluošto šakas iki Purkinje skaidulų, taip pat per moderatoriaus juostą pasiekia dešinįjį papiliarinį raumenį.

(5) Impulsas plinta į susitraukiančias skilvelio skaidulas.

(6) Prasideda skilvelio susitraukimas.

• Veikimo potencialas: šis laipsniškas elektrinio potencialo didėjimas vadinamas širdies stimuliatoriumi arba išankstiniu potencialu. Širdies ritmo reguliatoriaus potencialo didėjimo greitis yra pagrindinis širdies susitraukimų dažnį lemiantis veiksnys, jį padidina adrenalinas (epinefrinas) ir simpatinė stimuliacija, o mažėja dėl vagalinės (sukeliančios kraujospūdžio sumažėjimą) stimuliacijos ir hipotermijos. Širdies stimuliatorius paprastai veikia tik SA ir AV mazguose, tačiau kitose laidžiosios sistemos dalyse yra latentinių širdies stimuliatorių, kurie perima, kai šaudymas iš SA arba AV mazgai yra nuslopinti. Prieširdžių ir skilvelių raumenų skaidulos neveikia širdies stimuliatoriaus ir spontaniškai išsikrauna tik tada, kai yra pažeistos ar nenormalios.

Specializuota širdies laidumo sistema susideda iš laidžių audinių, sudarytų iš modifikuotų širdies raumens ląstelių, kurios turi automatiškumo savybę, ty gali generuoti savo vidinį veikimo potencialą (nervinius impulsus), taip pat reaguoti į gretimų ląstelių stimuliaciją. Širdies laidumo takai yra atsakingi už organizuotą veikimo potencialo plitimą širdyje ir dėl to koordinuotą prieširdžių ir skilvelių susitraukimą.Širdies stimuliatoriaus audinyje, įvykus repoliarizacijai, membranos potencialas palaipsniui pakyla iki kanalo atidarymo slenksčio lygio, tada natris patenka į ląstelę ir pradeda kitą veikimo potencialą (nervinį impulsą).

Širdies viršuje esančios SA mazgo ląstelės yra žinomos kaip širdies stimuliatorius, nes dažnis, kuriuo šios ląstelės siunčia elektrinius signalus, lemia visos širdies plakimo dažnį (širdies ritmą). Normalus širdies susitraukimų dažnis ramybės būsenoje svyruoja nuo 60 iki 100 dūžių per minutę. Jūsų širdies ritmas gali būti didesnis arba mažesnis, kad atitiktų jūsų kūno poreikius. Jūsų smegenys ir kitos kūno dalys siunčia signalus, kad paskatintų jūsų širdį plakti greičiau arba lėčiau. Nors visų cheminių signalų sąveikos būdas paveikti jūsų širdies susitraukimų dažnį yra sudėtingas, galutinis rezultatas yra toks, kad šie signalai nurodo SA mazgui greičiau arba lėtesniu tempu, todėl širdies susitraukimų dažnis yra greitesnis arba lėtesnis.

Pavyzdžiui, fizinio krūvio metu, kai organizmui reikia daugiau deguonies, kad organizmas veiktų, jūsų kūno signalai žymiai padidina širdies susitraukimų dažnį, kad į kūną būtų tiekiama daugiau kraujo (taigi ir deguonies). Jūsų širdies susitraukimų dažnis gali padidėti daugiau nei 100 dūžių per minutę, kad atitiktų padidėjusius kūno poreikius fizinio krūvio metu.

Panašiai ir poilsio ar miego laikotarpiais, kai organizmui reikia mažiau deguonies, širdies susitraukimų dažnis sumažėja. Kai kurių sportininkų širdies susitraukimų dažnis gali būti gerokai mažesnis nei 60, nes jų širdis yra labai efektyvi ir nereikia plakti taip greitai. Todėl širdies susitraukimų dažnio pokyčiai yra normali jūsų širdies pastangų patenkinti kūno poreikius dalis.

Katecholaminai – Streso metu arba esant poreikiui padidinti širdies tūrį, antinksčiai į kraują išskiria hormoną, vadinamą norepinefrinu, tuo pačiu metu suaktyvinama simpatinė nervų sistema, kad padidėtų jūsų širdies susitraukimų dažnis. Dėl šio hormono širdis plaka greičiau, o skirtingai nei simpatinė nervų sistema, kuri siunčia momentinį ir trumpalaikį signalą, į kraują patekęs norepinefrinas padidina širdies susitraukimų dažnį kelioms minutėms ar ilgiau.

Grafinis EKG įrašymas ant popieriaus

EKG paprastai registruojama pagal laiko skalę, kai horizontalioje ašyje yra 0,04 sekundės/mm, o vertikalioje ašyje – 0,1 mv/mm įtampos jautrumas.
Todėl ant standartinio EKG įrašymo popieriaus 1 mažas kvadratas reiškia 0,04 sekundės, o vienas didelis kvadratas – 0,2 sekundės.
Įprastoje EKG bangos formoje P banga reiškia prieširdžių depoliarizaciją, QRS kompleksinę skilvelio depoliarizaciją ir T bangos skilvelio repoliarizaciją.
P - R intervalas imamas nuo P bangos pradžios iki QRS komplekso pradžios. Q - T intervalas imamas nuo QRS komplekso pradžios iki T bangos pabaigos. Tai rodo laiką, per kurį skilveliai depoliarizuojami ir repoliarizuojami. S-T segmentas yra laikotarpis nuo QRS komplekso pabaigos iki T bangos pradžios. Šios fazės metu visos ląstelės paprastai yra depoliarizuojamos.

EKG Normalios vertės

P–R intervalas 0,12–0,2 sekundės (3–5 maži kvadratėliai standartinio EKG popieriaus)
QRS komplekso trukmė yra mažesnė arba lygi 0,1 sekundės (2,5 maži kvadratėliai)
Q – T intervalas, pakoreguotas pagal širdies susitraukimų dažnį (QTc) QTc = QT/RR intervalas mažesnis arba lygus 0,44 sekundės

Vadovaujančios pozicijos

EKG galima naudoti dviem būdais. Galima atlikti 12 laidų EKG, kuri analizuoja širdies elektrinį aktyvumą iš daugelio elektrodų, išdėstytų ant galūnių ir krūtinės srityje. Gali būti aptikta daugybė anomalijų.

Tačiau anestezijos metu EKG stebima naudojant tik 3 (arba kartais 5) elektrodus, kurie suteikia siauresnę širdies elektrinio aktyvumo analizę ir negali suteikti tiek informacijos, kiek gali atskleisti 12 laidų EKG.

Terminas „švinas“, vartojamas atliekant EKG, neapibrėžia elektros kabelių, prijungtų prie paciento elektrodų. Vietoj to tai reiškia 2 elektrodų, naudojamų širdies elektriniam aktyvumui nustatyti, padėtį. Trečiasis elektrodas veikia kaip neutralus.

Anestezijos metu paprastai naudojamas vienas iš 3 galimų „vadų“. Šie laidai vadinami bipoliniais laidais, nes jie matuoja potencialų skirtumą (elektrinį skirtumą) tarp dviejų elektrodų. Elektros aktyvumas, einantis link elektrodo, ekrane rodomas kaip teigiamas (į viršų) nukreipimas, o nukrypstantis elektrinis aktyvumas – kaip neigiamas (žemyn). Laidai pagal susitarimą apibūdinami taip:

I laidas – matuoja potencialų skirtumą tarp dešinės rankos elektrodo ir kairės rankos elektrodo. Trečiasis elektrodas (kairė koja) veikia kaip neutralus.
II laidas – matuoja potencialų skirtumą tarp dešinės rankos ir kairės kojos elektrodo.
III laidas – matuoja potencialų skirtumą tarp kairės rankos ir kairės kojos elektrodo.

Dauguma monitorių vienu metu gali rodyti tik vieną laidą, todėl reikėtų rinktis tą laidą, kuris suteikia kuo daugiau informacijos. Dažniausiai naudojamas II laidas – dvipolis laidas su elektrodais ant dešinės rankos ir kairės kojos. Tai yra pats naudingiausias laidas nustatant širdies aritmijas, nes jis yra arti širdies ašies (bendra elektrinio judėjimo kryptis) ir leidžia geriausiai matyti P ir R bangas.

II Membranos potencialas

Mes nuolat kalbame apie „signalą“ – kas tai yra?

Nurodo įtampą, susidariusią, kai ląstelė atskiria krūvius priešingose membranos pusėse. Tai padeda atskirti priešingus krūvius, taip sukuriant potencialią energiją kaip įtampą.

Jei ląstelės potencialas yra 50 mV, tada ląstelė yra neigiama aplinkinio tarpsluoksnio atžvilgiu.

Apžvalgoje analizuojami daugiafermentinių sistemų panaudojimo elektrocheminiuose biojutikliuose principai ir pagrindiniai tikslai. Kelių fermentų sujungimas leidžia išplėsti aptinkamų medžiagų spektrą, padidinti biojutiklio jautrumą (kai kuriais atvejais keliomis eilėmis) ir pagerinti biojutiklio selektyvumą, kaip parodyta amperometrinių, potenciometrinių ir konduktometriniai biojutikliai. Kaskadinių, ciklinių ir konkurencingų fermentų sistemų pagrindu veikiantys biojutikliai aprašomi kartu su veikimo principais, privalumais, trūkumais ir praktiniu panaudojimu realioms mėginių analizėms įvairiose taikymo srityse (maisto gamyba ir kokybės kontrolė, klinikinė diagnostika, aplinkos monitoringas). Įvertintos komplikacijos ir apribojimai, susiję su daugiafermentinių biojutimų kūrimu. Pateikiamos rekomendacijos dėl naujų daugiafermentinių biosensorių kūrimo pagrįstumo.

Ivanas S. Kučerenko gimė 1989 metais Čerkasuose, Ukrainoje. 2016 m. jis gavo jungtinį biotechnologijos daktaro laipsnį Taraso Ševčenkos Kijevo nacionaliniame universitete (Ukraina) ir Claude Bernard Lyon 1 universitete (Prancūzija). Dabar jis yra NASU Molekulinės biologijos ir genetikos instituto mokslo darbuotojas. Jis kuria elektrocheminius fermentų pagrindu veikiančius biojutiklius medicinos, mokslinių tyrimų ir pramonės reikmėms.

Oleksandras O. Soldatkinas gimė 1982 metais Kijeve, Ukrainoje. 2004 m. įgijo magistro laipsnį Ukrainos nacionalinio aviacijos universiteto „Biotechninių ir medicininių aparatų ir sistemų“ katedroje, o 2009 m. – biotechnologijos mokslų daktaro laipsnį IMBG NASU, kur pirmiausia tęsė savo veiklą biosensorių kūrimo srityje. kaip vadovaujantis inžinierius, vėliau – jaunesnysis mokslinis darbuotojas, dabar – vyresniasis mokslinis tyrinėtojas. Jo mokslinė veikla susijusi su konduktometrinių, potenciometrinių, amperometrinių biosensorių ir multibiosensorių kūrimu.

Sergejus V. Dziadevyčius gimė 1967 metais Kryme, Ukrainoje. 1995 m. jis įgijo biotechnologijos daktaro laipsnį Ukrainos Nacionalinės mokslų akademijos Biochemijos institute (NASU), o 2005 m. – NASU Molekulinės biologijos ir genetikos institute (Kijevas, Ukraina) – biotechnologijos mokslų daktaro laipsnį. Nuo 1995 m. dirbo Molekulinės biologijos ir genetikos instituto Biomolekulinės elektronikos laboratorijoje mokslo darbuotoju, vyresniuoju ir vadovaujančiu mokslo darbuotoju. Jis taip pat dirba to paties instituto direktoriaus pavaduotoju. Jo interesų sritys yra konduktometriniai biojutikliai, ENFET ir amperometriniai biojutikliai.

Aleksejus P. Soldatkinas gimė 1955 metais Ukrainoje. 1978 m. Kijevo valstybiniame universitete (Ukraina) įgijo biochemijos magistro laipsnį. 1985 m. NASU Molekulinės biologijos ir genetikos institute (IMBG) įgijo molekulinės biologijos mokslų daktaro laipsnį, o 1999 m. – biotechnologijos mokslų daktaro laipsnį. Nuo 1978 m. dirbo IMBG inžinieriumi, tyrėju, vyresniuoju ir vadovaujančiu tyrėju. Dabar jis yra IMBG Biomolekulinės elektronikos katedros vadovas. Nuo 1996 m. buvo įvairių tarptautinių projektų, susijusių su fermentiniais elektrocheminiais biojutikliais, vadovas.

CFR – Federalinių taisyklių kodekso 21 antraštinė dalis

Informacija šiame puslapyje yra aktuali 2020 m. balandžio 1 d.

Norėdami gauti naujausią CFR 21 antraštės versiją, eikite į Elektroninį federalinių taisyklių kodeksą (eCFR).

E poskyris – Gamybos ir procesų kontrolė

Sec. 114.90 Metodika.

Parūgštintų maisto produktų pH arba rūgštingumui nustatyti gali būti naudojami šie metodai, bet jais neapsiribojant:

a) Potenciometrinis pH nustatymo metodas – (1) Principai. Terminas "pH" vartojamas rūgštingumo intensyvumui arba laipsniui apibūdinti. PH vertė, vandenilio jonų koncentracijos tirpale atvirkštinės vertės logaritmas, nustatoma išmatuojant potencialų skirtumą tarp dviejų į mėginio tirpalą panardintų elektrodų. Tinkamą sistemą sudaro potenciometras, stiklinis elektrodas ir atskaitos elektrodas. Tikslų pH nustatymą galima atlikti išmatuojant standartinio buferinio tirpalo, kurio pH yra žinomas, elektrovaros jėgą (EMF) ir palyginus tą matavimą su tiriamo tirpalo mėginio emf matavimu.

(2) Instrumentai. Pagrindinis pH nustatymo instrumentas yra pH metras arba potenciometras. Daugeliui darbų būtinas instrumentas su tiesioginio nuskaitymo pH skale. Prekyboje galima įsigyti baterijomis ir linija valdomų prietaisų. Jei linijos įtampa nestabili, linijiniais prietaisais turi būti įrengti įtampos reguliatoriai, kad būtų išvengta skaitiklio skalės rodmenų nukrypimo. Baterijos turi būti dažnai tikrinamos, kad būtų užtikrintas tinkamas baterijų valdomų prietaisų veikimas. Pageidautina, kad prietaisas naudotų išplėstinę skalę arba skaitmeninę nuskaitymo sistemą, nes tai leidžia atlikti tikslesnius matavimus.

(3) Elektrodai. Tipiškame pH matuoklyje yra stiklinės membranos elektrodas ir etaloninis elektrodas arba vieno zondo kombinuotas elektrodas. Galima įsigyti įvairių tipų elektrodų, skirtų specifiniams tikslams. Dažniausiai naudojamas etaloninis elektrodas yra kalomelio elektrodas, kuriame yra druskos tiltelis, užpildytas prisotintu kalio chlorido tirpalu.

i) Elektrodų priežiūra ir naudojimas. Kalomelio elektrodus reikia laikyti pripildytus prisotintu kalio chlorido tirpalu ar kitu gamintojo nurodytu tirpalu, nes išdžiūvus jie gali būti pažeisti. Norint gauti geriausius rezultatus, elektrodus prieš naudojimą keletą valandų reikia mirkyti buferiniame tirpale, distiliuotame arba dejonizuotame vandenyje arba kitame gamintojo nurodytame skystyje ir laikyti paruoštus antgalius, panardintus į distiliuotą vandenį arba buferinį tirpalą, naudojamą standartizavimui. Elektrodai turi būti nuplauti vandeniu prieš panardinant į standartinius buferius ir nuplauti vandeniu arba tirpalu, kuris bus matuojamas vėliau tarp mėginio nustatymo. Matuoklio atsako vėlavimas gali reikšti senėjimo poveikį arba elektrodų užsiteršimą, todėl gali prireikti elektrodus valyti ir atnaujinti. Tai galima atlikti 1 minutei įdedant elektrodus į 0,1 molio natrio hidroksido tirpalą, o po to perkeliant juos į 0,1 molio druskos tirpalą. rūgšties tirpalu 1 minutę. Ciklas turi būti kartojamas du kartus, baigiant elektrodais rūgšties tirpale. Tada prieš standartizavimą elektrodai turi būti kruopščiai nuplauti vandeniu ir nuvalyti minkštu audiniu.

ii) Temperatūra. Norint gauti tikslius rezultatus, reikia palaikyti vienodą elektrodų, standartinių buferinių tirpalų ir mėginių temperatūrą. Bandymai turi būti atliekami 20 laipsnių temperatūroje. ir 30°C, optimalus 25°C. Bet koks temperatūros nustatymas, atliktas be matuoklio kompensavimo, gali turėti įtakos pH vertėms. Galima naudoti automatinį temperatūros kompensatorių.

(iii) Tikslumas. Daugumos pH matuoklių tikslumas yra maždaug 0,1 pH vieneto, o atkuriamumas paprastai yra +/-0,05 pH vieneto arba mažesnis. Kai kurie matuokliai leidžia išplėsti bet kurį pH vieneto diapazoną, kad apimtų visą skalę, jų tikslumas yra maždaug +/-0,01 pH vienetas, o atkuriamumas yra +/-0,005 pH vienetai.

(4) Bendroji pH nustatymo procedūra. Naudodamas prietaisą, operatorius turi vadovautis gamintojo instrukcijomis ir laikytis šių pH nustatymo metodų:

(i) Prieš tęsdami, įjunkite prietaisą ir leiskite elektroniniams komponentams sušilti ir nusistovėti.

ii) Standartizuokite prietaisą ir elektrodus komerciniu būdu paruoštu standartiniu 4,0 pH buferiu arba šviežiai paruoštu 0,05 molio kalio rūgšties ftalato buferiniu tirpalu, paruoštu taip, kaip nurodyta „Oficialių analitinių chemikų asociacijos oficialiuose analizės metoduose“ (AOAC), 13th Edit. (1980), 50.007(c), skirsnyje „Buferiniai tirpalai pH įrangos kalibravimui – oficialus galutinis veiksmas“, kuris įtrauktas kaip nuoroda. Kopijas galima gauti iš AOAC INTERNATIONAL, 481 North Frederick Ave., suite 500, Gaithersburg, MD 20877, arba jas galima peržiūrėti Nacionalinėje archyvų ir įrašų administracijoje (NARA). Norėdami gauti informacijos apie šios medžiagos prieinamumą NARA, skambinkite 202-741-6030 arba apsilankykite šiuo adresu: http://www.archives.gov/federal_register/code_of_federal_regulations/ibr_locations.html. Atkreipkite dėmesį į buferinio tirpalo temperatūrą ir temperatūros kompensatoriaus valdiklį nustatykite į stebimą temperatūrą (kambario temperatūra yra beveik 25 °C).

(iii) Nuplaukite elektrodus vandeniu ir nuvalykite minkštu audiniu, bet nevalykite.

iv) Panardinkite antgalius į buferinį tirpalą ir užfiksuokite pH rodmenis, palikdami maždaug 1 minutę, kad matuoklis nusistovėtų. Sureguliuokite standartizacijos valdiklį taip, kad matuoklio rodmuo atitiktų žinomo buferio pH (pavyzdžiui, 4,0) pagal stebimą temperatūrą. Nuplaukite elektrodus vandeniu ir nuvalykite minkštu audiniu. Kartokite procedūrą su naujomis buferinio tirpalo dalimis, kol instrumentas išliks subalansuotas atliekant du iš eilės bandymus. Norėdami patikrinti pH matuoklio veikimą, patikrinkite pH rodmenį naudodami kitą standartinį buferį, pvz., kurio pH yra 7,0, arba patikrinkite jį naudodami šviežiai paruoštą 0,025 molinio fosfato tirpalą, paruoštą taip, kaip nurodyta AOAC, 13th Ed. (1980), 50.007(e), kuris įtrauktas kaip nuoroda. Šio įtraukimo su nuoroda prieinamumas nurodytas šio skyriaus (a)(4)(ii) papunktyje. Išplėstinės skalės pH matuoklius galima patikrinti naudojant pH 3,0 arba pH 5,0 standartinius buferius. Buferiai ir prietaisai gali būti toliau tikrinami lyginant su vertėmis, gautomis naudojant antrą tinkamai standartizuotą prietaisą.

v) Ar tinkamai veikia indikaciniai elektrodai, pirmiausia galima naudoti rūgštinį, o paskui bazinį buferį. Pirmiausia standartizuokite elektrodus naudodami pH 4,0 buferį 25 °C arba artimoje temperatūroje. Standartizacijos valdymas turi būti sureguliuotas taip, kad skaitiklis rodytų tiksliai 4,0. Elektrodus reikia nuplauti vandeniu, tada nuplauti ir panardinti į pH 9,18 borakso buferį, paruoštą taip, kaip nurodyta AOAC, 13th Edit. (1980), 50.007(f), kuri įtraukta kaip nuoroda. Šio įtraukimo su nuoroda prieinamumas nurodytas šio skyriaus (a)(4)(ii) papunktyje. pH rodmuo turi būti +/-0,3 vieneto nuo 9,18 vertės.

vi) pH matuoklis gali būti patikrintas, ar tinkamai veikia trumpai sutrumpinant stiklo ir etaloninio elektrodo įvestis, taip sumažinant įtampą iki nulio. Kai kuriuose matuokliuose šis trumpinimas atliekamas perjungiant prietaisą į budėjimo režimą, o kituose – naudojant trumpojo jungimo dirželį. Kai prietaisas yra trumpas, standartizacijos valdymas turėtų būti pasuktas iš vieno kraštutinumo į kitą. Ši operacija turėtų sukelti didesnį nei +/-1,5 pH vieneto nuokrypį nuo centrinės skalės.

(5) Mėginių pH nustatymas. i) Sureguliuokite mėginio temperatūrą iki kambario temperatūros (25 °C) ir temperatūros kompensatoriaus valdiklį nustatykite į stebimą temperatūrą. Naudojant kai kuriuos išplėstinės skalės instrumentus, mėginio temperatūra turi būti tokia pati kaip buferinio tirpalo, naudojamo standartizavimui, temperatūra.

(ii) Išskalaukite ir nuvalykite elektrodus. Įmerkite elektrodus į mėginį ir užfiksuokite pH rodmenis, palikdami 1 minutę, kad matuoklis nusistovėtų. Išskalaukite ir nuvalykite elektrodus ir pakartokite su nauja mėginio dalimi. Alyva ir riebalai iš mėginių gali padengti elektrodus, todėl patartina prietaisą dažnai valyti ir standartizuoti. Kai aliejiniai mėginiai sukelia užsiteršimo problemų, gali prireikti nuplauti elektrodus etilo eteriu.

iii) Nustatykite dvi gerai sumaišyto mėginio pH reikšmes. Šie rodmenys turi sutapti vienas su kitu, kad parodytų, jog mėginys yra vienalytis. Praneškite vertes 0,05 pH vieneto tikslumu.

(6) Mėginių paruošimas. Kai kurie maisto produktai gali būti sudaryti iš skystų ir kietų komponentų, kurių rūgštingumas skiriasi, mišinys. Kiti maisto produktai gali būti pusiau kieti. Toliau pateikiami kiekvienos iš šių kategorijų pH bandymo paruošimo procedūrų pavyzdžiai:

i) Skystųjų ir kietųjų komponentų mišiniai. Talpyklos turinį 2 minutes nusausinkite ant JAV standartinio Nr. 8 sietelio (geriausia nerūdijančio plieno), pasvirusio 17–20 laipsnių kampu. Užrašykite skystos ir kietos porcijos svorį ir laikykite kiekvieną porciją atskirai.

( a ) Jei skystyje yra pakankamai alyvos, kad elektrodas užsiterštų, atskirkite sluoksnius dalijamuoju piltuvu ir išlaikykite vandeninį sluoksnį. Alyvos sluoksnį galima išmesti. Sureguliuokite vandeninio sluoksnio temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite jo pH.

( b ) Pašalinkite nusausintas kietąsias medžiagas iš sietelio, sumaišykite iki vientisos masės, nustatykite pastos temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite jos pH.

( c ) Sumaišykite kietųjų ir skystųjų frakcijų alikvotas tokiu pačiu santykiu, koks buvo pradinėje talpykloje, ir sumaišykite iki vientisos konsistencijos. Sureguliuokite mišinio temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite subalansuotą pH.Arba sumaišykite visą talpyklos turinį iki vientisos pastos, nustatykite pastos temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite subalansuotą pH.

ii) Marinuoti naftos produktai. Atskirkite aliejų nuo kieto produkto. Sumaišykite kietąją medžiagą maišytuve iki pastos konsistencijos. Gali prireikti į kai kuriuos mėginius įpilti nedidelį kiekį distiliuoto vandens, kad būtų lengviau maišyti. Nedidelis įpilto vandens kiekis nepakeis daugumos maisto produktų pH, tačiau reikia būti atsargiems, kai vartojami mažai buferiniai maisto produktai. Į kiekvieną 100 gramų produkto negalima įpilti daugiau kaip 20 mililitrų distiliuoto vandens. Nustatykite pH, panardindami elektrodus į paruoštą pastą, sureguliavę temperatūrą iki 25 °C.

iii) Pusiau kieti produktai. Pusiau kietos konsistencijos maisto produktai, tokie kaip pudingi, bulvių salotos ir kt., gali būti maišomi iki pastos konsistencijos, o paruoštos pastos pH gali būti nustatytas. Jei reikia daugiau sklandumo, į 100 gramų produkto galima įpilti 10–20 mililitrų distiliuoto vandens. Paruoštos pastos temperatūrą nustatykite iki 25°C ir nustatykite jos pH.

iv) specialūs produktų mišiniai. Specialiems produktų mišiniams, tokiems kaip antipasto, nupilkite aliejų, likusį produktą sumaišykite iki pastos ir nustatykite sumaišytos pastos pH. Jei reikia daugiau sklandumo, į kiekvieną 100 gramų produkto įpilkite 10–20 mililitrų distiliuoto vandens ir sumaišykite. Paruoštos pastos temperatūrą nustatykite iki 25°C ir nustatykite jos pH.

(7) Proceso pH nustatymas. Paimkite medžiagos mėginius pH nustatymui.

i) Proceso skysčiams sureguliuokite skysčio temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite pH, panardinę elektrodus į skystį.

(ii) Nusausinkite kietas medžiagas ant sietelio ir sumaišykite iki tinkamos pastos. Paruoštos pastos temperatūrą nustatykite iki 25°C ir nustatykite jos pH.

(iii) Jei yra pakankamai kietų medžiagų pastai pagaminti, sumaišykite reprezentatyvias skystų ir kietų medžiagų alikvotas į tinkančią pastą. Paruoštos pastos temperatūrą nustatykite iki 25°C ir nustatykite subalansuotą pH. Arba sumaišykite visą talpyklos turinį iki vientisos pastos, nustatykite pastos temperatūrą iki 25 °C ir nustatykite subalansuotą pH.

b) Kolorimetriniai pH nustatymo metodai. Šis metodas gali būti naudojamas vietoj potenciometrinio metodo, jei pH yra 4,0 arba mažesnis.

(1) Principas. Kolorimetrinis pH nustatymo metodas apima indikatorinių dažų naudojimą tirpaluose, kurie palaipsniui keičia spalvą ribotuose pH intervaluose. Parenkamas indikatorius, kurio spalvos pokytis yra didžiausias esant maždaug tiriamo mėginio pH. pH nustatomas pagal indikatoriaus spalvą, kai jis veikiamas bandomojo mėginio.

(2) Indikatorių sprendimai. Dauguma indikatorinių tirpalų ruošiami kaip 0,04 procento indikatorinio dažiklio tirpalas alkoholyje. Bandymo metu į 10 mililitrų mėginio tirpalo dalis įlašinami keli lašai indikatoriaus tirpalo. Spalvas reikėtų lyginti naudojant šviesų foną. Apytikslius nustatymus galima atlikti ant baltų porcelianinių taškinių lėkščių, ant kurių bandomosios spalvos lyginamos su spalvų standartų rinkiniu. Tikslesnius kolorimetrinius bandymus galima atlikti naudojant lyginamąjį bloką, kuriame yra žinomo pH standartinių indikatorinių tirpalų vamzdelių rinkiniai.

(3) Rodiklio popierius. Popierinė juosta, apdorota indikatoriniais dažais, panardinama į mėginio tirpalą. Priklausomai nuo tirpalo pH, juostos spalva pasikeis ir apytikslį pH galima nustatyti lyginant su standartine spalvų diagrama.

c) Titruojamas rūgštingumas. Priimtini titruojamo rūgštingumo nustatymo metodai aprašyti AOAC, 13th Ed. (1980), 22.060 skirsnyje, skiltyje „Titruojamas rūgštingumas – oficialus galutinis veiksmas“ – „indikacinis metodas“ ir 22.061 skirsnyje „Stiklo elektrodo metodas – oficialus galutinis veiksmas“, kuris įtrauktas kaip nuoroda. Šio įtraukimo su nuoroda prieinamumas nurodytas šio skyriaus (a)(4)(ii) papunktyje. Natrio hidroksido tirpalo paruošimo ir standartizavimo procedūra aprašyta AOAC, 13th Ed. (1980), 50.032–50.035 skirsniai, poskyryje „Natrio hidroksidas – oficialus galutinis veiksmas“ pagal „Standartinį kalio hidroksido ftalato metodą“, kuris taip pat įtrauktas kaip nuoroda ir prieinamas, kaip nurodyta (a)(4)(ii) pastraipoje. šio skyriaus.

Ribotas judesių diapazonas

Ribotas judesių diapazonas yra terminas, vartojamas, kai sumažėja sąnario gebėjimas judėti. Tai gali būti dėl minkštųjų audinių, esančių aplink sąnarį, sužalojimų. Jį taip pat gali sukelti tokios ligos kaip osteoartritas, reumatoidinis artritas ar kitų tipų artritas.

Sąnario judesių diapazono atkūrimas yra vienas iš pirmųjų traumų reabilitacijos etapų. Kineziterapeutai dažnai kiekvienam sąnariui skiria specifinius ROM pratimus.

Kiekvienas sąnarys turi įprastą ROM, o kiekvienas žmogus turi skirtingą gebėjimą jį pasiekti. Sąnariai palaiko subalansuotą judesių diapazoną reguliariai naudojant ir tempiant aplinkinius minkštuosius audinius (raumenis, sausgysles ir raiščius). Vos 10 minučių tempimo tris kartus per savaitę gali padėti pagerinti judesių diapazoną.

Tyrimas parodė, kad ROM gali būti šiek tiek padidinta tempiant šilumą. Sveikų asmenų, kurie skundėsi įtemptais raumenimis, šiek tiek pagerėjo judesių amplitudė kaitinant ir tempiant, palyginti su tais, kurie tik tempė.

Naujos kartos baterijas gali sukurti virusai

Norėdami atšaukti šį straipsnį, apsilankykite Mano profilis, tada Peržiūrėkite išsaugotas istorijas.

Virusų savybes būtų galima pritaikyti nanoinžinerijai, selektyviai perprogramuojant jų DNR, kad ji veiktų kaip baterijų elektroduose naudojamų medžiagų karkasas. Iliustracija: Casey Chin

Norėdami atšaukti šį straipsnį, apsilankykite Mano profilis, tada Peržiūrėkite išsaugotas istorijas.

2009 m. MIT bioinžinerijos profesorė Angela Belcher nuvyko į Baltuosius rūmus demonstruoti nedidelę bateriją prezidentui Barackui Obamai, kuriam buvo vos du mėnesiai nuo pirmosios kadencijos. Nėra daug baterijų, kurios galėtų sudominti laisvojo pasaulio lyderį, tačiau tai nebuvo jūsų kasdienis energijos maišelis. Belcheris naudojo virusus, kad surinktų ličio jonų akumuliatoriaus teigiamus ir neigiamus elektrodus – tai buvo inžinerinis proveržis, kuris pažadėjo sumažinti baterijų gamybos proceso toksiškumą ir padidinti jų našumą. Obama ruošėsi paskelbti apie 2 mlrd.

Praėjus dešimtmečiui po to, kai Belcher demonstravo savo bateriją Baltuosiuose rūmuose, jos virusinis surinkimo procesas sparčiai pažengė į priekį. Ji sukūrė virusus, kurie gali dirbti su daugiau nei 150 skirtingų medžiagų, ir parodė, kad jos technika gali būti naudojama kitoms medžiagoms, pavyzdžiui, saulės elementams, gaminti. Belcher svajonė važinėtis „virusu varomame automobilyje“ vis dar neišsipildė, tačiau po ilgų darbo metų ji ir jos kolegos iš MIT ruošiasi perkelti technologiją iš laboratorijos į realų pasaulį.

Kaip mikroskopiniai gamtos zombiai, virusai kerta gyvųjų ir mirusiųjų takoskyrą. Juose gausu DNR, visų gyvų būtybių skiriamojo požymio, tačiau jie negali daugintis be šeimininko, o tai atima juos iš kai kurių gyvenimo apibrėžimų. Tačiau, kaip parodė Belcheris, šias savybes galima pritaikyti nanoinžinerijai, kad būtų gaminamos baterijos, kurių energijos tankis, tarnavimo laikas ir įkrovimo greitis yra geresnis, o jas galima gaminti ekologiškai.

„Didėja susidomėjimas baterijų sritimi, siekiant ištirti nanostruktūros medžiagas baterijų elektrodams“, – sako Konstantinos Gerasopoulos, vyresnysis mokslininkas, dirbantis su pažangiomis baterijomis Johnso Hopkinso taikomosios fizikos laboratorijoje. „Yra keletas būdų, kaip nanomedžiagas galima pagaminti naudojant įprastus chemijos metodus. Biologinių medžiagų, tokių kaip virusai, naudojimo pranašumas yra tas, kad jie jau egzistuoja tokia „nano“ forma, todėl iš esmės yra natūralus baterijų medžiagų sintezės šablonas arba karkasas.

Gamta atrado daugybę būdų, kaip sukurti naudingas struktūras iš neorganinių medžiagų be virusų. Mėgstamiausias Belcherio pavyzdys yra abalo kiautas, kuris yra labai struktūrizuotas nanoskalėje, lengvas ir tvirtas. Per dešimtis milijonų metų abalonas išsivystė taip, kad jo DNR gamina baltymus, kurie iš mineralų turtingos vandens aplinkos išskiria kalcio molekules ir nusodina jį tvarkingais sluoksniais ant jo kūno. Abalonas niekada nespėjo statyti baterijų, tačiau Belcheris suprato, kad tą patį esminį procesą galima įgyvendinti virusuose, kad būtų sukurtos naudingos medžiagos žmonėms.

"Mes kūrėme biologiją, kad galėtume kontroliuoti nanomedžiagas, kurios paprastai nėra auginamos biologiškai", - sako Belcheris. „Mes išplėtėme biologijos priemonių rinkinį, kad galėtume dirbti su naujomis medžiagomis.

Pasirinktas Belcher virusas yra M13 bakteriofagas, cigaro formos virusas, kuris dauginasi bakterijose. Nors tai nėra vienintelis virusas, kuris gali būti naudojamas nanoinžinerijai, Belcher sako, kad jis veikia gerai, nes jo genetine medžiaga lengva manipuliuoti. Norėdama pakviesti virusą elektrodų gamybai, Belcher paveikia jį medžiaga, kuria ji nori, kad jis būtų manipuliuojamas. Natūralios arba sukurtos kai kurių virusų DNR mutacijos privers juos prisitvirtinti prie medžiagos. Tada Belcher išskiria šiuos virusus ir naudoja juos bakterijoms užkrėsti, todėl susidaro milijonai identiškų viruso kopijų. Šis procesas kartojamas vėl ir vėl, o su kiekviena iteracija virusas tampa labiau suderintu akumuliatoriaus architektu.

Belcherio genetiškai modifikuoti virusai negali atskirti akumuliatoriaus anodo nuo katodo, bet jiems to nereikia. Jų DNR užprogramuota atlikti tik paprastą užduotį, tačiau kai milijonai virusų kartu atlieka tą pačią užduotį, jie gamina tinkamą medžiagą. Pavyzdžiui, genetiškai modifikuotas virusas gali būti sukurtas taip, kad ant jo paviršiaus išreikštų baltymą, kuris pritraukia kobalto oksido daleles, kad padengtų jo kūną. Viruso paviršiuje esantys papildomi baltymai pritraukia vis daugiau kobalto oksido dalelių. Tai iš esmės sudaro kobalto oksido nanolaidą, pagamintą iš susietų virusų, kurie gali būti naudojami akumuliatoriaus elektrode.

Belcherio procesas suderina DNR sekas su periodinės lentelės elementais, kad sukurtų pagreitintą nenatūralios atrankos formą. Vienu būdu koduojant DNR, virusas gali užsikrėsti geležies fosfatu, tačiau, jei kodas pakeičiamas, virusas gali teikti pirmenybę kobalto oksidui. Metodas gali būti išplėstas iki bet kurio periodinės lentelės elemento, tereikia rasti ją atitinkančią DNR seką. Šia prasme tai, ką Belcher daro, nėra taip toli nuo selektyvaus veisimo, kurį atlieka šunų augintojai, kad sukurtų norimų estetinių savybių turinčius kačiukus, kurių vargu ar kada nors atsirastų gamtoje. Tačiau užuot veisęs pudelius, Belcheris veisia bateriją kuriančius virusus.

Belcher panaudojo savo virusinę surinkimo techniką, kad pagamintų elektrodus ir įdiegtų juos įvairių tipų baterijose. Elementas, kurį ji demonstravo Obamai, buvo standartinis ličio jonų elementas, kurį galite rasti laikrodyje, ir buvo naudojamas mažam šviesos diodui maitinti. Tačiau dažniausiai Belcher naudojo elektrodus su egzotiškesnėmis cheminėmis medžiagomis, tokiomis kaip ličio oro ir natrio jonų baterijos. Priežastis, anot jos, ta, kad nematė prasmės konkuruoti su nusistovėjusiais ličio jonų gamintojais. „Mes nesistengiame konkuruoti su dabartinėmis technologijomis“, - sako Belcheris. „Mes žiūrime į klausimą: „Ar biologija gali būti naudojama sprendžiant kai kurias iki šiol neišspręstas problemas?

Vienas iš perspektyvių pritaikymų yra naudoti virusus kuriant labai tvarkingas elektrodų struktūras, kad sutrumpėtų jonų kelias, kai jis juda per elektrodą. Tai padidintų akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo greitį, kuris yra „vienas iš energijos kaupimo „šventųjų gralių“, – sako Ilinojaus universiteto Medžiagų tyrimų laboratorijos direktorius Paulas Braunas. Iš esmės, anot jo, virusų surinkimas gali būti naudojamas žymiai pagerinti akumuliatoriaus elektrodų struktūrą ir padidinti jų įkrovimo greitį.

Iki šiol Belcher virusiškai surinkti elektrodai turėjo iš esmės atsitiktinę struktūrą, tačiau ji ir jos kolegos stengiasi įtikinti virusus į labiau tvarkingą tvarką. Nepaisant to, jos virusais maitinamos baterijos veikė taip pat arba geriau nei su elektrodais, pagamintais naudojant tradicines gamybos technologijas, įskaitant geresnę energijos talpą, ciklo tarnavimo laiką ir įkrovimo greitį. Tačiau Belcher sako, kad didžiausias virusinio surinkimo pranašumas yra tai, kad jis yra ekologiškas. Tradiciniai elektrodų gamybos būdai reikalauja darbo su toksiškomis cheminėmis medžiagomis ir aukšta temperatūra. Belcheriui reikia tik elektrodų medžiagų, kambario temperatūros vandens ir kai kurių genetiškai modifikuotų virusų.

„Dabar mano laboratorija yra visiškai susitelkusi – bando gauti švariausią technologiją“, – sako Belcheris. Tai apima, pavyzdžiui, tai, kur gaunama iškasama elektrodams skirta medžiaga, ir atliekos, susidarančios gaminant elektrodus.

Belcher dar nepateikė šios technologijos rinkai, tačiau sako, kad ji ir jos kolegos peržiūri keletą dokumentų, kuriuose parodyta, kaip technologija gali būti komercializuota energijai ir kitoms reikmėms. (Ji atsisakė įsigilinti į specifiką.)

Kai Belcher pirmą kartą pasiūlė, kad šias DNR valdomas surinkimo linijas būtų galima panaudoti žmonėms naudingiems daiktams kurti, ji susidūrė su dideliu kolegų skeptiškumu. „Žmonės man sakė, kad aš išprotėjau“, - sako ji. Idėja nebėra tokia išgalvota, tačiau iš laboratorijos perkelti procesą į realų pasaulį pasirodė sudėtinga. „Tradicinėje baterijų gamyboje naudojamos nebrangios medžiagos ir procesai, tačiau virusų inžinerijos našumui ir mastelio keitimo problemoms spręsti prireiks metų tyrimų ir susijusių išlaidų“, – sako Indianos universiteto Bloomingtono chemijos profesorius Bogdanas Dragnea. „Mes tik neseniai pradėjome suprasti galimą virusų pagrindu pagamintų medžiagų laikymąsi iš fizinių savybių perspektyvos.

Belcher jau įkūrė dvi įmones, remdamasi savo darbu su virusiniu surinkimu. „Cambrios Technologies“, įkurta 2004 m., naudoja virusų įkvėptą gamybos procesą, kad sukurtų jutiklinių ekranų elektroniką. Antroji jos įmonė Siluria Technologies naudoja virusus procese, kurio metu metanas paverčiamas etilenu – dujomis, plačiai naudojamomis gamyboje. Vienu metu Belcheris taip pat naudojo virusus saulės elementams surinkti, tačiau ši technologija nebuvo pakankamai efektyvi, kad galėtų konkuruoti su naujais perovskitiniais saulės elementais.

Širdies raumenų kanalai

Siurbliai ir transporteriai - Širdies ląstelės taip pat turi tokių pat tipų siurblius ir transporterius, kaip ir skeleto raumenų ląstelės. Visų pirma jie turi:
1) Na+/K+ ATPazės siurblys – Na+ ir K+ elektrocheminiams gradientams nustatyti.
2) Ca+2 ATPazės siurblys – naudoja energiją iš ATP, kad pašalintų 2 Ca+2 iš ląstelės vidaus į išorę arba į sarkoplazminį tinklą, kad užtikrintų, jog vidinė Ca+2 koncentracija išliks žema (10 -7 mM vidinė). Kai kurios širdies ląstelės (pvz., žemesni stuburiniai gyvūnai, bestuburiai) neturi didelio sarkoplazminio tinklo, todėl dauguma Ca+2, kuris naudojamas susitraukimui sukelti, yra iš tarpląstelinių šaltinių.
3) Na+/Ca+2 kotransporteris – taip pat pašalina Ca+2 iš ląstelės vidaus ir naudoja 3 Na+ molekulių kotransportavimo energiją 1 Ca+2 eksportui.

Kanalai - širdies raumens ląstelės turi daug tų pačių jonų kanalų kaip neuronai ir skeleto raumenų ląstelės.
1) nuotėkio kanalai – nuotėkis K+ kanalas
2) nuo įtampos priklausomi Na+ kanalai – yra griaučių raumenų įtampa valdomas Na+ kanalas, kurio savybės labai panašios į neuronų įtampos valdomo Na+ kanalo, kurį jau aptarėme ilgai. TTX – jautrus, kaip matėme aukščiau. Žinoma, šis kanalas yra atsakingas už veikimo potencialo sukūrimą. Atsivėrus, Na+ antplūdis per kanalą dar labiau depoliarizuoja membraną, atverdamas daugiau Na+ kanalų ir šis atsinaujinimo ciklas tęsiasi tol, kol Na+ kanalai pradeda inaktyvuoti ir uždelstas K+ kanalas pradeda atsidaryti.
3) įtampos valdomas K+ kanalas – uždelsto lygintuvo K+ kanalas, kurį jau matėme lygiai tokias pat savybes turinčiuose neuronuose. Kitaip tariant, turi aukštą slenkstį ir jai reikia stiprios depoliarizacijos, kad atsidarytų, ir ji veikia taip, kad membrana sugrąžintų į ramybės potencialą.
4) įtampos valdomi Ca+2 kanalai – širdies ląstelėse Ca+2 kanalas vaidina daug didesnį vaidmenį veikimo potencialo metu. Šie kanalai yra aukšto slenksčio Ca+2 kanalai, vadinami L kanalu arba DHP (dihidropiridino) kanalu). Širdies DHP kanalas yra labai panašus į skeleto raumenų DHP Ca + 2 kanalą ir yra koncentruotas T kanalėliuose tose širdies ląstelėse, kuriose yra daug T kanalėlių ir SR.

Veikimo potencialas skilvelių (ir prieširdžių) širdies ląstelėse

Aukščiau pateikta diagrama yra veikimo potencialas, įrašytas širdies skilvelio širdies ląstelėje.
4) Ramybės potencialas šiose ląstelėse nustatomas dėl didelio K+ pralaidumo, atsirandančio dėl nuotėkio K+ kanalo ir įtampos valdomo K+ kanalo (vadinamo vidinio lygintuvo K+ kanalo), kuris yra atviras ramybės būsenoje, derinio. Tai reiškia, kad poilsis labai artimas EK+.
0) Veiksmo potencialo didėjimo fazę nustato nuo įtampos priklausomas širdies Na+ kanalas, kurio savybės labai panašios į neuronų ir skeleto raumenų įtampos valdomų Na+ kanalų.
1-2) Kai įtampa reguliuojami Na+ kanalai sukuria kylančią fazę ir pradeda inaktyvuoti, atsidarys du kanalai, relės lygintuvo K+ kanalas ir nuo įtampos priklausomas Ca+2 kanalas (L arba DHP kanalas). Šiose ląstelėse yra daug Ca+2 kanalų, todėl šis kanalas dominuoja membranos potenciale, sukeldamas ilgą depoliarizacijos plynaukštę. Šis plokščiakalnis yra pusiausvyra tarp atvirų Ca+2 kanalų ir atvirų K+ kanalų. Atminkite, kad Ca+2 kanalas inaktyvuojasi tik lėtai, todėl šis plokščiakalnis gali išlikti 100–200 msek.
3) Galiausiai dabar dominuos nuo įtampos priklausomas Ca+2 kanalas neaktyvus ir nuo įtampos priklausomi K+ kanalai, o membranos potencialas persipoliarizuos į ramybės būseną (EK+ šiose ląstelėse). Tada nuo įtampos priklausomi K+ kanalai užsidarys, nuo įtampos priklausomi Na+ kanalai persijungs iš neaktyvios į uždarą būseną, o membrana grąžinama į 4) ir vėl pasirengusi šaudyti.

Ilgas Ca + 2 plokščiakalnis leidžia Ca + 2 ląstelėje pakankamai pakilti, kad susitrauktų tose širdies ląstelėse, kurios priklauso nuo išorinių Ca + 2 šaltinių.

Veikimo potencialas sinoatrialinėse širdies ląstelėse

Sinoatrinės ląstelės turi galimybę spontaniškai suaktyvinti veikimo potencialą pakartotinai be jokios išorinės įtakos. Šios ląstelės yra širdies stimuliatoriaus ląstelės, o kai šiose ląstelėse užsidega veikimo potencialas, jis per tarpines jungtis išplinta į kitus širdies regionus, pirmiausia į prieširdžių ląsteles, o vėliau patenka į skilvelių ląsteles.

Veikimo potencialo generavimas šiose ląstelėse yra labai panašus į skilvelių širdies ląsteles su keliomis pagrindinėmis išimtimis.
1) Šios ląstelės neturi stabilaus poilsio.Vyksta spontaniška lėta depoliarizacija, dėl kurios membrana nuo -60 mV iki veikimo potencialo slenksčio (apie -40 mV).
2) Veikimo potencialą lemia įtampa reguliuojamas Ca+2 kanalas daugumoje SA elementų. Kylanti fazė atsiranda dėl įtampos valdomo Ca + 2 kanalo (vėl L arba DHP kanalo) atidarymo, todėl ji yra lėtesnė nei kitose sužadinamose ląstelėse.
3) Ca+2 kanalui inaktyvuojant membraną repoliarizuoja uždelsto lygintuvo Ka+ kanalas, kaip ir kitose sužadinamose ląstelėse.
4) Dėl to, kad šios ląstelės spontaniškai depoliarizuojasi, kai atidėtas K+ kanalas užsidaro, yra jonų kanalas, kuris aktyvuojamas hiperpoliarizuojant. Kitaip tariant, kanalas, kuris atsidaro, kai membrana tampa repoliarizuota ir leidžia Na+ tekėti į ląstelę. (Kai kurioje literatūroje vadinamas juokingu kanalu). Todėl Na+ antplūdis depoliarizuos membraną, atverdamas nuo įtampos priklausančius Ca+2 kanalus ir tuo pačiu uždarydamas juokingą kanalą.

Juokingas kanalas: Šis neįprastas katijonų kanalas aktyvuojamas hiperpoliarizuojant. Kai membrana po veikimo potencialo repoliarizuojasi, juokingojo kanalo atsidarymo slenkstis pasiekiamas ties maždaug -50 mV. Kanalas atsidaro ir leidžia Na+ perferenciškai tekėti į ląstelę. Juokingasis kanalas taip pat vadinamas HCN kanalu arba hiperpoliarizacija, cikliniu nukleotidu valdomu jonų kanalu. Kaip matysime, cAMP gali turėti dramatišką įtaką šiam kanalui ir perkelti jo aktyvavimo slenkstį nuo -50 mV iki -40 mV. Juokingas kanalas iš tikrųjų labai panašus į įtampos valdomą K+ kanalą, tačiau jo poros, leidžiančios patekti į Na+, ir įtampos jutimo / atidarymo mechanizmas skiriasi.

Viską sudėti, kad sumuštų širdis

Širdies sužadinimo ir elektros laidumo sistema yra atsakinga už širdies raumens susitraukimą ir atsipalaidavimą

Dešiniajame prieširdyje prie viršutinės tuščiosios venos yra sinusinis mazgas (sinoatrialinis arba SA mazgas), kurį sudaro specializuotos raumenų ląstelės. SA mazginės ląstelės yra savaiminio sužadinimo, širdies stimuliatoriaus ląstelės. Žmonėms jie sukuria veikimo potencialą maždaug 70 kartų per minutę (jūsų širdies plakimas). Iš sinusinio mazgo aktyvacija plinta visame prieširdžiuose, bet negali plisti tiesiai per ribą tarp prieširdžių ir skilvelių, kaip minėta aukščiau. Ši riba skirta užtikrinti vėlavimą tarp prieširdžių ir skilvelių aktyvavimo. Kitaip tariant, impulsas šiuo metu yra atidėtas, kad būtų galima visiškai ištuštinti prieširdžius prieš skilvelių susitraukimą.

Atrioventrikulinis mazgas (AV mazgas) yra prie ribos tarp prieširdžių ir skilvelių. Normalioje širdyje AV mazgas yra vienintelis laidumo kelias iš prieširdžių į skilvelius. Iš AV mazgo į skilvelius plinta specializuotos raumenų ląstelės, vadinamos Hiso pluoštu, kuris atlieka signalų sistemą. Toliau ryšulėlis atsiskiria į dvi ryšulio šakas, kurios eina išilgai kiekvienos pertvaros pusės, sudarydamos dešinę ir kairę ryšulio šakas. Dar distaliau ryšuliai suskyla į Purkinje skaidulas, kurios šakojasi ir liečiasi su vidinėmis skilvelių sienelių pusėmis. Iš vidinės skilvelio sienelės pusės šios aktyvacijos vietos sukelia depoliarizacijos bangos susidarymą, kuri sklinda tarpo jungtimis tarp skilvelio ląstelių link išorinės sienelės. Po to, kai kiekviena skilvelio raumenų sritis depoliarizuojasi, įvyksta repoliarizacija.

Elektrokardiograma - EKG

Skirtingas širdies generuojamas potencialas gali būti matuojamas naudojant elektrokardiogramą. Elektrokardiograma yra elektrinių potencialų, susidarančių širdies veiklos metu, registravimas. Potencialai ("bangos") registruojami elektrodais, uždedamais ant tam tikrų kūno dalių ir matuoja potencialo pokyčius (mV). Paprastai naudojami dvylika elektrodų, dedami tam tikrose kūno vietose.

Nerdy pastaba: 1924 m. Willemas Einthovenas buvo apdovanotas Nobelio fiziologijos ar medicinos premija ". už jo elektrokardiogramos mechanizmo atradimą."

EKG kreivė atspindi ją registruojančio elektrodo perspektyvą. Standartinis, matomas žemiau, yra iš standartinio I, II ir III laidų. EKG kreivė turi skirtingas charakteristikas, priklausomai nuo ją įrašančio elektrodo vietos. Neigiamas nuokrypis rodo, kad užfiksuota banga nukeliavo nuo elektrodo, o teigiamas nukreipimas reiškia, kad ji nukeliavo link jo.

P banga – impulsas generuojamas sinoatrialiniame mazge ir pasklinda abiejuose prieširdžiuose, todėl jie susitraukia.
delsimas – Fibro-riebalinis atrioventrikulinis griovelis izoliuoja skilvelius nuo prieširdžių impulso. AV mazgas yra vieninteliai normalūs laidumo vartai į skilvelius.
QRS banga – impulsas sklinda AV pluoštu, jis išsišakoja ir pasiekia Purkinje skaidulas. Skilveliai skatinami susitraukti.
T banga – koreliuoja su skilvelių repoliarizacija.

Širdies raumens funkcijos modifikavimas: padažnėjęs širdies susitraukimų dažnis

Neuromediatorių išsiskyrimas iš autonominės nervų sistemos gali padidinti arba sumažinti širdies susitraukimus, tiesiogiai paveikdamas juokingą kanalą ar kitus jonų kanalus membranoje. Pagalvokite apie fiziologines reakcijas, susijusias su adrenalinu (epinefrinu).

Epinefrinas ir norepinefrinas : išsiskiria iš simpatinės nervų sistemos. Adrenaliną ir norepinefriną sintetina ir į kraują išskiria antinksčių smegenys – endokrininis organas. Epinefrinas ir susijęs norepinefrinas yra sintetinami iš tirozino ir juose yra katecholio dalis, todėl jie vadinami katecholaminais. Nervai, kurie sintetina ir naudoja epinefriną ar norepinefriną, vadinami adrenerginiais.

Adrenerginiai receptoriai: suriša epinefriną ir norepinefriną. Kadangi skirtingi receptoriai yra susieti su skirtingais G baltymais, aktyvinimas sukelia skirtingas signalo perdavimo kaskadas. Pavyzdžiui, norepinefrino prisijungimas prie beta adrenerginių receptorių nervų ląstelėse sukelia Gs aktyvavimą ir cAMP sintezės padidėjimą. Kiti neuronų adrenerginiai receptoriai aktyvuoja Gi, Go ar kitų tipų G baltymus, todėl sumažėja cAMP lygis arba padidėja kitų intracelulinių antrųjų pasiuntinių, tokių kaip cGMP, inozitolio 1,4,5-trifosfatas (IP3), lygis. diacilglicerolis ir arachidono rūgštis. Kai kurie antrieji pasiuntiniai, tokie kaip cGMP ir IP3, veikia tiesiogiai atidarydami arba uždarydami jonų kanalus neuronuose IP3, pavyzdžiui, atveria Ca2+ kanalus endoplazminio tinklo membranoje, sukeldami citozolinio Ca2+ padidėjimą. Kiti antrieji pasiuntiniai labiau netiesiogiai veikia jonų kanalą.

Sinoatrialinėse ląstelėse : norepinefrinas jungiasi prie b-adrenerginio receptoriaus, kuris yra su G baltymu susijęs membraninis receptorius. Tai suaktyvina toliau aprašytą signalo perdavimo kaskadą, kuri suaktyvina G baltymą (Gs – stimuliuoja), kuris aktyvuoja adenilato ciklazę, kad susidarytų cAMP.

Beta blokatoriai: Vaistai, vartojami širdies susitraukimams sulėtinti gydant širdies aritmiją ir krūtinės anginą, yra beta1 adrenerginių receptorių antagonistai. Jie sujungia beta1 adrenerginius receptorius, blokuodami receptorius ir taip sulėtindami širdies susitraukimus. Širdies raumens ląstelės turi beta1 adenerginius receptorius. Beta blokatoriai paprastai mažai veikia kitų tipų ląstelių beta adrenerginius receptorius. Bronchų kanalus išklojančios lygiųjų raumenų ląstelės turi b2 receptorius, kurie tarpininkauja atsipalaidavimui surišdami katecholaminus, kurių afinitetas yra izoproterenolis >> epinefrinas = norepinefrinas. Astmos gydymui naudojami selektyvūs b2 receptoriams agonistai, tokie kaip terbutalinas, nes jie specifiškai tarpininkauja bronchų, mažų plaučių kvėpavimo takų, atidarymui.

Juokingo kanalo moduliavimas

Autonominių agonistų poveikis spontaniniam aktyvumui ir hiperpoliarizacijos aktyvuotai srovei (If) triušio širdies sinoatrialinio mazgo (SAN) miocituose.
Spontaniniai veikimo potencialai, užregistruoti kontrolinėmis sąlygomis ir esant izoprenalinui (Iso) arba acetilcholinui (ACh).
Naujienos Physiol Sci (2002) 17: 32-37.

Per G baltymus susietus receptorius įvairūs hormonai/neurotransmiteriai arba vaistai gali padidinti arba sumažinti širdies susitraukimų dažnį tiesiog padidindami arba sumažindami juokingojo kanalo gebėjimą atsidaryti.

CAMP padidėjimas fiziškai susieja su juokingu kanalu ir leidžia lengviau atidaryti kanalą. Kitaip tariant, atsidarymo slenkstis pasislenka nuo maždaug -50 mV iki maždaug -40 mV. Todėl sinoatrialinio veikimo potencialo repoliarizacijos stadijoje greičiau atsidarys juokingas kanalas ir greičiau įsijungs antrasis veikimo potencialas. Tai reiškia, kad antroji veikimo potencialo banga ir susitraukimas praeis per širdį greičiau, ty. greitesnis širdies ritmas.

Ca+2 kanalo moduliavimas

Epinefrinas taip pat sukelia cAMP padidėjimą, kuris stimuliuoja PKA (baltymų kinazę A), kuri savo ruožtu fosforilina nuo įtampos priklausomą Ca+2 kanalą (L kanalą). Šis fosforilinimas sukelia baltymų konformacinius pokyčius, kurie pagerina kanalų aktyvumą. Ši nauja Ca+2 kanalo konformacija atsidaro lengviau (ty mažiau laiko tarp veikimo potencialų) ir atsidaro ilgiau (ty daugiau Ca+2 srauto į ląstelę = didesnis [Ca+2] intracelulinis = didesnis susitraukimas).

[Pastaba: Epinefrinas taip pat skatina glikogeno skaidymą skeleto raumenyse. Adrenalinas, prisijungdamas prie su G baltymu susijusių receptorių, sukelia G baltymo stimuliavimą glikogeno fosforilazės kinze. Kaip rodo jo pavadinimas, glikogeno fosforilazės kinazė fosforilina glikogeno fosforilazę, kad suaktyvintų šį fermentą. Kaip visi prisimenate, glikogeno fosforilazė paima glikogeną ir suskaido jį į gliukozės 1-fosfatą, kad pradėtų glikolizę. Glikogeno fosforilazės kinazę gali stimuliuoti du mechanizmai G baltymo ir Ca+2 padidėjimo viduje ir tokiu būdu koncentruoto aktyvumo laikotarpiais gali būti mobilizuojamos raumenų glikogeno energijos atsargos.]

Kofeinas: blokuoja fosfodiesterazių aktyvumą. Fosfodiesterazės skaido ciklinius nukleotidus. Todėl esant kofeinui cAMP lygis išlieka padidėjęs, todėl juokingas kanalas ir toliau lengviau atsidaro. Todėl sinoatrialinis veikimo potencialas suveikia dažniau ir padažnėja širdies susitraukimų dažnis.

[Pastaba:Kofeinas taip pat veikia Ca+2 išsiskyrimo kanalą arba rianodino receptorius, todėl per kanalą išsiskiria daugiau Ca+2. Todėl širdies susitraukimai yra stipresni ir esant kofeinui.]

Širdies raumens funkcijos modifikavimas: sumažėjęs širdies susitraukimų dažnis

Acetilcholinas: išsiskiria iš parasimpatinės nervų sistemos.

Muskarino acetilcholino receptoriai: su G baltymu susijęs receptorius. Šiuo atveju aktyvuotas G baltymas yra Gi a subvienetas, kuris slopina adenilato ciklazę.

Juokingo kanalo moduliavimas

Acetilcholinas blokuoja bet kokį cAMP padidėjimą ir sumažina cAMP kiekį ląstelėje. Todėl juokingas kanalas dabar neatsidarys taip lengvai, o lėta membranos depoliarizacija įvyks vėliau, todėl bus ilgesnis laikas sukurti antrąjį veikimo potencialą.

Įtampos valdomų K+ kanalų moduliavimas

Acetilcholinas taip pat veikia per muskarino receptorius, skatindamas K+ kanalo atidarymą. Muskarino receptorius skatina G baltymo beta/gama išsiskyrimą, kuris tiesiogiai aktyvuoja K+ kanalą. Kanalo atidarymas slopina membranos jaudrumą ir taip slopina raumenų ir širdies susitraukimus

Skaitmeninis

Konkrečiai slopina Na+/K+ siurblį, blokuodamas jo defosforilinimą
Digitalis ir ouabainas yra steroidai, gauti iš augalų, kurie yra Na+-K+ siurblio inhibitoriai. Dėl stipraus poveikio širdžiai jie žinomi kaip kardiotoniniai steroidai. Jie slopina fosforilintos ATPazės formos defosforilinimą, kai naudojami ant tarpląstelinio membranos paviršiaus.

Digitalis padidina širdies raumens susitraukimo jėgą ir yra vaistas, vartojamas staziniam širdies nepakankamumui gydyti. Na+/K+ siurblio slopinimas rusmenės sukelia didesnį Na+ lygį ląstelės viduje. Tai lemia mažiau palankią DeltaG Na+ transportavimui. Sumažėjęs Na+ gradientas lemia lėtesnį Ca2+ ekstruziją natrio-kalcio keitikliu.

Širdies raumens ląstelėse Na+/Ca2+ antiporteris yra pagrindinis būdas, kuriuo ląstelė palaiko mažą Ca2+ koncentraciją citozolyje. Trijų Na+ jonų judėjimas reikalingas, kad vienas Ca2+ jonas būtų eksportuotas prieš didesnį nei 10 000 kartų koncentracijos gradientą tarp ląstelės vidaus ir išorės.

Viduląstelinio Ca2+ lygio padidėjimas padidina širdies raumens susitraukimą (atminkite, kad susitraukimų intensyvumas yra tiesiogiai susijęs su mioplazminiu Ca+2 lygiu).