Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30) snímek 2 prezentace 5 Dnešní prezentace se lehce dotýká obecné elektrofyziologie tkání. Na konci se podíváme na elektrické orgány paryb a ryb, čímž už se přesuneme k poslednímu celku této přednášky – k obecné elektrofyziologii prostorových vodičů (celých organismů). Tkáň lze definovat jako soubor buněk stejného embryonálního původu sdružených k tomu, aby plnily nějakou (specializovanou) funkci. Tkáň může obsahovat všechny buňky typově stejné, nebo i více různých typů. Nositelem specializované funkce pak bývá jeden typ buněk, další typy (často i morfologicky a funkčně poněkud odlišné) tuto funkci podporují. Z hlediska elektrofyziologickýh projevů tkání můžeme rozlišit A) Tkáň tvořenou apolárními buňkami Pokud takovou tkáň umístíme do elektrického obvodu (připojíme dva póly voltmetru na různé konce tkáně), nenaměříme mezi různými místy takové tkáně žádný potenciálový rozdíl, dokonce ani tehdy, jsou-li buňky náhodně polarizované a oscilující (vektorový součin je = 0). B) Tkáň složená z buněk tvořících dipóly
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
-
+
+
+ + + + + +
-
Zapojením takové tkáně do obvodu naměříme v různých místech určitý potenciálový rozdíl, ať už tkáň tvořená dipóly umístěnými v sérii (vlevo) nebo paralelně (vpravo):
suma dipólů
1 dipól
Typickou polarizovanou tkání je žabí kůže (dále epitely...). Žába má schopnost aktivně + transportovat Na : je to hlavní extracelulární kation a ve sladké vodě je ho málo, žába by o něj difúzí přicházela. Musí jej tedy aktivně vychytávat zpátky (jakou asi pumpou?) Lze spočítat, + kolik Na (gramionů iontů) projde přes membránu/kůži za nějaký čas (vzpomeňte na napěťový zámek a měření toků iontů!):
Nanet =
I.t F
Nanet je (čistý) tok iontů, I je proud, t čas a F je Faradayova konstanta.
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5
Proud nutný k tomu, aby na žabí kůži nebyl na protilehlých stranách naměřen žádný potenciálový rozdíl, je téměř přesně tak velký jako čistý tok sodných iontů z apikální na bazoletrální stranu buněk žabí kůže. Vlevo vidíte model žabí kůže podle Koefoeda-JohnsenaUssinga, znázorňující dvě vrstvy kůže (vnější – outer cell membrane, O.c.m., a vnitřní – inner cell membrane, I.c.m.) zapojené v sérii. V přítomnosti nepermeabilního aniontu se vnější část žabí kůže chová jako „Na+ elektroda“ propustná pro sodík, zatímco vnitřní část se chová jako „K+ elektroda“ selektivní pro draslík. Je tedy A schopna aktivního transcelulárního transportu sodíku a vytváření transkožního potenciálu. Na obrázku vpravo vidíte náhradní elektrické schéma této tkáně (TNa je elektromotorická síla sodíkové pumpy nutná k čerpání sodíkových iontů – tedy v podstatě zdroj napětí, RNa je odpor kůže k čistému toku Na+, odpor k současným pohybům dalších iontů je RΣI.
RNa
TNa B
RΣI
snímek 3 prezentace 5 Polarizace tkání a schopnost buněk aktivně transportovat ionty např. z apikální strany buňky na bazální či bazoalterální má značný fyziologický význam. Vzpomeňte si třeba na střevní epitel a absorpci vody aj. nebo na různé úseky nefronu. Změny v polarizaci tkání mohou hrát i významnou úlohu ontogenetickou: Buňky výstelek dýchacích cest plodu secernují chloridy, s nimiž je „tažena“ do dýchacích cest i voda. Několik dní před narozením tento transport apikální strana vody do cest dýchacích výrazně klesá. Současně roste transepiteliální transport Na+ a absorpce vody z plic a dýchacích cest, aby mohlo docházet k účinné výměně dýchacích plynů. V tkáni roste hladina + + + mRNA pro epiteliální Na IKs a pro Na -K bazolaterální ATPAsu aj. Zdá se, že určitou roli hraje i zvýšená strana β-agonista aktivita β-adrenergních receptorů. β-adrenergních receptory po stimulaci zvyšují (přes adenylylcyklasu) intracelulární koncentraci cAMP, ten aktivuje proteinkinasu A, která následně fosforyluje chloridové kanály. Vtok Cl- způsobí mírnou hyperpolarizaci apikální membrány, takže vzroste hnací síla pro ionty Na+, které začnou masivněji vstupovat do buňky + + za současného vtoku vody. Přebytek Na+ vylučuje na bazolaterální straně buňky Na -K ATPAsa. Přebytky chloridů jsou pravděpodobně odstraňovány kontransportem K+/Cl-. Elektrický potenciálový rozdíl lze zaznamenat i v apolární tkáni, pokud je část buněk poškozena. Mezi poškozenou a intaktní částí tkáně je potenciálový rozdíl díky difusním potenciálům. Z poškozené buňky/buněk se uvolňují ionty, mění se jejich extracelulární
2
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 koncentrace, difundují extracelulárním prostředím a pod., což vede je vzniku lokálních gradientů a potenciálovým rozdílům. Všechny měkké tkáně obsahují dlouhé řetězce proteinů jako kolagen, elastin či keratin – molekuly s pravidelnou strukturou opakujících se podjednotek. Tkáně jako ligamenta, fascie, šlachy obsahují denzní plošné (b-sheets) sítě těchto proteinů, zejména kolagenu. Chrupavky se skládají z kolagenu a proteoglykanů, kost je v podstatě kalcifikovaná kolagenní struktura. Všechny tyto útvary mají společné to, že pokud jsou vystaveny mechanickému stresu (komprese, natažení, zkroucení aj.), vznikají na jejich vnitřních i vnějších površích piezoelektrické náboje a potenciály. Např. na kosti vystavená torzi naměříme povrchový potenciál 10-150 mV (podle míry deformace). Takto vyvolaný povrchový náboj trvá po celou dobu podnětu a může se synchronně měnit s kolísáním daného podnětu. snímek 4 prezentace 5 Kostní tkáň má samozřejmě také svůj klidový membránový potenciál. Jeho (absolutní) hodnota kolísá mezi 0,1-10 mV, při standardní námaze až ke 20 mV. Oblasti, ve kterých se kost hojí po zlomenině, vykazují potenciálový gradient 10-50 mV/cm a proudové hustoty 5 to 15 µA/cm2. Při působení síly – mechanického stresu na kost lze měřit v různých místech na jejím povrchu potenciálové rozdíly, navozené změnou v distribuci jejího povrchového náboje. Torzí vyvolaný povrchový náboj trvá po celou dobu podnětu a může se synchronně měnit s kolísáním daného podnětu. Každá jednotlivá ohýbaná molekula přispívá k celkovému potenciálovému rozdílu v různých místech (příspěvky povrchových nábojů molekul se sčítají). Stlačené konkávní povrchy generují záporné potenciálové rozdíly, stlačené konvexní povrchy potenciálové rozdíly kladné. Změny povrchového náboje se měří nejčastěji v pC/cm2. Ve šlachách vyvolá tah navozený svalovou kontrakcí a zkrácením svalu mezi jeho šlachou a úponem do fascie nebo na kost paralelní (iso)plochy povrchového náboje, orientované v podélné ose šlachy. Podobně lze měřit změny povrchového náboje ve fasciích aj. Polarizované mohou být i tkáně vůči sobě navzájem. Na základě tohoto faktu lze např. zjistit, zda se v ptačím vejci vyvíjí embryo. Embryo má vůči žloutku a bílku pozitivní náboj, a protože je lehčí než jeho okolní prostředí, plave při povrchu skořápky. Lze naměřit indukovaný náboj i přes skořápku, která má vysoký odpor: následným otočením skořápky o 180° lze získat superponovanou hodnotu tohoto potenciálu, který se průběhu vývoje zárodku mění. snímek 5 prezentace 5 Tkáně/organismy jako vodiče obsahují oblasti s různou schopností přenášet elektrický náboj. Distribuci náboje či proudu v tkáni není snadné vypočítat. Daleko snazší je měřit celkový proud organismu (daný vznikajícími elektrickými poli v těle) než proudovou hustotu, která ovšem lépe popisuje elektrické charakteristiky dané tkáně. Matematicky lze celkový proud indukovaný v organismu při troše námahy získat pomocí tzv. short-circuit proudu, ISC. ISC je proud měřitelný v organismu umístěném v elektrickém poli a uzemněném (např. člověk stojící bosýma nohama na zemi nebo držící se uzemněné tyče). Je tou součet všech lokálních proudů měřitelných na povrchu těla. Při jeho měření a výpočtu se neobejdeme bez. tzv.
3
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 efektivního povrchu organismu. Pro člověka výšky 177 cm je to zhrub 5,08 m2. Celkový ISC takové uzemněné osoby je pak dán vztahem ISC = 0.09 × h2 × E × f , kde h je výška osoby v metrech, kde E je intenzita elektrického pole a f jeho frekvence. Z ISC lze vypočítat proudové hustoty (denzity), resp. hustoty náboje v různých částech organismu – tkáních. Z proudové hustoty a hustoty tkáně lze pak vypočítat další zajímavý parametr popisující chování tkáně v elektrickém poli – tzv. specifickou absorpční rychlost, SAR (specific absorption rates). SAR je definována jako „časová derivace přírůstku energie (dW) absorbované nějakou masou tkáně (dm) o určitém objemu (dV) a hustotě ρ nebo touto tkání disipované“. SAR je většinou vyjadřována v jednotkách watt na kilogram (W/kg). Tkáň (organismus) je tedy vystaven elektrickému poli o intenzitě E, v němž můžeme pro danou tkáň naměřit specifickou absorpční rychlost SAR: SAR = (σ × E2) / ρ , kde E je intenzita elektrického pole, σ je vodivost tkáně (S/m) a ρ hustota tkáně (kg/m3). Typické vodivosti (setkáme se s nimi ještě dále) jsou při měření v nízkofrekvenčním poli (tj. typicky tak okolo 60 Hz) 0,1-0,35 S/m pro srdeční svalovinu nebo 0,1-0,3 S/m pro nervovou tkáň člověka. Ze SAR pak můžeme vyjádřit proudovou hustotu J (A/m2) SAR = J2 / σ × ρ . Maximální hodnoty SAR (okolo 100 W/kg) vykazují svaly a cévy v oblasti kotníků, je-li stojící osoba uzemněna chodidly. Na obrázku můžete vidět hodnoty SAR získané zprůměrováním dat z různých (přibližně) eliptických oblastí těla – hlavy, paže, stehna, lýtka... Do jejich výpočtu byly zahrnuty svaly, kosti a cévní zásobení, resp. příspěvky jejich vodivostí k průměrným vodivostem jednotlivých eliptických oblastí. V prezentaci vidíte něco podobného – jde o rozložení náboje v lidském stehnu v elektrickém poli indukovaném mezi dvěma povrchovými elektrodami o ploše 200-250 cm2. Všimněte si, že různé tkáně mají díky odlišné vodivosti různou distribuci ekvipotenciálních ploch. Na druhém obrázku je jen pro zajímavost zachyceno šíření akčního potenciálu (AP) v m. rectus femoris vybuzené bifázickými pulsy. Všimněte si, že první AP vzniká v negativní výchylce pulsu ve vzdálenosti 30 cm a šíří se oběma směry. Druhý také vzniká při negativní výchylce, ale jeho šíření se zastaví, když narazí na puls první. Třetí AP aktivuje vlákno opět ve vzdálenosti 30 cm. Vlákno potřebuje k šíření AP bifázické pulsy kratší než 30 ms. 4
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímek 6 prezentace 5 Elektrických charakteristik tkání je více. Lze měřit nejen povrchový náboj, potenciály, proudy a jejich změny jako primární výstupní data; častá jsou v případě tkání také tzv. impedanční měření. Jde o měření dielektrických vlastností dané tkáně, jako je např. určení dielektrické konstanty, vodivosti apod. Provádějí se zpravidla tak, že do tkáně je zaváděn slabý proud o různých frekvencích. Nejlepší výsledky se samozřejmě dosahují přímým kontaktem s tkání, ale i tehdy je třeba brát v potaz vliv okolních tkání, které mohou značně přispívat „parazitickou“ informací. U impedančních měření je tedy třeba velmi přesně polohovat elektrody a brát v potaz velikost a tvar těla nebo jeho relevantní části. Elektrické vlastnosti tkání se mění až s velikostí několika řádů podle frekvence (proudu resp. elektromagnetického pole), jíž je tkáň vystavena (viz obrázek vlevo; všimněte si logaritmické, nikoliv nízké i tok proudu lineární škály). vysoké frekvence
Proud si při průchodu tkání vždy „vybírá“ cestu I nejmenšího odporu. Máme-li dobré vodivé médium, vedou i tkáně dobře, takže tkáně s vysokým obsahem vody jsou nejlepší vodiče. Tkáň odpovídá na průchod elektrického proudu různými typy odpovědí. Mezi nejdůležitější patří odpovědi teplotní, chemické a systémové.
I
V
většinou vysoké frekvence
Teplotní odpovědi zahrnují • vzrůst teploty v proud vedoucích tkáních a následnou disipaci tepla z tkáně • vyšší elektrický odpor tkáně způsobený vzrůstem teploty • proudy stimulující nervy a svaly mají malý teplotní efekt, neboť průměrný tok proudu je velmi malý • ohřev tkání je vyšší při vyšších frekvencích proudů Chemické odpovědi zahrnují • na plus pólu: acidické reakce způsobující koagulaci proteinů a tvrdnutí tkáně • na minus pólu: alkalické reakce způsobují zkapalňování proteinů a měknutí tkání • při vysokých frekvencích se mění mobilita iontů v tkáních (např. vápenatých iontů v nervové tkáni), může klesat zpětné vychytávání neuropřenašečů v synaptické štěrbině apod. Systémové odpovědi zahrnují • kontrakce svalů • změny ve vnímání bolestivých podnětů, a to zejména při vystavení organismu vyšším frekvencím (proudu resp. elektromagnetického pole) – se vzrůstem frekvence percepční prahy často prudce klesají, mění se doba latence odpovědi od nástupu stimulu
5
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímek 7 prezentace 5 Dielektrické vlastnosti různých tkání se samozřejmě liší – závisí zejména na obsahu vody a v ní rozpuštěných elektrolytů, stejně jako na struktuře tkáně (vláknitá a uspořádaná tkáň vede jinak než tkáň porézní). V následujících tabulkách máte pro srovnání uvedeny vodivosti některých lidských tkání při tělesné teplotě, vystavených frekvenci frekvencím (proudu resp. elektromagnetického pole) pod 100 Hz.
Tkáň
močový měchýř
porézní kost
kostní dřeň
chrupavka
mozkomíšní mok
rohovka
tuk
žluč
Vodivost (S/m)
0,2
0,07
0,05
0,18
2,0
0,4
0,04
1,4
srdce čočka 0,1
0,25
plíce (bez vzduchu) 0,2
bílá hmota
šedá hmota
ledviny
játra
plíce (se vzduchem)
vlhká kůže
slezina
šlacha
moč
štítná žláza
nitrooční tekutina
0,06
0,1
0,1
0,07
0,08
0,1
0,1
0,3
3,3
0,5
1,5
Tkáň
sval
slinivka
tenké střevo
žaludek
varlata
jazyk
krev
prsa
mozeček
tlusté střevo
dura mater
Vodivost (S/m)
0,35
0,22
0,5
0,5
0,4
0,3
0,7
0,06
0,1
0,1
0,5
Tkáň Vodivost (S/m)
Srovnání některých tkání podle jejich vodivosti Krev - obsahuje značné množství vody a iontů - jeden z nejlepších vodičů z biologických tkání
relativní permitivita sval
Sval (kosterní) - obsahuje 75% vody - jeho vodivost závisí na tocích iontů při kontrakci - nejlepší vodivost má v longitudinálním směru
tuk
vodivost
Periferní nervy - vodivost 6x vyšší než u svalu - myelinové pochvy jsou velmi špatný vodič Kůže - různý obsah vody - u savců považována za izolant - příprava kůže před aplikací stimulu Svalová šlacha - obsahuje málo vody - velmi špatný vodič Tuk - obsahuje 14% vody - velmi špatný vodič
frekvence (Hz)
Kost - obsahuje 5% vody - nejhorší vodič z biologických tkání Vodivost v S/m celého těla a některých jeho částí.
Frekvence
Celé tělo
Hlava
Trup
Ruka
Noha
50 Hz
0,216
0,254
0,230
0,195
0,196
10 kHz
0,276
0,285
0,256
-
0,238
0,222
100 kHz
0,288
0,300
0,332
-
0,239
0,243
6
Krk
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímky 8-12 a snímek 13 prezentace 5 Na těchto snímcích vidíte mezidruhová srovnání vodivosti některých typů tkání (8 – krev; 9 – porézní kost; 10 – prsní tuk; 11 – rohovka; 12 – kosterní sval). Na snímku 13 je pak (chabý) pokus o graficky přehlednou superpozici vodivostí některých těchto tkání, aby byl rozdíl patrnější.
8
9
11
10
rohovka
krev
prsní tuk kost
12
13
7
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímek 14 prezentace 5 Většina (ne-li všechny) rostlinných buněk je dráždivých. S rostlinnými klidovými membránovými i akčními potenciály jsme se setkali v minulé přednášce, dnes si uvedeme některé příklady elektrofyziologie rostlinné tkáně. Elektrofyziologie rostlinných tkání se často týká více či méně periodických oscilací, ať už přímo oscilací membránového potenciálu, nebo koncentrací různých iontů (zejména Ca2+ a H+). Příklady některých takových oscilací s jejich předpokládaným efektem máte v následující tabulce. Organismus kořeny obilí
Typ oscilace Ca2+ a H+ koncentrace
Commelina (křížatka), listy kořeny fazole
cytosolická Ca2+ koncentrace spontánní elektrické oscilace
protoplasty ovsa pylová zrnka máku
červené světlo navodí oscilace Ca2+ pulsační Ca2+ vlny
Efekt oscilace spojena s transportem iontů v rostoucím kořeni kontrola stavu otevření průduchů frekvence oscilace je přímo spojena s rychlostí růstu kořene (zatím) neurčeno gradient v Ca2+ oscilacích a koncentraci je spojen s růstem špičky zrnka
Rostlinné buňky vnímají svou polohu v tkáni a jsou schopny na základě vnějších podnětů (externích gradientů, zejména teploty, světelné intenzity, pH a gradientu elektrického potenciálu) tuto polohu vyhodnotit a případně změnit – např. přesměrovat osu růstu jiným směrem. Většina poznatků týkajících se ustavení směrové polarity růstových vrcholků rostlin byla získána na modelu růstu rhizoidů hnědé řasy Fucus sp. Některé hnědé řasy (Fucus sp., Pelvetia sp.) uvolňují, na rozdíl od vyšších rostlin a dokonce i většiny jiných řas, gamety bez buněčné stěny do moře, kde dochází k oplodnění. Tyto gamety jsou zprvu apolární, osa polarizace se formuje během několika hodin od oplodnění vlivem unilaterálního světelného podnětu. Tato osa není zprvu stabilní, může se měnit se změnou směru osvětlení. Fixuje se 10-14 hodin po oplodnění a pak už nemůže být změněna. Ještě jako jediná buňka se zygota polarizuje – vzniká rhizoidní a stélkový pól. První dělení zygot je asymetrické a objevuje kolmo (v pravém úhlu) ke ose polarizace. Vznikají dvě polarizované buňky: rhizoidní (menší, produkující filamenta držící řasu u podkladu, vzniká n zastíněné straně) a stélková, z niž vznikne většina rostlinného těla. Po osvitu zygoty se během 6-8 hodin od oplodnění začnou na povrchu buňky redistribuovat 2+ Ca IKs a buňkou začnou protékat transcelulární vápníkové proudy v řádu asi 100 pA. Tyto proudy mění i membránový potenciál a cytoplasmatické iontové složení a ovlivňují např. distribuci membránových proteinů či polarizaci aktinového cytoskeletu. V rostoucích 2+ 2+ rhizoidech Fucusů vzniká Ca gradient v rozmezí 100 nM Ca na bázi až 450 nM na vrcholku rhizoidu. Vzhledem k tomu, že typická cytoplasmatická koncentrace Ca2+ se pohybuje mezi 10-6 až 10-8 µM, i malé změny v koncentraci Ca2+ mají značný efekt. snímek 15 prezentace 5 Gradient vápenatých iontů v rostlinné tkáni může být důležitý pro polarizované uspořádání aktinových vláken či pro výlev váčku Golgiho aparátu. Často je pozorován např. na růstových vrcholcích pylových zrnek. Do těchto míst musí být přeneseny transportní váčky Golgiho aparátu, obsahující komponenty pro tvorbu buněčné stěny. Směr jejich transportu je určen
8
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 právě vápníkovým gradientem, který můžeme pozorovat pomocí fluorescenčních sond, jako je FURA 2 (obrázek vlevo v prezentaci). Pokud zablokujeme tvorbu nových proteinů cykloheximidem, oddálíme vývoj rhizoidu, ale ne vznik a fixaci osy polarity embrya. Vznik polarity embrya není závislý na nových proteinech, ale na přeskupení proteinů už existujících. V rhizoidní části zygoty se preferenčně vyskytují aktinová filamenta, která směřují od jádra k plasmatické membráně do míst, kde jsou lokalizovány vápníkové kanály. Aktinová filamenta jsou velmi dynamická a jejich tvorba z aktinových monomerů je vysoce regulovaná. Účastní se mj. transportu sekrečních váčků. Pokud zablokujeme tvorbu filament cytochalazinem B, nevznikne polarizace embrya a ustanou i transcelulární vápníkové proudy. snímek 16 prezentace 5 Impedančního měření podávajícího informace o některých dielektrických vlastnostech tkáně jsme se dotkli už výše. Teď se podíváme na jeho další využití, konkrétně na detekci nádorů v prsu pomocí mikrovlnného impedančního měření. Mikrovlnné zobrazování se v medicíně používá už delší dobu. Elektrické vlastnosti tkáně se mění podle jejího fyziologického či patofyziologického stavu – klasicky například se změnou teploty; jedna z prvních aplikaci mikrovlnného zobrazování byla při monitorování hypertermických stavů. Detekce nádorů v prsu pomocí mikrovlnných imepdančních měření se používá jako doplňková metoda ke „zlatým zobrazovacím standardům“ - k ultrazvuku, rentgenu (mammografii) či magnetické resonanci (MRI, magnetic resonance imaging). Klasický mammogram je sice dost citlivý na to, aby odhalil v tkání léze, ale nerozpozná nádor benigní od maligního, což vyžaduje další zobrazovací vyšetření či biopsii. Mammografie také neobjeví zhruba 15% nádorů a u cca 25% žen je nevhodná, neboť tyto ženy mají pro tento typ vyšetření příliš denzní prsní tkáň. Ultrazvuk sice odliší, zda jde o pevný nádor nebo jen tekutinou naplněnou cystu, a MRI je velmi vhodná pro ženy s prsními implantáty, ale přesto je užitečné dozvědět se přímé fyzikální informace o stavu tkáně. Mikrovlnné frekvence užívané v impedančních měřeních jsou elektromagnetické vlny ve frekvenčním rozmezí 300 MHz až 30 GHz. Potenciálně dobře detekují malé pevné nádory, metoda je lacinější než např. MRI (nepotřebuje drahé supravodivé magnety), detekuje jen nádory, ne benigní cysty a je citlivá. přijímače
přijímače
Při mikrovlnných prsní tkáň frekvencích lze interakci nádor biologické tkáně s vybuzeným elektrickým (elektromagnetickým) Zdravá tkáň propouští mikrovlny úměrně své Nádorová tkáň má jiné elektrické charakteristiky. polem popsat její dielektrické konstantě. Ty jsou pak Zatímco prsní tkáň propouští mikrovlny úměrně své zaznamenány přijímači. dielektrické konstantě, od buněk nádoru se vlny celkovou permitivitou ε. částečně odrážejí a jsou zachyceny anténou vysílače. Ta se skládá z dielektrické konstanty (“reálná“ složka) ε´ a z tzv. faktoru ztrát ε´´. Dielektrická konstanta určuje schopnost tkáně udržet energii elektrického pole, faktor ztrát nám říká, kolik z této energie se při expozici tkáně poli přemění v teplo a disipuje. (Jde v podstatě o využití a výpočet SAR, specifické absorpční rychlosti – podívejte se na stranu 4.) vysílač
vysílač
prsní tkáň
9
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímek 17 prezenatce 5 V praxi vypadá vyšetření zhruba tak, že žena nejčastěji leží na břiše a má prsa ponořena v roztoku glycerinu ve vodě (vlevo; tato směs má např. oproti fyziologickému roztoku velmi malý faktor ztrát). Do nádrže s roztokem ční zespodu 16 (32) vysílačů s anténami, signály jsou měřeny 15 přijímači na 12 různých frekvencích celého užívaného pásma. Doba záznamu je asi 14 minut. Lze tak bez potíží detekovat nádory do 2 mm v hloubce až 5 cm pod povrchem prsu. Po vyslání pulsu vysílačem dojde k odrazu vlny od kůže, prsní tkáně a (případného) nádoru. signál je třeba zkalibrovat – odečte se odraz vlny vyslané do prázdné nádrže bez prsu, následně se odečte signál odrazu od pokožky a signál se počítačově fokusuje, zaostří. V prezentaci vidíte model prsu vytvořený pomocí mikrovlnného zobrazení. Modře, zeleně, bíle, fialově a žlutě jsou různé žlázy. 6 mm nádor je červená kulička. Zbytek prostoru je vyplněn prsním tukem. Vodivost tumoru byla 4 S/m, jeho dielektrická konstanta =50. Vodivost prsní tkáně byla 0,4 S/m, dielektrická konstanta =9. Tloušťka kůže byla 2mm, její vodivost 4 S/m a dielektrická konstanta =36. Typický nádor má permitivitu o 10-20% vyšší než zdravá tkáň. snímek 18 prezentace 5 Elektrické děje během dozrávání gamet a oplodnění♣ sice možná spíše spadají pod obecnou elektrofyziologii buněk, nicméně jsem je zařadila do kapitolky o tkáních – savčí oocyt (Oo) je strukturně i funkčně spojen s buňkami cumulus oophorus (CO; obrázek vlevo; Z je zona pellucida a A antrum) a oplodnění se také účastní více než jediná buňka. Gamety jsou buňky poměrně hojně vybavené iontovými kanály, schopné odpovídat na elektrické stimuly. Jako jeden z prvních studoval roli iontů ve fyziologii oocytu Edward + + Chambers (1946, role výměny Na a K během oplození ježovky). Na hvězdicích, ježovkách a žahavcích se také studovaly elektrofyziologické vlastnosti oocytární membrány. Nezralé oocyty hvězdice exprimují 3 typy napěťově ovládaných IKs: dovnitř usměrňující 2+ + + Ca IKs, rychlé přechodné K IKs a dovnitř usměrňující K IKs. Během dozrávání se mění amplitudy všech těchto proudů: vápníkový proud roste, oba proudy draslíkové se snižují. Klesá také vodivost membrány oocytu a dochází k lehké depolarizaci klidového + membránového potenciálu (díky změnám ve vodivosti pro K a Na+). Dalším v biologii reprodukce velmi studovaným živočichem jsou ježovky. Plasmatickou membránu jejich ♣
Na některých místech textu možná narazíte na termín „oplození“ namísto „oplodnění“. Nejsem si jista, nakolik jde z hlediska reprodukční biologie o zcela srovnatelná synonyma; např. Sládeček používá ve svém Rozmnožování a vývoji živočichů výhradně termín “oplození“, v jiných českých knihách se oba volně zaměňují. Zde je oběma míněna fekundace (fertilizace), tj. splynutí dvou gamet v zygotu.
10
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 oocytu není snadné patchovat, nicméně se zdá, že je hustě osázena zejména draslíkovými IKs, zatímco vodivost pro Na+ a Cl- je podstatně nižší. Výbava iontovými kanály v membráně oocytu se liší druhově: Boltenia vilosa (druh sumky) + je „osázena“ dovnitř usměrňujícími přechodnými Na IKs, dovnitř usměrňujícími 2+ + + přechodnými Ca IKs a dovnitř usměrňující K IKs. U žab dominují u nezralých oocytů K a + Cl proudy, během dozrávání jsou nahrazeny Na proudy. U axolotlů rodu Ambistoma byly zaznamenány také výrazné napěťově závislé toky protonů přes oocytární membránu. U savců není měření oocytárních proudů nezralého oocytu snadné, nebot oocyt je obalen buňkami tvořícími tzv. cumullus oophorus. Tyto dvě „funkční jednotky“ se spontánně oddělí po dozrání oocytu. Umělé odstraněné cumulus oophorus od nezralého oocytu může vést k různým artefaktům. Buňky cumullu a oocytu mají různý membránový potenciál, ačkoliv je cumullus s oocytem spojen vodivě pomocí gap junctions. Takto je asi oocyt udržován v rané fázi meiosy – jeho membrána je lehce hyperpolarizovaná (oproti cumullu). Působení gonadotropinů na buňky cumullu navodí depolarizaci membrány oocytu a jeho dozrání. snímek 19 prezentace 5 Vybavení oocytární membrány iontovými kanály se během dozrávání oocytu a oplození mění. S tím je spojena i rychlá a výrazná změna intracelulární koncentrace některých iontů, zejména + 2+ vápenatých. Během rané fáze meiosy dominuje vliv K a Ca IKs L-typu, který klesá během metafáze II – Ca2+ je nezbytný pro pokračování meiotických změn a jeho intracelulární koncentraci může výrazně zvýšit např. vystavení oocytu luteinizačnímu hormonu. Během dozrávání oocytu se mění jeho membránový potenciál: na počátku maturace se lehce hyperpolarizuje díky zvýšené K+ propustnosti membrány, posléze mírně roste. Po oplození 2+ + spermie navodí uvolnění Ca z intracelulárních rezervoárů, což aktivuje K IKs. Otevírají se i vápníkové kanály, vápník vtéká do buňky, membrána se (dále) depolarizuje. Patch clampová měření na zralých i nezralých lidských oocytech byla prvně provedena roku 1988 (De Felice a kolegové). Nejčastějším kanálem membrány zralého oocytu byl K+ kanál o vodivosti 60 pS, aktivovaný depolarizací. I membrána spermií doznává během dozrávání, chemotaktického pohybu a akrosomální reakce změn. Nezralé spermie je snazší patchovat, neboť jsou imobilní; extrapolovat výsledky z těchto měření na spermie zralé lze ovšem jen za předpokladu, že zralá i nezralá membrána spermie exprimuje tytéž proteiny. Nezralé spermie mají nízký klidový membránový potenciál díky značné vodivosti membrány pro K+ a Cl- a nízkému příspěvku vodivosti pro Na+. Role toku chloridů v dozrávání spermií byla dobře studována u hlístice Cenorhabditis elegans – chloridy putující dovnitř usměrňujícím Cl- IK pravděpodobně spouštějí diferenciaci spermatid. U myší je zřejmě maturace samčích gamet spojena s pH-dependentní vápníkovou propustností a různými typy draslíkových proudů. Účastní se jí zřejmě T-typ Ca2+ IKs, který se zdá být i farmakologickým cílem různých kontraceptiv. Chemotaxe spermatických buněk byla dobře studována u živočichů s vnějším oplozením, jako jsou např. ježovky. Ve varlatech ježovky jsou spermie v podstatě nepohyblivé – v tomto stavu je udržuje specifická koncetnrace K+, pH a (parciální) tlak kyslíku ve tkáni ježovčích varlat. Po vypuzení spermie zareagují nejvýrazněji na externí změnu koncentrace K+: specificky modulovanými K+ IKs dojde k výtoku draslíku ze spermie, což způsobí další kaskádu
11
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 elektrických dějů. Membránový potenciál spermie se nejprve hyperpolarizuje, dochází k Na+/H+ výměně, vzrůstu pH, vzrůstu koncentrace cyklických nukleotidů, vtoku Na+, následné depolarizaci a vtoku Ca2+. Spermie začíná plavat. U ryb je jedním z hlavních řídících parametrů chemotaxe změna osmolarity vnějšího prostředí po vypuzení spermie z těla. Pohyb spermie iniciuje zejména výtok K+ a vtok Ca2+ do spermie U savců zřejmě hrají roli spouštěcího faktoru chemotaxe nějaké folikulární faktory, vedoucí rovněž ke vzrůstu intracelulární koncentrace Ca2+ . Vápník uvolněný z vnitrobuněčných rezervoárů vedeke spuštění pohybů bičíku. 2+
Akrosomální reakce (AR) je také děj regulovaný iontovými kanály: vtok Ca je zásadním + požadavkem pro AR u všech živočišných druhů. Zvyšuje se také pH díky výtoku H a + + výměně H /Na . Během AR dochází rovněž ke zvyšování propustnosti membrány spermie pro K+ a jeho výtoku. Na hlavičce savčí spermie byly identifikovány přinejmenším ti skupiny vápníkových kanálů: (i) Ca2+ IKs aktivované nízko- a vyskonaěpěťově, (ii) ligandem řízené Ca2+ IKs a (iii) Ca2+ IKs spojené s vnitrospermatickými zásobami Ca2+. Zásadní roli při AR zřejmě hraje T-typ Ca2+ IKs. Během kapacitace savčích spermií aktivuje uvolnění vápníku z cytoplasmatických rezervoárů Ca2+-dependentní K+ IKs, dochází k výtoku draslíku ze spermie, otevření napěťově ovládaných Ca2+ IKs a následné depolarizaci plasmatické membrány spermie. Na hlavičce spermie jsou také 4 typy Cl IKs s různou vodivostí; eflux chloridů (podílející se na depolarizaci membrány) je zřejmě navozen progesteronem. Ca2+
out in
dozrávání
chemotaxe
oplození
akrosomální reakce L-typ Ca2+ IKs out
K+ IKs Ca2+ - aktivované K+ IKs
in
Cl- IKs
snímek 20 prezentace 5 Po dosažení oocytu spermií a proběhlých předešlých krocích může dojít k vysoce specializovaném procesu – oplození. Je to mnohastupňový proces zahrnující vzájemné rozpoznání gamet, jejich navázání a spojení. Vzájemná aktivace gamet je velice dramatická: signály z oocytu navodí změny v tvaru a funkci sperme, spermie spustí rozsáhlé změny v metabolismu oocytu. Tyto děje mají progresivní charakter ranných a pozdějších událostí. První dobře popsanou událostí v aktivaci oocytu spermií bylo zvýšení intracelulární koncentrace vápníku. Prvně bylo popsáno u japonské sladkovodní ryby Oryzias latipes; později se ukázalo, že jde o univerzální mechanismus v rostlinné i živočišné říši. Jakým způsobem to ovšem gameta navodí není zcela známo. Existují tři modely označované jako 12
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 „conduit, contac and content“. V „conduit“ modelu spermie slouží jako „vodič“ pro vstup vápníku z extracelulárního prostředí. „Contact“ model předpokládá spermií navozenou aktivaci oocytární fosfolipasy C a uvolnění Ca2+ z vnitřních zdrojů. „Content“ model pracuje s rozpustným spermatickým faktorem uvolněným při splynutí oocytu a spermie, což ve také k uvolnění Ca2+ z vnitřních zdrojů oocytu. Ať tak nebo onak, dojde k přechodnému zvýšení cytoplasmatické koncetrace Ca2+. Tato událost může být jednorázová a hladina vápníku se rychle vrátí k původní hodnotě (žáby), nebo vede k dlouhotrvající sérií Ca2+ oscilací (savci, sumky). Šíření těchto vln je pak zprostředkováno Ca2+-specifickými receptory. Druhým zásadním krokem v aktivaci oocytu je depolarizační změna membránového potenciálu. Tyto dva děje se objevují téměř současně a se shodnou dynamikou. Při aktivaci savčích oocytů se obou účastní Ca2+-dependentní K+ IKs. Tato depolarizace je následována tzv. fertilizačním potenciálem. Přechodná vlna fertilizačního potenciálu resp. fertilizačního proudu je kromě napěťově ovládaných Ca2+ a Na+ kanálů vedena nespecifickými fertilizačními kanály. Na počátku jde o menší kanály s vodivostí okolo 70 pS, následně velkými kanály s vodivostí až 400 pS. U některých obojživelníků se na fertilizačním potenciálu podílejí i chloridové kanály a výtok chloridů z oocytu. Role vápníkových kanálů je u obojživelníků méně jasná. U některých sumek nejsou fertlizační kanály na vápníku vubec závislé,Zajímavý vzorec fertilizačního potenciálu mají králičí oocyty: po prvotní depolarizaci následují opakované bifázické hyperpolarizačně/depolarizační oscilace. U křečků se zase objevují pakované hyperpolarizační oscilace (draslíkové kanály). Souhrnně, tvar fertilizačního potenciálu/proudu je druhově závislý. Význam fertilizačního potenciálu není úplně objasněn. Předpokládá se, že např. u ježovek brání polyspermii, ale např. u savčích oocytů nebyl elektrický blok polyspermie prokázán. snímky 21 a 22 prezentace 5 Mnoho sladkovodních i mořských ryb a paryb vlastní elektrické orgány schopné generování a zpětné detekce elektrického impulsu. U drtivé většiny „nízkovoltážních“ (slabě elektrických) živočichů slouží tyto orgány k prostorové orientaci či vyhledávání potravy (jsou jakou analogií sonaru), nicméně existují i organismy „vysokovoltážní“ (silně elektrické) schopné pomocí výbojů lovit a usmrcovat kořist, nebo se účinně bránit. Elektrické orgány ryb generující výboje se (obecně) nazývají elektroplaky. Elektroplaky vznikly z modifikovaných svalových vláken. Jejich „synapsí“ je modifikované nervosvalové spojení – jsou tedy inervovány cholinergně. Jejich nervosvalová spojení jsou mnohem větší a početnější než u vláken kosterní svaloviny. Postsynaptické membrány plaků jsou velmi hustě osázeny acetylcholinovými receptory nikotinického typu (nAChRs). Některé elektrické ryby a paryby jsou používány jako přírodní zdroje těchto receptorů: z jednoho elektroplaku parejnoka rodu Torpedo lze „vytěžit“ až miligramy purifikovaného receptoru! Vlevo vidíte typickou distribuci ekvipotenciál a toků proudu na jediném elektroplaku.
13
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 Buňky plaku jsou typicky zploštělé. Jedna stran ploché buňky plaku (= elektrocytu) je inervovaná, její membrána má vysoký elektrický odpor a obsahuje značné množství nAChRs, + + Na a K iontových kanálů. Druhá strana takto vybavená není a odpor membrány má nízký. Buněk může být v jednom plaku až 5000. Navzájem jsou propojeny elektrickými synapsemi, takže při stimulaci dojde k jejich okamžité aktivaci najednou, s téměř nulovým synaptickým zpožděním (synchronizace!) V klidu je na obou stranách membrány plaku klidový membránový potenciál shodný, cca -90 mV. Vpravo vidíte elektronmikroskopický obraz několika buněk nad sebou – horní strana je neinervovaná (NI), dolní vzrušivá strana má membránu hustě osázenou nAChRs (IS). Na nervový podnět dojde k výlevu ACh a masivní depolarizaci vzrušivé strany plaku. Vznikne akční potenciál, dojde ke zvratu polarity a na inervované straně plaku vznikne potenciálový rozdíl mezi vnějškem a vnitřkem membrány cca +40 mV. Druhá strana plaku je nevzrušivá a zachovává si původní potenciál –90 mV. Celý plak tedy vytvoří potenciálový rozdíl 130 mV. Pokud je 5 000 elektroplaků spojeno do série a na každém z nich je potenciálový rozdíl 130 mV, výsledný rozdíl napětí na pólech sloupce bude 500 × 0,130 = 650 V. Sladkovodní úhoř Electrophorus electricus může ovšem vyvinout výboj o velikosti až 800 V (i 650 V stačí na usmrcení člověka). snímek 23 prezentace 5 Elektrické orgány se vyvinuly nezávisle přinejmenším v 6 různých skupinách ryb (rejnoci, parejnoci, Gymnotiformes, Mormyriformes aj.). U některých generují silné elektrické výboje (Torpedo sp., Gymnotus sp., Raja sp.), u jiných slabé. Pulsy slouží k např. elektrolokaci, rozpoznávání hrubého tvaru, vodivosti a lokace blízkých objektů, k rozpoznání jedinců téhož druhu, lákání partnera, obraně či lovu kořisti. Morfologie elektrocytů se liší mezidruhově a souvisí s typem výbojů, který ryba generuje. Slabě elektrické ryby generují výboje o síle stovek milivoltů až jednotek voltů, silně elektrické ryby generují až stovky voltů. Slabě elektrické ryby generují výboje buď v nepravidelně se objevujících pulsech, nebo v pravidelných sinusových vlnách o frekvenci 50-1000 Hz.
Elektrocyty zástupce rodu Gymnotus mají asi 1 mm v průměru a jsou cca 300 µm tlusté. Produkují jen zlomky voltů, což stačí k elektrolokaci. Inervovány jsou podobně jako u Torpeda.
14
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 snímek 24 prezentace 5 Slabě elektrické ryby se zřejmě v evoluci vydělily dvakrát. Jedna skupina žije v Africe (Mormyriformes), druhá v Jižní Americe (Gymnotiformes). Žijí v bahnitých vodách, kde jim elektrolokace nahrazuje do značné míry zrak. S výjimkou jediného zástupce samičky těchto druhů vydávají výboje o vyšší frekvenci než samci. Zdá se, že hormony ovlivňují u těchto skupin také amplitudu výboje; výboje tedy vykazují sexuální dimorfismus. Tvar výboje může být ovlivněn steroidními hormony. Výboj je generován pacemakerovém jádře prodloužené míchy složeném ze dvou buněčných typů. Výstupní neurony jádra mají synapse končící na elektromotorických neuronech páteřní míchy, které inervují přímo elektrický orgán. Pacemakerové jádro prodloužené míchy dostává vstupní informace ze dvou zdrojů, zodpovědných za krátkodobé modulace výbojů, které se objevují během sociálního chování. U těchto dvou skupin slabě elektrických ryb slouží tedy výboje k informování se o druhu, pohlaví a možná i o individuální identitě jednotlivých jedinců – tedy k sociálním interakcím. Některé zástupce těchto ryb vidíte v prezentaci. snímky 25 a 26 prezentace 5 Vnímání elektrického pole není doménou výše uvedných ryb; jsou jej schopny paryby (žraloci, rejnoci), některé kostnaté ryby (sumci), mloci, axolotli nebo např. i ptakopysci. Vnímají i velmi slabé elektrické pole: rejnok Raja clavata je schopen detekce elektrického pole 0,01-0,02 µV/cm – což je hodnota produkovaná napětím monočlánku na vzdálenost asi 1 000 km. K vnímání intensity elektrického pole slouží ampulární orgány. Ampulární orgány jsou složeny z kanálků o průměru asi 1 mm a délce 15-20 cm. Jsou distribuovány po těle živočicha a otevírají se přímo do (mořské) vody. kanálky jsou naplněny gelovitými mukopolysacharidy a v těle živočicha končí jen na několika málo místech, nazývaných kapsuly. V kapsule se každý kanál rozšíří a rozdělí v sadu malých váčků nazývaných alveoly. Stěna alveolu je tvořena jedinou vrstvou receptorových buněk a buněk podpůrných, spojených dohromady pomocí tight jinctions na jejich luminálním povrchu. Vlastní receptory se asi vyvinuly z vláskových buněk postranní čáry. Mají jednu (kino)cilii čnějící z lumen alveolu. Každá receptorová buňka tvoří 4-5 synapsí s 5-10 nervovými vlákny. Neuropřenašečem je na těchto synapsích pravděpodobně glutamát. Sladkovodní ryby žijí v prostředí s nízkou koncentrací iontů. Aby se nedostaly do osmotických potíží (neztrácely ionty a nepřijímaly vodu), jsou vybaveny kůží o vysokém elektrickém odporu. Vnitřní elektrický odpor ryby je oproti kůži nízký a v postatě na všech místech těla stejný. Je tedy relativně jedno, jak dlouhý je kanál vedoucí ke kapsule, pokud je schopen penetrovat až ke kůži ryby. Krátké kanály jsou ale výhodnější, zabírají méně místa a také dochází k menším napěťovým ztrátám a únikům přes stěnu kanálu. Žraloci a spol. žijící ve mořské vodě s vysokou koncentrací iontů mají oproti tomu nízký odpor kůže. Elektrické pole ve vodě tedy není příliš rušeno tělem živočicha. Stěny kanálků ampulárních orgánů mají odpor vyšší, uniká přes ně jen málo náboje. Pokud jsou kanál a vnější elektrické pole orientovány stejným směrem, lze intenzitu elektrického pole (V/cm) vypočítat jako součin délky kanálku a síly pole. Při konstantní intenzitě pole bude napěťový rozdíl dráždící receptor tím větší, čím delší bude kanál. Díky různé délce kanálků směřujích
15
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 Struktura receptorů vnímajících změny v intenzitě elektrického pole je u sladkovodních ryb jednoduchá. Jde o prostý kanál otevřený do vody, na jehož „dně“ jsou receptorové buňky. Pokud je napětí vně ryby kladnější než uvnitř, tekou proudy dovnitř receptorových buněk přes luminální membránu a pak ven na membránu bazální.
lumen kanálu
luminální membrána
bazální membrána receptorové buňky
Ta se depolarizuje, zvyšuje se pravděpodobnost otevření Ca2+ IKs, do přilehlé nervové buňky vstupuje vápník, depolarizuje ji a navodí výlev neuropřenašeče (receptor je sekundární). Ten depolarizuje postsynaptické nervové vlákno a zvyšuje frekvenci vzniku APs.
do různých směrů mohou např. rejnoci vnímat různé amplitudy napětí v různých směrech a místech. Na obrázku je zachycen ampulární receptor sladkovodní ryby Eigenmannia sp. a toky proudů přes receptorové buňky.
snímek 27 prezentace 5 U zástupců afrického řádu Mormyriformes a jihoamaerických Gymnotiformes najdeme další typ receptorů sloužících k elektrolokaci: tuberózními receptory (?, tuberous receptors. Tyto receptory reagují na pulsy vysílané rybou (generované elektrocyty). Receptory jsou sdruženy v tuberosních orgánech. Nejsou spojeny kanálem s vnějším prostředím jako receptory ampulární, ale jsou uzavřeny a odděleny vrstvou epiteliálních buněk. Tuberosní orgány mají různý počet receptorových buněk, jejichž membrána často ční do kanálku. U Mormyriformes je jejich počet mezi 1-35 a každá je umístěná ve své vlastní kavitě, u Gymnotiformes je rceptorových buněk mezi 100100. U bází jsou spojeny sítí těsných spojů (tight junction). Nemají cílie, ale často jsou pokryty mikroklky, které zvětšují povrch luminální membrány, poněkud snižují její odpor a zvyšují kapacitu. Jejich bazální membrána také obsahuje synaptické hřebínky a zpravidla k ní přiléhá jen jeden aferentní nerv. Elektrolokaci popsal prvně H.W. Lissmann. Zástupci těchto ryb žijí v bahnitých vodách nebo jsou noční, takže generování krátkých napěťových pulsů nebo sinusových vln o amplitudě několika set mV až jednotek voltů s frekvencí 1000-15000 Hz je pro ně velmi důležité – zraku si moc neužijí. snímky 28 a 29 prezentace 5 Princip elektrolokace je poměrně prostý. Elektrický orgán generuje výboj (podle orientace sloupce elektroplaku + nebo -). Proud opustí plak na jeho anteriorním konci na předním konci zvířete (hlava) a na konci posteriorním na zadní části zvířete (ocas) se vrací. To vytvoří kolem ryby 3D gradient napětí, který zvíře detekuje. Napětí rychle klesá se vzdáleností a slouží k získání informace do vzdálenosti max. 1-2 délky těla ryby. Pokud je v blízkosti ryby izolant (kamínek aj.) nebo vodič (červ k snědku, rostlina aj.), dojde k narušení ekvipotenciálních ploch. Aby ryby nerušily toto pole vlastním pohybem, dochází u nich jen k vlnivým pohybům hřbetní ploutve.
16
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 5 Frekvence výbojů se mění podle toho, co ryba zrovna dělá. V klidu vydá elektrický orgán výboj zhruba 50 × za sekundu, zatímco když se živočich krmí, vzroste frekvence výbojů až na 200 za sekundu. Systém ampulární orgán/tuberosní orgán tedy může pracovat s různým –a poměrně vysokým- časovým rozlišením. Odpovědi tuberosních receptorů se druhově liší; většina z nich je ale fázická – odpovídá jedndím nebo dvěma akčními potenciály, aby udržela stimulaci. Většina ryb má zřejmě tuberosní receptory dvojího typu: T jednotky (time coder, rapid timing unit) či K jednotky (u Mormyriformes); ty na stimulus odpovídají jen jedním akčním potenciálem. Druhým typem tuberosních receptorů jsou P jednotky (probability coder) či D jednotky (u Mormyriformes), které odpovídají krátkou salvou několika akčních potenciálů, jejichž počet se liší podle intenzity stimulu.
Co si pamatovat z této přednášky ⇒ co je to tkáň ⇒ apolární a polární buňky ⇒ potenciály v poškozené a mechanicky namáhané tkáni ⇒ odpověď tkáně na průchod proudu ⇒ impedanční a vodivostní měření: srovnání tkání, detekce nádorů v tkáních ⇒ vývoj polarity rostlinných buněk (tkání) ⇒ elektrické jevy při dozrávání zárodečných buněk ⇒ ryby a jejich elektrické orgány (elektroplaky a receptory)
17
[email protected]
