Transcript 막 전위
Medical Instrumentation 5조 : 2006200416 2009103854 2005200602 2009103856 백진우 (1등) 손지현 서만환 신보미 제출일: 2011.4.18 - Nerve Cell : Neuron Axon은 Neuron에 따라 없는 것도 있고 짧은 것도 있고 길이가 1m 에 이르기도 함. Pulse 형태의 Action Potential(신호) 전달하는 역할 - Synapse 1개의 Neuron에 평균 103 개의 Synapse 구성 Pre-synapse Neurons의 Pre-synapse Potentials 의 합이 문턱치를 초 과하면 새로운 Action Potential 발생 - Input의 경우 (Sensory nerve) 전압발생 전압신호전달 외부자극 (화학성분 소리 빛) < Sensory Nerve Cell > 외부자극으로 인해 Sensory Nerve Cell 에서 전압이 발생하고 그 신호가 뉴 런을 통해 신호가 전달이 된다. Cochlear Cochlear 에서 주파수 스펙트럼을 만들어 주파수 별로 Action potential 을 발생시킨다. Retina 빛이 들어오면 망막으로 모여서 가시 광선대역 전압을 Optic nerve로 보낸 다. Brain Sensor Spinal cord DATA Spinal cord 가 잘렸을 때 뇌는 받을수 있는 정보(시각 온도 촉감 청각..etc)가 없다 센서의 전압을 ADC하고 저장해서 Spinal cord에 연결 DATA를 진실이 아닌 물리적으로 정보를 입력 가능 -Output의 경우 (Motor Nerve) 전압신호전달 뇌(중추신경계) (운동)뉴런 근육 Extracellular Fluid 세포 : 세포막외부 Na+ Intracellular Fluid K+ - Membrane : 막 : 세포막내부 Cl- · 세포 내부 : K+ 多 , Na+ 少 · 세포 외부 : K+ 小 , Na+ 多 Cl- K+ Na+ 인지질 (Phospholipid) 단백질 (Protein) Outside 6.8nm · 세포 내부와 외부의 같은 정도의 Cl- 때문에 전기적으로 중성 Inside - 세포에서 이온의 이동 선택적 이온 투과 특성을 갖는 Membrane 세포 Na+ K+ K+ ClK+ Na+ Cl- Na+ Na+ - K+ Pump ( ATP ADP + E ) : 이온을 이동시키는 화학적 에너지 ( Na+ - K+ Pump 작동 ) 농도 차에 의한 K+ 확산 ClCl- K+ ClK+ ClK+ K+ ATP : 미토콘드리아에서 심장이 박동하여 생긴 산소 + 포도당을 이용해 생성 ATP ADP 화학반응에서 에너지발생 E를 이용해 확산을 이기며 Na+, K+ 이동 Resting 상태 ( 휴지기 ) 세포막이 이온을 선택적으로 이동(에너지 소비하여 Na+는 밖으로, K+는 안으로) K+ : 세포막을 통해 농도차에 의해 밖으로 확산 Na+ : 확산이 거의 일어나지 않음 Cl- : 세포 안, 밖의 차이 없어 이동하지 않음 이온이 불균등하게 분포하여 Membrane 바깥쪽은 양전하(+), 안쪽은 음전하(-) : 막 전위 약 -60 ~ -90mV - 막 전위 변화 전위(mv) Action Potential : 활동전위 +35mV Depolarization : 탈분극 Repolarization : 재분극 VRmp -60mV Resting Potential : 휴지전위 Hyperpolarization : 과분극 · Depolarization(탈분극) : 자극을 받아 Na+ Channel 열리고, K+ Channel 닫힌다. Na+가 세포 안으로 다량 유입되어 전위(V) 값 상승 · Action Potential(활동전위) : Na+ Channel은 열려있고, K+ Channel은 닫혀있는 상태 세포 내부가 상대적으로 (+)전위 약 +30 ~ 40 mV · Repolarization(재분극) : Na+ Channel이 닫히고, K+ Channel이 열리기 시작 K+의 유출로 전위 값 감소하여 분극 상태로 회복 · Hyperpolarization(과분극) : 분극 상태가 지나치게 심한 것 재분극 과정에서 분극 때보다 전위차가 커지는 상태 RMP(Resting Membrane Potental) K K K Cl K Cl Cl K Diffusion Coulomb Force 세포막 안에는 K가 많고 세포막 밖에 는 K 가 적다. Diffusion하고 Coulomb Force가 같아 Equilibrium 될 때 Resting상태 Resting 상태에서 세포막 안의 전압 은 아래와 그래프 와 같다. Vm Vrmp E Field 내에서 이온 이동 (coulomb force에 의한 이동 이동) V + 전하는 전압이 낮은 쪽으로 - 전하는 전압이 높은 쪽으로 이동 E E V E 는 전압의 기울기 즉, 전압의 올라가는 방향의 반대 방향이다. x dV vav Z q ( ) dX V 10 5 10V 0V 10V E V dV dV dV ( ax ay az ) dx dy dz x dV a x (V는 x만 의존하므로 ) dx 이 안에Source Charge가 없기 때문에 2 d V ( x) 2 V 0 2 dx Drift Velocity + + + + - + + + + + -용액 안에서는 E Field 생길 때 점도등으로 전하의 이동을 하는 도중에 분자에 부딫치고 충돌에 의한 열에너지로 방출되서 속도가 계속 증가 되지 못하고 평균속도를 가지게 된다. -도체에서는 +원자들은 움직이지 못하고 열에 의한 바이브레이션만 가능하다. E Field가 생기면 자유전 자는 반대 방향으로 이동하면서 (F=qe=ma) 힘을 받 아 가속도 운동을 하는데 원자들에 부딫치면서 충돌 에 의한 가속도가를 가지지 못하고 평균속도를 가지 게 된다. vav E -도체(구리)에선 온도가 낮으면 바이브레이션이 적어 충돌이 적어져 Vac는 빨라지고 저항은 작아진다. -용액에서는 온도가 올라가면 점도가 줄어들고 이온의 Activity가 늘어나 서 Vac가 빨라지고 저항은 작아진다. Flow Density Δt 의 시간동안에 물체를 통과하는 이온의 개수 N s A vav t Cs 부피 [m3 ] A vav t 농도 [개/ m 3 ] 단위 시간당 단면 A를 지나는 단위면적당 이온의 개수 Qe ( flow density) dV Qe vac Cs s Zq( )Cs dx Ns A t Cs [s] Av [s] mole/liter Av 아보가드로수 dV Qe s Zq ( ) Av [ s ] dx Diffusion에 의한 이온의 이동 [s] d [s] dx + - x d [s] Qd dx Mobility -이온의 극성과 상관없이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동 -농도가 가장 빠르게 줄어드는 방향으로 확산이 일어난다. Diffusion Constant (확산 상수) d [ s] Qd Av Ds dx Ds s TB ⇒ Mobility와 Diffusion Constant 사이의 관계 T : 절대온도 B : Boltzmann Constant 전체 양전하 이동 량 ⇒ Q Qe Qd dV d [s] s Z q Av [ s ] Av Ds dx dx ZF dV d [ s] Av Ds [ s ] Av Ds RT dx dx F Av q : Faraday Constant R BAv : 이상기체 상수 RM(Resting Membrane) in 0 + + + + + + + Membrane d Q Qe Qd 0 ZF dV d [ s] Av Ds [ s] Av Ds ⇒ RT dx dx Diffusion out Electric field ZF dV ( x) d [ s] 1 RT dx dx [ s] K+ 농도 바깥쪽 전압 안쪽 전압 ZF ⇒ RT d 0 dV d [ s] 1 dx dx [ s] ZF d 1 dV d [ s] 0 RT [ s] [ s]o ZF ZF xd ( V V ) ln v(d ) v(0) ln[ s] x 0 ln[ s]o ln[ s]i ⇒ ⇒ out in RT [ s]i RT =0 VRMP Vin Vout RT [ s]out ln 2 F [ s]in [s]in > [s]out 이니 음수가 되어 VRMP ≒ -60mV - Action Potential 측정 + Microelectrode 세 포 Vo IA 기준전극 Vo t VRMP 세포막을 뚫고 들어가는 순간 (-)가 된다. Permeability Vm : membrane potential Depolarization : 탈분극 Repolarization : 재분극 막 전위가 VT까지 올라가면 막 전위 0 Action Potential q Na VT VRMP qk Na+ Channel이 열려 세포 내로 유입 Vin이 (-) (+) Membrane 전압이 (+)가 되면 안에 있는 (+) 이온이 다시 밖으로 유출 0 Stimulus 자극 인가되면 자극에 의해 막 전위 상승 Hyperpolarization : 과분극 V1 V2 V3 V4 V5 +++++++++++++++++++++++ V1 --------------------------------------------------------------------- V2 +++++++++++++++++++++++ V3 ++++-------+++++++++++++++ ------++++---------------------------++++---------------------++++-------+++++++++++++++ 이온방향으로 전류가 흐른다 V4 V5 Axon을 타고 Action Potential이 점점 이동하는 것처럼 보인다. 한 지점에서 Action Potential 만들고 나면 그 지점이 바로 옆 을 자극하여 Action Potential이 만들어진다. Thanks for your attention!