Transcript 1. Home assignment in TBMT18

Hemuppgift 1a i TBMT18: Biopotentialers ursprung.
Litteratur: Häftet ”Biophysics of Nerve and Muscle” (Finns att ladda ner på kursens
hemsida). Dessutom kan ”formler och ekvationer” komma väl till pass (också på
hemsidan). Simuleringsprogram finns likaså för nedladdning på samma sida.
För att lösa uppgiften i del I använd följande adress för att komma till det ”online”baserade simuleringsprogrammet http://nernstgoldman.physiology.arizona.edu/launch
alternativt installera det fristående simuleringsprogrammet for det operativsystem du
använder (Windows eller Mac http://nernstgoldman.physiology.arizona.edu).
För att lösa uppgiften i del II använd följande adress för att komma till det ”online”baserade simuleringsprogrammet http://thevirtualheart.org/java/hh.html alternativt
installera det fristående simuleringsprogrammet for det operativsystem du använder
(Windows eller Mac
http://www.cs.cmu.edu/%7Edst/HHsim/hhsim_32/hhsim_32_source.zip ).
Lös därefter nedanstående uppgifter och sammanfatta dem på max 2 sidor.
Del I: Jämnviktspotential
Vi kommer först att undersöka jämnviktspotentialen (Ei) i en cell med endast en enda
jonkanaltyp. Klicka på knappen i huvudfönstret märkt med Nernst. I jonkanalfönstret
(vänstra fönstret) väljer du den jon som skall undersökas, i detta fallet [Na+] och [K+].
Följande värden kan anges i uppgiften: [Na+]i = 50, [Na+]o = 440, PNa = 5; [K+]i = 200,
[K+]o = 10, PK = 100 och [CL-]o = 560, [CL-]i = 52, PCl = 18. Temperatur 6.3 °C. (Man
kan skriva direkt i rutan). Genom att trycka på helpknappen får ni en hel del tips och
förslag. Ni kan också jämföra olika celler genom att välja dessa med
”ION/OPERMEABILITY”-knappen till höger längst ner.
•
•
•
Fråga 1. Beräkna vad det innebär med en halvering av den externa
natriumkoncentration. Kom ihåg, vi antar att endast natriumkanaler är närvarande.
Använd simulatorn för att bekräfta ditt svar genom att titta på värdet av passiv Ei.
i membranfönstret. Förklara och motivera!
Fråga 2. Beräkna den yttre [Na +] koncentration som krävs för att uppnå Ei = 55,5
mV. Kontrollera ditt svar med hjälp av simulatorn. Förklara och motivera!
Fråga 3. Antag att vi fördubblar temperaturen, från 6,3 °C till 12,6 °C. Vad är det
nya värdet för Ei? Förklara varför Ei inte dubbleras.
Upprepa förfarandet för Kaliumkanalen. Ei blir nu -72.1 mV.
•
•
Fråga 4. Hur skall vi förändra kaliumkoncentrationen och hur mycket för att Ei
skall anta värdet -45 mV vid 37 °C. Dokumentera de nya värden som erhålls och
ge en förklaring till dessa.
Fråga 5. Använd nu istället Goldmans ekvation och stoppa i ovanstående värden
för samtliga jonslag med tillhörande permeabiliteter (PX-värden). Använd
temperaturen 37 oC. Ge en trolig förklaring till resultatet. Förklara och motivera!
•
Fråga 6. I tabellen nedan ges följande jämviktskoncentrationer och permeabiliteter
för ett cellmembran. Notera att A+jonen inte är kan komma igenom membranet.
Jonkanalernas motstånd är RK+ = 1,7 kΩ, RNa+ = 9,09 kΩ och RCl- = 3,125 kΩ
Jon
K+
Na+
ClA+
Cytoplasma (mM)
168
50
41
64
extracellulär vätska (mM)
6
337
340
12
Permeabilitetsratio
1,0
0,019
0,381
-
1. Beräkna Nernsts potential för varje jon.
2. Rita en elektrisk ekvivalent modell för detta membran. (Ledtråd: Se figur i
avsnittet ”Elektrisk modell av cellmembranet i det formelblad som finns på
kurshemsidan.)
3. Beräkna membranets vilopotential genom att använda kretsen du ritat i del (b).
Del II: Aktionspotential
Aktionspotentialen är en förändring av cellens jämnviktspotential. Den utgör cellernas
språk och kommunikation och är en nödvändighet för vår existens. Om man stimulerar en
nervcell genereras en spik, dvs en aktionspotential. För t.ex. ett hjärta genereras
aktionspotentialer kontinuerligt för att det skall slå. Ni kan simulera detta repetitiva
förlopp genom att sätta starttid för två impulser och sedan starta simuleringen. För detta
behöver kunna köra applets i er bläddrare. Programmet hittar ni på
http://thevirtualheart.org/java/hh.html. Parametrarna ändras genom att klicka i en ruta och
sedan skriva värdet. (Man kan också använda matlab-koden som finns på hemsidan till att
lösa samtliga ställda problem. Det kräver dock att man läser igenom manualen för att få
det att fungera. Använd i så fall förinställda värden eller de som tidigare använts i
uppgiften.)
•
•
•
•
•
•
Fråga 1. Vad händer om man går från en lång tid mot en kortare tid mellan
pulserna? Beskriv ditt svar i form av spänning och tid.
Fråga 2. Vilka blir konsekvenserna när tidsavståndet blir för litet?
Fråga 3. Vilken är den kortaste tid man kan ha för att få det högsta antal
aktionspotentialer per sekund?
Fråga 4. Leta reda på i litteraturen vad som kan anses som den kortaste tid man
kan ha för att få det högsta antal aktionspotentialer per sekund.
Nu är det inte enbart tiden som avgör aktionspotentialen utan också konduktansen
tillsammans med tiden.
Fråga 5. Variera konduktanserna och försök förklara hur aktionspotentialen
förändras med dessa och varför?
Hemuppgift 1b i TBMT18: Avledning av biopotentialer: Elektrokardiogrammet Litteratur: Jacobson s. 143 – 152(164) samt häftet”Biophysics of Nerve and Muscle” Besvara frågorna nedan på minst två och max tre sidor. Använd bilder där det krävs i dina lösningar. 1. En elektrokemisk cell beskriver väl den mätsituation som uppkommer då man vill mäta en biopotential, t.ex. ett EKG. Man fäster elektroder på kroppsytan för att på bästa sätt registrera hjärtats aktivitet. Väl inkopplat uppstår en elektrokemisk cell, se figur 1. a) Redogör för vilka potentialer man kan finna i en elektrokemisk cell och ursprunget till potentialerna. b) Vilka faktorer styr potentialens storlek? c) Vilka felkällor kan man förvänta sig i nedanstående elektrokemiska cell och finns det sätt att undvika dessa? 2. Beskriv uppkomsten av EKG-­‐signalen. 3. Beskriv grunderna till EKG-­‐registrering. 4. Vad menas med bipolära och unipolära avledningar? 5. De bipolära avledningarna definieras som: I =VLA-­‐VRA II =VLL-­‐VRA III =VLL-­‐VLA där V står för potentialen, LA för Left Arm, LL för Left Leg och RA för Right Arm. Anta att motstånden som används i de unipolära extremitetsavledningarna är lika stora. Använd benämningarna ovan för att härleda vilken potentialskillnad det är EKG-­‐förstärkaren mäter då (absolutbeloppet). 6. Redogör för tre olika störningsfaktorer vid EKG-­‐registreringar. -
+
E
1
Saltbrygga
Metall A
Metall B
Elektrolyter
B
+
Y
-
Figur 1: Elektrokemisk cell med en saltbrygga. +
A
X
-