8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

1/19

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

2/19

BIOELECTRICITATEABIOELECTRICITATEA

STUDIAZA fenonemele electrice,

electromagnetice ce au loc in tesuturile

biologice

ACESTE FENOMENE INCLUD:

comportarea tesuturilor excitabile (ca

surse de semnale electrice)

curentii si potentialele electrice dinvolumul conductor al tesuturilor si

organelor

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

3/19

raspunsul celulelor excitabile la

stimularea cu campuri electrice si

magnetice

proprietatile intrinseci

electromagnetice ale tesuturilor

impedantele electrice

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

4/19

Stiintele multidisciplinare care implicaStiintele multidisciplinare care implica

fizica si tehnica alaturi de stiintelefizica si tehnica alaturi de stiintele

vietii:vietii:

Biofizica- solutionarea problemelorspecifice fenomenelor biologice pe baza

conceptelor fizicii

Bioingineria- aplicarea tehnicii ininvestigarea sistemelor biologice si in

dezvoltarea aparaturii medicale

Ingineria biomedicala -aplicarea inbiologie si medicina a instrumentelor si

metodelor ingineresti

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

5/19

Electronica medicala-ramura aingineriei biomedicale axata peinstrumentatia electronica si pemetode electronice in medicina

Biotehnologia-procesele tehnologicebazate pe organisme vii(producatoare sau modificatoare desubstante utile)

Fizica medicala-studiul problemelorfizice din medicina clinica

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

6/19

Stimularea electrica la nivel celular a sistemului

nervos central sau a placilor neuromusculareDefibrilarea electrica cardiacaControlul electric al ritmului cardiac (pacemaking)

Stimulii reusesc activarea celulelor siesuturilor daca sunt supraliminari (au valorieste valoarea pragului de excitabilitate

pecific)Stimulii subliminari (electrici sau magnetici)sunt utilizati in terapie

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

7/19

Stimularea magnetica a sistemuluinervos central sau a placilorneuromusculare

Defibrilarea magnetica cardiaca Controlul magnetic al ritmului cardiac

(pace making)

ElectromagnetoterapiaMagnetoterapia

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

8/19

La nivel celular membranele sunt principalelestructuri ce se caracterizeaza prin activitate

electromagnetica;

aceasta activitate consta inMENTINEREA unei diferente de potential

electric de 70-90mV in lipsa stimulariicelulelor excitabile sau/si in generarea unuipotential de actiune in urma actiuniistimulilor - precum si in circulatiatransmembranara a purtatorilor ionici de

sarcina electrica ca urmare a stimulariiacestor celule (prin mesageri chimici sauimpulsuri nervoase).

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

9/19

Bazele moleculare ale fenomenelor debioelectricitate de la nivelul membranelorcelularese regasesc in

1. existenta dipolilor electriciexistenta dipolilor electrici la nivelulproteinelor si lipidelor din structura membranelorcelulare precum si in

2. existenta ionilor liberi in mediile intra si

extracelulare (in special sodiu, potasiu, calciu,clor dar si altii ca magneziul etc.) si in

3. prezena anionilor macromoleculari,

nedifuzibili, din mediul intracelular.

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

10/19

Structura unei membrane celulare-modelulmozaicului fluid

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

11/19

Modelul structural al membranelor se bazeaza pedublul strat lipidic in care sunt imersate proteinele sicolesterolul modelul mozaicului fluid

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

12/19

Stimularea unei celule excitabileStimularea unei celule excitabile (neuronalasau musculara) consta in declansarea unorcurenti ionici transmembranari care circula prin

canalele ionice in sensul gradientilor deconcentratie existenti, curenti capabili samodifice potentialul de repaus al membranei astfel se genereaza potentialele de actiune carese propaga prin volumele cu proprietaticonductoare neomogene si anizotrope ceconstituie tesuturile si organele.

Revenirea la starea de repaus este consecintatransportului ionic prin intermediul pompelorionice care, cosumand energie metabolica dinrezervele celulare (de exemplu moleculele de

ATP), dirijeaza ionii insens invers gradientilorelectrochimici transmembranari.

Curentii ionici transmembranarireprezentand fluxuri variabile de sarcinielectrice, campurile electrice

corespunzatoare sunt insotite de campurimagnetice variabile.

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

13/19

Principalele fluxuri de ionicare circula prin membrana

celulara Transport pasiv=influx de sodiu, sau calciu precum si eflux de potasiu

Transport activ = eflux de sodiu sau calciu sau influx de potasiu

Din punct de vedere energetic: la tr. pasiv nu seconsuma din energia metabolica dar la transportactiv da (energia din moleculele macroergice deex de ATP-adenozin trifosfat)

Transport pasiv prin canale ionice (agregateproteice) Transport activ prin pompe ionice (agregate

proteice cu proprietati enzimatice)

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

14/19

Tendinta ionilor de sodiu (ca si de calciu) este de a intra incelule

Tendinta ionilor de potasiu este de a iesi din celule

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

15/19

Polarizarea electrica a uneimembrane celulare

Depolarizarea si hiperpolarizarea electrica amembranei

Transportul ionic prin membrana sischimbarea starii de polarizare electrica amembranei

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

16/19

Vm =Vi-Ve (potentialul de membrana) Vi0 (Vi, Ve potentialele electrice la fata interna si respectiv

externa a celulei) Ex: Vi=-120 mV si Ve=50 mV

Vm=-120-(+50)=-120+50=-70mV In stare de repaus Vm este de -70-90 mV Depolarizarea = scaderea lui Vm pina la -20-40 mV Se produce, de exemplu ca urmare a intrarii unor sarcini pozitive

sau/si iesirii unor sarcini negative

V=(1/4)xQ/R

R-raza sferei

(raza celulei)

Q- sarcina

electrica de pesfera

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

17/19

Contributii la potentialele electrice ale fetelor

membranei celulare

1. Ionii mici liberi (cationi ca Na+, K+, Ca 2+ si anioni ca Cl-)

2. Anionii macromoleculari imobili din citoplasma

3. Moleculele dipolare din membrana (proteine si capetele polare

ale lipidelor)

- Distributia spatiala a lipidelor si proteinelor membranare este

asimetrica (de ex un strat lipidic este format din alte lipide

decat al doilea strat adica sunt dipoli electric diferiti)

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

18/19

Transportul ionic =cauza modificarii luiVm=generarea unui potential de actiune

Acesta se poate propaga de-a lungul celuleica si intre celule

Toate structurile celulare, subcelulare etc. casi mediile apoase din organism sunt buneconductoare de electricitate

8/2/2019 C1_BioelECTRICITATE

19/19

Inregistrarea componentelor magnetice aleactivitatii creierului si inimii elimina problemaimpedantelor dintre sursa de semnal si dispozitivulde inregistrare extracorporal insa, pe de altaparte, senzorii magnetici necesari inregistrarii uneimagnetocardiograme sau magnetoencefalograme

sunt mult mai complecsi din punct de vederetehnic. Astfel ca biomagnetometria s-a dezvoltat

semnificativ abia in ultimele decenii, eforturilecorelate ale cercetatorilor din domeniul biomedicalconducand insa la rezultate spectaculoase in

diagnosticarea precisa a unor afectiuni grave faptde importanta majora pentru abordarea schemelorde tratament optime in fiecare caz in parte.