+ + Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)

De Meetcyclus
Control
en/of
Feedback
Object
Signaal
Meting
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
Analyse
Informatie
1
De Meetcyclus: cardiofitness
Tempo
aanpassen
Hart
Electrische
potentiaal
ECG
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
Fourier
analyse
Hartslag
2
Cell Modeling - historie
1.
Hodgkin-Huxley(1952)
2. Luo-Rudy I model (1991)
3. Luo-Rudy II Model (1994)
4.
Courtemanche (1998)
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
Vincent Jacquemet, A biophysical model of atrial fibrillation
Ionkanalen
Ionkanaal:
Trans-membraan eiwit dat in een ‘open’ of
‘gesloten’ toestand kan verkeren.
In open toestand wordt een bepaald type
van kleine geladen deeltjes (ionen)
doorgelaten.
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
4
Weerstand en capaciteit
buiten
+
binnen
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
-
Electrisch:
Wet van Ohm:
RM
CM
V=I•R
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
5
Passieve eigenschappen van een axon
stroom I
spanning V
Ri
Rm
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
Re
Cm
6
Actiepotentiaal
+10 mV
?
Vm
3 msec
-70 mV
Istim
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
7
Deeltjes in oplossing
BEGIN
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
8
Deeltjes in oplossing
EVENWICHT
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
9
Brownse beweging
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
10
Semi-permeabel membraan
BEGIN
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
11
Semi-permeabel membraan
EVENWICHT
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
12
Twee soorten deeltjes
BEGIN
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
13
Twee soorten deeltjes
EVENWICHT
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
14
Electro-chemisch
evenwicht
0
-
+ -
+
+
+ -
-
--
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+-
+
+
+
-
+
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
BEGIN
EVENWICHT
15
Electro-chemisch evenwicht
0
-
X+
+
X+
Y-
Y-
A
B
chemische gradiënt
electrische gradiënt
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
16
Evenwichts
potentiaal
voor ion X
Nernst vergelijking
gasconstante
temperatuur
conc. X
in A
RT [X] A
EX 
ln
zF [X] B
0
-
X+
+
X+
Y-
Y-
valentie
const. v Faraday
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
College
5
A
B
conc. X
in B
17
Ion concentraties (mM)
K+
Na+
Cl-
inside 140
10
4
outside 4
145
110
Evenwichts
potentiaal
(mV)
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
-90
+67
-83
18
Natrium – kalium pomp
2 K+
buiten
binnen
ATP
3 Na+
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
ADP + Pi
19
Diagram
+70 mV
ENa
0 mV
depolarisatie
-80 mV
-90 mV
Vrust
EK
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
hyperpolarisatie
20
Stroom
totaal aantal
open kanalen
V=I•R
G = 1/R
‘drijvende kracht’
I X GX (V mE X )
geleidbaarheid
voor ion X
stroom van ion X
membraan
potentiaal
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
evenwichts
potentiaal
voor ion X
21
Stroom
+70 mV
ENa
I NaGNa(V mE Na)
0 mV
I K GK (V mE K)
-80 mV
-90 mV

Vrust
EK
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
22
Ionkanalen
Ionkanaal:
Trans-membraan eiwit dat in een ‘open’ of
‘gesloten’ toestand kan verkeren.
In open toestand wordt een bepaald type van
kleine geladen deeltjes (ionen) doorgelaten.
buiten
binnen
‘gating’
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
23
Kanaal vs. pomp vs. exchanger
Kanaal
Beweging ionen gaat altijd met de electrochemische
gradient mee, passief.
bv. Cl- kanaal
Pomp
Ionen worden tegen de electrochemische gradient
ingepompt, onder verbruik van energie (ATP).
bv. Ca2+ ATPase
Exchanger
Maakt gebruik van de (energie in de)
electrochemische gradient om een ander ion tegen
zijn electrochemische gradient in te bewegen.
bv. Na+H+ exchanger
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
24
Verschillende typen ionkanalen
∆V
enz
Neurotransmitter
gestuurd
Voltage afhankelijk
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
2nd messenger
gestuurd
25
Voltage afhankelijk kanaal
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
College 5
8E020 Inleiding
26
Kalium kanaal van een axon
dep.
hyp.
activatie-gate
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
27
Negatieve feedback
+
K+ kanalen open
depolarisatie
-
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
28
dep.
Natrium kanaal
van een axon
hyp.
activatie-gate
hyp.
dep.
inactivatie-gate
hyp.
dep.
dep.
hyp.
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
29
Positieve feedback
+
Na+ kanalen open
depolarisatie
+
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
30
repolarisatie
upstroke
Axon actiepotentiaal
rest membrane potential
RMP
hyperpolarisatie
3 msec
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
31
ENa
GNa en GK
Natrium kanaal
dep.
Vm
hyp.
dep.
3 msec
dep.
hyp.
hyp.
dep.
hyp.
EK
Kalium kanaal
GNa
GK
dep.
hyp.
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
32
Single Channels
Na
K kanaal
kanaal
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
33
Neuron
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
34
Cardiovascular Research Institute Maastricht (CARIM)
35