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yjp
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Nachrichtenübertragung durch Nervenzellen:
Ruhemembranpotential
-Entwicklung von Bioelektrozität an der Membran einer ruhenden Zelle(-90mV)
-Im intra- und im extrazellulären Raum sind unterschiedliche Ionenkonzentrationen vorhanden
-Intrazellulären Raum sind Ka+-Ione und organische Anione im Überschuss, während im extrazellulären Raum mehr Na+-Ione und Cl-Ione vorhanden sind
-Im Ruhezustand ist nur das Ionenkanal in der Zellmembran nur für Ka+-Ione durchlässig, diese diffundieren dann in den extrazellulären Raum aufgrund des Konzentrationsunterschiedes
- Dadurch wird der intrazelluläre Raum wird elektrisch negativ, während der extrazelluläre Raum positiv wird
-Die Membran ist an einigen Stellen "undicht" und lässt Na+-Ione in das Innere diffundieren
-Die Na-Ka-Pumpe, ein Protein an der Membran, wirkt dagegen
-Die Energie für den Transport wird vom ATP bereitgestellt
-Irgendwann ist chem.Potential = elektr.Potential: Elektrisches Ruhepotential
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Messkette
Energie -> Messgröße(Mensch) -> Wandlung-> Auswertung-> Anzeige -> Speicherung
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Wichtigste Messgrößen
- Elektrische Signale:
- EKG(Elektrokardiografie)
- EEG(Elektroenzephalografie)
- EMG(Elektromyografie)
- Mechanische Größen:
- Puls
- Blutdruck, Hirndruck, Blasendruck
- Blutfluss
- Atemfluss
- Chemische Größen:
- Sauerstoffsättigung
- Temperatur:
- Körpertemperatur
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Zeichnen Sie den Verlauf einer Aktionspotenzialzelle.
Siehe Folie 9
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Warum kann sich die Erregung nur in eine Richtung ausbreiten?
Weil bereits depolarisierte Regionen nicht nochmals erregt werden können
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Herz-Physiologie
Herz pumpt etwa 5 l/min in unseren Körper
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Nachrichtenübertragung durch Nervenzellen
Aktionspotential
-Durch ein Reiz öffnet sich das Na+-Ionenkanal
-Na+-Ionen sammeln sich im intrazellulären Raum, bis das Potential einen Schwellenwert von -60 mV erreicht
- -Dann ändert sich die Permeabilität der Membran schlagartig und die Na+-Ionen fließen massenhaft in den intrazellulären Raum, sodass das Innere positiv wird.
- (Depolarisation) Und ein Aktionspotential entsteht
-Durch die Umkehrung des elektrischen Feldes ensteht ein Impuls, der zu den Synapsen weitergeleitet wird
-Danach wird die Membran permeabel für Ka+-Ionen
-Aufgrund des Konzentrationsunterschiedes wandern die Ka+-Ionen nach außen und gleichen die Spannung an der Membran aus
-Das Ruhepotential wird wieder durch die Na-Ka-Ionen wieder hergestellt.
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Reizleitung im Herzen
- -Die Erregung im Herzen geht vom Sinusknoten aus-Die Erregung läuft über
- die Vorhofmuskulatur, die dann kontrahiert,zum AV-Knoten-Die
- Erregung kann nur über den AV-Knoten vor den Vorhöfen zu den Kammern
- gelangen, da die Vorhöfe und Kammer elektrisch voneinander isoliert sind
- - Davor wird die Errgung im AV-Knoten verzögert, damit sich
- die Kammern mit Blut füllen können. Danach werden sie zu den Vorhöfen
- kontrahiert.(Die Verzögerung vermeidet Überleitung von schnellen
- Herzrhytmen)-Die Errgung wird über den His-Bündel zu den Schenkeln des Reizleitungssystems weitergeleitet.-Anschließend wird sie von den Purkinje-Fasern auf das Myokard übertragen-Dadurch wird die Ventrikelmuskulatur kontrahiert-Die Erregung breitet sich die Myokard von Innen nach Außen und von der Spitze zur Basis
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Entstehung des Summenvektors
- -Das Herz in Erregung kann als elektrischer Dipol angesehen werden
- -Liegt dieser Dipol in einem leitenden Material, entsteht ein elektrisches Feld, dessen Stärke ist ein Vektor dU/dx
- -Der Vektor zeigt vom erregten(elektronegativ) zum unerregten(elektropositiv) Gewebe
- -Das Herz besteht aus Millionen von Einzelvektoren, die sich summieren oder gegenseitig aufheben
- -Das auf der Haut abtastbare Feld reflektiert die zeitliche Veränderung des Summenvektors
- -Die unerregten oder vollständig erregten Zellen sind elektische "unsichtbar"
- -> Die Stärke des Feldes reflektiert u.a. die Muskelmasse
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Erregungsausbreitung(Bild)
Siehe Folie 24
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Vektorschleife
- -Der Summenvektor beschreibt die zeitliche und räumliche Erregungsausbreitung im Herzen
- -Seine Spitze beschreibt eine Vektorschleife im Raum
- Frontalebene
- Horizontalebene
- Sagittalebene
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Ableitung des Herzvektors
-Standardableitungen: Extremitäten-Ableitung nach Einthoven I, II und III
-Ableitebene I: Vom rechten Arm zum linken Arm
-Ableitebene II: Vom rechten Arm zum rechten Bein
-Ableitebene III: Vom linken Arm zum linken Bein
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Extremitätenableitungen
- -Bipolar: Einthoven
- -Messen von der Potentialdifferenz zwischen zwei empfindlichen Elektroden
- -Unipolar: Golberger
- -avR
- -avL
- -avF
- -Erfassung des Potentials über eine Elektrode
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Brustwandableitungen
- -bipolar: Nehb
- -Die drei Ableitungen nach Einthoven
- -D: Dorsal
- -A: Anterior
- -I: Inferior
- -unipolar: Wilson
- -Durch die Verbindung der Extremitätenelektroden mit je 100 kOhm entsteht in der Mitte des Körpers eine Nullelektrode(CT, Central Terminal)
- -Es werden die Potentiale zwischen der Ableitungen zwischen V1 - V6 und CT
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Kann das EKG mit einem nicht-invertierenden Verstärker gemessen werden? Was ist die Abhilfe?
- Nein, da ein Differenzsignal gemessen werden muss.
- Abhilfe schafft ein Instrumentationsverstärker:
- -Vorteil: Hoher Eingangswiderstand, hohe Gleichtaktunterdrückung
- -RG bestimmt die Verstärkung(10 bis 25)
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Welche Störeinflüsse sind zu erwarten?
- -Elektrodenproblematik
- -An der Grenzschicht zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten häuft sich Ladungen an
- -Änderung der Kapazität
- -Für eine gute Messung muss der Strom, der über die Grenzschicht misst, minimiert werden
- -z.B. Platin-Elektrode:
- -kapazitives Verhalten
- -nur Verschiebungsströme
- -Strom nicht konstant
- -z.B. Silber-Elektrode
- -nicht polarisierbar
- Ag+Cl- = AgCl + e-
- -Induktive Einflüsse:
- -Die Leitungen werden als geschlossene, stromdurchflossene Leiterschleife betrachtbar
- -Es entsteht eine magnetische Induktion
- -Kapazitive Einflüsse auf den Menschen:
- -Kapazitive Einkopplung der Netzspannung auf den Menschen
- -Wenn delta R = 0, kein Einfluss
- -Kapazitive Einflüsse auf die Leitungen:
- -Tritt zwischen zwei Stromkreisen eine Potentialdifferenz auf, so entsteht ein elektrisches Feld E
- -Modelliert als Streukapazität
- -Bei delta R = 0: kein Einfluss
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Schutz vor Störeinflüssen
- -Möglichst kurze, verdrillte Leitungen
- -Schirmung der Leitung schützt vor elektormagnetischen und kapazitiven Störeinflüssen aber nicht vor induktiven
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Einfluss des Schirms
-Zwischen den Messleitungen und dem Schirm liegt eine Gleichtaktspannung
-Die Kapazität zwischen den Leitungen und dem Schirm belastet die Quelle
-Die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen un dem Schirm stellt ein großes Problem dar
-> Ausregelung der Spannungsdifferenz durch aktive Schirmung
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Normales EKG (Elektrokardiogramm)
-Siehe Folie 52
-P,Q,R,S,T,U
-P-Welle, PQ-Strecke, R-Welle, ST-Strecke, T-Welle, U-Welle
- -0,1 ms
- -0,01 ms
- -0,1 ms
- -0,03 ms
- -0,3 ms
- -unbestimmt
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Defibrillator
- -Schockgeber
- -Durch gezielte Stromstöße werden Herzrhytmusstörungen behoben
- -Gleichzeitige Depolarisation aller Herzmuskel
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Herzschrittmacher
-stimuliert regelmäßig den Herzmuskel mit elektrischen Impulsen
-> Anregung von Kontraktion
- -Einkammer-Schrittmacher:
- Elektrode wird durch Vene in den Ventrikel eingeleitet
- -> Zur Behebung von Langsamherzigkeit
- -Zweikammer-Schrittmacher:
- Elektrode wird durch die Vene in den Ventrikel und Vorhof eingeleitet
- -> Zur Behebung des AV-Knotens
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Möglichkeiten zur Behebung von Rhytmus-/ Reizleitungsstörungen als Beispiel
- -Chemisch durch Medikamente:
- Antiarrhytmika, Beta-Blocker
- -Physikalisch:
- Defibrillator, Schrittmacher
- -Erste eigene Hilfe:
- Wasser trinken, tief Einatmen
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Anforderungen an die Messtechnik
- -Ähnlich wie beim EKG aber etwas geringer,
- da
- -direkt am oder im Muskel appliziert
- -der absolute Pegel relevant ist und nicht die Signalform
- -Amplitude 800 uV bis 5 mV, bis ca. 1 kHz
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Messung der elektrischen Aktivität
-original: 800uV, bis ca. 100 Hz und mehr
- -gemittelte Absolutwerte:
- gleichgerichtetes, verstärktes Signal wird ausgewertet
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Die elektrische Erregung und Muskelfunktion
- -Einzelzuckungen
- -Tetanische Kontraktion(Dauerhafte Muskelverkürzung)
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Anwendungen EMG
- -Diagnose von Muskelkrankheiten
- -Messung der Erregungslaufzeit
- -Steuerung von Orthese und Prothese
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EEG
Elektroenzhephalografie
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Anforderungen an die Signalaufbereitung
-Synchronisertes Depolarisieren von 10.000 Zellen erzeugt auf der Kopfhaut eine Potentialänderung von 1 uV
-Frequenzen statisch bis 100 Hz, Hauptkomponenten bis 40 Hz:
Delta(1-4 Hz): Überwiegend im Schlaf, Tiefschlaf
Theta(4-8 Hz): bei Träumen und Meditation, bei Kleinkindern
Alpha(8-13 Hz): im entspannten Wachzustand
Beta(13-32 Hz): Im aktiven Wachzusatnd
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Anwendungen EEG
- -Diagnostisches Verfahren:
- Diagnose von Nervenleitungsstörung
- Verhaltenforschung
- Schlafforschung
-Steuerung technischer Geräte
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Vergleich zum EKG
- -Wesentlich mehr Kanäle
- -Wesentlich geringere Signalpegel als beim EKG
- -Anderes Filterverhalten -> Hohe Störunterdrückung
- -Gleiches Prinzip der Störunterdrückung wie beim EKG, aber ansprchsvoller
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EOG
- -Elektrookulaogramm
- -Auf der Retina bildet sich ein Ruhepotential aus
- - Vorderseite: +, Rückseite: -
- -Durch die Bewegung des Auges wird ein elektrisches Feld induziert
- -Diese werden über Elektroden aufgenommen und verstärkt
- -Störungen durch:
- -Beleuchtungsstärke(mit der Beleuchtungsstärke steigt das Ruhepotential)
- -Körperbewegung
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