F7DIBEMG - Bioelektromagnetismus

Cílem je seznámit studenty s obecnými základy teorie elektrického a magnetického pole, s podstatou a významem vzniku elektromagnetických polí v prostředí živého organismu a s vlivy elektromagnetických polí na živé organismy. Seznámit studenty se způsoby modelováním těchto polí a jejich zdrojů přímou a inverzní metodou, s modelováním na různých strukturálních úrovních organismu.

Standardně probíhá výuka kontaktní formou a předmět je zakončen ústní zkouškou, které předchází písemná příprava. V případě, že počet studentů je menší než 5, může výuka probíhat v podobě řízeného samostudia s pravidelnými konzultacemi. Dále je požadováno vypracování písemné studie studentem na zadané téma z oboru. Podmínkou pro připuštění ke zkoušce je absolvování dvou laboratorních cvičení (doloženo protokolem podepsaným studentem, vedoucím cvičení a garantem předmětu). Protokoly budou archivovány v referátu pro doktorské studium.

Osnova přednášek:

1.Statické a quasi-statické elektrické a magnetické pole, elektromagnetické pole - základní fyzikální poznatky a rovnice, materiálové vztahy, okrajové podmínky, platnosti aproximací.

2.Úvod do problematiky bioelektromagnetického pole. Aplikace elektromagnetického pole v biologii. Anatomické a fyziologické základy bioelektromagnetismu.

3.Klidový membránový potenciál. Fyzikální vyjádření membránového potenciálu - Nernstova rovnice. Elektrický model buněčné membrány. Elektrické vlastnosti buněčné membrány.

4.Podstata vzniku klidového membránového potenciálu. Fyzikální vyjádření MP - rovnice G-H-K. Podstata vzniku a šíření akčního potenciálu. Průmět akčního potenciálu do extracelulárního prostředí neuronu.

5.Metody a techniky měření elektrické aktivity buněk, měřicí metoda „terčíkový zámek“, měřicí metoda „napěťový zámek“, můstková metoda, vznik a šíření vzruchu srdečním svalem, převodní systém srdeční. Teorie elektrokardiografických svodů, povrchové potenciály.

6.Definice objemového prostředí, modelování zdrojů a vodičů, pole dipólu. Inverzní úloha. Mapování elektrické aktivity.

7.Biomagnetická měření, elektrická stimulace nemyelinizovaného a myelinizovaného axonu. Materiály elektrod a jejich tvar.

8.Magnetická stimulace nervové tkáně, návrh stimulační cívky, stimulační impulz, numerické simulace magnetická stimulace.

9.Stimulace srdečního svalu, kardiostimulátory, teorie defibrilace, jednodimenzionální aktivační/defibrilační model, defibrilátory.

10.Anatomie a fyziologie oka, elektrické signály generovány okem, elektrookulogram.

Osnova cvičení:

1.Měření a vyhodnocení EKG na dobrovolníkovi (přístroj nově pořízen z prostředků projektu Modernizace laboratoří pro biomedicínské inženýrství).

2.Příprava izolovaného srdce hlodavce pro experimenty dle Langendorffa (přístroj nově pořízen z prostředků projektu Modernizace laboratoří pro biomedicínské inženýrství).

Cílem je seznámit studenty s obecnými základy teorie elektrického a magnetického pole, s podstatou a významem vzniku elektromagnetických polí v prostředí živého organismu a s vlivy elektromagnetických polí na živé organismy. Seznámit studenty se způsoby modelováním těchto polí a jejich zdrojů přímou a inverzní metodou, s modelováním na různých strukturálních úrovních organismu.

Povinná:

[1] Malmivuo, J. - Plonsey, R.: Bioelectromagnetism - Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields. New York, Oxford University Press, 1995.

Doporučená:

[1] Titomir, L. I. - Kneppo, P.: Bioelectric and Biomagnetic fields. Theory and Applications in Electrocardiology. Boca Raton, CRC Press 1994, 346s

[2] Plonsey, R. - Barr, R.C.: Bioelectricity: A Quantitative Approach. Plenum Press, New York, 1988.

Modul D a E