20.7: Uendeshaji wa never-Electrocardiograms

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza mchakato ambao ishara za umeme zinaambukizwa pamoja na neuroni.
• Eleza madhara ya sheaths ya myelin kwenye uenezi wa ishara.
• Eleza nini sifa za ishara ya ECG zinaonyesha.

Maji ya umeme katika mfumo mkubwa sana wa mabilioni ya mishipa katika mwili wetu inatuwezesha kutambua ulimwengu, kudhibiti sehemu za mwili wetu, na kufikiri. Hizi ni mwakilishi wa kazi tatu kuu za mishipa. Kwanza, mishipa hubeba ujumbe kutoka kwa viungo vyetu vya hisia na wengine kwenye mfumo mkuu wa neva, unao na ubongo na kamba ya mgongo. Pili, mishipa hubeba ujumbe kutoka kwa mfumo mkuu wa neva hadi misuli na viungo vingine. Tatu, mishipa hupeleka na kutengeneza ishara ndani ya mfumo mkuu wa neva. Idadi kubwa ya seli za ujasiri na idadi kubwa ya uhusiano kati yao hufanya mfumo huu kuwa ajabu sana kuwa ni. Uendeshaji wa neva ni neno la jumla la ishara za umeme zinazobeba na seli za ujasiri. Ni kipengele kimoja cha bioelectricity, au madhara ya umeme ndani na kuundwa na mifumo ya kibiolojia.

Seli za neva, zinazoitwa vizuri neurons, zinaonekana tofauti na seli nyingine-zina tendrils, baadhi yao sentimita nyingi kwa muda mrefu, kuziunganisha na seli nyingine (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Ishara hufika kwenye mwili wa seli katika sinepsi au kwa njia ya dendrites, kuchochea neuroni kuzalisha ishara yake mwenyewe, kutumwa pamoja na axon yake ndefu kwa seli nyingine za neva au misuli. Ishara zinaweza kufika kutoka maeneo mengine mengi na kupitishwa kwa wengine bado, hali ya sinepsi kwa matumizi, kutoa mfumo utata wake na uwezo wake wa kujifunza.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Neuroni yenye dendrites yake na axon ndefu. Ishara katika mfumo wa mikondo ya umeme hufikia mwili wa seli kupitia dendrites na katika sinepsi, na kuchochea neuroni kuzalisha ishara yake mwenyewe iliyotumwa chini ya akzoni. Idadi ya kuingiliana inaweza kuwa kubwa zaidi kuliko ilivyoonyeshwa hapa.

Njia ambayo mikondo hii ya umeme huzalishwa na kuambukizwa ni ngumu zaidi kuliko harakati rahisi ya mashtaka ya bure katika kondakta, lakini inaweza kueleweka na kanuni zilizojadiliwa tayari katika maandiko haya. Muhimu zaidi ya haya ni nguvu ya Coulomb na utbredningen.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kinaonyesha jinsi voltage (tofauti tofauti) imeundwa katika utando wa seli ya neuroni katika hali yake ya kupumzika. Utando huu mwembamba hutenganisha maji ya umeme ya neutral yenye viwango tofauti vya ions, aina muhimu zaidi kuwa\(Na^{+}\)\(K^{+}\), na\(Cl^{-}\). (hizi ni sodiamu, potasiamu, na ions za klorini na mashtaka moja au ya chini kama ilivyoonyeshwa). Kama ilivyojadiliwa katika Matukio ya Usafiri wa Masi: Diffusion, Osmosis, na Utaratibu unaohusiana, ions za bure zitaenea kutoka eneo la ukolezi wa juu hadi moja ya ukolezi mdogo. Lakini utando wa seli ni semipermit, maana yake ni kwamba baadhi ya ioni zinaweza kuvuka ilhali nyingine haziwezi. Katika hali yake ya kupumzika, utando wa seli unawezekana\(K^{+}\) na\(Cl^{-}\), na hauwezi\(Na^{+}\). Utbredningen wa\(K^{+}\) na\(Cl^{-}\) hivyo inajenga tabaka ya malipo chanya na hasi kwa nje na ndani ya utando. Nguvu ya Coulomb inazuia ions kutoka kueneza kote kwa ukamilifu wao. Mara baada ya safu ya malipo imejenga, kupinduliwa kwa mashtaka kama hayo huzuia zaidi kusonga hela, na kivutio cha tofauti na mashtaka huzuia zaidi kuacha upande wowote. Matokeo yake ni tabaka mbili za malipo moja kwa moja kwenye membrane, na kutenganishwa kuwa na usawa na nguvu ya Coulomb. Sehemu ndogo ya mashtaka huhamia na maji yanaendelea neutral (ions nyingine zipo), wakati mgawanyo wa malipo na voltage vimeundwa kwenye membrane.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mbinu ya semipermit ya seli ina viwango tofauti vya ions ndani na nje. Diffusion hatua\(K^{+}\) na\(Cl^{-}\) ions katika mwelekeo inavyoonekana, mpaka nguvu Coulomb halts uhamisho zaidi. Hii inasababisha safu ya malipo mazuri kwa nje, safu ya malipo hasi ndani, na hivyo voltage kwenye membrane ya seli. Utando ni kawaida hauwezi\(Na^{+}\).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Uwezo wa hatua ni pigo la voltage ndani ya kiini cha ujasiri kilichopigwa hapa. Inasababishwa na harakati za ions kwenye membrane ya seli kama inavyoonekana. Depolarization hutokea wakati kichocheo hufanya membrane iwezekanavyo kwa\(Na^{+}\) ions. Repolarization ifuatavyo kama utando tena inakuwa impermeable kwa\(Na^{+}\), na\(K^{+}\) hatua kutoka juu hadi mkusanyiko chini. Katika muda mrefu, usafiri hai polepole inao tofauti mkusanyiko, lakini kiini inaweza moto mamia ya nyakati katika mfululizo wa haraka bila umakini kuondoa yao.

Kugawanyika kwa malipo kunajenga tofauti tofauti ya 70 hadi 90 mV kwenye membrane ya seli. Wakati hii ni voltage ndogo, uwanja wa umeme unaosababisha (\(E = V/d\)) kwenye membrane tu ya 8-nm-nene ni kubwa (kwa amri ya 11 mV/m!) na ina madhara ya msingi juu ya muundo wake na upenyezaji. Sasa, ikiwa nje ya neuroni inachukuliwa kuwa saa 0 V, basi mambo ya ndani yana uwezo wa kupumzika wa karibu -90 mV. Vikwazo hivyo vinaundwa katika utando wa karibu aina zote za seli za wanyama lakini ni kubwa zaidi katika seli za neva na misuli. Kwa kweli, kikamilifu 25% ya nishati inayotumiwa na seli inakwenda kuelekea kujenga na kudumisha uwezo huu.

Maji ya umeme kwenye membrane ya seli huundwa na kichocheo chochote kinachobadilisha upungufu wa membrane. Kwa hiyo utando huo unakuwa unawezekana kwa muda\(Na^{+}\), ambao hukimbia ndani, unaendeshwa wote kwa kutenganishwa na nguvu ya Coulomb. Inrush hii ya\(Na^{+}\) kwanza haifai utando wa ndani, au huiondoa, na kisha hufanya kuwa chanya kidogo. Depolarization husababisha utando tena kuwa impermeable kwa\(Na^{+}\), na harakati ya\(K^{+}\) haraka anarudi kiini kwa uwezo wake wa kupumzika, au repolarizes yake. Mlolongo huu wa matukio husababisha pigo la voltage, inayoitwa uwezekano wa hatua. (Angalia Mchoro 3.) Tu sehemu ndogo ya ions hoja, ili kiini unaweza moto mamia ya mara nyingi bila kuondoa viwango ziada ya\(Na^{+}\) na\(K^{+}\). Hatimaye, kiini lazima zijaze ions hizi ili kudumisha tofauti za ukolezi zinazounda bioelectricity. Hii pampu ya sodiamu-potasiamu ni mfano wa usafiri wa kazi, ambayo nishati ya seli hutumiwa kuhamisha ions kwenye membrane dhidi ya gradients ya kutenganishwa na nguvu ya Coulomb.

Uwezo wa hatua ni pigo la voltage mahali pekee kwenye membrane ya seli. Inawezaje kuambukizwa kwenye membrane ya seli, na hasa chini ya axon, kama msukumo wa ujasiri? Jibu ni kwamba mabadiliko ya voltage na mashamba ya umeme huathiri upungufu wa membrane ya seli iliyo karibu, ili mchakato huo ufanyike huko. Mbinu iliyo karibu huzuia, inayoathiri utando zaidi, na kadhalika, kama ilivyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Hivyo uwezo wa hatua unachochewa katika eneo moja huchochea msukumo wa neva unaohamia polepole (takriban 1 m/s) kando ya utando wa seli.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Msukumo wa ujasiri ni uenezi wa uwezo wa hatua pamoja na membrane ya seli. Kichocheo husababisha uwezekano wa hatua katika eneo moja, ambalo linabadilisha upungufu wa membrane iliyo karibu, na kusababisha uwezekano wa hatua huko. Hii kwa upande huathiri utando zaidi chini, ili uwezekano wa hatua huenda polepole (kwa maneno ya umeme) kando ya membrane ya seli. Ingawa msukumo unatokana\(Na^{+}\) na na\(K^{+}\) kwenda kwenye utando, ni sawa na wimbi la malipo linalohamia nje na ndani ya membrane.

Baadhi ya axons, kama hiyo katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), hupigwa na myelini, yenye seli zenye mafuta. Kielelezo\(\PageIndex{5}\) kinaonyesha mtazamo ulioenea wa axon kuwa na sheaths za myelini ambazo hutenganishwa na mapungufu yasiyokuwa na myelinated (inayoitwa nodes ya Ranvier). Mpangilio huu hutoa axon idadi ya mali ya kuvutia. Kwa kuwa myelini ni insulator, inazuia ishara kutoka kuruka kati ya mishipa ya karibu (majadiliano ya msalaba). Zaidi ya hayo, mikoa ya myelinated hupeleka ishara za umeme kwa kasi kubwa sana, kama conductor kawaida au kupinga ingekuwa. Hakuna uwezekano wa hatua katika mikoa ya myelinated, ili hakuna nishati ya seli hutumiwa ndani yao. Kuna hasara ya\(IR\) ishara katika myelin, lakini ishara imerejeshwa katika mapungufu, ambapo pigo la voltage husababisha uwezo wa hatua kwa voltage kamili. Hivyo axon ya myelinated hupeleka msukumo wa ujasiri kwa kasi, na matumizi ya chini ya nishati, na inalindwa vizuri kutokana na majadiliano ya msalaba kuliko ya unmyelinated. Si axons wote ni myelinated, hivyo kwamba majadiliano ya msalaba na maambukizi ya polepole signal ni tabia ya operesheni ya kawaida ya axons hizi, variable nyingine katika mfumo wa neva.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Uenezi wa msukumo wa ujasiri chini ya axon ya myelinated, kutoka kushoto kwenda kulia. Ishara husafiri haraka sana na bila pembejeo ya nishati katika mikoa ya myelinated, lakini inapoteza voltage. Ni upya katika mapungufu. Ishara huenda kwa kasi zaidi kuliko katika axons zisizo na unmyelinated na ni maboksi kutoka ishara katika mishipa mingine, kuzuia majadiliano ya msalaba.

Kuharibika au uharibifu wa sheaths za myelini zinazozunguka nyuzi za ujasiri huathiri maambukizi ya signal na inaweza kusababisha madhara mengi ya neva. Mojawapo ya magonjwa haya mashuhuri hutokana na mfumo wa kinga wa mwili unaoshambulia myelini katika mfumo mkuu wa neva —sclerosis nyingi. Dalili za MS ni pamoja na uchovu, matatizo ya maono, udhaifu wa mikono na miguu, kupoteza usawa, na kusonga au kuganda katika ncha za mtu (neuropathy). Ni rahisi zaidi kugonga vijana wazima, hasa wanawake. Sababu inaweza kuja kutokana na maambukizi, mazingira au kijiografia huathiri, au genetics. Kwa sasa hakuna tiba inayojulikana ya MS.

Wengi seli za wanyama wanaweza moto au kujenga uwezo wao wenyewe hatua. Seli za misuli hukataa wakati wanapowaka moto na mara nyingi husababishwa kufanya hivyo kwa msukumo wa neva. Kwa kweli, seli za ujasiri na misuli ni sawa na physiologically, na kuna hata seli za mseto, kama vile ndani ya moyo, ambazo zina sifa za mishipa na misuli. Wanyama wengine, kama eel ya umeme yenye sifa mbaya (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)), hutumia misuli iliyounganishwa ili voltages yao iongeze ili kuunda mshtuko mkubwa wa kutosha kushangaza mawindo.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Eel umeme hubadilisha misuli yake ili kuunda voltage ambayo hupunguza mawindo. (mikopo: chrisbb, Flickr)

Electrocardiogram

Kama vile msukumo wa neva hupitishwa na kuondoa kingamizi na repolarization ya utando wa karibu, uharibifu wa kingamizi unaosababisha misuli unaweza pia kuchochea seli za misuli zilizo karibu na kuondoa uharibifu (moto) na mkataba. Hivyo, wimbi la kuondoa kingamizi linaweza kutumwa ndani ya moyo, kuratibu vipindi vyake vya kimwili na kuwezesha kufanya kazi yake muhimu ya kusonga damu kupitia mfumo wa mzunguko. Kielelezo\(\PageIndex{7}\) ni graphic rahisi ya wimbi la uharibifu wa depolarization linaloenea ndani ya moyo kutoka kwa node ya sinoarterial (SA), pacemaker ya asili ya moyo.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Uso wa nje wa moyo hubadilika kutoka chanya hadi hasi wakati wa uharibifu. Wimbi hili la uharibifu wa uharibifu linaenea kutoka juu ya moyo na linawakilishwa na vector inayoelezea katika mwelekeo wa wimbi. Vector hii ni vector voltage (tofauti tofauti). Electrodes tatu, kinachoitwa RA, LA, na LL, huwekwa kwenye mgonjwa. Kila jozi (inayoitwa inaongoza I, II, na III) inachukua sehemu ya vector ya uharibifu wa uharibifu na imewekwa kwenye ECG.

Electrocardiogram (ECG) ni rekodi ya voltages iliyoundwa na wimbi la uharibifu wa depolarization na repolarization inayofuata ndani ya moyo. Vikwazo kati ya jozi za electrodes zilizowekwa kwenye kifua ni vipengele vya vector vya wimbi la voltage juu ya moyo. ECG za kawaida zina electrodes 12 au zaidi, lakini tatu tu zinaonyeshwa kwenye Mchoro 7 kwa usahihi. Miongo kadhaa iliyopita, ECG tatu za electrode zilifanyika kwa kuweka electrodes kwenye mikono ya kushoto na ya kulia na mguu wa kushoto. Voltage kati ya mkono wa kulia na mguu wa kushoto inaitwa uwezo wa kuongoza II na mara nyingi hupigwa. Tutachunguza uwezo wa kuongoza II kama kiashiria cha kazi ya misuli ya moyo na kuona kwamba ni uratibu na shinikizo la damu pia.

Moyo kazi na hatua yake nne chumba ni kuchunguzwa katika mnato na Laminar Flow: Sheria Poiseuille ya. Kimsingi, atria ya kulia na ya kushoto hupokea damu kutoka kwa mwili na mapafu, kwa mtiririko huo, na kupiga damu ndani ya ventricles. Ventricles ya kulia na ya kushoto, kwa upande wake, pampu damu kupitia mapafu na mwili wote, kwa mtiririko huo. Uharibifu wa misuli ya moyo husababisha mkataba. Baada ya contraction ni repolarized kwa tayari kwa ajili ya kuwapiga ijayo. ECG inachukua vipengele vya uharibifu wa uharibifu na repolarization ya misuli ya moyo na inaweza kutoa taarifa muhimu juu ya utendaji na utendaji mbaya wa moyo.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\) kinaonyesha ECG ya uwezo wa kuongoza II na grafu ya shinikizo la damu linalofanana. Makala kuu ni kinachoitwa P, Q, R, S, na T. wimbi P huzalishwa na kuondoa kingamizi na contraction ya atria kama wao pampu damu ndani ya ventricles. Tata ya QRS imeundwa na uharibifu wa ventricles wakati wanapopiga damu kwenye mapafu na mwili. Kwa kuwa sura ya moyo na njia ya wimbi la uharibifu si rahisi, tata ya QRS ina sura hii ya kawaida na muda wa muda. Ishara ya II ya QRS inayoongoza pia inashughulikia repolarization ya atria, ambayo hutokea kwa wakati mmoja. Hatimaye, wimbi la T linazalishwa na repolarization ya ventricles na hufuatiwa na wimbi la pili la P katika moyo unaofuata. Shinikizo la damu linatofautiana na kila sehemu ya moyo, na shinikizo la systolic (kiwango cha juu) hutokea kwa karibu baada ya tata ya QRS, ambayo inaashiria contraction ya ventricles.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): ECG ya kuongoza II yenye shinikizo la damu linalofanana. QRS tata ni kuundwa na depolarization na contraction ya ventricles na ni kufuatiwa muda mfupi na kiwango cha juu au systolic shinikizo la damu. Angalia maandishi kwa maelezo zaidi.

Kuchukuliwa pamoja, viongozi 12 wa ECG ya hali ya sanaa inaweza kutoa utajiri wa habari kuhusu moyo. Kwa mfano, mikoa ya tishu za moyo zilizoharibiwa, inayoitwa infarcts, kutafakari mawimbi ya umeme na inaonekana katika uwezekano mmoja au zaidi wa kuongoza. Mabadiliko ya hila kutokana na uharibifu mdogo au taratibu kwa moyo huonekana kwa urahisi kwa kulinganisha ECG ya hivi karibuni kwa mzee. Hii ni hasa kesi tangu sura ya moyo binafsi, ukubwa, na mwelekeo inaweza kusababisha tofauti katika ECG kutoka kwa mtu mmoja hadi mwingine. Teknolojia ya ECG imeendelea hadi kufikia ambapo kufuatilia ECG inayoweza kuambukizwa na kuonyesha kioevu ya papo hapo na printer inaweza kufanyika kwa nyumba za wagonjwa au kutumika katika magari ya dharura (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Mwanasayansi huyu wa NASA na kiwango cha moyo cha NEEMO 5 cha aquanaut na ishara zingine muhimu zinarekebishwa na kifaa kinachoweza kuambukizwa wakati wa kuishi katika mazingira ya chini ya maji. (mikopo: NASA, Maisha Sayansi Data Archive katika Johnson Space Center, Houston, Texas)

PHET EXPLORATIONS: NEURONI

Kuhamasisha neuroni na kufuatilia kinachotokea. Pause, rewind, na kusonga mbele kwa wakati ili kuchunguza ions kama wao hoja katika utando neuron.

Muhtasari

• Uwezo wa umeme katika neurons na seli nyingine huundwa na tofauti za ukolezi wa ionic katika utando wa semipermit.
• Ushawishi hubadilisha upungufu na kuunda uwezekano wa hatua unaoeneza pamoja na neurons.
• Sheaths za Myelin zinaharakisha mchakato huu na kupunguza pembejeo zinazohitajika za nishati.
• Utaratibu huu ndani ya moyo unaweza kupimwa na electrocardiogram (ECG).

faharasa

upitishaji wa neva

usafiri wa ishara za umeme na seli za ujasiri

bioelectric

madhara ya umeme katika na kuundwa kwa mifumo ya kibiolojia

semipermit

mali ya utando ambayo inaruhusu aina fulani tu ya ions kuvuka

electrocardiogram (ECG)

kawaida hufupishwa ECG, rekodi ya voltages iliyoundwa na uharibifu wa uharibifu na repolarization, hasa katika moyo