Biotransport

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Transportní proces je základem všech funkcí živého organismu. Mechanizmy, jakými tyto procesy probíhají, a modely, které je popisují, jsou předmětem tohoto kurzu. Od základů termodynamiky a buněčné organizace bude transport popsán z hlediska molekulární struktury, jejich funkcí a vlastností, a jejich integrace do tkání a orgánů. Kurz bude zajímavý pro studenty, kteří chtějí porozumět a vysvětlit transportní experimenty v biologických systémech a předpovídat výkonost nebo chování z transportních dat. Přednášky budou obsahovat úlohy k řešení a některé budou doplněny demonstracemi.

Požadavky:

Požadavky zápočtu:

- všechny vyřešené zadané samostatné úkoly,

- odevzdané protocole všech praktických cvičení.

Požadavky zkoušky:

- získaný zápočet,

- pouze písemná zkouška obsahující několik otázek QCM,

interpretace grafu, řešení (výpočet) praktického problému.

Hodnocení písemné zkoušky dle klasifikační stupnice ECTS na ČVUT.

Osnova přednášek:

1 OBECNÉ ASPEKTY

Rovnice definující transporty, spřažené transporty, důsledky transportů v lidslém organismu. Termodynamický přístup a modelování. Homeostáza živých systémů. Od buňky ke tkáni a orgánu.

2 TRANSMEMBRÁNOVÉ AND TRANSCELULÁRNÍ TRANSPORTY

Klasifikace, bariéry, kinetika, energetika. Transport protonů a elektronů, syntéza ATP. Ultrfiltrace, sekrece-absorpce, transcytóza. Metody studia transportů.

3 HLAVNÍ ADVEKTIVNÍ TRANSPORTY:

Cirkulace krve a výměna plynů. Funkční vztahy mezi kardiovaskulárním a dýchacím systémem. Mikrocirkulace a kapilární výměny. Krevní transport plynů, biologické úlohy O2 a CO2. Rozdělení a regulace srdečního výdaje a příjmu kyslíku. Technologický přístup k hypoxii a ischemii.

Transports of živin a odpadních látek. Speciální téma „Vyšetřování trávicí motility: od myšlenky ke klinickému užití“. Přehled ledvinných transportů a jejich vyšetřování. Transport vody a NaCl , osmoregulace. Acido-bazická rovnováha. Hemodialýza.

4 PŘENOS INFORMACE

Základy excitability a šíření signálů. Neuron jako funkční jednotka. Principy a organizace synaptického přenosu. Principy tvorby pamětní stopy. Nervo-svalový systém: od motorické jednotky k volnímu aktu. Úvod do kognitivních funkcí. Integrace: zpět k homeostáze (zdraví a nemoc ve světle transportů).

Osnova cvičení:

1.Membránová termodynamika

2.Buňka

3.Membránové proteiny

4.Nervová signalizace (demonstrace: elektrofyziologie isolovaného nervu)

5.Vznik a užití mechanické síly

6.Transcelulární transport (demonstrace: transepiteliální transport sodíku)

7.Transport plynů

8.Umělé orgány

Cíle studia:

- Získat přehled o přenosu hmoty, energie a informace živými systémy.

- Pochopit, že transportní procesy jsou základem života.

- Seznámit se s principy vyšetřovacích metod užívaných ve fyziologii a medicíně.

- Stimulovat využítí znalostí pro řešení praktických problémů.

Studijní materiály:

1.Podklady pro přednášky Kučera, P. (k dispozici předem)

2.Fourier,R.L. Basic Transport Phenomena in Biomedical Engineering. 2nd ed. CRC Press, 2006, 472 p. ISBN: 1-591-69026-9 (doporučená)

3.Truskey, G.A. Yuan, F., and Katz, D.: Transport

Phenomena in Biological Systems. 1st ed. Prentice Hall:

Pearson, NewJersey, USA, 2004. 811 pp. (2nd ed. 2009) (doporučená)

4.Morton H. Friedman:Principles and Models of Biological

Transport, 2nd ed. Springer, 2008, 510 p. 150 illus., ISBN:

978-0-387-79239-2 (pro hlubší porozumění a matematickou formulaci)

Poznámka:

The course was supported by project RPAPS 2017 Inovace předmětů Elektrofyziologie a Biosystém člověka na FBMI ČVUT

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Biomedicínské inženýrství v AJ (povinný předmět)