Medizinische Biophysik

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Gerda Pfaff
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1 I. Mmbranponzal Mdznsch Bophysk 1. Ruhponzal Glchgwchsponzal (Nullsromponzal) Transpormodll, Goldman-Hodgkn-Kaz-Glchung 2. Lokal (lkroonsch) Ändrungn ds Mmbranponzals 3. Akonsponzal 4. Ausbrung ds Akonsponzals Anwndungn o Dagnosk: Mssung dr Boponzaln (EKG, EEG, ) o Elkrorzung, Rzdaur-Sromsärk-Dagramm (Rzcharakrsk) Ergänzung zu dn Transporprozssn + Informaonsranspor Körpr Umwl II. Anwndungn ds lkrschs Sroms n dr Thrap Galvansaon Ionophors Dfbrllaor Hrzschrmachr Rzsromhrap HF-Wärmhrap, Snusoszllaor HF-Chrurg 1 2 Im Körpr 1. Ruhponzal Bobachung Mkrolkrodn I. Mmbranponzal Exrazllularraum Mmbran Inrazllularraum + D = < 0 Zll D m (mv) Schnll Anwor! Dffuson? Tnnfsch-Rsnaxon 62 Wärmlung? Srömung? Froschmuskl 92 Ranmuskl 92 Elkrschr Srom? Bzchnungn: D, D m,, U, U m, E, 3 4 1

Erklärung En andr Bobachung s d nhomogn Ionnvrlung: Inrazllulär Konznraon (mmol/l) Exrazllulär Konznraon (mmol/l) Zll Tnnfsch-Rsnaxon Froschmuskl Aus dr Nrns-Glchung: D q (mv) Zll D m (mv) Na + K +

nsprchn (Z. B. für K + -Ionn und Tnnfsch-Rsnaxon): Glchgwchsponzal (Nullsromponzal) für K + : RT c 8,31 293 345 D q ln ln 0,089 V 89 mv F c 96500 10 Es gb kn Glchgwch!

2 Erklärung En andr Bobachung s d nhomogn Ionnvrlung: Inrazllulär Konznraon (mmol/l) Exrazllulär Konznraon (mmol/l) Zll Tnnfsch-Rsnaxon Froschmuskl Aus dr Nrns-Glchung: D q (mv) Zll D m (mv) Na + K + Cl Tnnfsch-Rsnaxon Froschmuskl Ranmuskl chmsch Trbkraf Ranmuskl Glchgwchsmodll : lkrsch Trbkraf + Wnn Glchgwch hrrsch, dann müss das Ruhponzal dr Nrns-Glchung nsprchn (Z. B. für K + -Ionn und Tnnfsch-Rsnaxon): Glchgwchsponzal (Nullsromponzal) für K + : RT c 8, D q ln ln 0,089 V 89 mv F c Es gb kn Glchgwch! Sändgr K + -Aussrom, Na + -Ensrom, und n wng Cl -Aussrom! D Särk dr Sroms häng o von dr Abwchung zwschn D q und D m o von dr Prmablä dr Mmbran für das Ion K + Das gmssn Mmbranponzal: D m = 62 mv Das Modll smm nch, s gb kn Glchgwch! Sändgr K + -Aussrom! 5 6 Transpormodll Sändg Dffuson von Ionn m unrschdlchn Prmablän Dffusonsponzal Rückranspor (akv) Goldman-Hodgkn-Kaz-Glchung: RT p D ln F p NacNa NacNa KcK KcK ClcCl ClcCl 2. Lokal (lkroonsch) Ändrungn ds Mmbranponzals Rz Anwor Rz Vrnfach GHK-Glchung: RT pc D ln F pc Na Na K K c c p s d rlav Prmablä von Na n Bzug auf K: p = p Na p K Anwor p (grchn) (mv) (gmssn) (mv) Tnnfsch-Rsnaxon 0, Froschmuskl 0, Hyprpolarsaon Dpolarsaon 7 8 2

3 Bspl: Haarzll nspann gspann Elkrschs Modll dr lkronschn Ändrung ds Mmbranponzals: Exrazllularraum Lpddopplschch = Kapazä Ionnkanal = Wdrsand Inrazllularraum Akonsponzal Rz ngavs Nachponzal Spannungsgsur Ionnkanäl Na + Anwor Dpolarsaonsschwll posvs Nachponzal Ruhponzal K

4 a (ma) 4. Ausbrung ds Akonsponzals 5. Anwndungn o Dagnosk: Mssung dr Boponzaln (EKG, EEG, ) 1-30 m/s! o Elkrorzung 30 nm D für Nuroransmr: m/s Rzdaur-Sromsärk-Dagramm (Rzcharakrsk) Klnschs Bspl Sromsärk Rzdaur D Glchung dr Rzschwllnkurv: q = rc a Schwll a Schwll = q τ + r (C) (ms) Rhobas (r): d klns Rzsromsärk, d noch Errgung auslösn kann Chronax (C): d zur doppln Rhobas ghörnd Rzdaur

Krankhsor unr Umghung ds Magn-Darm-Traks

5000 V, 1000 W R = 2R Hau = 2 ρ A = = 2 5

= 1 2 CU2 = 250 J Rchckmpuls, ms, s, 1 V,

5 a Schwll Rhobas 4,62 ma II. Anwndungn ds lkrschs Sroms n dr Thrap Galvansaon Ionophors Chronax = 0,306 ms Glchsrom, ma, 10 mn Glchsrom, ma, 10 mn 17 Schmrzlndrung Durchbluungsfördrung Schnll Anrchrung ds Wrksoffs gzl am Krankhsor unr Umghung ds Magn-Darm-Traks 18 Dfbrllaor Hrzschrmachr R 1000 W C I = I 0 τ I 0 = U 0 R = 5 A >> a Schwll!! τ = RC = 20 μf 1000 Ω = 20 ms 20 mf, 5000 V, 1000 W R = 2R Hau = 2 ρ A = = 2 5 Ωm2 0,01 m2 = 1000 Ω I Trggr 1 A 0,1 s W = 1 2 CU2 = 250 J Rchckmpuls, ms, s, 1 V, 200 W I = U R = 5 ma > a Schwll Asablr Mulvbraor (sh Prakkumssoff!)

a (A) Rzsromhrap HF-Wärmhrap Wärmwrkung ohn Rzwrkung!

0,0003 = a Schwll r 0,1 0,004 = 1,2 10 5 s = 0,012 ms 1,2

(Enzlmpuls, Srnmpuls) Asablr odr monosablr Mulvbraor (sh

22 Erzugung von hochfrqunn lkromagnschn Schwngungn:

zwschn dn Spuln VU VR 1 b V U Sh Prakkum Snusoszllaor!

6 a (A) Rzsromhrap HF-Wärmhrap Wärmwrkung ohn Rzwrkung! zur gnügndn Wärm: 0,1 A a Schwll = rc τ + r τ = rc 0,004 0,0003 = a Schwll r 0,1 0,004 = 1, s = 0,012 ms 1, s f 10 5 Hz Hochfrqunr (HF) Wchslsrom Rchckmpuls (Enzlmpuls, Srnmpuls) Asablr odr monosablr Mulvbraor (sh Prakkumssoff!) 21 (C) (ms) Sh Prakkum Snusoszllaor! 22 Erzugung von hochfrqunn lkromagnschn Schwngungn: Snusoszllaor U C T Gdämpf Schwngung Indukv Kopplung zwschn dn Spuln VU VR 1 b V U Sh Prakkum Snusoszllaor! Snusoszllaor, wnn V U b = 1, auch ohn Engangssgnal U C 23 T Ungdämpf Schwngung 24 6

7 Kurzwllnhrap (27 MHz) L k Kondnsaorfldmhod C kapacv Elkrodn C h Auskopplungsschwngkrs Auskopplungsschwngkrs L k Spulnfldmhod C ndukv Elkrod (Spul) L h Dzmrwllnhrap (433 MHz) Mkrowllnhrap (2400 MHz) Srahlnfldmhod HF-Elkrochrurg Sromqull Schndlkrod Hlfslkrod 27 7

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