Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30)

Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30)
snímek 2 prezentace 7
V této poslední přednášce se z hlediska bioelektrických fenoménů podíváme na další dva
orgány, oko a kosterní sval, čímž uzavřeme téma prostorového vodiče. Připomínám, že jsme
zdaleka nevyčerpali možnosti tohoto tématu ani metodik užívaných v lékařské praxi, která
s ním souvisí – naprosto jsme pominuli např. elektroneurogram a další záležitosti. Vybrala
jsem jen některá témata jako ochutnávku, vám samozřejmě nebrání nic vtom, abyste se
v případě zájmu dovzdělali sami ;-)
Pro připomenutí z minulé přednášky...
Živé organismy jsou prostorové vodiče. Lze na nich provádět i elektrická měření na struktuře, k níž
není přímý přístup, neboť změny potenciálů v této izolované struktuře (tkáni, orgánu) jsou
indukovatelné i na povrchu tohoto vodiče nebo v něm.
Každá vzrušivá buňka se při podráždění a průchodu AP chová jako dipól. Průchod AP vyvolá vznik
elementárního elektrického pole na každé jednotlivé vzrušivé buňce. Každé toto pole má určitou velikost.
Jednotlivá elementární elektrická pole všech buněk v tkáni dají v součtu výsledné elektrické pole, resp.
výslednou sumu dipólů v dané vzrušivé struktuře.
Mezi dvěma ekvipotenciálními plochami nenaměříme žádný napěťový rozdíl, ať už jde např. o
povrchový náboj buňky kladný nebo záporný. Napěťový rozdíl naměříme jen při existenci dipólu na
struktuře.
Místa aktivity jsou vždy děrami ⇒ kde je aktivita, tam je negativní náboj, a naopak neaktivní místa jsou
zdroji, tedy místy s kladným nábojem. Pokud tedy máme jednu snímací elektrodu (a referenční
elektrodu, oproti které se měří, tzv. unipolární svod), směřuje-li vlna depolarizace od této elektrody,
zaznamenává se záporná výchylka. Pokud směřuje depolarizační vlna k elektrodě, zaznamenává se
kladná výchylka.
Změna napětí klesá se vzdáleností. Pokud se pohybujeme na povrchu nějaké struktury, dostaneme obraz
rozložení potenciálů na dipólu. To, co snímáme jako EEG či EKG, ERG...
je projev sumace dipólů v dané struktuře (mozku, srdci) vůči
referenční elektrodě.
snímky 3 a 4 prezentace 7
To, že oko je vlastně také prostorový vodič, si všiml roku 1848 Emil du Bois-Reymond.
Zjistil, že oční rohovka je vzhledem k zadní části oční koule elektricky pozitivní a že tento
potenciálový rozdíl nezávisí na světelné stimulaci oka. Du Bois-Reymond měl ovšem za to, že
tento potenciálový rozdíl je konstantní, v čase neměnný, a považoval ho za klidový potenciál
oka; my dále uvidíme, že lehce kolísá a je podstatou elektrookulogramu (EOG).
Další skoro století se oční elektrofyziologie v podstatě (až na záznamy experimentální)
nevyvíjela. Až v 50. letech 20. století začala klinická aplikace různých elektrofyziologických
metod v očním lékařství, a to zejména zásluhou skandinávského oftalmologa Karpeho. U nás
se o rozvoj tohoto směru zasloužil zejména dr. Vanýsek. V současné době zahrnuje tato
metodická oblast řadu postupů a je už poměrně komplexní, ačkoliv dříve byly všechny
postupy souhrnně označovány jako retinografie. Dnes se elektroretinografie vyčlenila k velmi
podrobnému zkoumání stavu pacientovy sítnice a je doplňována zejména elektrookulografií,
která oproti ERG nepotřebuje přímý kontakt elektrody s povrchem očního bulbu.
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Elektrické potenciály lze z oka snímat pomocí různých typů elektrod. Mezi nejzákladnější
typy patří
• závěsné čočka na dolním okraji víčka
• elektrody fixované na víčka náplastí přes vodivou pastu
• speciálních elektrod ve tvaru kontaktních čoček (Ag kroužek či ploška na konkavitě čoček);
oko je udržováno otevřené, elektroda „plave“ na rohovce
• „suction cup electrodes“ – elektrody připevňované k oku mírným podtlakem
Záznam se pořizuje pomocí uhlíkového vlákna, (kovového) drátku-elektrody či zlaté fólie.
Existují i elektrody se speciálními bavlněnými knoty.
Elektrofyziologická vyšetření používá oftalmologie jako doplňující vyšetření sítnicových
funkcí. Hodí se např. v případech, kdy je sítnicový potenciál nevýbavný (pigmentová
degenerace sítnice, hemeralopie) nebo snížený (odchlípení sítnice, chorioretinitidy, diabetická
retinopatie aj.), u degenerací postihujících zadní pól oka, trombotických postižení sítnice,
atrofií zrakového nervu a pod. Na izolovaných buňkách sítnice lze samozřejmě pracovat
technikami typu klasické intracelulární snímání či patch clamp.
snímek 5 prezentace 7
V rámci přednášky se podíváme na dvě nejzákladnější elektrofyziologická vyšetření
v oftalmologii, a to na elektroretinografii a elektrookulografii.
Elektroretinografie (ERG) je užívána k měření elektrických odpovědí různých buněčných
typů sítnice (mj. fotoreceptorů či gangliových buněk). Je to souhrnný záznam odpovědí
různých buněčných elementů sítnice – jde vlastně o celkovou odpověď retiny na světelnou
stimulaci. Pacient sleduje standardizované stimuly a výsledný signál je interpretován z
hlediska voltáže a časových parametrů. Výsledný záznam je nazýván retinogram.
Retinogramů lze získat několik různých typů podle toho, jaký vyšetřovací protokol byl použit:
A) Skotopický elektroretinogram (S-ERG)
Je získáván na oku adaptovaném na tmu. Potenciál je snímán z tyčinek celé sítnicové plochy po difúzní
světelné stimulaci. Má tvar bifazické až trifazické křivky, kde negativita zobrazuje polarizační děje
tyčinek, pozitivita šíření proudů v bipolárních buňkách sítnice. Následná pozitivní vlna "c" se získává při
delších stimulačních osvitech, není konstantní a při hodnocení záznamů je málo využívána (pigmentový
epitel). Při hodnocení se opíráme o výšku a časový výskyt potenciálu.
B) Fotopický elektroretinogram (F-ERG)
Je snímán na oku adaptovaném na světlo. Snímá potenciály čípků při osvětleném pozadí ("background
illumination"). Intenzita osvitu stimulu je asi 100x větší. Negativita zobrazuje činnost čípků, pozitivita
opět šíření vzruchů v sítnici.
C) Oscilační potenciály ERG
Metoda je málo rozšířena pro technickou náročnost. Potenciály jsou zobrazovány jako drobné oscilační
vlnky na pozitivní odpovědi ERG a to jen při určitém rozsahu frekvence. Vznik těchto potenciálů bývá
dáván do souvislosti s horizontálním šířením vzruchů v sítnici. Záznamy jsou obdobné jako předchozí
ERG, ale jsou v minimální voltáži (2 až 85 µV).
D) ERG na strukturované podněty (Pattern reversal ERG = P-ERG)
Při tomto vyšetření používáme místo difúzního podnětu podnět strukturální (šachovnice, horizontální
nebo vertikální pruhy). Tyto podněty mění navzájem místo - reverzují. Tato metoda v podstatě
objektivně znázorňuje kontrastní citlivost. Potenciály jsou generovány v gangliových buňkách sítnice.
2
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 6 prexentace 7
Na obrázku vidíte standardní skotopický
retinogram zdravého člověka. Intenzivní
záblesk světla vyvolá bifázickou odpověď
zaznamenanou elektrodou na rohovce oka.
První, negativní komponentou je vlna a,
následovaná poziitvní vlnou b s obvykle
větší amplitudou, než má vlna a.
Měří se a vyhodnocují:
1) amplituda (od základní linie) k maximu negativní výchylky vlny a
2) amplituda (od základní linie) k maximu pozitivní výchylky vlny b
3) čas t od aplikace stimulu k výskytu maxima negativní výchylky vlny a
4) čas t od aplikace stimulu k výskytu maxima pozitivní výchylky vlny b; tyto časy zobrazují
latenci výskytu vrcholků vln a označují se jako „implicitní časy“.
a-vlna je také někdy
označována
jako
„pozdní
receptorový
potenciál“ a odráží
základní
(zdravý)
fyziologický
stav
fotoreceptorů
vnější
retiny.
b-vlna
je
odrazem stavu vnitřních
vrstev sítnice, včetně
„on“
bipolárů
a
Müllerových
buněk.
Někdy
je
možno
pozorovat další dvě
vlny, c a d. c-vlna má
původ v pigmentovém
epitelu,
d-vlna
je
spojena s aktivitou OFF
bipolárních buněk. Na
vzestupné fázi b-vlny
lze také detekovat tzv.
oscilační potenciály spojené s aktivitou amakrinních buněk.
ERG
v termínu
narozeného
novorozence vypadá téměř shodně jako
ERG dospělého. Maximální amplitudy
dosahují ERG záznamy v adolescenci a
s věkem postupně klesají. Tento pokles
se zrychluje po 55-60 roce věku.
Podobně s věkem klesají také implicitní
časy. Tyto změny jsou u každého
jedince různě rychlé, nicméně trend je
zachován u nás všech (vlevo).
3
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 7 prezentace 7
Na vzestupném raménku b-vlny lze pozorovat tzv. oscilační potenciály, a toto při
skotopických i fotopických ERG. Prvně byly popsány Cobbem a Mortonem v roce 1954.
Pokud odfiltrujeme (1-100 Hz) pomalejší složky záznamu (a- a b-vlny), dostaneme salvy oscilačních
potenciálů. Jsou zřejmě projevem aktivity amakrinních buněk vnitřní sítnice.
2 až 85 µV
ERG velmi silně ovlivňuje chemický stav sítnice.
Dlouhá léta se používal roztok glycinu jako omývání při
odstraňování zvětšené prostaty. Pokud zákrok trval dlouho
nebo pokud chirurg řízl hluboko do cévního zásobení a
pokud byl pacient jen pod slabou a víceméně lokální
anestézií typu epidurál, stalo se, že probuzený pacient se
tázal, proč najednou zhasla světla.
To personál v jasně osvětlené místnosti zpravidla zmátlo.
Glycin je inhibiční neuropřenašeč spojený v sítnici s
amakrinními buňkami. Pokud se dostane do oběhu a až k
amakrinním buňkám, „vypne“ zdroje oscilačních potenciálů.
Ty mizí ze vzestupného raménka b-vlny. Potenciály i zrak
se vrátí pacientovi po pár hodinách, až je glycin
zmetabolizován :-)
Oscilační potenciály jsou výrazně nižší nebo zcela mizí při řadě degenerativních chorob
sítnice. Patří mezi ně např. retinitis pigmentosa, CSNB typu 2, některé choroidopatie,
retinoschisis, diabetická retinopatie, hypertensní retinopatie či Takayasuova choroba.
snímek 8 prezentace 7
ERG záznam se poněkud liší při použití různých
typů záznamových elektrod (vlevo, jde o záznam
z jednoho a téhož pacienta při použití různých
elektrod). Každý z těchto typů má své výhody a
nevýhody. Velice často jsou užívány Burianovy
elektrody různé velikosti, od velikosti pro
dospělé po maturované novorozence. Pokud je
oko příliš malé, používají se tzv. Jet typy (sety)
elektrod.
U ještě menších očí (mikrooftalmáti) či při
poškození tkáně obklopující oko se k záznamu často používají uhlíková vlákna nebo
Mylarové lepící pásky se zlatou fólií. Elektrody lze také připevnit k pokožce, nemají tak
přímý kontakt s rohovkou oka. To vede k výraznému snížení amplitudy signálu.
Pokud jsou elektrody používány opakovaně, je třeba je důsledně sterilizovat, neboť se pomocí
nich mohou šířit priony přenositelné choroby (CJD).
4
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 9 prezentace 7
Na tomto snímku je zbytek přehledu některých elektrofyziologických metod v oční praxi a
přehled některých chorob, které lze při vyšetření určitou metodou diagnostikovat.
E) Zrakově vyvolané odpovědi na strukturovaný podnět (ZVO, P-VEP = Visual Evoked Potentials)
Na rozdíl od předchozích metod, pomocí tohoto vyšetření sledujeme funkci zrakového nervu, který v
předchozích metodách nebyl dosažitelný. Ke stimulaci využíváme opět reverzační strukturované podněty.
Elektrody fixujeme na hlavě v okcipitální krajině. Získaný potenciál se skládá ze dvou negativit a jednou
pozitivní vlnou, o kterou se hlavně opíráme při hodnocení. Zde se soustřeďujeme nejen na výšku
potenciálů, ale i na čas objevení pozitivních a negativních potenciálů v ms. Registrujeme je obvykle v
obrácené polaritě. Jsou generovány gangliovými buňkami sítnice a axony zrakového nervu.
F) Elektrookulografie (EOG)
Tato metoda sleduje tzv. klidové potenciály oka. Zde zaznamenáváme rozdíl mezi pozitivní rohovkou a
negativitou zadního pólu oka. Nemocný sleduje fixační světla červené barvy při pohledu do 30°. Vznikají
potenciály, které se zvyšují po 10 minutách vyšetření za tmy po navození fotopického background
osvětlení. Elektrody fixujeme při zevních a vnitřních koutcích oka, které při pohybu prakticky vytváří
elektrický dipól a dle toho, který potenciál se přiblíží k diferenční elektrodě, nám nakreslí výchylku.
• Skotopický ERG: pigmentová degenerace sítnice, hemeralopie, difúzní postižení sítnice (odchlípení
sítnice, chorioretinitidy, diabetická retinopatie, metalosy)
• Fotopický ERG: u degenerací postihujících zadní pól oka (Stargardtova degenerace, hyalinní
degenerace, Sorsbyho degenerace), trombotických postižení sítnice a diabetické postižení cév
• Pattern ERG: poruchy maculy (maculopatie) a amblyopatie
• Pattern VEP: choroby zrakového nervu, intraokulární neuritida, retrobulbární neuritida, atrofie
zrakového nervu, onemocnění CNS
• EOG: hereditární abiotrofie zadního segmentu oka
Na ERG se poměrně dobře projeví také různá systémová onemocnění, zejména jater a ledvin
(obvykle sníženou amplitudou b-vln), abusus drog aj.
snímek 10 prezentace 7
Rozsáhlou skupinou očních chorob jsou nemoci projevy podobné dědičnému degenerativnímu
onemocnění sítnice zvanému retinitis pigmentosa (RP). Při ní (a jí podobných chorobách)
dochází k postupné šeroslepotě, zužování zorného pole, tunelovému vidění až ztrátě zraku.
Jde o autosomálně dominantní, autosomálně recesivní nebo na X chromosom váznou poruchu
spojenou s poškozením některého z asi 35 různých genů či genových lokusů. Při RP jde o
komplexní onemocnění nejen pigmentového epitelu a zrakových elementů; bývá poškozeno
také cévní zásobení sítnice a pod.
Vlevo v prezentaci vidíte seřazeny pod sebou pohledy na (shora) normální zdravou sítnici a
její cévní zásobení, na sítnici stiženou RP, neléčenou syfilidou a neléčenými zarděnkami.
Vpravo vidíte záznamy ERG normální zdravé osoby a záznamy osoby s RP. Vertikální
kalibrace (amplituda ERG) je 100 µV, doba záznamu je u skotopického modrého a červeného
světla 200 ms, u ostatních stop 100 ms.
5
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Normální záznam
Retinitis pigmentosa
V případě skotopického modrého
ERG zdravé osoby byl záblesk
modrého světla tak slabý, že
nevyvolal a-vlnu, rozpoznatelná je
jen tyčinková pomalejší b-vlna.
Záblesk červeného světla byl jasný
natolik, že vyvolal v čase a-vlny
oscilace, záblesk bílého světla ve
tmě vyvolal standardní a-vlnu.
Rychlé
záblesky
světla
(o
frekvenci
30
Hz)
ilustrují
odpovědi rychle se adaptujících
čípků a fotopická odpověď je
normálním příkladem odpovědi
citlivějších tyčinek adaptovaných
na osvícené pozadí.
Záznamy ERG pacienta s RP byly
pořízeny u mladého dospělého
jedince, který na ERG vykazuje
stále ještě zbytky odpovědí čípků
(odpověď na červené světlo – chce to trochu představivosti); u většiny případů RP jsou daleko
výrazněji poškozeny tyčinky. Implicitní časy se u RP zpravidla prodlužují a oscilační
potenciály nebývají detekovatelné. S výjimkou nejtěžších forem RP (X-přenášená RP,
Leberova kongenitální amaurosis) bývá při raných klinických projevech RP možno detekovat
elektroretinografickou odpověď alespoň na jasné fotopické stimuly. Některé osoby
s dominantně zděděnou RP vykazují ERG záznam po většinu života.
snímek 11 prezentace 7
Podobné změny jako RP může na
oku způsobit také myotonická
dystrofie (MD); dokonce i bez zatím
patrných změn lze u osob stižených
MD
pozorovat
na
elektroretinogramu změny podobné
změnám v rané fázi RP. I minimálně
MD postižené osoby s negativním
neurologickým nálezem obvykle
vykazují výrazný pokles amplitudy
b-vln při odpovědi na slabý záblesk
skotopického ERG. Proto je ERG
mimořádně vhodnou metodou pro
detekci
MD
u
viditelně
nepostižených osob, jako jsou např.
rodiče
dětí
stižených
MD
s projevujícími se neurologickými
symptomy. Na obrázku vidíte ERG fyzicky zdravé matky-přenašečky bez jakýchkoliv obtíží
(uprostřed), vpravo ERG nemocné dcery.
Zdravý otec
Matka přenašečka
Dcera nemocná
6
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímky 12 a 13 prezentace 7
Další velmi rozšířenou metodou v oftalmologii je elektrookulografie (EOG, produktem je
elektrookulogram). je to v podstatě metoda umožňující určit směr, jímž se dívá oko. Tuto
metodu pocházející od du Bois-Reymonda pojmenoval jako EOG roku 1951 Elwin Marg a do
klinické praxe ji roku 1962 uvedl Geoffrey Arden.
EOG je založena na tom, že oko je v
podstatě kulová baterie s kladným
pólem vpředu na rohovce a záporným
na sítnici – tedy jednoduchý dipól
orientvaný ve směru sítnice-rohovka.
Potenciál mezi přední a zadní stranou
oka (korneoretinální potenciál; zcela
přesně jde o potenciál mezi rohovkou
a Bruchovou membránou na zadní
straně oka) se pohybuje mezi 0,4 a 1
mV.
K vnitřnímu a vnějšímu koutku oka
se připevní elektrody (zemnící
elektroda je obvykle umístěna na čele či ušním lalůčku); toto umístění elektrod po obou
stranách očí umožňuje měřit pohyb očí v rozsahu ±70° horizontálně a ±90° vertikálně.
Přesnost měření je obvykle ±2°. Napětí na elektrodách se mění s měnící se vzdáleností
rohovky od elektrody. Pokud oko hledí přímo dopředu, je napětí na protilehlých elektrodách
stejné. Pokud se oko podívá například doprava, zvýší se kladné napětí na pravé elektrodě.
EOG má své výhody i nevýhody. Mezi její hlavní nevýhody patří to, že hodnota
korneoretinálního potenciálu není fixní, ale mění se během dne, je také ovlivněna světlem,
únavou či jinými okolnostmi. Důsledkem toho vzniká nutnost neustále překalibrovávat
získávané signály. Metoda je také zatížena zaznamenáváním artefaktů svalové činnosti. Mezi
hlavní výhody EOG patří minimální diskomfort pacienta, stejně jako to, že EOG lze rutinně
pořizovat i ve tmě nebo se zavřenýma očima. Mezi hlavní využití EOG v klinické praxi patří
zjišťování sakadických odpovědí a nystagmografie.
Provedení EOG v praxi je zhruba následující: v
talíři tzv. Ganzfeldu jsou dvě fixovaná orientační
červená světla. Pacient adaptovaný na světle
pohybuje očima mezi nimi a zaznamenává se tzv.
baseline (1, vlevo na obrázku). Během pohybu očí se píší výchylky asi 5 mV. Posléze se na
15 min zhasne a probíhá adaptace na tmu.
Zaznamenávaný potenciál se snižuje, nejnižších hodnot
dosahuje mezi 8-12 min adaptace (2, uprostřed). Po
opětovném rozsvícení potenciál roste, s maximem asi 10.
minutu po osvitu (3, vpravo). Následně se stanovuje
poměr maxim výchylek ve tmě a při jasném osvitu. Za
fyziologické jsou obvykle považovány hodnoty nad 1,72,0.
7
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímky 14 a 15 prezentace 7
Elektrookulografie slouží k detekci různých
chorob
sítnice.
Výraznou
indikací
patologických dějů v sítnici je změna (většinou
pokles) hodnoty poměru maxim výchylek ve
tmě a při jasném osvitu. Vlevo (a v prezentaci,
tamtéž i pohled na sítnici) máte příklad EOG
odpovědi pacienta s Bestovou chorobou.
Jednou ze základních funkcí oka je schopnost zaměřit (zafixovat) se na určitý předmět. Pokud
je oko zafixováno na nějaký předmět, tak jeho obraz se promítá na sítnici do oblasti žluté
skvrny (fovea). Okohybné svaly udržují obraz ve žluté skvrně, ať se zafixovaný předmět
pohybuje nebo ne. Existují dva základní mechanizmy fixace:
• volní fixace – umožňuje vůlí zaměřit pozornost na určitý předmět
• mimovolní fixace – udržuje zafixovaný objekt v zorném poli
Pomocí volní fixace je možné vybrat objet, na který je poté oko zafixováno a dále je objekt již
sledován mimovolní fixací. Dokonce, i pokud je zrak zafixován na nehybný objekt, oko není
nikdy nehybné, ale stále vykonává drobné mimovolní pohyby.
Mimovolné pohyby rozdělujeme na
• tremor – třes – drobné pohyby s frekvencí 30-80Hz
• drift – pomalé pohyby – méně než jeden úhlový stupeň
• kmitavé pohyby – mikrosakády, trhavé pohyby, které vracejí zafixovaný objekt do fovey,
pokud jí vlivem driftu začne opouštět
Kmity tedy kompenzují drift a mají tudíž opačný směr (i když to nemusí být přesně 180°).
Při sledování pohybujícího se objektu provádí oko dlouhé pomalé sledovací pohyby. Přestože
prvotní zafixování na pohybující se objet je způsobeno vůlí, další sledování už je automatické.
Jiné pohyby vykonává oko při čtení nebo při sledování pohybující se scény (při pohledu na
běžícího psa či při při pohledu z jedoucího vlaku). Spíše než pomalé sledovací pohyby
vykonává pak oko velké skokové pohyby, zvané sakády.
Sakády jsou v podstatě série zafixování na blízké body následující rychle za sebou. Jednotlivé
skoky v skádách jsou od sebe obvykle vzdáleny kolem 300 ms. V době mezi sakádami mozek
potlačuje vizuální vjem, takže rozmazání obrazu vlivem pohybu oka nevnímáme. Typicky
oko stráví přibližně 10% času sakádami a 90% času je zafixováno na jednotlivé předměty,
avšak variabilita těchto hodnot je značná. Úhlová rychlost sakadických odpovědí se pohybuje
mezi 20-700°/s. Sakád je několik typů. Hladké sakády jsou pomalé, širokopásmové rotace oka
udržující pohybující se objekt v zorném poli. Jejich úhlová rychlost je 1-30°/s. Vyhledávací
sakády zaznamenáváme, pokud se při fixaci na předmět pohybuje jen oko, kompenzační
sakády zaznamenáváme, pokud je pohyb oka vyvolán pohybem hlavy a/nebo těla.
8
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Hodnocené parametry sakadických
odpovědí obvykle zahrnují maximální
úhlovou rychlost odpovědi, její
amplitudu, dobu trvání a latenci.
Trajektorie a rychlost sakadických
pohybů není vůlí ovlivnitelná.
Typické hodnoty maximální úhlové
rychlosti sakád jsou 400°/s, amplituda
20°, doba trvání 80 ms a latence 200
ms.
Typickou sakadickou odpověď zdravého člověka vidíte nahoře. Oko se zpravidla při fixaci na
objekt k pozici objektu přiblíží, ale nezaměří se na něj zcela přesně – to je označováno jako
podstřelení (undershooting). Pro dokonalé zaměření oka je třeba dalších miniaturních
sakadických pohybů. Přestřelení se u zdravých jedinců zpravidla nevyskytuje. Tvar a další
parametry sakadických odpovědí ovlivňuje mj. únava, nemoci, drogy či alkohol.
Kromě studia sakadických odpovědí se EOG klinicky využívá také v nystagmografii.
Nystagmografie (produktem je nystagmogram) poskytuje informace o chování zrakového
kontrolního systému, pokud je kromě zraku stimulován zároveň i vestibulární systém.
Vestibulární systém labyrintu vnitřního ucha poskytuje své signály okulomotorickému
systému, který na jejich základě provádí korekci postavení očí vzhledem k poloze těla a
hlavy. Při poškození vestibulárního systému jsou i signály pro systém okulomotorický
změněné či chybné až chybějící, což se projeví na EOG; nejčastějším projevem jsou závratě
postiženého jedince. Naopak, máme-li pacienta se závratěmi, lze pomocí EOG zjistit, zda jeho
závratě pochází z postižení vestibulárního aparátu. K tomu slouží vestibulární
nystagmografie, při níž je různě měněna poloha pacienta či jeho hlavy. Jiný typ
nystagmických odpovědí lze sledovat pomocí optokinetické nystagmografie. Ta se používá
při vyšetřeních, kdy je jedinec ve fixní pozici a rychle se pohybuje sledovaný objekt.
V laboratořích se často používají rotující válce s namalovanými tmavými pruhy.
Okulomotorický systém se snaží udržet předmět fixovaný do fovey, pokud je už mimo
zrakové pole, zaměří se na předmět další. Na EOG je vidět pilovitý záznam.
snímek 16 prezentace 7
Na tomto snímku máte příklady dvou EOG záznamů:
Nahoře: EOG záznam při pohybu předmětu v zorném poli plynule od středu zorného pole
doleva pod úhlem 70°, zpět do středu a doprava pod úhlem 70° a zpět do středu zorného pole.
Dole: EOG záznam při pohybu předmětu v zorném poli plynule od středu zorného pole
nahoru pod úhlem 70°, zpět do středu a dolů pod úhlem 70° a zpět do středu zorného pole
snímky 17 a 18 prezentace 7
Ve zbylé části přednášky věnované oku se podíváme na smínání signálů z některých
buněčných elementů sítnice. Na těchto dvou snímcích jsou shrnuta některá fakta o
lidské/savčí sítnici; asi je znáte, stejně jako strukturu retiny.
9
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Struktura lidské sítnice
- retina je cca 0,5 mm silná
- lemuje zadní část oční koule, mnoho buněčných typů
- gangliové buňky (výstupní neurony sítnice) leží nejpovrchněji, směrem k čočce a přední části oka,
fotoreceptory nejvnitřněji, směrem k pigmentovému epitelu a cévnatce; světlo musí projít sítnicí
- v centru sítnice je zrakový nerv (ovál či kruh cca 2 x 1,5 mm), z jeho středu vybíhá hlavní cévní
zásobení sitnice
- 17° (4,5-5 mm) od něj je fovea (její střed oftalmology označován jako žlutá skvrna, macula lutea)
s maximální hustotou čípků organizovaných do hexagramů
- žlutá skvrna díky karotenoidům xantofylové řady zeaxanthinu a luteinu (v axonech čípků v tzv.
Henleově fibre layer), zřejmě ochranný filtr (aditivní k čočce) proti krátkovlnnému záření
pigmentový epitel
tyčinky, čípky
outer limiting
membrane
Műllerovy buňky
horizontální buňky
bipolární buňky
amakrinní
buňky
gangliové buňky
vrstva nervových
vláken
inner limiting
membrane
Sítnice všech savců je složena ze 3 vrstev těl nervových buněk a dvou vrstev synapsí (neuropil).
1.
2.
3.
Vnější jaderná vrstva obsahuje těla tyčinek a čípků.
Vnitřní jaderná vrstva obsahuje těla bipolárů, horizontálních a amakrinních buněk.
Gangliová vrstva obsahuje těla gangliových buněk a zbloudilých buněk amakrinních.
První neuropilou je vnější plexiformní vrstva se synapsemi mezi tyčinkami a čípky, kolmo běžícími
bipoláry a horizontálními buňkami.
Drouhou neuropilou je vnitřní plexiformní vrstva sloužící jako přepojovací stanice mezi buňkami
vedoucími vzruchy v kolmém směru (bipoláry) a gangliovými buňkami. Jsou v ní také amakrinní buňky
orientované kolmo i podélně; ovlivňují a integrují signály předávané gangliovým buňkám.
tyčinky, čípky
epithel
fotoreceptory
horizontální
buňky
bipolární
buňky
amakrinní
buňky
fotoreceptory
vnější jaderná
vrstva
vnější plexiformní
vrstva
vnitřní jaderná
vrstva
vnitřní plexiformní
vrstva
axony
gangliových
buněk
koncové patky
Műllerových
buněk
vrstva
gangliových
buněk
10
tyčinky, čípky
horizontální buňky
bipolární buňky
amakrinní buňky
gangliové buňky
axony gangliových
buněk
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 19 prezentace 7
Na tomto snímku máte oftalmoskopické pohledy na čtyři velmi rozšířené patologické změny
sítnice:
Lidská sítnice je precisní systém přesně organizovaných fotoreceptorů, neuronů, glií a cévního zásobení:
poškození sítnice nebo její degenerativní změny mohou vést až k slepotě.
Glaukomy
jsou také
doprovodným
jevem
stárnutí.
Přední
komora oční
není schopna
Jedním z nejčastějších důvodů
slepoty je se stárnutím spojená
degenerace žluté skvrny/fovey.
Pigmentový epitel degeneruje a
tvoří drobné krystalky. Zpoza fovey
prosakuje tekutina. Čípky zahynou,
ztrácí se centrální zraková ostrost,
nemůžeme číst či vidět drobné
detaily.
Diabetická retinopatie je způsobena změnami v cévním
zásobení sítnice. Cévy se zkroutí a nekontrolovatelně
rozvětvují. Dnes se nejčastěji využívá laseru k zastavení
proliferace cév a zastavení průsaků do retiny.
zajistit normální tok nitrooční tekutiny,
roste nitrooční tlak. Dochází k devastaci
cévního zásobení zejména u odstupu
optického nervu a axonů gangliových
buněk, takže tyto jinak velmi vitální
buňky umírají.
Retinitis pigmentosa je dědičná
nemoc
s
mnoha
projevy,
podložena větším množstvím
genetických
mutací.
Většina
poškozených genů souvisí s
fotoreceptory. V časných fázích
choroby
degenerují
tyčinky
periferní sítnice, pacienti ztrácejí
zrak postupně, jak odumírá
periferní sítnice.
Může jim zůstat tzv. tunelové vidění, kdy není afektována
fovea. Charakteristickým projevem je výskyt tmavého pigmentu
a ztenčení cévního zásobení u odstupu očního nervu.
snímek 20 prezentace 7
V retině obratlovců jsou dva základní typy fotoreceptorů, tyčinky a čípky.
Tyčinky obsahují pigment rhodopsin a jsou citlivé na modrozelené světlo, s maximem
citlivost kolem 500 nm. Jsou to velmi citlivé fotoreceptory užívané pro vidění za snížených
světelných podmínek.
Čípky obsahují opsiny a jejich zrakové pigmenty jsou různě citlivé na různé vlnové délky
podle typu a struktury opsinu:
• lidské L-čípky jsou maximálně citlivé na červené světlo (564 nm)
• M-čípky na zelené světlo (533 nm)
• a S-čípky na světlo modré (437 nm)
Většina savců je dichromatických (M- a S-čípky). Primáti, lidé, ptáci, plazi a ryby jsou
trichromatičtí až pentachromatičtí (poslední 3 třídy). Čípky s různou citlivostí na různé vlnové
délky se u ryb, žab, ptáků a plazů často liší také morfologicky: v prezentaci vlevo dole vidíte
záběr na želví sítnici a nákres stavby různých typů jejích čípků. Čípky primátů a lidí vypadají
morfologicky v podstatě identicky, ale lze je odlišit speciálními histochemickými technikami.
11
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Existují také protilátky detekující určitý zrakový pigment, např. zrakové pigmenty vnějšího
segmentu čípku. S-čípky lze odlišit i na základě poněkud většího průměru a delších vnitřních
segmentů, které projikují do subretinálního prostoru dále než M- a L-čípky.
Rozložení tyčinek a čípků v sítnici není jednotné, jakkoli je
mozaika jejich uspořádání velmi přesná; zejména foveální
hexagonální uspořádání M- a L-čípků. Nejvyšší koncentrace čípků
je ve foveální jamce a se vzdáleností od ní výrazně klesá (obrázek
níže). Ani ve vlastní foveální jamce není hustota čípků všude
stejná; obrázek vpravo ukazuje isodensitní linie (rozložení hustoty)
čípků v sítnici (A) a foveální jamce (B).
Hustota tyčinek se na ploše sítnice
rovněž mění. Maximum tyčinek je
v kruhu lemujícím foveu ve
vzdálenosti asi 4,5 mm (nebo 18°).
Slepá skvrna (vyústění zrakového
nervu) je samozřejmě bez
fotoreceptorů (obrázek vlevo).
tlumené světelné pulsy
změny napětí v tyčinkách
Roku 1905 Einstein nastínil, že světlo se šíří v diskrétních a
dále nedělitelných kvantech. To pomohlo vysvětlit podstatu
fotoelektrického jevu popsaného roku 1887 Heinrichem
Hertzem – jde o proces, při němž je světlo schopno uvolnit
elektrony z kovových povrchů. Tyčinky, sloužící k vidění
za špatných světelných podmínek, jsou natolik citlivé, že
dokáží detekovat jediné světelné kvantum. To předpověděl roku 1942 Selig Hecht, který si
uvědomil, že i při tak slabé světelné stimulaci, při níž dojde k aktivaci jediné tyčinky ze sta,
může pečlivý pozorovatel zaznamenat elektrickou aktivitu. Až zhruba století po objevu
fotoelektrického jevu ale byla k dispozici tak citlivá zařízení, která mohla detekovat
miniaturní elektrické změny navozené v tyčinkách jednotlivými světelnými kvanty. Vpravo
vidíte 3 velikosti odpovědí tyčinek na světelnou stimulaci – žádnou, střední a větší. Tyto
odpovědi jsou reakcí na stimulaci žádným, jedním či 2 světelnými kvanty v každém
stimulačním světelném záblesku (tečky).
červené stimuly
napětí (mV)
Tyčinky a čípky odpovídají na stimulus s různou
rychlostí. Odpověď tyčinek je pomalejší, signály
zelené stimuly
z tyčinek obvykle dorazí do vyšších etáží zrakové dráhy
až o 1/10 s později než signály z čípků, pokud jsou oba
typy receptorů stimulovány zároveň. Zdá se, že některé
signální dráhy čípků, přenášející jejich rychlou
odpověď, by mohly přenášet také pomalejší informaci
čas
z tyčinek. Na obrázku vlevo vidíte odpověď čípků
v opičí sítnici na zelený a červený světelný stimul.
Červený stimulus vyvolá normální kratičkou hyperpolarizační odpověď a membránový
potenciál se vrací do normálu. Zelený stimulus je doprovázel pozdější hyperpolarizační
12
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
odpovědí,
která
má
elektrofyziologické
charakteristiky
odpovědi
tyčinek. (Na obrázku vpravo
si všimněte, jak se kryjí
maxima
spektrálních
citlivostí tyčinek -rod- a
různých barev čípků -cone-).
Při
společném
využití
neurálních drah by tak mohly
tyčinky poskytovat více
„širokopásmovou“ informaci
o časovém sledu a trvání
světelných podnětů.
snímek 21 prezentace 7
Fotoreceptory mají za úkol zachytit svým vnějším segmentem světelný podnět a předat
vyvolaný signál k dalšímu zprocesování do vnější plexiformní vrstvy (OPL) sítnice. Tato
cesta signálu má svůj začátek na synaptickém zakončení tyčinky a čípku, jejich patkami.
V případě čípku se tato zakončení označují pedicle(s), v případě tyčinek spherule(s). Patky
čípků jsou široké, kónické, ploché a mají průměr 8-10 µm. Patky tyčinek jsou početnější,
menší a kulaté, v průměru měří 3-5 µm. Jsou umístěny mezi a nad patkami čípků. Synaptická
zakončení tyčinek i čípků jsou naplněna synaptickými váčky, mají patrné synaptické
hřebánky a končí na neuronech druhého řádu – bipolárních a horizontálních buněk. V patce
čípků je obvykle kolem 30 hřebínků, v patce tyčinky 2 hřebínky napojené na 4 invaginující
neurity neuronů druhého řádu.
„Triáda“ čípku je tvořena centrálním elementem
(dendritickou terminálou invaginujícího bipoláru, imb)
a dvěma přilehlými dendritickými terminálami
horizontálních buněk (hc). Na nožce čípku mohou
tvořit synapse také dendritická zakončení jiných typů
bipolárních buněk. Patka čípku má až 30 synaptických
hřebínků asociovaných s přilehlými terminálami axonů.
Průměr patky čípku je 8-10 µm.
Patka tyčinky má dva synaptické hřebínky asociované se dvěma
přilehlými terminálami axonů horizontálních buněk (hc). Invaginují do
ní také dva dendrity bipolárů (rb). Průměr patky tyčinky je 3-5 µm.
Na synaptických
jsou zakotveny
neuropřenašeči.
excitují/inhibují
horizontálních a
buněk.
13
hřebíncích
váčky s
Po výlevu
membrány
bipolárních
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 22 prezentace 7
Druhým (a posledním) typem buněk retiny, na který se trochu blíže
podíváme, jsou horizontální buňky. Horizontální buňky (HB) jsou
neurony druhého řádu, které ve vnější plexiformní vrstvě sítnice
horizontálně propojují fotoreceptory a neurony (obrázek vpravo: HB
žlutě, pod nimi červeně a zeleně bipolární a amakrinní buňky, nad nimi
zeleně fotorecptory). Byly z nich pořízeny první světlem evokované
elektrické odpovědi, a to roku 1953 Svaetichinem pomocí
První evokované (světlem) potenciály naměřené
intracelulárními elektrodami z nervových buněk
obratlovčí sítnice byly tzv. S-potenciály (Svaetichin,
1953). Jsou to negativní potenciály, které trvají po
celou dobu aplikace podnětu. Mají graduující
charakter: čím je podnět jasnější, tím je větší
amplituda S-potenciálů (až do dosažení saturační
úrovně, obr. A). U dlouhých stimulů stejné intenzity
se mění doba S-potenciálů, ne jejich amplituda. Ta
klesá až s výrazným zkracováním signálu (obr. B). Do
určité doby trvání podnětu je amplituda odpovědi
úměrná součinu doby trvání a (kvantového) obsahu
podnětu, pro dlouhé stimuly už jen kvantovému
obsahu podnětu. (Toto je vlastně ilustrace Blochova
zákona.)
S-potenciály byly pojmenovány podle Gunnara Svaetichina, dnes to znamená „pomalé potenciály“ (slow p.)
Mezi neurofyziology vyvolaly S-potenciály v 50. letech zmatek. V té době se počítalo jen s depoalriazcí
neuronů excitačními synapsemi; při překročení prahové hodnoty depolariazce vznikl akční potenciál.
S-potenciály ale nezávisely ani na AP, ani na světlem navozené depolariaci. Svaetichin měl za to, že jde o
potenciály čípků. Až intracelulárnmí značkovací techniky ukázaly, že zdrojem S-potenciálů jsou horizontální
buňky.
intracelulárních mikroelektrod. Tyto potenciály jsou označovány jako S-potenciály.
snímek 23 prezentace7
Horizontální buňky (HB) jsou neurony (druhého řádu)
propojující navzájem fotoreceptory a neurony ve vnější
plexiformní vrstvě sítnice. Prvně byly popsány v retině ryb.
Morfologicky rozlišujeme dva hlavní typy HB:
(i) B- typ s axony s dendritickým stromem o rozloze 75-150
µm, axonem dlouhým asi 300 µm a končícím bohatou
terminální arborizací a
(ii) A-typ bez axonů, pokrývající dendritické pole 150-250 µm.
Dendrity obou typů HB
končí v patkách čípků, terminály axonu B-typu HB
končí v patkách tyčinek (obrázek vpravo, kočičí HB).
V retině primátů se původně předpokládala existence
jen jednoho typu HB, jakési menší varianty B-typu HB
14
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
označované jako HB I. Později byly objeveny další dva typy, HB II a HB III (obrázek vlevo).
HB I jsou buňky s malým recepčním polem
(okolo 15 µm ve fovee, 80-100 µm na periferii)
kontaktující na periferii svými dendrity až 18
různých čípků (obrázek vpravo, lidská sítnice).
Mají až 1 mm dlouhý axon končící na patkách
tyčinek.
HB II jsou buňky pavoukovitého tvaru
s krátkým (100-200 µm dlouhým) tenkým
axonem, který není přímý, ale zakroucený a
končí na patkách čípků. Spojení čípek-HB II ale
nebývá dobře morfologicky patrné.
HB III jsou buňky podobné HB I, ale obvykle
mívají asi o třetinu větší dendritcký strom, který bývá asymetrický (jeden či dva dendrity jsou
delší než dendrity zbývající). Shluky zakončení jejich dendritů kontaktují větší počet patek
čípků (9-12 ve fovey, 20-25 na periferii sítnice). Axon pravděpodobně kontaktuje směs
tyčinek a čípků.
světločivý typ
B-typ s axonem
želva
kočka
želvy
primát
ptáci
„modrá-žlutá“ typ
kočka
myš
color-opponent typ
bez axonu
A-typ bez axonu
primát
ryby
100 µm
modré čípky
červené čípky
B-typ HB je spojen s vnímáním změny
intenzity světla a upravováním adaptačních
a
prostorových
odpovědí
kolmých
neuronálních spojů.
Mohou být identifikovány pomocí protilátek proti
Ca2+-vážícím proteinům nebo GABA. U želv byl v
dendritech HB H1 typu objeven acetylcholin. V
savčí sítnici mají asi dlouhé a tenké výběžky
horizontálních buněk elektricky izolovat a
fyziologicky oddělovat informace přenášené z
jednotlivých dendritických polí – oddělit informace
z čípků od informací z tyčinek.
A-typ HB je v savčí sítnici vzácnější a
spojuje pouze čípky, nikoliv tyčinky (většina
druhů má jen modré a zelené čípky).
Dokonce i u trichromátů jsou A-typy HN
spojeny hlavně s modrými čípky.
U některých velkých koček je i rozlišení kontaktu
podlé délky dendritu: delší dendrity propojují
modré čípky, dendrity blíže tělu HB zelené čípky. U
koňů jsou tyto HB spojeny jen s modrými čípky.
U obratlovců s vyjímkou savců existují ještě
subtypy druhotně bez-axonatých HB (dole),
spojených s čípky citlivými na určitou barvu.
Sítnice nesavčích tříd obratlovců (jako např. ryby
s dominancí tyčinek) mají specifické HB spojující
tyčinky, zatímco savčí retina s dominancí čípků má
HB s axonem výhradně k propojování čípků (šedá
pole kolem terminál axonů, nahoře).
Fyziologicky lze HB dělit na HB
(luminosní) a barvocitlivé typy.
zelené čípky
světločivé
snímky 24 a 25 prezentace 7
Z fyziologického hlediska rozlišujeme na základě odpovědi na barevné světelné stimuly 2
typy HB: (i) světločivé HB (L-typ, luminosity) a (ii ) barvocitlivé (C-typ, chromaticity).
15
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
L-typ HB odpovídá na osvit jakoukoliv vlnovou délkou ve viditelné oblasti spektra vždy
hyperpolarizací, zatímco C-typ reaguje z hlediska změny polarity různě podle vlnové délky
světla (Svaetichin & MacNichol, 1958).
pulec
králík
L-typ HB
červeno-zelená
C-typ HB
opice
žluto-modrá
C-typ HB
stoupající intenzita
L-typ HB. Odpovědi byly vyvolány různou
intenzitou podnětů.
C vs. L-typ HB. Různé vlnové délky vyvolávají pro různé Ctypy HB různé odpovědi. Každá vlnová délka byla měřena při
několika intenzitách poděntů.
Na levé části obrázku vidíte odpovědi L-typu HB u tří různých živočišných druhů (pulec,
králík, opice). Amplituda a trvání odpovědi závisí na intenzitě a době trvání stimulu, ale ne na
použité vlnové délce. U některých živočišných druhů (např. želvy) lze identifikovat
fyziologické podtřídy L-typu HB,které mají podobnou spektrální citlivost, ale liší se velikostí
receptivního pole a kinetikou svých odpovědí na stimulus.
log relativní citlivosti
log relativní citlivosti
log relativní citlivosti
U želv byly objeveny i dvě
fyziologické podtřídy Ctypu HB (pravá část
L-typ HB
žluto-modrá
obrázku, je to Mauremys
C-typ HB
caspica). Červeno-zelený
typ HB odpovídá na
vlnová délka (nm)
vlnová délka (nm)
stimulus patřičné vlnové
Spektrální vlastnosti HB se určují pomocí slabých stimulů vyvolávajících odpověď nižší než 1 mV. Lze
tak určit vztah mezi citlivostí HB na světelný stimulus a vlnovou délkou stimulu.
délky
rostoucí
L-typ (tady spektrum z 8 L-typů) HB je nejcitlivější na stimuly o dlouhé vlnové délce, což se dá
hyperpolarizací na žluté,
očekávat – jejich hlavní excitační vstup je z červených čípků. L-typ HB má navíc ještě excitační vstup z
zelených a v malé míře i modrých čípků.
zelené a modré stimuly a
Červeno-zelený podtyp C-typu HB je charakterizován
rostoucí
depolarizací
zvratem polarity odpovědi kolem 600 nm. Tyto
buňky mají excitační vstupy ze zelených a modrých
odpovídá při stimulování
čípků a inhibiční vstupy z červených.
červenými záblesky vyšší
Žluto-modrý podtyp C-typu HB je charakterizován
červeno-zelená
a vyšší intenzity. Žlutozvratem polarity odpovědi kolem 540 nm. Má
C-typ HB
inhibiční vstupy ze zelených a červených čípků a
modrý typ HB odpovídá
excitační vstup z čípků modrých, a také z UVsensitivních čípků.
depolarizací na červené a
vlnová délka (nm)
žluté
světlo
a
hyperpolarizací na stimulaci světlem modrým. Tyto buňky jsou tedy bifázické.
Vlnová délka, při které se mění polarita odpovědi C-typu HB, se nazývá nulová vlnová délka.
Např. u kaprouna je nulová vlnová délka bifázických HB kolem 640 nm, trifázických HB
kolem 500-530 nm a 650-670 nm.
16
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 26 prezentace 7
Sítnice je vysoce organizovaná struktura, ve které probíhá mnohosměrná komunikace.
Navzájem se tu ovlivňuje mnoho typů buněk, ať už dopředným přenosem informace, nebo
regulacemi zpětnovazebnými. My si uvedeme jediný příkald, a to zpětnou vazbu pomocí
horizontálních buněk.
V sítnicích všech obratlovců jsou HB v rozsáhlých
oblastech povrchu vybaveny vodivými spojeními (gap
junction, průkaz lze provést luciferovou žlutí či
neurobiotinem). Ta umožňují laterální toky malých
molekul a iontů až mezi stovkami propojených HB. Sítě
vznikají jen mezi HB stejného fyziologického typu. na
obrázku vparvo vidíte syncytium HB II buněk želvy (levá
část) a A-typu HB králíka, které bylo detekováno
neurobiotinem. Funkci sítě ovlivňuje stav intra- a extracelulárního prostředí, dopamin,
kyselina retinová, oxid dusnatý (NO) a další látky uvolňované sousedními buňkami.
HB jsou vůči fotoreceptorům buňky postsynaptické (s
výjimkou některých studenokrevných, kde jsou i
presynaptické). Čípkům posílají HB visuální informaci
pomocí zpětnovazebných drah.
velká
plocha
podnětu
malá plocha
podnětu
feedback
čas (s)
Pokud osvětlíme (mločí) sítnici podněty stejné intenzity, ale
různého rozsahu, dostaneme různé odpovědi. První fáze
(„on“-fáze“ je stejná a nezávislá na ploše stimulu – jde o
hyperpolarizaci. Při malé ploše stimulu (zelený kroužek) se
buňka pomalu navrací ke klidové (temnostní) hodnotě
membránového potenciálu, ale zůstává stále mírně
hyperpolarizovaná po celou dobu trvání podnětu. Při velké
ploše podnětu následuje po počáteční hyperpolarizaci
depolariazční fáze, i když podnět stále trvá. Tento pozdní
depolarizační
potenciál
je
projevem
aktivace
zpětnovazebného okruhu HB.
Jiným příkladem může být zpětná vazba mezi HB
a čípky v želví sítnici. Na sítnici byly aplikovány
stimuly zeleným a červeným světlem, plocha
těchto stimulů byla různě velká. V případě malé
plochy se tvarově odpovědi zelených a červených
čípků sítnice příliš nelišily (obrázek vpravo).
V případě velké plochy stimulu aktivoval
excitační výstup zelených čípků spojených s Ltypem HB zpětnovazebnou dráhu, která ovlivnila
červené čípky: zkrátila dobu jejich odpovědi na
zelené stimuly. V samotných zelených čípcích byl
příspěvek této zpětnovazebné dráhy pře L-typ HB tak výrazný, že stimulus velkou plochou
červeného podnětu vyvolal přímo depolarizaci.
17
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
snímek 27 prezentace 7
Negativní zpětnovazebné okruhy jsou asi zprostředkovány invaginací postranních výběžků
HB do triády či sféry terminály fotoreceptoru. Zprostředkujícím neuropřenašečem může být
do určité míry zřejmě GABA. GABA-indukované proudy mohou být naměřeny na
terminálách čípků citlivých v červené a zelené oblasti, přinejmenším u želv a ryb. U jiných
druhů se toto ale prokázat nepodařilo. GABA nicméně zůstává neuropřenašečem aktivním na
dendritech bipolárních buněk.
Podle recentnějších dat (Kamermans et al., 2001; Janssen-Bienhold et al., 2001) ve studiích
užívajících voltage-clamp jsou zpětnovazebné okruhy regulovány napěťově ovládanými
vápníkovými kanály v nožkách čípků. HB podle tohoto modelu mohou navodit značné
extracelulární toky dovnitř buňky přes hemi-gap junction kanály v boční části synapse.
Během světelné stimulace se membrána L-typu HB hyperpolarizuje, velikost extracelulárních
proudů klesá, to ovlivňuje napěťově ovládané Ca2+ kanály na nožce čípku - a tedy i
membránový potenciál.
Průkaz lze provést farmakologicky: pokud zablokujeme specificky gap-junctions pomocí
karbenoxolonu (specifického blokátoru gap junction), zrušíme zpětnovazebný signál v čípku.
snímky 28 až 30 prezentace 7
Poslední tři snímky přednášky jsou věnovány elektromyografii (EMG). Na snímku 30 máte
uveden anglický výčet některých chorob a postižení detekovatelných pomocí EMG; stačí,
když si budete pamatovat obecný termín – myopatie.
EMG je medicínská technika užívaná k měření odpovědí svalů na stimulaci motorických nervů. Provádí se
za pomocí kovových elektrod (Adrianovy koncentrické jehly, nekoncentrické elektrody... viz 3.
přednáška), vyšetření (mírně) invazivní. „Needleless-EMG“ neposkytuje tak přesné informace.
Elektromygraf detekuje elektrické potenciály generované svalovými vlákny při kontrakci.
EMG pracuje s potenciály v řádech 50 µV až jednotky mV. Typická svalová odpověď se pohybuje ve
frekvencích 7-20 Hz, v závislosti na velikosti svalu (svaly oka vs. např. m. gluteus), předchozímu
poškození nervu, různým chorobám a pod.
EMG je vhodné k diagnostice řady chorob a poškození kosterních svalů a motorických nervů, neuropatií,
neurodegenrativních chorob. Může odhalit příčiny paralýz kosterních svalů, mimovolních kontrakcí,
patologických haldin svalových enzymů. Dokáže odlišit svalovou slabost navozenou nemocí a způsobenou
bolestí či nedostatkem motivace.
Užívá se také ve studiu biofeedbacku a tréninku pacientů, kteří se učí ovládat tensi svalů v obličeji, krku
a ramenech – např. pacienti s migrénou.
Postup
• přes kůži se zavede elektroda; zaváděči aktivita pozorovaná při vpichu také vypovídá o stavu svalu
a jeho inervujícího nervu
• zaznamená se klidová aktivita svalu; spontánní kontrakce mohou indikovat poškození nervu
• pacient lehce kontrahuje sval; zaznamená se tvar, velikost a frekvence výsledného potenciálu
motorické jednotky
• elektroda se posune o pár mm, opakuje se totéž, dokud se nezaznamená aktivita 10-20 jednotek;
jednotlivé záznamy z elektrody poskytují jen velmi lokální obrázek o aktivitě celého svalu, který
může mít v různých místech různou strukturu
18
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Normální aktivita
- levý triceps, boční hlava, n. radialis, kořen nervu C7
- CMUAP´s = compound motor unit action potentials
Potenciál motorické jednotky „tvaruje“ počet
vláken/jednotka, metabolický typ vláken aj.
Patologická aktivita
V klidu nejsou na EMG detekovány akční potenciály. S
postupnou kontrakcí se AP objevují a při plné kontrakci
se mohou vyskytovat nepravidelné skupiny APs různých
rychlostí a tvarů.
Ztratí-li svalové vlákno motorickou inervaci, projevují se u
něj charakteristické spontánní výboje za klidu. Tyto
jednotlivé výboje se nazývají fibrilace a mají
charakteristický pravidelný rytmus, nízkou amplitudu (50300 µV) a krátkou dobu trvání (0,5-1,5 s). Při prvním
ohybu křivky se píše zpravidla pozitivní (dolů směřující)
výchylka.
Pozitivní výchylky a fibrilace jsou abnormální, ale neindikují
nějakou specifickou chorobu. Mohou být znakem
hyperiritability svalové mebrány. Jsou-li v záznamech ze
všech 4 končetin a odpovídá tomu i lkinický obraz pacienta,
mohou být znake amyotrofické laterální sklerózy (Lou
Gherigova choroba).
Polyfázicita (více než 5 základních linií na EMG)
a zvýšená pilovitost („zubatost“) záznamu
může
být
projevem
rienervace
nebo
primárních poruch kosterní svaloviny –
myopatií. Nicméně, průvodním znakem většiny
myopatií je snížená amplituda záznamu a
prodloužená doba akčního potenciálu. Toto je
záznam myotonické dystrofie.
Familial periodic paralysis
Femoral nerve dysfunction
Friedreich's ataxia
Guillain-Barre
Lambert-Eaton Syndrome
Mononeuritis multiplex
Mononeuropathy
Peripheral neuropathy
Radial nerve dysfunction
Sciatic nerve dysfunction
Sensorimotor polyneuropathy
Shy-Drager syndrome
Thyrotoxic periodic paralysis
Tibial nerve dysfunction
Ulnar nerve dysfunction
Patologická aktivita
Polymyositis
Denervation (reduced nervous stimulation)
Carpal tunnel syndrome
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)
Myopathy (muscle degeneration, may be caused by a
number of disorders, including muscular dystrophy)
Myasthenia gravis
Alcoholic neuropathy
Distal median nerve dysfunction
Axillary nerve dysfunction
Duchenne muscular dystrophy
Facioscapulohumeral muscular dystrophy
Becker's muscular dystrophy
(Landouzy-Dejerine)
Brachial plexopathy
Cervical spondylosis
Common peroneal nerve dysfunction
Dermatomyositis
19
[email protected]
Bioelektrické jevy a jejich měření (B150P30), prezentace 7
Co si pamatovat z této přednášky
⇒ oko: stavba, polarita
⇒ ERG: princip, typy elektrod, využití
⇒ standardní ERG křivka: popis, interpretace
⇒ EOG: princip, poměr amplitudy světlo/tma a jeho diagnostický význam
⇒ struktura lidské sítnice
⇒ komunikace fotoreceptorů a horizontálních buněk
⇒ zpětnovazebné regulace pomocí horizontálních buněk
⇒ EMG: princip, využití, příklady patologického záznamu
⇒ (mechanismus kontrakce)
snímky 31-38 prezentace 7
Toto je výňatek z jedné přednášky pro středoškolské studenty, vás z toho zkoušet nebudu, jen
jsem jej vložila do přednášky jako doplnění vám už asi známých věcí – přeci jen nevím,
nakolik ve vás přetrvávají dodnes běžně vyučované, ale už pěkných pár let překonané
původní představy o mechanismu kontrakce vláken kosterní svaloviny.
Jsou v tom animované gify, takže si to pusťte, nejen vytiskněte – pokud na to tedy vůbec
koukáte ;-)
Moc vám všem znovu děkuji za vzornou spolupráci a
pochopení, které jste s tímto způsobem vedení kurzu
měli.
20
[email protected]