Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web


vyuka:pgs_kurzy

Fyziologické regulační systémy v normě a patologii

(Sylabus kurzu normální a patologická fyziologie integujícím systémovým pohledem vhodným pro inženýry a informatiky, přírodovědce, ale i lékaře v PGS pro přípravu ke státní zkoušce z fyziologie a patofyziologie)

—-

Garant kurzu: Jiří Kofránek


Určení kurzu:

Kurs je určen pro postgraduální studenty oboru Biomedicínská informatika s původním technickým nebo matematickým vzděláním. Kurs je rovněž vhodný pro postgraduální studenty oboru Normální a patologická fyziologie člověka, kteří si chtějí občerstvit a prohloubit znalosti normální a patologické fyziologie a připravit se na státní rigorózní zkoušku. Cílem kurzu je získání poměrně uceleného přehledu o fungování fyziologického systému člověka v normě a při některých patologických stavech.

Místo, datum konání: Oddělení biokybernetiky Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK, leden 2014-červen 2015, listopad 2015 - duben 2016

Odborný garant kurzu: doc. Dr. Jiří Kofránek, CSc.


Poplatek a způsob jeho úhrady: bez poplatku /pořadatelem je veřejná vysoká škola/


Adresa a termín přihlášení se do kurzu: přihlášky do kurzu do 31.12. 2014 na adresu: Jiří Kofránek, Ustav patologické fyziologie 1. LF UK, U nemocnice 5, 128 53 Praha 2, e-mail:kofranek@gmail.com


Čas a místo konání: (předpoklad) každé úterý 16:45 - 18:25. Oddělení biokybernetiky Ústav patologické fyziologie 1. LF UK, U nemocnice 5, 128 53 Praha 2.


Dotazy a konzultace

spojení na garanta kurzu: doc. Jiří Kofránek, tel. 777-686868, email: kofranek@gmail.com


Sylabus kurzu

Část 1 Základní buněčné procesy: integrace a koordinace

1. Úvod do fyziologie Organizační úrovně. Fyziologie jako integrativní věda o regulacích v lidském organismu. Funkce a procesy. Homeostáza vnitřního prostředí a buněčných populací.sil4_mm_ch01.ppt

2. Atomy, ionty a molekuly Atomy a jejich struktury. Molekuly a vazby. Roztoky a rozpuštěné látky. Biomolekuly (cukry, tuky, bílkoviny, aminokyseliny, nukleotidy). sil4_mm_ch02.ppt, stavebni_kameny_a_stavebni_zakony.ppt. kovalentni_vazby.ppt, iontove_vazby.ppt, vodikove_vazby_vodikove_mustky_.ppt, van_der_waalsovy_vazby.ppt, cukry.ppt, lipidy_a_mastne_kyseliny.ppt, aminokyseliny_a_bilkoviny.ppt, nukleotidy_a_nukleove_kyseliny.ppt.

3. Buňky a tkáně Studium buněk a tkání. Buněčná anatomie (membrána, cytoplasma – cytosol a organely, nemembranózní organely s přímým přístupem k cytosolu, membranózní organely vytvářející kompartmenty pro specializované funkce, jádro jako řídící centrála buňky). Tělesné tkáně (funkce extracelulární matrix, propojení buněk tvořících tkáně, epitelová tkáň zajišťuje ochranu a reguluje výměnu látek, pojivová tkáň zajišťuje oporu a bariéry, vzrušivá svalová a nervová tkáň). Remodelace tkání (apoptóza, kmenové buňky a diferenciace). Orgány.sil4_mm_ch03a.ppt, sil4_mm_ch03b.ppt,sil4_mm_ch03c.ppt

4. Buněčný metabolismus Energie v biologických systémech (energie kinetická a potenciální, přeměna jedné formy energie na druhou, termodynamický pohled). Chemické reakce (přeměna energie v chemických reakcích). Enzymy (snížení aktivační energie, vazba enzymů na substráty, některé enzymy musí být aktivovány, kofaktory a koenzymy, modulátory měnící enzymovou aktivitu, vliv koncentrace enzymu a substrátu na reakční rychlost, kategorizace enzymatických reakcí). Metabolismus (buněčná regulace metabolických drah, ATP – přenašeč energie mezi různými reakcemi). Tvorba ATP (glykolýza, tvorba laktátu v anaerobním metabolismu, cyklus kyseliny citrónové v aerobním metabolismu, transport elektronů z NADH a FADH2 při tvorbě ATP, molekulární mechanismus tvorby ATP, štěpení velkých biomolekul a tvorba ATP). Syntetické metabolické dráhy (tvorba glykogenu, tvorba glukózy z glycerolu a aminokyselin, acetyl-CoA jako důležitý prekursor syntézy lipidů, proteiny – klíče k funkčnosti buněk, DNA a mRNA, translace mRNA a vznik řetězců aminokyselin, třídění proteinů a jejich transport na cílové umístění, posttranslační modifikace proteinů a tvorba jejich konečné struktury, endoplazmatické retikulum a sekrece proteinů z buňky).sil4_mm_ch04.ppt, Nanoelektrárny v mitochondriích, DNA a její replikace,Od DNA k proteinu , ovlivneni_translace.pptx, Regulace genové exprese. 07.1-rna_structure.mov 07.2-transcription.mov Splicing 07.4-trna.mov 15.2-er_translocator.mov 07.5-translation_i.mov 07.6-translation_ii.mov translace 07.7-polyribosome.mov 07.8-ribosome_elongation.mov 07.9-ribosome_ratchet.mov

5. Dynamika membrán Membrány v organismu. Buněčné membrány (lipoproteinová struktura membrány, membránové lipidy tvořící bariéru mezi cytoplasmou a ECT, membránové proteiny mohou být pevně nebo volněji vázány na membránu, funkce membránových proteinů – strukturální proteiny, enzymy, receptory a transportéry, cukerné složky membrány). Kompartmenty organismu (rozdělení tělních tekutin ICT, ECT, transcelulární tekutina). Přenos přes membrány (difúze, lipofilní a lipofobní molekuly, přenašečový transport – saturace, specificita, kompetice, membránové proteiny zasjišťující facilitovanou difúzi, aktivní transport spotřebující ATP, vesikuly pro přenos velkých molekul přes membrány, transport molekul z/do organismu přes epitel). Distribuce vody a solutů v organismu (zastoupení vody v tělesných tekutinách, osmotický tlak, tonocita tělesných tekutin, elektrické a chemické disekvilibrium, vznik a změny klidového potenciálu, změny permeability vedoucí ke změně klidového potenciálu, udržování objemu a tonicity buňky). Integrované membranózní procesy (na příkladě sekrece inzulínu). Poruchy membranózních procesů – cystická fibróza. sil4_mm_ch05a.ppt sil4_mm_ch05b.ppt, sil4_mm_ch05c.ppt, <- zazipované prezentace i s animacemi

6. Komunikace, integrace a homeostáza Mezibuněčná komunikace („Gap Junction“ a mezibuněčný přenos chemických a elektrických signálů, na kontaktu závislé signály, parakrinní a autokrinní distribuce chemických signálů, elektrické signály, hormony a neurohormony přenášející signály na velkou vzdálenost, cytokiny působící jako lokální i distanční signály). Cesty signálů (receptory na membráně buněk i uvnitř buňky, membránové proteiny usnadnňující transdukci signálu, receptorové enzymy s protein-kinázovou nebo guanyl cyklázovou aktivitou, adenyl cykláza a cAMP – transdukční systém pro řadu lipofóbních hormonů, G-proteinové receptory působící jako druhý posel, integrinové receptory pro přenos informace z extracelulární matrix, nejrychlejší přenos signálu přes iontové kanálky). Další signální molekuly (kalcium – důležitý intracelulární signál, oxid dusnatý, kaskáda kyseliny arachidonové, leukotrieny a prostaglandiny). Modulace signálové cesty (receptorová saturace, specificita a kompetice, modulace buněčné odpovědi regulací množstvím vystavených receptorů, ukončení signálové cesty v buňkách, poruchy signálové transdukce při různých onemocněních, farmakologické ovlivnění buněčné transdukce signálů). Homeostáza (definice pojmu, Cannonovy postuláty). Regulační cesty a zpětnovazebné smyčky (udržování homeostázy lokálními a distančně působícími cestami, zpětnovazebné smyčky modulující odpověď na stimulus, dopředné regulace umožňující anticipovat změny a udržovat stabilitu, biorytmy, změny rychlosti a specificity fyziologických regulací, složité reflexy mohou mít několik integračních center). Příklad regulační poruchy: diabetes mellitus. Buněčná signalizace, sil4_mm_ch06a.ppt, sil4_mm_ch06b.ppt

Část 2: Homeostáza a regulace

7. Úvod do endokrinního systému Hormony (chemická struktura, účinek vazbou na receptory, ukončení působení hormonu). Klasifikace hormonů (peptidy a proteiny, steroidní hormony, aminohormony). Řízení uvolňování hormonů (klasifikace hormonů podle jejich zpětnovazebných smyček, endokrinní buňky jako sensor nejjednoduššího endokrinního reflexu, vztah řady hormonů k nervovému systému, neurohormony, hypofýza, zadní lalok hypofýzy a uvolňování dvou neurohormonů, přední lalok hypofýzy - sekrece šesti hormonů, hypotalomo-hypofysární zpětnovazebné smyčky, hypotalamo-hypofyzární portální systém pro dodávku trofních hormonů, hormony předního laloku hypofýzy řídící růst, metabolismus a reprodukci). Interakce hormonů (synergismus, permisivní účinek, antagonistický účinek). Endokrinní poruchy (hypersekrece, hyposekrece, receptorové poruchy, diagnostika endokrinních poruch). Evoluce hormonů.sil4_mm_ch07a.ppt sil4_mm_ch07b.ppt

8. Neurony: buněčné a síťové vlastnosti Organizace nervového systému. Buňky nervového systému (neurony, gliové buňky). Elektrické signály v neuronech (Nernstova rovnice, elektrochemický potenciál, Goldman-Hodkin_Katzova rovnice, pohyby iontů přes membránu a vznik potenciálu, stupňování potenciálu, akční potenciál, pohyby iontů přes membránu při akčním potenciálu, sodíkové kanálky v axonu, vznik a vliv refrakterní fáze, frekvenční kódování intenzity stimulu, vedení vzruchu, ovlivnění rychlosti vedení vzruchu – velké neurony, myelinizace, ovlivnění elektrické aktivity různými chemickými vlivy). Mezibuněčná komunikace v nervové tkáni (šíření informací přes synapse, kalcium a neurotransmitery, neurokrinní zprostředkování informace od neuronů jiným buňkám, sekrece neurotransmiterů, zesílení účinku neurotransmiterů díky více receptorovým typům, rychlost postsynaptiické odpovědi, ukončení aktivity neurotransmiterů). Integrace neuronálního informačního přenosu (mnohaneuronové nervové dráhy, modulace synaptické aktivity v axonovém zakončení, dlouhodobá potenciace ovlivňující synaptickou komunikaci, poruchy synaptického přenosu, chemické signály ovlivňující vývoj nervového systému, následky poškození neuronů). 08_labeledpresent.zip

9. Centrální nervový systém Vlastnosti neuronálních sítí. Evoluce nervového systému. Anatomie centrálního nervového systému (embryonální vývoj nervového systému, šedá a bílá hmota, kostní a pojivová opora nervového systému, cerebrospinální tekutina, protekční role hematoencefalické bariéry, metabolické požadavky nervové tkáně). Mícha. Mozek (šest základních částí mozku, mozkový kmen, mozeček, most a mezimozek, mozeček a koordinace pohybů, diencephalon a homeostatická centra, mozek a vyšší nervová činnost, chemické ovlivnění nervových drah). Mozkové funkce (organizace mozkové kůry do funkčních oblastí, integrace sensorické informace mezi mozkem a míchou, percepce sensorické informace motorický systém, ovlivnění motorického systému, aktivační role retikulární formace, spánek a probouzení, cirkadiální rytmy, emoční a motivační komplex, dlouhodobé emoční stavy, mechanismus učení a paměti, řeč a kognitivní chování). Poruchy aferentního nervového systému (poruchy čití, periferní poruchy, centrální poruchy). Poruchy somatického eferentního systému (poruchy kortikobulbární a kortikospinální, poruchy extrapyramidového systému, poruchy mozečku). Poruchy vědomí. Poruchy spánku. Poruchy kognitivních funkcí.sil4_mm_ch09a.ppt sil4_mm_ch09b.ppt

10. Fyziologie smyslů Základní vlastnosti sensorického systému (specializované receptory, přeměna sensorického stimulu na elektrický potenciál, integrace sensorické informace centrálním nervovým systémem, neurokódování a rozlišování modality, lokalizace, intenzity a délky trvání stimulu). Hmatové čití (receptory a nervové dráhy somatické percepce, dotekové receptory, teplotní receptory, detekce bolesti a svědění mediované přes nociceptory). Poruchy čití. Chemoreceptory pro vůni a chuť (olfaktorické buňky a čichové dráhy, chuťové buňky a dráhy). Poruchy percepce vůně a chutě. Ucho: slyšení (transdukce zvuku ve vnitřním uchu a v hlemýždi, sluchová dráha, neurokódování, rozpoznání výšek a směru zvuku, zpracování zvuku v kůře). Poruchy sluchu (převodní poruchy, percepční poruchy, ušní šelesty). Ucho: rovnováha (vestibulární aparát, endolymfa, semicirkulární kanálky a percepce rotačního zrychlení, otolithový orgán a percepce lineárního zrychlení a pozice hlavy, vestibulární dráhy a úloha mozečku. Poruchy vestibulárního ústrojí. Oko a vidění (anatomie oka, zornice, čočka, fotoreceptory a fotoransdukce v sítnici, zpracování signálů v sítnici, zraková dráha). Poruchy zraku (poruchy pohybu očí, poruchy vytvoření a analýzy zrakového vjemu). sil4_mm_ch10a.pptsil4_mm_ch10b.pptsil4_mm_ch10c.ppt sil4_mm_ch10.ppt 10_labeledpresent.ppt http://www.unmc.edu/Physiology/Mann/mann4b.htmlvideo - ucho

11. Eferentní část: Autonomní a somatická regulace pohybu Autonomní nervový systém (autonomní reflexy, antagonistická regulace, autonomní nervové dráhy, sympatická a parasympatická větev autonomního systému, neuratransmitery a modulátory autonomního nervového systému, autonomní řízení hladkých svalů, srdce a žlaz, časová limitace neurotransmiterové aktivity, dřeň nadledvin a sekrece katecholaminů, sekrece noradrenalinu k adrenergním receptorům v sympatickém nervovém systému, sekrece acetylcholinu k muskarinovým receptorům v parasympatickém systému, autonomní agonisté a antagonisté a jejich farmakologické uplatnění). Poruchy autonomního nervového systému. Somatický nervový systém (motoneurony a motorické nervové dráhy, neuromuskulární propojení na nikotinové receptory). Poruchy motorických nervových drah.11_labeledpresent.ppt

12 Svaly Kosterní sval (anatomie a molekulární struktura svalu: myofibrily, myosin, titin, troponin a tropomysin, molekulární báze svalové kontrakce, regulační úloha troponinu a tropomyosinu, vliv acetylcholinu a kalcia, svalová únava, dělení svalových vláken podle rychlosti kontrakce a rezistence k únavě, vliv protažení svalového vlákna na tensi při kontrakci, Hillova křivka, sumace svalových „škubnutí“, motorická jednotka, závislost kontrakce svalu na počtu a typu motorických jednotek). Mechanika pohybu (izotonická a izometrická kontrakce, kosti, kloub a svaly jako páka). Poruchy kosterního svalu (svalová slabost, svalové křeče, tetanie, myotonie, svalová bolest, myodystrofie). Hladký sval (anatomie hladkého svalu, rozdíl od kosterního svalu, význam fosforylace proteinů v kontrakci hladkého svalu, relaxace hladkého svalu, vstup kalcia jako signál pro zahájení kontrakce hladkého svalu, protažení svalu otevírá kanálky pro kalcium – myogenní kontrakce, nestabilní membránový potenciál u některých hladkých svalů, regulace svalové aktivity hladkých svalů: autonomní neurotranspmitery, hormóny a parakrinní látky, oxid dusný). Srdeční sval (anatomie srdečního svalu, rozdíl vlastností srdečního svalu a kosterního svalu).12_labeledpresent.ppt

13. Integrativní fyziologie: řízení pohybu Nervové reflexy (klasifikace nervových reflexů). Autonomní reflexy. Reflexy kosterních svalů (odpověď svalových vřetének na protažení svalu, Golgiho orgán – odpověď na svalovou tenzi, flekční a extensorové reflexy). Integrace řízení tělesného pohybu (reflexní, volné a rytmické pohyby, integrace pohybů v centrálním nervovém systému, Parkinsonismus). Řízení pohybů viscerálních svalů.13_labeledpresent.ppt

Část 3. Integrace funkcí

14. Kardiovaskulární fyziologie Přehled kardiovaskulárního systému (anatomie a základní funkce kardiovaskulárního systému). Tlak, objem, průtok a odpor (biofyzika proudění v kardiovaskulárním systému). Srdeční sval a srdce (funkční anatomie srdce, srdeční automacie, molekulární podstata kontrakce myokardu, vliv kalcia a vegetativní stimulace, akční potenciál v různých typech myokardiálních buněk, myokardiální autorytmické buňky a převodní systém, vliv autonomních neurotransmiterů). Srdce jako pumpa (vznik a vedení vzruchu, fyziologická podstata EKG, srdeční revoluce, PV diagram, řízení srdečního výdeje, projevy Starlingova zákona, preload a afterload). Selhávající srdce a jeho adaptace.14_labeledpresent_a.ppt 14_labeledpresent_b.ppt

15. Krevní průtok a řízení krevního tlaku Krevní cévy (hladká svalovina cév, artérie a arterioly kapilární síť, venuly a vény, angiogeneze). Krevní tlak a průtok (systémový krevní tlak v arteriích a žilách, vliv elasticity/poddajnosti, objem krve a náplň cévního řečiště). Střední cirkulační tlak. Vliv venózního návratu na regulaci minutového objemu. Rezistence v arteriolách (myogenní regulace průtoku, parakrinní ovlivnění hladké svaloviny cév, vliv sympatiku). Distribuce krve v tkáních. Výměna na kapilárách (nízká rychlost proudění, difúze a transcytóza zkrz endotel, Starlingova rovnováha na kapiláře). Lymfatický systém. Vznik edémů. Regulace krevního tlaku (baroreceptorový reflex, ortostatická hypotenze). Kardiovaskulární onemocnění. Chlopenní vady. Ischemická choroba srdeční. Hypertenze. Srdeční selhání. cirkulace-bioin.ppt sil4_mm_ch15a.ppt přístup k internetovým odkazůmlogin: Kofranek, heslo starter sil4_mm_ch15b.ppt přístup k internetovým odkazům login: Kofranek, heslo starter

16. Krev Plazma a buněčné elementy krve (složení krevní plazmy, erytrocyty, leukocyty, trombocyty). Produkce krevních buněk (kostní dřeň, kmenové buňky, řízení hemopoezy protřednictvím cytokinů, růstových faktorů a interleukinů, kolonystimulační faktory v řízení leukopoezy, trombopoetin v řízení tvorby destiček, erytropoetin v řízení erytropoezy). Erytrocyty (maturace erytroblastů, syntéza hemoglobinu, životní cyklus erytrocytů, odobourávání erytrocytů, erytrocytv a přenos kyslíku, disociační krivka hemoglobinu, Bohrův efekt). Poruchy erytropoezy. Anémie. Destičky a koagulace (agregace destiček, koagulační kaskáda, tvorba fibrinu, fibrinolýza, řízení koagulace, antikoagulační látky). Poruchy koagulace.sil4_mm_ch16.ppt

17. Respirace Respirační systém (anatomie respiračního systému, bronchiální větvení, alveoly, pulmonární cirkulace). Biofyzika plynů (Boylův zákon, rozpustnost plynů, parciální tlak plynů). Ventilace (zvlhčování a filtrace inspirovaného vzduchu v dýchacích cestách, pohyb plynů podle tlakových gradientů, inspirace, pokles alveolárního tlaku při inspiraci, expirace – vzestup alveolárního tlaku při expiraci, změny intrapleurálního tlaku při ventilaci, poddajnost plic – statická a dynamická, vliv surfaktantu, průsvit dechových cest a rezistence, vyšetřování ventilace, celková a alveolární ventilace, ventilace mrtvého prostoru, vztah ventilace-perfúze plic) . Obstrukční a restrikční poruchy ventilace. Emfysém. Plicní difúze a její poruchy. Plicní perfúze a její ovlivnění. Plicní hypertenze. Nerovnoměrnost ventilace-perfúze. Regulace ventilace. Globální a parciální respirační selhání. sil4_mm_ch17.ppt

18. Výměna a trasport krevních plynů Difúze a rozpustnost plynů (závislost na tlaku, teplotě a rozpustnosti). Vazba kyslíku v krvi (vliv teplotys a pH na disociační křivku hemoglobinu). Vazba oxidu uhličitého v krvi (rozpuštěný plyn, ve formě bikarbonátů, a ve formě karbsminohemoglobinu, Haldaneův efekt). Výměna plynů v plicích. Výšková nemoc – hypoxická hypoxie. Respirační hypoxie. Anemická hypoxie. Výměna krevních plynů v tkáních (vliv perfúze tkání, cirkulační hypoxie). Histotoxická hypoxie (otrava kyanidy). 18_labeledpresent.ppt

19. Ledviny Funkční anatomie ledvin. Nefron jako funkční jednotka. Přehled funkce ledvin (filtrace, reabsorbce a sekrece v nefronu, změny objemu a osmolarity v průběhu nefronu). Filtrace (glomerulus, autoregulace v glomerulu, myogenní reflex, vliv autonomního nervového systému, tubuloglomerulární vazba, aktivace systému renin-angiotenzin-aldosteron).Hormonální a nervové ovlivnění filtrace. Poruchy filtrace. nefrotický syndrom. Proximální tubulus. Henleho klička. Distální tubulus. Sběrné kanálky. Vliv aldosteronu a ADH. Vliv atriálního natriuretického hormonu. Akutní selhání ledvin. Chronické selhání ledvin. 19_labeledpresent.ppt

20. Integrativní fyziologie: homeostáza tělních tekutin a elektrolytů Objemová a elektrolytová homeostáza (osmolarita ECT a objem buněk, regulační mechanismy zajištění objemové a elektrolytové homeostázy). Bilance vody a regulace osmolarity moči (vyrovnání příjmu a exkrece vody, vliv Henleho kličky a sběracích kanálků na osmolaritu a objem moči, regulační smyčka ADH). Bilance sodíku a regulace objemu ECT (aldosteronová regulace bilance sodíku, krevní tlak, osmolarita a hladina draslíku – vliv na sekreci aldosteronu, smyčka renin-angiotenzin-aldosteron, vliv angiotenzinu II na krevní tlak, atriální natriuretický peptid podporující exkreci sodíku a vody). Bilance draslíku. Behaviorální mechanismy udržení vodní a solutové bilance (žízeň, stimulace chuti na slané nízkou hladinou sodíku). Integrovaná regulace objemu a osmolarity (objem a osmolarita se mohou měnit nezávisle, dehydratace spouští renální a kardiovaskulární odpovědi). Acidobazická rovnováha (pufry, otevřený a uzavřený bikarbonátový systém, propojené bilance oxidu uhličitého a bilance tvorby a vylučováníé silných kyselin, respirační a renální regulační odpověď, respirační acidóza a alkalóza, metabolická acidóza a alkalóza, smíšené poruchy acidobazické rovnováhy). Poruchy acidobazické a elektrolytové rovnováhy (zvracení, průjmy, konstrikční alkalémie a diluční acidémie). 20_labeledpresent.ppt

Část 4. Metabolismus, růst a stárnutí

21. Trávicí systém Funkční anatomie trávicího systému. Motilita (kontrakce hladké svaloviny v GIT). Sekrece (sekrece zažívacích enzymů v ústech, žaludku, pankreatu a střevě). Zažívání s absorpce (štěpení cukrů na monosacharidy, štěpení proteinů na malé peptidy a aminikyseliny, vstřebávání tuků je podporováno sekrecí žluče, nukleové kyseliny jsou rozštěpeny na baze a monosacharidy). Funkce jater a pankreatu. Regulace gastrointestinálních funkcí (nervové řízení, hormonální řízení). Cefalická fáze (chemické a mechanické zažívání v ústech a polykání). Gastrická fáze (potrava v žaludku, zažívací a protekční funkce žaludku). Intestinální fáze (většina absorpce probíhá ve střevě, v tenkém střevě probíhá sekrece včetně bikarbonátů, absorpce v tlustém střevě koncentruje odpadní produkty). Imunitní funkce gastrointestinálního traktu. Poruchy zažívání (poruchy motility, zvracení, průjmy, malabsorbční syndrom, peptické vředy).21_labeledpresent.ppt

22. Metabolismus a energetická bilance Energetická bilance (výdej energie a spotřeba kyslíku, respirační kvocient, tvorba energetických zásob ve formě glykogenu a tuků). Metabolismus (energie živin je okamžitě spotřebována nebo skladována, hormonální regulace metabolických cest prostřednictvím aktivity enzymů, anabolismus, katabolismus). Homeostatické řízení metabolismu (sekrece inzulínu a glukagonu, hormony štítné žlázy, poruchy - diabetes mellitus 1 a 2. typu ). Regulace tělesné teploty (produkce a ztráty tepla, závislost produkce tepla na metabolismu, homeostatická regulace teploty, možnost přenastavení termostatu). 22_labeledpresent.ppt

23. Endokrinní řízení růstu a metabolismu Glukokortikoidy (sekrece steroidů v kůře nadledvin, regulace produkce kortizolu prostřednictvím ACTH, účinky kortizolu, použití kortizolu jako léčiva, patologie – hyposekrece nebo hypersekrece kortizolu, další účinky CRH a ACTH). Hormony štítné žlázy (thyroidální hormony a metabolismus jódu, vliv TSH, účinky thyroidálních hormonů, důsledky hypoprodukce a hyperprodukce). Růstový hormon (anabolická funkce růstového hormonu, účinky růstového hormonu, hyperprodukce růstového hormonu – akromegalie). Růst tkání a růst kostí (tkáně potřebují hormóny s parakrinní látky, růst kosti vyžaduje dostatek kalcia). Bilance kalcia (regulace koncentrace kalcia v krvi, tři hormóny regulující kalciovou bilanci, propojení kalciové a fosfátové homeostáza, poruchy – osteoporóza). 23_labeledpresent.ppt

24. Imunitní systém Přehled imunitního systému. Patogeny v lidském těle (bakteria a viry vyžadují rozdílné obranné mechanismy, množení virů uvnitř buněk). Imunitní odpověď. Funkční anatomie imunitní odpovědi (lymfoidní tkáň, leukocyty).Přirozená imunita: nespecifické odpovědi (fyzikální a chemická bariéra, fagocytóza – rozpoznání cizorodého materiálu, přirozený „killer“ lymfocyt, chemické mediátory a rozvoj zánětové odpovědi). Získaná imunita: antigen-specifická odpověď (lymfocyty jako primární buňky získané imunitní odpovědi, B-buňky – diferenciace na plasmocyty secernující protilátky a na paměťové buňky, T-lymfocyty). Dráhy imunitní odpovědi (zánět jako typická odpověď na bakteriální infekci, intracelulární obranné mechanismy pro boj s virovou infekcí, alergická odpověď – zánětová odopověd spouštěná specifickým antigenem, MHC proteiny umožňující rozpoznání cizích tkání, rozpoznání vlastní tkáně – důležitá funkce imunitního systému, imunitní dozor odstraňující abnormální buňky). Neuroendokrinní imunitní interakce (ovlivnění imunitního systému stresovou reakcí). 24_labeledpresent.ppt

25. Integrativní fyziologie: tělesná zátěž Metabolismus a tělesný výkon (hormonální regulace během zátěže, spotřeba kyslíku a intenzita zátěže, faktory limitující intenzitu tělesného výkonu). Ventilační odpověď na zátěž. kardiovaskulární odpověď na zátěž (minutový objem srdeční, periferní redistribuce krve do svalů, lehký vzestup krevního tlaku, nastavení baroreceptorového reflexu na zátěž). Dopředná odpověď na tělesnou zátěž. Teplotní regulace při tělesné zátěži. Pravidelné cvičení a zdraví (snížení rizika kardiovaskulárních onemocnění, diabetes typu 2 se může zlepšit při pravidelném cvičení, ovlivnění stresu a imunitní odpovědi).25_labeledpresent.ppt

26. Fyziologie reprodukce a vývoje Pohlavní determinace (sexuální chromosomy určují geneticky pohlaví, sexuální diferenciace začíná v druhém měsíci embryonálního vývoje). Základní šablony reprodukce (gametogeneze, vliv centrálního nervového systému). Mužská reprodukce (testes, produkce testosteronu a spermií, spermatogeneze vyžaduje gonadotrofiny a testosteron, androgeny – vliv na sekundární pohlavní znaky). Ženská reprodukce (uterus, ovaria - produkce vajíček a hormonů, menstruační cyklus, hormonální řízení menstruačního cyklu, estrogeny a androgeny – vliv na sekundární pohlavní znaky). Oplodnění (čtyři fáze sexuálního styku, mechanismus erekce a ejakulace) Mechanismus působení kontraceptiv, Porucha plodnosti – infertilita. Těhotenství a porod (kapacitace hlavičky spermie před oplodněním, vývoj zygoty implantované do endometria, placenta secernující hormony během těhotenství, ukončení těhotenství, fyziologické mechanismy porodu, laktace, význam prolatkinu). Růst a stárnutí (puberta, reprodukční období, menopauza s andropauza, stárnutí). 26_labeledpresent.ppt


Doporučená literatura:

1. D. E, Silverthorn: Human Physiology. An integrated Approach. Six Edition. Pearon Education Inc., publishing as Benjamin Cummings, San Francisco 2013, ISBN 13: 978-0-321-79860-2, 912 stran, (Šesté vydání bohatě ilustrované učebnice moderní fyziologie, vedená snahou o integrovaný pohled na fyziologické regulace, tato kniha je základním materiálem kurzu) Tištěná verze knihy brožované vydání Elektronická "kindle" verze knihy

2. C. Guyton, J.E.Hall: Medical Physiology. Tenth Edition. W.B.Saunders Company. London, New York, 2000. ISBN 0-7216-8677-X (Klasická učebnice jednoho ze zakladatelů systémového přístupu k fyziologii, tvůrce rozsáhlých modelů fyziologických systémů – A.C. Guytona. Jeho logický a systémový přístup k výkladu složitých fyziologických procesů učinil z této knihy úspěšnou publikaci, která se dočkala deseti vydání). - Elektronická kopie knihy v pdf - pouze pro vnitřní potřebu účastníků kurzu!

3. J. Keener, J. Sneyd: Mathematical Physiology. Springer, New York, Berlin, 1998, ISBN 0-387.98381-3 (Souborná monografie popisující fyziologii prostřednictvím modelů jednotlivých fyziologických systémů).

4. A. Alberts, J. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter: Molecular Biology of the Cells. Fourth Edition, Garland Science, Taylor & Francis Group, New York, 2002 ISBN: 0-8153-3218-1, existuje český překlad z předchozího 3. vydání: B. Albers a spol.: Základy buněčné biologie. Espero Publishing, Ústí nad Labem, 1998 ISBN: 80-902906-0-4. (Bohatě ilustrovaný, velmi dobře didakticky napsaný přehled molekulární biologie buňky) - Elektronická kopie zkráceného rukopisu anglického originálu. Pouze pro vnitřní potřebu účastníků kurzu

5. S. Silbernagl, A. Despopoulos: Atlas fyziologie člověka. 6. vydání. Grada, Praha, 2004, ISBN 80-247-0630-X (Ilustrovaný přehled normální fyziologie)

6. S. Sirbenagl, F. Lang: Atlas patofyziologie člověka. Grada, Praha, 2001, ISBN 80-7169-968-3 (Ilustrovaný přehled patologické fyziologie)


Název kurzu: Modelování biomedicínských systémů

Místo, datum konání: Oddělení biokybernetiky Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK, listopad 2014-duben 2015

Odborný garant kurzu: Dr. Jiří Kofránek, CSc.

Kurz určen především pro bioinženýry, lékaře, biology i další zájemce v postgraduálním studiu Biomedicínská informatika, kteří se chtějí seznámit seznámit s uplatněním moderního simulačního jazyka Modelica při simulacích biomedicínských systémů.

Kurs je zároveň vhodný i pro pro lékaře a biology v postgraduálním studiu Fyziologie a patofyziologie člověka, kteří se setkávají s problematikou modelování a simulací.

Předpoklady: Kurz bude probíhat v počítačové učebně Odddělení biokybernetiky Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK, předpokládají se základní znalosti práce s výpočetní technikou, dále se předpokládají jisté předběžné základní matematické znalosti.


Poplatek a způsob jeho úhrady: bez poplatku /pořadatelem je veřejná vysoká škola/


Adresa a termín přihlášení se do kurzu: přihlášky do kurzu do 31.10. 2014 na adresu: Jiří Kofránek, Ustav patologické fyziologie 1. LF UK, U nemocnice 5, 128 53 Praha 2, e-mail:kofranek@gmail.com


Sylabus kurzu

1. Matematické modelování

Základní vlastnosti systémů. Model jako kombinace systémových prvků. Stavové rovnice. Lineární modely fyziologických systémů (příklady). Laplaceova transformace a přenosová funkce. Odezva na jednotkový impulz a lineární konvoluce. Analýza ve stavovém prostoru.

2. Statická analýza fyziologických systémů

Systémy s otevřenou a uzavřenou smyčkou. Určení ustáleného operačního bodu (staedy state operating point) pomocí Simulinku. Příklady: řízení srdečního výdeje, regulace glykémie, regulace acidobazické rovnováhy, chemická regulace ventilace.

3. Analýza lineárních regulačních systémů v časové doméně

Linearizovaný model mechaniky dýchání: otevřená smyčka versus uzavřená smyčka. Přechodové odezvy v otevřené a uzavřené smyčce. Modely prvního řádu. Modely druhého řádu. Deskriptory odezvy na jednotkový impulz a skokový vstup. Dynamika v otevřené a uzavřené smyčce. Příklady: dynamika neuromuskulárního reflexního oblouku.

4. Analýza lineárních regulačních systémů ve frekvenční doméně

Reakce ustáleného stavu na sigmoidální vstupy. Grafická reprezentace frekvenční odpovědi s využitím prostředí Matlab-Simulink. Frekvenční odpověď modelu regulace cirkulace. Frekvenční odpověď modelu regulace glykémie.

5. Analýza stability: lineární přístupy

Stabilita a přechodová odezva. Grafické zobrazení odezvy v komplexní rovině. Routh-Hurwitzovo kritérium stability. Nyquistovo kritérium stability. Poměrná stabilita. Příklady: analýza stability pupilárního reflexu, model Cheyne-Stokesova dýchání.

6. Identifikace fyziologických regulačních systémů

Základní problémy v analýze fyziologických systémů. Neparametrická a parametrická identifikace. Problémy při odhadu parametrů: identifikovatelnost a návrh vstupů. Identifikace systémů s uzavřenou smyčkou: „otevření smyčky“. Příklady: experimenty se Starlingovým preparátem srdce-plíce, Kaovy experimenty s překříženou cirkulací, řízená perfúze mozku pro rozdělení centrálních a periferních chemoreceptorů, galvanický clamp, otevření pupilární reflexní smyčky, technika zpětného dýchání (rebreathing). Identifikace za podmínek uzavřené smyčky, příklady: minimální model regulace glukózy, identifikace regulace dýchání.

7. Optimalizace v biologických systémech

Optimalizace v systémech s negativní zpětnou vazbou. Optimalizace jediného parametru: řízení frekvence dýchání. Vázaná optimalizace (contraned optimisation) – příklady: regulace dechového vzoru, řízení aortální pulzové vlny. Adaptivní řízení fyziologických proměnných. Příklad: adaptivní tlumení fluktuací arteriálního PCO2.

8. Nelineární analýza fyziologických regulačních systémů

Nelineární versus lineární systémy s uzavřenou smyčkou. Analýza ve fázové rovině. Nelineární oscilátory. Příklady: limitní cykly, van der Polův oscilátor, modelování srdečních arytmií. Metoda ekvivalentního přenosu (describing function method). Příklady: periodické dýchání a apneou. Modely dynamiky neuronů: Hodgkin-Huxleyův model, Bonhoeffer-van der Polův model.

9. Komplexní dynamika ve fyziologických regulačních systémech

Spontánní variabilita. Nelineární regulační systémy se zpožděnou zpětnou vazbou: logistická rovnice, regulace density neutrofilů, model kardiovaskulární variability. Spřažené nelineární oscilátory: model cirkadiálních rytmů. Časově proměnné fyziologické systémy s uzavřenou smyčkou: model spánkové apnoe. Propagace šumu ve zpětnovazebných smyčkách.

Doporučená literatura:

1. Michael C. K. Kho: Physiological Control Systems. Analysis, Simulation and Estimation. IEE Press, New York, 2000, ISBN 0-7803-3408-6.

2. Hugh R. Wilson: Spikes, Decisions and Actions. Dynamical foundation of neuroscience. Oxford University Press, Oxford, 1999, ISBN 0-19-852430-7

3. Frank C. Hoppensteadt, Charles S. Peskin: Modeling and Simulation in Medicine and the Life Sciences. Springer 2000, ISBN 0-387-95072-9

4. Robert D. Strum, Donald E. Kirk: Contemporary Linear Systems using Matlab. PWS Publishing Company, Boston, 1999, ISBN: 0-534-94710-7

5. J. Keener, J. Sneyd: Mathematical Physiology. Springer, New York, Berlin, 1998, ISBN 0-387.98381-3

vyuka/pgs_kurzy.txt · Poslední úprava: 2015/11/24 11:48 autor: kofranek