Elektrofiziologija

Elektrofiziologija (stgrč. ἥλεκτρον – ēlektron + φύσις –fizis = priroda, porijeklo + -λογία – logia = nauka, znanje) je grana fiziologije koja proučava električna svojstva bioloških ćelija i tkiva. Uključuje mjerenja promjena napona ili električne struje ili manipulacije na raznim skalama od pojedinačnih ionskih kanala proteina do cijelih organa kao što je srce. U neuronauci uključuje mjerenja električne aktivnosti neurona, a posebno aktivnosti akcijskih potencijala. Snimci velikih električnih signala iz nervnog sistema, kao što je elektroencefalografija, takođe se mogu nazvati elektrofiziološkim snimcima.^[1] Korisni su za elektrodijagnostiku i monitoring.

Definicija i opseg

Klasične elektrofiziološke tehnike

Principi i mehanizmi

Elektrofiziologija je grana fiziologije koja se široko odnosi na protok iona (ionska struja) u biološkim tkivima i, posebno, na tehnike električnog snimanja koje omogućavaju mjerenje ovog protoka. Klasične elektrofiziološke tehnike uključuju postavljanje elektroda u različite preparate biološkog tkiva. Glavni tipovi elektroda su:

jednostavni čvrsti provodnici, kao što su diskovi i igle (pojedinačni ili nizovi, često izolirani osim vrha),
tragovi na štampanim pločama ili fleksibilnim polimerima, također izolirani osim vrha, i
šuplje epruvete napunjene elektrolitom, kao što su staklene pipete napunjene rastvorom kalij-hlorida ili drugim rastvorom elektrolita.

Glavne pripreme uključuju:

živi organizmi (primjer kod insekata),
izrezano tkivo (akutno ili kultivirano),
disocirane ćelije iz izrezanog tkiva (akutnog ili kultiviranog),
vještački uzgojene ćelije ili tkiva, ili
hibridni modeli od gore navedenih.

Neuronska elektrofiziologija obuhvata proučavanje električnih svojstava bioloških ćelija i tkiva unutar nervnog sistema.

Pomoću neuronske elektrofiziologije mogu se odrediti načini dešavanja neuronskih poremećaja, gledajući moždanu aktivnost pacijenta. Aktivnosti poput toga koji dijelovi mozga svijetle u bilo kojoj situaciji na koju se naiđe. Ako je elektroda dovoljno mala (mikrometarska) u prečniku, onda se može iubaciti vrh u jednu ćeliju. Takva konfiguracija omogućava direktno posmatranje i intracellular snimanje unutarašnjih električnih aktivnosti jedne ćelije. Međutim, ova invazivna postavka smanjuje životni vijek ćelije i uzrokuje curenje tvari kroz ćelijsku membranu. Unutarćelijska aktivnost može se također posmatrati korišćenjem posebno formirane (šuplje) staklene pipete koja sadrži elektrolit. U ovoj tehnici, vrh mikroskopske pipete se pritisne na ćelijsku membranu, za koju se čvrsto priljubljuje interakcijom između stakla i lipida ćelijske membrane. Elektrolit unutar pipete može se dovesti u kontinuitet tekućine s citoplazmatskom isporukom impulsa negativnog pritiska u pipetu kako bi se razbio mali dio membrane okružen rubom pipete ([snimanjem cijele ćelije).

Alternativno, ionski kontinuitet može se uspostaviti "perforacijom" flastera tako što će se dozvoliti da se egzogeni agens za formiranje pora unutar elektrolita ubaci u membranski flaster. Konačno, površina se može ostaviti netaknutom.

Elektrofiziolog može odlučiti da ne ubacuje vrh u jednu ćeliju. Umjesto toga, vrh elektrode može ostati u kontinuitetu sa vanćelijskim prostorom. Ako je vrh dovoljno mali, takva konfiguracija može omogućiti indirektno posmatranje i snimanje akcijskih potencijala iz jedne ćelije, što se naziva snimanje jedne jedinice. U zavisnosti od pripreme i preciznosti postavljanja, evanćelijska konfiguracija može istovremeno da pokupi aktivnost nekoliko obližnjih ćelija, što se naziva snimanje u više jedinica.

Kako se veličina elektrode povećava, moć razlučivanja se smanjuje. Veće elektrode su osjetljive samo na neto aktivnost mnogih ćelija, zvanu potencijal lokalnog polja. Još veće elektrode, kao što su neizolovane igle i površinske elektrode koje koriste klinički i hirurški neurofiziolozi, osetljive su samo na određene tipove sinhrone aktivnosti unutar populacija ćelija koje broje milione.

Ostale klasične elektrofiziološke tehnike uključuju jednokanalno snimanje i amperometrija.

Elektrografski modaliteti prema dijelovima tijela

Elektrofiziološko snimanje općenito se ponekad naziva i elektrografijom (od electro- + [[wikt:-grafein = pisanje, "električno snimanje" ), pri čemu je tako proizveden zapis elektrogram. Međutim, riječ elektrografija ima druga značenja (uključujući elektrofotografiju), a specifični tipovi elektrofiziološkog snimanja obično se nazivaju specifičnim imenima, konstruiranim na osnovu obrasca elektro- + kombinirani oblik tijelsnog segmenta + -grafija (često nosi specifično značenje intrasrčanog elektrograma, koji je poput elektrokardiograma, ali s nekim invazivnim odvodima (unutar srca) prije nego samo neinvazivne elektrode (na koži). Elektrofiziološko snimanje za kliničke dijagnostičke svrhe uključeno je u kategoriju elektrodijagnostičko ispitivanje. Različiti "ExG" načini rada su sljedeći:

Modalitet	Skraćenica	Dio tijela	Prevalencija u kliničkoj upotrebi
Elektrokardiografija	EKG	Srce (konkretno, srčani mišić), sa kožnim elektrodama (neinvazivno)	1 — Veoma često
Elektroatriografija	EAG	Pretkomora srčanog mišića	3 — Neuobičajeno
Elektroventrikulografija	EVG	Komora srčanog mišića	3 — Neuobičajeno
Intrakardijalni elektrogram	EGM	srce (konkretno, srčani mišić), sa intrakardijalnim elektrodama (invazivno)	2 — Donekle uobičajeno
elektroencefalografija	EEG	mozak (obično moždana kora), sa vankranijskim elektrodama	2 — Donekle uobičajeno
Elektrokortikografija	ECoG ili iEEG	mozak (posebno moždana kora), sa unutarkranijskim elektrodama	2 — Donekle uobičajeno
Elektromiografija	EMG	mišići po cijelom tijelu (obično skeletni, povremeno glatki)	1 — Veoma često
Elektrookulografija	EOG	oko — cijela očna jabučica	2 — Donekle uobičajeno
Elektroretinografija	ERG	oko— posebno mrežnjača	2 — Donekle uobičajeno
Elektronistagmografija	ENG	oko — preko rožnjačnomrežnjačnog potencijala	2 — Donekle uobičajeno
Elektroolfaktografija	EOG	Mirisni epitel kod sisara	3 — Neuobičajeno
Elektroantenografija	EAG	Mirisni receptori u antenama artropoda	4 — Nije klinički primjenjivo
Elektrokohleografija	ECOG ili ECochG	Pužnica	2 — Donekle uobičajeno
Elektrogastrografija	JAJE	Glatki mišići želuca	2 — Donekle uobičajeno
Elektrogastroenterografija	EGEG	Glatki mišići želuca i crijeva	2 — Donekle uobičajeno
Elektroglotografija	JAJE	Glotis	3 — Neuobičajeno
Elektropalatografija	EPG	Nepčani kontakt jezika	3 — Neuobičajeno
Elektroarteriografija	EAG	Arterijski protok putem potencijala strujanja otkrivenog kroz kožu	3—Neuobičajeno
Elektroblefarografija	EBG	Mišići očnih kapaka	3 — Neuobičajeno
Elektrodermografija	EDG	Koža	3 — Neuobičajeno
Elektrohisterografija	EHG	Maternica	3 — Neuobičajeno
Elektroneuronografija	ENeG ili EnoG	Živci	3 — Neuobičajeno
Elektropneumografija	EPG	pluća (pokreti grudnog koša)	3—Neuobičajeno
Elektrospinografija	ESG	Kičmena moždina	3 — Neuobičajeno
Elektrovomerografija	EVG	vomero nosni organ]]	3 — Neuobičajeno

Klinička elektrofiziologija

Klinička elektrofiziologija je studija o tome kako se elektrofiziološki principi i tehnologije mogu primijeniti na ljudsko zdravlje. Naprimjer, klinička elektrofiziologija srca uključuje proučavanje električnih svojstava koja upravljaju srčanim ritmom i aktivnošću. Elektrofiziologija srca može se koristiti za promatranje i liječenje poremećaja kao što su aritmija (nepravilan rad srca). Naprimjer, može se u srce umetnuti kateter koji sadrži elektrodu, kako bi sesnimila električnu aktivnost srčanog mišića.

Drugi primjer kliničke elektrofiziologije je klinička neurofiziologija. U ovoj medicinskoj specijalnosti, mjera se električna svojstva mozga, kičmene moždine i živaca. Smatra se da su naučnici kao što su Duchenne de Boulogne (1806–1875) i Nathaniel A. Buchwald (1924–2006) uveliko unaprijedili oblast neurofiziologije, omogućivši njenu kliničku primjenu.

Smjernice za kliničko izvještavanje

Standardi minimalnih informacija (MI) ili smjernice za izvještavanje specificiraju minimalnu količinu meta podataka (informacija) i ostalih podataka potrebnih za postizanje određenog cilja ili ciljeva u kliničkoj studiji. Porodica dokumenata sa smjernicama za izvještavanje "Minimalne informacije o istraživanju neuronauke" (MINI) ima za cilj da pruži dosljedan skup smjernica za izvještavanje o elektrofiziološkom eksperimentu. U praksi, MINI modul sadrži kontrolnu listu informacija koje treba dati (naprimjer o korištenim protokolima) kada se skup podataka opisuje za objavljivanje.^[2]

Također pogledajte

Reference

^ Scanziani, Massimo; Häusser, Michael (2009). "Electrophysiology in the age of light". Nature. 461 (7266): 930–39. Bibcode:2009Natur.461..930S. doi:10.1038/nature08540. PMID 19829373. S2CID 205218803.
^ Gibson, Frank; Overton, Paul G.; Smulders, Tom V.; Schultz, Simon R.; Eglen, Stephen J.; Ingram, Colin D.; Panzeri, Stefano; Bream, Phil; Sernagor, Evelyne (2008). "Minimum Information about a Neuroscience Investigation (MINI) Electrophysiology" (PDF). Nature Precedings. hdl:10101/npre.2009.1720.2.

Vanjski linkovi

Book chapter on Planar Patch Clamp Arhivirano 31. 3. 2010. na Wayback Machine

Šablon:Fiziološki tipovi

[1] Scanziani, Massimo; Häusser, Michael (2009). "Electrophysiology in the age of light". Nature. 461 (7266): 930–39. Bibcode:2009Natur.461..930S. doi:10.1038/nature08540. PMID 19829373. S2CID 205218803.

[2] Gibson, Frank; Overton, Paul G.; Smulders, Tom V.; Schultz, Simon R.; Eglen, Stephen J.; Ingram, Colin D.; Panzeri, Stefano; Bream, Phil; Sernagor, Evelyne (2008). "Minimum Information about a Neuroscience Investigation (MINI) Electrophysiology" (PDF). Nature Precedings. hdl:10101/npre.2009.1720.2.

[1]

[2]