Excitabilní systémy
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Tento článek z oblasti biologie potřebuje úpravy. Můžete Wikipedii pomoci tím, že ho vhodně vylepšíte. Inspiraci k vylepšení lze hledat v radách na stránce Vzhled a styl, případně na diskusní stránce článku.
Excitabilní médium je nelineární dynamický systém, který má schopnost šířit vlny a nepodporovat vznik dalších vln, dokud se systém nezregeneruje do původního stavu. Jednoduchým příkladem je např. požár v lese.
Prvky excitabilního média se mohou vyskytovat v jednom ze tří stavů:
- excitabilním
- excitovaném
- refrakterním.
Excitabilní prvky jsou v relativním klidu, ale mohou být vnějšími vlivy převedeny do stavu excitovaného. Na příkladu požáru v lese excitabilní stav odpovídá klidovému období, kdy nic nehoří. Excitací je myšlen impuls, v našem příkladu lesa jeho zapálení, který uvede systém do excitovaného stavu. Excitabilní prvky se dostávají do excitovaného stavu poté, co se staly excitovanými prvky v jejich sousedství. Stromy začnou hořet, až když se na ně přenese oheň z okolních stromů. V excitovaném stavu setrvá systém pouze určité období, potom nastává takzvaná refrakterní fáze. Na jejím počátku je systém vůči dalším impulsům zcela imunní (absolutní refrakterita). Pokud v lese všechno shořelo, nemůže se tam šířit další požár. Následující část refrakterní fáze spočívá v návratu systému do původního stavu, les se regeneruje, začínají růst nové stromy a systém se postupně znovu stává excitabilním, tedy schopným šířit další vlny.
[editovat] Vlny
Podle toho, zda se vlny šíří po křivce nebo po ploše, je rozdělujeme na jednorozměrné nebo dvourozměrné. Příkladem jednorozměrné vlny je tzv. mexická vlna, kterou je možno pozorovat na stadionech při různých sportovních utkáních. Dvourozměrné vlny mohou mít různé tvary, základními typy jsou vlny kruhové a spirálové. Kruhové vlny se šíří z jednoho bodu všemi směry, příkladem může být výše popsaný požár v lese. Např. nedopalek cigarety uvnitř lesa může způsobit vznik požáru a jeho následné šíření směrem k hranicím lesa. Spirálové vlny také vnikají v jednom bodě, ale šíří se ve formě spirál. Tímto způsobem se např. šíří patologické vzruchy po srdečním svalu.
[editovat] BZ reakce
Hojně studovaným chemickým excitabilním systémem jsou Bělousovova – Žabotinského média. Oscilační barevné změny při těchto redoxních reakcích lze pozorovat buď v míchaném vsádkovém systému, např. v kádince, nebo v nemíchaném médiu, např. na Petriho misce.
[editovat] Populace buněk Dictyostelium discoideum
Vrstva hladových buněk Dictyostelium discoideum nanesených na agar je také příkladem excitabilního média. Excitabilní buňky setrvávají v relativním klidu, dokud nejsou vnějšími silami z tohoto stavu vybuzeny. Vnějšími silami je myšlena koncentrační perturbace, čili zvýšení koncentrace signalizační látky (cAMP). Buňka se stává excitovanou po navázání cAMP, které k ní přidifundovalo od sousedních buněk, na cARs receptory. Buňky v excitovaném stavu mají zaktivovaný aparát pro tvorbu dalšího cAMP, které je částečně uvnitř buňky odbouráváno buněčnou fosfodiesterázou RegA a částečně vylučováno do okolí buňky. Po několika minutách dosahuje koncentrace extracelulárního cAMP hodnoty 10-6 M, buňky jsou vystaveny trvalému cAMP stimulu a dostávají se do stavu absolutní refrakterity. Mají obsazeny všechny receptory, nejsou schopny přijímat signál a ani na něj reagovat. V biologii se buňky s obsazenými a necitlivými receptory nazývají adaptované.
