450-4031/03 – Biokybernetika (BKY)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný typu B |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student po absolvování předmětu získává informace o principu vzniku, přenosu, zpracování a uchování informace v živých systémech, modelování a simulace biologických systémů a studium způsobů jejich řízení za fyziologických a patologických podmínek.
Předmět zapadá svou náplní do zaměření měřicí a řídicí technika v biomedicíně. Získané vědomosti a dovednosti v tomto předmětu a celého zaměření vytváří základní předpoklad znalostí biomedicínckého inženýrství.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Ostatní aktivity
Anotace
Studium obecných principů vzniku, přenosu, zpracování a uchování informace v živých systémech, modelování a simulace biologických systémů a studium způsobů jejich řízení za fyziologických a patologických podmínek.
Základ tvoří buňka, biologické membrány, biotermodynamika a biofyzikální chemie. Studium vlastností biologických systémů se zabývá neurofyziologií, nervovým, dýchacím, pohybovým a cévním systémem, činností srdce, genetickou informací, senzorickými systémy a náhrady orgánových funkcí.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Tiefenbach,P: Biokybernetika, Sylaby na WWW stránkách katedry, 2002,
Penhaker,M: Biokybernetika, Sylaby na WWW stránkách katedry, 2002,
Samson Wright: Klinická fyziologie Praha 1987.
Stefan Silbernagl, Agamemnom Despopoulos: Atlas fyziologie člověka. Praha 1984.
Wiliam F. Canong: Přehled lékařské fyziologie. Praha 1976.
Hrazdíra, I.: Biofyzika. Praha, Avicenum 1990.
Nečas, O.: Biologie. Praha, Avicenum 1982.
Dvořák - Maršík - Andrej: Biotermodynamika. Praha, Akademia, 1985.
Babloyantz, A.: Molecules, dynamics and life, J.Wiley, New York, 1986.
Talbot, S.a.: Systems physiology, J.Wiley, New York 1973.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Praktická cvičení v laboratoři.
Podmínky udělení zápočtu: aktivní účast na cvičeních, odevzdání protokolů.
Klasifikovaný zápočet: Protokoly (40 bodů, min.20), písemný test (60 bodů, min.31).
Pro udělení zápočtu je vyžadována povinná účast na cvičeních minimálně 80% z proběhlých vyučovacích hodin.
E-learning
Další požadavky na studenta
Na studenta nejsou kladeny žádné další požadavky.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
1. Fyziologické principy.
2. Definice systému, základní dělení, základní pojmy, zpětná vazba, popis systému, matematický aparát.
3. Modelování biologických systémů, postup při vytváření modelu, Modely statických systémů, modely dynamických systémů, stochastické modely biologických systémů, základní atributy systémů.
4. Lidský organismus jako systém – základní vlastnosti organismu, principy homeostatického řízení, řídicí mechanismy, stimuly, struktura biologického systému, receptory, homeostatická regulace, termoregulace
5. Biologické membrány. Struktura a funkce. Chemické potenciály. Podmínky rovnováhy v heterogenních soustavách. Membránové iontové kanály. Přenašečové systémy pro transport iontů přes membránu.
6. Neurofyziologie - nervový systém. Přenášení a zpracovávání informace v biologických systémech. Nervová, hormonální a humorální úroveň jejich řízení.
7. Nervový systém Struktura nervového systému, možnosti řízení na jednotlivých úrovních. Centrální nervový systém. Nervové vlákno, náhradní schéma a rovnice šíření vzruchu.
8. Srdce. Činnost srdce a význam regulačních mechanismů při zátěži. Cévní systém. Význam cévního řečiště pro oběh, možnosti a význam jeho regulace.
9. Regulace tepové frekvence, Stabilizace krevního tlaku
10. Dýchací systém. Řízení činnosti dýchacího systému. Funkce plic a její regulace v extrémních podmínkách. Regulace dýchání
11. Pohybový systém. Vazba mezi elektrickým podrážděním a mechanickou odezvou svalové buňky. Reflexy.
12. Regulace vody v organismu, regulace glykemie, farmakokinetika
13. Náhrady orgánových funkcí. Náhrada a podpora funkce vnitřních orgánů. Náhrada funkce ledvin, srdce a plic.
14. Stimulátory externí a implantibilní.
Laboratorní cvičení:
1. Úvod do teorie obyčejných diferenciálních rovnic: ODR I., II. řádu a jejich soustavy, obecné a partikulární řešení, Cauchyho úloha a Laplaceova transformace.
2. Řešení obyčejných diferenciálních rovnic v Simulinku. Numerické řešiče diferenciálních rovnic v prostředí MATLAB.
3. Analytické řešení a simulace populačních modelů.
4. Farmakokinetika: jedno kompartmentový a dvou kompartmentový model průchodu léčiva.
5. Analýza a simulace závislosti tepové frekvence na fyzické zátěži.
6. Modelování funkce ledvin při stabilizaci krevního tlaku.
7. Plicní kompartment: model koncentrace plynů v alveolech a ostatních tkáních.
8. Model regulace žaludeční kyselosti.
9. Model enzymové reakce a membránového potenciálu.
10. Model Baroreflexu.
11. Pulsní model krevního oběhu.
12. Model regulace glykémie.
13. Modelování kontrakce kosterního svalu.
14. Základy PDE a jejich aplikace v oblasti biomedicínského modelování.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky