Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Б. № 1
Биофизический механизм звуковой рецепции (дисперсия частоты на основной мембране внутреннего уха).
Звуковая рецепция – трансформация (преобразование) продольных звуковых волн в нервные импульсы. Звук – продольная механическая волна, = от 16 до 20тыс. Гц
Улитка 2,5 оборота
Мембрана Рейснера
Барабанная лестница
(основная мембрана)
Базилярная мембрана
V жид. = 1 см3
Бекеши установил, что на основной мембране возникает бегущая волна. Чем больше частота , тем сильнее смещен амплитудный максимум ближе к основанию улитки. Чем меньше колебаний, тем дальне смещен амплитудный максимум к вершине улитки.
При колебании основной мембраны не все волосковые клетки возбуждаются, а только те, которые лежат в области амплитудного максимума. Следовательно, мы различаем низкие и высокие тона звука. Дисперсия – изменение колебания амплитудного максимума в зависимости от волны.
2. Вязкость жидкости.
Силы касательные к слоям (силы взаимодействия между слоями) называются внутренним трением (вязкостью). По закону Ньютона: Fтр. = (dv/dx) S, -где - динамическая вязкость жидкости; dv/dx - градиент скорости (1-ая производная скорости по направлению или изменение скорости по какому либо расстоянию к величине этого расстояния); S - площадь слоев.
Единицей измерения динам. вязкости является Паскаль на сек. [] =[Па с] - “Сu”;
[] =[Пз] – внесистемная единица. Соотношение между ними 1 Па с = 10 Пз
Если = f (dv/dx; P), то это неньютоновская жидкость – кровь содержащая крупные моллекулы. Если динамическая вязкость не зависит от градиента скорости, то такая жидкость – Ньютоновская (дистиллированная вода) f (dv/dx; P)
3. Дано: = 1 кГц; Е = 20 фон; I2/I1 -?
Cu 1*103 Гц 2Б
Решение: По закону Вебера –Фехнера: уровень громкости Е = К* (lg I/I0) , где = 10-13Вт/м2 – порог слышимости (min I), поэтому E1 = К* (lg I1/I0), E2 = К* (lg I2/I0) Е= E2- E1 = К* (lg I2/I0 - lg I1/I0 ) K=1, если = 1kГц (lg a – lg b = lg a/b) E = lg I2/I0 - lg I1/I0= (lg I2*I0) / (I0* I1) = lg I2/I1
Е= lg I2/I1, Е= 2Б , следовательно 2 = lg I2/I1 2* lg 10 = lg I2/I1 следовательно lg 102 = lg I2/I1 следовательно I2/I1= 102 = 100 раз Ответ: I2/I1 = 100
Б. №2
Ламинарное течение послойное. В этом случае скорость в слое равна const, когда частица проходит данное сечение.
Если скорость не равна const, течение турбулентное, слои перемешиваются, скорость беспрерывно и хаотично меняется.
Число Re = (Рж* VD) / , где Рж - плотность жидкости; V- скорость жидкости D – диаметр сосуда, -коэффициент вязкости
Re = (VD) / ( / Рж) , где / Рж = - кинематическая вязкость жидкости
[] = [м2/с] - “Cu” [] = [1 Стокс] = [1 Ст] 1 Ст= 10 -4 м2/с
Для гладких цилиндрических труб Re крит.= 2300 – число Re является критерием подобия, т.е. у модели должно быть Re такое же как у реального сосуда. Если Re крит.> 2300 – течение турбулентное, т.е. Екин > Е потенц. Если Re крит< 2300 – течение ламинарное, т.е. Епотенц. > Е кинет.
Люминесценция (Холодное свечение)- избыточное над тепловым излучение тела при данной температуре, имеющее длительность значительно превышающую период (10-15сек.) излучаемых световых волн (Вавилов)
Виды: а) флуоресценция (кратковременное послесвечение) б) фосфоресценция (длительное послесвечение).
Начальный акт – возбуждение молекулы или атома, затем атом возвращается в невозбужденное состояние излучая фотон той же частоты.
Ряд биологически функциональных молекул (белки) обладает флуоресценцией. Параметры флуоресценции чувствительны к структуре окружения флуоресцирующей молекулы. Поэтому, по люминесценции можно изучать химические превращения и межмолекулярные взаимодействия. Стали широко применять специальные флуоресцентные молекулы из вне – флуоресцентные зонды (нековалентная связь с мембраной) Или флуоресцентных меток (химическая связь с мембраной). Можно обнаружить конформационные перестройки в белках и мембранах.
Решение: по определению -это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду, т.е. = V*T, т.к. Т= 1/, то ч/з , = V/ , [] = [м*с / с*1] = [м] ’1 = V1/ 1, 1’’= V1/ 2, 2’ = V2/ 1, 2’’= V2/ 2, ’1 = 340/20= 17 (м); 1’’ = 340/20000= 0,017 (м) или 17мм; 2’ =1400/20 = 70 (м); 2’’ =1400/20000= 0,07 (м) или 7см. Ответ:
Б.№ 3
1. Субъективные характеристики звука и их взаимосвязь с физическими характеристиками звука:
А) высота тона звука зависит от частоты основного тона и равна f() . Чем больше частота основного тона, тем выше тон звука (женские голоса), чем меньше – тем ниже тон (мужские голоса).
Б) Е-громкость (уровень громкости) – уровень слухового ощущения. По закону Вебера-Фехнера Е = К* (lg I/I0), где I0=10-12 Вт/ м2 –порог слышимости – это минимальная интенсивность, которая вызывает слуховые ощущения. I – интенсивность звука К- коэффициент пропорциональности, К= 1, если = 1 кГц;
[Е] = [Б] – СИ; [E]= [1 фон] – вне системы; 1Б = 10 фон
I=W/(St) – энергия, переносимая волной через единичную площадку, поставленную перпендикулярно направлению распространения волны за единицу времени.
В) акустический спектр – график зависимости амплитуды колебания от частоты
Тон
(периодические колебания)
Муз. звук
(периодические колебания)
Колебания с мин. частотой – основной тон, остальные – обертоны.
Шум
(непериодические колебания)
Колебания с минимальной частотой – основной тон остальные обертоны.
2. Эффект Доплера.
Ультразвук- это механические волны у которых частота более 20 кГц
Генератор ультразвука принцип действия которого основан на явлении обратного пьезо-электрического эффекта – кристалл кварца под действием эл. поля деформируется.
Доплера = [( V+ V набл.) / (V - + Vисточ.)] * ген.
Доплеровский сдвиг частоты обусловлен относительным перемещением источника и наблюдателя, где скорость ультразвука в среде (V= 340 m/c) Vн-скорость наблюдателя; Vu – скорость источника; г - генератора;
Верхние знаки при сближении, нижние – при удалении. Эффект может быть использован для определения скорости тела в среде. Генератор ультразвука совмещен с приемником в виде технической системы. Техническая система неподвижна относительно среды. Используют Доплеровский сдвиг для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография) и др. органов. При этом Доплеровский сдвиг частоты определяется по формуле д= (2 V0/ V) * г , где V0-скорость тела эритроцита, V-скорость волны в среде 340 м/с
Задача.
Дано: S = 2м2 h = 2 м2 V= 50 см/с V2 =0 F-?
СИ 50*10-2м/с = 0,5 м/с
Решение:
По закону Ньютона : F = (dv/dx) S. Применительно к задаче :
(-) –сила, направленная в сторону противоположную движению. Динамическая вязкость = 1005 мк Па с = 1005*10-6 Па с = 0,001005 Па с
[F] = [Па с ] = [ ] = [ H ]
F = - 0,001 * (0,5/2)*2 = 5*10-4 (H)= 0,5 * 10-3 H = 0,5 мН Ответ: F = 0,5 мН
Б.№ 4
Волновым сопротивлением среды называется произведение плотности среды на скорость распространения волны в данной среде, т.е. *С – удельный акустический импеданс для плоской волны. Так как Р/V=C, где Р- давление избыточное над атмосферным (звуковое давление);
V- скорость колебания частиц; С- скорость распространения волны в данной среде (фазовая скорость)
= I2/I1, где - коэф. проникновения звуковой волны (при переходе из воздуха в бетон =0,037% , из воздуха в воду =0,122% По закону Релеея =
Если С11 = С22, то =1, следовательно косточки среднего уха согласуют волновое сопротивление воздуха с волновым сопротивлением жидкости внутреннего уха
2.Поглощение света.
Поглощение – это ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество из-за того, что световая энергия превращается в другие виды энергии.
Поглощение света идет по закону Бугера-Ламберта _Бера: IL=I0 eL, (е=2,72- Неперово число – основание натуральных логарифмов) где - натуральный монохроматический показатель поглощения (суммарное эф-ое сечение поглощения всех молекул одного моля растворенного вещества) или IL=I0 10-L.
Интенсивность вышедшего света убывает по сравнению с интенсивностью направления света по экспоненциальному закону с увеличением толщины слоя (закон Бугера).
По закону Бэра ‘ = 1C.- натуральный монохроматический показатель поглощения прямо пропорциональный концентрации раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе, где 1 – натуральный монохроматический молярный показатель поглощения.
Закон Бугера-Ламберта- Бера: IL=I0*e- CL ; IL=I010- CL
Дано: a max = 50 см/с2 = 0,5 Гц Х0= 25мм Найти V max-?
CИ: 50 * (10-2 м/с2) = 0,5 м/с2 ; 0,5 * 1/с; 25*10-3м
Если колебания гармоничные, значит они происходят по закону sin или cos и их уравнение имеет вид: X= X0sin t = X0sin 2 t V= X’t –физический смысл 1-ой производной), значит V= (X0sin 2 t)’t = X0 cos 2 t* 2 = X0 2 * cos 2 t (скорость со временем колеблется по гармон. закону) Если cos 2 t = 1, то V= V max, значит Vmax= X02 .
[Vmax] = [м* 1/с] = [м/с] - СИ
V max = 25*10-3*2*3,14*0,5=78,5*10-3 м/с= 78,5 мм/с Ответ: Vmax = 78,5 мм/с
Б. № 5
1. Тормозное рентгеновское излучение, устройство и принцип работы рентгеновской трубки. Использование рентгеновских лучей в медицине.
Рентгеновское излучение – короткие эл.маг. волны с длиной волны от 80 до 10-5 НМ, излучаемые рентгеновской трубкой, в которой происходит торможение электронов летящих от катода веществом анода. Рентгеновская трубка – вакуумный баллон с давлением от 10-6 до10-7мм рт.ст., куда впаиваются 2 электрода (катод и анод)
Рис.
Принцип действия рентгеновской трубки основан на термоэлектрической эмиссии. Работа совершается электрическим полем в трубке = А=еu, где е= -1,6*10-19кл; U- разность потенциалов, напряжение между катодом и анодом. При торможении электрона возникает квант (фотон) рентгеновского излучения (Закон сохранения энергии), т.е. А= Екин.эл.= Ефотона
По формуле Планка Еф = h, где h= 6,63*10-34Дж с – постоянная Планка или Ефот. = hmax, если V =0, или = h (C/min), значит eU = h (C/min), следовательно min = hC/eU. min - граница рентгеновского излучения зависит только от напряжения. Чем больше напряжение между К и А тем меньше длина волны рентгеновского излучения (жесткое рентгеновское излучение). Чем меньше напряжение между К и А, тем больше длина волны рентгеновское излучение (мягкое рентгеновское излучение).
Поток рентгеновского излучения:
Ф= KIU2Z, где К = 10-9 1/В –коэффициент пропорциональности; I – сила тока в трубке; U- напряжение в трубке; Z- порядковый номер элемента вещества анода. Рентгеновское излучение используют: 1) рентгенодиагностика: рентгеноскопия, рентгенография, - мягкое р.и. 2) рентгенотерапия (облучение) – жесткое р.и.
Рис.
Биомембраны: 1. Ограничивают клетку от окружающей среды; 2) защищают от внешних вредных воздействий; 3) управляют обменом веществ 4) способствуют генерации эл. потенциалов 5) участвуют в синтезе АТФ метахондрий Т.е. формируют структуру клетки и осуществляют её функцию. Толщина несколько нм. Основой её является двойной слой фосфолипидов.
Мембраны белки+ (25-75%) лепидов + (10-15%) углеводов
Фосфолипиды (холин, сирин, этаноламин) строятся из глицерина + жирная кислота+ фосфорная кислота и полимерные соединения.
Рис.
Белки (аминокислотные остатки) молекулярной массой от10 до 240тыс.ед.: ферментативные, транспортные, регуляторные, структурные.
Вода: связанная, захваченная и свободная. Молекулы разобщены, обладают изотропными свойствами и медленно обмениваются с окружающей средой.
Дано: t1= 370C; pHi =9 pH0=7 t=200C Найти: m-?
CИ: Т1=3100К Т2 = 293К (T =t + 2730C)
Решение: м=i - 0 по уравнению Нернста м = (RT/ZF)* ln (C0/Ci), где R = 8,34 дж/моль К
F= 9,65*104 Кл/моль – число Фарадея (заряд 1 моль вещества)
По определению рН среды = -lg [H]; pHi = - lg Ci; pH0= - lg C0;
9= -lg Ci следовательно lgCi = - 9 : lg10 (=1)
lg Ci = lg 10-9 следовательно Ci = 10-9 моль С0 = 10-7 моль
[м] = [дж*к*моль/ моль*к*кл ] = [ дж/кл]= [В] - СИ
м = (8,31*310)/(9,65*104) * ln 10-7/10-9 = 267/104 ln 102 = 0,03*2,3=0,138 (В)
Ответ: м = 0,138 В или 138 мВ
Б.№7
Течение вязкой жидкости по трубам.
Уравнение Пуазейля позволяет рассчитать:
а) линейную скорость в любом слое:
V= [(P1-P2) / 4L]*(R2- r2)
R- радиус сосуда, r- расстояние от центра до слоя.
Если r =0, то V=Vmax. Если r=R, V=0
Б) объемную скорость течения жидкости – Q
Q=(R4/8)*(P1-P2)/L. Где -динамическая вязкость, (P1-P2)/L –градиент давления (движущая сила) отношение изменения давления по растоянию к величине этого растояния. Гидравлическое сопротивление сосуда Х=8L/R4
Q=V/t – объем протекающей жидкости за единицу времени через поперечное сечение сосуда.
[Q]= [м3/с] –CИ
2.Понятие о звуковой рецепсии.
Звуковая рецепсия это трансформация продольных механических волн в нервный импульс. Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (в одинаковое число раз) то ощущение этого раздражения увеличивается в арифметической прогрессии ( то есть на одинаковую величину)
aI0; a2I0; a3I0 …. a>0, то Е0; 2Е0; 3Е0 …. (I=W/S*t) или Е=К*lg (I/I0)
Уровень громкости прямо пропорционально десятичному логарифму отношения интенсивности звука к пороговой интенсивности, где I0=10-12 Вт/м2, К – коэф. пропорциональности, который на частоте 1 кГц К=1
lg (I/I0) =L – уровень интенсивности звука
Е=L
[E]=[Б] – CИ; [E]=[фон] 1Б=10фон
Человеческое ухо наиболее чувствительно к =2500-3000Гц. Метод измерения частоты звука наз.аудиометрией.
.Дано: м = 89 мВ Со= 19мМ t0= 25C Найти: Сi-?
СИ: 89*10-3В 19*10-3м Т=298К
Решение: по уравнению Нернста м = (RT/ZF)* ln (C0/Ci), где R = 8,34 дж/моль К – газовая постоянная; Z –заряд иона; Z =1; F= 9.65*104 кл/моль (заряд 1 моля вещества)
м = (RT/ZF)* ln (C0/Ci), следовательно ln Co/Ci = м/ (RT/ZF) = [(м* ZF) / (RT)] * ln e; (ln e =1, e=2.72 – основание натурального логарифма.) ln Co/Ci = ln e (м* ZF) / (RT) следовательно Со / Сi = e(м* ZF) / (RT) ; Ci = Co/ e(м* ZF) / (RT) , следовательно Сi= Co * e- ZF /RT
[Ci] = [моль] Ci = 19*10-3 * e – (89*10 * 9.65*10 * 1) / (8,31* 298) = 19 *10-3 * e-3,5= 19*10-3*0,03= 0,6*10-3 (моль)
Б.№8
1. Преобразование энергии фотона в нервный импульс в процессе фоторецепсии.
Фотобиологическими наз. процессы которые начинаются с поглощения кванта света биологически функциональными молекулами, а заканчиваются соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях.
Поглотив квант света, молекула возбуждается. Энергия может быть передана другим молекулам. Для фотобиологического процесса важно, чтобы в результате такого возбуждения совершалось химическое превращение (фотохимическая реакция). После первичного фотохимического акта реакции развиваются так, что наличие света необязательно (темновые реакции). В конце они приводят к отклику биологической системы на свет. Восприятие света глазом является фотобиопроцессом. Светочувствительные клетки (палочки и колбочки) играют разную роль в возбуждении светового очущения. Палочки более светочувствительны, но не различают цвета. Колбочки при досаточной яркости различают цвета и чувствительны к восприятию деталей изображения. Например: родопсин+hродопсин*трансретиналь (зрительный пигмент) + опсин (белок)
Опсин активирует трансдуцин (102 молекул), который активирует фосфородиэстеразу (103молекул). Т.о. коэф.хим.усиления К=105. Фосфородиэстераза разрушает циклический гуанилмонофосфат, поддерживающий открытыми натриевые каналы и они закрываются. При этом потенциал палочки изменяется от –30 до –70 мВ
Трансретиналь+ретиналь-изомераза 11цисретиналь +опсин родопсин
2. Блок-схема электрокардиографа, электроэнцефалографа, электромиографа.
БП-блок питания, КС- контрольный сигнал, ПО- переключатель отведений, У- дифферинцированный усилитель (усиливает полезный сигнал). РУ- регистрирующее устройство.
|
ЭКГ |
ЭЭГ |
ЭМГ |
|
|
А |
0,5мВ |
(0,01-0,3)мВ |
(0,1- 10)мВ |
|
(0.5-300)Гц |
(1-100) Гц |
(1-10000) Гц |
Отличаются коэф.усиления (количество ступеней усиления) и полосой пропускания (интервал частот, где К усиления усилителя не меняется, т.е. К=const)/
Дано: (I1/I2)’ = 10% - потери; = 300 Найти: I1’/I2- ?
Решение: Система поляризатор – анализатор. По Малюсу I= I0cos2 , где I– интенсивность вышедшего света из анализатора; I0 - интенсивность света направленного на анализатор (вышедшего из поляризатора) - угол между плоскостью поляризатора и анализатора.
При прохождении естественного света через поляризатор, интенсивность меньше в два раза, т.е. I1 = I1’ / 2 . Получаем вместо I1 - I2 (для нашего рисунка)
I2= I1 cos2; I2=(I1/ 2)*cos2 (*2), получаем 2I2 =I1cos2; I2/I1 = (cos 300)2 / 2 = 0,375;
I1’/ I2 = 1/ 0,375 = 2,67 =26,7%
2,67 – 100%
X – 20%
X= 0,53
I1’ / I2 = 2,67-0,53 =2,14
Б. №9
1.О- тире источник колебаний, А- любая точка среды
Волна- процесс распространения колебаний в пространстве (должна быть среда, в которой есть частицы) со временем.
Уравнение плоской волны: Х= Аcos (t-y/), где Х- смещение колеблющейся точки (расстояние от колебания равновесия колеблющейся точки в любой момент времени); звука=340 м/с; =2
- длина волны – расстояние, которое проходит волна за время равное периоду, т.е. =T т.к. Т= 1/ , то = /
[] = [м] – СИ
Волна распространяясь переносит энергию -W – энергия переносимая волной в заданном направлении.
Ф- поток энергии волн. Ф=W/t - мощность волны
[Ф]=[Дж/с]=[Вт]
I – плотность потока энергии волн
I=Ф/S –поток проходит через единицу площади
I=W/St – интенсивность волны.
[I]= [Дж/м2с]= [Вт/м2] – СИ
вектор I – вектор Умова
вектор I=*вектор,
- объемная плотность энергии (энергия заключенная в единице объема)
= W/V; []= [дж/м3]
= А22/2, где - плотность среды.
Вектор Умова показывает направление распространения волны (совпадает со скоростью) и численно равен потоку энергии волн, проходящему через единичную площадку перпендикулярную этому направлению.
2. Мембраны – функциональные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство внутриклеточных структур и образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей.
Функции: проницаемость, активный перенос через мембрану вещества и заряда, генерация потенциала. 1) барьерная 2)транспортная 3)рецепторная 4)межклеточное взаимодействие.
В 1972г. Суинжерон и Николсоном была предложена жидко мозаичная модель мембраны (кристаллическая – порядок, жидкая – все элементы подвижны и текучи: латеральная диффузия –500нм/сек. Молекула фосфолипида вращается вокруг своей оси = 1рад в сек и флип-флоп с периодом 10-20час.; мозаичная – вкрапленные в мембрану белки
Дано: V max = 63 м/с; Т= 1с при t=0 X=0 Найти: a max-? -?
СИ: 63*10-3 м/с
Решение: Уравнение гармоничных колебаний имеет вид X= A cos t или X=A sin t
V= Xt’ = (A sin t)t’= A cos t*= A cos t, где = 2, если cos t=1, то V= Vmax= A = A2, A= Vmax/ 2, т.к. = 1/ T, A= VmaxT/ 2
a= Vt’ =Xt” = - A2 sin t, если sin t=1, то a=amax; amax= A2 amax= (VmaxT/2 )* (42/T2) = Vmax2/T;
[amax] = [м/с2] – СИ
amax = 0,63*2*3,14 /1 + 4 м/с2
[]= [1/c] =[Гц] . = 1/ T . = 1Гц
Ответ: а= 4м/с2 . = 1Гц
Б.№ 10
1. Поглощение света.
Поглощение – это ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество из-за того, что световая энергия превращается в другие виды энергии.
Поглощение света идет по закону Бугера-Ламберта _Бера: IL=I0 eL, (е=2,72- Неперово число – основание натуральных логарифмов) где - натуральный монохроматический показатель поглощения (суммарное эф-ое сечение поглощения всех молекул одного моля растворенного вещества) или IL=I0 10-L.
Интенсивность вышедшего света убывает по сравнению с интенсивностью направления света по экспоненциальному закону с увеличением толщины слоя (закон Бугера).
По закону Бэра ‘ = 1C.- натуральный монохроматический показатель поглощения прямо пропорциональный концентрации раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе, где 1 – натуральный монохроматический молярный показатель поглощения.
Закон Бугера-Ламберта- Бера: IL=I0*e- CL ; IL=I010- CL
2.Модельные мембранные системы:
а) монослои фосфолипидов на границе раздела вода-масло, вода-воздух.
Уменьшается площадь с изменение заряда головки, модификацией жирно-кислотного остатка; сопровождается с изменением температуры. К этому результату приводит взаимодействие мембраны с лекарственными веществами.
Б) липосомы – смесь воды и фосфолипидов. Обрабатываются ультразвуком мельчайшие пузырьки визикулы – биомембрана лишенная белковых молекул.
Изучает влияние различных факторов: состав фосфолипидов мембранного окружения на свойства встраиваемых белков.
В) билипидная мембрана – впервые создана в 1962 году Мюллером. Они заполнили отверстие в тефлоновой перегородке разделяющей 2 водных раствора, фосфолипидом, растворенном в гептане. В отверстии образовался бислой.
Изучают ионную проницаемость; механизм действия переносчиков, расположив по обе стороны мембраны 2 электрода можно измерить сопротивление мембраны и генерируемых на ней потенциалов и можно изучать проницаемость для различных агентов.
Дано: t=1c D=2cm, = 5м Пас; Reкр.=2300 Найти: Qmax-?
СИ: 2*10-2 5*10-3
Решение: По уравнению неразрывности струи Q= SV; S= r2=D2/4. Известно, что Re= VD/, где = 1050 кг/м3 V= (Re *)/ *D
Q=D2/4 * (Re *)/ *D = Re D / 4
[Q]= [м*Па*с*м3 / кг*с2]= [м3/с]
Q= 3.14*2*10-2*2300*5*10-3 / 4*1050=
Ответ:
Б.№11.
1. Звук – это продольная механическая волна с частотой от 20 до 20000 Гц
Субъективные характеристики звука и их взаимосвязь с физическими характеристиками звука:
А) высота тона звука зависит от частоты основного тона и равна f() . Чем больше частота основного тона, тем выше тон звука (женские голоса), чем меньше – тем ниже тон (мужские голоса).
Б) Е-громкость (уровень громкости) – уровень слухового ощущения. По закону Вебера-Фехнера Е = К* (lg I/I0), где I0=10-12 Вт/ м2 –порог слышимости – это минимальная интенсивность, которая вызывает слуховые ощущения. I – интенсивность звука К- коэффициент пропорциональности, К= 1, если = 1 кГц;
[Е] = [Б] – СИ; [E]= [1 фон] – вне системы; 1Б = 10 фон
I=W/(St) – энергия, переносимая волной через единичную площадку, поставленную перпендикулярно направлению распространения волны за единицу времени.
В) акустический спектр – график зависимости амплитуды колебания от частоты Рис.
Тон (периодические колебания)
Муз. звук (периодические колебания)
Колебания с мин. частотой – основной тон, остальные – обертоны.
Шум(непериодические колебания)
Колебания с минимальной частотой – основной тон остальные обертоны.
2 Явление Флуоресценции. Исследование биомембран методом флуоресцентных зондов.
Люминесценция (Холодное свечение)- избыточное над тепловым излучение тела при данной температуре, имеющее длительность значительно превышающую период (10-15сек.) излучаемых световых волн (Вавилов)
Виды: а) флуоресценция (кратковременное послесвечение) б) фосфоресценция (длительное послесвечение).
Начальный акт – возбуждение молекулы или атома, затем атом возвращается в невозбужденное состояние излучая фотон той же частоты.
Ряд биологически функциональных молекул (белки) обладает флуоресценцией. Параметры флуоресценции чувствительны к структуре окружения флуоресцирующей молекулы. Поэтому, по люминесценции можно изучать химические превращения и межмолекулярные взаимодействия. Стали широко применять специальные флуоресцентные молекулы из вне – флуоресцентные зонды (нековалентная связь с мембраной) Или флуоресцентных меток (химическая связь с мембраной). Можно обнаружить конформационные перестройки в белках и мембранах.
Дано: 1=0,3 D2=0,08 Найти: 2-? D1-?
Решение: по определению D= lg 1/ . Оптимальная плотность это lg величины обратной коэффициенту пропуск-я, следовательно D1= lg 1/ 1. [D1] = [1]; D1 =lg 1/0,3 = lg 3,33; D2= lg 1/ 2
0,08*lg10 = lg 1/2; lg100,08= lg 1/2;
1/2= 100,08; 2 = 1/ 1,2= 0,83 Ответ: D1= lg 3,33; 2 = 0,83
Б.№ 12.
1.Центрированная оптическая система это система у которой центры кривизны на одной прямой. Глаз в норме – центрированная оптическая система. Каждой точке и линии пространства предметов соответствует точка или линии пространства изображений (лучи взаимообратимы) – теория Гаусса. Пары точек или линий называют сопряженными. Кардинальные точки центрированной оптической системы: 1) Н1 и Н2 – главные точки для которых h1=h2;
2) F1 и F2 – фокусы ; 3) N1 и N2 - узловые точки (лучи, идущие через них одинаково наклонены к главной оптической оси. Главная оптическая ось – прямая, проходящая через центры кривизны поверхности.
Строение глаза:
1. Склера роговицу. Д=40дптр
2. Сосудистая оболочка радужка, в центре зрачок в зрачке хрусталик, его Д=20дптр. Общая оптическая сила =60 дптр. Приспособление глаза к чуткому видению различно удаленных предметов в норме 25см (наводка на резкость наз. аккомодацией).
2. Электрография это регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью. Живые ткани являются источником электрических потенциалов. Биопотенциалы очень тонко отражают функциональное состояние органов и тканей в норме и патологии, т.е. их регистрация и анализ очень важен при физиологических исследованиях и диагностике заболеваний. Так как часто биопотенциалы снимаются не с самих органов и тканей, а с соседних, в которых создаются эл.поля, то ЭГ – клинически удобный метод .
Виды ЭГ: ЭКГ, ЭМиоГ, ЭЭГ и ЭретиноГ (сетчатки)
Физический подход к ЭГ заключается в создании модели эл. генератора, которая соответствует снимаемым биопотенциалам.
Основные задачи ЭГ.
Дано: U= 15 кВ; I=3мА; Z=74 t=1c = ½ min Найти Ф-? N- ?
CИ: 15*103 В 3*10-3 А
Решение: Известно, что Ф =КIU2Z, где К’= 10-9[Ф]= [1/B *A*B2 * 1] = [Вт]
Ф= 10-9*3*10-3*152*106*74= 49950*10-6 = 0,05 (Вт)
N= W/ Eф – где W вся Е потока; Eф - Е 1 фотона, т.к. Ф = W/t, следовательно W= Ф*t=0,05; по формуле Планка Еф= h = h(C/) тогда = hC/Eф
N =(Ф*t*)/ h*C, где h= 6,63*10-34дж; С= 3*108 м/с; =½ min;
N = (Ф*t*min)/ h*C*2, по закону сохранения энергии hC/min= eu, тогда /min= hc/eu;
N = (Ф*t* hc)/(eu* hc* 2) = (Ф*t)/2eu, где е= 1,6*10-19кл
[N]=[(Вт*с)/Ku*B]= [дж/КиВ] = [B/B]=[1]
N = (0,05*1)/(15*1.6*10-19*103*2) = 0.001*1016
Б. №13
1. Естественный свет – у которого световой вектор (вектор напр-ти эл. поля) совершает колебания в разных плоскостях (свет из-ся множеством атомов)
Вектор Е световой, т.к.биолог. и хим. действие света обусловлено этой составляющей.
Поляризованный – если вектор Е будет совершать колебания в строго опр. плоскости.
Способы получения поляр. света:
А)призма Николя (кристалл испан.шпата распиливают по диагонали и склеивают канад.бальзамом (любой кристалл обладает двойнам лучепреломлением, т.е. из естественного луча образ. 2 луча поляризованных). В призме е проходит не преломляясь, а обыкновенный испытывает полное внутреннее отражение, т.к. переходит из более плотной в менее плотную среду.
Б) поляризатиоры из турмалина, геропатита, которые обладают свойством дихроизма (неодинаково поглощенные лучи. При Н=1мм обыкновенный луч полностью поляризуются).Из мелких кристаллов геропатита выкладывают значительные площади на целулоидной пленке для их ориентации используют эл.поле. Можно изг-ть любые площади, но спектральные характеристики хуже чем у призмы Николя.
Плоскость поляризации – плоскость колебания Е в направлении распространения волны. Частично поляризованный свет –направление колебания Е меняется в различных направлениях, т.е. это свет состоящй из естественных и плоскополяризованных компонентов. Этот свет можно охарактеризовать степенью поляризации доли интенсивности поляризованной составляющей относительно интенсивности естественного света (естественная составляющая). Естественный свет можно преобразовать в поляризованный с помощью поляризатора – это устройство пропускает только составляющие вектора Е совпад.его с плоскостью.
Закон Малюса: связывает интенсивность света I0 падающего на анализатор и интенсивность света I, прошедшего поляризатор I=I0*cos2., где - угол между плоскостью колебаний Е анализатора и плоскостью поляризатора. Поляризатор можно использовать как анализатор, т.е. с его помощью можно анализировать какой свет.
2. Измерение величины мембраны.
1.Неточный. Обн-ть можно если нанести поперечный разрез на нерв или мышцу и приложить электроды так, чтобы один касался разреза, а другой – неповрежденного участка. Поврежденный участок оказ-ся заряжен (-), а неповрежденный (+). Измерения т.о. меньше, чем на самом деле, т.к. оказывает влияние р-р омывающий клетку и = 30-50мВ.
2.Точный. С помощью микроэлектродов диаметром 0,5мкм. Заполнен солевым раствором.
В неё погружен мет. электрод и соединен с измерительным прибором, при попадании микроэлектрода в мембрану происходит скачек на экране осцилографа. Микроэлектрод помещают над объектом и с помощью манипулятора вводят в клетку. Второй электрод прикладывают к мембране или помещают в раствор Ринигера в котором находится мембрана.
Задача.
Дано: m=60кг t=6ч T=1Дж. Найти: D-? P-?
СИ 6*3600с
Решение: по определению дозой поглощения называют Е иониз.излучения поглощенную ед.массы ткани.
[D]=[Дж/кг]=[Гр]= СИ 1Гр=102рад. – вне; 1/60=0,017(Гр)=1,7(рад)
P=D/t [P]=[Гр/с] – СИ; [Р]=[рад/час]- вне
Р=0,017/(6*3600)=7,87*10-7 (Гр/сек)
Р=1,7/6=0,3 рад/час Ответ:
Б.№ 14
1.Роль ушной раковины.
Ухо состоит из 3 частей: наружное, среднее и внутреннее. Наружное: ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка. Среднее: молоточек, наковальня, стремячко. Внутреннее: овальное окно, улитка, круглое окно. Наружное и среднее ухо относят к звукопроводящему аппарату, а внутреннее к звуковоспринимающему. Ушная раковина защищает внутреннее и среднее ухо от внешней среды, собирает звуки –локатор. Определение направления на источник в вертикальной плоскости: в зависимости от положения источника звуковые волны будут по-разному дифр-ть на ушной раковине благодаря её форме, следовательно будут разные изменения спектрального состава звуковой волны попадая в слуховой поход. Благодаря разности хода, человек научился определять направление на источник в горизонтальной плоскости.
L1 0 L2
F1
F2
Среднее ухо согласует волновое сопротивление воздуха с волновым сопротивлением жидкости:
т.е. 1С1=2С2=1
Площадь S1 барабанной перепонки > S2 в 20 раз, а плечо L1 > 1,3 раза P2 в 26 раз> P1 т.е. слабые звуковые колебания способны преодолеть сопротивление мембраны овального окна и вызвать колебания жидкости в улитке.
2. Свет.
Свет обладает двойной природой (дуализмом), т.е. это и волна (явл.интер.дифр.дисп.поляр.) и это поток квантов, фотонов.
Оптика-раздел физики в котором изучают свойства света, его природу, законы распространения и взаимодействия света с веществом.
Основоположник волновой теории Гюйгенс, корпускулярной – Ньютон. Волновая теория объединяет законы отражения и преломления явления дифракции, интерференции, дисперсии. Свет =это волны.
Корпускулярная теория объединяет законы взаимодействия с веществом, поглощения, рассеяния фотоэлементов и люминесценции. Свет это частицы.
Корп. и волновые свойства дополняют друг друга и отражают взаимосвязь закономерности распространения света и взаимодействия с веществами. Квантовые свойства объясняются наличием импульса (энергии) и фотона, но фотон – это элементарная частица эл.маг.поля, т.е. частица излучения. Это называется дуализом света.
Свет- эл.маг.волны, которые воспринимает глаз человека.=400-800 нм
V=C=3*108 н/с
Уравнение эл.маг.волн:
E=Emaxcos[(t – X/V)]
H=Hmaxcos[(t – X/V)]
Эл.волна – сов-ь из-ся эл. и маг. полей (колебл-ся вектора ЕНV)
Е – напряженность эл. поля
Н – напряженность маг.поля.
Скорость распространения эл.маг.волн зависит от свойств среды
V= 1/ Er Mr EoMo C=1/ EoMo
Интенсивность вектора I=вектор Е* вектор М – вектор Умова-Потенга.
Er – диэлектрич. проницаемость
Mr- магнитная восприимчивость среды
Eo –диэл.постоянная 8,85*10-12 ф/м
Mo- магнитная постоянная = 12,57*10-4ф/м I0 Ii
V скорость эл.маг. волн
Задача
Дано: С1=4%; L1=10мм; (I0/I1)’=2; C2=8%; L2=30мм Найти: (I0/I1)”-?
CИ: 0,02м 0,03м
Решение: Поглощение происходит по закону Бугера-Ламберта-Бера
I=Ioe-XC L. Где Х(каппа) –натуральный монохрон. показатель поглощения
I1/I0 = e-XC L , следовательно I1= I0* e-XC L I2= I0* e-XC L
I0/I1= eXC L (ln)
ln2= XC1L1* ln e (ln e=1)
XC1L1 = ln2 тогда Х= ln2/C1L1
I2/I0= e-XC L ; I0/I2 = eXC L = e ln2C L/C L; I0/I2= e 0,093*0,03*8/0,02*4= е2,1=8; I0/I=8 [I0/I2] = [1]
Б. №15
1.Облегченная дифузия – перенос веществ через мембрану с помощью переносчика. Отличается от обычной:
а) высокая специфичность, связанная со способностью переносчика различать близкие по структуре соединения.
Б) с ростом С субстрата V транспорта увеличивается только до определенного предела (эффект насыщения)
В) чувствительность к низким С ингибиторов взаимодействующих с переносчиком.
Кинетическая схема.
|
K4 |
||
|
C S0 |
Si C |
|
|
K3 |
||
|
S0K2K1 |
K5K6Si |
|
|
K7 |
||
|
Co |
Ci |
|
|
K8 |
К1 - К8 –const скоростей отдельных реакций.
Сf= C0+ СSo+ CSi + Ci =const в стационарном состоянии.
Co и Ci – «С» переносчиков на наружной и внутренней сторонах мембраны
СSo и CSi - «С»переносчика связ. с субстратом
So и Si - «С» субстрата на наружной и внутренней поверхностях.
Нач.V переноса вещества, когда Si=0
I=ImaxS0/(Km+S0) – уравнение Михаэлиса-Ментен
Решая систему уравнений 1 и 2 получаем выражение с различными комбинациями const от К1 до К8 и конц-ции субстрата S0 и Si . Начальная скорость переноса вещества, когда Si=0 описывается уравнением М-М, где Km - const..Михаэлиса численно равная конц-ции субстрата при которой I=Imax/2. Она характеризует V любого процесса.
Движущей силой, обеспечивающей дифузию, является градиент или . Системы с облегченной дифузией функционируют так же как и с обычной дифузией, т.к. они направлены на управление градиентом или установления равновесия в системе. Но градиенты могут поддерживаться длительное время за счет процессов активного транспорта и за счет потребления и обр-ния молекул в ходе биохимич. р-ции. Этот процесс самопроизвольный (уменьшение G )
2. Работа и мощность сердца
Фактором, обеспечивающим движение крови является работа сердца. Чтобы кровь двигалась, необходимо обеспечить разность давления (уравнение Пуазеиля)
Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и заканчивается в правом предсердии кровь двигается от начала аоорты в устье полых вен, т.е. в начале чем в конце кровь должна иметь кинет.энергию. Левый желудочек выбрасывает кровь некоторой массой (m) и смещает её на расстояние L. Т.о. работа левого желудочка складывается из 2-х составляющих:
A I=уд. уд. - ударный объем крови
AII =mV2/2=уд.V2/2
Алев.жел.= АI + AII = уд [P+ V2/2]
Известно, что А правого желудочка =0,2 А левого желудочка
Аобщ.= Алев.жел + 0,2Алев.жел= 1,2уд [P+ V2/2]
Сердечный цикл делят на 2 этапа: систола и диастола
Последовательность:
Система жел. –0,33сек
Диастола жел.-0,47сек (общая 0,8сек)
Систола предсердий – 0,1 сек (в конце диастолы желуд.)
Дано: Vэр.=40 cм/с Найти: допл. / ген.
СИ: 0,4 м/с
Решение: Доплеровский сдвиг частоты применительно к крови определяется по формуле:
допл. = ( 2Vэр./V)* ген.
V=340 м/с (скорость ультразвука)
допл. / ген. = 2 Vэр./V
[ допл. / ген]=[м*с/с*м]=[1]
допл. / ген= *100%
допл. / ген= 0,4*2/340*100%=0,02%
№ 17
1. Ионные каналы мембран предназначены для транспорта заряженных частиц, что и определяет их структуру. Так как ионы заряжены, то прохождение через бислой затрудняется за счет взаимодействия с гидрофобными хвостами фосфолипидов. Во избежание этого ионные каналы выстланы интегральными белками. Существуют 2 типа ионных каналов:1) потенциал-зависимые (натриевые). К белку канала присоединяется белковая молекула, которая улавливает изменение потенциала на поверхности мембраны. При определнном его значении от этой молекулы подается сигнал к участку канала. Образуется выпячивание и канал закрывается – транспорт прекращается.
2) хемозависимые – регуляция работы ионного канала осуществляется в результате взаимодействия химических соединений с лигандами мембран.
2.Действие на организм источника переменного эл.маг.поля
По частоте эл.колебания можно разделить на диапазоны в зависимости от использования их в терапевтических методах.
Рассмотрим действие на организм человека переменного эл.маг.поля высокой частоты. Эл.поле вызывает смещение зарядов в проводнике, т.е. поле переменное, то и смещение зарядов имеет колебательный характер. Величина этого перемещения зависит от частоты переменного поля. При достаточно высокой частоте это смещение становится такого же порядка, что и в тепловом движении, но при тепловом движении перемещение беспорядочное, а при переменном токе – направленное. Переменный ток от 200кГц и выше не оказывает раздражительного действия на ткани организма, а оказывает тепловой эффект, т.е. токи высокой частоты применяются для тепловых лечебных процедур. Это имеет преимущество перед грелкой т.к. прогревание происходит за счет образования теплоты во внутренних органах, т.е. прогревание происходит за счет образования теплоты во внутренних органах, т.е. прогревание можно производить целенаправленно еще и потому, что выделяемая теплота зависит от частоты, диэлектрической проницаемости.
Индуктотерапия – метод электролечения в физиотерапии основанный на испускании вихревых токов, возникающих в проводниках находящихся в переменном магнитном поле для нагревания биотканей и органов
БП --- генератор ВЧ --- терапевтический контур
Задача. Дано: 1= 20Гц 2= 20000Гц V1=340 м/с V2= 1400 м/с Найти:’1 1’’ 2’ 2’’ - ?
Решение: по определению -это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду, т.е. = V*T, т.к. Т= 1/, то ч/з , = V/ , [] = [м*с / с*1] = [м] ’1 = V1/ 1, 1’’= V1/ 2, 2’ = V2/ 1, 2’’= V2/ 2, ’1 = 340/20= 17 (м); 1’’ = 340/20000= 0,017 (м) или 17мм; 2’ =1400/20 = 70 (м); 2’’ =1400/20000= 0,07 (м) или 7см. Ответ:
№38
1.Одним из основных принципов БФ заключается в том, что биологические законы базируются на общих закономерностях физики и химии, являясь их дальнейшим развитием, которое в процессе эволюции привело материю к качественно новому уровню организации.
БФ -это наука, изучающая физические свойства биологических объектов, физические и биофизические процессы, протекающие в этих объектах и лежащие в основе их функционирования.
Предметом медицинской БФ является в первую очередь изучение организма человека и процессов, связанных с нарушением жизнедеятельности в этом организме. БФ изучает физические свойства и явления на уровне сложных систем (организм, среда), отдельных органов, тканей, отдельных клеток, субклеточных структур (биологические мембраны или миофибриллы), на уровне макромолекул (белка, нуклеиновых кислот) и на уровне электронной структуры биологически важных молекул.
История БФ. В 1756г. М.Ломоносов выдвинул одну из первых гипотез цветного зрения. В те же годы Л.Эйлер провел математическое исследование движения крови в сосудах. И.Сеченов изучал биомеханику и газы крови. К.Тимирязев работал в области фотосинтеза, основал фотобиофизику. А.Самойлов – биоакустика, П.Лазарев –ионная теория возбуждения. В.Чаговец – ионная теори возникновения биопотенциалов и др. Особое развитие БФ последние годы связано с развитием молекулярной биологии и биологии клетки, успехами в смежных науках – физике и химии, созданием новейших приборов и методов исследования, внедрением в биологию математического моделирования, основанного на применеиии ЭВМ.
№ 39
1. В зависимости от типа частиц – носителей магнитного момента различают электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
ЭПР происходит в веществах, содержащих парамагнитные частицы: молекулы, атомы, ионы, радикалы, обладающие магнитным моментом, обусловленным электронами. Возникающее при этом явление Зеемана объясняют расщеплением электронных уровней.
Условие резонансного поглощения энергии:
h=gБВрез
Магнитный резонанс наблюдается если на частицу одновременно действуют постоянное магнитное поле индукции Врез и электромагнитное поле с частотой . Для поглощения энергии необходимо, чтобы у атомов нижних подуровней, чем верхних. В противном случае будет преобладать индуцированное излучение энергии.
При ЭПР наряду с поглощением энергии и увеличением населенности верхних подуровней происходит и обратный процесс –безызлучательные переходы на нижние подуровни, энергия частицы передается решетке.
Процесс передачи энергии частиц решетке называют спинорешеточной релаксацией, он характеризуется временем .
Одно из медико-биологических применений метода ЭПР заключается в обнаружении и исследовании свободных радикалов. Так например спектры ЭПР облученных белков позволили объяснить механизм образования свободных радикалов и в связи с этим проследить изменения первичных и вторичных продуктов радиационного поражения.
ЭПР широко используют для изучения фотохимических процессов в частности фотосинтеза. Исследуют канцерогенную активность некоторых веществ. С санитарно-гигиенической целью метод ЭПР используют для определения концентрации радикалов в воздушной среде. Для изучения биологических молекул используется метод спин-меток. Вводя метки в различные части молекул, можно установить расположение различных групп атомов, их взаимодействие, изучать природу и ориентацию химических связей и обнаруживать молекулярное движение.
ЯМР – Избирательное поглощение электромагнитных волн определенной частоты веществом в постоянном магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, называют ядерным магнитным резонансом(ЯМР).
h=gЯЯВ, где gЯ – ядерный множитель Ланде.
В спектрах ЯМР различают два типа линий по их щирине. Спектры твердых тел имеют большую ширину, и эту область применения ЯМР называют ЯМР широких линий. В жидкостях наблюдаются узкие лини, и это называют ЯМР высокого разрешения.
Химики и биохимики широко используют метод ЯМР для исследования структуры от простейших молекул неорганических веществ до сложнейших молекул живых объектов, а также при решении многих задач, связанных с протеканием химических реакций, излучением структур исходных веществ и получающихся в результате реакций продуктов. Одним из преимуществ этого метода исследования является то, что в результате исследования не разрушается –объект исследования. При ЯМР-интроскопии можно различать кости, сосуды, нормальные ткани и ткани со злокачественными патологиями. ЯМР –интроскопия позволяет различать изображения мягких тканей.
Частота эл.маг.волн, вызывающих переходы между энергетическими состояниями при ЭПР и ЯМР, соответствует радиодиапазону. Поэтому оба этих явления относятся к радиоспектроскопии.
2. Работа и мощность сердца
Фактором, обеспечивающим движение крови является работа сердца. Чтобы кровь двигалась, необходимо обеспечить разность давления (уравнение Пуазеиля)
Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и заканчивается в правом предсердии кровь двигается от начала аоорты в устье полых вен, т.е. в начале чем в конце кровь должна иметь кинет.энергию. Левый желудочек выбрасывает кровь некоторой массой (m) и смещает её на расстояние L. Т.о. работа левого желудочка складывается из 2-х составляющих:
A I=уд. уд. - ударный объем крови
AII =mV2/2=уд.V2/2
Алев.жел.= АI + AII = уд [P+ V2/2]
Известно, что А правого желудочка =0,2 А левого желудочка
Аобщ.= Алев.жел + 0,2Алев.жел= 1,2уд [P+ V2/2]
Сердечный цикл делят на 2 этапа: систола и диастола
Последовательность:
Система жел. –0,33сек
Диастола жел.-0,47сек (общая 0,8сек)
Систола предсердий – 0,1 сек (в конце диастолы желуд.)
Дано: Ci = 440мМ Co= 49мМ t= 25C Найти: м
СИ 440*10-3м 49*10-3 м Т= 298К
Решение: м= i - 0 По уравнению Нернста м = (RT/ZF)* ln (C0/Ci), где R = 8,34 дж/моль К
F= 9,65*104 Кл/моль – число Фарадея (заряд 1 моль вещества)
По определению рН среды = -lg [H]; pHi = - lg Ci; pH0= - lg C0;
9= -lg Ci следовательно lgCi = - 9 : lg10 (=1)
lg Ci = lg 10-9 следовательно Ci = 10-9 моль С0 = 10-7 моль
[м] = [дж*к*моль/ моль*к*кл ] = [ дж/кл]= [В] - СИ
№41
2. Работа и мощность сердца
Фактором, обеспечивающим движение крови является работа сердца. Чтобы кровь двигалась, необходимо обеспечить разность давления (уравнение Пуазеиля)
Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и заканчивается в правом предсердии кровь двигается от начала аоорты в устье полых вен, т.е. в начале чем в конце кровь должна иметь кинет.энергию. Левый желудочек выбрасывает кровь некоторой массой (m) и смещает её на расстояние L. Т.о. работа левого желудочка складывается из 2-х составляющих:
A I=уд. уд. - ударный объем крови
AII =mV2/2=уд.V2/2
Алев.жел.= АI + AII = уд [P+ V2/2]
Известно, что А правого желудочка =0,2 А левого желудочка
Аобщ.= Алев.жел + 0,2Алев.жел= 1,2уд [P+ V2/2]
Сердечный цикл делят на 2 этапа: систола и диастола
Последовательность:
Система жел. –0,33сек
Диастола жел.-0,47сек (общая 0,8сек)
Систола предсердий – 0,1 сек (в конце диастолы желуд.)
№ 43
1.Проводник. Полупроводники Диэлектрики
В атоме е находится на определенных разрешенных энергетических уровнях. При взаимодействии атомов ЭУ расщепляются на подуровни. Совокупность энергетических подуровней, которые образовались при расщеплении 1-ого уровня наз.энергетической зоной. Лучше расщепляются удаленные уровни. Различают зоны: 1) валентная зона (max)
2) запретная
3)зона проводимости (здесь е потерявшие связь с ядром)
С точки зрения зон теории у проводников валентная зона широкая и есть своб. энергетические подуровени. Запретная зона отсутствует, следовательно е без трудностей могут оказаться в зоне проводимости.
У полупроводников валентная зона уже и нет свободных подуровней. На каждом подуровне не более 2-х электронов. Запретная зона шире. Чтобы перейти в зону проходимости е надо сообщить энергию (нагреть, освещение, действие ионизирующего излучения) Полупроводники обладают эл. проводимостью (е двигается в зоне проводимости) и дырочной (дырки двигаются в валентной зоне) У диэлектриков валентная зона узкая, свободных подуровней нет. Запретная зона широка т.к. нет такой энергии, которая может провести е в зону проводимости.
2.Автоволновые процессы в сердечной мышце.
Волной называется процесс распространения колебаний в среде. Колебания это процесс в котором параметр характеризующий систему меняется во время около своего среднего значения. Все свободные колебания без подвода энергии затухающие. Незатухающие – вынужденные.
Обр.связи
|
Источник Энергии |
Регулятор клапана |
Колеб. система |
Автоколебательная система содержит источник энергии и спец. Устройство регулирующее период поступления энергии так, чтобы восполнить потери при колебаниях и на работу против сил сопротивления. Колебания в биосистемах происходит на всех уровнях: вращат.колебания молекул фосфолипидов, колебания С ионов в клетке; работа лехких и сердца; колебания частей тела; смена сна и бодрствования, сезонные колебания и т.д
Особое значение имеют волновые процессы протекающие в активно-возб.средах. АВС не только способна передавть возбуждение, но и поддерживать его за счет распределенных в ней источников энергии. В АВС импульс возбуждения заново генерируется в каждой точке среды до которой дошло возбуждение. При распространении волны в АВС не происходит переноса энергии, она не переносится, а освобождается когда до участка АВС доходит возбуждение.
М
реверб
t
порог
ПН
R0 -
R
-период рефрактерности (некоторый промежуток времени, в течении которого среда невозбудима – соответствует фазам деполяризации и реполяризации)
R0 - -период относительной рефрактерности (невобудимости)
За исходный уровень возбудимости среды берется возбудимость соответствия покоя ткани.
Особенность
Действия клеток миокарда – длительное удерживание возбуждения нервного волокна. (для нервного волокна – 1-2мс, для миокарда – в 100 раз больше) Это имеет важное физиологическое значение для обеспечения сокращения сердечной мышцы, для систолы.
Б) волны, распространяясь в АВС не могут интерферировать – они гасят друг друга Ревербераторы- источники спиральных волн возбуждения возникают при разрыве фронта волны, тогда актив.возб.среда по одну сторону линии разрыва окажется в покое. Волны возбуждения, посылаемые с ревербератором в области с различными периодами рефрактности – несинхронны.
Если ревербератор воз-ет в сердечной мышце, он становится источником автоволн, которые заставляют сохраняться миокард независимо от импульсов возбуждения посылаемых синусовым узлом.
Если скорость разм-я ревербераторов более скорости исчезновения нач-ся цепной процесс увеличения количества ревербераторов. Вся АВС покр-ся источниками множества А-В процессов, работающих с разными частотами, это соот-ет фибриляции среды. В серд мышце при фибриляции автоволны от ревербераторов подавляют импульсы от син. Узла и миокард начинает беспорядочно трепетать, что и приводит к трагическому исходу.
Задача.
Дано: S = 2м2 h = 2 м2 V= 50 см/с V2 =0
Найти: F-?
СИ 50*10-2м/с = 0,5 м/с
Решение:
По закону Ньютона: F = (dv/dx) S. Применительно к задаче :
(-) –сила, направленная в сторону противоположную движению. Динамическая вязкость = 1005 мк Па с = 1005*10-6 Па с = 0,001005 Па с
[F] = [Па с ] = [ ] = [ H ] ; F= - 0,001 * (0,5/2)*2 = 5*10-4 (H)= 0,5 * 10-3 H = 0,5 мН Ответ: F = 0,5 Мн
Билет№44
Роль ушной раковины.
Ухо состоит из 3 частей: наружное, среднее и внутреннее. Наружное: ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка. Среднее: молоточек, наковальня, стремячко. Внутреннее: овальное окно, улитка, круглое окно. Наружное и среднее ухо относят к звукопроводящему аппарату, а внутреннее к звуковоспринимающему. Ушная раковина защищает внутреннее и среднее ухо от внешней среды, собирает звуки –локатор. Определение направления на источник в вертикальной плоскости: в зависимости от положения источника звуковые волны будут по-разному дифр-ть на ушной раковине благодаря её форме, следовательно будут разные изменения спектрального состава звуковой волны попадая в слуховой поход. Благодаря разности хода, человек научился определять направление на источник в горизонтальной плоскости.
L1 0 L2
F1
F2
Среднее ухо согласует волновое сопротивление воздуха с волновым сопротивлением жидкости:
т.е. 1С1=2С2=1
Площадь S1 барабанной перепонки > S2 в 20 раз, а плечо L1 > 1,3 раза P2 в 26 раз> P1 т.е. слабые звуковые колебания способны преодолеть сопротивление мембраны овального окна и вызвать колебания жидкости в улитке.
Слуховые косточки- защита от сильных ударов. В среднем ухе есть 2 мышцы – одна сокращается при звуковых ударах, 1-я увеличивает натяжение барабанной перепонки, т.е. уменьшается А её колебаний, 2-я фиксирует стремя т.е. ограничивает его движения. Сокращение этих мышц происходит через 10сек. рефлекторно.
1.Двухполюсная система(исток и сток) тока наз.дипольным эл.генератором или токовый диполь.
Закон Ома для полной цепи:
R- сопротивление внешней среды
r – внутреннее сопротивление источника, не зависит от свойств среды
поэтому диполь существует постоянно. Токовый диполь-
постоянная поля в любой точке между эл.осью и направлением на точку.
2. Молекулярная структура родопсина:
½ вит.А (каротин) производит ретинол 1
и ретинол 2
-спирты отличаются на одну ПИ-связь. Отсутствие вит.А даст полную слепоту
Ретинол 1+ алкоголь дегидрогеназа трансформирует и превращает в ретиналь –1
Ретинол 2 – ретиналь 2.
Ретинали могут быть в разных конформациях, но с опсином связываются ретинали в 11 цис конформациях. Ретиналь –1 (11цис) + опсин (П) – родопсин(максимальное светопоглощение на длине волны 550 нм)
Ретиналь 2 11цис+ опсин (П) – порфиропсин (522нм)
Ретиналь1 11цис+ опсин К = иодопсин 562нм
Ретиналь2 11цис + опсин К = цианопсин (620нм)
Все ретинали хромофорные группы.
№ 21.
1.
Процесс трансформации энергии света в фоторецепторах. Сигнал проходит в светочувствительных клетках сетчатки палочках и колбочках. Палочка обеспечивает сумеречное зрение. Состоит из внутреннего и наружного сегментов, которые соединены ножкой. В наружном сегменте находятся диски как бы уложенные в стопку. Диски замкнутые, бимолекулярные. В них встроен зрительный пигмент родопсин – сложный белок, который состоит из опсина и ретиналя. Благодаря низкой вязкости лепидного бислоя, молекула родопсина может совершать быструю вращательную и материальную (более медленную) диффузию, а также претерпевать преобразования . Во внутреннем сегменте рядом с ножкой расположено много митохондрий, которые являются поставщиком АТФ. Здесь находится также ядро. В конце внутреннего сегмента есть синаптический контакт с нервными волокнами.
Палочка в покое: потенциал на цитоплазменной мембране палочек натриевой природы, т.е. по градиенту внутрь движется поток натрия. Он накапливается в цитоплазме наружного сегмента, где с помощью насоса выкачивается наружу. В темноте натриевые каналы поддерживают в открытом состоянии с помощью у ГМФ, концентрация которого в наружном сегменте в палочке велика.
Палочка при возбуждении: При уменьшении концентрации ГМФ закрываются натриевые каналы, т.е. меняется потенциал на мембране.
Родопсин + h родопсин* трансретиналь + опсин.
Опсин активирует трансдуцин (102 молекул) активирует фосфодиэстеразу (103 молекул) (т.о. коэф. фотохимического усиления К= 105) которая разрушает циклические гуанилмонофосфат, поддерживающие открытыми натриевые каналы и они закрываются, при этом потенциал палочки изменяется от –30 до –70 мВ.
Трансретиналь + ретиналь-изомераза 11 цисретиналь + опсин родопсин.
2.Дозиметрия. Ионизирующее излучение.
Дозиметры – приборы, измеряющие дозу или мощность ионизирующего излучения.
№ 24.
1. Строение стенок сосудов, функциональные группы сосудов.
А) эластические волокна образуют частую сеть, могут растягиваться в несколько раз, создается эластичное напряжение, противодействует давлению.
Б) колагеновые волокна присутствуют в средней и наружной оболочках, оказывают сопротивление натяжению большее, чем эластические. Расположены достаточно свободно и образуют складки.
Функциональные группы сосудов:
2.Понятие об ЭКГ- отведениях.
Отведения – соединение двух точек тела, имеющих разные потенциалы. Стандартные (Эйтховен)- двухполюсные отведения, снимают эл. активность сердца во фронтальной плоскости. Существуют три стандартных отведения: 1. Между ПР и ЛР 2. Между ПР и ЛН. 3. Между ЛР и ЛН. Оси отведений гипотичных линий проведены между полюсами. В ст. отведениях это стороны треугольника.
Усиленные (Гольдберг, 1942) – однополюсные отведения, т.е. имеется индеферентный электрод, потенциал которого близок к нулю и диферентный электрод . Индеферентный электрод присоединен к «-« полюсу гальванометра, а диферентный к +. Эти отведения снимают активность сердца во фронтальной плоскости. Существуют 3 усиленных отведения: активный на правой руке, неактивные соединения – на ЛР и ЛН. Оси усиленных отведений – для их получения соединяют эл.центр с ПР и ЛР с ЛН.
Грудные отведения (Вильсон.,1946) – однополюсные отведения – индеферентный электрод – объединенный электрод Вильсона образуется при соединении проводами через сопротивление трех конечностей ПР ЛР и ЛН. Его потенциал близок к 0. Его присоединяют к «-« полюсу гальванометра, а активный – электрод к +. Эти отведения снимают активность сердца в горизонтальной плоскости на уровне 4 и 5 межреберий.
V1- 4 межреберье справа;
V2- 4 межреберье слева;
V3 - половина расстояния между V2 и V1
V4 – 5 межреберье по средней ключичной линии
V5 – 5 межреберье по передней подмышечной линии
V6- 5 межреберье по средней подмышечной линии.
Требования к электродам.
Чтобы уменьшить переходное сопротивление между кожей и электродом изготавливают хлорсеребрянные электроды либо прессованием порошкообразных смесей серебра и хлорида серебра либо путем электролипидного хлорирования серебра. Присутствие хлора необходимо чтобы установить ионное равновесие, а серебро – хороший проводник.
Классификация электродов по применению.
Классификация по органам и тканям: ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ – разные размеры.
№ 26
1. Понятие о мембранном транспорте, его биозначение, виды и особенности. Химический и электрохимический потенциалы.
Транспорт – перенос веществ через мембрану.
Виды: 1) пассивный – (G0)осуществляется в результате диффузии в сторону меньшего и 0 - процесс самопроизвольный:
а) обычная диффузия:
Для электролитов-уравление Нернста- Планка:
Для неэлектролитов: уравнение Фика:
б) транспорт с помощью переносчиков - за счет диффузии переносчика вместе с веществом за счет эстафетной передачи от одной молекулы переносчика к другой; Уравнение Михаэлиса-Ментэн:
в) по каналам.
2) Активный транспорт. Осуществляется при затрате химической энергии против и (G>0), т.е. активный транспорт – это сопряженный процесс. В зависимости от вида сопряжения различают два вида активного транспорта: а) за счет гидролиза АТФ и окислительно-востановительных реакций (первичный активный транспорт) б) за счет энергии, выделямой при движении веществ по градиенту и (вторично активный транспорт)
3) Цитоз – уникальный способ поглощения клетки крупн.в-в и частиц и их выделение с помощью изменения структуры, формы и размеров мембраны. Явление переноса – это необратимые процессы, в результате которых в физической сстеме происходит пространственное перемещение массы, импульса, заряда, энергии и т.д.
и и их уравнение
Движущей силой диффузии служит разность или - данного вещества в 2-х областях между которыми происходит диффузия. =0 + RT *lnC, где
0 –стандартный химпотенциал, зависящий от природы растворителя;
- движущая сила для незаряженных частиц, т.е. их движение будет зависить от разности C в двух областях.
- вводится для ионов, движение которых зависит не только от C, но и от потенциала поля.
=0 + RT * lnC + Z*F
- мера работы, необходимой для переноса 1 моль ионов из раствора с данной С и данным потенциалом в бесконечно удаленную точку в вакууме. Она складывается из работы по преодолению хим.взаимодействия и работы эл. поля.
2. Высокочастотное поле вызывает ток проводимости, который сопровождается выделением тепла. УВЧ –метод лечения переменным эл.маг.полем с частотой 40,68МГц. Лечение за счет действия эл.составляющей переменного эл.маг.поля. Под действием эл.поля идут колебания ионов и вращение диполей. При этом нагреваются и электролиты и диэлектрики. Но Q выделяемое в диэлектрике значительно больше, чем в электролите.
При УВЧ снимают чувствительность болевых рецепторов, усиливается кровообращение, уменьшается воспалительный процесс. Терапевтический контур служит для защиты пациента от воздействия постоянного тока высокого напряжения и связан с контуром генератора индуктивно. Перед процедурой его настраивают в резонанс.
№ 28
2.Вторично активный мембранный транспорт аминокислот, сахаров натриево-кальциевый обмен, синпорт, антипорт.
Активн. транспорт характеризует G > 0, требует сопряжения с притоком свобод. энергии. Для вторичного активного транспорта G >0 и:
Котранспорт – согласованный перенос 2-х компонентов
Симпорт- перенос обоих компонентов в одном направлении
Антипорт – в противоположных направлениях.
Транспорт аминокислот: При вторично-активном транспорте аминокислот и сахаров Na молекула субстрата связыв. со специфич. транспорт. белком и проникают в клетку одновременно, т.е. это пример симпорта. Количество транспортирумого субстрата (аминокислот, сахаров) зависит от градиента для Na+.
Особенности: 1). Стереоспецифический путь. Стереоизомеры аминокислот и сахаров транспортируются с различной скоростью.
2). Специфическое ингибирование подавляет транспорт сахаров, не затрагивая транспорт аминокислот.
3). Конкуренты ингибридные. Вещества класса ингибируют транспорт друг друга (тормозят)
4). Эффект насыщения. При увеличении субстрата транспорт увеличивается только до предельной величины, так как ограничена с перенос Этот вид транспорта играет большую роль в кишечнике. Na+, поступивший в клетку по градиенту , затем удаляется к-зависимой АТФ-азот
Na- Ca –обмен
Пример антипорта. Это вторично-акт. р транспорта Са+ и пассивн. для Na+. Особую роль транспорт играет в мышцах и нервных волокнах. Количественные измерения показали, что при движении 2-х Na+ внутрь клетки, наружу транспортируется 1 ион Са2+ . Вторично-акт.транспорт Са возможен при условии: |G|Ca <|G|Na
№ 29
1.Пульсовая волна. Уравнение гармоничной пульсовой волны, скорость пульсовой волны.
Пульсовые колебания давления. При каждом сокращении левого желудочка в аорту выбрасывается ударный V крови, т.к. в аорте находится кровь, то поступивший туда дополнительный V крови повышает в аорте давление и вызывает растяжение стенок. Это давление называется систолическим .=16кПа. Затем во время стенки аорты постепенно сокращаются до исходного положения и проталкивают V крови в крупные артерии, стенки которых тоже растягиваются, а затем, сокращаясь, проталкивают кровь дальше, т.е. во время систолы желудочка приток крови больше, чем отток, т.е. давление больше. Во время диастолы поступление крови прекращается, т.е. присутствует только отток, давление меньше. Такие колебания давления распространяются от аорты в крупные артерии и артериолы., постепенно затухая. Колебания давления особенно видны в крупных артериях, расположенных близко к сердцу. Мелкие артерии сглаживает разница между систолическим и диастолическим давлением. Среднее артериальное давление это среднее между систолическим и диастолическим давлением, которое было бы способно дать тот же гемодинамический факт при отсутствии колебаний давления. Оно выражает энергию непрерывного движения крови. По величине среднее артериальное давление ближе к диастолическому, т.к. продолжительность диастолы больше. Падение давления на различных участках сосудистой системы различно. Это зависит об общего просвета и числа сосудов в разветвлении. Наибольшее падение давления в артериолах, т.к. число артериол в сотни раз больше числа крупных артерий. При сравнительно небольшом увеличении общего просвета сосуда. Соответственно, потери давления от пристеночного трения велики. Общее число капилляров еще больше, но их длина мала, т.е. падение давления меньше. S сечения вен примерно в два раза больше S сечения артерий, т.е. падение давления незначительное (По следствию из теоремы Бернулли для горизонтальных труб). В кровеносных венах около сердца давление ниже атмосферного за счет всасывающего эффекта.
О скорости по графику.
Изменение V в различных отделах кровеносной системы можно проанализировать из условий о неразрывности струи SV= const . Sаорты< SартVаорты>Vарт (общая S поперечного сечения)
V- капил.тип необходима для обмена веществ. Пульсовая волна - распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного давления, вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы. Артериальный пульс – ритмические колебания артериальных стенок, обуславливаемые систолическим повышением давления в артериях. Пульсовая волна возникает в аорте, распространяясь до артериол и капилляров, где гаснет. Она не является гармонической, но это процесс периодический, следственно можно представить в виде модели гармонической волны. Уравнение гармонической волны записывается по аналогии с уравнением плоской волны:
S= A*cos [ (t – x/v)]
Т.к волна затухающая, то амплитуду можно представить в виде А= А0 е-t (экспотенциально) - коэффициент затухания.
P = P0*e-*x*cos (=[ (t- x/v)] – уравнение для гармонической пульсовой волны.
- это коэффициент затухания (затухание в следствие сопротивления току из-за упругих свойств стенок сосудов )
P= Pa + P0*e-*x*cos [ (t- x/v)] (+атмосферное давление)
Р0 – амплитуда давления в пульсовой волне, х – расстояние от источника колебания (сердца)
V пульсовой волны в крупных сосудах описывается уравнением Моенса –Кортевега:
V= Eh /d
Е – модуль упругости сосудов,
- плотность вещества сосуда
d- диаметр сосуда
h- толщина стенки сосуда
№ 31
1. Датчики для съема медикобиологической информации.
Датчики – преобразователи медицинской биополезной информации в электрические сигналы, т.е. реагируют своим чувствительным элементом на изменение параметров измеряемой величины. Датчик характеризуется функцией зависимости выходного сигнала датчика от изменения параметров измеренной величины описанные в виде уравнения y = kx + b. Её можно зарисовать теоретически:
и эксперементально – градуировка прибора.
Требования к датчикам:1. Получение устойчивого сигнала 2.Тип. искажение сигнала. 3. Максимальная помехолишенность. 4. Удобство размещения в необх. для измерения действий. 5. Отсутствие побочного раздражающего действия на организм. 6. Возможность многократного использования.
Характеристики: 1. Чувствительность, показывающая в какой мере выходная величина реагирует на входную. 2. Динамический диапазон изменения величины без искажения 3. Время реакции- время изменения выходного сигнала до уровня равного значению входной величины. 4. Погрешность – максимальная разность между получившимися и данными значениями входного сигнала.
Виды погрешностей: 1. Неточное воспроизведение функционального преобразования 2. Изменение функционального преобразования из-за старения прибора. Датчик обратно воздействует на измеряемую величину, меняют характер протекающих процессов и изменяют их.
Классификация: 1. По принципу действия: .генераторный тип, параметрический и энергетический. 2. По изменению параметров какой-либо системы: для измерения параметров ССС и дыхательная.
Б. № 32.
2. Физиотерапия, эл. лечение.
Физиотерапия – область медицины, изучает действие на организм человека природы и искусственно создаваемых физических факторов и использующая эти факторы с лечебной и профилактической целью. Физические факторы можно разделить по виду энергии и характеру физического воздействия. Отсюда выделяют разделы физиотерапии: электролечение, светолечение, механолечение, водолечение, теплолечение, физиокофанио.
Электролечение – методы основанные на применении различных видов эл. тока. Виды эл.лечения: 1) гальванизация – ток пост. величины 2) амплипульстерапия – синусоидально моделируемые токи.
3) диадинамометрия – постоянно пульсирующие токи (30-100Гц) 4) интерференцю-я интерфирирующие токи (3-6 кГц); 5) электронаркоз – короткоимпульсные токи для воздействия на ЦНС; 6) электростимуляция – импульс.токи низкой частоты. 7) флуктуоризация – синусоид.беспорядочно меняющиеся по амплитудной частоте токи (100-200Гц) 8) лечение током надтональной частоты – синусоид. 120 кГц 9). Д.Арсонволизация синусоидный импульсный ток (110кГц) 10) Франкменизация – пост.эл.поле высокой Е. 11) Магнитотерапия – пост. магн. поле низкой частоты. 12) Индуктотерапия магн..поле высокой частоты. 13) УВЧ-терапия – эл.поле ультразвуковой частоты. 14)микроволновая терапия- элюмагнюполе сверх высокой частоты.
№ 34
1.Живые организмы, как открытые термодинамические системы. Положения Шредингера.
вание энтропии в качестве критерия самопроизвольности процессов живых организмов часто становится невозможным, т.к. живые организмы это открытые системы, т.е. необходимо учитывать изменения во внешней среде.
S =Sорг. + Sвнешней среды
Для этих целей удобнее использовать другие термодинамические функции, которые при определенных условиях могут служить критерием самопроизвольности процесса. Самая полезная свободная энергия Гиббса (G). К понятию свободн. Е пришли независимо друг от друга Гиббс с Гельмгольцем, но понятие G более привлекательное, т.е. дает практич. критерий самопроизвольности процесса. Если нам известно изменение свободной энергии при Т0 и Р=const, мы можем предсказать в каком направлении будут самопроизвольно протекать процессы. –G это работа соверш.системой при Т0 и Р=const. Эта функция обладает свойствами потенциала, т.е. будучи продефиренцирована по направлению дает силу возвращ. системы в соответ.равновесия.
В 1954 году Шредингер написал книгу «Что такое жизнь с точки зрения физики», которая оказала большое влияние на развитие биофизики. Он выделил несколько проблем:
1) термодинамические основы жизни. Существование противоречия между эволюцией изолированной системы к состоянию с максимальной энтропией (т.е. беспорядку) и биоэволюцией, идущей от простого к сложному (т.е. S уменьщ). Он говорил, что организм открытая термодинамическая система, которая обменна веществами и Е с окружающей средой, т.е. питается “-“ S. Неравновесное состояние поддерживает оттоком S с окружающей средой.
2) общие структурные особенности организмов. Он говорил, что организм это апериодический кристалл, т.е. высокопрочная система, но лишенная периодичности в расположении атомов и молекул.
3)состояние биоявлений законам квантовой механики. Обсуждая результат Тимофеева-Ресовского (исследовавших радиационный мутагенез) Шредингер пришел к выводу, что эти мутации носят дискрет.характер. Организм макрообъект, как к нему применить законы квантовой механики?
Чтобы ответить на вопрос – почему жизнь возможна в форме открытых систем, рассмотрим эволюцию 3-х систем.
А) состояние неравновесия, описываемое в рамках линейной термодинамики, т.е. неравновесная система не очень отклонена от положения равновесия. Введен функцию диссипации. … равновес.открыт.системы достигается за счет продукции энтропии системы и обмена энтропией с окружающей средой (deS), т.е. изменение энтропии системы: ds=diS+deS. Для открытой системы S зависит от времени, т.е. diS/dt = *dv ; di 2S /dt*dv =, где -функция диссипации, т.е. скорость продукции S на единицу V.
По теореме Пригожина для систем, близких к равновесию, но не равновесных функция диссипации = min. Если система находится в статическом состоянии, то diS = количеству энтропии за счет обмена deS.
Б) состояние неравновесия сильно отклоненного от равновесия. Эта система тоже может находиться в статическом состоянии, но это динамическое статическое состояние, т.е. оно подвижно. Это переход скачком из одного статического состояния в другое, если система достигает критических условий. Основоположник учения об открытых системах – Бортандфи назвал его состоянием проточного равновесия. Порядок в нем достигается за счет флуктиации и колебаний. Её поведение будет нелинейным. Такие системы не описываются линейной термодинамикой. Они называются диссепативными. Чтобы находиться в стац. (стат. состоянии, динамическом и нелинейном) необходимо затрачивать Е и система продуцирует S в окружающую среду.
В биологическом существовании несколько типов явлений свидетельствуют о нелинейности процесса.
1) тримерные пороговые процессы переключения системы из одного режима в другой. Напрвленная генерация нервных импульсов сокращения мышцы.
2) процессы регуляции р-ции клеток .Основной принцип регуляции обратная связь, которая отсутствует в линейных процессах
3) периодические колебательные явления. Во всех уровнях организации (от макромолекул до популяций) происходит незатухание колебания характеристики параметров (ферментативной активности, метаболитов, численности популяции. Например на уровне популяции животных – модель Вольтера: лисы-зайцы.
Можно привести аргументы в пользу того, что система не только может, но и должна быть колебательной:1) в открытой системе колебательный режим вероятен; 2) на Земле происходит смена дня и ночи. Это накладывает отпечаток на параметры системы, следовательно, колебания зафиксированы генетически. У человека выявлен генетический режим (цирка…) –ритм.
№ 35
Т.к организм состоит из жидкостей, содержит ионы то под влияние эл.поля ионы движутся и скапливаются у мембраны образуя поляризационные поля. Первичное действие постоянного эл.тока заключается в передвижении ионов и изменении их в тканях. Гальванизация – метод физиотерапии, основан на использовании непрерывного постоянного тока с напряжением 60-80В. При гальванизации электроды смачивают водой, т.е. применяют гидрофильные прокладки. В тканях находится раствор NaCl при электролизе он вызывает прижигание. Гальванизацию обычно осуществляют с введением в организм лекарственных веществ.
Электрофорез- метод физиотерапии основан на использовании гальванизации для введения лекарственных веществ через кожу или слизистую оболочку.
При электрофорезе прокладки под электродами обычно смачивают растворами лекарственых веществ, которые необходимо ввести.
Аппарат для гальванизации:
Источником тока служит 2-х полупериодный выпрямитель, с потенциометром (I) на выходе, чтобы регулировать силу тока. Составной частью является также трансформатор (2): 1)для подачи необходимого напряжения для работы диодов; 2) для безопасности больного. Сглаживающий фильтр (3) состоит из 2-х последовательно включенных сопротивлений и 3-х параллельно включенных конденсаторов. Так как сопротивление конденсатора с = 1/*С , то чем меньше , тем больше сопротивление. Следовательно через конденсатор будет идти переменная составляющая , а через сопротивление – постоянная. И конденсатор сглаживает пульсацию переменного тока.
.№37.
Электропроводность тканей. Эквивалентная электросхема биологических тканей.
Биологические ткани являются разнородными образованиями с различ.эл.R. Все ткани и органы можно разделить на диэлектрики и проводники.
Диэлектрики – к ним относят органические вещества, белки, жиры, углеводы, из которых состоят плотные ткани. Например, роговой слой кожи, связки, сухожилия, костная ткань без надкостницы.
Проводники: жидкости, которые являются раствором электролитов. Например кровь, лимфа, тканевая жидкость, спиномозговая жидкость. Электропроводимость отдельных участков зависит от состояния и толщины кожи. Меньшее R имеет тонкая, нежная кожа или кожа с поврежденными участками. Большее R – огрубевшая и сухая кожа. Т.к. основными структурными элементами электрической схемы является R, конденсатор –С, катушка индуктивности, то необходимо определить обладают ли своствами этих элементов ткани и органы.
Вывод: т.е. ткани обладают только омическими и емкостными свойствами. При прохождении переменного тока следует учитывать импо… комплексное полное сопротивление среды.
Z= [R2 + 1/(c)2], где -частота
Z=R / ( 1+2*c2*R2)
Z= R2+ 1/(c)2
2. Биофизические механизмы повреждения объектов под действием ионизирующего излучения.
Стадии первичного действия ионизирующих излучений на молекулы.
1.Физическая стадия (10-15 до 10-13с). Во время этой стадии происходит ионизация атомов и возбуждение молекул.
2.Физико-химическая (10-13 до 1011 с) Происходит перераспределение избыточной энергии возбужд.молекулами и облучение коротко живущих радикалов и ионов.
3.Химическая (10-11 до 10-6 с).
Во время стадии ионы и радикалы взаимодействуют друг с другом и окружающими молекулами. Формируют конечные продукты и происходит повреждение микромолекул. Рассмотрим механизм взаимодействия ионизирующего излучения и вещества.
1.Радио в результате действия ионизирующего излучения могут образовывать следующие радикалы и ионы: 1) Атеро радикал О2 2) Гидроксильный радикал 3) Ион 4) водорода Н 5) Н -гидротированный е 6) Н3О+ гидропарованный протон. возможные реакции и образов. другие радикалы и ионы.
№38
1. Частота пульса (сердечные сокращения)
I.Пьезодатчик (генераторный) – основан на пьезоэлектрическом эффекте, таким эффектом обладает кварц. сигнетовая соль, … Ва. При механических деформациях на их поверхности возникает , следовательно эл. ток. В зависимости от вида деформации существует 2 типа пьезодатчиков: 1) работающий на изгиб
2)на сжатие
Сигнал с пьезодатчика подобен сигналу с эл.цепи с конденсатора.
Разрядка конденсатора характеризуется времени разрядки или времени релаксации () т.е. для медленных процессов может быть большой, т.е. R тоже большое. Для быстрых процессов маленькое, R – маленькое, чтобы сигнал шел без искажения.
II. Фотоэлектрический (энергетического типа). На ткани подают инфракрасное излучение интенсивностью I0 и послед. отраженный поток, его инте-ть. Он подается на фотодиод. В зависимости от I будет возникать различный ток в цепи, в которую включен фотодиод. Частота вых сигнала = частоте пульса, а частота отраженного света будет меняться в зависимости от кровенаполнения сосуда.
Косвенный датчик по методу Короткова – выслуш.тонов возникающих в артериях. На руку накладывается манжетка. Если поднят Р в манжетке выше уровня системы, то манжета полностью сдавит сосуд и кровоток в нем прекратится. Звуков нет. Если постепенно создавать декомпрессию, т.е. выпустить воздух когда Р в манжете станет меньше систолического возникнет ток крови, следовательно прослушивается звук (возникают турбуленты, течение) Если дальше Р понижается, в момент когда она станет меньше диастолического, звуки исчезают.
Измерения Р с помощью аппарата Ривероччи.
частот будет зависеть от изменения скорости частиц от которых произошло отражение.
Дано: m=10г, N= 109; E1=5 МгВ; К=20 Найти: D=? H=?
СИ: 10*10-3кг; 5*106*1,6*10-19 КлВ= 8*10-13Дж
Решение: по определению доза излучения D= E/m. Где Е=Е1N, D= E1N/m; [D]=[дж/кг]=[Гр]; 1Гр=102рад.
D= 8*10-13*109 / 10-2 = 8*10-2=0,08 Гр = 8 рад.
Н= КD; [H]=[Дж/кг] = 1зиверт – СИ; 1зв = 102бэр
Нбэр= Dрад. То Нбэр=20*8=160 бэр =1,6 зв.