Действие уф – излучения на живые организмы.

Флуоресцирующая спектроскопия.

БЛМ – искусственные мембраны.

Метка – молекула, встраивающаяся в мембрану и удерживающаяся в ней ковалентными связями.

Зонд - молекула, встраивающаяся в мембрану и удерживающаяся в ней слабыми взаимодействиями.

Пассивный транспорт: уравнение Фика:

m – масса вещества

t – время

D – коэффициент диффузии (зависит от свойств переносимого вещества)

С – концентрация вещества

S – площадь поверхности, через которую идёт перенос

«-» показывает, что градиент концентрации уменьшается

- плотность потока вещества – масса вещества, переносимая в единицу времени через единицу площади мембраны.

диффузия нейтральных молекул:

диффузия ионов: Пусть [пси] – безразмерный потенциал, , где

- разность потенциалов через мембрану, мембранный потенциал [В]

Z – заряд переносимого иона [элементарные единицы]

F – число Фарадея = 9,65*10⁷ Кл/кмоль

R – универсальная газовая постоянная

T – абсолютная температура [К].

Пассивный перенос (диффузия)

Простая Облегчённая

Через липидный слой По каналам

ГФБ, липиды, жировые клетки ГФЛ, аминокислоты, сахара, спирты,

минеральные вещества, мочевина

Виды насосов: калий-натриевый, кальциевый, протонный.

Работа калий-натриевого насоса:

В основе устройства лежит фермент: калий, натрий – активируемая АТФ-аза.

Функциональная единица состоит из 2-х полипептидных цепей: и - субъединиц. < и пересекает мембрану 1 раз. Одна концевая часть – в цитоплазме, другая – во внешней среде.

пересекает мембрану 10 раз и образует несколько цепей. Оба конца находятся в цитоплазме. - субъединица имеет центры связывания ионов натрия и калия, а также фосфата, отщеплённого от АТФ.

Связывание ионов происходит в петле между 2-ой и 3-ей спиралями цепи, а фосфата – между 4-ой и 5-ой спиралями.

- субъединица не содержит центров связывания и обеспечивает правильную ориентацию - субъединиц в пространстве.

Вместе обе субъединицы образуют компактную глобулу – протомер. При гидролизе АТФ четыре протомера взаимодействуют, объединяясь в олигомерный комплекс.

В основе работы фермента в качестве насоса – его способность к изменению конформаций. Их две:

Е₁ – исходная конформация – фермент способен взаимодействовать с АТФ и ионами натрия с внутренней стороны мембраны. Его активные центры связывают и удерживают ионы натрия и терминальный фосфат АТФ.

Переход в конформацию Е₂ состоит в перемещении отдельных частей белковой глобулы и перестройке ионных центров. В результате петля, содержащая ионный центр связывания оказывается не в цитоплазме, а внутри мембраны, между спиралями 2 и 3, причём сам центр обращён наружу, во внеклеточную среду. Структура и свойства этого центра меняются: он теряет способность удерживать натрий и приобретает высокое сродство к калию.

Минимуму свободной энергии отвечает исходная конформация Е₁, поэтому переход в конформацию Е₂ требует дополнительной энергии, а обратное превращение осуществляется самопроизвольно.

Сопряжённый активный транспорт.

ПВ – питательное вещество, ПМ – продукт метаболизма.

Активный транспорт любых веществ сопряжён с ионным транспортом. Различают:

1. Симпорт – совместный однонаправленный перенос.

2. Антипорт – совместный противоположно направленный перенос.

В основе сопряжённого активного транспорта – наличие ионных градиентов, созданных насосами. Энергия АТФ тратится именно на создание градиентов, поэтому ионный активный транспорт называют первичным, сопряжённый – вторичным.

Распространённый вид сопряжения – сопряжение на переносчике. При этом происходит пассивный перенос ионов натрия и активный перенос ПВ или ПМ.

Переносчиками являются пермеазы – мембранные прошивающие белки, имеющие 2 центра связывания:

1. с ионом натрия

2. с ПВ или ПМ.

Схема: связывание с субстратом => изменение конформации => перенос (ионов натрия с ПВ – Симпорт, а с ПМ - антипорт)

Виды биопотенциалов:

1. Потенциал покоя (ПП) – постоянно существующая в живых системах разность потенциалов, характерная для стационарного состояния системы. Он поддерживается постоянно протекающими звеньями обмена веществ.

2. Потенциал действия (ПД) – быстро возникающая и вновь исчезающая разность потенциалов, характерная для переходных процессов.

Потенциал покоя:

вычислить по уравнению Нернста:

, где

R – универсальная газовая постоянная

T – абсолютная температура

F – число Фарадея

С_iK – концентрация калия внутри клетки

C_eK – концентрация калия снаружи клетки

рассчитать по уравнению Гольдмана:

, где P – проницаемость мембраны для иона

Фаза деполяризации – быстрая перезарядка мембраны: внутри положительный заряд, снаружи – отрицательный.

Фаза реполяризации – возвращение заряда и потенциала мембраны к исходному уровню.

Фаза гиперполяризации – временное превышение уровня покоя, предшествующее восстановлению потенциала покоя.

Амплитуда потенциала действия заметно превышает амплитуду потенциала покоя – «овершут» (перелёт).

Методы регистрации биопотенциалов:

1. внутриклеточное отведение

2. фиксация напряжения на мембране

3. перфузия нервных волокон

Скорость проведения тем выше, чем более выражены кабельные свойства волокна. Для их оценки применяют константу длины нервного волокна:

, где

D – диаметр волокна

b_m – толщина мембраны

- удельное сопротивление мембраны

- удельное сопротивление аксоплазмы

Все медицинские приборы можно разделить на 2 группы:

1. Приборы для диагностики.

2. Приборы для терапии.

• Хирургическая аппаратура.

Особенности организма как источника сигнала:

1. Все сигналы малой мощности, с малой амплитудой и слабым сигналом. Они требуют усиления, т.е. будут подвергнуты искажению.

2. Сопротивление тела человека имеет большое значение – около 10⁶ Ом.

3. Высокий уровень помехи. Плотность информации очень велика.

4. Частотный спектр выходных сигналов лежит в инфра-низкой области частот.

5. Наличие постоянного гальванического контакта с электрической схемой прибора.

Особенности изделий медицинской техники:

1. Тщательно выбираются входные цепи приборов (ограничивается область положения датчиков).

2. Схемы приборов усложняются за счёт цепей помехоподавления.

3. К изделиям медицинской техники предъявляются повышенные требования по электробезопасности.

Самая низкая амплитуда у сигналов головного мозга, а самая низкая частота – у желудочно-кишечного тракта.

ЭКГ: пациент, коммутатор, Аналого-цифровой преобразователь, процессор.

Модель эквивалентного токового генератора.

Эквивалентная схема возникновения биотока:

r – сопротивление источника

R – внешняя нагрузка

Сильный источник, слабая внешняя нагрузка => система работает в состоянии короткого замыкания:

но , тогда

Токовый диполь:

- дипольный момент токового диполя.

- потенциал в точке униполя, - удельное сопротивление среды.

Потенциал токового диполя:

G можно пренебречь.

Таких диполей на поверхности органа множество. Но можно выделить суммарный потенциал D₀.

- потенциал электрического мультитокового генератора.

Измерители неэлектрических величин – датчики: пациент, датчик, измерительная схема, канал связи, регистрирующее устройство.

Виды датчиков: генераторные и параметрические.

Характеристики датчиков:

1. Функция преобразования

2. Чувствительность

3. Порог чувствительности – минимальная входная величина.

4. Динамический диапазон – диапазон измерения.

5. Время реакции – скачкообразно изменяют входную величину и оценивают время.

6. Числовые характеристики.

Требования, предъявляемые к датчикам:

1. Метрологические (чувствительность, точность)

2. Эксплуатационно-конструктивные (помехозащищённость, не вредят организму, удобные, надёжные)

Датчики температуры тела:

1. термоэлектрический датчик (термопара)

2. параметрический датчик (терморезистор) – проволочный, полупроводниковый

Датчики механических параметров:

1. Пьезоэлектрический датчик

2. Тензометрический датчик

3. Датчик Холла (на силе Лоренса F = )

4. Датчик звуковых колебаний

Датчики электромагнитных излучений:

1. Фоторезистор (величина тока определяется освещённостью)

Физические параметры импульса:

1. амплитуда

2. частота

3. длительность

4. длительность паузы

5. крутизна переднего фронта (тангенс угла)

6. скважность (отношение паузы к времени импульса)

Параметры импульсного воздействия на организм:

1. порог возбуждения

2. болевой порог

3. зависимость от длительности импульса – закон Вейса-Лапика , где а и б – физиологические константы. Реобаза – минимальное значение порога возбуждения при максимальной чувствиетлтьности. Длительность импульса в 2 реобазы – хронаксия.

4. зависимость от частоты – с увеличением частоты болевой порог растёт быстрее чем порог возбуждения.

Электростимуляция. Лабильность – способность мышц воспроизводить ритм возбуждения без потери темпа. Аккомодация – с увеличением крутизны переднего фронта порог возбуждения снижается.

Токи, использующиеся в электростимуляции:

1. Классические импульсы

   1. Прямоугольные

   2. Пилообразные

   3. Экспоненциальные

2. Токи Бернара (обезболивание)

3. Синусоидально-модулированные токи (стимуляция)

4. Интерференционные токи

Универсальный Электростимулятор: пульт управления, блок посылок, генератор модулирующих колебаний, генератор несущих колебаний, модулятор, пациент.

Электростимуляция может быть периодической или постоянной, асинхронной или синхронной.

Методы высокочастотной терапии

1. Контактные

   1. Диатермия (непрерывное)

   2. Местная дарсонвализация (импульсное)

2. Бесконтактное

   1. Общая дарсонвализация (импульсное)

   2. Индуктотерапия

   3. УВЧ-терапия

   4. СВЧ-терапия

Действие: колебания, трения, тепло, болеутоляющее, антиспазматическое действие, усиление обменных процессов, ослабление деятельности бактерий.