
- •Тема 1. Введение Материя и формы ее движения. Значение физики в медицине.
- •Классификация медицинской электронной аппаратуры
- •Классификация медицинской электроники по функциональному назначению:
- •II. Классификация медицинской аппаратуры по принципу действия.
- •Действие электрического тока на организм.
- •Обеспечение электробезопасности при работе с медицинской аппаратурой.
- •Основные требования электробезопасности
- •Классификация медицинской аппаратуры по способу дополнительной защиты от поражающего действия электрического тока.
- •Надежность медицинской аппаратуры
- •Тема 2. Механические колебания
- •Основные определения и характеристики колебательного процесса.
- •Дифференциальное уравнение, решение. График.
- •Полная энергия колеблющейся точки.
- •Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение, его решение. График. Логарифмический декремент затухания.
- •Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение. Решение. Резонанс.
- •Автоколебания.
- •Сложение гармонических колебаний, направленных вдоль одной прямой.
- •Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
- •Сложное колебание. Гармонический спектр сложного колебания. Теорема Фурье.
- •Тема 3 механические волны.
- •Уравнение плоской механической волны.
- •Энергия волны. Поток энергии волны. Вектор Умова.
- •Эффект Доплера.
- •Тема 4. Акустика. Природа звука.
- •Физические характеристики звука.
- •Характеристики слухового ощущения (Физиологические характеристики).
- •Шкала уровней громкости.
- •Звуковые методы исследования в клинике.
- •Тема 5. Гидродинамика
- •Уравнение неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли
- •Практические следствия из уравнения Бернулли.
- •Вязкость жидкости.
- •Ламинарное и турбулентное течение
- •Распределение скорости и градиента по сечению трубы при ламинарном течении.
- •Течение реальной жидкости по горизонтальной трубе постоянного сечения. Закон Гагена - Пуазейля.
- •Течение жидкости по горизонтальной трубе переменного сечения
- •Течение жидкости по разветвленной трубе
- •Течение жидкости по трубе с эластичными стенками
- •Тема 6. Биореология.
- •Зависимость коэффициента вязкости крови
- •Физические модели кровообращения.
- •Закономерности выброса и распространения крови в большом круге кровообращения.
- •Работа и мощность сердца.
- •Тема 7. Биологические мембраны Значение и функции биологических мембран. Строение мембран.
- •Физиологические функции мембран.
- •Физические свойства мембран.
- •Модели искусственных мембран для изучения свойств мембран.
- •Методы исследования мембран
- •1. Микрокалориметрия.
- •3. Люминесцентный анализ.
- •4. Рентгеноструктурный анализ.
- •5.Электронный парамагнитный резонанс (эпр).
- •6.Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •Диффузия в жидкостях. Закон Фика.
- •Пассивный транспорт веществ.
- •Перенос незаряженных частиц (атомов и молекул) через мембрану
- •Перенос заряженных частиц (ионов) через мембрану.
- •3. Облегченная диффузия.
- •Активный транспорт.
- •Тема 8. Электромагнитные явления в биологических системах.
- •Равенство Доннана.
- •Потенциал покоя
- •Потенциал действия.
- •Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
- •Тема 9. Биофизические принципы исследования электрических полей в организме.
- •2. Электрический дипольный момент диполя
- •Напряженность электрического поля диполя.
- •Потенциал. Разность потенциалов.
- •Диполь в электрическом поле.
- •Токовый диполь. Эквивалентный электрический генератор.
- •Тема 10. Электрокардиография
- •Метод отведений Эйнтховена
- •Блок-схема кардиографа.
- •Вектор-электрокардиография.
- •Тема 11. Электродинамика Электрические колебания.
- •Колебательном контуре.
- •Незатухающие электромагнитные колебания.
- •Затухающие колебания
- •Вынужденные колебания.
- •Тема 12. Импульсные токи Апериодический разряд конденсатора
- •Характеристики импульсных токов.
- •6. Коэффициент заполнения
- •Генераторы импульсных токов.
- •Изменение формы импульса.
- •Дифференцирующая цепь
- •Интегрирующая цепь.
- •Действие импульсного тока на ткани организма
- •Тема 13.
- •Биологические основы реографии
- •Цепи переменного тока, содержащие отдельные элементы
- •Цпт, содержащая последовательно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Цепь переменного тока, содержащая параллельно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Тема 14. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны
- •Основные положения электромагнитной теории Максвелла.
- •Уравнение электромагнитной волны.
- •Энергия электромагнитной волны
- •Шкала электромагнитных волн.
- •Физические процессы, происходящие в тканях организма под действием токов и электромагнитного поля
- •3. Переменное магнитное поле.
- •Тема 15. Поляризация света
- •Методы получения полностью поляризованного света
- •При отражении от неметаллического зеркала
- •2.При двойном лучепреломлении
- •3. Дихроизм.
- •Система поляризатор – анализатор
- •Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия.
- •Поляризационный микроскоп
- •Тема 16. Тепловое излучение. Природа теплового излучения.
- •Характеристики теплового излучения
- •Закон Кирхгофа
- •Спектр излучения ачт
- •Законы излучения абсолютно черного тела
- •Формула Планка и её применение для уточнения законов теплового излучения абсолютно черного тела
- •Тема 17 элементы квантовой физики Волновые свойства частиц. Длина волны де Бройля
- •Электронный микроскоп
- •Люминесценция
- •В зависимости от причины, вызвавшей свечение:
- •Фотолюминесценция
- •Закон Стокса
- •Применение люминесценции в медицине
- •Индуцированное излучение Лазеры – оптические квантовые генераторы
- •Свойства лазерного излучения
- •Применение лазеров в медицине
- •Голография и возможности её применения в медицине
- •Тема 18. Рентгеновское излучение
- •Свойства рентгеновского излучения
- •Механизмы генерации рентгеновского излучения
- •Рентгеновская трубка
- •Зависимость энергии рентгеновского излучения от рабочих параметров рентгеновской трубки.
- •Действие рентгеновского излучения на вещество
- •Применение рентгеновского излучения в медицине
- •Тема 19. Ионизирующее излучение
- •Строение атомного ядра
- •Модели строения ядра
- •Энергия связи
- •Радиоактивность. Виды излучений
- •Основной закон радиоактивного распада
- •Радиоактивность в природе – естественная фоновая радиация
- •Дозиметрия ионизирующего излучения Проникающая и ионизирующая способности радиоактивного излучения
- •Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм
- •Характеристики ионизирующего излучения
- •Дозиметрическая аппаратура
- •Защита от ионизирующего излучения
Тема 8. Электромагнитные явления в биологических системах.
Природа биопотенциалов и способы их описания.
Все процессы жизнедеятельности организмов сопровождаются появлением в клетках и тканях электродвижущих сил. Электрические явления играют большую роль в важнейших физиологических процессах: возбуждение клеток и проведение возбуждения по клеткам.
1. Диффузионные потенциалы возникают на границе раздела двух жидких сред в результате различной подвижности ионов. Диффузионная разность потенциалов максимальна в тот момент, когда скорости диффузии становятся равными, и рассчитывается по формуле:
.
Здесь
- подвижность катионов;
- подвижность анионов;
- универсальная газовая постоянная;
- абсолютная температура;
- валентность ионов;
-
число Фарадея;
- активная концентрация в области откуда
идет диффузия;
- активная концентрация в области куда
идет диффузия.
2. Мембранный потенциал возникает на границе раздела двух жидких сред за счет избирательной проницаемости мембраны. Величина мембранного потенциала определяется по уравнению Нернста
3. Фазовый потенциал возникает на границе раздела двух несмешивающихся фаз (например, раствор электролита в воде и какое-нибудь масло) в результате различной растворимости анионов и катионов в неводной фазе. Если, например, катионы растворимы в неводной фазе, то они активнее перейдут в нее и зарядят ее положительно относительно водной фазы. Фазовый потенциал наблюдается при механическом повреждении мембраны.
Равенство Доннана.
При
выводе уравнений, описывающих распределение
ионов между клеткой и окружающей средой,
выполняется условие электронейтральности:
равенство суммарной концентрации
анионов (в основном
и ионов макромолекул
)
и катионов
как внутри клетки
,
так и снаружи клетки
.
Здесь
число отрицательных зарядов на каждой
белковой молекуле.
В межклеточной жидкости содержание катионов значительно выше, чем ионов макромолекул . Поэтому
-
равенство Доннана
Потенциал покоя
Экспериментально установлено, что цитоплазма в состоянии покоя всегда имеет отрицательный потенциал, а окружающая среда - положительный. Причиной возникновения потенциалов, как в покое, так и при возбуждении, является неравномерное распределение ионов, в основном натрия и калия, по обе стороны мембраны. Разность потенциалов между клеткой и окружающей средой, измеренная в состоянии физиологического покоя, называется потенциалом покоя
У
разных клеток потенциал покоя имеет
величину от
до
Основной вклад в потенциал покоя вносят
ионы
и
.
Ионов
переносится очень мало. Поэтому на
внешней поверхности сосредотачивается
положительный заряд, а на внутренней
поверхности – отрицательный. Потенциал
покоя определяется тремя диффузионными
потоками и вычисляется учетом по формуле
.
Потенциал действия.
Все клетки возбудимых тканей (нервная, мышечная, железистая) под действием различных раздражителей достаточной силы способны переходить в возбужденное состояние. Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического состояния мембраны.
Опыт показывает, что возбужденный участок становится электроотрицательным по отношению к невозбужденному участку. Следовательно, на возбужденном участке происходит перераспределение ионов. При возбуждении это перераспределение кратковременно и концентрации восстанавливаются после снятия возбуждения, а разность потенциалов между клеткой и окружающей средой становится равной исходной, т.е. потенциалу покоя. Зависимость изменения потенциала между клеткой и окружающей средой от времени при возбуждении показана на рис. 8.1.
-
потенциал покоя;
мембранный потенциал при возбуждении;
-
общее изменение разности потенциалов.
Общее изменение разности потенциалов между клеткой и окружающей средой, при пороговом и сверхпорогоговом возбуждении клетки, называется потенциалом действия.
Рис. 8.1. |
|
М
еханизм
возникновения потенциала действия. При
возбуждении проницаемость мембраны
увеличивается только для ионов
в
500 раз.
Рис. 8.3 |
Это приводит к увеличению диффузии ионов из окружающей среды в клетку, что приводит к изменению потенциала мембраны (рис. 8.3, б). Эта фаза называется деполяризацией. Затем начинается другая фаза – реполяризация, заключающаяся в следующем. Диффузия ионов внутрь клетки нарушает равновесие концентраций в клетке. В связи с этим повышается проницаемость мембраны для ионов , начинается диффузия ионов из клетки в окружающую среду (рис.8.3, в). В результате происходит реполяризация мембраны и восстановление потенциала покоя. Проницаемость мембраны для ионов и падает до исходной величины. В некоторых случаях регистрируется так называемый следовой потенциал, как на рис.8.2. Он вызван тем, что после окончания возбуждения проницаемость мембраны для ионов и остается повышенной.
Таким образом, формирование потенциала действия обусловлено двумя потоками через мембрану: поток внутрь клетки приводит к перезарядке мембраны, а противоположный поток обусловливает восстановление потенциала. Потоки эти приблизительно равны по величине, но сдвинуты по времени.