Биофизика
1	Основные функции и структура биологических мембран	2
2	Пассивный и активный перенос веществ через мембрану. Опыт Уссинга	4
3	Потенциал покоя и потенциал действия. Распространение нервного импульса	7
4	Внешние электрические поля органов. Принцип экви­валентного генератора	12
5	Физические основы электрокардиографии	13
6	Метод исследования электрической активности головного мозга — электроэнцефалография	18
7	Автоволны в органах и тканях. Их основные свойства	19
8	Строение мышцы. Биофизика мышечного сокращения	23
9	Принцип автоматической регуляции в живых системах	27
10	Влияние изменения радиоактивного фона Земли на состояние человека	29
11	Электромагнитные излучения в медицине	32
12	Радиоактивные излучения в медицине	34
13	Виды физических полей тела человека. Их источники и характеристики	36
Методы обработки биомедицинских сигналов и данных
14	Свертка как операция, выполняемая измерительными приборами	39
15	Теорема Планшереля	40
16	Фильтрация как операция, выполняемая измерительными приборами	41
17	Дискретизация.	42
18	Теорема дискретизации Шеннона.	43
19	Теорема восстановления Котельникова-Шеннона.	44
20	Дискретизация, осуществляемая реальным устройством	45
21	Дискретное преобразование Фурье	45
22	Обратное ДПФ	46
23	Частотная или амплитудная фильтрация	47
24	Быстрое преобразование Фурье	48
25	Геометрическая модель данных	49
26	Решающие функции	50
27	Основы медицинских технологий проведения исследований	51
28	Сеть Ethernet на базе витой пары	52
29	Ethernet на основе оптоволоконного кабеля, беспроводных каналов связи.	54
30	Сеть Fiber Distributed Data Interface.	55
31	Высокоскоростные сети 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.	56
32	Концепция телемедицинской сети	57
33	Структура телемедицинской сети.	59
34	Структура аппаратного обеспечения телемедицинской сети.	60
Медицинские приборы, аппараты и системы
35	Классификация медицинских электронных приборов, аппаратов, и систем	61
36	Компьютерная томография	64
37	ЯМР-томография	65
38	Термография. Методика проведения тепловизионных исследований	67
39	Принципы работы электронных ингаляторов	69
40	Принципы работы ультразвуковых диагностических аппаратов	71
41	Применение физических полей для разрушения биологических тканей	73
42	Возможности и принципы работы наркозно-дыхательной аппаратуры	74
43	Методы и средства исследования перистальтики пищевода	76
44	Лазерные терапевтические аппараты	79
45	Принципы работы ультразвуковых терапевтических аппаратов	84
46	Принципы работы УВЧ, СВЧ терапевтических аппаратов	85
	Задачи	88

1. Основные функции и структура биологических мембран

Элементарная живая система, способная к самостоятельно­му существованию, развитию - это живая клетка - основа строения всех животных и растений. Важней­шими условиями существования клетки (и клеточных органелл) являются автономность по отношению к окружающей среде (вещество клетки не должно смешивать­ся с окружающей средой, должна наблюдаться автономность химических реакций в клетке и в ее отдельных частях); с другой стороны, необходима связь с окружающей средой (непрерывный, регули­руемый обмен веществом и энергией между клеткой и окружа­ющей средой), поэтому важное условие существования клетки, а следовательно и жизни – нормальное функционирование мембран.

Биологическая мембрана – барьер с избирательной проницаемостью, имееющий большое значение для поддержания нормальной жизнедеятельности клетки.

Основные функции биологических мембран:

1. барьерная — обеспечивает селективный, регулируемый, пассив­ный и активный обмен веществом с окружающей средой (селективный - значит, избирательный: одни вещества переносятся че­рез биологическую мембрану, другие - нет; регулируемый - про­ницаемость мембраны для определенных веществ меняется в за­висимости от генома и функционального состояния клетки);

2. матричная - обеспечивает определенное взаимное располо­жение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает их оп­тимальное взаимодействие (например, оптимальное взаимодей­ствие мембранных ферментов);

3. механическая - обеспечивает прочность и автономность клет­ки, внутриклеточных структур.

4. энергетическую - синтез АТФ на внутренних мембранах ми­тохондрий (это внутриклеточные органеллы, в которых происходит переработка жирных кислот и углеводов с синтезом АТФ (Адезинтрифосфат – основной носитель энергии в клетках, приводящий в действие биохимические процессы)) и фотосинтез в мембранах хлоропластов ( это структуры, в которых происходят фотосинтетические процессы);

5. адгезивная – обеспечивает межклеточное взаимодействие;

6. двигательная – обеспечивает процесс движения клетки;

7. секреторная – обеспечивает процесс экзо и эндоцитоза (это два активных процесса, посредством которых различные материалы транспортируются через мембрану либо в клетки (эндоцитоз), либо из клеток (экзоцитоз).

8. рецепторную (акустическая, обонятельная, зрительная, химическая)

Общая площадь всех биологических мембран в организме че­ловека достигает десятков тысяч квадратных метров.

Первая модель строения биомембран была предложена в 1902 г. Было предложено, что мембрана состоит из тонкого слоя фосфолипидов. В 1925 г. предположили, что липиды в мембране располагаются в виде бимолекулярного слоя.

Эту теорию подтвердили исследования электрических параметров мембраны. Биомембрану можно рассматривать как электрически конденсатор, в котором пластинами являются электролиты наружного и внутреннего растворов с погруженными в них головами липидных молекул. Проводники разделены диэлектрическим слоем, образованным неполярной частью липидных молекул, т.е. двойным слоем их хвостов. Липиды (жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине) и диэлектрики (вещество, практически не проводящее электрический ток) с диэлектрической проницаемостью ɛ=2.

Емкость плоского конденсатора

С=(ɛɛ₀S)/d

где электрическая постоянная ɛ₀=8,85*10^-12 Ф/м, d-расстояние между пластинами конденсатора, S-площадь пластины.

Удельная емкость (на единицу площади)

С_у=(ɛɛ₀)/d. Отсюда d= (ɛɛ₀)/С_у=(8,85*10^-12*2)/(0,5*10^-2)=3,5нм.

Однако мембрана – это не только липидный бислой. Полученные экспериментальные данные свидетельствовали о том, что биомембрана содержит также белки. Рассмотренная модель называется бутербродной, т.е. когда между двумя слоями фосфолипидов располагались белки. По мере накопления экспериментальный данный бутербродная модель не полностью отражала структурную модель.

Физические методы исследования, такие как рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, флуоресцентный анализ, электронный парамагнитный резонанс, ядерно – магнитный резонанс позволили представить жидкостно – мозаичную модель плазматической мембраны.

В основу структуры биомембраны положена двухслойная модель фосфолипидов, инкрустированная белками. Различают белки: поверхностные, периферийные, интегральные.

.

Рис.2 жидкостно-мозаичная модель

Липиды находятся при физиологических условиях в жидком агрегатном состоянии. Это позволяет сравнить мембрану с фосфолипидным морем, по которому плавают белковые "айсберги". Согласно современноый моделе соотношение количество белков и липидов должно быть примерно одинаково. Кроме фосфолипидов и белков, в биомембранах содержатся и другие химические соединения, например, холестерин, гликолипиды, гликопротеиды. Белковые "айсберги" не всегда свободно плавают в липидном море, а могут быть "заякорены" на внут­ренние (цитоплазматические) структуры клетки. К таким структурам относятся микрофиламенты и микротрубочки (рис. 2). Микротрубочки - полые цилиндры диаметром около 300 нм из особого белка (тубулина). При этом не все липиды в мембране расположены по принципу бислоя. Имеются участки, где липиды образуют монослой. В мембранах содержатся разные фосфолипиды, в мембанах электроцитов их более 20 видов.

Режим функционирования бислоя мембраны зависит от микровязкости бислоя, подвижности фосфолипидных молекул в мембране, а также от фазового состояния мембранных липидов.