Природні джерела

Виникає під час землетрусу, бурі, урагану та інших стихійних лих.

Штучні джерела

Техногенним джерелом інфразвуку може бути потужне обладнання, транспорт, гірничі розробки за допомогою вибухів. Забруднення інфразвуком навколишнього середовища необхідно враховувати при будівництві вітрових електростанцій.

Виробничий інфразвук виникає за рахунок тих же процесів що і шум чутних частот. Найбільшу інтенсивність інфразвукових коливань створюють машини і механізми, що мають поверхні великих розмірів, що роблять низькочастотні механічні коливання (інфразвук механічного походження) чи турбулентні потоки газів і рідин (інфразвук аеродинамічного гідродинамічного походження).

З музичних інструментів інфразвук можна відтворити на органі.

В одному зі старовинних лондонських театрів ставили п'єсу в середині якої дія переносилась із сучасності у далеке минуле. Режисерові-постановнику не вдавалось створити необхідну таємність дії. Відомий фізик Роберт Вуд, що знаходився на репетиції, запропонував діяти на глядачів низькочастотним нечутним звуком. Наступного дня до театру привезли трубу великих розмірів та приладнали її до органу. Незадовго до спектаклю Вуд провів короткочасний дослід по впливу інфразвуку на людей. Коли він привів у дію генератор, нічого не чекавших глядачів охопила турбота, безпричинний страх, вони стали сумно переглядатися, дивитися по сторонах, а декотрі встали зі стільців і пішли до виходу. Ніякого звуку не було чути, але кришталеві підвіски старовинного канделябра затремтіли. Навіть на вулиці почалась паніка.

Фізіологічна дія інфразвуку.

Не сприймається людським вухом. Внутрішні органи людини мають власну частоту коливань в межах від 3 до 12 Гц. Якщо в лежачому положенні, то 6-12 Гц, грудної клітки — 5-8 Гц, черевної порожнини — 3-4 Гц. При дії на організм даної частоти виникає резонанс, який супроводжується неприємними відчуттями і розривом органів.

Інфразвук невеликої потужності діє на барабанну перетинку вуха, викликає біль. Основною причиною швидкої втомлюваності є робота в цехах, шахтах де працюють двигуни. Інфразвук частотою від 2 до 12 Гц сповільнює зорову реакцію. Люди стають неуважні, порушується робота організму, негативний вплив відбувається на слуховий і вестибулярний аналізатори, центральну нервову та серцево-судинні системи. Тривала дія інфразвуку викликає великі зміни клітин міокарду і судин. Великі зміни спостерігаються в судинах кори головного мозку: капіляри судин розширюються, порушується гомеостаз. При дії 16 Гц і інтенсивності 110–120 дБ відбуваються зміни (деформації) ядер в клітині і зміни в цитоплазмі, порушується обмін мікроелементів; порушується функції зовнішнього дихання, функціональний стан нервової системи, що призводить до порушення біоенергетичних процесів. Біологічна дія інфразвуку пояснюється дією на паренхіму внутрішніх органів, в наслідок трансформації з механічної енергії в енергію біохімічних і біомембранних процесів.

ОРІЄНТОВНА КАРТА ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ЛІТЕРАТУРОЮ З ТЕМИ

Основні завдання	Вказівки	Відповіді
Дайте відповіді на запитання (письмово)	Що таке інфразвук? У чому полягає дія інфразвукових хвиль на тканини людського організму? Яка біологічна дія інфразвуку?	Ст..417.[1] Ст..418.[1]
Розв’яжіть задачу	Вантаж масою 2,5 кг, підвішений до пружини з жорсткістю 3,6 . 102 н/м, здійснює вимушені коливання під дією зовнішньої сили F = 13,5 sin 6t. Знайдіть амплітуду вимушених коливань вантажу. Тертям знехтуйте.	Для вібрації характерний випадок. Коли на систему у процесі коливань неперервно діє зовнішня, періодично змінна сила , система буде коливатися з частотою цієї вимушеної сили. Сила врівноважується внутрішніми силами інерції і пружності: , якщо власні коливання системи здійснювалися за законом: то Відповідь: 0,03м.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008. ст.341-357, 417-424.

2. Доброва В.І., Тіманюк В.О. Біофізика та медична апаратура. — К., 2006. ст. 182-185.

3. Посудін Ю.І. Лабораторний практикум і збірник задач із дисципліни «Фізика з основами біофізики»: Навчальний посібник.-К.:Арістей, 2004. ст.19-25

4. Яковенко Н.П. Фізіотерапія: / Н.П. Яковенко, В.Б.Самойленко.-К.:ВСВ «Медицина», 2011. ст.136-144.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ПОЗААУДИТОРНОЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ З основи біологічної фізики та медична апаратура.

Тема. Реографія — метод обстеження загального та органного кровообігу.

Курс 2

Відділення сестринська справа

Кількість навчальних годин 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Вивчення центрального та периферичного кровообігу і зміни тонусу судин при нормальних і патологічних станах організму має велике теоретичне і практичне значення при фізіологічних дослідженнях в діагностиці захворювань серцево-судинної системи. Розвиток електроніки зумовило появу принципово нових методів дослідження серцево-судинної системи, таких як реографія.

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ

Знати:

• суть реографії;

• суть реовазографія, реоенцефалографія.

Вміти:

• пояснити принцип реографії.

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ

(МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ):

Дисципліна	Знати	Вміти
Попередня дисципліна Фізика	змінний струм; опір; коливання; частота.	Пояснити різницю між омічним і ємнісним опором.
Наступні дисципліни Медсестринство в терапії, хірургії, педіатрії, акушерстві та гінекології	- суть реографії; суть реовазографія, реоенцефалографія.	пояснити принцип реографії.

ЗМІСТ ТЕМИ:

Реографія - безкровний метод дослідження загального і органного кровообігу, заснований на реєстрації коливань опору живої тканини організму змінному струму високої частоти. Для реографії використовується змінний струм високої частоти - до 500 кГц, силою до 10 мА. Такий струм є нешкідливим і не відчувається випробуваним, крім того, при такому струмі практично не проявляється ємнісний опір тканин і має значення лише омічний (активне) опір.

Омічний опір обумовлено коливанням іонної провідності рідких середовищ, насамперед крові. Електропровідність тканин обумовлена пульсуючим артеріальним кровотоком і рівномірним, майже не пульсуючим кровотоком в артеріолах, дрібних венах, капілярах.

Змінна величина опору становить не більше 1% загального опору. Виділення змінного компонента омічного складової, посилення і його графічна реєстрація становлять сутність методу реографії.

Коливання опору визначаються обсягом і швидкістю припливу і відтоку крові в зоні між електродами, діаметром, еластичністю судин, умовами венозного відтоку, величиною і формою електродів.

Реограми, таким чином, є відображенням сумарного опору всіх тканин, що знаходяться в міжелектродному просторі, у вигляді інтегральної кривої, в походженні якої провідне місце належить пульсовим коливань кровотоку.

Метод реографії дозволяє вивчати гемодинаміку будь-якого органу, доступного дослідженню, та ділянки кінцівки. Вона дозволяє дати характеристику артеріального кровонаповнення, стану тонусу артеріальних судин, венозного відтоку, колатерального кровообігу, мікроциркуляції.

Реовазографія - метод діагностики, що дозволяє судити про стан периферійного кровонаповнення кінцівок, патологічні зміни судин, а саме тонус та еластичність судинної стінки.

За допомогою РВГ можливо виявити як органічні так і функціональні порушення.  Для диференційної  діагностики цих порушень, а також виявлення прихованих порушень периферійних судин та виявлення компенсаторних можливостей системи кровообігу застосовуємо функціональні проби з нітрогліцерином, холодову пробу, пробу з фізичним навантаженням.

Реоенцефалографія  - широко застосовується для реєстрації стану загальної і регіонарної гемодинаміки головного мозку у спокої та при різних функціональних пробах (в тому числі фармакологічних).

Докладний аналіз РЕГ має діагностичне значення та допомагає у виборі диференційованої терапії при судинних, травматологічних та інших ураженнях мозку.

Реограми органів знімають за допомогою реографа РГ- 4-01, який представляє собою чотири однакові за будовою канали. Кожний канал - це генератор змінного струму і місток. Відмінність каналів в тому, що їх генератори дають струми різної частоти: 1 канал - 79кГц, 2 канал - 57кГц, 3 канал - 46 кГц, 4 канал - 34 кГц. Визначення Z на різних частотах дає можливість простежити залежність Z = f() з метою діагностики.

Оскільки канали включають по черзі, то блок живлення і гальванометр для них спільні. Звичайно, імпеданс тканини буде трохи змінюватися в часі із зміною вмісту крові, але значення R і С тканини визначають , усереднюючи ці відхилення.

ОРІЄНТОВНА КАРТА ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ЛІТЕРАТУРОЮ З ТЕМИ

Основні завдання	Вказівки	Відповіді
Дайте відповіді на запитання (письмово)	Дайте визначення « реографії», «реовазографія», «реоенцефалографія». Що дозволяє вивчати реографія? Як називається прилад який використовують під час реографії? У чому полягає принцип реографії?	Відповіді можна знайти у пункті «Зміст теми» Ст..368 [1]

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008. ст.341-357, 417-424.

2. Доброва В.І., Тіманюк В.О. Біофізика та медична апаратура. — К., 2006. ст. 182-185.

3. Посудін Ю.І. Лабораторний практикум і збірник задач із дисципліни «Фізика з основами біофізики»: Навчальний посібник.-К.:Арістей, 2004. ст.19-25

4. Яковенко Н.П. Фізіотерапія: / Н.П. Яковенко, В.Б.Самойленко.-К.:ВСВ «Медицина», 2011. ст.136-144.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ПОЗААУДИТОРНОЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ З основи біологічної фізики та медична апаратура.

Тема. Загальні поняття термодинаміки

Курс 2

Відділення сестринська справа

Кількість навчальних годин 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Термодинаміка – це наука про закони, перетворення енергії із одного виду в інший. Існування живого організму і всі процеси життєдіяльності в ньому нерозривно зв’язані з перетворенням енергії, зі зміною енергетичного балансу в системі організм – оточуюче середовище. Живі системи поглинають енергію у різних формах, використовують її в метаболічних процесах, які забезпечують ріст, розвиток, розмноження.

Відомо, що перебіг багатьох захворювань і дія на організм лікарських препаратів супроводжується зміною енергетичного метаболізму і температури тіла.

Термодинаміка не дає відповіді на питання, яка природа чи механізм того чи іншого явища. Вона досліджує виключно енергетичну сторону процесів і здатна відповісти на питання, чи можливе протікання даного процесу з точки зору енергетики.

Термодинаміка базується на першому і другому законах термодинаміки.

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ

Знати:

• види термодинамічних систем;

• закони термодинаміки;

• види теплообміну.

Вміти:

• пояснювати значення термодинаміки;

• визначати шляхи теплообміну в організмі людини;

• розв’язувати типові задачі

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ

(МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ):

Дисципліна	Знати	Вміти
Попередня дисципліна Фізика	-перший і другий закон термодинаміки; -види термодинамічних систем; -оборотні і необоротні процеси.	-розв’язувати задачі використовуючи перший та другий закон термодинаміки; -наводити приклади теплообміну.
Наступні дисципліни Фармакологія Медхімія	-перший і другий закон термодинаміки; -види термодинамічних систем; -оборотні і необоротні процеси.	-пояснити на прикладі дії на організм лікарських препаратів, що супроводжується зміною енергетичного метаболізму і температури тіла.

ЗМІСТ ТЕМИ:

Забезпечення вихідного рівня знань:

Термодинаміка – наука про закони перетворення різних видів енергії у термодинамічній системі.

Предметом вивчення термодинаміки є термодинамічна система.

ТДС – це сукупність матеріальних об’єктів відмежованих будь-яким способом від оточуючого середовища.

Параметри ТДС: тиск ρ, об’єм V, температура Т, кількість речовини.

Види ТДС: ізольовані, закриті, відкриті.

Ізольована ТДС – система, яка не обмінюється з зовнішнім середовищем ні енергією, ні речовиною.

Закрита ТДС – система, яка не обмінюється з зовнішнім середовищем речовиною, а обмінюється енергією.

Відкрита ТДС – система, яка обмінюється з зовнішнім середовищем енергією і речовиною.

Зміна внутрішньої енергії системи dU дорівнює сумі кількості теплоти dQ, переданій цій системі, і виконаний над нею роботі dA. dU=dQ+dA

Тепло не може самодовільно переходити від менш нагрітого тіла до більш нагрітого (формулювання Клаузіуса).

Зворотним термодинамічним процесом називається така зміна стану системи, при якій вона може повернутися в початковий стан без затрат енергії зовні.

Незворотним термодинамічним процесом називається така зміна стану, при якій вона не може повернутися в початковий стан без затрат енергії з зовні.

Нові терміни:

Ентропія (S)- відношення тепла Q, яке виробляється в зворотному ізотермічному процесі, до абсолютної температури Т, при якій протікає процес: .

Термодинамічна рівновага – це такий стан ТДС, при якому вільна енергія в системі дорівнює нулю, а ентропія має максимальне значення (F=0, S=max).

Стаціонарний стан – це такий стан ТДС, при якому її параметри залишаються не змінними, але в ній відбувається обмін речовинами і енергією з зовнішнім середовищем. (F = 0; S ≠ max).

Ентальпія— повна енергія системи, яка складається із внутрішньої енергії і добутку тиску на об'єм. Позначається або , де N — число частинок системи, x_i — інші макроскопічні параметри системи. Ентальпія — адитивна функція, тобто ентальпія всієї системи дорівнює сумі ентальпій її складових частин. Із внутрішньою енергією E системи ентальпія зв'язана співвідношенням:

, де U - внутрішня енергія, P - тиск, V - об'єм.

Таким чином ентальпія дорівнює сумі внутрішньої енергії і добутку тиску на об'єм.

Ентальпія залежить від тиску й ентропії системи, тобто при незмінних N і x_i її повний диференціал дорівнює: .

Ентальпія використовується для опису ізобарних процесів, тобто процесів, які відбуваються при сталому тиску.

ОРІЄНТОВНА КАРТА ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ЛІТЕРАТУРОЮ З ТЕМИ

Основні завдання	Вказівки	Відповіді
Дайте відповіді на запитання (письмово)	Що вивчає термодинаміка? Що називають термодинамічною системою? На які види їх поділяють? Запишіть перше і друге начало термодинаміки. Що називають внутрішньою енергією тіла? Що називають теплообміном? Назвіть основні способи теплообміну, запишіть їх визначення. Що таке терморегуляція людського організму?	Ст..103.[1] Ст..108, 122.[1] Ст..106. [1] Ст. 111-112. [1] Ст.. 113.[1]
Розв’яжіть задачу	Визначити зміну ентропії внаслідок перетворення 50г води, температура якої 1000С, на пару (питома теплота пароутворення води r=2,3·106 Дж/кг).	Відповідь:

МАТЕРІАЛИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

Тести для самоконтролю

Тест №1

Математичний вираз другого закону ТД для незворотніх процесів:

а) dS > 0; б) dS < 0; в) dS = 0; г) S = 0.

Тест №2

Математичний вираз другого закону ТД для зворотніх процесів:

а) dS > 0; б) dS < 0; в) dS = 0; г) S = 0.

Тест №3

Рівняння Клаузіуса:

а) dU=dA + T·dS; б) dQ=dA + T·dS; в) dA=dQ + T·dS; г) dA=dQ + dS.

Тест №4

Загальна зміна ентропії dS біологічної системи:

а) dS=dS_i; б) -dS=dS_i; в) dS=dS_e+dS_e; г) dS=-dS_i.

Вірні відповіді: 1 – a; 2 – в; 3 – а; 4 – в.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008. ст.341-357, 417-424.

2. Доброва В.І., Тіманюк В.О. Біофізика та медична апаратура. — К., 2006. ст. 182-185.

3. Посудін Ю.І. Лабораторний практикум і збірник задач із дисципліни «Фізика з основами біофізики»: Навчальний посібник.-К.:Арістей, 2004. ст.19-25

4. Яковенко Н.П. Фізіотерапія: / Н.П. Яковенко, В.Б.Самойленко.-К.:ВСВ «Медицина», 2011. ст.136-144.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ПОЗААУДИТОРНОЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ З основи біологічної фізики та медична апаратура.

Тема. Структура та фізичні властивості біологічних мембран і їх функції

Курс 2

Відділення сестринська справа

Кількість навчальних годин 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Клітина – відкрита термодинамічна система, яка обмінюється речовиною, енергією й інформацією зі середовищем. Транспортні процеси, що відбуваються в мембрані, регулюють об’єм клітини і підтримують її іонний склад у вузьких межах коливань, а це створює необхідні умови для прояву активності ферментів. Вони зумовлюють іонні градієнти, потрібні для виникнення мембранного потенціалу, підтримання збудливості, а також транспортування деяких молекул та іонів. Системи транспорту в мембрані екстрагують зі середовища і концентрують у клітині речовини, що є джерелами енергії, а також необхідні для побудови компонентів клітини.

Розрізняють такі типи транспорту:

• пасивний, зумовлений наявністю градієнтів;

• активний, пов'язаний з енергетичними затратами.

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ

Знати:

• структурні елементи біологічних мембран;

• види транспорту речовин у бiологiчних мембранах;

• види дифузії.

Вміти:

• пояснити механізми пасивного та активного транспорту речовин крізь мембранні структури клітин.

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ

(МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ):

Дисципліни	Знати	Вміти
Попередні(забезпечуючі) дисципліни Біологія, фізика	Будова клітини Явище дифузії	Наводити приклади явища дифузії
Наступні дисципліни Фармакологія	Види транспорту речовин через мембрану	Пояснити механізм транспорту речовин через мембрану
Внутрішньопредметна інтеграція	Структурні елементи біологічних мембран, види транспорту речовин у бiологiчних мембранах.	пояснити механізми пасивного та активного транспорту речовин крізь мембранні структури клітин

ЗМІСТ ТЕМИ:

Забезпечення вихідного рівня знань:

Усі клітини сформовані системою біологічних мембран (від лат. мембрана – шкірка, плівка) Мембрани відокремлюють внутрішнє середовище, поділяють його на функціональні зони.

Модель будови біологічних мембран дістала назву рідинно-мозаїчної.

Плазматична мембрана, яка оточує цитоплазму, міцна та еластична, бо визначає розміри клітини. Вона виконує насамперед захисну функцію: оберігає внутрішнє середовище клітини від несприятливих впливів.

Мембрани здійснюють сигнальну функцію.

Плазматичні мембрани також беруть участь у рості та поділі клітин.

Важлива роль біологічних мембран і в процесах взаємоперетворення різних форм енергії: механічної (наприклад, рух джгутиків, війок), електричної (формування мембранного потенціалу та нервового імпульсу), хімічної (синтез багатих на енергію сполук).

Транспорт речовин через мeмбрани може бути активним чи пассивним.

Транспорт речовин через мeмбрани може бути активним чи пассивним.

Пасивний транспорт – це перенесення речовин із місця з більшим значенням електрохімічного потенціалу до місця з його меншим значенням.

Пасивний транспорт забезпечує вибіркове проникнення речовин через мембрани. При цьому молекули переміщуються завдяки різниці концентрації речовин по обидва боки мембрани: з ділянки, де їхня концентрація висока, у ділянку, де їхня концентрація нижча. Пасивний транспорт триває доти, доки не вирівняються концентрації речовин по обидва боки мембрани. На здійснення пасивного транспорту витрачається небагато енергії або ж вона не витрачається взагалі. Якщо мембрана вільно пропускає молекули однієї речовини та затримує частинки іншої, то відбуватиметься однобічна дифузія лише тієї речовини, яка здатна проходити крізь мембрану. Однобічна дифузія розчинника через напівпроникну мембрану, що розділяє розчин певної речовини і чистий розчинник чи розчин більшої концентрації, дістала назву осмос (грец. осмос – поштовх, тиск).

У забезпеченні пасивного транспорту беруть участь білкові рецепторні молекули плазматичної мембрани. Ці білки взаємодіють з певними молекулами на одній з поверхонь мембрани і внаслідок зміни своєї просторової структури транспортують їх на інший бік. Для різних сполук існують різні типи рецепторних молекул.

Прийнято розрізняти слідуючі види пасивного транспорту речовин через мембрани: 1) дифузія нейтральних молекул; 2)осмос; 3) фільтрація; 4) дифузія іонів; 5) дифузія через канали (пори); 6) дифузія з допомогою молекул-переносників за рахунок: а) дифузія переносника разом з речовиною в мембрані (рухомий переносник); б)естафетної передачі речовини від однієї молекули-переносника до іншої. Дифузію по механізмах 5 і 6 називають полегшеною дифузією.

Дифузія - це процес самостійного повільного проникнення речовини з області з більшою концентрацією в область з меншою концентрацією внаслідок теплового хаотичного руху молекул.

Процес переміщення молекул або іонів через клітинну мембрану проти градієнту концентрації (або проти електричного градієнта, атакож градієнта тиску) називають активним транспортом.

Іноді необхідно, щоб усередині клітини концентрація речовини була високою навіть при низькій концентрації його в позаклітинній рідині (наприклад, для іонів калію). І навпаки, концентрацію інших іонів всередині клітини важливо зберігати на низькому рівні,незважаючи на їх високі концентрації поза клітини (наприклад, для іонів натрію). У жодному з цих двох випадків це не може забезпечуватися простий дифузією, підсумком якої завжди є урівноваження концентрації іонів по обидві сторони мембрани. Для створення надлишкового руху іонів калію всередину клітини, а іонів натрію - назовні необхідний якийсь джерело енергії.

До речовин, активно транспортується, По крайней мере, через деякі клітинні мембрани, відносять іони натрію, калію, кальцію, заліза, водню, хлору, йоду, сечової кислоти, деякі цукру і більшість амінокислот.

Первинно активний і вдруге активний транспорт. В залежності від джерела використовуваної енергії активний транспорт підрозділяєтьсяна два типи: первинно активний і вдруге активний. Для первинно активного транспорту енергія витягається безпосередньо при розщепленні аденозинтрифосфату або деяких інших високоенергетичних фосфатних сполук. Вдруге активний транспорт забезпечується вторинної енергією, накопиченої у формі різниці концентрацій побічних речовин, молекул або іонів, по обидві сторони клітинної мембрани, створеної спочатку первинно активним транспортом. В обох випадках, як і при полегшеноїдифузії, транспорт залежить від білків-переносників, які пронизують клітинну мембрану. Однак функції білків-переносників при активному транспорті відрізняються від перенесення полегшеної дифузією, оскільки в першому випадку білки здатні передавати енергію транспортованого речовини для його переміщення проти електрохімічного градієнта. Далі наведено приклади первинно активного і вдруге активного транспорту з більш детальними поясненнями принципів їх функціонування.

Активний транспорт речовин через біологічні мембрани здійснюється проти градієнта концентрації. Він пов’язаний зі значними витратами енергії, акумульованої в молекулах АТФ.

Один з механізмів активного транспорту речовин через мембрани назвали калій-натрієвим насосом. Він пов’язаний з тим, що концентрація йонів Калію всередині клітини вища, ніж ззовні, а йонів Натрію – навпаки. Завдяки такій різниці концентрацій унаслідок дифузії йони Натрію надходять у клітину, а Калію – виводяться з неї. Але концентрація цих йонів у живій клітині й по за нею ніколи не вирівнюється, оскільки існує особливий механізм, завдяки якому йони Натрію виходять («відкачуються») з клітини, а Калію – надходять («закачуються») до неї. Цей процесс потребує витрат енергії. Існування механізму калій-натрієвого насоса доводить той факт, що у відмерлих або заморожених клітинах концентрація йонів Калію і Натрію з обох боків плазматичної мембрани швидко вирівнюється. Біологічне значення калійpнатрієвого насоса полягає в тому, що завдяки йому енергетично сприятливе (тобто за градієнтом концентрації) пересування йонів Натрію в клітину полегшує енергетично несприятливий (проти градієнта концентрації) транспорт низькомолекулярних сполук (глюкози, амінокислот тощо). У цих процессах беруть участь особливі транспортні білки, що входять до складу клітинних мембран. Існує ще один механізм транспорту речовин– цитоз (від грец. китос –клітина). Розрізняють два основні види цитозу: екзо- та ендоцитоз. Ендоцитоз – це процесс надходження речовин до клітини. Він може відбуватися у вигляді фаго- та піноцитозу.

Часто міжклітинні контакти забезпечують особливі структури – десмосоми. При цьому мембрани двох клітин розташовані паралельно одна одній і розділені простором завширшки 30 нм, у якому міститься пластинка зі щільної речовини. Клітини рослин сполучаються між собою завдяки утворенню мікроскопічних міжклітин них канальців, вистелених мембраною і заповнених цитоплазмою, – плазмодесм.

ОРІЄНТОВНА КАРТА ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ЛІТЕРАТУРОЮ З ТЕМИ

Основні завдання	Вказівки	Відповіді
Дайте відповіді на запитання (письмово)	З яких структурних елементів складається біологічна мембрана? Які бувають види транспорту речовин через біологічну мембрану? Опишіть пасивний транспорт іонів через мембрану. Що таке полегшена дифузія? Який транспорт речовин через мембрану називають активним? Опишіть натрій-калієвий насос. Що таке ендоцитоз, екзоцитоз?	Відповіді можна знайти у пункті «Зміст теми»
Розв’яжіть задачу	Діелектрична проникність мембранних ліпідів ε =1,9. Чому дорівнює товщина мембрани, якщо її частина площею S=1мкм2 має електричну ємність С=1,7·10-14Ф?	Для розвізання аної задачі використовуємо формулу для ємності плоского конденсатора: Відповідь: d=9,9нм

МАТЕРІАЛИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

Тести для самоконтролю

1. Товщина біологічної мембрани дорівнює:

а) 0,01 – 0,1нм;

б) 5 – 10нм;

в) 10 – 100нм.

2. Який хімічний склад біомембран?

а) біліпідний шар;

б) ліпіди, білки, вуглеводи;

в) два шари фосфоліпідів і білки між ними.

3. Що є рушійною силою пасивного транспорту нейтральних молекул через мембрану?

а) різниця потенціалів;

б) градієнт концентрації;

в) градієнт тиску.

4. Як називається транспорт речовин за допомогою білків - перенощиків?

а) фільтрація;

б) активний;

в) полегшена дифузія.

5. Як називається транспорт речовин через мембрану в напрямку градієнта концентрації?

а) активний;

б) пасивний;

в) фільтрація.

Вірні відповіді: 1- б 2-б 3-б 4- в 5-а

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008. ст.341-357, 417-424.

2. Доброва В.І., Тіманюк В.О. Біофізика та медична апаратура. — К., 2006. ст. 182-185.

3. Посудін Ю.І. Лабораторний практикум і збірник задач із дисципліни «Фізика з основами біофізики»: Навчальний посібник.-К.:Арістей, 2004. ст.19-25

4. Яковенко Н.П. Фізіотерапія: / Н.П. Яковенко, В.Б.Самойленко.-К.:ВСВ «Медицина», 2011. ст.136-144.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ПОЗААУДИТОРНОЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ З основи біологічної фізики та медична апаратура.

Тема. Обладнання (електроди та датчики) для реєстрації медико-біологічної інформації

Курс 2

Відділення сестринська справа

Кількість навчальних годин 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Інструментальні засоби медико-біологічних досліджень являють собою сукупність приладів, апаратів, систем, комплексів і пристосувань до них, в яких реалізуються фізичні та фізико-хімічні методи дослідження різних біологічних об'єктів. Виконання цих досліджень дозволяє отримати діагностичну інформацію про стан об'єкта у вигляді безлічі медико-біологічних показників та записів фізіологічних процесів, на підставі аналізу яких будується діагностичне висновок. Таким чином, надійність і достовірність висновків в значній мірі залежать від вибору діагностичного методу (або їх сукупності). Однак не завжди дослідник вільний у виборі методу дослідження.

Для того щоб отримати і зафіксувати інформацію про медико-біологічній системі, необхідно мати цілу сукупність пристроїв. Структурна схема складається з пристрої знімання (електрод або датчик), підсилювача, передавача, приймача, вимірювального приладу.

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ

Знати:

• медична аппаратура;

• типи датчиків та їх характеристики.

Вміти:

• пояснювати фізичні основи дії на тканини постійного електричного струму;

• пояснити принцип реєстрації медико-бiологiчної інформації.

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ

(МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ):

Дисципліни	Знати	Вміти
Попередні дисципліни фізика	Постійний та змінний електричний струм
Наступні дисципліни	-медична аппаратура; -типи датчиків та їх характеристики.	-пояснювати фізичні основи дії на тканини постійного електричного струму; -пояснити принцип реєстрації медико-бiологiчної інформації.

ЗМІСТ ТЕМИ:

При вивченні об’єкта інформацію про його стан і властивості одержуємо за допомогою різних приладів, а зокрема, за допомогою датчиків. Датчиком називається пристрій, який розміщується безпосередньо біля об’єкта, що вивчається, і який перетворює вимірювані параметри і величини, зручні для передачі каналами зв’язку і наступної реєстрації. Як правило датчики перетворюють неелектричні величини, наприклад, температуру, тиск, хімічний склад середовища в електричні сигнали, зручні для передачі на відстань, підсилення і реєстрації.

Єдиної класифікації датчиків немає. Найбільш доцільно їх класифікувати за основними ознаками-призначенням, характером перетворення енергії, типом вимірюваної речовини. На датчик одночасно будуть впливати багато фізичних величин, однак стан датчика повинен залежати лише від однієї величини, яка називається природньою вимірюваною величиною. В цьому відношенні датчики можна поділити на датчики температури, тиску, механічного зміщення, швидкості течії крові і т.п. В залежності від виду енергії, яка перетворюється в електричну, датчики поділяють на термоелектричні, фотоелектричні, акустичні.

За принципом перетворенням енергії датчики поділяються на генераторні і параметричні.

Генераторні датчики – це перетворювачі, які під дією зовнішньої енергії виробляють електричний сигнал. До них відносяться п”єзоелектричні датчики, термопари, напівпровідникові фотоелементи, індукційні датчики. Якщо їх коефіцієнт корисної дії великий, то вони можуть служити джерелами електричної енергії ( напівпровідникові фотоелементи і термоелементи ).

Параметричні датчики під дією зовнішнього сигналу змінюють один із своїх параметрів : ємність, індуктивність, опір. При цьому змінюється потік енергії, який проходить через датчик від зовнішнього джерела, що і дає вихідний сигнал.

Датчики також поділяють на пасивні і активні.

Пасивні датчики сприймають вихідний сигнал і передають його у вигляді електричного сигналу реєструючій системі. При проходженні через пасивний датчик потік енергії зменшується внаслідок втрат.

Активний датчик одержує додаткову енергію від джерела живлення. За цією класифікацією генераторні датчики відносяться до активних, а параметричні – до пасивних

Розглянемо характеристики датчиків .

Існують часові характеристики датчики . Всі датчики в більшій чи меншій мірі інерційні, тобто не реагують миттєво на зміну вхідного сигналу. Наприклад, інерційність датчиків температури, термопари і термістора, зв’язана з процесом вирівнювання температури об’єкта і датчика. Чим більша теплоємність датчика, тим більше його теплова інерційність. Цим зумовлене відставання зміни вихідної величини від зміни вхідної. При значній інерційності стає неможливим реєстрування швидкозмінних процесів. Інерційність датчика приводить до неоднозначності вихідного сигналу: не можна сказати чи певне значення вихідного сигналу Y відповідає ще наростаючому вхідному сигналу чи спадаючому. Для датчиків, які містять пружини і мембрани, інерційність буде зв’язана з пружинними післядіями.Числовою характеристикою інерційності є динамічна чутливість Zg, яка дорівнює відношенню швидкості зміни вихідного сигналу до швидкості зміни вхідного Zg=(dY/dt)/(dX/dt).

Чим більша інерційність датчика, тим менша Zg.

Порогом чутливості Х₀ називається найменша зміна вимірюваної величини (вхідного сигналу), що викликє зміну вихідного сигналу.

Характерним показником якості датчика є повний діапазон, який виражається формулою D=X_max/X₀, де X_max – природна межа вимірювань, яка визначається природою вимірюваної величини і конструкцією датчика.

При роботі з датчиком слід враховувати їх можливі похибки. Причиною останніх можуть бути теплова залежність функції перетворення; неоднозначність функції перетворення зумовлена інерційністю; непостійність функції перетворення з часом ( старіння датчика ); зворотній вплив датчика на досліджуванний об’єкт, що приводить до зміни результатів.

Датчики, особливо ті, що використовуються в медичній практиці, повинні задовольняти певні вимоги:

1. Оскільки біологічні сигнали мають малу інтенсивність, чутливість датчиків повинна бути високою.

2. Повинна бути забезпечена стабільність і надійність результатів,які дає датчик.

3. Медичні датчики повинні мінімально впливати на пацієнта.

4. Датчики, особливо розраховані на тривале вживання в організм пацієнта, повинні бути хімічно стійкими.

5. Більшість датчиків розраховані на багаторазове використання, тому вони повинні допускати можливість стерилізації для запобігання перенесення інфекції.

6. Розміри і маса датчиків повинні бути малими.

7. Певне значення мають вартість і технологічність датчиків.

ОРІЄНТОВНА КАРТА ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ЛІТЕРАТУРОЮ З ТЕМИ

Основні завдання	Вказівки	Відповіді
Дайте відповіді на запитання (письмово)	Що таке датчики? Які існують види датчиків? Назвіть основні характеристики датчиків. Які вимогами повинні задовольнити датчики?	Відповідь можна знайти у пункті «Зміст теми»
Виконайте тести (усно)	1.Вкажіть вид пристрої знімання інформації , що застосовується при реєстрації ЕКГ. А. Датчики -перетворювачі генераторного типу. Б. Датчики -перетворювачі параметричного типу. В. Електроди . Г. Енергетичні датчики -перетворювачі . Д. Біокеруючі датчики -перетворювачі . 2.При реєстрації тиску крові в порожнинах серця може використовуватися ємнісний датчик. Він відноситься до пристроїв знімання інформації , загальна назва яких ........ . А. Електроди. Б. Датчики -перетворювачі генераторного типу. В. Датчики -перетворювачі параметричного типу. Г. Енергетичні датчики –перетворювачі. Д. Біокеруючі датчики –перетворювачі. 3.Вкажіть загальну назву виду пристроїв знімання інформації , застосовуваних у приладах ультразвукової діагностики. А. Біокеруючі датчики -перетворювачі . Б. Датчики -перетворювачі параметричного типу. В. Датчики -перетворювачі . Г. Енергетичні датчики -перетворювачі . Д. Електроди .	Вірні відповіді: 1-В, 2-В, 3-В.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008. ст.341-357, 417-424.

2. Доброва В.І., Тіманюк В.О. Біофізика та медична апаратура. — К., 2006. ст. 182-185.

3. Посудін Ю.І. Лабораторний практикум і збірник задач із дисципліни «Фізика з основами біофізики»: Навчальний посібник.-К.:Арістей, 2004. ст.19-25

4. Яковенко Н.П. Фізіотерапія: / Н.П. Яковенко, В.Б.Самойленко.-К.:ВСВ «Медицина», 2011. ст.136-144.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ПОЗААУДИТОРНОЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ З основи біологічної фізики та медична апаратура.

Тема. Застосування сучасної медичної апаратури в діагностичних, лікувальних та реабілітаційних установах

Курс 2

Відділення сестринська справа

Кількість навчальних годин 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Для встановлення діагнозу і проведення лікувального процесу сучасна медицина використовує цілий арсенал різних засобів. Гідне місце серед них займає медична техніка. Вона дає можливість значно вдосконалити методи дослідження , створювати нові методи діагностики і лікування.

Ускладнення медичної техніки, насичення нею медичних установ ставлять підвищені вимоги до кваліфікації медичного персоналу. Медична техніка представляє собою основні фонди медичної установи, а також знаряддя праці лікаря, медсестри. Медичний працівник, який не оволодів навиками роботи з сучасною медичною технікою, не знає її, не вважає її своїм знаряддям професійної праці, не може повноцінно виконувати свої службові обов’язки.

Нову сторінку відкривають можливості обчислювальної техніки, мікропроцесорів, технічних засобів синтезу об’ємних зображень внутрішніх органів. Головною і кінцевою метою діяльності всіх працівників охорони здоров’я є безпосереднє використання всіх доступних заходів для підтримування здоров’я пацієнта в оптимальному стані.

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ

Знати:

• медична апаратура.

Вміти:

• пояснювати фізичні основи дії на тканини постійного електричного струму;

• пояснити принцип реєстрацію медико-бiологiчної інформації.

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ

(МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ):

Дисципліни	Знати	Вміти
Попередні дисципліни фізика	Постійний та змінний електричний струм
Наступні дисципліни Терапія (всі клінічні дисципліни)	Використання медичної апаратури в діагностиці.	вміти пояснювати фізичні основи дії постійного і змінного електричного полів на організм людини та вирізняти діагностичні методики

ЗМІСТ ТЕМИ:

Сучасна медична техніка – це радіоелектронна, лазерна, кріогенна техніка, рентгенологічні і акустичні пристрої, штучні “ органи “, складні системи життєзабезпечення, технічні засоби, які ґрунтуються на досягненні хімії полімерів, техніки високих енергій, коротко- і ультракоротко живучих ізотопів.

Медичний прилад – це технічний пристрій, що призначений для спостереження, вимірювання, обробки і представлення інформації про живий організм, передача її на відстань.

Медичний апарат – це технічний пристрій, що дозволяє генерувати різні енергетичні фактори, що діють на живий організм з лікувальною або терапевтичною метою та підтримувати нормальне функціонування організму.

Взагалі, поняття “ апарат “ походить від грецького слова apparatus (устаткування, прилад, технічний пристрій). Ми ж розділяємо це поняття на два : апарат і прилад. Спільний термін для медичних приладів і апаратів є медична апаратура.