ПРЕДИСЛОВИЕ

В соответствии с концепцией профилизированного обучения государственная программа по физике для специальности «Лечебное дело» за последние годы претерпела существенные изменения. В нее вошли новые разделы, отражающие достижения современной медицины. Среди специальных вопросов, рассматриваемых в рамках этой дисциплины, можно назвать ультразвуковую, рентгеновскую и радионуклидную диагностику, магниторезонансную спектроскопию, компьютерную томографию, эндоскопию, лазеротерапию и лазерохирургию, лучевую терапию и многие другие.

Немедикаментозные методы лечения представлены гемодиализом, акустической, инфракрасной и лучевой терапией, широко применяемым в медицине методам воздействия на организм человека магнитных и электрических полей и т.д.

Требования новой программы нашли свое отражение и в лабораторном практикуме, посвященном изучению инструментальных и аппаратных методов, используемых в современной медицине.

При этом, ориентируя студентов на самостоятельную работу, необходимо создать для этого условия, предоставив им необходимые материалы. Предлагаемое пособие носит справочный характер. В нем даются краткие сведения по основным вопросам программы по физике, а также необходимые материалы из физиологии и клинической медицины, которые необходимы при выполнении лабораторного практикума.

1. Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется в зависимости от времени по закону синуса или косинуса.

Период колебаний – это время, за которое совершается одно полное колебание.

Частота колебаний – это число колебаний, совершаемых за единицу времени.

Фаза колебания – это величина, характеризующая положение колеблющегося тела в данный момент времени.

Амплитуда колебания – это максимальное значение колеблющейся величины.

Уравнение гармонических колебаний имеет вид: x=Asin(w₀t+ j₀), где А – амплитуда колебаний, w₀ - круговая частота колебаний, j₀ – начальная фаза (при t=0); (w₀t+ j₀) = j – фаза колебаний.

2. Затухающие колебания – это колебания, прекращающиеся во времени под действием трения.

Вынужденные колебания возникают в системах при участии внешней силы, изменяющейся по периодическому закону.

Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты собственных колебаний системы с частотой вынуждающей силы.

3. Колебания в медицине. Большинство процессов, анализ которых дает основной объем диагностической информации, имеют колебательный характер. В биологии и медицине это - ритмы, циклы и т.д.

Основными способами получения диагностической информации является анализ формы колебаний или их спектральный анализ. Особенностью многих видов колебаний в биологических объектах является сложность их формы, поэтому в медицине и биологии наиболее часто используется анализ формы колебаний. Например, на электрокардиограмме человека можно выделить ряд зубцов, несущих информацию о работе сердечно-сосудистой системы. Колебания интервалов между ударами сердца (P-R интервалов) или соответствующие колебаниям интервалов между пиками пульсовой волны давно используются для оценки работы системы регуляции человека.

4. Механическая волна – это механическое возмущение, распростра-

няющееся в пространстве и несущее энергию.

Уравнение волны:

,

где S – смещение точки, участвующей в волновом процессе; А – амплитуда волны; – фаза волны; v – скорость ее распространения; w – круговая частота; x – произвольная координата.

5. Вектор Умова - вектор I, показывающий направление распространения волн и равный потоку энергии волн, проходящему через единичную площадь, перпендикулярную этому направлению:

I= =w_pv,

где w_p – объемная плотность энергии колебательного движения; v – скорость волны.

6. Эффект Доплера – это изменение частоты волн, воспринимаемых

наблюдателем, вследствие относительного движения источника

волн и наблюдателя.

При движении наблюдателя со скоростью v по направлению к

источнику он воспринимает частоту:

,

где n^¢ – воспринимаемая частота волны; n – частота волн, испускаемых источником, v – скорость распространения волны, v_н – скорость движения наблюдателя.

Эффект Доплера применяется для определения скорости движущихся объектов по изменению частоты отраженного от него сигнала (доплеровский сдвиг частот).

7. Звук – это упругие колебания и волны в газах, жидкостях и твердых

телах, воспринимаемые человеческим ухом (частота от 16 до 20 кГц).

Тембр звука определяется его спектральным составом.

Громкость звука – субъективная оценка звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

Интенсивность звука – энергетическая характеристика звука,

которая может быть выражена также и в виде вектора Умова

,

где Ф – поток энергии волн, отнесенный к площади S, ориентированной перпендикулярно распространению волн. Обычно пользуются величиной

,

где I₀ – порог слышимости.

8. Аудиометрия – это метод измерения остроты слуха.

Закон Вебера-Фехнера:

,

где Е – громкость звука (измеряется в фонах).

Согласно этому закону, если увеличить раздражение в геометрической прогрессии, то ощущение этого раздражения увеличится в арифметической прогрессии.

9. Перкусcия – это метод, основанный на выслушивании отдельных

частей тела при их простукивании.

10. Аускультация – выслушивание c помощью стетоскопа или фонен- доскопа дыхательных шумов, хрипов, характерных для заболеваний; по изменению тонов сердца можно судить о состоянии сердечной деятельности. Можно также прослушивать сердце плода.

Фонокардиография (ФКГ) – это метод, заключающийся в

графической регистрации тонов и шумов сердца и их диагностической

интерпретации.

Фонокардиограф служит для снятия ФКГ и состоит из микрофона, усилителя, системы фильтров и регистрирующего устройства.

11. Ультразвук (УЗ) представляет собой механические колебания

(упругие волны) с частотами примерно от 2×10⁴ Гц (20 кГц) до 10⁹

Гц (1 Гигагерц).

Источники и приемники УЗ. Для генерации УЗ применяют УЗ -

излучатели. Встречаются механические и электромеханические излучатели. Механические УЗ - излучатели: воздушные (например, свисток Гальтона) и жидкостные. Наибольшее распространение получили электромеханические УЗ - излучатели, принцип действия которых основан на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Этот эффект заключается в механической деформации тела под действием переменного электрического поля.

Основным элементом электромеханического УЗ - излучателя является пьезоэлемент, при подключении которого к источнику переменного электрического поля он будет деформироваться, излучая УЗ - волны определенной частоты.

Для приема УЗ - колебаний используют прямой пьезоэлектрический эффект, когда под действием УЗ происходит деформация пьезоэлемента, которая приводит к возникновению переменного электрического напряжения. Это напряжение может быть измерено и преобразовано соответствующей аппаратурой для определения параметров УЗ -колебаний.

12. Воздействие УЗ на организм. УЗ вызывает в биологических объектах

следующие эффекты:

- микровибрации на клеточном и субклеточном уровнях;

- разрушение биомакромолекул;

- повреждение биологических мембран;

- тепловое действие;

- разрушение клеток и микроорганизмов.

13. УЗ - терапия. Физиологический эффект лечебных доз УЗ выражается ускорением процессов рассасывания экссудатов, инфильтратов и кровоизлияний. УЗ оказывает нервно-трофическое, общетонизирующее, антиспастическое, аналгезирующее, противовоспалительное действие. УЗ используется в специальной терапии при лечении ЛОР - заболеваний, в офтальмологии, гинекологии и т.д.

14. УЗ - диагностика. Способность УЗ без существенного поглощения

проникать в мягкие ткани организма и отражаться от неоднородностей среды используется для диагностики заболеваний внутренних органов.

Различают два метода УЗ диагностики: теневой и локационный.

Теневой метод основан на регистрации интенсивности УЗ, прошедшего через исследуемый объект. При наличии внутри него неоднородностей с различными коэффициентами поглощения регистрирующее устройство зафиксирует “звуковые тени” этих неоднородностей.

Локационный метод, получивший наибольшее распространение, основан на использовании одиночных импульсов, направленных на исследуемый орган, и регистрации времени их возвращения и амплитуды после отражения от неоднородностей исследуемого объекта.

15. Метод ультразвуковой эхолокации. В ультразвуковой диагностике используются затухание и отражение ультразвуковых волн при их прохождении через неоднородную среду. Основная особенность ультразвуковой диагностики - возможность получить информацию о мягких тканях, незначительно различающихся по плотности или упругости.

Суть локационного метода состоит в регистрации ультразвукового сигнала, отраженного от границ раздела тканей, отличающихся по плотности: костей, мышц, кожи, жира и т.д. Чем значительнее разница волновых сопротивлений граничащих друг с другом сред, тем амплитуда сигнала больше.

При попадании сигнала на мелкие препятствия, размеры которых меньше длины волны ультразвукового пучка, происходит его дифракция. На объектах больших размеров УЗ - пучок отражается и преломляется.

Эхо ультразвукового сигнала усиливается, обрабатывается по заданной программе и поступает на монитор в виде изображения исследуемого объекта в выбранных плоскостях (срезах). Изображение объекта – черно-белое, однако для большей информативности прибегают к его цветовому раскрашиванию.

Датчики, используемые в диагностике, одновременно играют роль источника и приемника отраженных эхосигналов.

Поглощение ультразвука в воздухе в тысячу раз больше, чем в жидкости, поэтому при контакте датчика с поверхностью кожи пациента вследствие наличия воздушной прослойки может произойти значительное поглощение и искажение ультразвукового сигнала. Поэтому для обеспечения полного прилегания излучателя к изучаемому объекту его поверхность покрывается тонким слоем специальной жидкости (гелем) с акустическим импедансом, близким к импедансу кожи.

Наибольшее распространение ультразвуковая эхолокация получила в изучении аномалий анатомических структур органов брюшной полости: печени, желчного пузыря, почек, поджелудочной железы, селезенки, мочеполовой системы и т.д. Он также применяется при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов, для исследования патологии и аномалий структур глаза, а также патологий глазной орбиты.

Особое место ультразвуковые исследования занимают в акушерстве. Будучи совершенно безвредными для развивающегося плода, на сегодняшний день они не имеют приемлемой альтернативы. Особый интерес вызывают динамические методы, в которых проводится измерение скоростей движущихся объектов. Основаны они на эффекте Доплера.

16. Цветовое кодирование черно-белых изображений. Интроскопические изображения, получаемые в рентгенографии, ультразвуковых и магниторезонансных исследованиях, компьютерной томографии и т.д. являются черно-белыми. При их визуальном изучении на экране монитора или на твердых носителях их информативность значительно снижается вследствие ограниченности возможностей монохромного зрения. При анализе же цветного изображения появля­ются дополнительные признаки, существенно повышающие их информативность. К ним можно отнести яркость и цветовую насыщенность, контрастность изображения, малую зернистость. Обозрение цветного изображения включает ряд механизмов зрения, не работавших в монохромном режиме.

Следует учитывать и то, что черно-белый экран монитора способен воспроизвести не более 200 градаций яркости, в то время как цветной монитор воспроизводит около 4 тыс. цветностей одной яркости и порядка 100 градаций яркости.

Для повышения качества и информативности изображения в интроскопии прибегают к их искусственному раскрашиванию. Чаще используются красный, желтый и зеленый цвета. С помощью цветового раскрашивания можно выделить область патологического очага, что позволяет уточнить область операционного поля, его размеры, форму и локализацию.

17. Эхоэнцефалография – определение размеров опухолей и отеков

головного мозга.

Эхокардиография – определение положения и размеров сердца.

18. УЗ - эффект Доплера. Сущность явления та же, что описана в вопросе 5, разница состоит лишь в том, что вместо звука используется ультразвук.

Применяется для изучения характера движения сердечных клапанов, миокарда предсердия и желудочков. Ультразвуковая доплеровская локация сердца дает информацию, которая не может быть получена другими методами и может быть сравнима по своей ценности только с информацией, которую дает катетеризация сердца и ангиокардиография.

УЗ - эффект Доплера успешно применяется в клинической практике для определения скорости кровотока.

УЗ-кардиография занимается измерением размеров сердца в динамике.

УЗ - локация используется в офтальмологии для определения размеров глазных сред.

19. Ультразвуковая флоуметрия. Важной характеристикой функциональных систем организма является состояние кровообращения, в том числе периферического. До внедрения в клиническую практику доплеровских методов о скорости кровотока судили по косвенным признакам. В настоящее время УЗ - эффект Доплера успешно применяется в клинической практике для определения скорости кровотока. Прибор, выполняющий эти функции, в гемодинамике известен как ультразвуковой флоумер. Он применяется для исследования не только линейной, но и объемной скорости кровотока.

Движущийся поток крови будет влиять на время прохождения ультразвукового сигнала в зависимости от того, направлен ли сигнал против течения или по течению так же, как течение воды влияет на скорость пловца. В прямом цикле звуковая волна направлена против составляющей вектора потока, что увеличивает общее время прохождения на некоторую величину. В обратном цикле направление ультразвуковой волны совпадает с направлением вектора потока, что уменьшает общее время прохождения на ту же самую величину. Затем расходомер вычитает время прохождения обратного цикла из времени прохождения прямого цикла, и, полученная в результате разность сигналов будет пропорциональна потоку движущейся жидкости.

20. Ультразвук в хирургии. Применение ультразвука в хирургии связано со способностью сильно фокусированного пучка ультразвука вызывать локальные разрушения в тканях, а также со свойством ультразвука накладываться на хирургические инструменты типа лезвий, пил, механических наконечников. Хирургическая техника должна обеспечивать управляемость разрушения тканей, воздействовать только на четко ограниченную область, быть быстродействующей, вызывать минимальные потери крови.

Особенно эффективен УЗ - скальпель при операциях на таких богатых кровью органах, как селезенка и печень. Значительно облегчается процесс разрезания костной ткани при использовании ультразвуковой пилы. С помощью ультразвуковых хирургических инструментов проводят удаление катаракты хрусталика глаза.

21. Ультразвуковая литотрипсия. В восьмидесятых годах 20-го столетия для дробления почечных камней начали использовать ультразвук (так называемую внешнюю литотрипсию). Принцип этого метода относительно прост. Вначале пациента помещают в специальную ванну так, что его живот погружается в воду. Затем с помощью ультразвука точно определяют местонахождение камня в мочеточнике. После этого на тело пациента направляют две мощные ультразвуковые волны, которые сходятся в участке расположения камня.

Ультразвуковые волны вызывают вибрации высокой интенсивности, которые позволяют раздробить камень на кусочки. Эти кусочки свободно продвигаются по мочеточнику в мочевой пузырь. Литотрипсия считается относительно безопасной процедурой. Она проводится быстро, дает мало осложнений и имеет короткий восстановительный период. Литотрипсия более безопасна, чем открытая операция или лапароскопия.

22. Ультразвук в стоматологии. Наибольшее распространение УЗ нашел в пародонтологии для удаления зубных отложений, при лечении хронических периодонтитов, позволяющем достичь стерильности корневого канала и лечебного эффекта при воспалениях. Использование ультразвуковых игольчатых волноводов, позволяет вводить лекарственное вещество в канал и периапекс.

Кавитация, возникающая в жидкости при ультразвуковых колебаниях, используется для эффективного вымывания мельчайших загрязнений в капиллярных канальцах дентина.

В стоматологической хирургии УЗ применяется для ретроградного пломбирования каналов зубов. Ультразвуковые хирургические инструменты: скальпели, лезвия и пилы давно нашли свое применение во всех отраслях современной медицины.

Достоинством озвученных резаков служит высокая механическая эффективность разрезания ткани при малой прикладываемой нагрузке к инструменту. Высокая частота вибрации инструмента производит температурную коагуляцию тканей и кровеносных сосудов, снижая потери крови, делая операционное поле наиболее визуально доступным и сокращая общее время проведения хирургического вмешательства.

23. Инфразвук – механические волны с частотой меньше 20 Гц. По-

глощается слабо, распространяется далеко. Вызывает усталость,

головную боль, сонливость и т.д.

24. Поверхностное натяжение жидкостей – это напряженное состояние поверхностного слоя жидкости. Величина поверхностного натяжения численно равна изохорно-изотермической работе образования единицы новой поверхности жидкости:

 = ,

где А – работа, совершаемая при образовании новой поверхности S. Если условно выбрать на поверхности жидкости отрезок длиной l, то силу поверхностного натяжения можно обозначить через F. Тогда поверхностное натяжение равно  = . Поверхностное натяжение убывает с возрастанием температуры.

Поверхностное натяжение биологических жидкостей в некоторых случаях может служить диагностическим фактором. Так, например, при заболевании желтухой поверхностное натяжение мочи резко уменьшается вследствие появления в моче желчных кислот. При диабете и некоторых других заболеваниях повышается содержание липазы в крови. О содержании липазы судят по изменению поверхностного натяжения раствора трибутилена при добавлении в него крови.

25. Влажность воздуха. Абсолютной влажностью f воздуха называется масса водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха при данных условиях.

Значение f оценивается по плотности водяного пара в воздухе или по давлению.

Относительной влажностью воздуха называется отношение

абсолютной влажности к тому количеству водяного пара, которое

необходимо для насыщения 1 м воздуха при данной температуре.

Из предыдущего определения следует, что относительную влажность можно определять как отношение давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре:

Точкой росы называется температура, при которой водяные пары, не насыщавшие ранее воздух, становятся насыщающими.

Насыщенный пар – это пар, находящийся в динамическом равновесии с собственной жидкостью. Это означает, что количество испаряющихся молекул жидкости равно количеству конденсирующихся.

Относительная влажность влияет на здоровье и самочувствие человека. Так, например, можно чувствовать себя вполне хорошо при температуре 25 или 30 ⁰С и относительной влажности 25 %. С другой стороны, при той же температуре можно иметь плохое самочувствие, ощущая жару и чувствуя подавленность, при относительной влажности 80 или 90 %. Или, например, если температура воздуха 18 ⁰С, а относительная влажность 25%, можно ощущать холод, хотя при той же температуре и влажности 60% и выше можно иметь вполне хорошее самочувствие. Это связано с тем, что высокая относительная влажность препятствует испарению влаги с поверхности кожи, в то время как низкая относительная влажность способствует быстрому испарению, что и вызывает охлаждение.

Многократными экспериментами установлено, что для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40 до 60 %. Однако в наших домах в зимние месяцы относительная влажность часто не превышает 10 или 20 %. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, горла и легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям органов дыхания.

26. Барометрическая формула показывает зависимость давления

атмосферы от высоты над поверхностью Земли:

,

здесь p₀ – давление атмосферы у поверхности Земли, p – давление

атмосферы на высоте h, R – универсальная газовая постоянная, Т –

абсолютная температура воздуха на высоте h.

27. Вязкость жидкостей (внутреннее трение) обусловлена сцеплением между ее молекулами.

Уравнение Ньютона:

,

где – градиент скорости течения жидкости, S - площадь соприкосновения слоев жидкости, h – коэффициент вязкости.

Вязкость численно равна силе внутреннего трения, приходящейся на единицу площади соприкасающихся слоев жидкости при градиенте скорости равном единице.

Иcпользование вязкости в медицине. Вязкость крови имеет

диагностическое значение. При некоторых инфекционных заболеваниях

вязкость крови увеличивается, а при туберкулезе, например, уменьшается.

Изменение вязкости крови – одна из причин изменения скорости оседания эритроцитов (СОЭ).

28. Вискозиметры - приборы, используемые для измерения вязкости.

Вискозиметр Гесса состоит из двух капилляров, через которые при одинаковых условиях пропускается исследуемая жидкость и жидкость с известной вязкостью. По объемам наполнения трубок той или другой жидкостью определяют относительную вязкость крови.

Капиллярный метод основан на формуле Пуазейля и заключается в измерении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном перепаде давлений.

29. Ньютоновские жидкости – это жидкости, подчиняющиеся уравнению Ньютона, т.е. вязкость у этих жидкостей не зависит от градиента скорости; их иногда называют нормальными. Жидкости, не подчиняющиеся уравнению Ньютона, называют неньютоновскими или аномальными.

30. Ламинарное и турбулентное течения. Слоистое течение жидкости называют ламинарным. Наличие скорости течения вязкой жидкости вследствие неоднородности давления по поперечному сечению трубы создает завихрения, и движение становится вихревым или турбулентным.

Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости её течения, размеров трубы и определяется числом Рейнольдса:

,

где r_ж – плотность жидкости, D – диаметр трубы.

Если число Рейнольдса больше некоторого критического (Re>Re_кр), то движение жидкости будет турбулентным. Например, для гладких цилиндрических труб Re_кр @ 2300.

31. Течение вязкой жидкости по трубам. Формула Пуазейля.

Кровь представляет собой вязкую жидкость, которая прогоняется сердцем через сложную систему артерий и вен. Скорость течения крови достаточно мала, так что поток можно считать ламинарным без турбулентностей. Кровеносные сосуды можно считать цилиндрическими.

Объем жидкости Q, протекающий за 1с через горизонтальную трубку, выражается формулой Пуазейля:

,

где R – радиус трубки, h – вязкость жидкости, l – длина трубки, (Р₁ – Р₂) – разность давлений на её концах.

Здесь видно, что при увеличении радиуса трубки в два раза, Q

возрастает в 16 раз. Если что- либо приведет к утолщению артери- альных стенок, что уменьшит R, ослабевший поток крови может вызвать грудную жабу. Наиболее распространенная причина грудной жабы – артериосклероз, повреждение артерий.

32. Гидравлическое сопротивление. Величина называется гидравлическим сопротивлением. Оно тем больше, чем больше вязкость h, длина трубы l, и меньше площадь поперечного сечения трубы.

33. Измерение артериального давления. Ламинарное течение крови по артерии – “тихий” процесс; турбулентное, напротив, “шумный”. Если кровь заставить течь по артерии турбулентно, то характерный звук можно зафиксировать стетоскопом, приложив его к артерии. Этот способ фиксации турбулентного потока и используется в наиболее распространенном методе измерения кровяного давления.

Когда давление крови измеряется с использованием звуковой техники, предполагается, что любое искусственное сжатие артерии приведет к появлению турбулентного потока. Этого сжатия достигают, накладывая снаружи на артерию дополнительное давление, добавляющееся к давлению крови внутри артерии.

34. Строение биологических мембран. Стенки живых клеток представляют собой тонкие мембраны, которые состоят из двух слоев липидов, разделенных слоем молекул белка. Толщина мембраны – около 9 нм.

Мембраны клетки разделяют два участка, содержащие различные растворенные ионы. В межклеточном пространстве имеется избыток ионов Na⁺ и Cl^-, а внутри клетки наибольшую концентрацию имеют ионы К⁺. Эти ионы могут диффундировать через пористую структуру мембраны.

35. Пассивный транспорт молекул и ионов через биологические

мембраны. Уравнение Нернста-Планка. Пассивный транспорт

обусловлен диффузией молекул и ионов в направлении их меньшей концентрации. Он не связан с затратой химической энергии,

осуществляется в результате перемещения частиц в сторону меньшего электрохимического потенциала. Пассивный транспорт описывается уравнением Нернста-Планка:

,

где z – валентность, F – постоянная Фарадея, - градиент концентрации, Т – абсолютная температура, R – универсальная газовая постоянная, D - коэффициент диффузии, j - плотность потока частиц через мембрану за 1 секунду.

36. Активный транспорт. Понятие натрий-калиевого насоса.

Наряду с пассивным транспортом в мембранах клетки происходит перенос молекул и ионов в сторону большего электрохимического потенциала (молекулы переносятся в область большей их концентрации, ионы – против силы, действующей на них со стороны электрического поля).

Этот перенос осуществляется за счет энергии и не является диффузией. Он вызван механизмом (комплексом химических реакций), именуемым натрий-калиевым насосом. Действие насоса состоит во впрыскивании ионов К⁺ в клетку и выведении ионов Na⁺ из неё. Для функционирования насоса необходимо подведение энергии. Эту энергию дают метаболические процессы внутри клетки. Детали механизма действия насоса неизвестны.

37. Потенциал покоя. Мембрана клетки обладает различной проницаемостью для разных ионов. Кроме того, концентрация каких-либо определенных ионов различна по разные стороны мембраны, внутри клетки поддерживается наиболее благоприятный состав ионов. Эти факторы приводят к появлению в клетке разности потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой. Это и есть потенциал покоя.

38. Потенциал действия. Нервную клетку можно привести в возбужденное состояние электрическим, химическим или механическим способом. При приложении некоторого раздражителя происходит внезапное увеличение проницаемости мембраны для ионов натрия (в 5000 раз или около того).

Поток ионов натрия из межклеточного пространства перекрывает отрицательный потенциал клетки. Положительный потенциал, который возникает при этом за доли секунды и вырастает до +40 мВ, называется потенциалом действия.

39. Диффузия. Уравнение Фика. Диффузией называется явление взаимного проникновения частиц контактирующих веществ при наличии градиента концентрации. Диффузия описывается уравнением Фика:

где J – плотность потока частиц, – градиент концентрации, D – коэффициент диффузии. Знак минус показывает, что суммарная плотность потока вещества при диффузии направлена в сторону уменьшения концентрации.

40. Аппарат “Искусственная почка”. Наиболее известным устройством, временно замещающим функции почек по поддержанию гомеостаза, является аппарат “Искусственная почка”, известный ещё под названием установки для экстракорпорального гемодиализа.

Физика метода основана на явлении диализа - отделении низкомолекулярных веществ от высокомолекулярных растворов. Это отделение осуществляется благодаря свойству некоторых мембран пропускать низкомолекулярные вещества и ионы и задерживать коллоиды и форменные элементы крови. Так как остаточные азотистые шлаки и другие токсические вещества являются низкомолекулярными, то они могут выделяться из крови с помощью этого аппарата.

При гемодиализе речь идет о своего рода “машинном промывании крови”. Кровь пациента направляется вне организма через аппаратный фильтр (диализатор), при этом выводятся токсины и избыточная вода. По замкнутому кругу очищенная кровь возвращается в организм.

Очищающая жидкость, которая называется диализатом, по своему составу подбирается с учетом потребностей пациента. Она омывает капилляры диализатора и выводит проникшие через их поры токсины.

Метод удаления токсинов основывается на принципе диффузии: обмене веществ между двумя растворами различной концентрации, находящимися в различных пространствах, через полупроницаемую мембрану.

Важной составной частью диализата является глюкоза. Глюкоза имеет свойство притягивать воду, поэтому с ее помощью можно освободить кровь от избыточной воды, которая растворяется в диализате. Этот принцип удаления воды основывается на физическом принципе осмоса (переход воды из пространства с низкой концентрацией в пространство с высокой концентрацией).

41. Электрическое поле – это особый вид материи, в котором проявляется действие электрических сил.

42. Напряженность поля – его силовая характеристика. Она равна отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду:

или .

Напряженность поля измеряется в Н/Кл или В/м. Напряженность поля – вектор, направление которого совпадает с направлением силы, действующей в данной точке поля на положительный точечный заряд.

43. Потенциал поля – его энергетическая характеристика. Он равен

отношению работы по перемещению заряда из бесконечности в данную точку поля к этому заряду.

или .

Потенциал поля измеряется в Дж/Кл или В. Потенциал – скалярная величина.

44. Разность потенциалов – величина, равная отношению работы по

перемещению заряда из одной точки поля в другую, к заряду:

.

45. Связь между напряженностью поля и потенциалом выражается

соотношением:

,

т.е. напряженность поля численно равна разности потенциалов,

приходящейся на единицу длины, взятой вдоль силовой линии поля.

46. Силовые линии – это линии, касательные к которым совпадают с

направлением вектора напряженности в соответствующих точках

поля.

47. Электрический диполь – это система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

48. Дипольный момент – вектор, равный произведению заряда на плечо диполя; он направлен от отрицательного заряда к положительному.

49. Электрография – регистрация биопотенциалов тканей и органов с

диагностической целью (живые ткани являются источником электрических потенциалов – биопотенциалов).

50. Электроэнцефалография (ЭЭГ) – метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга.

51. Электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении.

52. Токовый диполь. Подобно электрическому моменту диполя вводится дипольный момент токового диполя: P= I^.l, где l- расстояние между электродами, I- сила тока.

53. Теория отведений Эйнтховена. В электрическом отношении сердце можно рассматривать как токовый диполь. За время сердечного цикла изменяется положение диполя в пространстве и дипольный момент. В соответствии с теорией Эйнтховена, лежащей в основе электрокардиографии, сердце-диполь - расположено в центре равностороннего треугольника (треугольник Эйнтховена), вершины которого условно можно считать находящимися в правой руке, левой руке и левой ноге.

В соответствии с теорией Эйнтховена разность биопотенциалов сердца регистрируется между вершинами указанного треугольника. Разность потенциалов, регистрируемая между двумя точками тела, в кардиографии называется отведением. Различают I отведение: правая рука - левая рука; II отведение: правая рука - левая нога и III отведение: левая рука - левая нога.

За время сердечного цикла дипольный момент сердца поворачивается, изменяет своё положение и точку приложения (последним часто пренебрегают).

Измерение разности потенциалов между вершинами этого треугольника позволяет определить соотношение между проекциями дипольного момента сердца на стороны треугольника следующим образом: U_AB:U_BC:U_AC= Р_AB:Р_BC:Р_AC. Зная напряжения U_AB ,U_BC , U_AC можно определить, как ориентирован диполь относительно сторон треугольника.

54. Электрокардиограмма – временные зависимости разностей потенциалов в отведениях.

Тело человека можно рассматривать в качестве гигантского проводника, по которому распространяется потенциал действия, генерируемый в СА-узле. Чтобы его зарегистрировать, достаточно соединить две любые точки тела, между которыми имеется разность потенциалов, через специальный прибор. Он зарегистрирует изменение во времени этой разности потенциалов, которое и называется электрокардиограммой.

Известно, что существуют определенные виды кардиограмм с их интервалами, сегментами и т.д., определяющие пределы нормального кардиологического цикла. Когда электрокардиограмма лежит в этих пределах, считается, что сердце имеет нормальный синусоидальный ритм.

55. Электрокардиограф. Как было отмечено ранее, потенциал действия, проходящий через сердце, распространяется также через всё тело, включая кожу. В кардиографии снимают полученную на поверхности кожи разность потенциалов с помощью специальных устройств, называемых электродами. Электроды соединяются с электрокардиографом кабелем пациента.

Разность потенциалов, снимаемая электродами, очень мала и поэтому она должна быть усилена электрокардиографом. Усиленная разность потенциалов подается на устройство, которое преобразует электрические колебания в механические. В результате перо самописца движется вверх и вниз по ленте, вычерчивая ЭКГ.

Отведением называется разность биопотенциалов, регистрируемая между точками тела.

56. Вектор-кардиограмма – это геометрическое место точек, соответствующих концу вектора, положение которого меняется за время сердечного цикла.

57. Электромиография – это определение биоэлектрической активности мышц.

58. Контактная разность потенциалов. При тесном соприкосновении двух разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов, зависящая только от их химического состава и температуры. Её величина определяется выражением:

,

где A₁ и А₂ – работы выхода электрона из первого и второго металлов соответственно, n₁ и n₂ – концентрации свободных электронов в первом и втором металлах, Т – их абсолютная температура, k – постоянная Больцмана, е – заряд электрона.

59. Термоэлектрический эффект – зависимость контактной разности

потенциалов от температуры.

Величина термоэлектродвижущей силы определяется выражением:

,

где Т_а и Т_b – температуры горячего и холодного спаев соответственно, a=const.

DU_a T_a T_b DU_b

60. Термопара и ее использование в медицине. Термопара - это замкнутая цепь проводников, создающая ток за счет различия температур контактов между проводниками. Используется в медицине для локального определения температуры, имеет преимущества перед обычным термометром – безинерционна, точна, позволяет измерять температуру малых объектов.

61. Электрический ток - это направленное движение электрических зарядов.

Сила тока – - производная во времени от заряда, проходящего через некоторое сечение или поверхность.

Плотность тока – - отношение силы тока через малый элемент

поверхности к площади этого элемента.

62. Действие электрического тока на тело человека. Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах.

Под влиянием электрического поля ионы движутся с различной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным.

Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с

движением ионов, их разделением и изменением их концентра- ции в разных элементах ткани.

Ток, который протекает по телу и подводится от внешнего источника, определяется законом Ома, т.е. зависит от приложенного напряжения и от сопротивления тела. Для постоянного тока и низкочастотного (бытового) напряжения сопротивление кожи при точечном контакте является определяющим фактором, который ограничивает ток. (При высоких частотах более существенным фактором является внутреннее сопротивление тела). Следовательно, в большинстве ситуаций ток, протекающий через тело, в основном зависит от состояния тела в точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а сырая или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением, так как ионы, находящиеся во влаге, обеспечат беспрепятственное прохождение тока в тело.

63. Поражение электрическим током. Наиболее чувствительными к

электрическому току частями организма являются мозг, грудные мышцы, нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце.

Если ток от внешнего источника пропускать через сердце, то

сердечные волокна можно привести в состояние возбуждения случайным образом, и потенциал действия начнет распространяться по сердцу во всех направлениях. В результате возникнут нескоординированные сокращения желудочков и нарушится их перекачивающая функция. Этот эффект называется желудочковыми фибрилляциями. Однажды возникнув, они уже не прекращаются, даже если прекратилось действие вызвавшего их тока. Если в течение 1 – 2 мин не принять экстренные меры, наступит смерть.

Меры обычно заключаются в дефибрилляции, при которой через специальные электроды, расположенные над и под сердцем, пропускается ток около 10 А в течение нескольких миллисекунд.

Иногда электрический ток приводит к остановке дыхания, парализуя действие нервных центров, контролирующих легкие.

64. Закон Ома для участка цепи:

,

где U – напряжение, R – сопротивление участка цепи, I – сила тока.