- •С.П. Серегин,
- •«Биофизика и основы взаимодействия физических полей с биообъектами»
- •Раздел 2. Биофизика сложных систем 238
- •Глава 12. Электрическая активность органов и тканей. Электрокардиография 276
- •Глава 13. Речеобразующая система человека 302
- •Глава 14. Моделирование биофизических процессов 326
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция 1. Общая биофизика. Биофизические процессы, протекающие в организме
- •Механические свойства биологических тканей
- •1.1. Молекулярная структура твердых тел, полимеров и жидких кристаллов
- •1.2. Механические свойства мышц и костного аппарата. Закон Фанга
- •1.3. Механические свойства сосудистой стенки
- •Вопросы для самопроверки
- •Типовые тесты текущего контроля
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Лекция 2. Термодинамика биологических сред
- •2.1. Основные термодинамические понятия и величины. Первое начало термодинамики
- •2.1.1. Понятия обратимых и необратимых процессов
- •2.1.2. Внутренняя энергия систем
- •2.2. Понятие теплоемкости. Применение первого начала термодинамики к газовым законам
- •2.2.1. Изохорический процесс
- •2.2.2. Изобарический процесс
- •2.2.3. Изотермический процесс
- •2.2.4. Адиабатический процесс
- •2.3. Применение первого начала термодинамики к биологическим процессам. Физические основы терморегуляции организма
- •2.3.1. Теплопродукция организма
- •2.4. Перенос теплоты в живых организмах. Термометрия
- •2.5. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики
- •2.5.1. Круговые процессы
- •2.5.2. Цикл Карно
- •2.5.3. Энтропия
- •2.6. Статистическое содержание второго начала термодинамики
- •2.7. Термодинамические потенциалы
- •2.8. Открытые термодинамические системы. Уравнения Пригожина. Стационарные состояния открытой системы
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Типовые тесты текущего контроля.
- •Лекция 3. Молекулярная биофизика
- •3.1. Белковые молекулы. Структура белка
- •3.2. Нуклеиновые кислоты
- •3.3. Биосинтез белка
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Лекция 4. Физические свойства клеток
- •4.1. Строение и функции клеток и клеточных структур
- •4.2. Органеллы клеток
- •4.3. Строение ядра
- •4.4. Мембрана клетки как сферический конденсатор
- •4.5. Физико-химические методы исследования клеточных мембран
- •4.5.1. Электронная микроскопия
- •4.5.2. Рентгеноструктурный анализ
- •4.5.3. Поляриметрия
- •4.5.4. Электронный парамагнитный резонанс
- •4.5.5. Ядерный магнитный резонанс
- •4.5.6. Физическая характеристика клеточных мембран. Искусственные мембраны
- •4.6. Проницаемость клеточной мембраны
- •4.6.1. Пассивный транспорт веществ
- •4.6.2. Активный транспорт веществ в клетках
- •4.6.3. Опыт Уссинга. Ионные каналы
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Задачи для самопроверки
- •Лекция 5. Электрические явления в клетках и тканях
- •5.1. Виды биопотенциалов. Их природа. Понятие двойного электрического слоя. Дзета-потенциал
- •5.2. Определение поверхности электрического заряда эритроцитов
- •5.3. Мембранные потенциалы. Потенциал покоя и действия. Их регистрация
- •5.4. Регистрация биопотенциалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тесты текущего контроля
- •Лекция 6. Специальные методы, используемые для диагностики
- •6.1 Рентгеновские лучи
- •6.2. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществами
- •6.3. Рентгеновская компьютерная томография (ркт)
- •6.4. Ангиография
- •6.5. Магнитно-резонансная томография (мрт)
- •6.6. Магнитокардиография
- •6.7. Радионуклидная диагностика
- •6.8. Действие радиации на человека
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция7. Биоакустические процессы
- •7.1. Характеристика звука. Его восприятие. Строение слухового анализатора
- •7.2. Биофизика инфразвука
- •7.3. Получение, распространение и регистрация ультразвука
- •7.4. Звуковое давление и акустическая энергия
- •7.5. Взаимодействие ультразвука с веществом
- •Рассмотрим поглощение ультразвуковых волн.
- •7.6. Ультразвуковые исследования (узи)
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 8. Фотобиологические процессы. Биофизика зрительного восприятия
- •8.1. Процесс поглощения света
- •8.2. Зрительный аппарат человека
- •8.3. Спектроскопия
- •8.4. Термография
- •8.5. Люминисценция. Миграция энергии
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 9. Индуцированное излучение. Его взаимодействие с биообъектами
- •9.1. Квантовые генераторы
- •9.2. Влияние лазерного излучения на биообъекты
- •9.3. Терапевтические лазерные приборы
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Биофизика сложных систем лекция10. Основы гемодинамики и биореологии
- •10.1. Вопросы биореологии
- •10.2. Гемодинамика крови. Уравнение Пуазейля и Бернулли
- •10.2.1. Уравнение Пуазейля
- •10.2.2. Уравнение Бернулли
- •10.3. Физические закономерности движения крови в сосудистой системе. Пульсовая волна
- •10.4. Клинические методы определения вязкости крови
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Лекция 11. Электропроводность биологических тканей. Импеданс
- •11.1. Электропроводность клеток и тканей для постоянного электрического тока. Лекарственный электрофорез
- •11.2. Электропроводность клеток и тканей для переменного электрического тока
- •11.3. Реография
- •11.4. Измерение электропроводности в медицинских и биологических исследованиях
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Глава 12. Электрическая активность органов и тканей. Электрокардиография
- •12.1. Теория Эйнтховена
- •12.2. Понятие токового диполя. Кардиография
- •12.3. Аппараты для электрографии
- •12.4. Биопотенциалы головного мозга. Электроэнцефалография
- •12.5. Миография и кожно–гальванический потенциал
- •12.6. Электростимуляция. Закон Лапика и Дюбуа-Реймона
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Глава 13. Речеобразующая система человека
- •13.1. Механизм речеобразования
- •13.2. Акустическая фонетика
- •13.3. Акустическая теория речеобразования
- •13.3.1. Распространение звуков
- •13.3.2. Возбуждение звуков в голосовом тракте
- •13.3.3. Модели сигнала, основанные на акустической теории
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 14. Моделирование биофизических процессов
- •14.1. Виды моделей. Фармакокинетическая модель
- •14.2. Модель кровотока при локальном сужении сосудов
- •14.3 Движение крови по эластичным сосудам. Модель Франко
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тесты текущего контроля
- •Заключение
- •Библиографический список
6.7. Радионуклидная диагностика
Радионуклидная диагностика - это совокупность методик исследования состояния внутренних органов и систем путем использования соединений, меченных различными нуклидами. Характерной особенностью радионуклидной диагностики является необыкновенная широта возможностей - от тончайших исследований биохимических структур до анатомического состояния органа путем использования специальной, иногда очень сложной аппаратуры.
Метод реализуется внутривенным введением в организм пациента химических соединений, меченных радиоизотопами (чаще всего технецием (99Тс)), так называемых радиофармпрепаратов. Радиоизотопы, входящие в состав этих соединений, испускают гамма-лучи, которые улавливаются детектором особого устройства - гамма-камерой, представляющей собой различных размеров монокристалл йодистого натрия, активированного таллием. При попадании в этот кристалл гамма-кванта, последний вызывает в нем вспышку (сцинтилляция), которая улавливается фотоумножителями и преобразуется в электрические импульсы, обработав которые, компьютер строит аналоговое изображение на экране монитора:
1) статическая сцинтиграфия почек и мочевого пузыря, в результате которой после введения радиофармпрепарата получается изображение указанных органов в текущий момент времени;
2) динамическая сцинтиграфия почек и мочевого пузыря, дающая серию изображений указанных органов в течение определенного времени, что позволяет оценить их функцию.
При этом осуществляется количественная оценка диагностических показателей, их своеобразная интерпретация, оформляемая в диагностическую информацию, которую необходимо связать с клиникой заболевания. Наличие сложной аппаратуры, в том числе ЭВМ, требует от врача не только тесного контакта с клиницистами различного профиля, но также с физиками, инженерами и математиками.
Несмотря на то, что такие методы, как компьютерная томография, ультразвуковые исследования, магнитно-резонансная томография, как правило, превосходят радионуклидную диагностику по качеству получаемых медицинских изображений, особенно по пространственному разрешению, они не могут конкурировать с радионуклидной диагностикой по возможности выявления тех поражений, которые пока еще не имеют своего структурно-анатомического выражения, то есть когда отсутствуют патоанатомические изменения. Такие поражения обычно проявляются в начальной стадии разных заболеваний, и поэтому их можно рассматривать как патофизиологические. Благодаря этой возможности современная радионуклидная диагностика занимает определенное и вполне устойчивое положение в общем ряду методов медицинской визуализации, не конкурируя с ними, а дополняя их диагностический потенциал.
В настоящее время в урологии и нефрологии применяют следующие виды радионуклидных исследований: ренографию (оценка поглотительной и экскреторной функции) и сканирование (оценка топографии органа и характер распределения в нем препарата). При наличии гамма-камеры с ЭВМ выполняются реносцинтиграфия и ангионефросцинтиграфия. Они позволяют визуально проследить и зафиксировать динамику распределения и перемещения индикатора в каждой почке и отдельных ее сегментах, количественно оценить показатели функционального состояния почек, определить уровень нарушения уродинамики и получить представление о кровоснабжении почек. В норме на сцинтиграммах почки имеют продолговатую форму, четкие контуры и однородную структуру. Наибольшая концентрация индикатора наблюдается в центральных зонах, значительно более низкая - по периферии органа, особенно в медиальных отделах, что обусловливается небольшим количеством функционирующей паренхимы в воротах почки.
Комплекс радионуклидных исследований мочевыделительной системы предусматривает решение следующих задач:
1) определение суммарной функции почек для диагностики наличия и тяжести почечной недостаточности;
2) определение секреторно-экскреторной функции каждой почки раздельно;
3) определение анатомо-топографических особенностей почек.
Таким образом, можно утверждать, что единых универсальных методов в диагностике заболеваний нет, так как любое, особенно острое патологическое состояние у разных больных имеет совершенно различные варианты изменений, а у каждого метода есть свои преимущества и недостатки.
На современном этапе одним из перспективных направлений в диагностике патологического состояния организма является системный подход, который заключается в необходимости комплексного применения различной аппаратуры, позволяющей получать объективную информацию об анатомо-топографических изменениях в функциональном состоянии внутренних органов и систем человека.
Следует отметить, что не все методы, используемые для диагностики, безопасны. К таким методам, где нужно быть крайне осторожным обслуживающему медицинскому персоналу, можно отнести рентгенодиагностику и радионуклидную диагностику, то есть методы, которые базируются на ионизирующем излучении электромагнитной и радиоактивной природы, так как радиация, по своей природе, вообще вредна для жизни.
