- •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
6.8. Действие радиации на человека
Последние исследования ученых показали, что при малых дозах облучения в организме могут происходить процессы, приводящие к раку или генетическим повреждениям.
При больших дозах радиация разрушает клетки, повреждает ткани, органы, что приводит к гибели организма. Данные повреждения проявляются в течение нескольких часов или дней. Действие малых доз проявляется через несколько лет и даже через ряд поколений.
Таким образом, любой человек, подвергнувшийся радиации, не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней. Однако вероятность или риск наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.
Заслуживает внимания информация, полученная медиками при облучении людей, страдающих онкологическими заболеваниями, то есть при радиотерапии.
Наблюдения показали: величина дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получает ее организм сразу или в несколько приемов. Организм переносит радиацию мелкими дозами лучше, чем сразу в один прием. Конечно, при большой дозе (выше 100 Гр) организм погибнет - поражается нервная система. При облучении от 10 до 50 Гр организм погибает через месяц-два от нарушения кроветворения – разрушаются клетки красного костного мозга. От дозы в 3-5 Гр (при облучении всего тела) умирает половина всех облученных.
Красный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы и теряют способность функционировать при дозах облучения 0,5-1 Гр. Если облучался не весь организм, то кроветворная система может восстановиться. Облучение 0,1 Гр приводит к временной стерильности мужчин. Доза выше 0,1 Гр – к полной.
Наиболее уязвимым к радиации является хрусталик глаза. Чем больше доза, тем больше потеря зрения.
Дети крайне чувствительны к радиации. При 10 Гр облучения наблюдается аномалия развития скелета, потеря памяти, а у самых маленьких приводит к слабоумию.
Крайне чувствителен к радиации мозг плода, если мать подвергается радиации между восьмой и пятнадцатой неделями беременности.
Большинство тканей взрослого человека мало чувствительны к радиации: почки выдерживают радиацию 23 Гр (в течение недели облучения); печень – 40 Гр; мочевой пузырь – 55 Гр (за четыре недели облучения).
Обследование более 100 000 человек, облученных в 1945 году в Нагасаки, показало, что рак является единственной причиной смертности в этой группе населения.
От каждой дозы облучения в 1 Гр в среднем два человека из тысячи умирают от лейкозов.
Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам:
хромосомные аберрации, включающие изменение числа или структуры хромосом и мутации в самих генах;
генные мутации, подразделяющиеся на доминальные, которые появляются в первом поколении, и рецессивные, которые могут появиться лишь в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген. Такие мутации могут не проявляться на протяжении многих поколений. Среди 27000 детей, родители которых получили большие дозы радиации, имелись две вероятные мутации. Доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации, вызывает появление у мужчин от 1000 до 2000 мутаций.
На первый взгляд, кажется, что малые дозы ионизирующего излучения не оказывают воздействия, то есть не представляют опасности для населения. Как было показано выше, опасность есть, но наблюдения показали, что вероятность погибнуть от автокатастрофы или от курения 20 сигарет в день более чем в 100 раз выше, чем вероятность погибнуть от онкозаболеваний, возникших вследствие малой дозы облучения.
В последнее время создается впечатление, что все внимание общественности и все опасения по поводу радиационной опасности сосредоточены главным образом на атомной энергетике. Хотя вклад ее в суммарную дозу облучения населения – один из самых скромных.
больший риск при использовании радиодиагностики. Однако статистика показывает, что курение и езда на автомобиле принадлежат к категории более высокого добровольного риска, чем риск, которому подвергается больной при радиотерапии.
Использование химических соединений, меченных радиоизотопами, позволяет исследовать тончайшие биохимические структуры и анатомическое состояние организма, поэтому они используются в тех случаях, кода патологии не имеют своего структурно-анатомического выражения, то есть отсутствуют патоанатамические изменения.
Однако использование таких соединений небезопасно, так как организм подвергается воздействию радиации. Чувствительность тканей различных органов организма к радиации не одинакова. Большинство тканей человека мало чувствительны к радиации.
Однако хроническое облучение населения мощностью дозы 1 Гр на поколение сокращает период трудоспособности на 50000 лет, и продолжительность жизни – также на 50000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения. Это обусловливает социально-значимые ценности при оценке радиационного риска.
