1 курс / Медицинская информатика / Материал по физмату. Часть 2

1.Общие ( механическая, барьерная, матричная)

2.Специфические ( транспортная, рецепторная, Генерация БП, принимает участие в информационных процессах в живой клетке. )

Структура :

БМ = липиды(40%) + белки Из липидной части наиболее важны для - структуры фосфолипиды.

Основа ФосФолипида - трехатомный глицерин. К нему присоединяются жирные кислоты. Полярная масть, где фосфатная группа. «Любит воду». Гидрофильная часть. Гидрофобная часть. «Хвосты» не любят взаимодействовать с водой.

Физико-химическое свойство фосфолипидов - амфофильность. Различные Формы молекулярного движения в БМ:

1.Латеральная диффузия ( перемещение молекул в пределах одной стороны бислоя )

2.Трансмембранная диффузия ( перемещение молекул поперек БМ )

Физические свойства БМ:

1.Жидкокристаллическая структура( жидкий и твердый кристалл, Мембрана сохраняется в ЖК состоянии благодаря температуре клетки и химическому составу жирных кислот.)

2.Вязкость (Навязкостьклеточных мембран влияет содержаниевниххолестерина.rj=100мПа*с)

3.Текучесть

4.Поверхностный заряд отрицательный ( препятствует слипанию клеток крови, Поверхностный заряд на мембране. Активностьклетки,т.е.еёэнергияявляетсяизмеряемой величиной. Здороваяклеткаобладаетнапряжением70-

90 мВ.)

5.Плотность липидного бислоя 800 кг\м кв

6.Модуль упругости Е=109 Па

7.С = 1 мкФ/см2 БМ - конденсатор

8.Электросопротивление 105 Ом/см2 гораздо больше, чем у технических изоляторов

23.Виды пассивного транспорта. Уравнение простой диффузии и электродиффузии. Уравнение Нернст-Планка. Понятие о потенциале покоя биологической мембраны. Равновесный

потенциал Нернста.

Пассивный транспорт - – это перенос веществ через биологическую мембрану без затраты энергии.

Уравнение Нернста-Планка описывает процесс пассивного транспорта ионов в поле электрохимического потенциала. Поток заряженных ионов пропорционален градиенту электрохимического потенциала в направлении оси x и зависит от подвижности u и концентрации C ионов:

, где F - число Фарадея, 96500кл/моль Z - валентность иона,

T - абсолютная температура, R - газовая постоянная,

- электрический потенциал на мембране.

Уравнение Фика описывает пассивный транспорт неэлектролитов.

Плотность потока вещества через биологическую мембрану прямо пропорциональна градиенту концентрации.

Коэффициент диффузии D зависит от природы вещества и температуры и характеризует способность вещества

к диффузии.

D = UmRT Где - подвижность диффундирующих молекул, выраженная для моля уравнение диффузии для мембраны:

I = p (Cin – Cout)

Плотность потока вещества через биологическую мембрану прямо пропорциональна разности концентраций внутри и снаружи клетки.

D- коэффициент диффузии

Уравнения простой диФФузии и электродиФФузии.

Диффузия -это самопроизвольный процесс проникновения^ массы вещества из области большей концентрации в область с меньшей концентрацией в результате теплового хаотичного движения молекул.

I = v\S*t

Плотность потока вещества - это количество вещества в единицу времени через единицу площади. Уравнение электродиффузии.

Перенос ионов зависит от двух градиентов : Градиент Концентрации и электрического градиента.

уравнение для равновесного мембранного потенциала. Равновесный потенциал Нернста.

Равновесный - изменение электрохимического потенциала = 0 (уравнение)

R - универсальная газовая постоянная,

Т – термодинамическая температура, С – молярная концентрация, . F – число Фарадея 96500 Кл/моль, Z - валентность. Равновесные калиевые потенциалы, рассчитанные по уравнению Нернста, близки к измеряемым величинам.

Понятие о потенциале покоя биологической мембраны

ПП- это разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой в нормально функционирующей невозбужденной клетке.

ПП- это неизменяемый во времени мембранный потенциал, при котором суммарный ток ионов через мембрану равен нулю, причем мембрана находится в невозбужденном Состоянии.

Причины возникновения:

1.Разная концентрация ионов К+ по разные стороны мембраны

2. . Неодинаковая скорость диффузии через БМ К+ и анионов высокомолекулярных органических вещества, находящихся в цитозоле.

Равновесный потенциал Нернста:

м RT ln Cin

ZF Cout

Это уравнение для равновесного мембранного потенциала.

Равновесный -изменение электрохимического потенциала =0.

R- универсальная газовая постоянная, Т – термодинамическая температура, C – молярная концентрация, F – число Фарадея 96500 Кл/моль, Z – валентность.

Равновесные калиевые потенциалы, рассчитанные по уравнению Нернста, близки к измеряемым величинам.

24. Проницаемость мембран для ионов. Модель стационарного мембрана Гольдмана-Ходжкина- Катца.

клетки, намотанные на аксон. Имеет высокое электрическое сопротивление. Диффузия ионов через миелин

27.Процессы, происходящие в тканях организма под действием электрических токов и электромагнитных полей.

Живые ткани являются композиционными средами: объемное сочетание разнородных компонентов. Одни структурные элементы тканей обладают свойствами проводников, а другие – диэлектриков. Проводники – это вещества, в которых есть свободные заряды, способные перемещаться под действием электрического поля. ( ионы) определяют токи проводимости.

Диэлектрики – все заряды неподвижны = связанные заряды ( диполи) опеределяют поляризацию биологических тканей.

Первичное действие постоянного тока связано с направленным движением ионов их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей у БМ, а также с поляризационными явлениями.

В этом случае тело человека обладает свойствами проводника. В тканях возникает ток проводимости,

который течет по межклеточной жидкости. Здесь ток встречает наименьшее сопротивление .

Лечебное применение постоянных токов и полей:

1.Гальванизация - – физиотерапевтический метод применения с лечебной целью постоянного непрерывного электрического тока малой силы до 50 мА и низкого напряжения 60-80 В, подводимого к телу человека через контактно наложенные электроды.

2.Лекарственный электрофорез - Введение лекарственных веществ через кожу или слизистую оболочку с помощью постоянного тока до 50 мА и низкого напряжения 60-80 В . Лекарство вводится в ионной, а не в молекулярной форме. Увеличивается его фармакологическая активность. Создается кожное депо ионов- продлевается лечебный эффект до 20 дней. Возможность создания максимальной концентрации в патологическом очаге. НО в биологических тканях образуются биологически активные вещества 3.Аэроионизация – 4. франклинизация.

Механизм действия импульсных токов Токи НЧ оказывают раздражающее (стимулирующее) действие, так как есть быстрое перемещения и

накопление ионов Na+ и K+ у клеточных мембран, а во время паузы – быстрое удаление.

Пороговые значения токов: Порог ощутимого тока – 1мА, Порог неотпускающего тока 10-15 мА , опасен ток 50мА.

Лечебное применение НЧ токов: дифибриляторы ,амплипульстерапия, диадинамические токи, стимуляторы.

Биологическое действие электромагнитного поля высокой частоты Токи и поля ВЧ оказывают: ТЕПЛОВОЕ + ОСЦИЛЛЯТОРНОЕ + СПЕЦИФИЧЕСКОЕ действие

Высокая частота (ВЧ) – это частота ˃ 200 кГЦ. При этой частоте смещение ионов соизмеримо с их смещением в результате молекулярно-теплового движения.

Специфическое = частотнозависимые эффекты заключается в различных внутримолекулярных физикохимических процессах, структурных перестройках, которые могут менять функциональное состояние клеток ткани.

Осциляторное – вибрирующее действие. Лечебное применение высокочастотных токов и полей:

Дарсонвализация, диатермиия Электрохирургия, Индуктотермия, УВЧ-терапия, свч-терапия, квч-терапия.

28.Пассивные электрические свойства тканей тела человека. Эквивалентные электрические схемы живых тканей. Полное сопротивление (импеданс)живых тканей, зависимость от частоты.

Живые ткани являются композиционными средами:объемное сочетание разнородных компонентов Биологические ткани разнородны по электропроводимости и являются:

1. Проводники (внутриклеточная и межклеточная жидкость)

•обладают свободными зарядами(ионы)

•определяют электропроводность биологических тканей Электропроводность – способность тканей пропускать электротокк под воздействием электрополя.

Связана с присутствием ионов, которые являются свободными зарядами, создающими ток проводимости. В организме определяется элек свойствами крови, лимф, межклеточной жидкости и цитозоля. Электрич ток выбирает путь, где наименьшее сопротивление. Чем больше в тканях жидкости, тем больше электропроводностьG. Определяется: наличием свободных ионов (их концентрацией и подвижностью), явлениями поляризации

•токи проводимости

2. Диэлектрики (БМ)

•обладают связанными зарядами(диполи)

•определяют поляризацию биотканей

•под действием внешнего электромагнитного поля возникают токи смещения (выше 30 МГц)

Диэлектрики – вещества, в которых нет свободных носителей зарядов, а только связанные заряды – диполи. При помещении во внешнее электрич поле, диполи ориентируются вдоль силовых линий поля. Поле внутри диэлектрика слабеет, возникают токи смещения.

Поляризация – это смещение диполей под действием электрического поля и образование вследствие этого ЭДС, направленной против внешнего поля.

Виды поляризации:

1.Электронная(Смещение электронных облаков атомов) Характерна для неполярных диэлектриков. Инертные газы.

2. Ориентационная = дипольная характерна для полярных диэлектриков. Керосин. 3.Ионная характерна для кристаллических диэлектриков

Поляризации живой ткани:

1.Макрополяризация = поверхностная поляризация. За счет наличия БМ.

2.Ориентационная поляризация макромолекул

3.Поляризация микромолекул воды в белковых комплексах.

Природа емкостных свойств тканей человека:

1)статическая емкость (Цитоплазма клеток и тканевая жидкость – электролиты разделены -конденсатор.

2)Поляризационная емкость (Возникает в момент прохождения тока(ионы – накапливаются около БМ,

внутри ! организма. Этот генератор создает на поверхности ! тела электрическое поле, которое изменяется в соответствии с изменением электрической активности изучаемого органа.

В теории Эйнтховена сердце, клетки которого возбуждаются в сложной последовательности, представляется

токовым диполем. Он и является эквивалентным генератором.

Мозг и мышцы также являются источниками биопотенциалов, создают вокруг себя э/м поле, которое меняется с течением времени.

31. Модель Эйнтховена. Генез электрокардиограмм в трех стандартных отведениях в рамках данной модели.

Представление об эквивалентном электрическом генераторе сердца, головного мозга и мышц Биопотенциал органа отличен от биопотенциала клетки, так как очень трудно описать изменения во времени. Надо учитывать не только i и lкажлого из диполей, но и фазовые сдвиги между биопотенциалами под электродами. Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используют принцип эквивалентного генератора. Состоит в том, что орган из множества клеток, возб в различные моменты времени, представляется моделью единого генератора внутри организма. Но этот генератор создает на поверхности тела эл поле, которое изменяется в соответствии с изменением электрич активности изучаемого органа.

- это модель,в которой электрическая активность миокарда заменяется действием одного эквивалентного точечного генератора(диполя). Короче: сердце – токовый диполь и эквивалентный генератор Интегральный вектор сердца=дипольный момент сердца. Это результирующий вектор отдельных векторовсовокупности множества точечных диполей. Напряжение на поверх-ти тела – проэкция дипольного момента сердца и его БП.

Основные положения теории:

1.Сердце – токовый диполь в однородной провод среде( часть миокарда заряжена – возбуждена, а часть +)

2.Дипольный момент сердца – этого токового диполя все время поворачивается, изменяет свое положение за время сердечного цикла

3.В соответствии, изменяется разность потенциалов между определенными точками на теле человека Теория Эйнтховена нестрогая:

1.Проводимость среды все время меняется (вдох-выдох);

2. Точка приложения все время меняется;

3.Сердце – не точечный диполь.

Генез электрокардиограмм в 3 стандартных отведенияхв рамках данной модели.

Электрокардиограмма(экг) это запись с поверхности тела напряжений,которое отражают волны возбуждения по миокарду.

Электрокардиограмма (ЭКГ)- это регистрация биопотенциалов, возникающих при работе сердца.

•Зубец Р - деполяризация (возбуждение) предсердий

•QRS- деполяризация (возбуждение) желудочков

Зубец T –реполяризация (расслабление) желудочков

32.Явление полного внутреннего отражения света. Рефрактометрия. Волоконная оптика. Оптическая система глаза.

Полное отражение -это явление, при котором луч света идет из оптически более плотной среды в среду оптически менее плотную и выходит во вторую среду, а начинает скользить по границе раздела 2ух сред. Показатель преломления n представляет собой отношение скоростей света в граничащих средах. Рефрактометрия - это метод исследования веществ,основанный на определении показателя преломления. Применяется для индентификации хим. соединений,количественного анализа.

рефрактометрия глаза-исследование оптических свойств глаза человека с целью выявить недостатки оптической системы глаза Волоконная оптика – раздел оптики, изучающий передачу света и изображения по световодам. Происходит

передача информации из одной точки пространства в другую. Явление полного внутреннего отражения используется в волоконной оптике, для передачи световых сигналов на большие расстояния. Использование обычного зеркального отражения, не дает желаемого результата, так как даже зеркало самого высокого качества (посеребренное) поглощает до 3% световой энергии. При передачи света на большие расстояния энергия света приближается к нулю. При входе в световод падающий луч направляется под углом заведомо больше предельного, что обеспечивает отражение луча безпотерей энергии. Световоды, состоящие из отдельных волокон, достигают в диаметре человеческого волоса, при скорости передачи более быстрой, чем скорость протекания тока, что позволяет ускорить передачу информации.

Световод = волокнисто-оптическиц кабель – тонкая нить из оптически тонкого прозрачного материала. Позволяет передавать световую энергию по криволинейным траекториям. Свет, попадая внутрь волокна, многократно ортажается и распространяется вдоль волокна В медицине:

1.для передачи света (нерегулярная укладка стекловолокон)

2.передача изображения (регулярная)

оптическая система глаза представляет собой неточно центрированную систему линз, которая отбрасывает перевернутое сильно уменьшенное изображение окружающего мира на сетчатку опт.сис-ма состоит из

1)роговица D= 42 – 43 дптр; n= 1,38 2)хрусталик D=19 – 33 дптр; n= 1,41

3)СТЕКЛОВИДНОЕ ТЕЛО И ЗАДНЯЯ КАМЕРА ГЛАЗА D= - (5-6) дптр; n= 1,336 4)Жидкость передней камеры глаза D=2-4 дптр; n= 1,336

Dглаза=60 дптр

Главная оптическая ось глаза – это прямая, проходящая через геометрические центры роговицы,

хрусталика и зрачка-диафрагмы Зрительная ось глаза – это прямая, проходящая через центр хрусталика и желтого пятна сетчатки.

В направлении зрительной оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность.

Угол зрения β - это угол, образованный лучами, соединяющими оптический центр глаза с крайними точками рассматриваемого предмета

33. Микроскопия. Разрешающая способность микроскопа.

Микроскопия – это методы наблюдения в микроскоп объектов, неразличимых глазом человека.

Поляризационная микроскопия – поляр микроскоп аналогичен биологическому, но имеет поляризатор перед конденсором и анализатором между объективом и окуляром Микроскоп-оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений мелких объектов и их

деталей,не видимых невооруженным глазом. Микроскоп – это центрированная оптическая система

Разрешающая способность микроскопа - это способность микроскопа давать раздельное изображение мелких деталей рассматриваемого предмета.R = l/z ,R- величина, обратная пределу разрешения. Предел разрешения Z -это наименьшее расстояние, на котором два соседних элемента структуры еще могут быть видимы раздельно.

Микроскоп состоит из:

1)осветитель

2)зеркало

3)конденсор

4)объектив

5)окуляр

6)предметный столик тубус

7)полевая диафрагма

8)апертурная диафрагма

34.Поляризация света. Способы получения поляризованного света. Поляризационная микроскопия. Оптическая активность. Поляриметрия.

Поляризация света - это способность электромагнитных волн ограничивать волное движение лишь одной плоскостью. Поляризатор – это устройство, позволяющее получить поляризованный свет из естественного, причем он пропускает колебания параллельные главной плоскости.

способы получения поляризованного света при попадании естественного света на:

1)границу раздела двух изотропных диэлектриков

2)анизотропный кристалл

3)вещ-во,обладающее дихроизмом

4)при рассеянии света

поляризационная микроскопия поляризационный микроскоп анологиченбиологическому,но имеет поляризатор перед конденсором и анализатор между объективом и окуляром

исследует мышечные, костные, нервные ткани, т.к. они обладают анизотропией

оптически активное вещ-во(ОАВ)-это вещ-во,способное вращать плоскость поляризации,проходящего через него отптического излучения молекулы ОАВ асиметричны и НЕ обладают зеркальной симметрией. При их отражении в зеркале получается иная форма

поляриметрия - метод определения концетрации оптически активных веществ

35. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Оптическая плотность.

Поглощение света - это явление уменьшения интенсивности света при прохождении через вещество, происходящее вследствие преобразования энергии световой волны во внутреннюю энергию вещества.