Kompendium_po_biofizike_1

ОГЛАВЛЕНИЕ

Механические колебания и волны

12

1.Механические колебания: гармонические, затухающие.......................

12

2.

Энергия гармонических колебаний ........................................................

13

3.

Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания ...........................

14

4.

Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой и

во взаимно перпендикулярных направлениях...........................................

15

5.

Сложные колебания. Гармонический спектр сложных

колебаний, теорема Фурье. Разложение колебаний в

гармонический спектр ..................................................................................

17

6.

Механические волны, их виды и скорость распространения

.............. 18

7.

Уравнение волны. Энергетические характеристики волны.................

19

Ультразвук и инфразвук

21

1.

Получение ультразвука (излучатели и приемники УЗ)........................

21

2.

Особенности распространения ультразвуковой волны:

малая длина волны, направленность, поглощение,

преломление, отражение. .............................................................................

22

3.

Взаимодействие УЗ с биологическими тканями:

деформация, кавитация, выделение тепла, химические

реакции...........................................................................................................

23

4.

Использование УЗ в медицине: терапии, хирургии,

диагностике. ..................................................................................................

24

5.

Эффект Доплера и его применение для неинвазивного

измерения скорости кровотока....................................................................

26

6.

Инфразвук и его воздействие на человека .............................................

27

Акустика

28

1.

Акустика. Физические характеристики звука .......................................

28

2.

Характеристики слухового ощущения и их связь с

физическими характеристиками звука. Закон Вебера–

Фехнера. Уровни интенсивности, уровни громкости звука и

единицы их измерения .................................................................................

29

3.

Аудиометрия и фонокардиография ........................................................

30

4.

Поглощение и отражение звуковых волн, акустический

импеданс. Реверберация...............................................................................

31

Физические

основы

гемодинамики

и

биореологии

33

4

1.

Основные понятия гидродинамики. Условие

неразрывности струи. Уравнение Бернулли ..............................................

33

2.

Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Ньютоновские и

неньютоновские жидкости. Течение вязкой жидкости.

Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление ...............................

34

3.

Методы определения вязкости жидкостей (метод

падающего шарика, капиллярные методы, ротационный

метод), определение вязкости крови ..........................................................

36

4.

Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса.

Условия проявления турбулентности в системе

кровообращения............................................................................................

37

5.

Некоторые особенности движения крови по сосудам.

Феномен Фареуса-Линдквиста....................................................................

38

6.

Роль эластичности кровеносных сосудов в системе

кровообращения. Пульсовая волна. Формула Моенса-

Кортевега .......................................................................................................

39

7.

Распределение давления и скорости течения крови в

системе кровообращения. Некоторые методы определения

давления и скорости крови: Короткова-Рива-Роччи,

электромагнитный, на эффекте Доплера. ..................................................

40

8.

Работа и мощность сердца, их количественные оценки. .....................

41

Молекулярные явления в жидкости

43

1.

Особенности молекулярного строения жидкостей ...............................

43

2.

Поверхностное натяжение, единицы измерения

коэффициента поверхностного натяжения.

...............................................

43

3.

Явления смачивания и несмачивания. Капиллярные

явления. Давление Лапласа. Газовая эмболия...........................................

44

4.

Поверхностные явления в альвеолах. Сурфактант ...............................

46

5.

Методы измерения коэффициента поверхностного

натяжения ......................................................................................................

47

Механические

свойства

биологических

тканей

49

1.

Кинематика и динамика движений человека. Рычаги и

сочленения в опорно-двигательном аппарате человека.

Абсолютная мышечная сила. Уравнение Хилла .......................................

49

2.

Виды деформаций и механические характеристики

упругих тел. Закон Гука для упругих деформаций. Модуль

Юнга. Коэффициент Пуассона....................................................................

51

5

3.

Особенности механического поведения биотканей.

Механические свойства биотканей: костной ткани,

суставного хряща, мягких тканей, сухожилий. Активное и

пассивное напряжение мышц ......................................................................

54

4.

Механические модели биообъектов .......................................................

57

5.

Механическая работа человека. Эргометрия.........................................

58

Биоэнергетика.

Первое

начало

термодинамики и живые организмы

60

1.

Термодинамика, Биоэнергетика, биотермодинамика ...........................

60

2.

Основные понятия и исходные положения термодинамики ...............

63

3.

Первое начало термодинамики и его применение к живым

системам ........................................................................................................

66

4.

Тепловой баланс организма. Способы теплообмена ............................

68

5.

Энерготраты организма. Теплопродукция организма как

следствие необратимости реальных процессов. Первичная и

вторичная теплота организма ......................................................................

69

6.

Прямая и непрямая калориметрия ..........................................................

70

Биоэнергетика.

Второе

начало

термодинамики и живые организмы

72

1.

Свободная и связанная энергия в организме .........................................

72

2. Энтропия и еѐ свойства ............................................................................

73

3.

Второе начало термодинамики ...............................................................

74

4.

Теорема Пригожина..................................................................................

76

Структурно-функциональная

организация

мембран. Транспорт веществ через биологические

мембраны

78

1.

Значение биологических мембран в процессе

жизнедеятельности клетки...........................................................................

78

2.

Молекулярная организация и модели клеточных мембран .................

79

3.

Физические свойства и параметры мембран .........................................

82

4.

Значение изучения транспорта веществ через клеточные

мембраны. Классификация мембранного транспорта ..............................

84

5.

Пассивный транспорт веществ и его разновидности.

Математическое описание пассивного транспорта ..................................

84

6.

Активный транспорт ионов. Механизм активного

транспорта вещества на примере натрий-калиевого насоса. ...................

94

7.

Cпособы проникновения веществ через биологические

мембраны. ......................................................................................................

97

6

Формирование мембранных потенциалов

клетки в покое и при возбуждении

101

1.

История открытия биопотенциалов. Гипотеза Бернштейна.

............. 101

2.

Мембранно-ионная теория генерации биопотенциалов

клеткой и основные опыты, еѐ подтверждающие ...................................

107

3.

Потенциал покоя. Уравнение Нернста. Уравнение

Гольдмана-Ходжкина-Катца .....................................................................

109

4.

Механизм генерации потенциала действия .........................................

113

5.

Распространение потенциала действия по миелиновым и

безмиелиновым нервным волокнам..........................................................

115

Внешние электрические поля тканей и

органов

120

1.

Электрическое поле и его характеристики ..........................................

120

2.

Электрический диполь. Поле диполя. Диполь в

электрическом поле. ...................................................................................

122

3.

Понятие о мультиполе. Волокно миокарда как диполь .....................

124

4.

Дипольный эквивалентный электрический генератор

сердца. ..........................................................................................................

125

5.

Физические основы электрокардиографии и вектор-

кардиографии. Теория Эйнтховена...........................................................

126

Цепи переменного электрического тока

130

1.

Переменный электрический ток и его физические

характеристики............................................................................................

130

2.

Цепь переменного электрического тока с активным

сопротивлением. .........................................................................................

132

3.

Цепь переменного электрического тока с индуктивным

сопротивлением. .........................................................................................

132

4.

Цепь переменного электрического тока с емкостным

сопротивлением. .........................................................................................

134

5.

Полное сопротивление цепи переменного электрического

тока. Импеданс. ...........................................................................................

136

Электропроводность биологических тканей

для постоянного и переменного тока. Физические

основы реографии

140

1.

Электропроводность электролитов.......................................................

140

2.

Первичное действие постоянного тока на ткани организма.

Гальванизация. Лекарственный электрофорез. .......................................

140

7

3.

Электропроводность биотканей для переменного тока.

Зависимость импеданса биологических объектов от частоты

электрического тока. ..................................................................................

142

4.

Реография как диагностический метод ................................................

146

5.

Оценка жизнеспособности тканей путем измерения

импеданса ткани при различных частотах переменного тока. ..............

148

Физические

основы

импульсной

электротерапии

150

1.

Электрический импульс, импульсный ток и их физические

характеристики............................................................................................

150

2.

Электровозбудимость тканей. Реобаза. Хронаксия.

Уравнение Вейса-Лапика, закон Дюбуа-Реймона...................................

151

3.

Генераторы импульсных (релаксационных) колебаний и их

практическое применение..........................................................................

154

4.

Дифференцирующая цепь.

.....................................................................

156

5.

Интегрирующая цепь. ............................................................................

157

6.

Электронные стимуляторы. Низкочастотная

физиотерапевтическая электронная аппаратура. ....................................

158

Физические основы методов высокочастотной

терапии и электрохирургии

160

1.

Генератор гармонических колебаний...................................................

160

2.

Принципиальная схема аппарата УВЧ-терапии.

Терапевтический контур ............................................................................

160

3.

Воздействие на биообъекты переменным электрическим

полем ............................................................................................................

161

4.

Воздействие на биообъекты переменным магнитным

полем. ...........................................................................................................

162

5.

Воздействие на биообъекты электромагнитными волнами...............

163

6.

Диатермия, дарсонвализация, диатермокоагуляция,

диатермотомия ............................................................................................

164

Устройства съема и регистрации медико-

биологической информации

169

1.

Общая схема съема, передачи и регистрации медико-

биологической информации ......................................................................

169

2.

Электроды для съема биоэлектрического сигнала .............................

169

3.

Термоэлектрические явления в металлах и

полупроводниках. Термопары и термисторы и их

использование для измерения температуры. ...........................................

171

8

4.

Биоуправляемые и энергетические датчики и их

характеристики............................................................................................

172

5.

Датчики температуры тела ....................................................................

174

6.

Датчики параметров системы дыхания. ...............................................

177

7.

Датчики параметров сердечно-сосудистой системы ..........................

179

Усиление биоэлектрических сигналов

182

1.

Принцип работы медицинских приборов, регистрирующих

биопотенциалы............................................................................................

182

2.

Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные

искажения и их предупреждение ..............................................................

182

3.

Частотная характеристика усилителя. Частотные

искажения и их предупреждение ..............................................................

184

4.

Многокаскадное усиление, типы связей между каскадами ...............

185

5.

Обратная связь в электронных усилителях .........................................

185

6.

Дифференциальный усилитель. Повторитель .....................................

187

Оптическая микроскопия. Рефрактометрия.

Эндоскопия

189

1.

Геометрическая оптика. Законы геометрической оптики..................

189

2.

Ход лучей в трехгранной призме. Рефрактометрия и

рефрактометры............................................................................................

189

3.

Явление полного внутреннего отражения света.

Волоконная оптика и ее применение в медицине ...................................

191

4.

Линзы. Аберрация линз..........................................................................

192

5.

Оптическая микроскопия. Ход лучей в микроскопе. .........................

193

6.

Увеличение и предел разрешения оптических

микроскопов. Формула Аббе.....................................................................

194

Электромагнитные волны, их свойства

196

1.

Общие свойства электромагнитных волн ............................................

196

2.

Интерференция световых волн .............................................................

197

3.

Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля............................................

198

4.

Интерференционные и дифракционные приборы ..............................

200

5.

Естественный и поляризованный свет .................................................

202

6.

Поляризация света. Закон Малюса .......................................................

202

7.

Виды поляризации. Методы получения поляризованного

света..............................................................................................................

203

Поглощение

и

рассеяние

света.

Люминесценция

205

9

1.

Структура энергетических уровней атомов и молекул ......................

205

2.

Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

Колориметрия..............................................................................................

207

3.

Эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ, его

медицинское применение ..........................................................................

208

Тепловое излучение тел. Тепловидение и

термография в медицине. Элементы квантовой

механики

210

1.

Тепловое излучение тел и его характеристики ...................................

210

2.

Законы теплового излучения и их квантовая

интерпретация .............................................................................................

211

3.

Термография и тепловидение................................................................

212

4.

Теория Бора. Спектр атома водорода ...................................................

212

5.

Гипотеза де Бройля. Опыты по дифракции электронов .....................

214

6.

Электронная микроскопия. Предельное увеличение

электронного микроскопа ..........................................................................

215

7.

Волновая функция и ее физический смысл. Уравнение

Шредингера и его применение к атому водорода. Квантовые

числа .............................................................................................................

216

8.

Принцип работы лазерных источников света.

Характеристики лазерного излучения. Действие лазерного

излучения на биологические ткани, фотодинамическая

терапия .........................................................................................................

217

Электронный

парамагнитный,

ядерный

магнитный резонансы их применение в биологии

и медицине

221

1.

Магнитное поле и его основные характеристики ...............................

221

2.

Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся

электрический заряд. Сила Лоренца.........................................................

222

3.

Магнитные моменты электрона – орбитальный и

спиновой. Орбитальное магнитомеханическое отношение

для электрона. .............................................................................................

223

4.

Магнитные свойства вещества, намагниченность.

Парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики..................................

226

5.

Магнитные свойства биологических тканей. Воздействие

магнитного поля на биологические объекты...........................................

229

6.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)....................................

230

10