План изучения темы:

1. Современные представления о молекулярной структуре биологических мембран. Гидрофобное и гидрофильное взаимодействия молекулярных слоев мембраны. Каналы мембраны. Модели искусственных биологических мембран.

2. Пассивный транспорт веществ в клетках. Транспорт воды. Разновидности пассивного транспорта молекул и ионов через биологические мембраны.

3. Физический механизм активного транспорта. Опыты Уссинга.

4. Роль энергетических процессов (окислительное фосфорилирование) для активного транспорта. Особенности переноса глюкозы, аминокислот, ионов, воды.

5. Физические методы изучения ультраструктуры биологических мембран. Оптическая и электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, ЭПР, ЯМР.

Литература:

1.Лекции.

2. В.Ф. Антонов и др. Биофизика, М., 2000, гл. 1,2, с. 8-48.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 11, с. 184—203.

4. В.Г. Артюхов, М.А. Наквасина. Биологические мембраны, Воронеж, 2000, гл. 1.

Вопросы для самоконтроля:

1. Строение, модели, функции мембран.

2.Физические свойства и параметры мембран.

3.Подвижность фосфолипидных молекул в мембранах. Латеральная и флип-флоп диффузия в мембране. Принципы рентгеноструктурного анализа. Физические основы ЭПР и ЯМР.

4.Физическое состояние и фазовые переходы липидов в мембранах.

5. Модельные липидные мембраны. Липосомы и их применение в медицине.

6. Пассивный транспорт веществ. Уравнение Нернста-Планка и его выражение для мембраны.

7. Простая диффузия. Уравнение Фика. Коэффициент проницаемости. Особенности переноса воды. Облегченная диффузия.

8. Активный транспорт веществ через мембрану. Уравнение Уссинга. Ионные насосы и их виды.

Семинар №4

Электрическая активность биологических объектов

Одна из важнейших функций биологической мембраны — генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, регуляции мышечного сокращения, рецепции. В медицине на исследовании электрических полей, созданных биопотенциалами органов и тканей, основаны диагностические методы: электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и другие.

План изучения темы:

1. Биоэлектрические потенциалы. Мембранные потенциалы и их ионная природа.

2. Микроэлектродный метод внутриклеточного измерения потенциалов.

3. Потенциал покоя в клетках.

4. Потенциал действия. Свойства потенциала действия.

5. Механизм генерации и распространения потенциала действия.

6. Опыты с фиксацией напряжения.

7. Распространение потенциала действия вдоль возбудимого волокна.

Литература:

1. Лекции.

2. В.Ф. Антонов и др. Биофизика, М. Владос, 2000. гл. 5, с.123 - 127.

3. В.Ф. Антонов и др. Практикум по биофизике, М. Владос, гл. 2,. с. 80-86.

2. Рубин А.Б. Биофизика, М. Высшая школа, 1987. т. 2.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется трансмембранной разностью потенциалов?

2. Каким способом можно измерить трансмембранный потенциал в эксперименте?

3. Как формируется потенциал покоя клетки? Каковы соотношения основных ионов на внешней и внутренней стороне мембраны?

4. Понятие об ионных каналах мембраны и их характеристика.

4. Уравнение Нернста для потенциала покоя.

5. Уравнение Гольдмана-Ходжкина -Катца.

5. Потенциал действия аксона. Основные свойства потенциала действия аксона.

6. Опыты с фиксацией напряжения.

7. Распространение потенциала действия по нервному волокну аксона кальмара и человека.

8. Механизм генерации потенциала действия кардиомиоцита.

семинар № 5

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ. ОСНОВЫ БИОЭЛЕКТРОГРАФИИ.

Процессы жизнедеятельности сопровождаются электрическими явлениями в клетках и тканях. Регистрация биопотенциалов широко используется в диагностических целях для оценки состояния органов и тканей человека.

План изучения темы:

1. Понятие электрографии и ее виды.

2. Теория диполя как физическая основа электрографии.

3. Распределение электрического поля диполя в объемном проводнике.

4. Сердце как токовый диполь. Теория Эйнтховена.

4.Физические основы регистрации ЭКГ. Эквипотенциальные поверхности.

Литература:

1.Лекции.

2. В.Ф. Антонов и др. Биофизика, М., 2000, гл. 5, с. 112-123.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 12, с. 223238.

4. А.Г. Логвиненко, С.В. Логвиненко, И.А. Морозова, Э.А. Щербань. Основы классической электрокардиографии, Белгород, 2001, С. 122.

Вопросы для самоконтроля:

1. Cобственные электрические поля человека (элетромагнитные и акустические).

2. Метод исследования электрической активности органов - электрография.

3. Напряженность и потенциал. Характеристика диполя.

4. Сердце как токовый диполь. Представление об эквивалентном электрическом генераторе органов и тканей.

5. Основные постулаты и допущения теории Эйнтховена.

6. Электрокардиографические отведения. Отведения Эйнтховена.

7. Униполярные отведения Вильсона и усиленные отведения Гольдбергера.

8. . Стандартная электрокардиограмма и ее параметры.

9. Определение направления электрической оси сердца (ЭОС).

семинар № 6

Автоволновые процессы в активных средах

В организме волны возбуждения обеспечивают электромеханическое сопряжение и координацию сокращений мышечных структур, синхронизацию отдельных частей и систем органов, работу двигательного аппарата, осуществляют многие жизненно важные функции.

План изучения темы:

1. Понятие об автоволнах.

2.Сердечная мышца как пример активно-возбудимой среды.

3. Тау-модель распространения возбуждения в сердечной мышце.

4. Особенности распространения автоволн в кольце.

5.Трансформация ритма на неоднородном прямолинейном участке активно-возбудимой среды.

6. Ревербератор.

Литература:

1.Лекции.

2. В.Ф. Антонов и др. Биофизика, М., 2000, гл. 6, с. 127—142.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 11, с. 213-222.

4. А.Г. Логвиненко, С.В. Логвиненко, И.А. Морозова, Э.А. Щербань. Основы классической электрокардиографии, Белгород, 2001, С. 122.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные функции сердца. Автоматизм. Узлы автоматии.

2. Функция проводимости. Проводящая система сердца.

3. Функция сократимости.

4. Потенциал действия кардиомиоцита и истинных пейсмекеров (водителей ритма).

5. Активно-возбудимые среды. Автоколебания и автоволны в органах и тканях.

6. Тау-модель распространения возбуждения в сердечной мышце.

7. Основные свойства автоволн в активных средах.

8. Трансформация ритма волн возбуждения в сердце.

9. Непрерывная циркуляция волн возбуждения в миокарде.

10. Ревербераторы в неоднородных средах. Свойства ревербераторов.