Билеты по биомедицинская физике с ответами. билеты физика. . Так как sqrt E то
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
законом Фика: Ф = Введем коэффициент диффузии D: D=URT. Уравнение Фика можно упростить, если приближенно выразить градиент концентрации через толщину h мембраны и абсолютные значения концентрации Си вещества по обе ее стороны. Тогда 𝑑𝐶 𝑑𝑥 = ∆𝐶 ∆𝑥 = |𝐶 𝑖 − 𝐶 𝑒 |/ℎ и для величины плотности потока диффузии получаем Ф ·|Ci – Ce|= p·ΔC, (3), где коэффициент p=D/h называют коэффициентом проницаемости (проницаемостью) мембраны. Следует подчеркнуть, что проницаемость мембраны различна для различных веществ и является одним из важнейших параметров, определяющих диффузию молекул и ионов через мембрану, и зависит от температуры среды и от толщины самой мембраны. Для транспорта незаряженных частиц используется уравнение Фика, либо (3). 3. Измерения полного сопротивления импеданса) живой ткани, проведенные на разных частотах, показывают, что сопротивление ткани максимально и равно R1 на постоянном токе (ω = 0), ас увеличением частоты переменного тока импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z2, остается практически постоянным. Такая зависимость импеданса от частоты указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие свойствами емкости. Простейшая электрическая схема, импеданс который имеет такую же частотную зависимость, что и импеданс живой ткани, представлена на рис. Полное выражение импеданса такой цепи, эквивалентного импедансу живой ткани, дается формулой: Емкостное сопротивление ткани XC=1/ωC определяется ее диэлектрическими структурными составляющими (клеточные мембраны, жировая клетчатка, эпидермиса величина сопротивлений R1 и R2 (причем R1>>R2) определяется омическими составляющими проводящих структур биологической ткани (кожи (R1), тканевой жидкости, крови, цитоплазмы (R2) и др. В представленной на рисунке 14.12 эквивалентной схеме постоянный ток может идти только через сопротивление R1, так как сопротивление емкости С для него бесконечно велико. Но для переменного тока сопротивление емкости уменьшается с увеличением частоты, ас ним уменьшается и полное сопротивление цепи. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю (Хс 0) и импеданс стремится к наименьшему значению 4. Если на поляризатор падает естественный свет, то после прохождения поляризатора он становится линейно поляризованным, причем плоскость колебаний электрического вектора прошедшей волны будет всегда параллельна определенной плоскости поляризатора, которую будем называть его плоскостью пропускания. При этом интенсивность прошедшей волны уменьшиться минимум в два раза:I прош = 1 2 I 0 . Если на поляризатор падает линейно поляризованная волна, плоскость колебания светового вектора (плоскость поляризации) которой составляет с плоскостью пропускания поляризатора угол φ, то прошедшая через поляризатор волна будет линейно поляризована параллельно плоскости пропускания поляризатора, а ее интенсивность определяется законом Малюса. I прош =I 0 cos 2 φ. Видно, что при φ = 0, свет проходит через поляризатор полностью (cos0 =1 и I=I0), а если φ = 900, то свет через поляризатор не проходит (cos 90=0, I = 0). При других значениях угла интенсивность прошедшего света будет принимать промежуточные значения в соответствии с законом Малюса. 5). v=√(Eh/ρd); Е (кПа) 6). I=I0e^-μx; I/I0=0.5; e^-μx= 0.5; μx* ln0.5 = 0.693: мм мм. Билет 6 Активный транспорт-перенос молекул и ионов через мембрану за счет энергии метаболизма. Акт транспорт всегда ведет к увелич разности (электрохимических потенциалов) по обе стороны мембраны(из области его меньшей концентрации в область большей концентрации. Энергия на совершение работы по активному транспорту получается при расщеплении молекул АТФ на АДФ и фосфатную группу (Ф) под действием специальных белков-ферментов― транспортных АТФ-аз. АТФАДФ+Ф+Е Е 45кДж/моль). Активный транспорт веществ принято делить на два вида 1. Активный транспорт ионов. 2. Активный транспорт орг. в-в (аминокислоты и сахара) Известны 4 системы акт транспорта ионов в живой клетке. Три из них обеспеч перенос ионов Na+, K+, Ca2+, H+ через биологические мембраны - это соответственно Na+-K+-АТФ-аза; Са2+-АТФ-аза; Н+- АТФ-аза, а четвертый механизм - это активный перенос протонов при работе дыхательной цепи митохондрий. Механизмы активного транспорта часто называют насосами или помпами. Наиболее сложно устроена протонная помпа, те. Н+-АТФ аза дыхательной цепи митохондрий, а наиболее просто Са2+-АТФ-аза. Механизм активного транспорта Nа+-К+-насоса. Под действием ионов а, находящихся на внутренней стороне мембраны, белок переносчик (транспортная АТФ-аза) активируется и расщепляет молекулу АТФ на АДФ и Ф с выделением энергии Е=45кДж/моль. Происходит присоединение к транспортному белку 3 ионов Na+, которые перемещаются белком переносчиком на внешнюю сторону мембраны и там освобождаются. Вместо них белок-переносчик захватывает на наружной стороне мембраны 2 иона К и транспортирует их в обратном направлении(внутрь клетки. Na+ и K+ переносятся из области их меньшей концентрации в область их большей концентрации, те. в направлении, противоположном их пассивному транспорту. Поскольку за один цикл действия Nа+-К+-насоса из клетки переносится наружу 3 иона а, а внутрь – только 2 иона Кто клетка теряет один положительный заряд, ее внутренняя часть заряжается отрицательно, а внешняя - положительно, что приводит к возникновению разности потенциалов на клеточной мембране. Насосы, в результате своей работы создающие разность потенциалов на мембране, называют электрогенными. Энергия, освобождаемая при фосфорилировании АТФ составляет 45 кДж/моль, практически вся энергия гидролиза АТФ тратится на активный переноса+ и К+ (КПД до 92%). Неравномерное распределение концентраций ионов Ка, С , а также в ряде случаев Са, по обе стороны мембраны обеспечивается каких различной проницаемостью, таки сильным электрическим полем мембраны, которое определяется ее потенциалом покоя. Из уравнения Нернста-Планка следует, что RT/C∙dC/dx=-ZF∙dφ/dx те. в покое градиенты концентрации и электрического потенциала направлены противоположно друг другу. В свою очередь, возникающий на мембране потенциал покоя препятствует выходу ионов К+ из клетки и чрезмерному входу Cl– в нее, поддерживая тем самым их концентрационные градиенты на мембране. Полное выражение для мембранного потенциала, учитывающее потоки диффузии эти трех видов ионов, было получено Гольдманом, Ходжкиным и Катцем: м = -RT/F ln(𝑃𝐾𝐶𝑖(𝐾+) +𝑃𝑁𝑎𝐶𝑖 (𝑁𝑎+) +𝑃𝐶𝑙𝐶𝑒(𝐶𝑙- )/ 𝑃𝐾𝐶𝑒(𝐾+) + 𝑃𝑁𝑎𝐶𝑒(𝑁𝑎+) +𝑃𝐶𝑙𝐶𝑖(𝐶𝑙-)). Здесь Р , Р и PCl – прониц мембр для соответств ионов, а Си их конц внутри и вне клетки. 2. Лучевая терапия - изучает применение ионизирующих излучений для лечения болезней. Применяется в комплексном лечении больных с онкологиями. При использовании лучевой терапии необходимо наиболее интенсивно воздействовать излучением на очаг патологии при минимальном поглощении энергии в окружающих его здоровых тканях и органах. Рентгеновское излучение низких и средних энергий применяют при воздействии на поверхностно расположенные образования или при лечении заболеваний, не требующих высокоинтенсивного облучения. В ткани интенсивность такого рентгеновского излучения достаточно резко убывает ив см от поверхности обычно не превышает 20% интенсивности падающего пучка рентгеновских лучей. Гамма-излучение вызывает ионизацию молекул биоткани на любом расстоянии от поверхности тела. Это позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли, облучая их по разным направлениям, сходящимся в области опухоли, одновременно с снижая риск повреждения кожи и окружающих здоровых тканей. Источником излучения в гамма-терапии обычно являются радионуклиды , создающие при своем распаде наряду с электронами высокоэнергетичные гамма-кванты. Электронные пучки с энергией 25 МэВ создают максимальную ионизацию на глубине 1-3 см и используются для облучения неглубоко лежащих патологических очагов. До столь значительных энергий электронные пучки разгоняются в ускорителях. Протоны, как и альфа-частицы, дают максимум ионизации в конце своего пробега в веществе. Это позволяет при протонном облучении подвести высокую энергию к облучаемому очагу без существенного облучения окружающих его нормальных тканей. Однако, для обеспечения глубины проникновения в ткань в 11-14 см, протонные пучки должны обладать энергией 120-160 МэВ. Альфа-частицы из-за малого пробега в веществе могут использоваться в лучевой терапии при контакте с организмом или при введении внутрь его. Характерным примером является радоновая терапия. Вода, содержащая и его продукты распада используется для воздействия на кожу при приеме радоновых ванн. 3. Механ свойства тел проявляются в их реакции на действие внешних сил. Изменения формы и/или размеров образца под действием внешних сил называют деформацией. Деформации бывают упругие и пластические. Деформация упругая, если после снятия нагрузки тело полностью восстанавливает свою исходную форму и размеры, и пластичная (неупругая, если размеры тела восстанавливаются не полностью, те. имеет место остаточная деформация. Различают также виды деформации по изменению формы тела и направлению приложенных нагрузок деформациями сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и кручения. Количественной мерой деформации является абсолютная либо относительная деф- ия. Относительная деформация ε – величина безразмерная и определяется как отношение абсолютной деформации к первоначальной длине образца Наличие в деформируемом образце упругих сил упр, распределенных по всему его объему, приводит к возникновению в этом образце механического напряжения , которое равно отношению упругой силы к площади S поперечного (те. перпендикулярного действующей на образец силе) сечения образца = F/s 4. 1. Закон Кирхгофа При одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения одинаково для всех тел и равно спектральной плотности энергетической светимости ε λ абсолютно черного тела. R/α= ε λ Cледствие: при любой фиксированной t абсолютно черное тело обладает наибольшей излучающей способностью по сравнению с другими телами. Чем больше тело поглощает, тем больше излучает. 2. Закон Стефана – Больцмана Энергетическая светимость абсолютно черного тела прямо пропорциональна ой степени его абсолютной температуры R = постоянная Стефана-Больцмана. 3. Закон смещения Вина Длина волны макс, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре этого тела макс ; b- постоян Вина. Этот закон показывает с увеличением температуры максимум спектра теплового излучения смещается в сторону более коротких длин волн. 5). ЭДС = β (T1-T2); T1-T2= ЭДС β = 12/0.4 = 30°; Т значит Т 6). 𝑣 = √ 𝐸ℎ 𝜌𝑑 ; E=pd/h= 9 2 ∙ мс кПа Билет 7 1). Под электромагнитными полями (ЭМП) высоких частот понимаются ЭМП с частот МГц до 300 ГГц, кот уже неспособны возбуждать живую ткань и позволяют воздействовать на нее большими токами и полями, вызыв. ее прогрев или оказ. на нее специфич нетепловые воздействия. Под действ. Высокочаст токов и полей тепло выдел непоср внутри биотканей(эндогенное), в отличие от наружн прогрева при их контакте с более нагретым телом. Нагревание живой ткани на С приводит к улучш кровообр в ней, уменьш. болевых ощущений, активизации процессов обмена. Тепловой эффект отличается от других воздействий теплом на организм (грелки, ИК-облучение) тем, что нагревание тканей токами и полями высокой частоты происходит за счет непосредственн выдел теплоты в располож внутри тела тканях и органах. Кол-во теплоты, выдел в проводнике (з-н Джоуля-Ленца): Q = I^2Rt, Удельная мощность тепловыделения (определяет эффективность тепловой процедуры q = Q/V*t (Вт/м3). Нетепловой (специфический) эффект 1. внутримолекулярн физико-хим процессы или структур перестройки, изменяющиеся функциональные состояния клеток тканей (структурн эффект 2. выстраивание в цепочки, ориентированные по силовым линиям поля, эритроцитов, лейкоцитов, поляризов боковых ветвей белковых макромолекул(ориентационный эффект 3. резонансное поглощение энергии колебаний отдельными макромолекулами (осцилляторный эффект. Диатермия - метод ВЧ терапии, основанный на воздействии переменным током высокой частоты прогревание тканей тела высокочаст током (1,5—2 Мгц), большой величины(до А, напряж до 80 В ток проходит между двумя металлическ электродами на пов-ти тела терапевтич эффект -тепловое действие тока→температура поверхностных тканей вобл воздейств повыш на С эффекты расшир сосудов, актив биохим процессов, улучш кровоснабж, ускор регенерации, болеутоляющ и антибакт действие. Так как наиб удельным сопротивлением обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они и нагреваются сильнее. Наим нагревание у органов, богатых кровью или лимфой, — легкие, печень, лимф узлы. Недостаток—большое кол-во теплоты непродуктивно выдел в слое кожи и подкожной клетчатке. В последнее время диатермия уходит из терапевтической практики и заменяется другими методами высокочастотного воздействия, из-за повышенной опасностью диатермии неисправность аппарата, случайное искрение вместе наложения электродов при прямом двухполюсном касании биологического объекта и значительном токе могут привести к трагическим последствиям. Электрохирургия. Тепл. мощность, выделяющ. вед. объема ткани, пропорц. квадрату плотности тока, что исп-ся в эл.хирургии для эл.коагуляции, эл.томии или разрушения тканей. Необх-е для эл.хирургии интенсивное обр-ние тепла в области воздействия обесп-ся применением активного электрода с площадью поверхности в и раз меньшей, чем поверхность второго (пассивного) электрода. Благодаря этому под активным электродом плотность тока в тысячи раза выделяющ. удельная тепл. мощность в сотни тысяч раз больше, чем под пасс. электродом. В рез. под актив. электродом происходит в зависимости от параметров воздействия либо тепловая коагуляция ткани, либо испарение, либо выгорание ткани. Соответственно есть 2 основн режима эл.хирургии(моноактивные): электрокоагуляция сваривание ткани >электротомия рассечение ткани При эл.коагуляции активный электрод в форме шара или диска плотно прижимается к ткани, после чего на несколько секунд включается высокочастотный ток. Ткань под электродом нагревается до температуры 60–80 С, при которой происходит деструкция белков. Глубина эл.коагуляции обычно не превышает диаметра примененного электрода, что объясн. резким уменьшю плотности тока с увелич. расстояния от электрода. Эл.коагуляция использ. для удаления папиллом, бородавок, грануляций, для ост. кровотечений,для умерщвл нерва зуба. При электротомии актив. электрод им. форму тонкого лезвия, кот. прикасаются к телу и после включения высокочаст. тока проводят без давления по поверхности рассекаемой ткани. Примен активные электроды в виде иглы или проволочного кольца (диатермическая петля. При эл.томии из-за интенс. нагрев ее клеточная и межклеточн жидкости испаряются и разрывают ткань. Величина тока и скорость движ актив. электрода определяют глубину разреза мм) и степень коагуляции тканей. При быстром движении электрода по краям раны разрез почти не отличается от разреза скальпелем, н разрез получ. почти бескровный. Малые сосуды коагулируются и закупор. в процессе резания. Коагуляция краев раны вместе с сосудами устраняет потери крови и исключ. проникновение инфекции. При эл. хирургическом разрезе коагулируются нервн. окончания, в связи с чем знач. уменьшаются боли в послеоперац. период. Биактивная методика электрокоагуляции. При этом подлеж. воздействию участок ткани захватывается двумя один. электродами, имеющ. вид ножек пинцета. Биактивная методика особенно удобна при коагуляции выступ. над поверхностью тела участков ткани. Местная (локальн) дарсонвализация – метод воздейств импульсного перемен тока высокой частоты (110 кГц, высокого напряжения (20 кВ) и малой силы (0,02 мА) на определенн участки линии высокочастотн поля подводится с пом одного из стеклянн электродов,наполненн воздухом при низк давл мм рт.ст. УВЧ-терапия(ультравысокочастот)- электролечебн метод, представл собой воздействие на ткани тела больного электрич полем ультравысок частоты (25—50 МГц):электрич поле созд с пом х конденсаторных электродов, соедин проводами с генератором УВЧ колебаний. Подвергаемая воздействию часть тела помещ м\у электродами, установл на расстоянии 1-3 см от пов-ти тела больного В тканях под влиянием электрич поля УВЧ образ 2 вида тока в проводящих электрический ток тканях (кровь, лимфа, моча и ткани с хорошим кровоснабж)-ток проводимости (заряженные частицы колеблются прямолинейно с частотой изменения полярности ВЧ поля в диэлектрических тканях (соединит, жировая, костная) - ток смещения (образ полярные молекулы(диполи), измен ориентацию в зав-ти от частоты изменения напряженности ВЧ поля при УВЧ-терапии прогреваются проводники с малым удельным сопротивл: q = E^2/ ρ. Терапевтич контур – сюда помеща пациент для защиты от опасных низкочастотных напряжений питания. Технический контур–генерир ЭМ колебания необход частоты.Для получ теплов эффекта необх наличие резонансам у двумя контурами(т е контуры должны быть настроены на одну частоту. МКВ- терапия(микроволнов). Для прогрева пациента используется электромагнитное излучение с частотой 2375 МГц. Длина электромагнитной волны в вакууме L0=C/v=12 см, в жир ткани = 7 см. МКВ- излучение проникает в ткани орг-ма на 3-4 см, поглоща тканями с большим содерж жидкости (кровь, лимфа, мышцы. Часть МКВ-энергии отраж от кожных тканей, образ стоячие волны и создаются опасность локального перегрева. Тепловые р-ры находятся на пов-ти тела, кожа нагрев незначит, пациент не чувствует повыш темп внутри орг-ма. Дециметров волновая(ДМВ)-терапия-воздействие на ткани орг-ма ЭМ полем сверхвысок частоты дециметрового диапазона МГц и небольш мощности до 60 Вт энергия поглощ тканями, содерж значит кол-во воды(т е в кровь, мышцы, а в жиров ткани и костях поглощение невелико (в отлич от теплов действия при диатермии и УВЧ-терапии). Преимущество ДМВ-терапии по сравн с МКВ-терапией в 2 раза больш глубина проникнов и воздейстя при меньшем нагреве пов-ти тканей. |