|
Ответы к коллоквиуму по физике. 1 Какие процессы называются колебательными Гармонические колебания. Уравнение и график гармонических колебании. Частота колебаний. Укажите на графике амплитуду, период колебания, начальную фазу
№ 43 Возникновение спиральных волн возбуждения в активных средах. Ревербератор, его свойства. Ревербератор - источник нарушения ритма сердцаю.
Возникновение в возбудимой среде волны с оборванным фронтом часто приводит к возникновению спиральной волны. Поэтому, спиральные волны довольно типичная форма автоволн. Наиболее впечатляющим их примером могут служить спиральные галактики.
Если спиральная волна возникает в сердечной мышце, то ее период оказывается в несколько раз меньше периода синусового узла. В итоге она его подавляет. Это приводит к опасной тахикардии, называемой параксизмальной, или фибрилляции сердца. Избавиться от фибрилляции можно при помощи дефибриляции. Суть высоковольтной дефибриляции состоит в том что при помощи высоковольтного импульса все клетки среды переводятся сразу в возбужденное состояние, а потом совершают свой обычный переход к рефрактерному и состоянию покоя, но при этом спиральная волна уже исчезает.
Ревербераторами называются источники спиральных волн в АС. Период вращения автоволн ревербератора: Т=L/V где I - периметр отверстия или ядра ревербератора.
Величины l и V зависят от параметров активной среды. Показано, чем большую кривизну имеет фронт волны (она наибольшая на границе ядра), тем меньше его скорость, поэтому лямбда. автоволны в этом случае может быть непостоянной.
Ядро ревербератора может представлять собой анатомическое отверстие (по Винеру), но может быть и невозбудимой зоной, или, наконец, зоной с существенно пониженной возбудимостью. Возникновение ревербератора обычно связано с разрывом фронта волны.
Свойства ревербераторов:
1. В активной среде, в которой нет собственных источников возбуждения, возникает источник, посылающий волны возбуждения в окружающую среду 2. Время жизни ревербератора в неоднородной активной среде конечно. Оно определяется числом оборотов n волны возбуждения вокруг линии, разделяющей зоны R1 и R2, то есть числом импульсов, проходящих через некоторую точку в активной среде:
3. Частота волн, посылаемых ревербератором, есть максимально возможная частота возбуждения данной среды. 4. Размер ревербератора определяется фокусом 
и может быть меньше длины волны лямбда.
5. Ревербераторы могут размножаться на границах неоднородностей активной среды.
|
№ 44 Биофизика мышечного сокращения. Структура мышцы, саркомер. Основные положения модели скользящих нитей.
Мышечная клетка – представляет собой совокупность мышечных волокон, внеклеточного вещества.
Актиновая нить состоит из двух закрученных один вокруг другого мономеров актина толщиной по 5 нм. Эта структура похожа на две нитки бус, скрученные по 14 бусин в витке.
При сокращении мышцы тонкие нити вдвигаются между толстыми. Происходит относительное скольжение нитей без изменения их длины. Этот процесс обусловлен взаимодействием особых выступов миозина — поперечных мостиков с активными ' Центрами, расположенными на актине. Мостики отходят от толстой нити периодично на расстоянии 14,5 нм друг от друга. Рассмотренная структура и последовательность процессов называется моделью скользящих нитей. Впервые скольжение нитей в саркомере было обнаружено английским ученым Х.Хаксли. Он же сформулировал модель скользящих нитей. Основные положения модели скользящих нитей:
1. Длины нитей актина и миозина в ходе сокращения не меняются. 2. Мостики замыкаются не зависимо друг от друга
3. Мостики работают дискретно, сила и сокращение вызываемое одним мостиком малы.
4. Сила, развивается мышцей, пропорциональна количеству замкнутых мостиков.
5. Каждый цикл связан с гидролизом одной молекулы АТФ.
|
№ 45 Изометрический и изотонический режимы сокращения мышцы, графики одиночных сокращений. Уравнение Хилла.
1. Изометрический режим, при котором длина мышцы I = const, а регистрируется развиваемая сила F(t).
2. Изотонический режим, при котором мышца поднимает постоянный груз Р = const, а регистрируется изменение ее длины so времени дельтаl(t). При изометрическом режиме с помощью фиксатора а) предварительно устанавливают длину мышцы I. После Установки длины на электроды Э подается электрический стимул и с помощью датчика регистрируется функция F(t). Вид функции F(t) в изометрическом режиме для двух различных длин
При изотоническом режиме к незакрепленному концу мышцы подвешивают груз Р. После этого подается стимул и регистрируется изменение длины мышцы во времени: Δl (t).
Зависимость скорости укорочения от нагрузки Р было предложено эмпирическое выражение, описывающее эту кривую:
Р0 - максимальное изометрическое напряжение, развиваемое мышцей, или максимальный груз, удерживаемый мышцей без ее удлинения;
b - константа, имеющая размерность скорости,
а - константа, имеющая размерность силы.
Работа A = PΔl.
|
|
|
№ 46 Электромеханическое сопряжение в мышцах. Активные и пассивные потоки ионов при сокращении и расслаблении мышцы.
Электромеханическое сопряжение – это цикл последовательных процессов, начинающийся в возникновения ПД и заканчивающийся ответным сокращением мышцы.
Процесс сокращения кардиомиоцита происходит следующим образом 1 - при подаче на клетку стимулирующего импульса открываются быстрые (время активации 2 мс) натриевые канала ионы Na+ входят в клетку, вызывая деполяризацию мембран.
2 - натриевые каналы закрываются. В результате деполяризация плазматической мембраны в ней и в Т-трубочках открываются потенциал-зависимые медленные кальциевые каналы (время жизни 200 мс), и одновременно К-вые каналы. Са поступает в клетку.
3 - кальций, поступающий в клетку, активирует мембрану СР, являющегося внутриклеточным депо ионов Са2, и высвобождает кальций из пузырьков СР, в результате чего возникает так называемый "кальциевый залп". Ионы Са^ из СР поступают на aктин-миозиновый комплекс МФ, открывают активные центр актиновых цепей, вызывая замыкание мостиков и дальнейшее развитие силы и укорочения саркомера;
4 - ионы Са2+ с помощью кальциевых насосов, находящихся в мембране СР, активно заканчиваются внутрь саркоплазматического ретикулума. Мышца сокращается.
5 – Мостики размыкаются. Са освобождается частично и заканчивается насосами в СР, а остаток активно (насосами) выводится наружу. 6 - K+ пассивно выходит из клетки
В скелетных мышцах теплокровных ПД короткий и медленный поток ионов кальция в них отсутствуют. (Са поступает не по каналам а через т трубочки.) Общим для любых мышечных клеток является процесс освобождения ионов Са и внутриклеточное депо (СР)
|
№ 47 Вязкость жидкости, ее физическая природа, формула Ньютона. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Реологические свойства крови.
Вязкость (внутреннее трение) жидкости - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. Вязкость жидкости обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. Наличие вязкости приводит к диссипации энергии внешнего источника, вызывающего движение жидкости, и переходу ее в теплоту. Жидкость без вязкости (так называемая идеальная жидкость) является абстракцией. Всем реальным жидкостям присуща вязкость. Формула Ньютона:
где F [Н] - сила внутреннего трения (вязкости), возникающая между слоями жидкости при сдвиге их относительно друг друга; ню [Па-с] - коэффициент динамической вязкости жидкости, характеризующий сопротивление жидкости смещению ее слоев; dV/dZ [1/c] - градиент скорости, показывающий, на сколько изменяется скорость V при изменении на единицу расстояния в направлении Z при переходе от слоя к слою, иначе — скорость сдвига; S [м2] - площадь соприкасающихся слоев.
Ньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит только от ее природы и температуры.
Неньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит не только от природы вещества и температуры, но также и от условий течения жидкости, в частности от градиента скорости. Коэффициент вязкости в этом случае ней является константой вещества. При этом вязкость жидкости характеризуют условным коэффициентом вязкости, который относится к определенным условиям течения жидкости (например, давление, скорость). Зависимость силы вязкости от градиента скорости становится нелинейной:  где n - характеризует механические свойства при данных условиях течения. Примером неньютоновских жидкостей являются суспензии. Кровь — неньютоновская жидкость. В наибольшей степени это связано с тем, что она обладает внутренней структурой, представляя собой суспензию форменных элементов в растворе - плазме. Плазма - практически ньютоновская жидкость. Поскольку 93 % форменных элементов составляют эритроциты, то при упрощенном рассмотрении кровь - это суспензия эритроцитов в физиологическом, растворе.
|
№ 48 Гемодинамические параметры: давление, объемная и линейная скорости кровотока. Закон Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течения.
Гемодинамика – один из разделов биомеханики, изучающий законы движения крови по кровеносным сосудам.
Давление (Р) – сила, с которой кровь действует на единицу площади сосуда. Р = F/S.
Объемная скорость кровотока (Q) – объем протекаемых, в единицу времени через поперечное сечение сосуда. Q= V/t (м3/c)
Линейная скорость (V) – расстояние, протекаемое в единицу времени V – L/t (м/c).
Q = V * S, S – площадь поперечного сечения потока жидкости, т.к. жидкость несжимаема(давление всюду одинаково) то через любые сечения трубы протекают одинаковые объемы жидкости. Q = V * S = const.
Гидравлическое сопротивление (W) - величина, характеризующая действия сосуда на кровь. Зависит от радиуса сосуда. В реальных жидкостях по мере движения, их по трубе потенциальная энергия расходуется на работу по преодолению внутр. Трения поэтому давление жидкость вдоль трубы падает.
 где L – длина сосуда, n – вязкость среды, R – радиус сосуда.
Из закона Пуазейля следует, что падение давления крови в сосудах зависит от объемной скорости кровотока и от радиуса сосуда.
Граница применимости закона Пуазейля: 1) ламинарное течение 2) гомогенная жидкость 3) прямые жесткие трубки 4) удаленное расстояние от источников возмущений
Ламинарное течение – это упорядоченное течение жидкости, при котором она перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения. При ламинарном течении скорость в сечении трубы изменяется по параболическому закону: где R - радиус трубы, Z - расстояние от оси, Vо - осевая (максимальная) скорость течения. С увеличением скорости движения ламинарное течение переходит в турбулентное течение, при котором происходит интенсивное перемешивание между слоями жидкости. Режим течения жидкости характеризуется числом Рейнольдса Re. Для течения жидкости в круглой трубе: где V - скорость течения, средняя по поперечному сечению, R - радиус трубы.
Когда значение Re меньше критического Re = 2300, имеет место ламинарное течение жидкости, если Re > Re , то течение становится турбулентным. Турбулентное течение – связано с затратой энергии при движении жидкости, поэтому в кровеносной системе это может привести к дополнительной нагрузки на сердце.
|
|
|
№ 49 Пульсовая волна, её характеристики: длина волны, скорость распространения. Изменение давления крови в аорте в течение диастолы (Модель Франка).
Пульсовая волна – процесс распространения изменения объема вдоль эластичного сосуда в результате изменения в нем давления и массы жидкости. Характеристики пульсовой волны: 1) Амплитуда пульсовой волны (пульсовое давление) – разность между максимальным и минимальными значениями давлений в данной точке сосуда. В начале аорты амплитуда волны Ро, так равна разности Рс – Рg (систал. Р и диастол. Р) Затухание амплитуды пульсовой волны при ее распространении вдоль сосудов можно представить зависимостью: Ро (х) = Роi max * e в степени –Вх. В – коэф.затухания увеличивается с уменьшением радиуса.
2)Скорость распространения пульсовой волны зависит от свойств сосуда и крови  где Е – модуль Юнга материала стенки сосуда, h – ее толщина, R – радиус просвета, p – плотность крови.
Модель Франка: Модель кинетики кровотока. Цель модели – рассчитать изменение гемодинамических показателей (давления) во времени в некоторой точке х крупного сосуда. 1) Все крупные сосуды можно представить как эластический резервуар с постоянной эластичностью с, а мелкие – жесткой трубкой. 2) Существует внешний механизм открытия и закрытия аортального клапана 3) Давление в конце мелких сосудов , Р мул = 0.
Составим систему уравнений описывающих процесс:
 1 – я фаза – приток крови в аорту,2 – я фаза – фаза изгнания крови из крупных сосудов.
|
№ 50 Собственные физические поля организма человека: электрические, магнитные, электромагнитные, акустические. Физическая природа этих полей, их основные характеристики. Источники этих полей в организме. Методы картирования электрических, магнитных, электромагнитных полей организма человека.
Человек является источником акустических и электромагнитных полей. Эти поля называются СОБТВЕННЫМИ физическими полями.
Поле – форма материи, посредством которой осуществляется в взаимодействие между частицами вещества или телами. Полю свойственны непрерывность в пространстве и отсутствие массы.
Электромагнитные поля: 1) низкочастотное электрическое (Е) и магнитное (В) поле (частоты ниже 103 Гц); 2) радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) (частоты 109 – 1010 Гц и длина волны вне тела 3-60 см) 3) Инфракрасное (ИК)излучение (частота 1014 гц и длина волны 3 – 10 мкм) 4) оптическое излучение (частота 1015 Гц, длина волны порядка 0,5 мкм). Низкочастотные поля создаются при протекании физиологических процессов сопровождающихся электрической активностью органа. В СВЧ и ИК – диапазонах источником физических полей является тепловое электромагнитное излучение
Акустические поля: 1) низкочастотные колебания (частоты ниже 103 Гц); 2) кохлеарную акустическую эмиссию (КАЭ) - излучение из уха человека (v -103 Гц); 3) ультразвуковое излучение (v - 1-10 МГц).
Низкочастотное поле создается физиологическими процессами дыхательными движениями, биением сердца, током крови в кровеносных сосудах.
Электрические поля. Наиболее интересными для рассмотрения его источниками являются сердце и головной мозг. В процессе регистрации электрической активности сердца строят графики временной зависимости разности потенциалов между точками на поверхности тела человека, а при помощи электроэнцефалографии получают либо карту распределения полной мощности сигнала по поверхности головы, либо карту распределения мощности, соответствующей тому или иному заранее выбранному спектральному интервалу.
|
№ 51 Источники магнитных полей организма. Измерение индукции магнитного поля органов, градиометр. Магнитокардиография, магнитоэнцефалография.
Магнитное поле тела человека создается токами, генерируемыми клетками сердца и коры головного мозга.
Источники: движущаяся граница возбужденной и невозбужденной области органа (сердце, мозг)
Основные медицинские применения измерений магнитных полей тела человека – это магнитокардиография (МКГ) и магнитоэнцефалография (МЭГ)
Достоинством МКГ по сравнению с ЭКГ является возможность локализировать источники полей с высокой точностью порядка 1 см.
- Если внутри человека существуют биотоки, то на поверхности тела можно зарегистрировать структуру магнитного диполя.
- В МКГ и МЭГ используют 2 основные формы предоставления полученных результатов.
Традиционный способ – построение изолиний т.е. проведение семейства кривых, соотв. Одному и тому же значению индукции магнитного поля и различающихся друг от друга на постоянное значение.
Градиометр – позволяют измерять магнитоэнцефалограммы непосредственно в клинике. для того чтобы снизить собственные шумы магнитометра, его t понижают с помощью жидкого гелия.
Применение магнитографии
1)Существование МКГ, которая исследует магнитную активность сердца с помощью нее лучше локализовать в пространстве различные патологии.
2) При исследовании сердца плода (электрическая активность сердца матери забивает электр. Активность. Сердца плода, а магнитная не забивает т.е. прибор расположен далеко.
3) МЭГ используется при исследовании головного мозга.
|
| |
|
|
Скачать 5.18 Mb.