физика. Билет 1 Клеточная мембрана определение, функции мембран, физические свойства. Ультразвук способы получения (обратный пьезоэффект, магнитострикция), свойства, механизм влияния на биообъекты.
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
БИЛЕТ № 5 Ионный канал. Определение. Молекулярная конструкция. Селективный фильтр. Механизм транспорта иона через ионный канал. Физические основы электрокардиографии. Теория Эйнтховена, основные положения. Распределение эквипотенциальных линий на поверхности тела. Стандартные отведения. Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Скорость распространения. Вектор Умова - Пойтинга. 1. 5.Ио́нные кана́лы — порообразующие белки (одиночные либо целые комплексы), поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. ИК состоят из белков сложной структуры. Белки ИК имеют определённую конформацию, образующую трансмембранную пору, и "вшиты" в липидный слой мембраны. Канальный белковый комплекс может состоять либо из одной белковой молекулы, либо из нескольких белковых субъединиц, одинаковых или разных по строению. Эти субъединицы могут кодироваться разными генами, синтезироваться на рибосомах по-отдельности и затем собираться в виде целостного канала. Домены - это отдельные компактно оформленные части канального белка или субъединиц. Сегменты - это части белкка-каналоформера, свёрнутые спирально и прошивающие мембрану. Практически все ИК имеют в составе своих субъединиц регуляторные домены, способные связываться с различными управляющими веществами (регуляторными молекулами) и за счёт этого менять состояние или свойства канала. В потенциал-активируемых ИК один из трансмембранных сегментов содержит специальный набор аминокислот с положительными зарядами и работает как сенсор электрического потенциала мембраны. ИК в своём составе могут иметь также вспомогательные субъединицы, выполняющие модуляторные, структурные или стабилизирующие функции. Один класс таких субъединиц - внутриклеточные, расположенные полностью в цитоплазме, а второй - мембранные, т.к. они имеют трансмембранные домены, прошивающие мембрану. Свойства ионных каналов: Селективность - это избирательная повышенная проницаемость ИК для определённых ионов. Для других ионов проницаемость понижена. Такая избирательность определяется селективным фильтром - самым узким местом канальной поры. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд. Например, катион-селективные каналы обычно имеют в области своего селективного фильтра отрицательно заряженные остатки аминокислот в составе белковой молекулы, которые притягивают положительные катионы и отталкивают отрицательные анионы, не пропуская их через пору. Управляемая проницаемость — это способность открываться или закрываться при определённых управляющих воздействиях на канал. Инактивация — это способность ионного канала через некоторое время после своего открытия автоматически понижать свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать. Блокировка — это способность ионного канала под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия. Блокировку вызывают вещества-блокаторы, которые могут называться антагонистами, блокаторами или литиками. Пластичность — это способность ионного канала изменять свои свойства, свои характеристики. Наиболее распространённый механизм, обеспечивающий пластичность — этофосфорилирование аминокислот канальных белков с внутренней стороны мембраны ферментами-протеинкиназами. Работа ионных каналов: Лиганд-зависимые ионные каналы Эти каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружными рецепторными участками, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы почти нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический потенциал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в синаптическую щель и времени, которое он там находится. Потенциал-зависимые ионные каналы Эти каналы отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала. Например, натриевые каналы. Если мембранный потенциал поддерживается на уровне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются, и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. Через 0,5 мс после установления нового значения мембранного потенциала, этот натриевый ток достигнет максимума. А еще через несколько миллисекунд падает почти до нуля. Это значит, что каналы через некоторое время закрываются вследствие инактивации, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. Но закрывшись, они отличаются от состояния, в котором находились до открытия, теперь они не могут открываться в ответ на деполяризацию мембраны, то есть они инактивированны. В таком состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд. 2.28. Электрокардиография – это физический метод регистрации электрической деятельности сердца с помощью усилителя биопотенциалов – электрокардиографа. Теоретическое обоснование метода сводится к идее Эйнтховена о сердце, как электрическом диполе, помещенном в слабо проводящую среду. Многочисленными исследованиями установлено, что эл. генератор сердца локализуется в синусном узле, этот узел обладает свойством автоматизма, т.к. генерирует эл. потенциалы периодически. В свою очередь СА-узел входит в состав так называемой проводящей системы сердца, включающей в себя АВ-узел, пучок Гиса, ножки пучка Гиса и волокна Пуркинье. Сердце, как эл. диполь создает эл. поле некоторой напряженности Е и следовательно его силовые линии будут выходить на поверхность тела. Если это действительно так, то на поверхности тела модно выделить линии равного потенциала. Т.к. возбужденный участок сердца заряжается отрицательно по отношению к невозбужденному, то верхняя правая часть тела будет заряжена отрицательно, а нижняя левая положительно. Таким образом, если некоторый чувствительный вольтметр подсоединить к тем двум участкам поверхности тела, которые различаются значениями своего потенциала, то он зарегистрирует разность потенциалов. Чтобы сделать измерение и запись ЭКГ стандартными Эйнтховен предложил считать, что сердце – диполь и помещено в центр равностороннего треугольника, а ткани организма имеют одинаковую эл. проводность во всех направлениях. Для унификации таких измерений он предложил измерять разность потенциалов между вершинами треугольника (конечностями). Соответственно пары точек были названы отведениями. 1 отведение – левая рука, правая рука 2 – права рука, левая нога 3 – левая нога, левая рука. 3. 51.Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве. Электромагнитная волна это процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрич. поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрич. поля. Свойства электромагнитной волны. Это Частота,Скорость света,Фаза. Скорость распространения электромагнитного поля в вакууме равна скорости света а в среде эта скорость ν меньше и зависит от свойств среды: где ε — диэлектрическая проницаемость среды, μ — магнитная проницаемость среды. Вектор умова-Пойтинга — вектор плотности потока энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга S можно определить через векторное произведение двух векторов:  где E и H — вектора комплексной амплитуды электрического и магнитного полей соответственно.Этот вектор по модулю равен количеству энергии, переносимой через единичную площадь, нормальную к S, в единицу времени. Своим направлением вектор определяет направление переноса энергии. БИЛЕТ № 6 Активный транспорт ионов. Мембранный насос. Определение. Молекулярная конструкция натриево-калиевого насоса. Ионообменный механизм транспорта ионов натрия, калия. Электрокардиограмма здорового сердца: кривая, формы и виды зубцов. Информационное значение зубцов, интервалов и сегментов ЭКГ. Блок- схема генератора незатухающих колебаний. Аппарат УВЧ-терапии. Терапевтический контур. 1.6. Активный транспорт – это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением. Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только в сопровождении с процессом гидролиза АТФ, т.е за счет затраты энергии, запасенной в макроэргических связях АТФ. Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциалов, градиенты давления и т.д., поддерживающие жизненный процессы. Мембранный насос— объёмный насос, рабочий орган которого — гибкая пластина (диафрагма, мембрана), закреплённая по краям; пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе. Среди примеров активного транспорта против градиента концентрации лучше всего изучен натрий-калиевый насос. Во время его работы происходит перенос трех положительных ионов Na+ из клетки на каждые два положительных иона К в клетку. Эта работа сопровождается накоплением на мембране разности электрических потенциалов. При этом расщепляется АТФ, давая энергию. В течение многих лет молекулярная основа натрий-калиевого насоса оставалась неясной. В настоящее время установлено, что Na/K-транспортный белок представляет собой АТФазу. На внутренней поверхности мембраны она расщепляет АТФ на АДФ и фосфат (рис. 1.6). На транспортировку трех ионов натрия из клетки и одновременно двух ионов калия в клетку используется энергия одной молекулы АТФ, т. е. суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд. Таким образом, Na/К-насос является электрогенным (создает электрический ток через мембрану), что приводит к увеличению электроотрицательности мембранного потенциала приблизительно на 10 мВ. Транспортный белок выполняет эту операцию с высокой скоростью: от 150 до 600 ионов натрия в секунду. Аминокислотная последовательность транспортного белка известна, однако еще не ясен механизм этого сложного обменного транспорта. Данный процесс описывают с использованием энергетических профилей переноса белками ионов натрия или калия (рис. 1.5,-6). По характеру изменения этих профилей, связанных с постоянными изменениями конформации транспортного белка (процесс, требующий затраты энергии), можно судить о стехиометрии обмена: два иона калия обмениваются на три иона натрия. Помимо Na/K-насоса плазматическая мембрана содержит по крайней мере еще один насос—кальциевый; это насос откачивает ионы кальция (Са2+) из клетки и участвует в поддержании их внутриклеточной концентрации на крайне низком уровне. Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ 2.29. ЭКГ-кривая, отражающая изменения разности потенциалов с течением времени, обусловленная работой сердца. ЭКГ снимается с 3 стандартных, 3 усиленных и 6 грудных отведений. Отведение-2 точки эл. Поля между которыми измеряется разность потенциалов. 1. Зубец Р – возбуждение предсердий. 2. Сегмент PQ – возбуждение распространяется на атриовентрикулярный узел, пучок Гасса и ножки Гисса. 3. Зубец Q – возбуждение межжелудочковой перегородки. 4. Зубец R – начало возбуждения обоих желудочков. 5. Зубец S – полное возбуждение желудочков. 6. Сегмент ST - желудочки возбуждены некоторое время. 7. Зубец Т – процесс реполяризации. 8. Сегмент ТР – диастола. 3.52. В работе используется апп. УВЧ-66. Апп. состоит из 3-х основных блоков: генератор незатухающих колебаний, терапевтический контур и блок питания.  1)Основная часть КК-источник ЭМП 2) Источник Е 3) Клапан 4) Обратная связь, с помощью которой КК управляет работой клапана 5) Терапевтический контур С-конденсатор Терапевтический контур для технической безопасности. Вся электрическая схема смонтирована в металлический корпус. Отдельные элементы схемы экранированы. Элементы управления находятся на передней панели и имеют соответствующие надписи. Переключатель «Напряжение» служит для регулировки рабочих режимов апп. Контроль напряжения в сети осуществляется нажатием кнопки «Контроль». Для изменения мощности служит переключатель «Мощность» (0, 20, 40, 70 Вт). Ёмкость переменного конденсатора ТК изменяется ручкой «Настройка».  БИЛЕТ № 7 Мембранный потенциал, определение, величина. Способы измерения МП. Условия и механизм возникновения мембранного потенциала. Роль пассивных и активных сил. Вектор ЭДС сердца, его построение, клиническое значение. Техника измерения амплитудных (мВ) и временных (сек) параметров, зубцов и интервалов ЭКГ по электрокардиограмме. Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием электрической составляющей переменного электромагнитного поля высокой частоты. УВЧ-терапия. Изобразить графически влияние полей на растворы электролитов и жидкие диэлектрики. 1. 7.Мембранный потенциал - разность электрических потенциалов между наруж. и внутр. поверхностями биомембраны, обусловленная неодинаковой концентрацией ионов, гл. обр. натрия, калия и хлора.Величина мембр. потенциала различна у разных клеток: для нервной клетки она составляет 60—80 мВ, для поперечнополосатых мышечн. волокон — 80—90 мВ, для волокон сердечной мышцы — 90—95 мВ. Под влиянием различных факторов (раздражителей) физической или химической природы величина мембранного потенциала может изменяться. Увеличение разности потенциалов между клеткой и окружающей средой называется гиперполяризацией, уменьшение — деполяризацией. Микроэлектродный метод. Потенциал покоя возникает в результате двух причин: 1) неодинакового распределения ионов по обе стороны мембраны; 2) избирательной проницаемости мембраны для ионов. В состоянии покоя мембрана неодинаково проницаема для различных ионов. Клеточная мембрана проницаема для ионов K, малопроницаема для ионов Na и непроницаема для органических веществ. За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концент-рации ионов. Ионы K выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы Cl пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки. Ионы Na накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки. В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. Внутренняя поверхность мембраны может не быть абсолютно отрицательно заряженной, но она всегда заряжена отрицательно по отношению к внешней. Такое состояние клеточной мембраны называется состоянием поляризации. Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие. Момент равновесия зависит от двух сил: 1) силы диффузии;2) силы электростатического взаимодействия. Значение электрохимического равновесия: 1)  поддержание ионной асимметрии;2) поддержание величины мембранного потенциала на постоянном уровне. В возникновении мембранного потенциала участвуют сила диффузии (разность концентрации ионов) и сила электростатического взаимодействия, поэтому мембранный потенциал называется концентра-ционно-электрохимическим. 2. 30.  Вектор ЭДС сердца можно построить с помощью треугольника Эйтховена. Для построения вектора ЭДС сердца по ЭКГ нужно построить равносторонний треугольник и из середин его сторон восстановить перпендикуляры до взаимного пересечения в точке О. Затем в трёх отведениях измерить амплитуды соответствующих зубцов (например R). Отложить полученные значения на сторонах треугольника. Восстановить перпендикуляры из концов векторов отведений до взаимного пересечения в точке О’. Отрезок О О’ можно рассматривать теперь как вектор ЭДС и прямую на которой он лежит-как электрическую ось сердца. мВ: 1) Для расчёта напряжения в зубце Rизмерьте его амплитуду в мм 2) Используя параметры калибровочного сигнала (амплитуда 10 мм и напряжение 1 мВ) составьте пропорцию: АК-1 мВ AR1-Х мВ где, АК-амплитуда калибровочного сигнала AR1-амплитуда исследуемого сигнала. Тогда амплитуда исследуемого сигнала в мВ будет равна: Х(мВ) = AR1*1мВ/ АК 3) Рассчитать напряжение зубцов R во всех трёх отведениях. Сек: 1) Уточните скорость записи ЭКГ. 2) Измерьте расстояние между интересующими вас точками на оси t. 3) Рассчитайте время: t=S/V 3. 53.УВЧ-терапия-лечебный метод, где действующим фактором является ЭМП, составляющей которого является переменное ЭП ультравысокой частоты, подведённоё к тканям с помощью конденсаторных пластин. Действие УВЧ-поля в жидких токопроводящих средах вызывает направленное колебание ионов, а в диэлектриках-колебание ядра и электронов. Под действием УВЧ-поля в тканях происходит теплообразование. Колебательные движения заряженных частиц приводят к физико-химическим изменениям в клеточной и молекулярной структуре тканей. При воспалительных процессах УВЧ-поле вызывает усиление кровообращения в очаге действия. УВЧ-поле снижает жизнедеятельность бактерий. ЭП УВЧ оказывает антиспастическое действие на гладкую мускулатуру желудка, кишечника, бронхи. Влияние ЭП УВЧ сопровождается расширением капилляров, артериол, снижением АД, ускорением кровотока. t(мин) t°(ф.р.) t°(в.м.) 0 23 23 5 24 24 10 25 26 15 25 27 20 26 29 25 27 29 30 28 31 (график построить) БИЛЕТ № 8 Уравнение Нернста. Потенциал Нернста, его природа. Стационарный мембранный потенциал, уравнение Гольдмана-Ходжкина. Блок-схема электрокардиографа. Назначение блоков. Виды электрокардиографов. Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием постоянного тока. Гальванизация и электрофорез. Блок-схема аппарата. 1. 8.Уравнение нернста,его природа.Стационарный мембранный потенциал,уравнение Гольдмана-Ходжкина. Состояние, при котором поток ионов по их концентрационному градиенту уравновешивается мембранным потенциалом, называется состоянием электрохимического равновесия ионов. Величина такого мембранного потенциала равновесия определяется уравнением Нернста.— уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохим. уравнение, и стандартными потенциалами окислительно-восстановительных пар.  где E - электродный потенциал, E0 - стандартный электродный потенциал, который измеряется в вольтах; R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж делённая на моль умноженная на K; T— абсолютная температура; F — число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль; n— число моль электронов, участвующих в процессе; Уравнение Нернста показывает, что концентрационный градиент ионов калия определяет величину мембранного потенциала покоя только в первом приближении. Более точная величина мембранного потенциала покоя может быть вычислена из уравнения Гольдмана-Ходжкина, в котором учитываются концентрации и проницаемость мембраны для трёх основных ионов внутри- и внеклеточной жидкостей: Это уравнение называется уравнением стационарного потенциала Гольдмана - Ходжкина - Катца. Также в поддержании мембранного потенциала покоя участвует непосредственно натрий-калий насос, выкачивая три иона натрия из клетки и закачивая лишь два иона калия. В результате мембр. потенциал покоя становится более отрицательным, чем был бы, если бы создавался только пассивным перемещением ионов через мембрану. Мембранный потенциал иногда обзывают потенциалом Нернста. Уравнение потенциала для трех ионов называется уравнением стационарного потенциала Гольдмана-Ходжкина. В состоянии покоя PK : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,045, т.е проницаемость для К+ заметно выше, чем для других ионов. При возбуждении 1 : 20 :0,45. 2. 31.БО – блок отведения. 5 разноцветных проводов: кр-ПР, жёл-ЛР, зел-ЛН, чер-ПР (заземление), бел-грудная присоска. ДУ – дифференц. усилитель-отделяет помехи и полезный сигнал (помехи гасит а полезный сигнал усиливает) УНЧ – усилитель низкой частоты (коэф. Одного=10, а вместе=1000) УМ – усилитель мощности РУ – регистрирующее устройство К – мультивибратор (источник стабильного напряжения).  С Блок-схема: Блок Калибровки<-Блок отведения ->Дифф усилитель -> УНЧ ->УНЧ -> УНЧ ->Усилит мощнос ->РУ Блок питания –подсоединяется ко всем блокам, кроме РУ уществует несколько типов электрокардиографов. Они могут быть одноканальные, трёхканальные, шестиканальные, 12-канальные и многоканальные, а также компьютерные и портативные. В зависимости от вида, кардиографы применяются в диагностических центрах, машинах скорой помощи, в отделениях кардиологии, интенсивной терапии и функциональной диагностики, и даже в домашних условиях. 3. 54.Гальванизация - это высокоэффективный метод терапии, при котором на организм человека действует постоянный электрич. ток низкого напряжения (до 80В) и малой силы (до 50 мА). При его прохождении через кожу, в организме чел. происходят физико-химические процессы: электролиз, поляризация, диффузия, осмос. В тканях и клетках меняется соотношение ионов. Гальванизация стимулирует и регулирует функциональность нервной и эндокринной систем, нормализует секреторные и моторные функции органов пищеварения, увел. устойчивость к внешн. воздействиям, улучшается белковый и углеводный обмен,улучшается гемодинамика, нормализуется ритм сердечных сокращений. Также применяется для нормализации и ликвидации патологических состояний, так и для профилактики преждевременного старения организма. Если при гальванизации применяется лекарственное средство, то такой метод называется электрофорез, Лечебные эффекты: противовоспалительный , анальгетический, седативный, метаболический, секреторный. Показания. Заболевания периферической НС , последствия травматических поражений головного и спинного мозга и их оболочек, функциональные заболевания центральной нервной системы с вегетативными расстройствами и нарушениями сна, гипотоническая болезнь. Лекарственные вещества в растворе диссоциируют на ионы, которые образуют заряженные гидрофильные комплексы. При помещении таких растворов в электрическое поле эти ионы будут перемещаться по направлению к противоположным полюсам. |