Шпора. Экзамен по физике. Свободные колебания

• Название: Свободные колебания
• Анкор: Шпора. Экзамен по физике.docx
• Дата: 16.01.2018
• Размер: 132.37 Kb.
• Имя файла: Шпора. Экзамен по физике.docx
• Тип: Документы; #14273
• Категория: Медицина
• страница: 3 из 4

14. Физические процессы в биологических мембранах.

Мембраны биологические

(лат. membrana оболочка, перепонка) функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

Биологические мембраны имеются во всех клетках. Их значение определяется важностью функций, которые они выполняют в процессе нормальной жизнедеятельности, а также многообразием заболеваний и патологических состояний, возникающих при различных нарушениях мембранных функций и проявляющихся практически на всех уровнях организации — от клетки и субклеточных систем до тканей, органов и организма в целом.

Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточной, или плазматической) и внутриклеточными (субклеточными) мембранами. Название внутриклеточных (субклеточных) мембран обычно зависит от названия ограничиваемых или образуемых ими структур. Так, различают митохондриальные, ядерные, лизосомные мембраны, мембраны пластинчатого комплекса аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума, саркоплазматического ретикулума и др. (см. Клетка). Толщина биологических мембран — 7—10 нм, но их общая площадь очень велика, например, в печени крысы она составляет несколько сот квадратных метров.

Уточнение строения биомембран и изучение их свойств осуществляется с использованием физико-химических моделей мембраны.

Первая модель – монослой. Молекулы фосфолипидов, будучи помещенными на границу раздела вода-воздух (вода-масло), выстраиваются в один слой так, что гидрофильные (полярные) головки погружаются в воду, а гидрофобные «хвосты» в контакт с водой не вступают, остаются в воздухе (масле). Молекулы фосфолипидов как бы «отслаиваются» от воды. Пока молекул немного, они располагаются на поверхности «прильнув» к воде головками и выставив наружу «хвосты»

Вторая модель – плоские бислойные липидные мембраны (БЛМ). Такие мембраны получают на маленьких отверстиях диаметром около 1 мм в пластинке из пластика (например, фторопласта), погруженной в водную среду. На отверстие наносят каплю раствора липида (в спирте, хлороформе, гептане и других растворителях).

Третья модель – липосома. Липидные слои, если они имеют большую протяженность, стремятся замкнуться сами на себя, чтобы спрятать гидрофобные «хвосты» от воды. При этом образуются фосфолипидные везикулы – липосомы

Явления переноса относятся к пассивному транспорту: диффузия молекул и ионов в направлении их меньшей концентрации, перемещение ионов в соответствии с направлением силы, действующей на них со стороны электрического поля. Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии. Наиболее общая классификации видов пассивного транспорта веществ через мембрану включает в себя простую диффузию, диф­фузию через поры и диффузию с переносчиком.

Простая диффузия через липидный бислой подчиняется уравнению Фика для молекул (11.21) или, в более общем случае для нейтральных и заряженных частиц, — уравнению Нернста— Планка. В живой клетке такая диффузия обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа. Ряд жирорастворимых лекарственных веществ и ядов также проникает через липидный бислой по схеме, изображенной на рисунке. Как уже отмечалось, определенная конфигурация липидов способствует диффузии поперек мембраны благодаря перемещению «кинков».

Однако подобная простая диффузия протекает достаточно медленно и не может снабдить клетку в нужном количестве питательными веществами. Поэтому есть иные механизмы пассивного переноса веществ через мембрану, к ним относятся диффузия через канал (пору) и диффузия в комплексе с переносчиком. Два последних варианта называют иногда облегченной диффузией.

Электродиффузия - диффузия электрически заряженных частиц (ионов) под влиянием концентрационных и электрических градиентов. Ионы - атомы или группы атомов, которые приобретают электрический заряд, теряя или приобретая электроны. Липидный бислой мембраны непроницаем для ионов. Они могут проникнуть через плазматическую мембрану только посредством специальных структур - ионных каналов, которые образованы интегральными белками.

Уравнение Нернста- Планка:

28. Волновые свойства частиц. Гипотеза де Бройля
Свет обладает корпускулярными свойствами. Чтобы объяснить некоторые явления, свет рассматривается как поток фотонов: элементарных частиц , движущихся со скоростью света, обладающее волновыми свойствами и имеющие энергию ε=hV , где V- частота световой волны.

Гипотеза де Бройля – это гипотеза о волновых свойствах частиц (микрочастиц).
Согласно де Бройлю: не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами.
Для любой движущейся частицы длина волны: λ=h/p=h/mv, где
v– скорость движения частицы
h – постоянная Планка (6,63 x10- 34 Дж .с)
p – импульс частицы
 – длина волны де Бройля
m– масса частицы
Волны с характеристической длиной волны , которые описываются формулой – волны де Бройля (волны материи)
λ- дебройлевская длина волны частиц с импульсом p.
Зависимость длины волны электрона () от ускоряющего напряжения (U) электрического поля, в котором он движется:
Если U = 1000 В То  =0,4 10 -10 м – это соразмеримо с расстоянием между атомами в кристаллах Поэтому, волновые свойства электронов используют для дифракционного структурного анализа кристаллических структур.
Дифракция электронов – экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Дифракционные свойства были обнаружены не только для электронов, но и для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков.
В 1948 г. В.А. Фабрикант показал, что волновые свойства присущи не только совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. При этом, электрон не “размазывается” по отдельным направлениям на препятствии, а ведет себя, как целая частица Но вероятность его отклонения от препятствия больше в том направлении, где будет наблюдаться MAX дифракции.

Электронный микроскоп
волновые св-ва частиц можно использовать не только для дифракционного структурного анализа, но и для получения увеличенных изображений предмета.
Предел разрешения электронного микроскопа:

10. Течение вязкой жидкости между двумя …..

При течение реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют на друг друга с силами, касательными к слоям. Это явление называется внутренним трением или вязкостью. Рассмотрим течение жидкости между двумя твердыми пластинками, из которых нижняя неподвижная, верхняя движется со скоростью. Слой прилипший ко дну, неподвижен. По мере удаления от дна слои жидкости имеют все большие скорости, максимальная скорость будет у слоя, который прилип к верхней пластинке. Слои воздействуют друг на друга. Так как разделение на слои условно, то принято выражать силу в зависимости от изменения скорости на некотором участке в направлении x, перпендикулярно скорости, отнесенного к длине этого участка, т.е. от величины dv/dx- градиента скорости (скрости сдвига)

Уравнение Ньютона:

Жидкость которая подчиняется уравнению Ньютона _ ньютоновская, а та жидкость которая не подчиняется уравнению- неньютоновская. Иногда вязкость ньютоновских жидкостей называют нормальной, а неньютоновских- аномальной.

7. Звук. Физические характеристики звука. Интенсивность. Акустическое давление.

Звуковые колебания или волны – частный случай механических колебаний волн. Принято различать следующие звуки: 1) тоны, или музыкальные звуки; 2) шумы; 3) звуковые удары.

1. 
   тоном называется звук, являющийся периодическим процессом, если процесс гармонический, то тон называется простым или чистым. Ангармоническому колебанию соответствует сложный тон. Сложный тон может быть разложен на простые. Наименьшая частота такого тона разложения соответствует основному тону, а остальные гармоники (обертоны) имеют частоту 2,3 и т.д.
   
2. 
   Шумом называют звук, отличающийся сложной неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.д.
   
3. 
   Звуковой удар- это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.д.
   

Интенсивность звука: 1) Высота тона- субъективная характеристика, обусловленная прежде всего частотой основного тона.

2) Тембр звука почти исключительно определяется спектральным составом.

3) Громкость- еще одна субъективная единица звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

В основе шкалы уровней громкости лежит важный закон психофизический закон Вебера - Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).

34Уравнение неразрывности.Перекрытие аорты

Рассмотрим движение несжимаемой жидкости через трубку переменного сечения. Если некоторый объем жидкости поступает в один конец трубки, то равный ему объем должен выйти через другой конец трубки.
 
Основным показателем течения жидкости в трубке является Q – объемная скорость течения жидкости - объем жидкости (V), перемещающейся за единицу времени через поперечное сечение трубки. Если объемная скорость жидкости, которая поступает через один конец трубки, составляет Q₁, то объемная скорость жидкости, вытекающей из другого конца трубки, будет Q₂, и она будет равна Q₁. Этот принцип называется уравнением неразрывности. Таким образом, уравнение неразрывности можно записать: Q₁ = Q₂ (1).
 Объемная скорость жидкости равна произведению линейной скорости жидкости  ν(м/с) на площадь поперечного сечения трубки S:  Q = v*S (2)
 Для трубки с переменным поперечным сечением (S₁, S₂ и т.д.) имеем другую форму уравнения неразрывности:    v₁S₁ = v₂S₂ = ... = v_nS_n(3).
 Таким образом, произведение линейной скорости движения жидкости на площадь поперечного сечения одинаково во всех сечениях. Отсюда, если уменьшается S, то  v при этом увеличивается, и наоборот.
 Обычно линейная скорость течения не одинакова в каждой точке поперечного сечения. Уравнение неразрывности отражает среднюю скорость течения.

Сердечные приступы, инфаркты, инсульты, заболевания периферических артерий ног и другие сердечно-сосудистые патологии могут иметь общую причину – атеротромбоз. О нем рассказывает одна из ведущих специалистов в стране по проблемам атеротромбоза профессор Института кардиологии им. А.Л.Мясникова Елизавета Павловна ПАНЧЕНКО

Понятие атеротромбоза сформировалось в конце прошлого века, когда было получено достаточно доказательств, что атеросклероз, лежащий в основе развития атеросклеротической бляшки, и процесс образования тромба на ее поврежденной поверхности тесно связаны друг с другом.

Атеротромбоз – это прогрессирующее заболевание, которое начинается с атеросклероза. Как известно, при атеросклерозе формируются очаги липидных, главным образом холестериновых, отложений – бляшки во внутренней оболочке артерии. Последующее разрастание в ней соединительной ткани и отложение в стенках сосуда минеральных веществ (преимущественно кальция) вызывают нарастающее утолщение стенок и их деформацию. Сужение сосудов само по себе может быть причиной сосудистых заболеваний, однако к катастрофическим последствиям приводит разрыв бляшек. В результате на поврежденной бляшке формируется сверток крови - тромб, который может частично или полностью перекрыть просвет артерии.

33. Физика в медицине

Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина «физика»сохранилось до конца 17 века. МЕДИЦИНА[латинское medicina (ars) — врачебная, лечебная (наука и искусство)] - область науки и практическая деятельность, направленные на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждение и лечение болезней. Вершиной врачебного искусства в древнем мире была деятельность Гиппократа. Анатомо-физиологические открытия А. Везалия, У. Гарвея, труды Парацельса, клиническая деятельность А. Паре и Т. Сиденхема способствовали становлению медицины на основе опытного знания.Физика и медицина… Наука о явлениях природы и наука о болезнях человека, их лечении и предупреждении…В настоящее время обширная линия соприкосновения этих наук всё время расширяется и упрочняется. Нет ни одной области медицины, где бы ни применялись физические знания и приборы.  

Использование достижений физики в лечении заболеваний:

Становление научной медицины было бы невозможно без достижений в области естествознания и техники, методов объективного исследования больного и способов лечения.

В процессе развития медицина дифференцировалась на ряд самостоятельных отраслей.

В терапии, хирургии и др. областях медицины широко используются достижения физической науки и техники.

Физика помогает диагностике заболеваний.

В диагностике заболеваний широко применяются рентгеновские лучи, ультразвуковое обследование, иридодиагностика,радиодиагностика.

Рентгенология - область медицины, изучающая применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем и диагностики заболеваний. Рентгеновские лучи открыл немецкий физикВильгельм Рентген (1845 – 1923).

Рентгеновские лучи.

Рентгеновские лучи - не видимое глазом электромагнитное излучение.

Проникают через некоторые непрозрачные для видимого света материалы. Рентгеновские лучи применяют в рентгеновском структурном анализе, медицине и др.

Проникая сквозь мягкие ткани, рентгеновские лучи высвечивают кости скелета и внутренние органы. На снимках, получаемых с помощью рентгеновской аппаратуры, можно выявить болезнь на ранних стадиях и примять необходимые меры. Однако нужно считаться с тем, что любое облучение безопасно лишь в определённых дозах – недаром работа в рентгеновском кабинете считается вредной для здоровья.Помимо рентгена, сегодня применяют такие методы диагностики:

Ультразвуковое обследование(исследование, когда высокочастотный звуковой луч прощупывает наш организм, словно эхолот – морское дно, и создаёт его «карту», отмечая все отклонения от нормы).

Ультразвук.Ультразвук - не слышимые человеческим ухом упругие волны.Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных (летучие мыши, рыбы, насекомые и др.), присутствует в шуме машин.Применяется в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в технике для целей дефектоскопии, навигации, подводной связи и других процессов и в медицине — для диагностики и лечения.

В настоящее время лечение ультразвуковыми колебаниями получили очень большое распространение. Используется, в основном, ультразвук частотой от 22 – 44 кГц и от 800 кГц до 3 МГц. Глубина проникновения ультразвука в ткани при ультразвуковой терапии составляет от 20 до 50 мм, при этом ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие, под его влиянием активизируются обменные процессы и реакции иммунитета. Ультразвук используемых в терапии характеристик обладает выраженным обезболивающим, спазмолитическим, противовоспалительным, противоаллергическим и общетонизирующим действием, он стимулирует крово- и лимфообращение, как уже было сказано, процессы регенерации; улучшает трофику тканей. Благодаря этому ультразвуковая терапия нашла широкое применение в клинике внутренних болезней, в артрологии, дерматологии, отоларингологии и др.

Специальными приборами ультразвук можно сфокусировать и точно направить на небольшой участок ткани – например, на опухоль. Под действием сфокусированного луча высокой интенсивности, местно, клетки нагреваются до температуры 42°C. Раковые клетки начинают гибнуть при повышении температуры, и рост опухоли замедляется. Иридодиагностика -метод распознавания болезней человека путем осмотра радужной оболочки глаза. Основана на представлении о том, что некоторые заболевания внутренних органов сопровождаются характерными внешними изменениями определенных участков радужной оболочки. Радиодиагностика.Основана на использовании радиоактивных изотопов. Например, для диагностики и лечения заболеваний щитовидной (33)железы применяют радиоактивные изотопы йода.

Лазер как физический прибор.Лазер (оптический квантовый генератор)— усиление света в результате вынужденного излучения, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазерная технология).

Использование лазеров в  хирургии:

С их помощью выполняются сложнейшие операции на мозге.

Лазер используют  в онкологи. Мощный лазерный пучок соответствующего диаметра уничтожает злокачественную опухоль.

Мощными лазерными импульсами «приваривают» отслоившуюся сетчатку и выполняют другие офтальмологические операции.

Плазменный скальпель.

Кровотечение – неприятная помеха при операциях, так как оно ухудшает обзор операционного поля и может привести к обескровливанию организма.

В помощь хирургу были созданы миниатюрные генераторы высокотемпературной плазмы.

Плазменный скальпель рассекает ткань, кости без крови. Раны после операции заживают быстрее.

В медицине широко применяются приборы и аппараты, способные временно заменить органы человека. Например, в настоящее время медики используют аппараты искусственного кровообращения. Искусственное кровообращение - временное выключение сердца из кровообращения и осуществление циркуляции крови в организме с помощью аппарата искусственного кровообращения (АИК).Итак, мы убедились, что физика имеет важное значения для медицины, а, следовательно, и для здоровья человека. Поэтому нужно изучать физику, способствовать её развитию.