Файл: Biologicheskaya_fizika_RK1_1.docx

1вариант

I. acbbdadcad

III. Еще гипотеза Бернштейна предсказывала линейную зависимость трансмембранной разности потенциалов от логарифма соотношения внутри и внеклеточной концентрации ионов K+.

В состоянии покоя мембрана более проницаема для К+, чем для Na.+. Вследствие диффузии К+ наружу из аксоплазмы внутреннее содержимое нервного волокна в состоянии покоя заряжено отрицательно по отношению к наружному раствору. Эта постоянная разница потенциалов – потенциал покоя – равна 50-70 мВ. Какими факторами определяется это значение? Если бы мембрана была проницаема только для К+, равновесная разница потенциалов достигала бы значения, определяемого уравнением Нернета для калиевого электрода:

, (1).

где - равновесный потенциал К+.

При концентрации К+ в крови (20 мМ) и в аксоплазме (400 мМ) кальмара рассчитанное значение равно – 75 мВ.

Действительно, в интактных аксонах регистрируют потенциалы покоя около – 70 мВ. Следовательно в этих условиях мембрана ведет себя подобно К+- электроду.

Однако, исследования, проведенные на изолированных нервных волокнах, показали, что подобная зависимость обнаруживается только в диапазоне высоких (свыше 20 мМ) внеклеточных концентрациях К+.

Для объяснения всех этих отклонений Ходжкин и Катц предположили, что потенциал покоя возбудимых образований определяется не только калиевым, но и натриевым, и хлорным равновесными потенциалами, что и вклад каждого из них в величину потенциала покоя определяется соотношениями между проницаемостями возбудимой мембраны для этих ионов.

Поскольку же диффузия ионов Na+ по концентрационному градиенту внутрь протоплазмы должна уменьшать трансмембранную разность потенциалов, естественно было предположить, что отклонение потенциала покоя от должно быть тем больше, чем выше натриевая проницаемость мембраны. И наоборот, потенциал покоя должен быть тем ближе к величине калиевого равновесного потенциала , чем ниже натриевая проницаемость мембраны по сравнению с ее калиевой проницаемостью.

Поэтому зависимость потенциала покоя от концентрации К+ в среде значительно лучше описывается исходя из так называемой теории постоянного поля Гольдмана и уравнением Гольдмана, выведенного на основании этой теории:

(2).

В состоянии покоя в однородном участке мембраны суммарный ионный ток:

, (3).

но в том же состоянии распределение Cl- близко к равновесному, т.е. потоки Cl- из клетки и внутрь ее одинаковы и в этом случае условие нулевого тока упрощается до:

, (4)

и потенциал покоя вычисляется по формуле:

(5).

Уравнение имеет два важных преимущества. Во-первых, оно очень просто, и, во-вторых, оно редуцируется до термодинамически корректной формы, если одна из констант проницаемости становится большей по сравнению с другими».

Подставляя в уравнение известные из химических измерений концентрации ионов К+, Na+, Cl- в протоплазме Ходжкин и соавт. нашли, что у покоящегося гигантского нервного волокна, находящегося в растворе морской волны, должно быть следующее соотношение констант проницаемости: РК:РNa:РCl=1:0,04:0,45.

Эти соотношения сохраняются во всем физиологическом диапазоне от 15 мМ.

2вариант

I. dacсеbсbdc

III. Электроды - это проводники специальной формы, с помощью которых часть электрической цепи, составленная из проводов, соединяется с другой частью этой цепи неметаллического типа проводимости (например, с той или иной частью тела, органом, поверхностью кожи и т. д). Электроды чаще всего используются для съема электрического сигнала реально существующего в исследуемом организме. Они просто выполняют роль контакта в электрической цепи, осуществляя отведение электрического сигнала с той или иной степенью потерь, зависящей от качества контакта между электродом и той частью организма, с которой он соприкасается.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов Δφ(t) называется электрограммой.

В зависимости от вида тканей (или органов), биоэлектрическая активность которых исследуется, различают:

1.электрокардиографию (ЭКГ) - исследование электрической активности сердца;

2.электроэнцефалографию (ЭЭГ) - исследование биоэлектрической активности мозга,

3.электромиографию (ЭМГ) - анализ электрической активности мышц,

Регистрация ЭМГ осуществляется с использованием:

о введённых в мышцу игольчатых электродов, при этом улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

о накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

о стимуляционной электромиографии - при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

1.электроокулографию (ЭОГ) - исследование изменений потенциала, обусловленного движением глазного яблока;

2.электрогастрографию (ЭГГ) - анализ вариации электрических сигналов, вызванных моторной деятельностью желудка.

Это наименование объединяет группу электрофизиологических методов, основанные на взаимосвязи электрической и сократительной активности ЖКТ. Они включают в себя либо регистрацию биопотенциалов с фиксированных на стенках органов электродов, так называемая прямая электрогастроэнтерография, либо регистрацию биопотенцилов с накожных электродов, закреплённых на животе или конечностях – непрямая или периферическая электрогастроэнтерография. Периферическая электрогастроэнтерография, будучи неинвазивной, т.е. не требуя никакого вторжения в организм человека, хорошо переносится всеми больными.

3вариант

I. сcbbcbaccb

III. Датчик- (преобразователь медицинской информации) - устройство съема информации, реагирующий своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющий преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующего усиления, регистрации, обработки и т. д.

Тип и конструкция датчика зависят от вида необходимого преобразования, т е. определяются конкретными физическими представлениями входного неэлектрического сигнала и выходного электрического сигнала, а также зависят от условий работы датчика

Датчики температуры тела

Различают температуру ядра или сердцевины тела и температуру поверхности кожи тела человека. Температура поверхности зависит от условий окружающей среды: температуры и влажности воздуха, одежды, развития волосяного покрова, кровоснабжения кожи и т. д. Температура ядра тела является более достоверным показателем системы терморегуляции организма. В медицинской практике производят измерения обоих величин.

Для оценки температуры ядра измеряют температуру в мышцах и отдельных органах, ректальную температуру, температуру в полости рта, подмышечной впадине, паховой области и пупочной ямке. При измерении температуры поверхности для диагностики важны симметричные температурные поля, которые дают возможность оценить интенсивность кровоснабжения какой-либо части или сегмента человеческого тела.

Для измерения температуры человеческого тела в качестве датчиков используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы , а также термоэлементы. В основу работы проволочных и полупроводниковых резисторных датчиков положено их свойство изменять сопротивление при изменении температуры.

Датчики параметров системы дыхания.

Каждый акт дыхания проявляется движением грудной клетки (изменением длины ее окружности) и образованием противоположно направленных потоков воздуха на вдохе и выдохе, имеющими разную температуру. Фиксация моментов периодически повторяющихся движений грудной клетки может быть наиболее просто осуществлена с помощью трех типов пассивных биоуправляемых датчиков: контактных, резистивных и пневматических.

Датчики частоты дыхания, принцип работы которых основан на фиксации движений грудной клетки, обладают существенным недостатком: они фиксируют любое изменение окружности грудной клетки, как связанное с дыханием, так и просто вследствие движения тела пациента. Поэтому такие датчики чаще применяются при исследовании больного в условиях покоя и необходимого комфорта

Датчики параметров сердечно-сосудистой системы.

Для оценки деятельности сердечно-сосудистой системы используются такие характеристики, как пульс, систолическое и диастолическое давление, тоны и шумы сердца, импеданс тканей, различные показатели циркуляции и др.

Для регистрации частоты периферического пульса получили распространение пьезоэлектрические преобразователи, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрический эффект состоит в возникновении электрических зарядов разных знаков на противоположных поверхностях некоторых кристаллических тел (пьезоэлектриков) при их механических деформациях (растяжении, сжатии, изгибе и т.д. )

Для исслeдoвaния тонов и шумов сердца и записи фонокардиограмм применяются электродинамические и пьезоэлектродинамические микрофоны.

Для регистрации механических колебаний грудной клетки, связанных с сокращениями сердца,- сейсмокардиограммы - применяются датчики электромагнитного типа.

Для обнаружения пульса и тонов сердца разрабатывают датчики на основе подогревных термисторов и микропроводов

Для исследования кровенаполнения сосудов и оценки их тонуса применяется метод плетизмографии - регистрации изменений объема органа или части тела.

4вариант

I. bddacacbdb

III. Датчик- (преобразователь медицинской информации) - устройство съема информации, реагирующий своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющий преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующего усиления, регистрации, обработки и т. д.

Тип и конструкция датчика зависят от вида необходимого преобразования, т е. определяются конкретными физическими представлениями входного неэлектрического сигнала и выходного электрического сигнала, а также зависят от условий работы датчика

Датчики температуры тела

Различают температуру ядра или сердцевины тела и температуру поверхности кожи тела человека. Температура поверхности зависит от условий окружающей среды: температуры и влажности воздуха, одежды, развития волосяного покрова, кровоснабжения кожи и т. д. Температура ядра тела является более достоверным показателем системы терморегуляции организма. В медицинской практике производят измерения обоих величин.

Для оценки температуры ядра измеряют температуру в мышцах и отдельных органах, ректальную температуру, температуру в полости рта, подмышечной впадине, паховой области и пупочной ямке. При измерении температуры поверхности для диагностики важны симметричные температурные поля, которые дают возможность оценить интенсивность кровоснабжения какой-либо части или сегмента человеческого тела.

Для измерения температуры человеческого тела в качестве датчиков используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы , а также термоэлементы. В основу работы проволочных и полупроводниковых резисторных датчиков положено их свойство изменять сопротивление при изменении температуры.

Датчики параметров системы дыхания.

Каждый акт дыхания проявляется движением грудной клетки (изменением длины ее окружности) и образованием противоположно направленных потоков воздуха на вдохе и выдохе, имеющими разную температуру. Фиксация моментов периодически повторяющихся движений грудной клетки может быть наиболее просто осуществлена с помощью трех типов пассивных биоуправляемых датчиков: контактных, резистивных и пневматических.

Датчики частоты дыхания, принцип работы которых основан на фиксации движений грудной клетки, обладают существенным недостатком: они фиксируют любое изменение окружности грудной клетки, как связанное с дыханием, так и просто вследствие движения тела пациента. Поэтому такие датчики чаще применяются при исследовании больного в условиях покоя и необходимого комфорта

Датчики параметров сердечно-сосудистой системы.

Для оценки деятельности сердечно-сосудистой системы используются такие характеристики, как пульс, систолическое и диастолическое давление, тоны и шумы сердца, импеданс тканей, различные показатели циркуляции и др.

Для регистрации частоты периферического пульса получили распространение пьезоэлектрические преобразователи, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрический эффект состоит в возникновении электрических зарядов разных знаков на противоположных поверхностях некоторых кристаллических тел (пьезоэлектриков) при их механических деформациях (растяжении, сжатии, изгибе и т.д. )

Для исслeдoвaния тонов и шумов сердца и записи фонокардиограмм применяются электродинамические и пьезоэлектродинамические микрофоны.

Для регистрации механических колебаний грудной клетки, связанных с сокращениями сердца,- сейсмокардиограммы - применяются датчики электромагнитного типа.

Для обнаружения пульса и тонов сердца разрабатывают датчики на основе подогревных термисторов и микропроводов

Для исследования кровенаполнения сосудов и оценки их тонуса применяется метод плетизмографии - регистрации изменений объема органа или части тела.

5вариант

I. aedbaeada

III. Электроды - это проводники специальной формы, с помощью которых часть электрической цепи, составленная из проводов, соединяется с другой частью этой цепи неметаллического типа проводимости (например, с той или иной частью тела, органом, поверхностью кожи и т. д). Электроды чаще всего используются для съема электрического сигнала реально существующего в исследуемом организме. Они просто выполняют роль контакта в электрической цепи, осуществляя отведение электрического сигнала с той или иной степенью потерь, зависящей от качества контакта между электродом и той частью организма, с которой он соприкасается.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов Δφ(t) называется электрограммой.

В зависимости от вида тканей (или органов), биоэлектрическая активность которых исследуется, различают:

1.электрокардиографию (ЭКГ) - исследование электрической активности сердца;

2.электроэнцефалографию (ЭЭГ) - исследование биоэлектрической активности мозга,

3.электромиографию (ЭМГ) - анализ электрической активности мышц,

Регистрация ЭМГ осуществляется с использованием:

о введённых в мышцу игольчатых электродов, при этом улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

о накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

о стимуляционной электромиографии - при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

1.электроокулографию (ЭОГ) - исследование изменений потенциала, обусловленного движением глазного яблока;

2.электрогастрографию (ЭГГ) - анализ вариации электрических сигналов, вызванных моторной деятельностью желудка.

Это наименование объединяет группу электрофизиологических методов, основанные на взаимосвязи электрической и сократительной активности ЖКТ. Они включают в себя либо регистрацию биопотенциалов с фиксированных на стенках органов электродов, так называемая прямая электрогастроэнтерография, либо регистрацию биопотенцилов с накожных электродов, закреплённых на животе или конечностях – непрямая или периферическая электрогастроэнтерография. Периферическая электрогастроэнтерография, будучи неинвазивной, т.е. не требуя никакого вторжения в организм человека, хорошо переносится всеми больными.

6вариант

I. daccebcbdc

III. Потенциал действия был открыт раньше потенциала покоя. Электрический нервный импульс открыл ЛуиджиГальвани, профессор анатомии в г. Болонья. Гальвани открыл, что мышечные сокращения конечностей препарированной лягушки могут вызваться электрическим импульсом и что сама живая система является источником электрического импульса.

Потенциалом действия (ПД) называется электрический импульс, обусловленный изменением ионной проницаемости мембраны и связанный с распространением по нервам и мышцам волны возбуждения.

Новый деполяризующий потенциал V > VПОР может вызвать образование нового потенциала действия только после полного возвращения мембраны в состояние покоя. Причем амплитуда потенциала действия

не зависит от амплитуды деполяризующего потенциала (если только V > VПОР). Если в покое мембрана поляризована (потенциал цитоплазмы отрицателен по отношению к внеклеточной среде), то при возбуждении происходит деполяризация мембраны (потенциал внутри клетки положителен) и после снятия возбуждения происходит реполяризация мембраны. Характерные свойства потенциала действия:

1) наличие порогового значения деполяризующего потенциала;

2) закон "все или ничего", то есть, если деполяризующий потенциал больше порогового, развивается потенциал действия, амплитуда которого не зависит от амплитуды возбуждающего импульса и нет потенциала действия, если амплитуда деполяризующего потенциала меньше пороговой;

3) есть период рефрактерности, невозбудимости мембраны во время развития потенциала действия и остаточных явлений после снятия возбуждения;

4) в момент возбуждения резко уменьшается сопротивление мембраны (у аксона кальмара от 0,1 Ом × м2 в покое до 0,0025 Ом × м2 при возбуждении).

Если обратиться к данным для значений равновесных нернстовских потенциалов, созданных различными ионами (табл. 1), естественно предположить, что положительный потенциал реверсии имеет натриевую природу, поскольку именно диффузия натрия создает положительную разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями мембраны.

7вариант

I. bddacacbdb

III. Расчеты временных характеристик производятся только по оси X, а расчеты амплитудных характеристик – по оси Y. Объективно, расчет необходимых величин высчитывается в миллиметрах. Для перевода миллиметров в единицы амплитуды или в единицы времени необходимо знать величину калибровки. Для измерения амплитуды в начале каждого отведения необходимо подавать калибровочный сигнал .Для измерения временных интервалов необходимо знать скорость развертки электрокардиографической ленты, как правило, это либо 25 мм/сек, либо 50 мм/сек.

Амплитуда зубца. . Амплитудой называется перпендикуляр, опущенный из вершины зубца на изоэлектрическую линию. , где h – высота зубца в мм, S – чувствительность в мм/мВ

Рассчитать продолжительность временных интервалов. Известна скорость прогона ленты (25/50 мм/сек – то есть известно, что на ленте интервал в 25/50 мм соответствует одной секунде).

t=l/V . V – скорость развертки ленты; l – длина интервала, либо сегмента в миллиметрах; t – длительность интервала, переведенная в секунды.

Частота пульса (количество сердечных сокращений за 1 минуту)

Электрическая ось сердца (ЭОС) – результирующий вектор деполяризации желудочков. Электрическую ось сердца определяют по комплексу QRS трех стандартных отведений. Также для подтверждения результатов можно использовать оси усиленных отведений.

На ЭКГ деполяризация желудочков представлена комплексом QRS и образует с осью I стандартного отведения угол α. Различают следующие положения ЭОС:

1.Резко отклоненное влево: α≥+120°

2.Отклоненное влево: +90°<α<+120°

3.Вертикальное: +70°<α≤+90°

4.Нормальное: +40°<α≤+70°

5.Горизонтальное: 0°≤α≤+40°

6.Отклоненное вправо: -30°<α<0°

7.Резко отклоненное вправо: -30°≤α

8вариант

I. aedabaeada

III. «Система размещения электродов 10-20». Эта система, разработанная Комитетом Международной федерации электроэнцефалографических обществ, называется так потому, что расстояние между электродами определяется на основе интервалов, составляющих 10 и 20% расстояния между определенными точками головы. Когда расстояния между электродами принимается в процентах.

Схема расположения отводящих электродов не коже головы при электроэнцефалографии: буквами обозначены точки наложения электродов, соответствующие конкретным областям поверхности мозга, с которых ведется запись биопотенциалов (О-затылочные; Т-височные; Р-теменные; С-центральные; F-лобные; Fр-лобно-полюсные); четными цифрами обозначены точки наложения электродов, расположенные на правой половине головы; нечетными - на левой; точки, расположенные по средней линии (сагиттально), имеют индекс z.

9вариант

I. acbbdadcad

III. Липосомы, или фосфолипидные везикулы (пузырьки), получают обычно при набухании сухих фосфолипидов в воде или при впрыскивании раствора липидов в воду. При этом происходит самосборка бимолекулярной липидной мембраны. Минимуму энергии Гиббса отвечает замкнутая сферическая одноламеллярная форма мембраны. При этом все неполярные гидрофобные хвосты находятся внутри мембраны и ни один из них не соприкасается с полярными молекулами воды. Однако чаще получаются несферические многоламеллярные липосомы, состоящие из нескольких бимолекулярных слоев, — многослойные липосомы. Отдельные бимолекулярные слои многослойной липосомы отделены водной средой. Толщина липидных слоев составляет, в зависимости от природы липидов, 6,5 - 7,5 нм, а расстояние между ними - 1,5-2 нм. Диаметр многослойных липосом колеблется в пределах от 60 нм до 400 нм и более.

Однослойные липосомы можно получить различными методами, например из суспензии многослойных липосом, если обработать их ультразвуком. Диаметр однослойных липосом, полученных этим методом, составляет 25 - 30 нм. Разработаны и другие методы получения однослойных липосом, в том числе диаметром до 400 нм и более.

Липосомы представляют собой в некотором роде прообраз клетки. Они служат моделью для исследований различных свойств клеточных мембран.

В мембрану липосомы научились встраивать белки. Инкрустированные протеиновыми молекулами пузырьки называются протеолипосомами. Они внедряются в медицину. При введении в организм человека протеолипосомы поглощаются клеточными мембранами. Так в составе протеолипосом клеточные мембраны получают вещества, не способные проникнуть в них сами по себе. Важным достоинством подобного вмешательства является то, что протеолипосомы встраиваются не во все клетки организма, а именно в те, которые нуждаются в лечебном воздействии. Протеолипосомы как лекарственное средство нетоксичны, полностью усваиваются организмом и способны преодолевать многие «барьеры».

10вариант

I. ccbbcbaccb

III. Потенциал действия был открыт раньше потенциала покоя. Электрический нервный импульс открыл ЛуиджиГальвани, профессор анатомии в г. Болонья. Гальвани открыл, что мышечные сокращения конечностей препарированной лягушки могут вызваться электрическим импульсом и что сама живая система является источником электрического импульса.

Потенциалом действия (ПД) называется электрический импульс, обусловленный изменением ионной проницаемости мембраны и связанный с распространением по нервам и мышцам волны возбуждения.

Новый деполяризующий потенциал V > VПОР может вызвать образование нового потенциала действия только после полного возвращения мембраны в состояние покоя. Причем амплитуда потенциала действия

не зависит от амплитуды деполяризующего потенциала (если только V > VПОР). Если в покое мембрана поляризована (потенциал цитоплазмы отрицателен по отношению к внеклеточной среде), то при возбуждении происходит деполяризация мембраны (потенциал внутри клетки положителен) и после снятия возбуждения происходит реполяризация мембраны. Характерные свойства потенциала действия:

1) наличие порогового значения деполяризующего потенциала;

2) закон "все или ничего", то есть, если деполяризующий потенциал больше порогового, развивается потенциал действия, амплитуда которого не зависит от амплитуды возбуждающего импульса и нет потенциала действия, если амплитуда деполяризующего потенциала меньше пороговой;

3) есть период рефрактерности, невозбудимости мембраны во время развития потенциала действия и остаточных явлений после снятия возбуждения;

4) в момент возбуждения резко уменьшается сопротивление мембраны (у аксона кальмара от 0,1 Ом × м2 в покое до 0,0025 Ом × м2 при возбуждении).

Если обратиться к данным для значений равновесных нернстовских потенциалов, созданных различными ионами (табл. 1), естественно предположить, что положительный потенциал реверсии имеет натриевую природу, поскольку именно диффузия натрия создает положительную разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями мембраны.