2. Электровозбудимость тканей. Уравнение Вейса-Лапика, хронобаза и реоксия.

Физиологический ответ возбудимой ткани на действие электрического тока (генерация потенциала действия в клетках, возникновение нервных импульсов) возникает, когда сила тока I_стим>=I_пор. Но при этом сила тока не должна превышать безопасных значений: I_пор<I_стим<I_пораж.

Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока.

Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при t_u>=t_полезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени.

Хроноксия t_хр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: I_пор=2R.

Зависимость порогового тока от длительности t_u прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнение Вейса-Лапика: I_пор=a/t_u+b, где а (Кл) и b (мА)–константы, зависящие от вида ткани.

1) при t_u стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА];

2) при t_u=t_хр, то I_пор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rt_хр. Реально I₀=0,1мА-50мА. Тепловые эффекты при электростимуляции незначительны.

3. Что такое вынужденное испускание света? Опишите механизм этого явления. При каких условиях возможно усиление света?

Лазеры – источники электромагнитного излучения, основанные на явлении вынужденного излучения квантовых систем. Вынужденное излучение возникает под действием внешнего резонансного излучения (затравочного кванта) частотой (Е₂-Е₁)/h. Вынужденное излучение, возникающее вследствие стимулированного внешним резонансным электромагнитным излучением перехода квантовой системы из возбужденного состояния в основное. Оно сопровождается излучением кванта hv резонансного излучения. Вероятность вынужденного излучения пропорциональна интенсивности падающего излучения, т.е. числу квантов N₀, падающих на систему в единицу времени, а также населенности n₂ верхнего уровня: N_вын=BN₀n₂. Вынужденное излучение по всем характеристикам совпадает с падающим (стимулирующим) излучением, поэтому вынужденно испущенный квант невозможно отличить от кванта вынуждающего излучения. Если на квантовую систему в единицу времени падает N₀ резонансных квантов (hv=E₂-E₁), то часть их поглощается N_погл=BN₀n₁, а часть таких же квантов испускается N_вын=BN₀n₂. Тогда кол-во квантов, направленно прошедших за единицу времени сквозь такую среду N_про=N₀ -BN₀n₁+BN₀n₂= N₀+(n₂ - n₁)BN₀. Усиление падающего излучения происходит, если N_про>N₀, т.е. n₂>n₁. Если создать в среде инверсную заселенность n₂>n₁, то такая среда – активная илиусиливающая. Получить активную среду можно путём оптической накачки (твердые тела, жидкости) – происходит за счёт поглощения световых квантов А+hv=A*. Накачки электронным ударом (газ) – происходит за счёт энергии потока е в электрическом разряде А+е=А*. Химической накачки – происходит за счёт энергии хим. р-ций: А+В=АВ*.

4. Рассчитайте работу сердца на одно сокращение, считая ударный объём V=60мл, давление Р=100 мм.рт.ст., плотность крови 1050кг/м2, скорость крови в аорте м=0,5м/с. Найдите работу сердца за 1 час.

А=1,2 (P_ср*V_с+ ( pV_cv²)/2))= 1,2 (13300Па*6*10^-5м³+ ( 1050*6*10^-5*0,25)/2))=1,2(0,8+0,008)=1Дж.

За 1 час: А=1*3600=3600Дж.

5. Почему при высоком напряжении (30кВ), действующем на пациента при местной дарсонвализации, сила тока мала (1-10мА)?

Местная дарсонвализация – метод воздействия на кожу ВЧ-электрическим разрядом (v=100-500кГц), который образуется между поверхностью тела пациента и специальным стеклянным полям электродом, заполненным заряженным воздухом или газом. Сила тока не велика из-за высокого сопротивления самого стеклянного электрода, составляющего несколько мегаом. R=U/I.

6. Во сколько раз Еmax кванта рентгеновского тормозного излучения, возникающего при напряжении на трубке 80кВ, больше энергии фотона, соответствующего зеленому свету с длиной волны 500нм?

Е₁=eU=1,6*10^-19*80*10³=128*10^-16Дж. Е2=hv=hc/L=6,63*10^-34*3*10⁸/500*10^-9=3,978*10^-19Дж. Е¹/Е²=128*10^-16/3,978*10^-19=32000 раз.