22 Строение и физические свойства биологической мембраны. Модели мембран.

Важной частью клетки является биологическая мембрана, ограничивающая клетку от окружающей среды, защищает ее от вредных внешних воздействий, управляют обменом веществ между клеткой и ее окружением, способствует генерации электрических потенциалов, участвует в синтезе универсальных аккумуляторов энергии АТФ в митохондриях и выполняет ряд других функций. Мембраны формируют структуру клетки и осуществляют ее функции. Многие заболевания (теросклероз, отравление и др.) связаны с нарушением структуры и функции мембран. Первая клетка появилась тогда, когда она смогла отграничится от окружающего мира мембраной. Внутриклеточные мембраны подразделяют клетку на ряд замкнутых отсеков, каждый из них выполняет определённую функцию. Толщина мембраны =10^-9 степени метра, ее можно рассмотреть лишь в электронный микроскоп.

Основу структуры мембраны представляет двойной липидный слой, молекулы которых состоят из полярных хвостов и неполярных гидрофобных головок. Двойной липидный слой образуется из 2-х монослоев липидов так, что хвосты направлены внутрь так обеспечивается наименьший контакт гидрофобных участков молекул с водой:

1) модель мембраны:

В настоящее время наибольшее распространение получила модель

предложенная в 1972 г. Синджером и Никольсом – жидкомазаичная модель:

1-поверхностные белки

2- полупогружённые белки

3-полностью погружённые белки

4-белки, формирующие ионный канал-5.

Мембраны не являются непосредетвенными структурами. Белки и липиды обмениваются местами, перемещающиеся вдоль и поперёк мембраны. Уточнения строения и свойств мембран стали возможными при использовании физико-клинических (искуственных) мембран.

1 - монослой фосфолипида на границах раздела вода-воздух, вода-масло

Если уменьшать площадь монослоя (а, б, в) то получается плотный монослой как в биологических мембранах.

2 - липосомы - как бы биологаческая мембрана полностью лишенная белковых молекул.

3 - билипидная мембрана

17

Течение жидкости в цилиндрических трубах. Формула Гагена-Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.

Течение вязкой жидкости по трубам представляет интерес для медицины, т.к. кровеносная система состоит, в основном, из цилиндрических сосудов разного диаметра. Скорость слоя соприкасающегося со стенками труб = 0; наибольшую скорость имеют частицы движущиеся вдоль оси трубы.

V4>V3>V2>V1 (V-скорость)

Объем жидкости, протекающей через

горизонтальную трубу за 1 сек (тетта)

выражается формулой Пуазейля

Q = (пR^4/8*этта)*(p2-p1/l)

R - радиус трубы

этта - вязкость жидкости

l - длина трубы

Р1и Р2 - давление в начале и концы трубы

Р2 > Р1 Из формулы видно, что при прочих равных условиях через трубу проходит тем больше жидкости, чем больше радиус трубы и меньше вязкость жидкости.

Величина x = 2*этта*l/пи*R^4 носит название гидравлического сопротивления. Гидравлического сопротивления тем больше, чем больше вязкость (этта) и длина трубы(l) и меньшая площадь поперечного сечения(S = пи*R^2)

Гидравлическое сопротивление труб соединённых последовательно: x = x1 + x2 + ...

Параллельно: 1/x = 1/x1 + 1/x2 + ... => x = (1/x1 + 1/x2 + 1/x3 + ...)^-1

Для труб переменного сечения: Q = (пи*R^4/8*этта)*(dP/dl) Чем шире труба, тем больше давление на стенки и меньше скорость течения жидкости; чем уже труба, тем скорость течения больше, а давление на стенки труб меньше.

№59 Тормозное рентгеновское излучение. Спектр излучения и

его характеристическое рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны длиной от 80 до 10в-5 нм.

По способу возбуждения его подразделяют на тормозные и характеристические. Рентгеновская трубка - двухэлектродный вакуумный прибор. Подогреваемый катод испускает электроны. Haклоненный анод направляет излучение под углом к оси трубки. В результате торможения электронов анодом (электростатическим полем атомного ядра вещества анода) возникает тормозное рентгеновское излучение. Длинноволновое рентгеновское излучение ,более "мягкое", а коротковолновое- жесткое, оно обладает большой проникающей способностью, поглощение его зависит от плотности вещества. Если напряжение в рентгеновской трубке увеличить, то на фоне сплошного спектра появляется линейчатый - Характерестическoe рентгеновское излучение. Он возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободное место переходят электроны с верхних уровней, при этом излучаются фотоны характеристического излучения. В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны, однотипность обусловлена тем, что внутренний слой у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. По закону Мозли !корень из НЮ=A(Z-B)!, где НЮ -частота спектральной линии, Z-атомный номер элемента, Аи В - постоянные. Характеристические спектры кислорода одинаковы и y O, O2, H2O в любом соединении, это и послужило названию характеристическое.

14 Ультразвук. Применение и источники ультразвука. Действие ультразвука на ткани организма. Использование ультразвука в медицине.

Ультразвк – механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвка 10^9 – 10^10 Гц.

Для генерации ультразвука применяют устройства УЗ-излучатели – электро-механические излучатели. Они основаны на явлении обратного пьезоэффека под действием электрического поля некоторые кристаллы (кварцы, сегнетова соль, керамика на основе титана, бария и др.) деформируются. На пластинку с хорошо выраженным пьезоэффектом подаётся переменное напряжение с частотой, подобранной для данного материала определённой толщины. Пластинка, вступившая в резонанс с внешним напряжением, начинает колебаться с той же частотой, в пространстве узлучается УЗ-волна данной частоты.

Применени УЗ создаётся уже на основе пьезоэффекта – возникновение напряжения при деформации кристалла, которое может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения. Отражение УЗ на границе раздела двух сред зависит от соотношения волновых сопротивлений. УЗ-волны хорошо отражаются от границы мышцы-надкостница-кость, поверхности полых органов и т.д., поэтому можно определить расположение и размеры неоднородных включений полостей внутренних органов и т.д.

Скорость УЗ-волн и их поглощение зависит от состояния среды (УЗ используют для изучения молекулярных свойств вещества).

При воздействии УЗ на биологические ткани возникают: микровибрации на клеточном уровне, разрушение био-макро-молекул. Перестройка и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран; тепловое действие; разрушение клеток и микроорганизмов.

Ультразвук в медицине используется в диагностике, либо как метод воздействия на ткани.

41 Усиление электрического сигнала. Усилитель на транзисторе. Коэффициент усиления по напряжению. Особенности усиления биоэлектрических систем.

Биопотенциалы являются существенным диагностическим показателем многих заболеваний. Т.к. биопотенциалы сравнительно медленно изменяются со временем, то в приборах используют усилители постоянного тока. Усилители - устройства, увеличивающие принимаемые электродами сигналы за счет энергии постороннего источника. Они имеют вход, на который подается принятый электрический сигнал и выход, с которого снимается усиленный сигнал. Существенное требование к усилителям - воспроизведение усиленного сигнала без искажения.

Характеристикой усилителя является коэффициент усиления: усилитель напряжения (вых. - выход; вх. - вход). - усилитель тока; - усилитель мощности.

Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов:

К=К1+К2+К3

Рассмотрим усиление сигнала транзистором – спаянные вместе полупроводники p-n-p типа или n-p-n типа. На границе двух полупроводников (п/п) образуется р-n переход, сопротивление которого зависит от направления приложенного напряжения.

На базе (эмиттерном переходе) Еэ создаёт прямое напряжение, это напряжение Uвх можно изменять, используя делитель напряжения – D.

На коллекторном переходе Eк создает обратное напряжение. Усиленное по сравнению с Uвх напряжение Uвых снимается с резистора нагрузки Rн коллекторной цепи. Сила тока в цепи коллектора мала при отсутствии напряжения в эмиттерной цепи. Если создать и увеличивать напряжение между эмиттером и базой, то будет возникать и сила тока в цепи эмиттера. Сила тока в цепи коллектора возрастет.

Специфика усиления биопотенциалов:

1) выходное сопротивление биологической системы вместе с сопротивлением электродов обычно велико;

2) биопотенциалы - медленно изменяющиеся сигналы;

3) биопотенциалы - слабые сигналы.