Билет 7

1. Ионизация воздуха. Интенсивность…

Радиоактивность – свойство ядер определенных элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением.

Космические лучи. Первичные космические лучи это частицы с огромной энергией (порядка 10¹⁰ - 10¹⁸ эВ), которые “прилетают” к нам из космического пространства. Они взаимодействуют только с атомами верхних слоев атмосферы, разбивая их. В результате такого взаимодействия возникают вторичные космические лучи, которые подразделяются на жесткие и мягкие. К жестким относится: поток промежуточных по массе частиц - мезонов, к мягким - электроны,  - фотоны. Вторичные космические лучи достигают поверхности земли и создают 2 пары ионов/(см³с). Таким образом, постоянно действующие ионизаторы создают 10 пар ионов в 1см³ воздуха за 1с. В воздухе как и в любом газе существует и обратный процесс - рекомбинация. При достижении около 1000 пар ионов в 1см³ процессы ионизации и рекомбинации уравниваются.

Различают легкие и тяжелые аэроионы. Легкие аэроионы это мелкие заряженные частицы воздуха (ионы, частицы воды), окруженные полярными молекулами воздуха. Тяжелые аэроионы это частицы дыма, пыли, на которые осаждаются легкие аэроионы. Для характеристики здоровости атмосферного воздуха вводится специальная величина - коэффициент униполярности.

К=n⁺/n^-

где n⁺- концентрация легких положительных аэроионов, n^- - концентрация легких отрицательных аэроионов

2. Линзы

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, и по показателю преломления отличающееся от окружающей среды.

только тонкие линзы, толщина которых пренебрежимо мала в сравнении с радиусами сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Принято считать, что в таких линзах преломление лучей происходит в одной плоскости (ПП), которая называется преломляющей

Лучи, параллельные главной оптической оси, после преломления в линзе собираются в одной точке, называемой главным фокусом линзы (F) Точка пересечения оптической оси с фокальной плоскостью называется побочным фокусом (F).

Такие линзы называются собирающими. Параллельный пучок лучей после преломления в линзе может рассеиваться, тогда в одной точке, называемой мнимым фокусом, соберутся продолжения этих лучей. Такие линзы называются рассеивающими

Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через главный фокус линзы, называется фокальной плоскостью

В собирающих линзах изображение зависит от положения предмета. Если предмет находится между оптическим центром линзы и главным фокусом, то изображение будет мнимым, прямым и увеличенным

Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом, изображение - действительное, обратное, увеличенное

Если предмет находится между двойным и тройным фокусом и далее, изображение - действительное, обратное, уменьшенное

Рассеивающие линзы всегда дают мнимое, прямое и уменьшенное изображение

Расстояние от оптического центра линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием F. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы:

D=/1F

Измеряется оптическая сила линзы в диоптриях (дптр).

Одна диоптрия - это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

У собирающих линз она положительна, у рассеивающих отрицательна.

На практике, для определения фокусного расстояния и оптической силы линзы используют формулу тонкой линзы: D=1/F=1/d+1/f, где d - расстояние от предмета до линзы, f - расстояние от линзы до изображения.

Изображения, полученные с помощью одной линзы, как правило, отличаются от самого предмета. В этом случае говорят об искажении изображения.

Основные виды искажений и способы их устранения.

Сферическая аберрация возникает потому, что края линзы отклоняют лучи сильнее, чем центральная часть В результате, изображение светящейся точки на экране получается в виде расплывчатого пятна, а изображение протяженного предмета становится не резким, размытым. Для устранения сферической аберрации используют центрированные оптические системы, состоящие из собирающих и рассеивающих линз.

Центрированной называется система линз, имеющих общую главную оптическую ось.

Хроматическая аберрация обусловлена дисперсией света, так как линзу можно представить в виде призмы. В этом случае фокусное расстояние для лучей различной длины волны оказывается неодинаковым рис. Поэтому при освещении предмета сложным, например белым светом, точка на экране будет видна в виде окрашенного пятна, а изображение протяженного предмета будет также окрашенным и нерезким. Хроматическую аберрацию можно исключить, комбинируя собирающие и рассеивающие линзы, сделанные из стекол различных сортов, обладающих разными относительными дисперсиями. Такие системы линз называются ахроматами.

Причиной астигматизма является неодинаковое преломление лучей в различных меридиональных плоскостях линзы. Различают два вида астигматизма. Первый, так называемый, астигматизм наклонных лучей, возникает в линзах, имеющих сферическую форму поверхности, но лучи падают на линзу под значительным углом к главной оптической оси. В этом случае лучи во взаимно перпендикулярных плоскостях преломляются неодинаково и точка на экране будет видна как линия, а у протяженного предмета искажается форма, например, квадрат будет виден как прямоугольник. Второй вид астигматизма, правильный, возникает при отклонении поверхности линзы от сферической , когда по различным меридиональным плоскостям неодинаковый радиус кривизны, т.е. форма поверхности в этой плоскости не является сферической. Астигматизм наклонных лучей устраняется поворотом линзы к изображаемому предмету. Правильный астигматизм устраняется путем подбора радиусов кривизны и оптических сил преломляющих поверхностей. Это чаще всего цилиндрические линзы. Оптическую систему, исправленную кроме сферической и хроматической аберраций также и на астигматизм, называют анастигматом.

3.Структурные и функциональные особенности скелетной мышцы…

Скелетная мышца позвоночных состоит из нескольких тысяч параллельньк мышечных волокон диаметром (10-100 мкм), заключенных в общую оболочку. Волокна на каждом конце мышцы переходят в сухожилия, которые закреплены на костной ткани, являются абсолютно упругими элементами и воспринимают напряжение при сокращении мышцы. Через концевую пластинку каждого мышечного волокна присоединяются окончания нервных волокон. Нервный импульс от ЦНС приводит к раздражению группы мышечных волокон (двигательных единиц).

Мышечное волокно, в свою очередь, содержит от 1000 до 2000 параллельных нитей (миофибрилл), диаметром около 1 мкм. Весь пучок миофибрилл заключен в мембране - плазмолемме. Плазмолемма, подобно мембранам других клеток, состоит из трех слоев белков и ли-пидов, общей толщиной около 10 нм и электрически поляризована. Сверху плазмолемма покрыта тонким слоем коллагеновых нитей, обладающих упругими свойствами.

Основной надмолекулярной двигательной структурой мышечных волокон является саркомер. Саркомеры расположены в мышечном волокне последовательно один за другим

Сокращение (укорочение) мышечного волокна происходит за счет уменьшения длины саркомеров по следующей схеме. При раздражении мышечного волокна нервным импульсом, из саркоплазматического ретикулума поступают ионы кальция, которые активизируют определенные микроучастки тонких нитей, в результате этого актиновые центры становятся доступными для взаимодействия с миозиновыми мостиками.

Структура миозиновой нити не изменяется, а миозиновые мостики изменяют свое направление (наклоняются влево) и проталкивают толстую нить ближе к Z - пластинке, а возбужденная область тонких нитей смещается на один шаг вправо. Такая кинематика движений надмолекулярных структур при укорочении мышцы называется схемой скользящих ниmeй. Взаимодействие миозиновых мостиков и актиновых нитей происходит за счет энергии АТФ, находящейся в митохондриях, в присутствии ионов кальция.

Билет 11

1. Дискретные устройства…

В дискретных УОРМИ измеряемый параметр регистрируется в буквенном или цифровом виде не непрерывно, а через определенные промежутки времени.

В цифропечатающих устройствах буквы или цифры отображаются на обычной бумаге. При последовательной печати печатание каждого знака требует одного механического перемещения литеры. При параллельной печати при однократном механическом перемещении может печататься слово, строка, абзац, лист, что значительно сокращает время печати.

Цифровые индикаторы отображают цифры, буквы, знаки на экране.

- оптические регистраторы отображают информацию на обычном стекле путем просвечивания через трафарет (в современных приборах практически не используются);

- газоразрядные индикаторы основаны на принципе свечения разряженных газов вокруг проводника, на который подается достаточно высокое постоянное напряжение. Проводником является обычная проволока, изогнутая по форме буквы или цифры;

- наиболее часто в современных регистраторах используется люминесцентная индикация. Экран такого индикатора представляет совокупность кристалликов, которые меняют цвет или контрастность, если на них подается постоянное напряжение. Совокупность таких контрастных кристалликов и создает изображение буквы или цифры.

2..Способы наблюдения радиоактивных изл.

Детекторы (регистраторы) ионизирующих излучений условно можно разделить на три группы: следовые (трековые) детекторы, счетчики и интегральные приборы.

К следовым относят камеру Вильсона, диффузионную, пузырьковую камеры и толстослойные фотопластинки. Образованные ионы проявляются по вторичным эффектам: конденсация перенасыщенного пара (камера Вильсона и диффузионная); парообразование перегретой жидкости (пузырьковая камера); фотохимическое действие (толстослойные фотопластинки).

К следующей группе методов и приборов наблюдения и регистрации относятся сцинтилляционный и ионизационный счетчики. Сцинтилляционный счетчик основан на радиолюминесценции, т. е. флуоресценции вещества под действием радиоактивного излучения. Он представляет собой экран, покрытый люминофором, на котором каждый удар радиоактивной частицы вызывает свечение его (спинтарископ). Это явление можно наблюдать визуально. Более сложным и очень чувствительным сцинтилляционным счетчиком является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Он представляет собой стеклянный баллон, в который впаян один катод и несколько анодов А₁, А₂, А₃ и т. д. Вырванные фотоэлектроны под воздействием α-частицы летят к анодам и выбивают из них несколько вторичных электронов, образуя поток электронов. В результате на выходе ФЭУ возникает значительный импульс тока, регистрируемый счетным устройством.

Ионизационный счетчик (счетчик Гейгера-Мюллера) основан на возникновении газового разряда при ионизации газа, движущейся радиоактивной частицей, который является главной частью радиометра.

Он представляет собой стеклянный или металлизированный медью, либо металлический цилиндр, наполненный газом аргоном . По его оси натянута металлическая нить, имеющая относительно стенок трубки положительный потенциал порядка 1000 В. Попадание во внутрь цилиндра ионизирующей частицы приводит к появлению в счетчике ионов - это первичная ионизация. Эти ионы, ускоряясь полем, существующим между нитью и цилиндром, вызывают вторичную "лавинную" ионизацию, в трубке начинается разряд.

Рассмотрим блок-схему радиометра, в котором основной частью является счетчик Гейгера-Мюллера.

Радиометр состоит из 6 основных блоков:

1 - счетчик Гейгера-Мюллера; 2 - усилитель; 3 - блок питания; 4 - блок формирования прямоугольных импульсов; 5 - пересчетное устройство; 6 - регистратор числа импульсов.

Радиоактивные нуклиды в медицине используют в двух направлениях - диагностике и с исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения для биологического действия с лечебной целью. Сюда же можно отнести бактерицидное действие излучения.

Метод меченых атомов состоит в том, что в организм вводят радионуклиды и определяют их место нахождения и активность в органах и тканях. По скорости изменения концентрации радионуклидов можно делать диагностический вывод о состоянии органа или ткани.

Для обнаружения распределения радионуклидов используют гамма-топограф, который автоматически регистрирует распределение радиоактивного препарата. Он представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется штриховой отметкой на бумаге.

Используя изотопные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме, определять общий объем жидкости в нем.

В эксперименте более детальные сведения можно получить методом авторадиографии. На биологическую ткань наносится слой чувствительной фотоэмульсии. Радионуклиды оставляют след в соответствующем месте эмульсии, как бы фотографируя себя. Полученный "снимок" называют радиоавтографом или авторадиограммой. Радионуклиды вводят в количествах, не оказывающих вредного действия на организм.

3. Трансмембранный перенос веществ…

Транспорт веществ через мембрану является неотъемлемым свойством существования клетки. Он обеспечивает биоэнергетику клетки (синтез АТФ), формирование специальных структур внутри клетки, осуществляет действие лекарственных веществ на цитоплазму, саму мембрану, ферментативные системы и рецепторы.

Различают два вида транспорта веществ: пассивный, когда частицы переносятся по градиенту без затрат энергии, и активный, требующий затрат химической энергии, которая освобождается при гидролизе АТФ.

По пути простой диффузии (тип А) в клетке обеспечивается проницаемость мембран для O₂ и СО₂, большинства ядов и лекарственных веществ. Это самый медленный и мало управляемый процесс.

Для переноса питательных веществ и необходимых для жизнедеятельности ионов эволюция выработала специальные белковые поры (каналы) - тип Б. Диффузия через поры происходит при возбуждении мембраны. В этом случае в ней открываются специальные каналы, через которые по градиенту устремляются потоки веществ и ионов

Билет 14

1. Ламповый генератор…

При подключении источника питания конденсатор контура заряжается до определенного напряжения и в контуре возникает ток, изменяющийся по гармоническому закону. В первой четверти периода ток в контуре возрастет от 0 до J_max. В этот период времени в катушке связи индуцируется ЭДС, приложенная “+” к сетке, лампа открыта, происходит пополнение энергии контура. Во второй четверти периода ток уменьшается от J_max. до 0. В катушке связи возникает ЭДС, приложенная “-” к сетке, лампа закрыта. Далее процесс повторяется. Таким образом, за период лампа дважды бывает открыта, в это время и происходит пополнение энергии контура и в нем возникают незатухающие электромагнитные колебания. Лампа с катушкой обратной связи играет роль своеобразного ключа, только в определенные моменты, открывающего доступ энергии от источника питания к контуру, они играют роль механизма обратной связи. В генераторах, используемых в медицинских целях, к контуру генератора индуктивно подключается терапевтический контур. В нем возникают вынужденные колебания, частота которых определяется контуром автогенератора. Терапевтический контур и контур автогенератора настроены в резонанс. Описанный генератор используется в следующих методах высокочастотной терапии: диатермия, индуктотермия, УВЧ-терапия, микроволновая и ДВЦ-терапия.

2. Микроскоп.

Для наблюдения малых объектов, не видимых вооруженным глазом, применяется микроскоп - оптическая система, состоящая в простейшем случае из короткофокусной собирающей линзы (объектива) и длиннофокусной собирающей линзы (окуляра).

Микроскоп состоит из механической части (основание, микрометрический механизм, предметный столик, револьвер с объективами) и оптической системы, которая также делится на две части: осветительную и наблюдательную. В осветительную часть входят зеркало или осветитель, конденсор с диафрагмой и съемный фильтр, а в наблюдательную - объектив и окуляр, соединенные в тубусе микроскопа.

Рассмотрим ход лучей в микроскопе (рис.1.4.7).

Предмет АВ помещается на расстоянии d₁ немного большем фокусного расстояния объектива (F_ОБ). Действительное, увеличенное и перевернутое изображение А₁В₁, даваемое объективом, получается на расстоянии d₂ от окуляра, немного меньшим фокусного расстояния окуляра F_ОК. Это промежуточное изображение рассматривается окуляром как предмет. Окуляр дает изображение А₂В₂ мнимое, увеличенное, прямое по отношению к А₁В₁. В результате микроскоп дает мнимое, увеличенное и перевернутое (относительно предмета АВ) изображение, находящееся от окуляра на расстоянии L (O₂B₂), называемое расстоянием наилучшего зрения (для нормального глаза L=25 см).

Расстояние =F₁F₂ между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра называется оптической длиной тубуса микроскопа.

Увеличение объектива выражается формулой: Г _об=/F_об

Для окуляра: Г _ок=L/F_ок

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра: Г_м=Г_об·Г_ок=(L)/(F_об·F_ок)

В зависимости от характера и свойств изучаемого препарата, в микроскопии применяются специальные методы наблюдения.

3. Электроды для съема биопотенциалов…

Электроды - это проводники специальной формы для съема электрических сигналов реально существующих в организме.

Различного вида электроды используются и для подведения к организму внешнего воздействия.

Электроды как устройства съема различаются:

1. По виду регистрируемого сигнала (ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, ЭГГ, ЭОГ и др.).

2. По материалу (металлические, угольные, стеклянные). Стеклянные правильно называть электролитическими, т. к. проводником является раствор электролита (KCl и др.), который заключен в стеклянную канюлю.

3. По конструкции (плоские, игольчатые, многоточечные).

4. По площади (чем меньше площадь, тем более локально отводятся биопотенциалы).

5. По назначению: одноразовые - используются в кабинете функциональной диагностики; длительного наблюдения - в палатах реанимации; динамического наблюдения - в физиологии труда и спорта; экстренного применения - скорая помощь.

6. По месту расположения (поверхностные и вкалывающие). Поверхностные электроды должны иметь контактное сопротивление 10 - 15 кОм, поэтому их накладывают через токопроводящие пасты и прокладки.

Билет 16

1.Природа электрического тока….

2. Оптическая система глаза.

Глаз человека является своеобразным оптическим прибором, занимающим в оптике особое место.

Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей ( Р ), жидкостью передней камеры ( К ) и хрусталиком ( Х ), ограниченная спереди воздушной средой, сзади - стекловидным телом . Главная оптическая ось ( ОО ) проходит через оптические центры роговицы и хрусталика. Кроме того, различают еще зрительную ось глаза ( ЗО ), которая определяет направление наибольшей светочувствительности и проходит через центры хрусталика и желтого пятна (Ж). Угол между главной оптической и зрительной осями составляет около 5’.

Приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов называют аккомодацией.

Недостатки оптической системы глаза и их устранение.

Аберрации, свойственные линзам, у глаз почти не ощущаются. Сферическая аберрация незаметна ввиду малости зрачка и проявляется лишь в сумерках, когда зрачок расширен: изображения не резки. Хотя глаз и не является ахроматической системой, однако хроматическая аберрация не ощущается из-за избирательной видимости излучения и малого размера зрачка. Астигматизм косых пучков не имеет места, т.к. глаз всегда устанавливается в направлении наблюдаемого предмета. Исключение составляет лишь астигматизм, обусловленный ассиметрией оптической системы (несферическая форма роговицы или хрусталика). Это проявляется, в частности, в неспособности глаза одинаково резко видеть взаимно перпендикулярные линии на испытательной таблице. Такой недостаток глаза компенсируют специальными очками с цилиндрическими линзами.

Оптической системе глаза свойственны некоторые специфические недостатки. В нормальном глазу, при отсутствии аккомодации, изображение предмета совпадает с сетчаткой - такой глаз называют эмметропическим, а если это условие не выполняется - аметропическим.

Наиболее распространенными видами аметропии является близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия).

Близорукость - недостаток глаза, состоящий в том, что, при отсутствии аккомодации, изображение предмета лежит впереди сетчатки; в случае дальнозоркости изображение предмета, при отсутствии аккомодации, лежит за сетчаткой. Для коррекции близорукости глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркости - собирающую.

3. Датчики и преобразователи…

ДАТЧИКИ - это УСМИ, которые своим чувствительным элементом реагируют на воздействие измеряемой величины и осуществляют преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующего усиления, регистрации, обработки (как правило в электрические сигналы)

Очень часто приходится регистрировать изменение характиристик организма и окружающей среды, которые по своей природе не являются электрическими. Их называют входные неэлектрические величины, обусловленные жизненными функциями, к ним относятся:

1. Механические (перемещение, скорость, ускорение, акустические параметры, давление, вибрации и др.).

2. Физические (тепловые: температура, энергия, количество теплоты; электрические: характеристики электрического (Е,,), магнитного поля (B,,), импеданс и др.; оптические: показатель преломления, сила света, освещенность, яркость; атомные и ядерные: спектральный состав, масса атомов и ядер, активность излучения, дозы и др.).

3. Химические (химический состав, концентрация, pH).

4. Физиологические (кровенаполнение, пульс и др.).

Для измерения этих величин используются датчики (преобразователи).

Классификация датчиков: