Билет 1

1. Расскажите и опишите процесс формирования потенциала действия. Охарактеризуйте его основные фазы, какими трансмембранными процессами они обусловлены, как вычислить амплитуду потенциала действия, что такое рефрактерный период?

Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).

Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=I_пор).

Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).

Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: ф_м=ф₀+U, где ф₀ – потенциал покоя.

Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.

Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.

Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Е_кр.

Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.

Если сила раздражителя ниже порога возбуждения ф_м<Е_кр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Е_кр.

Если ф_м>=Е_кр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.

Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na⁺ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Е_кр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na⁺ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до ф_max. Тогда Na⁺ накалы закрываются.

Проницаемость мембран аксона кальмара:

В покое Р_К+:Р_Na+:Р_Cl- =1:0,04:0,45

В фазе деполяризации Р_К+:Р_Na+:Р_Cl- =1:20:0,45

Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К⁺ из клетки.

Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.

Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К⁺ каналов при возбуждении клетки.

Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: ф_д=ф_max-ф₀. Для каждых клеток она своя.

Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.

Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.

Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.

2. Какова природа а- и в-излучения. В чём разница их взаимодействия с в-вом?

а-излучение – поток а-частиц, которые представляют собой ядра атома гелия (⁴₂а). Малая глубина проникновения. Обладают высокой ионизирующей способностью, поэтому очень опасны. По мере продвижения а-частиц в в-во плотность ионизации возрастает и, достигнув max почти в конце пробега, затем резко падает.

Средний линейный пробег а-частицы в воздухе – несколько сантиметров, в жидкостях и биологических тканях – 10-100мкм.

При взаимодействии с в-вом возникают, кроме ионизации: возбуждение атомов, характеристическое рентгеновское излучение.

В-излучение – это поток в-частиц, которые представляют собой электроны или позитроны. По сравнению с а-частицами обладают меньшим зарядом, массой и ионизирующей способностью. Глубина проникновения в-излучения в мягкие ткани 10-15мм. Кроме ионизации, может возникать тормозное рентгеновское излучение.

Позитроны в в-ве при встрече с электронами аннигилируют с образованием 2-ух y-квантов.

3. Уровень громкости звука частотой 1000 Гр после его прохождения через стену понизился от 80 до 40 фон. Во сколько раз уменьшилась интенсивность звука?

E=kL, где k- коэф. пропорциональности, L- уровень интенсивности.

При v=1000, k=1, E=L.

Е₁=10lg(I₁/I₀); 80=10lg(I₁/10^-12), где I₀ – min порог слышимости. I₁=10^-4

Е₂=10lg(I₂/I₀); 40=10lg(I₂/10^-12), I₂=10^-8. I₁/I₂=10^-4/10^-8=10⁴ раз.

Ответ: уменьшится в 10⁴ раз.

4. Приведите график и формулу зависимости величины порогового тока при электростимуляции тканей от длительности электрического импульса.

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 уравнением Вейса-Лапика: I_пор=a/t_u+b, где а и b –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.

5. Как зависит линейный показатель ослабления от длины волны рентгеновского излучения и от св-в в-ва? Как он связан с толщиной слоя половинного ослабления?

При прохождении рентгеновского излучения через в-во происходит уменьшение его интенсивности прошедшего излучения за счёт двух процессов: поглощения и рассеяния рентгеновских квантов в в-ве.

Интенсивность излучения, прошедшего слой в-ва толщиной Х, уменьшается по экспоненциальному закону:

I_прош=I₀e^-µх, где µ – линейный показатель ослабления, характеризующий убыль интенсивности рентгеновских лучей за счет поглощения и рассеяния: µ=µ_п+µ_р.

Линейный показатель ослабления прямо пропорционален плотности в-ва (µ-р).

Массовый показатель ослабления µ_м=µ/p – не зависит от плотности в-ва и определяется только порядковым номером Z атомов этого в-ва и длиной волны рентгеновского излучения: µ_м=kL³Z³.

Длинноволновое рентгеновское излучение поглощается гораздо сильнее, чем коротковолновое. Элементы с большим Z поглощают рентгеновское излучение значительно сильнее, чем с малым.

Для оценки проникающей способности рентгеновского излучения используют понятие слоя половинного ослабления d_1/2 –толщина слоя в-ва, которая ослабляет интенсивность прошедшего излучения в 2 раза.

При х= d_1/2, будет I=I₀/2. I₀/2= I₀e^-µd1/2, d_1/2=ln2/µ.

Слой половинного ослабления зависит как от св-в в-ва, так и от жесткости (длины волны) излучения.

Например, для рентгеновского тормозного излучения с энергией кванта hv=60кэВ, слой половинного ослабления составляет для воды -10мм, а для алюминия – 1мм.

6. Чему равен угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора, если интенсивность естественного света прошедшего через эти призмы, уменьшилась в 4 раза. Поглощение света пренебречь.

Закон Малюса: I_прош=I₀cos²ф, для естественного света I_прош=1/2I₀cos²ф, cosф=0,707. Ответ: 45⁰.