Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Билет1.1 Основные свойства и функции биомембран
|
|
В живых клетках биологические мембраны пребывают в жидкокристаллическом состоянии. В жидком кристалле сочетаются свойства кристалла (дальний порядок организации) и жидкости (текучесть и образование капель), что приводит к возникновению качественно новых свойств. Биомолекулярный слой фосфолипидов, образующий биомембраны, в физиологических условиях (при температуре тела и т.д.) представляет собой жидкий кристалл. При понижении температуры и под влиянием ряда других факторов фофсфолипидный каркас приобретает свойства твердого кристалла, сохраняя биомолекулярную структуру. В физиологических условиях текучесть биологических мембран уменьшается при повышении в них содержания холестерина, ионов кальция и магния. Местные анестетики (новокаин и родственные ему соединения) повышают степень текучести клеточных мембран, влияя на их жидкокристаллическое состояние. Оно изменяется при росте и развитии клеток, а также при некоторых патологических состояниях (раке, дистрофиях). Характерным свойством жидких кристаллов (ЖК) является их способность к фазовым переходам, т.е. к преобразованию в твердые кристаллы (ТК) и возвращению в прежнее состояние при определенных условиях. В биологических мембранах фазовые переходы происходят в физиологических условиях под действием ряда агентов (раздражителей). Важно, что это может совершиться во всем объеме мембраны, а в небольших ее участках (там, где появляются такие агенты).Фазовый переход представляет собой кооперативный процесс. При плавном изменении силы раздражителей физико-химические свойства мембран изменяются скачком. Фазовый переход в фосфолипидном каркасе существенно изменяет свойства ферментов, каналов, переносчиков и других компонентов биомембраны, находящихся в том ее участке, где совершается кооперативный процесс. Там изменяется проницаемость, нарушаются биохимические реакции, рецепторные и другие процессы, которые приводят к сдвигам в физиологическом состоянии организма. Основными формами молекулярного движения в биомембране являются латеральная миграция (перемещение молекул в плоскости мембраны, т.е. в пределах одной стороны биомолекулярного слоя) и вращение молекул вокруг собственной оси. В отличие от вращения и латеральной миграции, перемещения молекул поперек мембраны (с одной стороны липидного бислоя на другую) совершаются очень редко. Такой вид молекулярного движения называют «флип-флоп»-перемещения.
Биомембрана как жидкокристаллическая структура с присущей ей текучестью характеризуется определенной вязкостью. При изменении температуры, молекулярного состава и других параметров биомембраны меняется ее вязкость вследствие возникновения фазового перехода: жидкий кристалл твердый кристалл.
Вязкость биомембран претерпевает существенные изменения при многих заболеваниях, а также под действием электромагнитных излучений, ряда фармакологических препаратов, гормонов. Во многих случаях влияние на вязкость клеточных мембран зависит от изменения содержания в них холестерина. При нормальной температуре тела повышение содержания холестерина в мембранах увеличивает их вязкость, а понижение – уменьшает ее. В этом причина разжижения мембран в клетках злокачественных опухолей. Вязкость всех клеточных мембран падает под действием наркотических веществ (например, хлороформа).
Жизнеспособность организма страдает как при понижении, так и при повышении мембранной проницаемости, которая в свою очередь зависит от вязкости.биомембран. Ее оптимальные значения поддерживаются в клеточных мембранах, пребывающих в жидкокристаллическом состоянии.
Методика записи электроэнцефалограмм.
Для получения полноценной картины биоэлектрической активности головного мозга требуется тщательная установка накожных или игольчатых электродов. При этом следует соблюдать строгую симметричность относительно сагиттальной линии, стараться располагать электроды на одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы они находились над всеми основными отделами конвекситальной поверхности мозга: лобными, центральными, теменными, затылочными, височными.В практической медицине чаще используют международную систему установки электродов" 10-20%" (Рис.5), позволяющую точно указывать расположение электродов. В соответствии с этой системой у каждого испытуемого точно измеряют расстояние между серединой переносицы (назионом) и твёрдым костным бугорком на затылке (инионом), а также между левой и правой ушными ямками. Возможные точки расположения электродов разделены интервалами, составляющими 10% или 20% этих расстояний на черепе. При этом для удобства регистрации весь череп разбит на области, обозначенные буквами: F- лобная, О-затылочная область, Р- теменная, Т- височная, С- область центральной борозды.Регистрация ЭЭГ производится специальными электродами (наиболее распространённые мостиковые, чашечковые и игольчатые). Каждый электрод подключен к усилителю.Нечётные номера мест отведения относятся к левому, а чётные – к правому полушарию. Буквой Z – обозначается отведение от верхушки черепа. Это место отведения называется вертексом и его используют особенно частоДля записи ЭЭГ может использоваться или бумажная лента, или сигнал может преобразовываться с помощью АЦП и записываться в файл на компьютере. Наиболее распространена запись с частотой дискретизации 250 Гц. Запись потенциалов с каждого электрода осуществляется относительно нулевого потенциала референта, за который принимается мочка уха, или кончик носа. В настоящее время получают все большее распространение перерасчет потенциала относительно взвешенного среднего референта. В качестве референтного усредненного электрода используют проводник, к которому через одинаковые достаточно большие сопротивления параллельно подсоединены все электроды, находящиеся на голове обследуемого, включая и активный электрод. При таком расчете возможные артефакты локализуются, а влияние соседних отведений друг на друга уменьшается Компьютерный электроэнцефалограф «Компакт-нейро» (с видеомониторингом 16-ти канальный прибор электроэнцефалограф, предназначенный для регистрации и ввода биосигналов в ЭВМ, с встроенными фото и фоностимуляторами, подключаемый к персональному компьютеру по порту USB или последовательному порту. Для функционирования системы требуется персональный компьютер или ноутбук с тактовой частотой ОЗУ не менее 512 МБт, объемом жесткого диска не менее 40 ГБтПри работе на 8-канальных электроэнцефалографах применяют модифицированные схемы с уменьшенным количеством электродов, устанавливая над каждой долей головного мозга по одному электроду справа и слева. В электроэнцефалографии используют два варианта отведений, условно подразделяемые на монополярные ( референтные) и биполярные. Монополярным называют такое отведение, когда на одну из входных клемм усилителя подается электрический потенциал от электрода, стоящего над мозгом, а на другую - потенциал от электрода, установленного на определенном удалении от мозга, или некоторый усредненный потенциал, обусловленный каким-либо локальным источником. Электрод, расположенный над мозгом, чаще всего называют активным. Электрод, удаленный от мозговой ткани, носит название пассивного, референтного, индиффирентного.Референтный электрод располагают на мочке уха, на подбородке или иногда на носу. Установление референтного электрода на более удаленных частях тела встречает ряд трудностей, отчасти связанных с фиксацией электрода, но главным образом, с помехами от других электрически активных органов тела - мышц и сердца. Крепление электрода на носу представляет некоторое неудобство для обследуемого и используется только в специальных исследованиях, в которых установление электрода на мочке уха по каким-либо причинам нежелательно. Монополярные отведения позволяют лучше оценить общую картину биоэлектрической активности головного мозга, оценить межполушарную асимметрию. Биполярным называют отведение, при котором к положительной и отрицательной входной клеммам усилителя подсоединяют электроды, стоящие над мозгом.Для получения качественной электроэнцефалограммы желательно поместить пациента в свето- и звукоизолированное помещение. Для многих электроэнцефалографов непременным условием являлось экранирование комнат, где проводится ЭЭГ исследование, с целью уменьшения электромагнитных помех. Электроэнцефалографы фирмы " НейроСофт" позволяют проводить исследование в любых помещениях, даже в реанимационных палатах и операционных блоках.Больного лучше поместить в кресле, в расслабленной позе, с закрытыми глазами. Первоначально производится запись " фоновой" ЭЭГ, затем производятся разнообразные тесты: в виде звуковых и световых раздражений, пробы с открыванием и закрыванием глаз с наблюдением за динамикой основных ритмов. В настоящее время наиболее распространен тест с гипервентиляцией: больной глубоко и ритмично дышит в течение 1 -3 минут; при этом регистрация ЭЭГ осуществляется не менее 3 минут во время и после проведения гипервентиляции.Можно применять фармакологические тесты, вводя во время записи ЭЭГ те или иные препараты в зависимости от цели обследования
3 Уравнение Бернулли.Статическое и динамическое давления.
Выражение выведено швейцарским физиком Д. Бернулли (1700—1782; опубликовано в 1738 г.) и называется уравнением Бернулли. Как видно из его вывода, уравнение Бернулли — выражение закона сохранения энергии применительно к установившемуся течению идеальной жидкости. Оно хорошо выполняется и для реальных жидкостей, внутреннее трение которых не очень велико.Величина р в формуле называется статическим давлением (давление жидкости на поверхность обтекаемого ею тела), величина v2/2 — динамическим давлением. Как уже указывалось выше, величина gh представляет собой гидростатическое давление.Для горизонтальной трубки тока (h1 =h2) выражение принимает вид 
где p+ v2/2 называется полным давлением.Тогда уравнение Бернулли можно сформулировать так: при стационарном течении идеальной жидкости полное давление равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений, остается величиной постоянной в любом поперечном сечении потока.
Статическое давление — это давление неподвижной жидкости. Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.
Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости. Давление нагнетания насоса Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.
Билет2
1 Транспорт веществ через биомембрану.
Мембрана клетки представляет собой барьер для ионов: перемещение ионов из воды в центр мембраны энергетически невыгодно, поскольку сопряжено с затратами энергии на освобождение иона от гидратной оболочки. Наиболее адекватной количественной моделью такого перехода является модель Борна. Работа, необходимая для переноса иона с зарядом q и радиусом r из среды с диэлектрической проницаемостью в среду сдиэлектрической проницаемостью, определяется по формуле:
(XI.1)
Диэлектрическая проницаемость воды равна примерно 80; для внутренней части мембраны обычно используют характерную для углеводородов величину. Тогда работа, совершаемая при переносе иона с валентностью Z, составит ккал/моль; для перемещения внутрь мембраны одновалентного иона радиусом 0, 2 нм нужно затратить энергию около 40 ккал/моль. Ясно, что такое перемещение энергетически весьма невыгодно, иными словами, бислой является труднопреодолимым барьером для ионов.
Тем не менее транспортные процессы являются основой для понимания механизма формирования потенциала покоя между поверхностями мембраны и потенциала действия, поэтому им необходимо уделить особое внимание. Важную роль в описании транспортных процессов играет понятие свободной энергии Гиббса. Дело в том, что тепловая энергия при постоянной температуре не может быть использована для совершения работы. Протекание химических реакций в жидкой фазе не изменяет давление, но может изменить объем. Для таких систем вместо изменения внутренней энергии системы используется изменение ее энтальпии (), которое равно, где Р- давление, -изменение объема, - изменение внутренней энергии. Между изменением свободной энергии и изменением энтальпии при постоянном давлении и температуре существует соотношение, вытекающее из первого и второго законов термодинамики:
(XI.2)
Энергия Гиббса, приходящаяся на 1 моль вещества, называется электрохимическим потенциалом, т.е. при этом изменение энергии Гиббса будет вычисляться по формуле, где m - число молей вещества.
В дальнейшем мы будем различать пассивный и активный транспорт; под термином «пассивный транспорт» будем понимать движение частиц из области с большим значением электрохимического потенциала в область с его меньшим значением (при котором энергия Гиббса понижается и < 0), а под термином «активный транспорт» - обратное движение из мест с меньшим в места с большим значением электрохимического потенциала, сопровождающееся повышением энергии Гиббса > 0) и предполагающее необходимость затраты внешней энергии.
2 Методы изучения ЭЭГ. Магнитоэнцефалография.
Построение заключения по имеющейся электроэнцефалограмме подчиняется определенному алгоритму и в соответствии с ним может быть разделено на три основных этапа. Определение функционального состояния мозга пациента. Указание на наличие или отсутствие локальных патологических изменений биопотенциалов.Выявление корково-подкорковых феноменов, расцениваемых как ЭЭГ эквивалент эпилептических пароксизмов Эти положения, по сути, отражают три задачи, которые решаются для каждого пациента. Существуют клинический (визуальный) и статистический методы изучения ЭЭГ. Клинический (визуальный) анализ строго индивидуален, носит качественный характер, может показать степень соответствия или отклонения ЭЭГ пациента от общепринятых стандартных норм. В клинике существуют специальные приёмы описания и клиническая интерпретация ЭЭГ. Естественно, что в отдельных случаях значение одной из задач может преобладать, а расставить приоритеты должен лечащий врач, направляющий больного на обследование. Умение «читать» ЭЭГ, выделять в ней скрытые и нередко очень вариативные патологические признаки, знание особенностей неврологического статуса, ведущего синдрома заболевания позволит нейрофизиологу дать исчерпывающий ответ.Общеизвестно, что ЭЭГ - это запись суммарной активности нейронов коры головного мозга, но при таком узком подходе к методике резко снижается ее диагностическая значимость В электроэнцефалографии производится запись потенциалов нейронов коры головного мозга, находящихся под постоянным воздействием его неспецифических системДоказано, что нейродинамика мозга определяется взаимодействием синхронизирующей и активизирующей (десинхронизирующей) системПервая анатомически локализуется в передних отделах гипоталамуса, зрительном бугре и в каудальном стволе, ее деятельность определяет состояние расслабленного бодрствования и сна. Вторая - обеспечивает состояние бодрствования и располагается в оральных отделах ствола. Взаимоотношение указанных систем создает оптимальные условия для функционирования мозга и ту картину ЭЭГ, которую принято называть электроэнцефалограммой здорового бодрствующего человека или нормально организованной ЭЭГ.Примеры клинического (визуального) анализа ЭЭГ: В условиях полного покоя и отсутствия внешних раздражителей у человека регистрируют спонтанно изменяющуюся ЭЭГ-активность головного мозга. Основными компонентами спонтанной поверхностной ЭЭГ здорового человека считают два рода ритмических колебаний потенциала - α - и β -волны. α -волны характеризуются частотой от 8 до 13 имп/с и возникают у человека при исключении зрительной афферентации (в темноте или при закрытых глазах в состоянии покоя). У большинства людей α -ритм хорошо выражен. Амплитуда α -волн не превышает 50 - 100 мкВ. Наибольшая регулярность и амплитуда α -ритма регистрируется в теменной области коры на границе с затылочной. δ -ритм состоит из ритмических медленных волн длительностью от 250 до 1000 мс. Частота колебаний 1 - 4 в секунду. Данный ритм выявляется при наркотическом сне или при поражениях кортикальных отделов мозга и в ЭЭГ здорового человека во время сна с амплитудой, не превышающей 20 - 30 мкВ. Итак, нормально организованная активность мозга у пациента в состоянии расслабленного бодрствования представлена тремя основными ритмами α -ритм - ритмические синусоидальные колебания частотой 8-13 Гц, амплитудой до 100 мкВ, веретенообразно модулированные (Рис. 7.). Они представлены преимущественно в задних отделах мозга..α -ритм дает реакцию депрессии (активации) при открывании и восстанавливается при закрывании глаз (Депрессия и восстановление альфа-ритма. β -ритм - высокочастотные (14-40 Гц) низкоамплитудные (15 мкВ) колебания, регистрируемые в отведениях от передних отделов мозга (Рис.9.). β -волны доминируют в ЭЭГ человека при деятельном состоянии, интенсивной физической и умственной работе, эмоциональном напряжении, осуществлении ориентировочных и условных рефлексов.β -ритм состоит из быстрых волн длительностью до 40 - 50 мс и частотой 14 - 30 имп/с. Амплитуда β -волн не превышает 5 - 10 мкВ. Лучше всего β -ритм выявляется в лобных областях коры. θ -ритм - может регистрироваться в виде единичных волн в лобных отведениях. Частота его 4-7 Гц, амплитуда - менее 50 мкВ. В ЭЭГ спящего человека можно зарегистрировать и θ -ритм с частотой 4 - 8 колебаний/с. θ -ритм проявляется и при патологических состояниях головного мозга, а также при крайнем эмоциональном напряжении.У взрослого бодрствующего человека доминирует 
- ритм - колебания с частотой 8 - 13 Гц. Кроме того, при исследовании и электрической активности головного мозга наблюдается 
- ритм с частотой 14 - 35 Гц, 
- ритм с частотой 35 - 70 Гц. Выделяют еще 
- ритм с частотой 0, 5 -3 Гц, 
- ритм 4 -7 Гц и др. По виду электроэнцефалограмм, по появлению или исчезновению определенных ритмов можно судить о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур головного мозга, о динамике изменений, обнаруживать область коры головного мозга, где эта изменения наиболее выражены. Так, при переходе от бодрствования ко сну 
и 
ритмы замещаются существенно более медленными (
и 
- ритмами). Существенно меняется спектральный состав ЭЭГ при наркозе различной глубины, физической нагрузке. В неврологической клинике анализ спектрального состава электрической активности мозга широко используется для оценки патологических состояний. Основные ритмы ЭЭГ отсутствуют или меньше проявляются при тяжелых формах эпилепсии, опухолях коры больших полушарий и др. Статистические методы изучения ЭЭГ исходят из того, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Используя математические преобразования Фурье, устанавливают по каждой составляющейраспределение, например, мощности сигналов разной частоты и амплитуд, а затем получают спектры, карты мощности для дальнейшей интерпретации ЭЭГ. Пример: при картографическом методе электроэнцефалографии (ЭЭГ) решаются задачи: 1. Находят полную мощность сигнала ЭЭГ в каждом отведении (площадь под соответствующей спектральной кривой) и строят карту распределения полной мощности по поверхности головы, присваивая каждому из интервалов, на которые разбит весь промежуток значений мощности, свой цвет или оттенок. На шкале, расположенной внизу, представлены интервалы, на которые разбиты все значения мощности от 
, каждому из которых присвоен тот или иной тип штриховки. Аналогичной штриховкой покрыты соответствующие области поверхности головы.
2. Находят не полную мощность сигнала в том или ином отведении, а лишь мощность, соответствующую тому или иному спектральному интервалу. Эти интервалы получили название ритмов.
Аналогично строят цветную карту распределения мощности в выбранном спектральном интервале по поверхности коры головного мозга. Иногда врач сразу анализирует несколько карт, соответствующих разным ритмам.
В настоящее время для моделирования электрической активности - коры головного мозга в качестве эквивалентного генератора выбирают системы, состоящие из большого количества токовых диполей. Причем учитываются некоторые виды взаимодействия диполей между собой и геометрия их расположения. Однако эти модели воспроизводят лишь небольшую часть процесса генеза ЭЭГ и требуют дальнейшего усовершенствования.
Анализ ЭЭГ представляет собой сложную задачу. Для сжатия информации и представления ее в удобном для понимания виде строят частотные спектры сигналов ЭЭГ на некотором информативном интервале. После этого частотные спектры можно развернуть во времени и получить временной ''ландшафт".
В настоящее время, используя компьютерную технику, электрическую активность мозга анализируют с помощью картирования поверхности головы.
Электрокардиограф, предназначенный для записи электрокардиограммы, позволяет вести исследования электрической активности сердца методом электрокардиографии. В некоторых случаях целесообразно одним прибором определять одновременно ряд параметров, например биопотенциалы, отводимые от разных точек головного мозга. При этом используют многоканальные устройства, состоящие из нескольких независимых усилителей, регистрация по всем каналам фиксируется на общей ленте. Результаты обследованияПри снятии и регистрации биопотенциалов используют и некоторые вспомогательные устройства. К ним можно отнести отметчики времени, которые определяют масштаб оси t. В тех случаях, если лентопротяжный механизм обеспечивает строгое постоянство скорости перемещения носителя, необходимости в отметчике времени нет.Для определения биопотенциалов, иначе говоря, для определения масштаба оси у в единицах напряжения используют калибраторы напряжения. Запись калибровочного напряжения делают до или после записи биопотенциала. Магнитоэнцефалография – регистрация параметров магнитного поля, обусловленных биоэлектрической активностью головного мозга.Запись этих параметров осуществляется с помощью квантовых интерференционных датчиков и специальной камеры, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной электроэнцефалограммы. В частности, радиальные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как ЭЭГ. Это позволяет более точно рассчитывать положение генераторов ЭЭГ - активности, регистрируемой со скальпа.
3. Легочный резистанс. Растяжимость. легочный резистанс, т. е. сопротивление воздухоносных путей колебаниям потока воздуха в них. Оно составляет сравнительно небольшую величину -. Величина, обратная легочному резистансу, называется растяжимостью. У взрослого человека она составляет 200 см3, а у детей - меньше. Растяжимость может увеличиваться.
Билет3
1 Оптическая микроскопия.
Наблюдать структуру мембраны в обычный оптический микроскоп нельзя. Чтобы это понять, вспомним, что такое предел разрешения прибора Z. Это минимальное расстояние между двумя точками, изображения которых еще можно увидеть раздельными. Естественно, что чем меньше Z, тем качественнее прибор, так как позволяет видеть более мелкие структуры. Для грубой оценки разрешения оптического микроскопа используем соотношение: 
.
В качестве 
для оценки подставим в формулу минимальное значение длины волны видимого света (
) и получим для предела разрешения Z=200 нм.
Эта величина примерно в 20 раз больше толщины мембраны, поэтому о наблюдении мембраны в оптический микроскоп не может быть и речи. Но возможно использование микропроекции и микрофотографии.
Формирование микроскопического изображения происходит с участием человека и завершается образованием действительного изображения в глазу. Обычный микроскоп сам по себе не создает действительное изображение. Однако для фотографирования (микрофотография) или проекции микроскопического изображения на экран (микропроекция) должно быть получено действительное изображение. Для этого изображении, даваемое объектовом Об, надо расположить дальше фокусного расстояния окуляра