Тема№7. Использование ЯМР и ЭПР в медицинских исследованиях. Томография.

Цель:

· Понять механизм переходов в атомах осуществляемые индуцированно под влиянием электрических и магнитных полей.

· Знать различие электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

· Уметь объяснить медико-биологическое применение ЭПР и ЯМР.

Количество формируемых компетенций:самообразование.

Задания по теме:

1.Расщепление энергетических уровней атомов в магнитном поле

2.Условия возникновения магнитного резонанса

3.Электронный парамагнитный резонанс

4.Ядерный магнитный резонанс.

5.Применение в медико-биоогических исследованиях

Методы контроля формируемых на СРС компетенций:

1.Подготовка и создание тестовых заданий.

2.Ответы на допольнительные вопросы

3.Выявить степень понимания содержания работы, что свидетельствует о повышении самообразования.

Форма выполнения:Подготовка тестовых заданий.

Критерии выполнения:

Требования к оформлению и выполнению тестовых заданий:

· Обьем: 20-30

· рекомендуется использование 5-6 различных источников

Сроки сдачи: студент должен своевременно выполнять и сдавать работы строго по календарному графику.

Критерии оценки: выполнение самостоятельной работы оценивается в баллах по объему и качеству выполненного задания.

Литература:

Основная:

1.Ремизов А.Н., Максина А.Г., ПотапенкоА.Я. Медицинская и биологическая физика :учебник. – 9-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2010. – 558 с. : ил.

2.Ремизов А.Н., Максина А.Г., ПотапенкоА.Я. Сборник задач по медицинской и биологической физике : учеб. пособие – 4-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2010. – 189с

3.Антонов В.Ф. Физика и биофизика : учебник. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2008. – 480 с.

5.Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Практикум: учебное пособие.– 3-е изд., перераб. и доп. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2008. – 336 с.

6.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СПб.: СпецЛит, 2007. –496 с.

Дополнительная:

1.Антонов В.Ф. Физика и биофизика : учебник. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2008. – 480 с.

2.Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Практикум : учебное пособие.– 3-е изд., перераб. и доп. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2008. – 336 с.

3.Рубин А.Б. «Биофизика». изд.МГУ, 2006 г.- 435 c.

4. В.А.Тиманюк, Е.Н.Животова. Биофизика. М., 2004 г. – 703 стр.

5.А.Н.Ремизов, А.Г.Максина, А.Я.Потапенко. Медицинская и биологическая физика, М."Высшая школа".2004 г. – 560 стр.

6. www. Sciencedirect.com.

7. www.thecochranelibrary.com.

8. www.springerlink.com.

9. www.webofknowledge.com.

10. http://dlib.eastview.com.

Контрольные вопросы:

1. Эффект Зеемана

2. Магнитный резонанс

3. Электронное расщипление

4. Сверхтонкое расщипление

5. ЭПР спектрометрия

6. Магнито-резонансная томография

Общая оценка знаний

Преподаватель анализирует компетенций: самообразования по данной теме, проводит разбор общих ошибок допущенных студентами при составлении тестов. В конце занятий выставляются соответствующие баллы.

Специальность: Общая медицина

Модуль: Медицинской биофизики и биостатистики

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ, УМЕНИЙ И НАВЫКОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА»

Курс: 1

Дисциплина: Медицинская биофизика

Обсуждены на заседании модуля

Протокол № 1 от 29.08. 2015 г.

Утверждены

Рук.модуля,доц..___ Байдуллаева Г.Е.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ, УМЕНИЙ И НАВЫКОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА» ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ - – – 051101 «Общая медицина»

Вопросы рубежного контроля №1

1. Биологические мембраны.

2. Виды биологических мембран и их функции.

3. Виды мембранных липидов и их свойства.

4. Мембранные белки. Виды и функции мембранных белков.

5. Фазовые переходы в мембране. Структура биологических мембран. Искусственные мембраны. Липосомы.

6. Методы исследования структуры мембран.

7. Транспорт веществ через биологические мембраны. Пассивный транспорт.

8. Виды транспорта. Простая диффузия.

9. Основные механизмы пассивного транспорта.

10. Транспорт ионов. Активный транспорт.

11. Ионный транспорт веществ в каналах.

12. Строение и функции ионных каналов и переносчиков. Механизмы электрогенеза.

13. Первично-активный, вторично-активный (сопряженный) транспорт.

14. Понятие электровозбудимости. Потенциалы покоя.

15. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.

16. Потенциал действия.Механизм генерации и распространения потенциала действия.

17. Методы изучения молекулярных механизмов электромеханических потенциалов мембран.

18. Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна.

19. Электроды для съема биоэлектрического сигнала.

20. Датчики медико-биологической информации. Типы датчиков.

21. Назначение и классификация датчиков, характеристики.

22. Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках.

23. Градуировка термодатчиков и определение температуры вещества.

24. Физические основы электрокардиографии.

25. Устройство, принцип работы электрокардиографа.

26. Основные подходы к регистрации ЭКГ.

27. Регистрация ЭКГ и принципы анализа.

28. Потенциал действия кардиомиоцита.

29. Механизм генерации потенциала действия кардиомиоцита.

30. Особенности генеза потенциала действия в кардиомиоцитах.

31. Ионные механизмы возбуждения.

32. Электрическая активность сердца.

33. Мембранные потенциалы. Потенциал действия сердечной клетки.

34. Проведение потенциалов действия по тканям сердца.

35. Электроэнцефалография. Основные ритмы ЭЭГ.

36. Регистрация ЭЭГ и принципы анализа. Их функциональное значение.

37.Основные типы электрической активности пирамидных нейронов.

38. Биомеханика мышцы.

39. Модель скользящих нитей.

40. Особенности распространения звука в различных средах

41. Акустика. Звуковые измерения.

42. Физические и физиологические характеристики звука, их взаимосвязь

43. Ультразвук. Применение ультразвука в медицине.

44. Звуковые методы исследования в клинике.

Вопросы рубежного контроля №2

1. Медицинские приборы терапевтического назначения.

2. Терапевтическая электронно-медицинская аппаратура.

3.Методы высокочастотной терапии (ВЧ, УВЧ, СВЧ и др.) и их биофизическое воздействие.

4.Устройство аппарата УВЧ-терапии и его принцип работы.

5.Терапевтическая техника, основанная на применении постоянного тока

6. Устройство аппарата гальванизации и его принцип работы. .

7. Физические основы гальванизации

8. Капиллярные явления, их значения в биологии и медицине. Газовая эмболия

9. Физические основы гемодинамики.

10. Общие физико-математические закономерности движения крови по кровеносному руслу.

11. Реография различных органов и тканей.

12.Методы исследования кровообращения.

13. Интегральная и регионарная реография.

14. Способы косвенной регистрации ударного и минутного выброса.

15. Реологические свойства крови

16. Движение крови в крупных сосудах.

17. Организация потока крови в микрососудах.

18. Движение форменных элементов крови в капиллярах.

19. Факторы, определяющие реологические свойства крови.

20. Формы ориентации эритроцитов в капиллярах.

21. Закономерности поглощения света биологическими системами.

22. Энергетические уровни молекул (электронная, колебательная и вращательная энергия молекул).

23. Фотоэлектрические преобразователи.

24. Фотоэффект. Законы Столетова. Формула Эйнштейна.

25. Фотоэлектрические умножители (ФЭУ). Селеновые фотоэлементы.

26. Электронно – оптические преобразователи (ЭОП).

27. Методы исследования биологических объектов по спектральному анализу

28. Виды и принцип работы фотоэлектрических преобразователей.

29.Методы исследования фотобиологических процессов с помощью спектров поглощения.

30.Изучение спектрофотометрических методов исследования для определения концентрации веществ в биологических жидкостях

31. Люминесценция биологических систем.

32. Люминесценция. Различные виды люминесценции.

33.Фотолюминесценция. Правило Стокса.

34. Фотолюминесцентный качественный и количественный анализ биологических объектов.

35. Люминесцентная микроскопия.

36. Хемилюминесценция, механизм генерации хемилюминесценции

37. Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани.

38. Специальные приемы микроскопии биологических объектов

39. Исследование биологических объектов в микроскопии.

40. Оптическая система микроскопа, построение изображения объекта.

41. Формула увеличения оптического микроскопа.

42. Оптическая система глаза. Недостатки зрения.

43. Изучение дозиметров ионизирующего излучения.

44. Явление радиоактивного излучения. Дозы излучения

45.Диагностические применения рентгеноскопии и флюрографии, рентгеновская томография.

46. Основные технические средства медицинской интроскопии.

47.Тепловое излучение. Тепловизоры.

48. Влияние электрических и магнитных полей на живой организм. Использование ЯМР и ЭПР в медицинских исследованиях.

49. Рефрактометрия

50. Поляриметрия

51 Биомеханика дыхания

52 Приборы для измерения функции внешнего дыхания

Ситуационные задачи

1.Рассчитайте диэлектрическую проницаемость мембранных липидов, если толщина мембрана d= 10 нм, удельная электрическая емкость С= 1,7 .

2. Какое расстояние на поверхности мембраны эритроцита проходит молекула фосфолипида за 1 секунду в результате латеральной диффузии? Коэффициент латеральной диффузии принять равным 10 –12 м2/с. Сравните с окружностью эритроцита диаметром 8 мкм.

3. При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жидкокристаллического состояния в гель толщина бислоя изменяется. Как при этом изменится электрическая емкость мембраны? Как изменится напряженность электрического поля в мембране?

4. Как изменится электрическая емкость мембраны (удельная) при ее переходе из жидкокристаллического состояния в гель, если известно, что в жидкокристаллическом состоянии толщина гидрофобного слоя составляет 3,9 нм, а в состоянии геля – 4,7 нм. Диэлектрическая проницаемость липидов » 2.

5. Рассчитайте время оседлой жизни и частоту перескоков из одного мембранного слоя в другой липидов мембран саркоплазматического ретикулума, если коэффициент латериальной диффузии D=12 мкм²/c, площадь, занимаемая одной молекулой фосфолипида А=0,7 нм² .

6. Рассчитайте коэффициент проницаемости для вещества, поток которого через мембрану моль/м . Концентрация вещества внутри клетки , а снаружи - моль/л.

7. Во сколько раз внутриклеточная концентрация ионов калия должна превышать наружную, чтобы потенциал покоя составлял 91мВ. Вычислите температуру клетки.

8. Рассчитайте коэффициент распределения К для вещества, если при толщине мембраны 10нм коэффициент диффузии 7,2*10 см , а коэффициент проницаемости 14см/с.

9. Разность концентраций молекул вещества на мембране некоторой клетки равна 48ммоль/л, коэффициент распределения между мембраной и окружающей средой 30, коэффициент диффузии 1,5*10 , плотность потока 25моль/м . Рассчитайте толщину этой мембраны.

10. Найдите коэффициент проницаемости плазматической мембраны Mycoplasma, для формамида, если при разнице концетраций, этого вещества внутри и снаружи мембраны, равной 0,5*10 , плотность потока его через мембрану равна 8*10 см/с.

12. Рассчитайте энергию, необходимую для совершения одного цикла Na⁺, K⁺ - АТФ-ой в гигантском аксоне кальмара, если трансмембранный потенциал этой клетки составляет - 60МВ, концентрация ионов калия и натрия внутри снаружи соответственно равны ммоль/л и ммоль/л, ммоль/л и ммоль/л. Температура клетки 37⁰С.

13. Во сколько раз концентрация малых катионов должна превышать концентрацию макромолекул, чтобы доннановская разность потенциалов составляла -2мВ при температуре 20⁰С? Средний заряд макромолекул .

14. Во сколько раз наружная концентрация с₀ ионов натрия должна превышать внутреннюю с_j, чтобы равновесный потенциал Нернста составлял +50 мВ при температуре 27⁰С.

15. Удельная электрическая емкость мембраны аксона, измеренная внутриклеточным микроэлектродом, оказалась равной 0,5 микрофарад/ см². По формуле плоского конденсатора оцените толщину гидрофобного слоя мембраны с диэлектрической проницаемостью e » 2.

16. Какое расстояние на поверхности мембраны эритроцита проходит молекула фосфолипида за 1 секунду в результате латеральной диффузии? Коэффициент латеральной диффузии принять равным 10 ^–12 м²/с. Сравните с окружностью эритроцита диаметром 8 мкм.

17. Критический радиус липидной поры в мембране зависит от краевого натяжения поры g, поверхностного натяжения мембраны s и мембранного потенциала j. Выведите формулу для критического радиуса поры. Рассчитайте критический радиус поры при отсутствии мембранного потенциала. Принять краевое натяжение поры 10 ^–11 Н, поверхностное натяжение липидного бислоя 0,3 мН/ м.

18. При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жидкокристаллического состояния в гель толщина бислоя изменяется. Как при этом изменится электрическая емкость мембраны? Как изменится напряженность электрического поля в мембране?

19. При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жидкокристаллического состояния в гель толщина бислоя изменяется. Как при этом изменится электрическая емкость мембраны? Как изменится напряженность электрического поля в мембране?

20. Как изменится электрическая емкость мембраны (удельная) при ее переходе из жидкокристаллического состояния в гель, если известно, что в жидкокристаллическом состоянии толщина гидрофобного слоя составляет 3,9 нм, а в состоянии геля – 4,7 нм. Диэлектрическая проницаемость липидов » 2.

21. Осмотическое давление крови человека составляет 0,77МПа. Сколько молей соли NaCl должен содержать изотонический физиологический раствор в 200 мл воды при температуре 37⁰С?

22. При повторной регистрации спектра ЯМР одного и того же образца изменилась температура, линии спектра при этом стали более узкими. В какую сторону изменилась температура: понизилась или повысилась?

23. Найти длину электромагнитной волны, при которой возникает ЭПР в магнитном поле с магнитной индукцией 0,3Тл. Принять фактор Ланде равным двум.

24. По контуру радиусом 0,5м протекает ток. Найдите силу этого тока, если известно, что магнитный момент контура _Б.

25. Под каким углом находится в данный момент времени электрический вектор сердца к оси отведения, если зафиксирована разность потенциалов , а максимальная разность потенциалов в этом отведении

26. Определите мощность теплового излучения раздетого человека с S = 1 м² поверхности тела, если температура кожи t₁=30⁰C, окружающей среды – t₂=20⁰C. Коэффициент поглощения кожи k=0,9

27. Интенсивность излучения тела человека увеличились на 2,62 %. На сколько процентов возросла температура.

28. Определите длину волны , соответствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости тела человека, считая его серым телом. Температура кожи t=30 ⁰C.

29. Определите натуральный молярный показатель поглощения веществ, если при его концентрации в растворе с=0,03 моль/л оптическая плотность раствора составляет D=1. Длина кюветы l= 2 см.

30.Наблюдая под микроскопом движение эритроцитов в капилляре, можно измерить скорость течение крови ( ). Средняя скорость тока крови в аорте составляет . На основании этих данных определить, во сколько раз сумма всех функционирующих капилляров больше сечение аорты.

31. Рассчитайте предел разрешения z электронного микроскопа, если ускоряющее напряжение в нем U=100 кВ, апертурный угол u=10^-2 рад.

32. Вычислить вязкость крови при нормальном гематокрите (с=45%), если вязкость плазмы составляет

33. Вычислите максимальное минутный объем Q_max крови, при котором течение крови в аорте остается ламинарным. Диаметр аорты d=2 cм, вязкость крови , плотность , критическое значение числа Рейнольдса Re_кр=2000.

34. Скорость распространения пульсовой волны по артерии составляет v=10 м/c. Определите модуль упругости Е артерии, если толщина ее стенки h=0,7 мм, внутренний диаметр d=8 мм, плотность крови

35.Радиус аорты равен 1,0см; скорость течения крови в аорте составляет 30 см/с. Чему равен скорость течения крови в капиллярах, если суммарная площадь сечения капиллчров равна 2000 см². (Диаметр каждого капилляра принять как , а число капилляров больше миллиона).

36. В медицине для определения скорости движения отдельных биологических структур (например, крови, клапанов сердца) используется эффект Доплера. Как связано изменение частоты ультразвукового сигнала при отражении от движущегося предмета с его скоростью?

37. К поршню горизонтально расположенного шприца приложена сила F=10 Н. Определите скорость v истечения лекарства из иглы шприца, если плотность лекарства , диаметр поршня d=7 мм, причем его площадь намного больше площади поперечного сечения иглы.

38. С какой скоростью v всплывает пузырек воздуха диаметром d=4 мм в сосуде, наполненном глицерином? Кинематическая вязкость глицерина , его плотность намного больше плотности воздуха.

39. При некоторых заболеваниях критическое число Рейнольдса в сосудах становится равным 1160. Найдите скорость движения крови, при которой возможен переход ламинарного течения в турбулентное в сосуде диаметром 2мм.

40.Уровень громкости звука равен 120 фон, а тихого разговора – на том же расстоянии – 41. фон. Определить отношение интенсивностей.

41. Интенсивности звука 10-2 Вт/м2. Найти звуковое давление, если акустическое сопротивление среды (воздуха) 420 кг/м2с.

43. Определить амплитудное значение звукового давления для чистого тона частотой 1000 Гц, при котором может наступить разрыв барабанной перепонки, если разрыв наступает при уровне громкости L_E = 160 фон. (Ответ выразить в паскалях и в атм.)

44. Электронагреватель в установке для термической обработки лекарственного сырья за 10 мин испаряет 1 л воды, вязтой при температуре 20⁰С. Определите длину нихромовой проволоки сечением 0,5 мм², учитывая, что установка питается напряжением 120 В и ее КПД равен 80%?

45. Интенсивность света, прошедшего через раствор аспирина в непоглощающем растворителе, уменьшается за счет поглощения в три раза. Концентрация молекул аспирин n₀=10²⁰м^-3. Путь света в растворе =150 мм. Определите эффективное сечение поглощения аспирина.

46. Определите разность фаз в пульсовой волне между двумя точками артерии, расположенными на расстоянии друг от друга, считая скорость пульсовой волны равной v=10 м/c, колебания сердца – гармоническими с частотой =1,2 Гц.

47. Фрагменты молекул и СH³⁺, ускоренные одинаковой разностью потенциалов, влетают в однородное магнитное поле под углом к его направлению. Определите отношение радиусов траекторий этих частиц.

48. В одном из отведении наибольшая разность биопотенциала на электрокардиограмме равна 2 мВ. Предполагая, что при этом электрический момент сердца параллелен стороне треугольника Эйнтховена, с которой снимается электрокардиограмма, оценить величину электрического момента сердца. Известны .

49. Для нагревания мышечной ткани на плоское электроды подается напряжение c амплитудой U₀=250 В и частотой =10⁶Гц. Активное сопротивление этого участка цепи R=10³ Ом; емкость С= Ф. Определите количество тепла, выделившееся в объеме ткани между электродами за период колебаний Т и за время процедуры t=10 мин.

50. Ионофорез применяется для введения лекарственных веществ в тело человека. Определите количество однократно ионизированных ионов лекарственного вещества, введенное больному за время t= 10 мин при плотности тока 0,05 мА/см²с электрода площадью S=5 см²

Тесты по дисциплине «Медицинская биофизика»