Тема 2. Биопотенциалы. Потенциалы покоя Потенциал действия.

Цель:Понять механизмы возникновения потенциала покоя и биопотенциалов действия. Знать методы исследования биопотенциалов, возникающих в живом организме.

План лекции

1. Понятие электровозбудимости.

2. Потенциалы покоя и действия и их молекулярные механизмы.

3. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.

4. Генерация потенциала действия.

5. Методы изучения молекулярных механизмов электромеханических потенциалов мембран.

Тезисы лекции:

Разность потенциалов – это следствие пространственного разделения электрических зарядов противоположного знака. Постоянные разности потенциалов характерны для живых систем, находящиеся в стационарном состоянии, т.е. таких, в которых градиенты постоянно поддерживаются в результате обмена веществ. При быстром изменении и вновь восстановлении имеет место переходный процесс из одного стационарного состояния в другое. Различают потенциалы типа: электронного (при наличии свободных электронов), ионного (при наличии свободных ионов). Общепризнанной теорией, объясняющей возникновение и поддержание потенциалов на мембране, является теория А.Ходжкина. Возникновение биологических потециалов, в основном, обусловленно неравенством концентрации ионов в системе. Раличают следующие биопотенциалы: диффузные, мембранные, фазовые (межфазовые), окислительно-восстановительные. Мембранный потенциал зависит от температуры и от концентрации градиента диффундирующих через мембрану ионов. Величина мембранного потенциала определяется уравнением Нернста.Фактически, мембранный потенциал является результатом диффузии трех видов ионов: калия, натрия и хлора и определяется уравнением Гольдмана. Происходящее при возбуждении клеток и обусловленное изменением проводимости мембран для ионов называется потенциалом действия. Распространение потенциала действия по нервному волокну определяется телеграфным уравнением.

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 2)

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.Антонов В.Ф., Коржуев А.В. Физика и биофизика : курс лекций для студентов медицинских вузов : учебное пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2010. –

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

4.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., Коржуев А.В. Физика и биофизика : курс лекций для студентов медицинских вузов : учебное пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : ГОЭТАР-Медиа, 2007. – 240 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. www. Sciencedirect.com.

6. www.thecochranelibrary.com.

7. www.springerlink.com.

8. www.webofknowledge.com.

Контрольные вопросы (обратная связь):

· Что такое электровозбудимость?.

· Каков механизм возникновения потенциала покоя ?.

· Какие существуют методы измерения мембранного потенциала ?.

· Что такое микроэлектродная техника ?.

· Каков механизм возникновения потенциала действия.

· Каков механизм генерации потенциала действия.

· Какие существуют методы изучения молекулярных механизмов электрохимических потенциалов мембран.

· Как распространяется потенциал действия по нервному волокну.

3. Тема: Гемодинамические закономерности движения крови по сосудам. Реологические свойства крови.

Цель: изучить основные гемодинамические закономерности движения крови по сосудам, дать им физико-математическое обоснование, механизмы распространения пульсовой волны. Ознакомиться с движением крови и элементов крови в сосудах и капиллярах, с факторами определяющими реологические свойства крови. Знать методы исследования кровообращения.

План лекции:

1. Гемодинамические закономерности движения крови по сосудам.

2. Методы исследования кровообращения.

3. Реография различных органов и тканей.

4. Понятие интегральной и регионарной реографии.

5. Движение крови в крупных сосудах.

6.Организация потока крови в микрососудах.

7.Движение форменных элементов крови в капиллярах.

8.Факторы, определяющие реологические свойства крови.

Тезисы лекции:

Течение крови по сосудам в основном ламинарное и лишь при некоторых патологических случаях переходит в турбулетное. Гемодинамическими характеристиками являются – давление и скорость кровотока. Основной движущей силой кровотока является кровяное давление, обусловленное превышением давления, вызванного работой сердца, над атмосферной. Описывается движение крови, приблизительно , формулой Пуазейля, согласно которой падение давления обратно пропорционально четвертой степени радиуса сосуда. Природные механизмы нервной и гуморальной регуляции кровянного давления связано с просветом сосудов. По сосудам распространяется колебания давления, которые называются пульсовой волной. Кровь представляет собой суспензию форменых элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов)и плазмы. Вязкость плазмы составляет 1,9-2,3 мПас и считают ее ньютоновской жидкостью. Течение крови по крупным сосудам и по капиллярам отличаются по некоторым характеристикам. В крупных сосудах эритроциты образуют агрегаты в виде монетных столбиков. При уменьшени диаметра кровеносных сосудов агрегаты эритроцитов распадаются на отдельные клетки, что вызывает уменьшение вязкости крови (феномен сигма). Для моделирования процессов кровообращения очень часто используют аналоговые электрические схемы. Реография – метод исследования кровообращения, основанный на регистрации импеданса ткани.

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 3)

Литература

Основная:

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

4.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.

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. www. Sciencedirect.com.

6. www.thecochranelibrary.com.

7. www.springerlink.com.

8. www.webofknowledge.com.

Контрольные вопросы (обратная связь):

· Какие основные гидродинамические закономерности движения крови по сосудам.

· Какие имеются общие физико-математические закономерности движения крови по кровеносному руслу .

· Как происходит распространение пульсовых волн.

· Что такое ударный объем.

· Каков механизм движения крови в крупных сосудах

· Каковы особенности движения форменных элементов крови в капиллярах.

· Какие факторы определяют реологические свойства крови.

· Какие формы ориентации эритроцитов в капиллярах

4. Тема: Закономерности поглощения света биологическими системами. Люминесценция биологических систем.

Цель:на основании имеющихся сведении о энергетических уровнях атомов и молекул, более глубоко понять процесс поглощения молекул биологических объектов. Знать виды люминисценции, механизмы их возникновения, а также различие флуоресценции и фосфоросценции.

План лекции:

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

2. Электронные переходы при поглощении света.

3. Спектры поглощения молекул некоторых биологически важных соединений.

4.Люминесценция. Различные виды люминесценции. Фотолюминесценция. Правило Стокса.

5. Квантовый выход флуоресценции. Характеристика триплетного состояния. Триплетный уровень и фосфоресценция.

6. Фотолюминесцентный качественный и количественный анализ биологических объектов. Люминесцентная микроскопия.

7. Хемилюминесценция, механизм генерации хемилюминесценции

Тезисы лекции:

Квантовая биофизика иззучает структуру электронных уровней молекул биологических систем; донорно-акцепторные свойства биомолекул; электронные переходы при поглощения света веществоми т.д. Способность молекул поглощать свет лежит в основе спектрофотометрии, широко используемый в биологии и медицине для качественного и количественного анализа и для выяснения химической структуры веществ. В биологии и медицине часто измеряют спектры поглощения не растворов, а мутных суспензий биологических частиц. Люминесценция – квантовый процесс. По внутриатомным процессам различают люминесценцию: резонансную, спонтанную, вынужденную рекомбинационную. Ряд биологически функциональных молекул, например, молекулы белков, обладают флуоресценцией, параметры которых чувствительны к структуре окружения. При люминесцентном микроанализе исследуются гистологические препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцирующими красками. В последние годы широко используют специальные флуоресцирующие молекулы, добавляемые к мембранным системам извне. Таких молекул называют зондами. Они позволяют обнаружить конфирмационные перестройки в белках и мембранах. Люминесцентный анализ позволяет обнаружить начальные стадии порчи продуктов, сортировки фармакологических препаратов и диагностики некоторых заболевании.

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 4)

Литература

Основная:

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

4.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.

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. www. Sciencedirect.com.

6. www.thecochranelibrary.com.

7. www.springerlink.com.

8. www.webofknowledge.com.

Контрольные вопросы (обратная связь):

· В чем отличие энергетических уровней молекул (электронная, колебательная и вращательная энергия молекул) от энергетических уровней атомов.

· Каков механизм электронных переходов при поглощении света.

· Каковы спектры поглощения молекул некоторых биологических объектов

§ Какова сущность люминесценцентного излучения.

§ Какие существуют виды люминесценции.

§ Какова сущность фотолюминесценции. Правило Стокса.

§ В чем сущность фотолюминесцентного качественного и количественного анализа биологических объектов.

§ В чем отличие люминесцентной микроскопии.

§ Каков механизм генерации хемилюминесценции

5. Тема: Ионизирующие излучения. Действие ионизирующего излучения на биологические объекты.

n Цель:Знатьмеханизмы возникновения ионизирующих излучений. Изучить схему ваимодействии излучения с веществом., Как происходит ионизация их атомов и молекул.

Тезисы лекции:

К ионизирующим излучениям относятся потоки частиц и электромагнитных квантов: рентгеновское (R); гамма излучение ; альфа, бета частицы и т.д. Ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом, приводят к ионизации ее атомов и молекул. Ионизирующее излучение действует не только на биологический объект, но и на последующее покаление через наследственный аппарат клеток т.е. характерен, так называемый, “латентный” период и т.д. Лазерная терапия относится к одной из наиболее быстро развивающихся отраслей медицины. Для терапевтических целей в основном используют низко интенсивное лазерное излучение (НИЛИ) с длиной волн 0,632 мкм и 0,830-0,888мкм.

Иллюстративный материал: презентация в “Power Point” (лекция 5)

Литература

Основная:

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

4.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.

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. www. Sciencedirect.com.

6. www.thecochranelibrary.com.

7. www.springerlink.com.