Активный транспорт. Понятие натрий-калиевого насоса.

Наряду с пассивным транспортом в мембранах клетки происходит перенос молекул и ионов в сторону большего электрохимического потенциала (молекулы переносятся в область большей их концентрации, ионы – против силы, действующей на них со стороны электрического поля).

Этот перенос осуществляется за счет энергии и не является диффузией. Он вызван механизмом (комплексом химических реакций), именуемым натрий-калиевым насосом. Действие насоса состоит во впрыскивании ионов К⁺ в клетку и выведении ионов Na⁺ из неё. Для функционирования насоса необходимо подведение энергии. Эту энергию дают метаболические процессы внутри клетки. Детали механизма действия насоса неизвестны.

37. Потенциал покоя.Мембрана клетки обладает различной проницаемостью для разных ионов. Кроме того, концентрация каких-либо определенных ионов различна по разные стороны мембраны, внутри клетки поддерживается наиболее благоприятный состав ионов. Эти факторы приводят к появлению в клетке разности потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой. Это и есть потенциал покоя.

38. Потенциал действия.Нервную клетку можно привести в возбужденное состояние электрическим, химическим или механическим способом. При приложении некоторого раздражителя происходит внезапное увеличение проницаемости мембраны для ионов натрия (в 5000 раз или около того).

Поток ионов натрия из межклеточного пространства перекрывает отрицательный потенциал клетки. Положительный потенциал, который возникает при этом за доли секунды и вырастает до +40 мВ, называется потенциалом действия.

39. Диффузия. Уравнение Фика.Диффузиейназывается явление взаимного проникновения частиц контактирующих веществ при наличии градиента концентрации. Диффузия описывается уравнением Фика:

где J– плотность потока частиц, –градиент концентрации,D– коэффициент диффузии. Знак минус показывает, что суммарная плотность потока вещества при диффузии направлена в сторону уменьшения концентрации.

40. Аппарат “Искусственная почка”.Наиболее известным устройством, временно замещающим функции почек по поддержанию гомеостаза, является аппарат “Искусственная почка”, известный ещё под названием установки для экстракорпорального гемодиализа.

Физика метода основана на явлении диализа - отделении низкомолекулярных веществ от высокомолекулярных растворов. Это отделение осуществляется благодаря свойству некоторых мембран пропускать низкомолекулярные вещества и ионы и задерживать коллоиды и форменные элементы крови. Так как остаточные азотистые шлаки и другие токсические вещества являются низкомолекулярными, то они могут выделяться из крови с помощью этого аппарата.

При гемодиализе речь идет о своего рода “машинном промывании крови”. Кровь пациента направляется вне организма через аппаратный фильтр (диализатор), при этом выводятся токсины и избыточная вода. По замкнутому кругу очищенная кровь возвращается в организм.

Очищающая жидкость, которая называется диализатом, по своему составу подбирается с учетом потребностей пациента. Она омывает капилляры диализатора и выводит проникшие через их поры токсины.

Метод удаления токсинов основывается на принципе диффузии: обмене веществ между двумя растворами различной концентрации, находящимися в различных пространствах, через полупроницаемую мембрану.

Важной составной частью диализата является глюкоза. Глюкоза имеет свойство притягивать воду, поэтому с ее помощью можно освободить кровь от избыточной воды, которая растворяется в диализате. Этот принцип удаления воды основывается на физическом принципе осмоса (переход воды из пространства с низкой концентрацией в пространство с высокой концентрацией).

41. Электрическое поле–это особый вид материи, в котором проявляется действие электрических сил.

42. Напряженность поля – его силовая характеристика. Она равна отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду:

или .

Напряженность поля измеряется в Н/Кл или В/м. Напряженность поля – вектор, направление которого совпадает с направлением силы, действующей в данной точке поля на положительный точечный заряд.

43. Потенциал поля– его энергетическая характеристика. Он равен

отношению работы по перемещению заряда из бесконечности в данную точку поля к этому заряду.

или .

Потенциал поля измеряется в Дж/Кл или В. Потенциал – скалярная величина.

44. Разность потенциалов– величина, равная отношению работы по

перемещению заряда из одной точки поля в другую, к заряду:

.

45. Связь между напряженностью поля и потенциалом выражается

соотношением:

,

т.е. напряженность поля численно равна разности потенциалов,

приходящейся на единицу длины, взятой вдоль силовой линии поля.

46. Силовые линии– это линии, касательные к которым совпадают с

направлением вектора напряженности в соответствующих точках

поля.

47. Электрический диполь– это система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

48. Дипольный момент– вектор, равный произведению заряда на плечо диполя; он направлен от отрицательного заряда к положительному.

49. Электрография– регистрация биопотенциалов тканей и органов с

диагностической целью (живые ткани являются источником электрических потенциалов – биопотенциалов).

50. Электроэнцефалография (ЭЭГ)– метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга.

51. Электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении.

52. Токовый диполь.Подобно электрическому моменту диполя вводится дипольный момент токового диполя: P= I^.l, где l- расстояние между электродами, I- сила тока.

53. Теория отведений Эйнтховена.В электрическом отношении сердце можно рассматривать как токовый диполь. За время сердечного цикла изменяется положение диполя в пространстве и дипольный момент. В соответствии с теорией Эйнтховена, лежащей в основе электрокардиографии, сердце-диполь - расположено в центре равностороннего треугольника (треугольник Эйнтховена), вершины которого условно можно считать находящимися в правой руке, левой руке и левой ноге.

В соответствии с теорией Эйнтховена разность биопотенциалов сердца регистрируется между вершинами указанного треугольника. Разность потенциалов, регистрируемая между двумя точками тела, в кардиографии называется отведением. Различают I отведение: правая рука - левая рука; II отведение: правая рука - левая нога и III отведение: левая рука - левая нога.

За время сердечного цикла дипольный момент сердца поворачивается, изменяет своё положение и точку приложения (последним часто пренебрегают).

Измерение разности потенциалов между вершинами этого треугольника позволяет определить соотношение между проекциями дипольного момента сердца на стороны треугольника следующим образом: U_AB:U_BC:U_AC= Р_AB:Р_BC:Р_AC. Зная напряжения U_AB ,U_BC , U_AC можно определить, как ориентирован диполь относительно сторон треугольника.

54. Электрокардиограмма– временные зависимости разностей потенциалов в отведениях.

Тело человека можно рассматривать в качестве гигантского проводника, по которому распространяется потенциал действия, генерируемый в СА-узле. Чтобы его зарегистрировать, достаточно соединить две любые точки тела, между которыми имеется разность потенциалов, через специальный прибор. Он зарегистрирует изменение во времени этой разности потенциалов, которое и называется электрокардиограммой.

Известно, что существуют определенные виды кардиограмм с их интервалами, сегментами и т.д., определяющие пределы нормального кардиологического цикла. Когда электрокардиограмма лежит в этих пределах, считается, что сердце имеет нормальный синусоидальный ритм.

55. Электрокардиограф.Как было отмечено ранее, потенциал действия, проходящий через сердце, распространяется также через всё тело, включая кожу. В кардиографии снимают полученную на поверхности кожи разность потенциалов с помощью специальных устройств, называемых электродами. Электроды соединяются с электрокардиографом кабелем пациента.

Разность потенциалов, снимаемая электродами, очень мала и поэтому она должна быть усилена электрокардиографом. Усиленная разность потенциалов подается на устройство, которое преобразует электрические колебания в механические. В результате перо самописца движется вверх и вниз по ленте, вычерчивая ЭКГ.

Отведением называется разность биопотенциалов, регистрируемая между точками тела.

56. Вектор-кардиограмма– это геометрическое место точек, соответствующих концу вектора, положение которого меняется за время сердечного цикла.

57. Электромиография –этоопределение биоэлектрической активности мышц.

58. Контактная разность потенциалов.При тесном соприкосновении двух разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов, зависящая только от их химического состава и температуры. Её величина определяется выражением:

,

где A₁ и А₂– работы выхода электрона из первого и второго металлов соответственно, n₁ и n₂– концентрации свободных электронов в первом и втором металлах,Т– их абсолютная температура, k – постоянная Больцмана, е–заряд электрона.

59. Термоэлектрический эффект– зависимость контактной разности

потенциалов от температуры.

Величина термоэлектродвижущей силы определяется выражением:

,

где Т_а и Т_b– температуры горячего и холодного спаев соответственно, a=const.

DU_a T_aT_b DU_b

60. Термопара и ее использование в медицине.Термопара - это замкнутая цепь проводников, создающая ток за счет различия температур контактов между проводниками. Используется в медицине для локального определения температуры, имеет преимущества перед обычным термометром – безинерционна, точна, позволяет измерять температуру малых объектов.

61. Электрический ток - это направленное движение электрических зарядов.

Сила тока – - производная во времени от заряда, проходящего через некоторое сечение или поверхность.

Плотность тока – - отношение силы тока через малый элемент

поверхности к площади этого элемента.

62. Действие электрического тока на тело человека. Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах.

Под влиянием электрического поля ионы движутся с различной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным.

Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с

движением ионов, их разделением и изменением их концентра- ции в разных элементах ткани.

Ток, который протекает по телу и подводится от внешнего источника, определяется законом Ома, т.е. зависит от приложенного напряжения и от сопротивления тела. Для постоянного тока и низкочастотного (бытового) напряжения сопротивление кожи при точечном контакте является определяющим фактором, который ограничивает ток. (При высоких частотах более существенным фактором является внутреннее сопротивление тела). Следовательно, в большинстве ситуаций ток, протекающий через тело, в основном зависит от состояния тела в точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а сырая или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением, так как ионы, находящиеся во влаге, обеспечат беспрепятственное прохождение тока в тело.

63. Поражение электрическим током. Наиболее чувствительными к

электрическому току частями организма являются мозг, грудные мышцы, нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце.

Если ток от внешнего источника пропускать через сердце, то

сердечные волокна можно привести в состояние возбуждения случайным образом, и потенциал действия начнет распространяться по сердцу во всех направлениях. В результате возникнут нескоординированные сокращения желудочков и нарушится их перекачивающая функция. Этот эффект называется желудочковыми фибрилляциями. Однажды возникнув, они уже не прекращаются, даже если прекратилось действие вызвавшего их тока. Если в течение 1 – 2 мин не принять экстренные меры, наступит смерть.

Меры обычно заключаются в дефибрилляции, при которой через специальные электроды, расположенные над и под сердцем, пропускается ток около 10 А в течение нескольких миллисекунд.

Иногда электрический ток приводит к остановке дыхания, парализуя действие нервных центров, контролирующих легкие.

64. Закон Ома для участка цепи:

,

где U – напряжение, R – сопротивление участка цепи, I–сила тока.

65. Закон Ома для замкнутой цепи:

,

где r– внутреннее сопротивление источника тока, R– внешнее

сопротивление цепи, E – ЭДС.

ЭДС источника тока численно равна работе перемещения единичного

заряда по замкнутой цепи.

Внутреннее сопротивление –это сопротивление участка цепи между полюсами источника тока.

66. Диэлектрики – это тела, не проводящие электрического тока.

Поляризация диэлектриков.Помещенный в электрическое поле

диэлектрик приобретает полярность: часть его поверхности, в которую входят силовые линии, заряжается отрицательно, а противоположная – положительно.

67. Проводники – это материалы, обладающие высокой проводимостью за счет высокой концентрации свободных электронов. С повышением температуры их сопротивление возрастает.

68. Полупроводники–это вещества, проводимость которых находится в пределах между проводимостью проводников и диэлектриков.

Особенности полупроводников:

- сопротивление полупроводников уменьшается с повышением

температуры;

- электрический ток в полупроводниках осуществляется не только перемещением свободных электронов, но и перемещением связанных с атомами электронов;

- небольшое количество примеси может очень сильно изменить

сопротивление полупроводника.

69. Электролиты–это жидкости, обладающие высокой электропроводностью за счет высокой концентрации ионов. Биологические жидкости являются электролитами.

70. Аэроионы.Ионы и электроны могут, присоединяясь к нейтральным молекулам и взвешенным частицам, образовывать более сложные ионы – аэроионы.

Тяжелые ионы (пылинки, частицы дыма и влаги) вредно действуют на организм. Легкие и в основном отрицательные аэроионы оказывают благоприятное влияние, их используют для лечения в аэроионотерапии.

71. Франклинизация(электростатический душ) – это применение

постоянного электрического поля (до 50 кВ) для получения аэроионов и небольшого количества озона с лечебной целью.

72. Электрофорез– это введение лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки с помощью постоянного тока. Лекарства вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает: анионы вводят с катода, а катионы – с анода.

73. Гальванизация– это лечебный метод физиотерапии, основанный на воздействии на организм постоянного тока 60-80 В. Гальванизацию и электрофорез можно осуществить с помощью жидкостных электродов в виде ванн, в которые погружены конечности пациента.

74. Переменный ток.Если в однородном магнитном поле равномерно вращается проводящий контур, то в нем возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по синусоидальному закону. Зависимость ЭДС от времени выражается формулой:

E=E_max·sin wt,

где Е_max– максимальное значение ЭДС, w - круговая частота, t – время.

75. Ёмкостное сопротивление. В цепи постоянного тока конденсатор

представляет собой бесконечно большое сопротивление: постоянный ток не проходит через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора. Цепи переменного тока конденсатор не разрывает: попеременно заряжаясь и разряжаясь, он обеспечивает движение электрических зарядов, т.е. поддерживает переменный ток во внешней цепи. Таким образом, для переменного тока конденсатор представляет собой конечное сопротивление, называемое ёмкостным сопротивлением. Его величина определяется выражением:

,

где w – круговая частота переменного тока, С – ёмкость конденсатора.

76. Индуктивное сопротивление.Из опыта известно, что сила переменного тока в проводнике, свернутом в виде катушки, значительно меньше, чем в прямом проводнике той же длины. Это означает, что помимо омического сопротивления проводник имеет еще дополнительное сопротивление, зависящее от индуктивности проводника и потому называемое индуктивным сопротивлением. Физический смысл его состоит в возникновении в катушке ЭДС самоиндукции, препятствующей изменениям тока в проводнике, а, следовательно, уменьшающей эффективный ток. Это равносильно появлению дополнительного (индуктивного) сопротивления. Его величина определяется выражением:

,

где L–индуктивность катушки.Ёмкостное и индуктивное сопротивления носят название реактивного сопротивления.

На реактивном сопротивлении электроэнергия не расходуется, этим оно существенно отличается от активного сопротивления. Организм человека обладает только ёмкостными свойствами. Полное сопротивление цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления равно:

77. Воздействие переменного тока на организм человека.Действие

переменного тока зависит от его частоты. При низких, звуковых и УЗ частотах переменный ток, как и постоянный, оказывает раздражающее действие на биологические ткани. Так как специфическое физиологическое действие электрического тока зависит от формы импульсов, то в медицине для стимуляции центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и т.д. используют токи с различной временной зависимостью.

78. Диатермия. Местная дарсонвализация.Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах. При диатермии применяют ток частотой 1 МГц. Напряжение – (100 - 150) Вольт, сила тока - несколько Ампер. Так как наибольшим удельным сопротивлением обладают кожа, жир, то они и нагреваются сильнее.

Меньше нагреваются органы, богатые кровью и лимфой – легкие, печень, лимфатические узлы.

79. Электрохирургия–это использование токов высокой частоты для хирургических целей.

80. Диатермокоагуляция– это прижигание, сваривание тканей высокочастотными токами; при этом применяют плотность тока 6 -10 мА/мм², в результате чего температура ткани повышается и ткань коагулирует.

81. Диатермотомия– это рассечение тканей электроножом с использованием высокочастотных токов плотностью до 40 мА/ мм².

82. Индуктотермия.В массивных проводящих телах, находящихся в

переменном магнитном поле, возникают вихревые токи. Эти токи могут использоваться для прогревания биологических тканей и органов. Такой лечебный метод называется индуктотермией. Индуктотермия имеет ряд преимуществ перед диатермией. При индуктотермии сильнее будут нагреваться ткани богатые сосудами (например, мышцы), чем такие ткани, как жир.

83. Микроволновая терапия– это физиотерапевтический метод, основанный на применении электромагнитных волн СВЧ диапазона. В результате такого воздействия возникают токи смещения и токи проводимости, вызывающие тепловой эффект. Максимальное поглощение энергии микроволн происходит в таких тканях, как мышцы и кровь; в костной и жировой ткани поглощение меньше, и они меньше нагреваются. Глубина проникновения электромагнитных волн – (3 - 5) см.

84. Электростимуляторы–это медицинские аппараты – генераторы

гармонических импульсных низкочастотных электромагнитных колебаний, предназначенные для стимулирования какого-либо эффекта раздражением токами.

85. Дефибрилляторы–это аппараты, представляющие собой генераторы мощных высоковольтных электрических импульсов, предназначенные для лечения тяжелых нарушений ритма сердца.

86. Магнитные свойства вещества.Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства вещества определяются молекулярными токами.

87. Магнетиками называются вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т.е. создавать собственное (внутреннее) магнитное поле самого вещества.

88. Диамагнетикаминазываются вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов.

89. Ферромагнетики– вещества в твердом кристаллическом состоянии, обладающие ярко выраженными магнитными свойствами.

90. Парамагнетики – вещества, атомы или молекулы которых обладают некоторым магнитным моментом.

91. Воздействие на организм переменного электрического поля. (УВЧ терапия).При воздействии на организм переменного электрического поля УВЧ частоты в нем возникают токи смещения и токи проводимости, вызывающие тепловой эффект, что приводит к активации биологических и физиологических процессов. УВЧ- терапия применяется при лечении воспалительных процессов в костях и суставах, невралгии, бронхиальной астмы и других заболеваний.