Лекционный комплекс

1. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС:

1. Тема: «Структура, свойства и функции биологических мембран. Биофизические механизмы транспорта вещества через биологические мембраны»

2. Цель: Изучить строение и функции биологических мембран, понять значение переноса вещества через мембрану для диагностики и лечения болезней в практической медицине.

3. Тезисы лекции:

План лекции:

1. Биофизика клеточных мембран.

- Виды биологических мембран, их функции и состав.

- Виды мембранных липидов и их свойства.

- Бислойные липидные структуры.

- Мембранные белки, их виды и функции.

2. Транспорт веществ через биологические мембраны.

- Способы проникновения веществ в клетку.

- Виды транспорта.

- Виды диффузии.

- Активный транспорт через биологические мембраны.

Все клетки состоят из цитоплазмы, окруженной плазматической (клеточной) мембранной.

Мембраны окружают всю цитоплазму и отграничивают ее от окружающей среды. Проникновение веществ в клетку и из клетки в большой степени зависит от свойств мембраны.

Структурную основу любой биологической мембраны как целого составляет фосфолипидный биомолекулярный слой, выполняющий функцию барьера для ионов, водорастворимых молекул и функцию основы, а также матрицы для мембранных ферментов, рецепторов и других встроенных в мембраны белков, гликолипидов и гликопротеидов.

Мембраны обладают растяжимостью, эластичностью, способностью к сокращению, низким поверхностным натяжением, хорошей проницаемостью. Мембраны создают границы раздела между различными участками, фазами, в которых протекают биохимические превращения, биофизические процессы. Мембраны координируют и регулируют эти процессы.

Пассивный транспорт всегда осуществляется за счет энергии, сконцентрированной в каком-либо градиенте, и энергия метаболических процессов клеток (энергия гидролиза АТФ) непосредственно на этот перенос не расходуется.

Диффузия – основной механизм пассивного транспорта. Диффузия – это самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей в область меньшей его концентрации в результате теплового хаотического движения молекул.

Электрохимическим градиентом называется совокупность концентрационного и электрического градиентов.

Осмос – это движение молекул воды через полупроницаемую мембрану из области меньшей в область большей концентрации растворенного вещества.

Фильтрация - движение жидкости через поры какой-либо перегородки под действием гидростатического давления.

Онкотическое давление – это та часть общего осмотического давления, которая обусловлена высокомолекулярными веществами-белками. Под действием разности онкотического давления крови человека и тканевой жидкости, лимфы вода поступает из лимфы в кровь.

Аномальный осмос-это процесс переноса воды при одновременном наличии осмотического и электрического градиентов.

Отрицательный аномальный осмос - происходит при переносе воды против осмотического, гидростатического и электрического градиентов одновременно.

При положительном аномальном осмосе результирующий перенос жидкости происходит по осмотическому градиенту либо с дополнительным ускорением, либо с замедлением за счет электрического градиента..

Активным транспортом вещества называется перенос молекул и ионов против электрохимического градиента, осуществляемый клеткой за счет энергии метаболических процессов. При этом клетка совершает работу, которая называется концентрационной или осмотической.

4. Литература.

Под. Ред. Антонова и биофизика, ГЭОТАР-Медиа, 2009

, «Медицинская биофизика», СПБ.: СпецЛит, 2007, стр. 19-85.

5. Контрольные вопросы (обратная связь) :

- Структура биологических мембран.

- Функции биологических мембран.

- Модели биологических мембран.

- Транспорт веществ через биологические мембраны.

- Активный транспорт вещества.

6. Иллюстративный и раздаточный материал:

Лекция проводится в виде презентации в Power Point.

2. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС:

1. Тема: «Электровозбудимость. Мембранные потенциалы. Потенциал покоя и действия. Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна»

2. Цель: Изучить физические основы электровозбудимости клеток, происхождение биопотенциалов, потенциал покоя и действия. Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна.

3. Тезисы лекции:

План лекции:

- Понятие электровозбудимости.

- Потенциалы покоя и действия, их молекулярные механизмы.

- Генерация потенциала действия.

- Распространения нервного импульса вдоль возбудимого волокна

Благодаря непосредственной связи биопотенциалов с метаболическими процессами и физиологическим состоянием клеток они являются чувствительным и точно измеримым показателем различных изменений в клетках в норме и при патологии. Для более эффективного и плодотворного использования электрофизиологических методов в медицине необходимо выяснение механизмов возникновения биоэлектрических потенциалов.

Для возникновения биопотенциалов решающее значение имеют потенциалы обусловленные несимметричным неравномерным распределением ионов. К таким потенциалам могут быть отнесены диффузные, мембранные и фазовые.

Под активностью ионов понимают их активную концентрацию.

В соответствии с современными представлениями, потенциалы покоя, повреждения и действия являются по своей природе мембранными потенциалами.

Фазовые потенциалы возникают на границе раздела двух несмешивающихся фаз в результате различной растворимости катионов и анионов в неводной фазе.

Ионы в цитоплазме находятся на 80-90% в связанном состоянии (в основном с белками), поэтому в невозбужденных и неповрежденных клетках разность электрических потенциалов отсутствует.

Потенциал покоя. Между внутренней и наружной поверхностями клеточной мембраны всегда существует разность электрических потенциалов. Эта разность потенциалов, измеренная в состоянии физиологического покоя клетки, называется потенциалом покоя.

Потенциал покоя у разных клеток имеет величину от50 до 100 мВ. Как было установлено, возникновение потенциала покоя обусловлено в основном наличием концентрационного градиента ионов калия.

Потенциал действия. Все клетки возбудимых тканей при действии различных раздражителей достаточной силы способны переходить в состояние возбуждения. Возбужденный участок клетки становится электроотрицательным по отношению к невозбужденному, что указывает на перераспределение ионов в возбужденном участке. При возбуждении оно имеет временный характер, и после окончания возбуждения вновь восстанавливается исходный потенциал покоя.

4. Литература.

, «Медицинская биофизика», СПБ.: СпецЛит, 2007

, . Физика и биофизика Курс лекций для студентов медицинских ВУЗов, М., ГЭОТАР-Мед, 2004 г.,

Под. Ред. Антонова и биофизика, ГЭОТАР-Медиа, 2009

5. Контрольные вопросы(обратная связь) :

- Механизмы электрогенеза.

- Уравнение Гольдмана-Ходжикина-Катца.

- Потенциал покоя.

- Потенциал действия.

6. Иллюстративный и раздаточный материал: Лекция проводится в виде презентации в Power Point.

3. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС:

1. Тема: Классификация медицинских приборов и аппаратов. Конструкции датчиков и их основные характеристики.

2. Цель: Ознакомится с медицинским оборудованием и аппаратами, изучить конструкции датчиков и их основные характеристики.

3. Тезисы лекции:

План лекции:

- Классификация медицинских приборов и аппаратов.

- Воздействующие и воспринимающие аппараты.

- Диагностическое и терапевтическое оборудование.

- Медицинская электроника.

- Формы энергии, которые преобразуются в измерительном преобразователе.

- Конструкции датчиков и их основные характеристики (генераторные, параметрические)

Всю медицинскую технику можно разбить с точки зрения задачи, решаемой медицинским технологическим процессом, на три большие группы: аппаратура, инструменты и оборудование

В зависимости от направления потока энергии всю медицинскую аппаратуру можно разделить на две части – аппаратуру воздействующую, если энергия направлена от аппаратуры к пациенту, и аппаратуру воспринимающую, если энергия направлена от пациента к аппаратуре.

В то же время медицинская аппаратура по функциональному признаку, т. е в зависимости от целей, для которых она используется, может быть разделена на терапевтическую и диагностическую.

Совокупность методов и аппаратов, относящихся к медицинской электронике, можно подразделить по области, весьма сходны по устройству.

Условно мы выделяем следующие четыре области: функциональная диагностика, электростимуляция, электротерапия и электронные вычислительные устройства. Электроника в функциональной диагностике, в свою очередь, охватывают три группы методов:

1. методы, основанные на регистрации биопотенциалов различных органов

(электрография);

2. методы, основанные на электрической регистрации неэлектрических величин

(фонокардиография баллистокардиография, сфимография, реография и др);

3. методы эндометрии и радиотелеметрии.

Устройства объема информации непременно контактируют или взаимодействует с самой системой остальные элементы совокупности обычно находятся обособленно от медико-биологической системы.

Сигнал, выдаваемый устройством съема, усиливается усилителем и может быть измерен или зарегистрирован специальным устройством

Для получения информации с биологической системы используется устройства съема в виде электродов или датчика.

Датчики разделяются на генераторные и параметрические.

Генераторные–это датчики которые под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерирует напряжение или ток. К таким датчикам относятся :

·  пьезоэлектрические, основанные на пьезоэлектрическом

·  термоэлектрические, основанные на термоэлектричестве;

·  индукционные, основанные на действии электромагнитной индукции;

Фотоэлектрические, основанные на фотоэлектрическом эффекте.

Параметрические–это датчики, в которых под воздействием измеряемого сигнала изменяется какой–либо электрический параметр. К таким датчикам относятся:

● емкостные, в которых изменяется электрическая емкость;

● индуктивные, в которых изменяется индуктивность;

● реостатные, в которых изменяется омические сопротивление

В зависимости от энергии, являющейся носителем информации, различают механические, акустические ( звуковые),температурные, электрические, оптические и другие датчики. В некоторых случаях датчики называют по измеряемой величине: так, например датчик давления.

4. Литература.

., , Медицинская и биологическая физика.

Дрофа, Москва, 2005

5. Контрольные вопросы (обратная связь):

Медицинская аппаратура

Медицинские приборы

Медицинские инструменты

Воздействующие и воспринимающие аппараты.

Датчики генераторные и параметрические.

6. Иллюстративный и раздаточный материал:

Лекция проводится в виде презентации в Power Point.

4. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС:

1. Тема: Безопасность и надежность медицинской аппаратуры.

2. Цель: Понять важность соблюдения правил электробезопасности при работе с медицинским оборудованием.

3. Тезисы лекции:

План:

Безопасность и надежность медицинской аппаратуры

Одним из важных вопросов, связанных с использованием элек­тронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопас­ность как для пациентов, так и для медицинского персонала.

Больной вследствие различных причин (ослабленность орга­низма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электро­дов на теле, т. е. прямое включение пациента в электрическую цепь, и др.) оказывается в особо электроопасных условиях по сравнению со здоровым человеком. Медицинский персонал, рабо­тающий с медицинской электронной аппаратурой, также нахо­дится в условиях риска поражения электрическим током.

В электрической сети и в технических устройствах обычно за­дают электрическое напряжение, однако действие на организм или органы оказывает электрический ток, т. е. заряд, протекаю­щий через биологический объект в единицу времени.

Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электро­дами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи.

при работе с электрон­ной медицинской аппаратурой должны быть предусмотрены все возможные меры по обеспечению безопасности.

Основное и главное требование — сделать недоступным ка­сание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.

Для этого изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппа­ратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основ­ной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возмож­ность случайного проникновения и касания внутренних частей ап­паратуры пальцами, металлическими цепочками украшений

при на­рушенных условиях работы изделий следует предусмотреть возмож­ные способы защиты от поражения электрическим током. К таким основным защитным мерам относятся заземление и зануление. Для понимания физической стороны этих мер нужно знать, как электро­медицинская аппаратура подключается к трехфазной системе.

Основные условия электробезо­пасности

при работе с электромедицинской аппаратурой:

- не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными
руками, частями тела;

- не работайте на влажном, сыром полу, на земле;

- не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических
конструкций при работе с электроаппаратурой;

- не касайтесь одновременно металлических частей двух ап­паратов (приборов).

Медицинская аппаратура должна нормально функциониро­вать. Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т. е. о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышения или понижения допустимых параметров. Устройство, не отвечающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонти­ровав, его можно сделать вновь работоспособным. Медицинский персонал должен иметь представление о ремонтопри­годности аппаратуры и долговечности ее частей.

Способность изделия не отказывать в работе в заданных усло­виях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим тер­мином надежность.

Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно ак­туальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может при­вести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов.

Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от мно­гих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятност­ный характер.

4. Литература.

., , Медицинская и биологическая физика.

Дрофа, Москва, 2005

5. Контрольные вопросы (обратная связь):

Заземление и зануление.

Изоляция основ­ная и рабочая.

Ве­роятность безотказной работы аппарата.

6. Иллюстративный и раздаточный материал:

Лекция проводится в виде презентации в Power Point.

5. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС:

1. Тема: Медицинские приборы терапевтического назначения.

2. Цель: изучить основные приборы терапевтического назначения и особенности работы с ними.

3. Тезисы лекции:

План:

Использование высокочастотных колебаний с лечебной целью;

Аппараты для УВЧ-терапии;

Микроволновая терапия

В течение многих лет диатермия была основным методом высокочастотной терапии, обеспечивающим непосредственное прогревание органов, находящихся в глубине тела. Однако контактное наложение электродов имело ряд неудобств и в настоящее время диатермия заменяется более совершенным и не требующим контактного наложения электродов методом индуктотермии. Сохранила свое значение лишь так называемая хирургическая диатермия, при которой теплота, выделяющаяся при прохождении по тканям организма высокочастотного тока, используется для разру­шения тканей, подлежащих удалению из организма.

При индуктотермии ткани организма подвергаются действию высокочастотного магнитного поля, которое образуется током, протекающим по спирали из гибкого кабеля, охватывающей соответст­вующую область тела.

Метод высокочастотной терапии с использованием электрического поля УВЧ имеет наибольшее распространение. При этом методе, называемом терапия электрическим полем УВЧ (или просто УВЧ-терапия), соответствующая область тела помещается между двумя плоскими изолированными электродами, образующими конденсатор и подключенными к выводам терапевтического контура аппарата. При этом ткани организма подвергаются действию высокочастотного (с частотой колебаний порядка 40—50 МГц) электрического поля, образующегося между электродами

Основу устройства аппаратов для высокочастотной терапии (индуктотермии и УВЧ-терапии) составляет генератор гармонических колебаний соответствующей частоты и мощности.

Особенностью, общей для всех этих аппаратов, является наличие отдельного колебательного контура, к которому подключаются электроды, накладываемые на тело больного. Этот контур называют те­рапевтическим. Наличие его обязательно по условиям безопасности больного, которому проводится процедура, так как в самом генераторе кроме высокочастотных колебаний действует также относительно высокое напряже­ние.

Воздействие на ткани организма с лечебной целью электромагнит­ными волнами в сантиметровом диапазоне называется микроволновой терапией.

Лечебным действием амплипульс-терапии является влияние её на чувствительную сферу нервной системы. Возбуждающее действие колебаний тока, частота которых близка к частоте потенциалов действия нервов и мышц, создаёт ритмически упорядоченный поток импульсации с рецепторов в ЦНС, что ощущается больным как вибрация. Этот поток, перекрывая болевую импульсацию, прекращает или уменьшает болевой синдром, ведёт к значительному улучшению крово - и лимфообращения в поражённой области, способствует уменьшению венозного застоя, ишемии, отёчности тканей, активации обменных процессов.

Магнитно-резонансная терапия (индуктотермия) – это использование в лечебных целях высокочастотных магнитных полей. Они индуцируют вихревые токи в тканях, за счёт чего создаётся тепло, которое, в свою очередь, снижает эффективность терморегуляционных механизмов.

Лазерная терапия - это метод лечения основанный на медицинском применении света низкой частоты, не вызывающего прогревания тканей более чем на 1 градус Цельсия, от лазерных источников оптического излучения. Лазер – источник когерентного оптического излучения высокой плотности и направленности.

4. Литература.

., , Медицинская и биологическая физика.

Дрофа, Москва, 2005

5. Контрольные вопросы (обратная связь):

Диатермия

Индуктотермия

УВЧ-терапии

Лазерная терапия

6. Иллюстративный и раздаточный материал:

Лекция проводится в виде презентации в Power Point.