Пульсова хвиля.

Озн. Ударний об'єм крові – це об'єм, який виштовхується в уже заповнену аорту або легеневий стовбур при скороченні лівого та правого шлуночків:

V = 60 – 70 мл.

Озн. Фаза скорочення м’яза серця – систола, розслаблення – діастола. В систолу кров вштовхується в аорту, в діастолу – аорта, скорочуючись, проштовхує кров далі.

Озн. Систолічний тиск – це максимальний тиск в аорті після подання в неї ударного об’єму крові:

СТ = 120 мм рт. ст.

Діастолічний тиск – тиск в аорті, перед вштовхуванням ударного об’єму:

ДТ = 80 мм рт. ст.

120/80 – артеріальний тиск.

Під час систоли кров викидається із лівого шлуночка в аорту і артерії. При цьому частина кінетичної енергії крові витрачається на розтягування еластичних стінок судин і запасається у виді потенціальної енергії пружніх деформацій. Під час діастоли шлуночків аортальний клапан закривається і перехід крові від серця до судин припиняється. Розтягнуті стінки артерії при цьому скорочуються, забезпечуючи рух крові до капілярів.

Вперше ідея про такий засіб руху крові висунута сільським священником Хейлсом у 1733 році. В 1899р. Франк створив гідродинамічну модель кровотока. Розтягнені стінки судини стискаються і повертаються в стан рівноваги, проштовхуючи при цьому кров далі вздовж русла і викликаючи розтягнення слідуючої ділянки судини. Цей процес продовжується, поступово затухаючи, до кінцевих розгалуджень артерій і артеріол, де пульсуючий кровоток змінюється неперервним. Таким чином, по судинам розповсюджуються коливання тиску.

Озн. Пульсова хвиля – це розповсюдження вздовж артерій коливань тиску, які виникають в аорті після викидання в неї ударного об’єму крові.

Швидкість розповсюдження пульсової хвилі знаходиться за формулою:

υ = , h – товща стінок сосудів,

d – їх внутрішній діаметр,

ρ – густина крові,

Е – модуль пружності.

З віком Е зростає, тому швидкість зменшується, за швидкістю можна встановити Е.

Швидкість пульсової хвилі 6-12 м/с, в 20-40 разів більше швидкості кровоплину (0,3 - 0,5 м/с). Так, пульсова хвиля досягає стопи за 0,2 с., а частинки крові за цей час дойдуть до кінця аорти.

Вимірювання тиску за методом Короткова.

На плече надівають манжетку, нагнітають повітря до стискання аорти. Плин крові припиняється. Краном повільно випускають повітря з манжети. Коли тиск досягає систолічного – кров починає пробиватись через аорту і виникає складне явище – флаттер (сумісні автоколивання стінок і потоку крові), що викликає звук, який фіксується фонендоскопом. При досягненні діастолічного тиску автоколивання припиняються.

Сфігмотонометр – з мембранним манометром;

сфігмоманометр – з ртутним манометром.

Практичні завдання.

1.За допомогою тонометра виміряйте тиск один у одного. Запишіть отримані результати.

2.Розв’яжіть задачі:

1). Середня швидкість кровотока в аорті складає 0,45м/с, а в капілярах – 0,5мм/с. В скільки разів площа поперечного перерізу аорти менше суми поперечних перерізів капілярів?

2). Визначіть гідравлічний опір Х аорти, якщо її діаметр складає 2,4см, довжина 40см, в’язкість крові 5сПз.

3). Швидкість розповсюдження пульсової хвилі по артерії складає 10м/с. Визначіть модуль пружності артерії, якщо товща її стінки 0,7мм, внутрішній діаметр 8мм, густина крові 1050кг/м³.

4). Внаслідок розвитку атеросклерозу коефіцієнт пружності аорти зріс в 1,8 разів, при цьому, за рахунок відкладання холестерину в аорті пацієнта, товща її стінки збільшилась в 1,5 разів, а внутрішній діаметр зменшився на 25%. Яку зміну швидкості пульсової хвилі зафіксує сфігмометр?

Контрольні запитання.

1. Охарактеризуйте склад крові.

2. Якою є течія крові?

3. Охарактеризуйте в’язкість крові в різних ділянках судинної системи.

4. Охарактеризуйте гідравлічний опір різних ділянок судинної системи.

5. Поясніть фізичні основи вимірювання тиску за методом короткова.

6. Що таке пульсова хвиля?

7. Як зв’язана швидкість розповсюдження пульсової хвилі зі станом судинної системи?

Самостійна робота №4.

Тема: «Загальні поняття термодинаміки».

Марц. р.3 ст.142-150.

Питання.

1.Означення термодинаміки.

2.Означення термодинамічної системи, 3 види систем.

3.2 розділи термодинаміки.

4.Означення термодинамічної рівноваги.

5.Два закони класичної термодинаміки.

6.Поняття ентропії.

7.Означення стаціонарного стану системи, приклад.

8.Чи виконуються І і ІІ закони термодинаміки для живих організмів?

9.Означення спряження і спряжених процесів, приклади, теорема Пригожина.

10.Поняття сінергетики.

Теоретичний матеріал до роботи.

Основні положення рівноважної термодинаміки.

Озн. Термодинаміка - розділ фізики, в якому розглядаються процеси (теплові явища) з самих загальних позицій, тобто без врахування мікроскопічної будови тіл.

Озн. Тіло, або група тіл, які взаємодіють з середовищем шляхом обміну речовиною або енергією через роботу та теплоту, називається термодинамічною системою.

Середовище - це всі тіла, які оточують систему і не входять до її складу.

Термодинамічні системи діляться на три види:

Ізольовані - ті, що не обмінюються з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією.

Закриті – обмінюються з середовищем енергією, але не речовиною.

Відкриті - обмінюються і речовиною, і енергією.

Ізольованих систем не існує.

Термодинаміку ділять на 2 розділи:

класичну (рівноважну) і 2) термодинаміку необоротних процесів (нерівноважну). Остання застосовується для біологічних процесів.

Озн. Термодинамічна рівновага - це такий стан системи, при якому термодинамічні параметри не змінюються з часом. Якщо параметри змінюються, то це процес (параметри –це величини, які характеризують стан системи - P, T, V, …).

Класична термодинаміка.

I закон термодинаміки:

теплота, передана системі, витрачається на приріст внутрішньої енергії системи і на виконання системою роботи:

Q = ∆U + A^ﺍ

Озн. Процес називається оборотним, якщо він може бути проведений у зворотньому напрямку через ті ж стани, що і при прямому процесі, без витрат енергії зовні.

II закон: любий реальний процес є необоротним.

I закон виконується завжди, а II має ймовірнісний характер (ймовірність переходу тепла від холодного тіла до гарячого 1:10³⁰⁰).

Поняття ентропії.

Ентропія – це функція стану системи, яка вказує, як далеко перебуває система від свого стану рівноваги(від грецького „повертаюся всередину”).

Нехай при деякій температурі Т тіло отримало (або віддало) кількість теплоти Q, тоді називається зведеною теплотою.

Клаузіус показав, що зміна ентропії тіла дорівнює:

∆S = S₂ - S₁=

Якщо тіло отримує енергію, то Q>0 і ∆S>0 – ентропія зростає і навпаки.

Приклад:

Підрахувати зміну ентропії при плавленні 18 кг льоду (λ=3,35 · 10⁵Дж/кг):

∆S = S₂ - S₁= = = 2,2 · 10⁴Дж/К.

Якщо температура змінюється, то розіб’ємо процес на велику кількість елементарних процесів, щоб на кожній з них температура була приблизно сталою, тоді:

∆S= ∑ .

Доведено, що при оборотних процесах ентропія не змінюється (∆S = 0), а при необоротних - зростає (∆S>0). Таким чином в замкненій системі ентропія не може зменшуватись: ∆S≥0 - це також II закон термодинаміки.

І ще: ентропія – це міра безладдя в системі. Згідно II закону у замкненій системі безладдя може тільки зростати. Найбільшою буде ентропія у стані теплової рівноваги.

(Принцип Больцмана- ст.145-146).

В термодинаміці розглядається поняття теплового двигуна. Теплові двигуни грають велику роль в житті людини і забруднюють навколишнє середовище. Тому проблема полягає в відшуканні меньш «брудних» джерел енергії.

Положення нерівноважної термодинаміки.

Кожна клітина і організм вцілому є відкритими системами і тільки в окремих частинах клітини є умови для закритих і ізольованих систем. Процеси, що протікають в біосистемах, необоротні.

Якщо для класичної термодинаміки фундаментальним поняттям є поняття рівноважного стану, то для живого організму такий стан неприпустимий, так як тоді неможливі ніякі процеси. І основним поняттям є стаціонарний стан.

Озн. Стаціонарний стан – це такий стан системи, в якому параметри не змінюються з часом, але в різних частинах системи можуть відрізнятися, тобто в таких системах існують і постійно підтримуються градієнти параметрів. Це можливо тільки за рахунок потоку енергії або речовини з оточуючого середовища.

Приклад: стаціонарний стан різної концентрації іонів Na⁺ і К⁺ по обидві боки від клітинної мембрани у стані спокої, яка підтримується за рахунок Na – К насосів, що працюють на енергії молекул АТФ.

Звичайно, живі організми постійно розвиваються і тому вцілому не є стаціонарними системами, але протягом невеликого часу стан їх частин є стаціонарним.

I і II закони виконуються для цієї термодинаміки. Існування живих організмів в нерівноважному стані потребує притоку енергії. Тварини в якості джерела енергії застосовують їжу, точніше, хімічну енергію їжі. У 1780р. Антуан Лавуазьє и П’єр Лаплас довели справедливість I закону термодинаміки для біологічних об’єктів. Вони виміряли кількість теплоти і вуглекислого газу, що виділяються морською свинкою у процесі життєдіяльності, і порівняли ці величини з тепловим ефектом реакції спалення споживаних продуктів до СО₂. Отримані результати показали рівність внутрішньої енергії продуктів споживання і виділеної енергії.

Що стосується II закону, то можливі 3 ситуації:

рівень організації системи зменьшується;

не змінюється (стаціонарний стан);

зростає.

У 2 і 3 ситуації ентропія не змінюється, або зменшується, але насправді

загальний енергообмін живих організмів відбувається так: сонячне світло, поглинене рослинами, енергетично забезпечує синтез вуглеводів з Н₂О і СО₂ (фотосинтез). Окислення вуглеводів у процесі дихання супроводжується виділенням енергії, яку використовують для своєї життєдіяльності рослини і тварини. Поглинання світла викликає зниження ентропії в живому організмі, але одночасно іде підвищення ентропії на Сонці в процесі ядерних реакцій на більшу величину. Вцілому в системі Земля-Сонце ентропія зростає.

Таким чином розвиток живих організмів відбувається за рахунок зменшення упорядкованості оточуючого середовища.

Спряжені процеси.

В процесі функціонування біологічних систем відбуваються як процеси з виділенням енергії (Q<0), так і з поглинанням (Q>0).

Озн. Явище, при якому один процес енергетично забезпечує протікання другого, називається спряженням, а процеси – спряженими.

Приклад.

Найбільш розповсюдженою спрягаючою (енергія виділяється) реакцією в живих організмах є реакція гідролізу АТФ:

АТФ + Н₂О → АДФ + Ф + Q (30,5кДж/моль).

^фосфат

АТФ-аденозинтрифорфорна кислота.

Ця енергія іде, наприклад, на реакцію гліколізу:

глюкоза + Ф = глюкоза – 6 фосфат + Н₂О, для якої потрібно 13,4кДж/моль.

Явища спряження знижують витрати енергії у виді тепла.

Лінійна нерівноважна термодинаміка вивчає процеси, що протікають поблизу термодинамічної рівноваги. Можна показати, що в цих умовах між швидкістю процесу J (загальним потоком) та рухаючою силою Х (причиною процесу), що його викликає, існує лінійна залежність:

J = L · Х, L – коефіцієнт пропорційності.

Приклад: закон Ома: J = · U

Рухаюча сила – напруга U;

поток – електричний струм J;

коефіцієнт пропорційності – -провідність.

При спряжених процесах не вся енергія, що виділяється, передається спряженому процесу: частина переходить в тепло.

Вводиться поняття ефективності спряження: для біологічних процесів вона 80-90%.

Теорема Пригожина:

В стаціонарному стані швидкість зростання ентропії, обумовленого протіканням необоротних процесів, має позитивне і мінімальне з можливих значень.

У живих організмів є механізм аутостабілізації, наприклад, підвищення t^о тіла людини веде до збільшення тепловіддачі і зменшення теплопродукції.

Сінергетика.

Творець - німецький професор Герман Хакен. Термін переводиться, як «разом дія».

Озн. Момент якісної зміни системи називається біфуркацією.

Сінергетика пояснює процес еволюції: любий об’єкт є системою, тобто сукупністю елементів і зв’язків між ними.

Елементи системи завжди мають деяку самостійність поведінки, рух елементів на мікрорівні – це так звані флуктуації (тобто малі, незначні процеси). Між елементами системи є колективні взаємодії. Найчастіше ці колективні взаємодії подавляють мікрорухи елементів- тоді кажуть про негативні зворотні зв’язки. Таке об’єднання елементів буде стійке, стабільне.

Але при певних зовнішніх умовах характер колективної взаємодії може радикально змінитися: головну роль починають грати такі колективні взаємодії, які підсилюють індивідуальні рухи елементів. Флуктуації підсилюються і це може привести до нової організації в системі. Момент якісних змін називається біфуркацією. Біфуркації описуються відповідними розділами математики – теорією катастроф.

Тема №3.

«Електричні властивості клітин, тканин і органів та деякі методи реєстрації медичної і біологічної інформації».

Лекція №3.

Тема: «Електричні властивості клітин, тканин і органів та деякі методи реєстрації медичної і біологічної інформації».

Література: М. гл.4.3, 5.1 – 5.3.

Ш. розділ 10, 11, 17, 22.

Біопотенціали.

1.Утворення потенціалу спокою.

Мембрана напівпроникнена для різних іонів. Коефіцієнти проникненості відносяться, як:

Р_к: Р_Na: Р_Cℓ = 1: 0,04: 0,45

Іони калія в 20 разів краще проходять через мембрану, ніж іони натрія

К⁺ N^{+ (в 8-10 разів більше зовн.)}

К⁺ (в 20-50р. більше всередин1). N⁺

У стані спокою, коли закриті всі канали, за рахунок дифузії іонів калія і різної їх концентрації зовнішня поверхня мембрани зарядж. +, внутр. -, утворюється різниця потенціалів, яка називається потенціал спокою (всі рівняння: М., 4.2.1).

Виникне електричне поле, завдяки якому встановлюється динамічна рівновага руху К⁺.

Існує незначна дифузія іонів Na⁺ і Cℓ^-.

Таким чином, внаслідок дифузії іонів К⁺ зовнішня поверхня мембрани заряджена «+», а внутрішня «-», утворюється електричне поле і різниця потенціалів між поверхнями, яка називається потенціал спокою.

Приклад: ПСп (волокно міокарда) = -90 мВ.

ПСп (нерв.вол.) = -80 мВ

Навіщо потрібен ПСп? Для перенесення деяких речовин через мембрану за допомогою електричного транспорту.

Приклад: існують білки – переносники цукру: білок приєднує іон Na⁺ і цукор і втягується всередину клітини електричним полем.

білок – карета цукор

цукор – сідок

Na⁺ - кінь

Цукор

2.Утворення потенціалу дії.

Озн. ПД – це різниця потенціалів, яка утворюється на мембрані при збудженні клітини.

При утворенні ПД на зовнішній поверхні мембрани – «-» заряд, всередині – «+».

Приклади:

1) Нервове волокно:

- у спокої – всі канали закриті, П Сп = - 80 мВ;

- під дією факторів збудження потенціал знижується до – 50 мВ (потенціал деполяризації) при якому відкривається Na - канали;

- відкриваються Na – канали, починається деполяризація, Na⁺ проходить всередину. За 1 – 2 мс втан. ПД = + 40 мВ;

- при 40 мВ Na – канали закриваються, відкриваються К – канали, К ↑ назовні – реполяризація до – 100 мВ;

- після цього 5 – 10 мс ця ділянка знаходиться в рефракторному стані, тобто не може бути збуджена. В цей час К - Na – помпа відновлює ПСп;

г) м’язова тканина:

- ПС_n волокна міокарда (99%) - -90 мВ;

- при -60 мВ відкриваються Na – канали, 1-2 мс Na⁺ входить у клітину, до +30 мВ, Na⁺ канали закриваються;

- при +30 мВ відкривається Са²⁺ і К⁺ канали, К⁺ виходить, а Са²⁺ входить в клітину ~ 200 мс, потенціал повільно спадає ~ 0 мВ, після чого Са²⁺ канали закриваються;

- К⁺ продовжують входити 50 мс до -90 мВ, потім закриваються К⁺ канали;

- працюють Са²⁺ - АТФаза, Са²⁺ - Na⁺ - обмінник, Na⁺, К⁺ обмінник, Са²⁺ закачуються на 80% у саркоплазматичн1 ретикулуми, що являють собою складки мембрани, спрямован1 всередину, а 20%-в м1жкл1тинне середовище.

Дата добавления: 2015-09-03