- •1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их значения для биологии и медицины.
- •2. Первое, второе, третье начала термодинамики. Определение понятия «температура».
- •3. Термодинамика биологических систем. "Жизнь с точки зрения физики" (э. Шредингер). Теорема Пригожина. Функция диссипации.
- •4. Энтропия. Энтропия и вероятность, скорость продукции энтропии. Соотношение Онзагера между потоком и движущей силой есть взаимосвязь.
- •5. Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Кровь как неньютоновская жидкость.
- •6. Течение вязкой жидкости по трубам. Уравнение Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.
- •7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости, число Рейнольдса.
- •8. Использование законов гидродинамики для описания движения крови по кровеносным сосудам с учетом ограничений. Уравнение Бернулли.
- •9. Строение стенок сосудов и их механические свойства. Закон Лапласа, уравнение Ламе. Функциональные группы сосудов.
- •10. Факторы, обеспечивающие движение крови по кровеносным сосудам. Влияние эластических свойств на гемодинамику. Роль эффекта компрессионной камеры.
- •11. Работа и мощность сердца.
- •13. Гидравлическое сопротивление в различных отделах кровеносной системы. Объемная и линейная скорость кровотока в зависимости от поперечного сечения сосудов.
- •15. Мембранология как наука. Определение понятия биологическая мембрана. Функции мембраны. Современная жидко – кристаллическая мозаичная модель мембраны.
- •16. Химический состав мембран. Липидные и белковые компоненты. Структура молекулы фосфолипида. Вода, как структурный компонент мембраны.
- •17. Текучесть липидного бислоя. Микровязкость мембран. Уравнения Стокса – Эйнштейна. Фазовые переходы в мембране. Значимость жидко – кристаллического состояния мембран для их функционирования.
- •18. Модельные мембранные системы. Использование липосом для транспорта лекарственных веществ.
- •19. Электронная микроскопия в исследовании биологических мембран. Устройство электронного микроскопа. Метод замораживания – скалывания, замораживания – травления.
- •20. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии. Применение его для изучения фазовых переходов в биологических мембранах.
- •21. Мембранный транспорт. Виды мембранного транспорта и их особенности.
- •22. Пассивный транспорт неэлектролитов – обычная диффузия. Уравнение Фика.
- •23. Облегченная диффузия. Кинетическая схема транспорта незаряженных частиц с учетом переносчика. Уравнение облегченной диффузии.
- •24. Возможные схемы прохождения ионов через мембраны клеток. Основные подходы для описания транспорта ионов. Структура ионных каналов.
- •25. Пассивный транспорт ионов. Уравнение Теорелла, Нернста – Планка.
- •28. Мембранный потенциал. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.
- •29. Возникновение потенциала покоя. Гипотеза Бернштейна. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана – Ходжами – Катца. Эквивалентная электрическая схема мембраны.
- •30. Потенциал действия. Изменение проницаемости мембраны для ионов Na и k при генерировании потенциального действия.
- •31. Потенциал зависимые ионные каналы мембраны для k и Na. Структура, особенности функции. Изменение проницаемости мембраны для k и Na в различные фазы потенциального действия.
- •32. Свойства потенциала действия и его биологическое значение. Распределение нервного импульса по нервному волокну.
- •44. Биофизический механизм повреждающего воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты.
44. Биофизический механизм повреждающего воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты.
Под действием ионизирующих излучений происходят химические реакции, которые называют радиолизом. В результате радиолиза образуются высокоактивные частицы в химическом плане, что приводит к разрушению мембран, нарушению жизнедеятельности клеток.
Рассмотрим радиолиз воды.
Н2О → Н2О* (возбужденная молекула воды)
Н2О → Н2О+ +е -
Н2О+ + Н2О → Н3О+ + ОН
При взаимодействии ионизирующего излучения с водой образуются молекулы, ионы, радикалы – высокоактивные частицы
Н2О+ +е - → Н2О-
Н2О- → ОН - + Н+
Взаимодействие молекул органического вещества (RH) с ионизирующим излучением:
. .
RH → RH* → R + H
RH → RH+ + е -
RH+ → R+H+
Миграция энергии по молекулам биополимеров = поглощение энергии = поражение активного центра молекул = изменяются многие компоненты клетки: макромолекулы (ДНК, ферменты и др.) и микромолекулы (АТФ, коферменты и др.) = нарушение ферментативных реакций, физиологических процессов и клеточных структур. Более чувствительно ядро: в больших дозах происходит набухание и уплотнение хроматина, затем структура ядра исчезает. В цитоплазме при облучении в больших дозах наблюдаются изменение вязкости, набухание протоплазматических структур, образование вакуолей, повышение проницаемости. Нарушение обмена веществ и нейроэндокринной системы, а также повреждением генетического аппарата клеток тела. К отдалённым последствиям облучения относятся изменения крови, нефросклероз, циррозы печени, изменения мышечных оболочек сосудов, раннее старение, появление опухолей.
Процесс лучевого поражения имеет ряд особенностей:
Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми дозами поглощенной энергии. Миграция энергии и ионизация молекул, занимают доли сек.
Наиболее уязвимой функцией клеток является способность к митозу: при облучении поражаются, прежде всего, растущие ткани. Опасно для детей и беременных женщин. На этом же основана и радиотерапия опухолей
Ионизационные излучения действуют и на последующие поколение вследствие наследственности.
Характерен скрытый период временного благополучия (действие биологического излучения развивается во времени: 1 -фаза первичных нарушений 2- фаза мнимого благополучия 3– фаза лучевой болезни).
Большое значение имеют ритм и характер облучения, его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм. При облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать "смерть под лучом", длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения. Лучевое повреждение организма сопровождается одновременно текущим процессом восстановления, который связан с нормализацией обмена веществ и регенерацией клеток. Поэтому облучение дробное или с малой мощностью доз вызывает меньшее повреждение, чем массивное воздействие.
Большое значение имеет возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения (температура, влияние кислорода). Чем выше температура после облучения, тем больше поражается биологический объект. Реакции поражения протекает с высокой энергией активации. Количество образуемых частиц от температуры не зависит; концентрация О2 во время облучения влияет на поражение, а после – нет. Кислородный эффект (О усиливает действие излучения), это способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма.
Радиочувствительность разных видов организмов различна. Растения, по сравнению с животными, более радиоустойчивы, небольшие дозы могут стимулировать их жизнедеятельность. В радиобиологических исследованиях часто используют понятие дозы, при которой в течении 30 суток гибнет большая часть (50% ) организмов, LD = 50/30.
Способы защиты от облучения:
- необходимо принять вещества, являющиеся ингибиторами реакций (сера, сахара)
– антиоксиданты.