Применение достижений современной физики и биологии в медицине

Размещено на http://www.allbest.ru/

КР ВУЗ Крымский медицинский колледж

Реферативные сообщения

по дисциплине

«Основы биологической физики и медицинской аппаратуры»

Выполнила

Студентка 25-с группы

Поворина Н.В.

Симферополь 2014



Содержание

Антропометрические и масс инерционные характеристики человека

Мышцы. Работа мышц

Инфразвук и виды его влияния на человека

Реография-метод обследования общего и органного кровообращения

Общие понятия термодинамики

Структура и физические свойства биологических мембран и их функции

Оборудование (электроды и датчики) для регистрации медико- биологической информации

Современные взгляды на механизм действия магнитного поля на организм человека

Использование волоконной оптики в практической медицине

Люминесцентные методы в медицинских и биологических исследованиях

Роль микроволновой резонансной терапии (МРТ) в лечении заболеваний

Лазеропунктура и акупунктура

Криомедицина и направления её развития

Электронные микроскопы, их виды и предназначение

Нанотехнологии и перспективы их применения в медицине

Радиология и её применение в медицине

Экологический и санитарно-эпидемиологическое состояние региона, стран мира и его влияние на здоровье населения и развитие флоры и фауны

биологический медицина нанотехнология магнитный



Антропометрические и масс инерционные характеристики человека

В своей профессиональной деятельности каждый человек выполняет определенные движения, например, связанные с переносом груза, нажатием на рычаги, тумблеры, перемещением тела в пространстве и т.д. Рабочее движение - это результат действия сложного аппарата опоры и движения, который охватывает группы мышц, суставы, сухожилки, проводниковую часть двигательного анализатора, соответствующие двигательные центры ЦНС. Движения вызывают изменения в ССС, ДС, системе крови. Каждый, даже самый простой, рабочий движение осуществляется физическими законами. При этом понятие кости, мышцы соответствует понятию рычага, силы, а сами движения рассматривают с позиций законов механики. При расчете механических переменных, которые характеризуют движение частей тела, используют представление о системе, которая состоит из шарнирных звеньев и центров вращения в местах суставных поверхностей и звеньев рычагов в виде костных сегментов.

Биомеханика, которая изучает физиологические и физические закономерности движений человека, использует данные механики, анатомии и физиологии.

Рабочее движение характеризуется максимальным объемом, который определяется длиной звеньев, входящих в систему движения, строением сустава, рабочей позой, индивидуальными особенностями (пол, возраст, тренированность). Так, максимальный объем хватательных движений рук определяется амплитудой движения в плечевом суставе, длиной верхней конечности и ростом рабочего.

Б

Рис. 3.5 Размеры тела человека, используются в эргономике: а - положения стоя: 1 - длина тела (рост); 2 - длина тела с рукой, вытянутой вверх; 3 - дельтоїдна ширина плеч; 4 - длина руки, вытянутой вперед; 5 - длина руки, вытянутой в сторону; 6 - длина плеча; 7 - длина голени; 8 - длина бедра; 9 - высота глаз; 10 - высота плечевой точки; 11 - высота ладонной точки; 6 - положение сидя: 1 - длина тела; 2 - высота глаз; 3 - высота плеча; 4 - высота локтя; 5 - высота колен; 6 - высота тела над сиденьем; 7 - высота глаз над сиденьем; 8 - высота плеча над сиденьем; 9 - высота вытянутой руки; 10 - длина предплечья; 11 - длина вытянутой ноги; 12 - длина бедра

С возрастом объем движений снижается. За счет сравнительно небольших антропометрических показателей у женщин объем движений меньше, чем у мужчин.

Второй характеристикой рабочих движений е сила мышц - величина максимального усилия, которое развивает группа мышц, участвует в выполнении рабочей операции или ее элемента. Сила мышц, которую может развить человек в каждом конкретном случае, зависит от пола, возраста, степени тренированности, усталости, использования спецодежды (рукавицы, обувь) и т.д. На силу мышц влияет положение тела и отдельных его элементов, которые участвуют в движении.

Следующей характеристикой рабочих движений является их траектория. Оптимальными являются эллиптические и круговые плавные движения, которые переходят друг в друга.

Основными являются положения сидя, стоя и сидя-стоя. Выбирая рациональную рабочую позу, следует учитывать величину прилагаемых усилий мышц, степень точности и скорости, диапазон рабочих движений.

Рабочее положение сидя менее утомительное, поскольку характеризуется низкими энергозатратами, обеспечивает большую устойчивость тела, требует меньшего напряжения мышц, уменьшает гидростатическое давление и, следовательно, создает меньшую нагрузку на ССС. Выполнение работы сидя создает благоприятные условия для высокой точности рабочих движений. Кроме того, это положение не дает возможности развивать большую силу мышц - масса перемещаемого груза не должна превышать 5 кг.

Положение сидя не должно быть свободным, а также связанным с необходимостью длительной фиксации позвоночника в согнутом состоянии. Вынужденное согнутое положение сидя вызывает значительное напряжение мышц спины и шеи. Кроме того, ухудшается кровообращение внутренних органов, особенно в области таза, затрудняются дыхательные движения, ослабляются мышцы брюшного пресса и тазового дна. В связи с этим у рабочих, выполняющих работу сидя, могут развиваться искривление позвоночника (кифоз, сколиоз, лордоз), изменения положения матки, нарушения менструальной функции, геморрой, слабость родовой деятельности, частые разрывы промежности во время родов и т.д.

Положение стоя по сравнению с положением сидя вызывает напряжение большинства мышц, требует дополнительных затрат энергии (на 10 %), затрудняет кровообращение. Работа мышц направлена на то, чтобы удерживать на постоянном месте центр тяжести, который перемещается под воздействием движения, а также расположение отдельных звеньев тела, поскольку их центры тяжести не совпадают с центром тяжести тела. Поэтому каждый наклон туловища вперед, поднятия и перемещения верхних конечностей, головы вызывают дополнительное напряжение соответствующих мышц. Вместе с тем работа стоя благоприятнее, чем сидя в тех случаях, когда работник для выполнения операций должен свободно передвигаться в пространстве, когда требуется больший кругозор и диапазон рабочих движений, которые превышают расстояние максимально вытянутой руки, значительные усилия мышц.

Среди заболеваний, связанных с работой стоя, следует отметить плоскостопие, расширение вен нижних конечностей, опущение внутренних органов, изменение положения матки и др.

По возможности следует оборудовать рабочее место так, чтобы можно было работать сидя-стоя (рис. 3.6). Такое рабочее место дает возможность чередовать положения, включать в нагрузку то одни, то другие мышцы, что позволяет мышцам отдыхать, улучшает кровообращения соответствующих частях тела.

Организация рабочего места

Для того, чтобы рабочее место было удобным, оно должно соответствовать антропометрическим данным работающего. Средние антропометрические данные вычисляют по большим количеством измерений основных антропометрических показателей различных групп населения. Они используются при конструировании рабочих мест на производстве. По антропометрическим данным выделяют две основные зоны выполнения трудовых операций - оптимальную и зону досягаемости.

На рабочем месте основная работа в течение смены должен выполняться в пределах оптимальной зоны. Корпус работника должен сохранять вертикальное положение или быть слегка наклоненным вперед на 10 - 15 градусов. Движения в зоне досягаемости вызывают повышенное напряжение мышц пояса верхней конечности и плеча, сопровождающиеся ростом энергозатрат и за частого повторения могут быстро вызвать усталость и перенапряжение. Кроме того" рабочие движения, которые выполняются вытянутыми руками, не могут развивать большие усилия мышц и не обеспечивают точность и скорость реакций. В связи с этим движения в зоне досягаемости должны сводиться к минимуму.

Рис. 3.9 Высота рабочей поверхности (мм), что рекомендуется при выполнении различных видов и точности работы: 1 - слишком точной; 2 - точной на машинах; 3 - конторской; 4 - печатание на машинке малыми физическими усилиями целесообразным является плоское горизонтальное сиденье. Для водителей предполагается мягкое сиденье

При выполнении работы сидя большое значение маг подставка для ног. Она дает возможность работнику выбрать такое положение нижних конечностей, при котором их мышцы максимально расслабляются и улучшается кровообращение. Подставка для ног должна быть не менее 300 мм шириной, 400 мм глубиной, 260-350 мм высотой и углом наклона 15-З0 градусов. Поверхность подставки делается рифленой, с бортиком высотой 10 мм по переднему краю. Подставка для ног с обязательным при работе сидя-стоя.



Мышцы. Работа мышц

Мышца, как и все другие органы, имеет сложное строение. В его состав входит несколько тканей. Основу скелетной мышцы составляет посмугована мышечная ткань.

Сокращаясь, мышца становится короче и толще, при этом он выполняет определенную механическую работу. Величина выполняемой работы зависит от силы его сокращение и длины, на которую мышца укорачивается.

Сила мышцы пропорциональна количества мышечных волокон, из которых он построен, а точнее - площади поперечного сечения всех мышечных волокон мышцы.

Практически, чем толще мышца, тем он сильнее. Длина, на которую мышца может уменьшаться (или высота, на которую мышца поднимает груз), зависит от общей длины мышцы.

Скелетные мышцы, кувыркаясь через сустав, а иногда через два и более суставов, прикрепляются своими концами в разных костей. Укорочение мышцы во время сокращения сопровождается сближением его концов и костей, к которым прикреплен мышцу. При этом кости и суставы, в которых осуществляется движение кости, выполняют функцию рычагов.

В осуществлении каждого движения участвует, как правило, несколько групп мышц, причем мышцы одной группы, например передние мышцы плеча, сокращаются, а мышцы противоположной группы (задние) в это время расслабляются. Благодаря одновременному сокращению и расслаблению противоположных групп мышц обеспечивается плавность движений. Мышцы, выполняющие одну и ту же работу - одно и то же движение в определенном суставе, называют синергистами, а мышцы, которые действуют в противоположных направлениях, - антагонистами. Например, все мышцы, которые осуществляют сгибание плечевого сустава, составят группу синергистов этого движения, синергистами между собой будут и мышцы, обусловливающие разгибание этого сустава. Однако эти две группы мышц - сгибателей и разгибателей - относительно друг друга будут антагонистами. Антагонистическое действие мышц - важное приспособление в работе двигательного аппарата. Во время каждого движения напрягаются не только мышцы, его осуществляют, но и их антагонисты, противодействуя тяге и тем самым придавая движению точности и плавности.

При сокращении мышца выполняет работу, которую можно измерить. Для этого значение массы груза, который поднимает мышцу, умножают на высоту его поднятия. При увеличении груза работа возрастает, а затем, достигнув определенного уровня (максимума для каждого отдельного мышцы), постепенно будет снижаться. Если груз довольно большой и мышца не способен его поднять, работа равна нулю. Если взять средний для определенного мышцы груз и поднимать его с разной частотой, то окажется, что самая большая работа мышцы будет наблюдаться при среднем ритме движений.

Работу мышц разделяют на статическую и динамическую.

Динамичная работа - это работа, которая осуществляется мышцами во время их перемещения (управления токарным станком, пилки дров и т.д.); в этом случае сокращения мышц чередуется с их расслаблением.

Длительная непрерывная работа мышцы вызывает постепенное снижение работоспособности - усталость. Снижение работоспособности мышц обусловлено двумя основными причинами. Первой из них является то, что нервно-мышечное соединение (синапс; рис. 2), через которое возбуждение передается с нерва на мышцу, утомляется значительно раньше, чем мышечные волокна. И. М. Сеченов установил, что восстановление работоспособности утомленных мышц происходит быстрее, если перейти с задного вида работы на Другой. Например, утомленная рука отдыхает быстрее, если работают мышцы второй руки. Такой отдых И. М. Сеченов назвал активным, в отличие от простого покоя. Эти факты он рассматривал как доказательство того, что усталость развивается прежде всего в нервных центрах.

Второй причиной усталости работающего мышцы является накоплению в ней недоокисленных продуктов расщепления (молочной кислоты) в результате недостатка кислорода, а также истощения в ней энергетических запасов. Если мышца временно прекращает работу и находится в состоянии покоя, то кровь удаляет из него продукты расщепления и поставляет ему питательные вещества. Усталость исчезает, мышца восстанавливает работоспособность.

Как известно, мышцы, прикрепленные к костям своими сухожилками. Систематическая интенсивная работа мышц способствует увеличению их массы, что, в свою очередь, стимулирует рост костей. Слабым мышцам трудно поддерживать туловище в правильном положении, в связи с чем развивается сутулость, искривление позвоночника, нарушение нормальной деятельности сердечно-сосудистой системы, дыхания, пищеварения. Следовательно, чем лучше развиты мышцы тела, тем надежнее становится скелет и крепче здоровье.

В детском возрасте нельзя поднимать тяжелые грузы или носить тесную обувь, поскольку это может вызвать неправильное развитие стопы, ее своды выравнивается - возникает плоскостопие.

Форма и размеры мышцы, а также направление его волокон зависят от выполняемой им работы (рис. 3). По форме различают три основных вида мышц - длинные, короткие и широкие. Длинные мышцы размещены преимущественно на конечностях. Боны имеют веретеноподібну форму. Некоторые длинные мышцы начинаются несколькими головками на разных костях или в разных местах одной кости, затем эти головки соединяются и на втором конце мышцы переходят в общий сухожилие. Согласно количества головок такие мышцы называют двуглавыми, триголовими и чотириголовими.

Короткие мышцы размещены между отдельными позвонками и ребрами; здесь частично сохранилось сегментарное размещения мышц.

Широкие мышцы размещены преимущественно на туловище и имеют форму пластов различной толщины. Сухожилки таких мышц представляют собой широкие пластинки (апоневрозы; мышцы живота).

Инфразвук и виды его влияния на человека

Влияние инфразвука на организм человека. В конце 60-х гг. французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвуки определённых частот могут вызывать у человека тревожность и беспокойство, головную боль, снижать внимание и работоспособность, даже нарушать функцию вестибулярного аппарата и вызывать кровотечение из носа и ушей. Инфразвук частотой 7 Гц смертелен. Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира: для разгона толпы включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5-9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют ИЗ-частоту и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти из этого места.

Профессор Гавро познакомился с инфразвуками почти случайно. В одном из помещений лаборатории, где работали его сотрудники, с некоторых пор стало невозможно находиться. Достаточно было пробыть здесь два часа, чтобы почувствовать себя совсем больным: кружилась голова, наваливалась усталость, мысли путались, а то и вовсе не хотелось думать о чём-либо.

Прошёл не один день, прежде чем исследователи сообразили, где следует искать неизвестного врага. Им оказались инфразвуки большой мощности, создаваемые вентиляционной системой нового завода, построенного близ лаборатории. Частота этих волн равнялась 7 Гц. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется, если частота волны совпадает с так называемым альфа-ритмом головного мозга.

Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Возможно, что оно связано с возбуждением резонансных колебаний в организме. Так, собственная частота нашего вестибулярного аппарата близка к 6 Гц, и многим знакомы неприятные ощущения при длительной езде в автобусе, поезде, при плавании на корабле или качании на качелях. Говорят: «Меня укачало».

При воздействии инфразвука могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начинает «ломаться» горизонт, возникают проблемы с ориентацией в пространстве, приходят необъяснимые тревога и страх. Подобные же ощущения вызывают и пульсации света частотой 4-8 Гц. Ещё египетские жрецы, чтобы добиться признания у пленника, связывали его и с помощью зеркала пускали в глаза пульсирующий солнечный луч. Через некоторое время у пленника появлялись судороги, начинала идти пена изо рта, психика подавлялась, и он начинал отвечать на вопросы.

Сходные воздействия инфразвука и мигающего света, не считая даже повышенную громкость звука, испытывают посетители дискотек. Вполне возможно, что они не проходят бесследно, и в организме могут происходить какие-либо нежелательные и необратимые изменения.

Британские учёные продемонстрировали, что под воздействием инфразвука люди испытывают примерно те же ощущения, что и при «встречах» с призраками. Был поставлен такой эксперимент. С помощью семиметровой трубы учёным удалось подмешать к звучанию обычных музыкальных инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта слушателей (а их было 750 человек) попросили описать впечатления. «Подопытные» сообщили, что чувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже бежали мурашки, у кого-то возникало тяжёлое чувство страха.

При землетрясениях и подвижках земной коры генерируются волны трёх типов: P, S, и L. P-волны (от англ. primary - первичный) - продольные волны сжатия-растяжения, распространяются на огромные расстояния со скоростью звука в данной среде. S-волны (от англ. secondary - вторичный) - поперечные, они могут распространяться только в скальных породах. L-волны (волны Лява, по имени открывшего их учёного A.Love) подобны морским и распространяются вдоль границ разных сред с малой скоростью, зависящей от частоты. Волна инфразвука, дойдя до поверхности Земли от центра землетрясения, превращается в L-волну, которая и вызывает наблюдаемые многочисленные разрушения. Такие же, но более слабые, волны возникают при подземных ядерных взрывах.

Инфразвук - причина катастроф. Дело в том, что в Мировом океане громадные запасы метангидрата - метанового льда. Это конгломерат воды и газа, состоящий из кластеров из 32 молекул воды и 8 молекул метана. Метангидраты образуются там, где на морском дне через трещины в земной коре выделяется природный газ. Инфразвуковая волна, обладая огромной энергией, разрушает метановый лёд, и газ метан выделяется в воду. Кратеры, выделяющие метан, были обнаружены научно-исследовательским кораблём «Полярная звезда» (ФРГ) в море Лаптевых и у берегов Пакистана в 1987 г. Образующаяся при выделении метана газоводяная смесь имеет очень малую плотность, и корабль, оказавшийся в этой зоне, может внезапно утонуть. Так же и самолёт, пролетающий над таким местом, может неожиданно глубоко «провалиться» в воздушную яму и удариться о поверхность воды. Считается, что многие необъяснённые катастрофы кораблей и самолётов связаны именно с непредсказуемым выделением метана из морских глубин.

Инфразвуковые колебания в атмосфере Земли являются результатом действия многочисленных причин: галактических космических лучей, гравитационных воздействий Луны и Солнца, падений метеоритов, электромагнитных излучений и корпускулярных потоков от Солнца, а также геосферных процессов. Взаимодействие электромагнитного излучения с оптическими неоднородностями атмосферы может приводить к генерации акустических колебаний в широком диапазоне частот.

Реография-метод обследования общего и органного кровообращения

Реография - метод обследования общего и органного кровообращения, основанной на регистрации колебаний электрического сопротивления живых тканей организма при пропускании через них электрического тока.

Суть метода реографии заключается в графической регистрации изменений электропроводности тканей, что зависит от кровенаполнения сосудов при пульсовых колебаниях крови. Показателем изменения кровенаполнения есть пульсове колебания импеданса (полного электрического сопротивления) обследуемого органа. Величина кровенаполнения определяется прежде всего объемом крови и сказывается на амплитуде реографічної кривой. Кривая, изображающая эти пульсовые колебания электрического сопротивления называется реограмою.

Реовазография - метод диагностики, что позволяет судить о состоянии периферийного кровенаполнения конечностей, патологические изменения сосудов, а именно тонус и эластичность сосудистой стенки.

С помощью РВГ возможно обнаружить как органические, так и функциональные нарушения. Для дифференциальной диагностики этих нарушений, а также выявления скрытых нарушений периферийных сосудов и выявления компенсаторных возможностей системы кровообращения применяем функциональные пробы с нитроглицерином, холодовую пробу, пробу с физической нагрузкой.

Реоэнцефалография - широко применяется для регистрации состояния общей и регионарной гемодинамики головного мозга в покое и при различных функциональных пробах (в том числе фармакологических).
Подробный анализ РЕГ имеет диагностическое значение и помогает в выборе дифференцированной терапии при сосудистых, травматологических и других поражениях мозга.



Общие понятия термодинамики

Термодинаммика (греч. иЭсмз -- «тепло», дэнбмйт -- «сила») -- раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика -- это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов. Она изучает макроскопические системы, состоящие из огромного числа частиц --термодинамические системы. Процессы, происходящие в таких системах, описываются макроскопическими величинами, такими как давление или температура, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.

Основные понятия термодинамики

Термодинамические системы

В термодинамике изучаются физические системы, состоящие из большого числа частиц и находящиеся в состоянии термодинамического равновесия или близком к нему. Такие системы называются термодинамическими системами. Это понятие в общем случае достаточно сложно определить строго, поэтому используется описательное определение, в котором термодинамической системой называется макроскопическая система, которая каким-то образом (например, с помощью реальной или воображаемой оболочки) выделена из окружающей среды и способна взаимодействовать с ней. Если оболочка не допускает обмен ни веществом, ни энергией между системой и окружающей средой, то такая оболочка называется адиабатической, а соответствующая система - изолированной или замкнутой. Системы, у которых оболочка не препятствует обмену веществом и энергией, называются открытыми.

Термодинамическое равновесие

Фундаментальным для классической термодинамики является понятие термодинамического равновесия, которое тоже плохо поддаётся логическому определению и формулируется как обобщение экспериментальных фактов. Утверждается, что любая замкнутая термодинамическая система, для которой внешние условия остаются неизменными, с течением времени переходит в равновесное состояние, в котором прекращаются все макроскопические процессы. При этом в системе на микроскопическом уровне могут происходить самые разные процессы, например, химические реакции, которые могут протекать и в прямом, и в обратном направлении, однако в среднем эти процессы компенсируют друг друга, и макроскопические параметры системы остаются неизменными, флуктуируя относительно равновесного значения. Флуктуации изучаются в статистической физике.

Термодинамические параметры

Термодинамика не рассматривает особенности строения тел на молекулярном уровне. Равновесные состояния термодинамических систем могут быть описаны с помощью небольшого числа макроскопических параметров, таких как температура, давление, плотность, концентрации компонентов и т. д., которые могут быть измерены макроскопическими приборами. Описанное таким образом состояние называется макроскопическим состоянием, и законы термодинамики позволяют установить связь между макроскопическими параметрами. Если параметр имеет одно и то же значение, не зависящее от размера любой выделенной части равновесной системы, то он называется неаддитивным или интенсивным, если же значение параметра пропорционально размеру части системы, то он называетсяаддитивным или экстенсивным. Давление и температура -- неаддитивные параметры, а внутренняя энергия и энтропия -- аддитивные параметры.

Макроскопические параметры могут подразделяться на внутренние, характеризующие состояние системы как таковой, и внешние, описывающие взаимодействие системы с окружающей средой и силовыми полями, воздействующими на систему, однако это разделение достаточно условно. Так, если газ заключен в сосуд с подвижными стенками и его объём определяется положением стенок, то объём является внешним параметром, а давление газа зависит от скоростей теплового движения молекул и является внутренним параметром. Напротив, если задаётся внешнее давление, то его можно считать внешним параметром, а объём газа -- внутренним параметром. Постулируется, что в состоянии термодинамического равновесия каждый внутренний параметр может быть выражен через внешние параметры и температуру системы. Такая функциональная связь называется обобщённым уравнением состояния системы.

Термодинамические процессы

При изменении внешних параметров или при передаче энергии в систему в ней могут возникать сложные процессы на макроскопическом и молекулярном уровне, в результате которых система переходит в другое состояние. Равновесная термодинамика не занимается описанием этих переходных процессов, а рассматривает состояние, устанавливающееся после релаксации неравновесностей. В термодинамике широко применяются идеализированные процессы, в которых система переходит из одного состояния термодинамического равновесия в другое, которые непрерывно следуют друг за другом. Такие процессы называютсяквазистатическими или квазиравновесными процессами. Особую роль в методах термодинамики играют циклические процессы, в которых система возвращается в исходное состояние, совершая по ходу процесса работу и обмениваясь энергией с окружающей средой.

Структура и физические свойства биологических мембран и их функции

Строение биологических мембран

Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, -- наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов (рис. 1.6).

Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда -- гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы -- поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.

Рис. 1.6 Схема строения мембраны: а -- трехмерная модель; б -- плоскостное изображение; 1 -- белки, примыкающие к липидному слою (А), погруженные в него (Б) или пронизывающие его насквозь (В); 2 -- слои молекул липидов; 3 --гликопротеины; 4 -- гликолипиды; 5 -- гидрофильный канал, функционирующий как пора

В состав плазматической мембраны эукариотических клеток входят также полисахариды. Их короткие, сильно развлетвленные молекулы ковалентно связаны с белками, образуя гликопротеины, или с липидами (гликолипиды). Содержание полисахаридов в мембранах составляет 2---10% по массе. Полисахаридный слой толщиной 10--20 нм, покрывающий сверху плазмалемму животных клеток, получил название гликокаликс.

Свойства и функции мембран. Все клеточные мембраны представляют собой подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью.

Мембраны -- структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознава-нии факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят другкдругу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание -- необходимый этап, предшествующий оплодотворению.

Подобное явление наблюдается в процессе дифференциров-ки тканей. В этом случае сходные по строению клетки с помощью распознающих участков плазмалеммы правильно ориентируются относительно друг друга, обеспечивая тем самым их сцепление и образование тканей. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки. Белки участвуют в обеспечении транспорта определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды.

Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Диффузия --проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации {из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Диффузный транспорт веществ (воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).

При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.

Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Оносуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na^-/ К^--насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na⁺ наружу, поглощая при этом ионы К^-. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К^- и меньшая Na⁺ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.

В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg^2-и Са²⁺.

В процессе активного транспорта ионов в клетку через цито-плазматическую мембрану проникают различные сахара, нукле-отиды, аминокислоты.

Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем -- посредством эндоцитоза. При эндоци-тозе {эндо... -- внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Процесс, обратный эндоцитозу, -- экзоцитоз (экзо... -- наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие:

1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.

2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.

3. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).

4. Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).

5. Участвуют в преобразовании энергии.



Оборудование (электроды и датчики) для регистрации медико- биологической информации

Любое медико-биологическое исследование связано с получением и регистрацией отсутствующей информации. Для того чтобы получить и зафиксировать информацию о состоянии и параметрах медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств. Первичный элемент этой совокупности - чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством съема, - непременно контактирует или взаимодействует с самой системой.

В устройствах медицинской электроники чувствительный элемент либо прямо выдает электрический сигнал, либо изменяет таковой сигнал под воздействием биологической системы. Устройство съема преобразует информацию медико-биологического и физиологического содержания в сигнал электронного устройства. В медицинской электронике используются два вида устройств съема: электроды и датчики.

Электроды - это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой. При диагностике электроды используются не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия (например, в реографии). В медицине электроды используются также для оказания электромагнитного воздействия с целью лечения и при электростимуляции.

Многие медико-биологические характеристики нельзя «снять» электродами, так как они не отражаются биоэлектрическим сигналом: давление крови, температура, звуки сердца и многие другие. В некоторых случаях медико-биологическая информация связана с электрическим сигналом, в этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи). Датчиком называют устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

Генераторные - это датчики, которые под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток. К таким типам датчиков относятся:

1) пьезоэлектрические;

2) термоэлектрические;

3) индукционные;

4) фотоэлектрические.

Параметрические - это датчики, в которых под воздействием измеряемого сигнала изменяется какой-либо параметр.

К таким датчикам относятся:

1) емкостные;

2) реостатные;

3) индуктивные.

В зависимости от энергии, являющейся носителем информации, различают механические, акустические (звуковые), температурные, электрические, оптические и другие датчики.

Биоэлектрические потенциалы являются существенным диагностическим показателем многих заболеваний. Поэтому очень важно правильно регистрировать эти потенциалы и извлекать необходимую медицинскую информацию.

Современные взгляды на механизм действия магнитного поля на организм человека

Магнитное поле - вид материи, которая существует вокруг движущихся электрическое заряженных частиц вещества и осуществляет их взаимодействие. Оно создается движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем.

Магнитные свойства проявляются во всем, что окружает человека, однако в большинстве тел - очень несущественно. Сильные магнитные свойства имеют минералы, которые относятся к оксидов железа и титана (магнетит, гематит, титаномагнетит, титаногематит) и имеют особую атомно-кристаллическую структуру. Химические элементы с выраженными магнитными свойствами называются феромагнетиками. К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы, которые используют для изготовления постоянных магнитов.

Биологическое действие постоянного магнитного поля на человека

Влияние НТП на функциональное состояние и здоровье человека изучен еще в недостаточной мере. Чаще всего от воздействия ПМП у человека нарушается функция нервной и сердечно-сосудистой систем, а также функция вегетативной иннервации верхних конечностей (гипергидроз ладоней, "марма-ровість" и снижение температуры кожи, гиперстезия конечностей по типу "перчаток"). При капилляроскопии ногтевого ложа пальцев верхних конечностей оказываются лабильность капилляров и их склонность к спазму.

Меры профилактики негативного влияния магнитного поля

Профилактика негативного влияния МП на человека сводится к защите ее путем удаления рабочих мест от зоны действия МП и экранирование. Магнитные материалы и устройства в общих помещениях следует размещать на расстоянии 1,5-2 м от рабочих мест. На таком же расстоянии необходимо размещать магнитные установки.

Поскольку работа в зоне МП часто связана с действием дополнительных факторов производственной среды, например с выделением теплоты, следует предусматривать термоизоляцию электропечей, устанавливать вентиляцию в помещениях, где происходит термическая обработка, а также размещать у люков печей экраны со смотровым стеклом. В отдельных случаях нужно применять пылеподавление.

Лица, которые работают на магнитных установках и с магнитными материалами, подлежат мерой и периодическим медицинским осмотрам один раз в два года. В обзоре должны участвовать врач-терапевт, невропатолог и, по показаниям, отоларинголог, окулист и рентгенолог. Медицинскими противопоказаниями к работе в условиях действия магнитного поля являются органические заболевания сердца и сосудов, центральной и периферической нервной систем, особенно вегетативные полиневриты, выраженные эндокринные заболевания.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения на человека

Механизм действия УФВ на организм человека зависит от длины волны. Под влиянием длинноволнового УФВ в коже образуются биологически активные вещества и продукты разложения (фотолізу); под влиянием коротковолнового УФВ преобладают процессы денатурации. В целом основой многих биологических эффектов УФВ является способность дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) поглощать энергию фотона. При этом в ней происходят изменения, которые называются фотобіологічним эффектом. Самая общая изменение в молекуле ДНК под влиянием УФВ заключается в разрушении полинуклеотидных цепочек.

Кроме изменений в молекулах ДНК могут происходить изменения в молекулах рибонуклеиновых кислот (РНК), выраженные в меньшей степени. Фл-тобіологічні эффекты могут привести к гибели клеток, их мутации и канцерогенного перерождения. Заметим, что почти во всех клетках существует система восстановления ДНК - репарационная система, которая восстанавливает повреждения вследствие действия УФВ.

Следствием воздействия на кожу большой дозы УФВ является дерматит, который сопровождается опуханием, жаром и зудом. При этом в результате восстановления (репарации) клеточных повреждений утолщаются эпидермис и дерма (гиперплазия). Гиперплазия эпидермиса является, как считают, защитной реакцией на действие УФВ. Кроме того, защитное действие имеет пигмент меланин, который в составе меланоцитов в большом количестве накапливается в поверхностных (роговом и ростковому) слоях кожи и является своеобразным экраном на пути УФВ. Повторное облучение УФ приводит к увеличению в коже количества меланоцитов, которые содержат пигмент, а также к образованию меланина в клетках, которые его не производят.

Использование волоконной оптики в практической медицине

Волоконная оптика - это раздел оптики, в котором рассматривается передача электромагнитных волн оптического диапазона спектра цилиндрическимидиэлектрическими волноводами, которые называют оптическими волокнами.

Волоконная оптика сегодня эффективно используется в системах передачи изображения, системах освещения, в давачах физических величин. Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все, например: температуру, давление, смещение, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, уровень жидкости, деформации, показатель преломления, электрическое поле, магнитное поле, электрический ток, концентрацию газа, дозу радиационного облучения и др. Оптическое волокно в таких давачах может использоваться в качестве линии передачи или в качестве чувствительного элемента такого давача. Для систем освещения используются, как правило, оптические волокна больших диаметров, а также жгуты с неупорядоченными волокнами.

В системах передачи изображения используются исключительно волоконные жгуты с упорядоченными волокнами. Такие жгуты нашли широкое применение в медицинских ендоскопах для визуального наблюдения внутренних органов человека, исключая тем самым необходимость хирургического вмешательства.

Люминесцентные методы в медицинских и биологических исследованиях

Люминесценция - особый вид свечения веществ без повышения температуры - известная еще с глубокой древности. Однако прошло много веков, прежде чем человеку удалось полностью раскрыть ее природу.

При люминесцентном анализе в хирургии в основном приходится иметь дело с фотолюмінісценцією, получаемой под действием ультрафиолетовых лучей.

Свободная, люминесценция отмечается в том случае, когда в исследуемом материале уже имеются активные флуорохроми. Маскированная люминесценция наблюдается тогда, когда под воздействием химических процессов прежнему неактивны флуорохроми переходят в активные. Вторичная, или экспериментальная, люминесценция имеет место, когда в организм или в исследуемый материал предварительно вводят флуорохроми (офарбовують его).

Настоящим толчком к практического применение люминесцентного анализа в медицине и биологии следует считать введение в методику исследования стеклянных фильтров, появление кварцевых ламп, а впоследствии и изобретение удобной аналитической лампы. Первый патент на ртутную лампу низкого давления полученный российским профессором Рєп'євим. В 1925 г. фирма "Hanay" использовала черное стекло в аналитической кварцевой лампой. Отечественная промышленность выпустила цветные стеклышки марки УФС, предназначенные для выделения ультрафиолетового излучения.

С созданием компактной аппаратуры резко увеличилось число работ по люминесцентного анализа в биологии и медицине. Метод оказался особенно ценным в тех случаях, когда характер решаемых задач, требовал использовать специфические преимущества люминесцентного анализа и в первую очередь его большую чувствительность.

Вторичная люминесценция появляется после окрашивания тканей организма специальными красителями - флуорохромом. Флуорохром, введен в исследуемый объект в незначительных количествах, значительно усиливает свечение и придает ему характерный цвет. Вторичная люминесценция открывает большие перспективы для исследования многих заболеваний человека, химических компонентов клетки и межклеточного вещества.

Успех современного люминесцентного исследования в значительной степени связан с применением флуоресцеина, а эффективность люминесцентного исследования - с возможностью создания достаточной концентрации флуорохрому в пораженной ткани. Последнее же зависит от способов ввода флуорохрому, потому что каждый из них в неодинаковом степени обеспечивает достижение необходимой концентрации препарата в очаге поражения и в крови.

Люминесцентный анализ наиболее эффективен в диагностике и при определении прогноза сосудистых заболеваний конечностей. Ланге и Бойд, Крізмон и Фурман, а также С.М. Луценко, используя внутривенное введение флуоресцеина, изучали кровоснабжение в больных облітеріруючим эндартериитом.

В грудной хирургии люминесцентный метод приобретает практическое значение при операциях на легкие и в определении зон ишемии при инфаркте миокарда.

В лор-хирургии люминесцентный анализ нашел очень широкое применение в диагностике целого ряда патологических процесів. Вивчаються возможности люминесцентного метода в индикации опухолей.

АППАРАТУРА

Аппаратура для макролюмінесцентних исследований должна быть портативной, удобный, должна обеспечивать проведение диагностических наблюдений в любых условиях, иметь оптико-светотехническую систему для концентрации излучения на определенный участок исследуемой поверхности тела больного. Были изготовлены люминесцентные осветители, пригодные для исследования различных анатомических областей.

При анатомо-экспериментальных исследованиях применили люминесцентный светильник, состоящий из источника ультрафиолетового излучения с прибором включения и светофильтра. Аппарат укреплялся на штативе. Как источник ультрафиолетового света использовалась прямая ртутно-кварцевая лампа высокого давления ТРК-4.

АППАРАТУРА

Аппаратура для макролюмінесцентних исследований должна быть портативной, удобный, должна обеспечивать проведение диагностических наблюдений в любых условиях, иметь оптико-светотехническую систему для концентрации излучения на определенный участок исследуемой поверхности тела больного. Были изготовлены люминесцентные осветители, пригодные для исследования различных анатомических областей.

При анатомо-экспериментальных исследованиях применили люминесцентный светильник, состоящий из источника ультрафиолетового излучения с прибором включения и светофильтра. Аппарат укреплялся на штативе. Как источник ультрафиолетового света использовалась прямая ртутно-кварцевая лампа высокого давления ТРК-4.

Аналогичные трудности были при необходимости проведения люминесцентного исследования в піддіафрагмальному пространстве или пространстве в малом тазу.

Поэтому был предложен операционный люміноскоп, лишен этих недостатков.

Операционный люміноскоп состоит из эбонитового корпуса рефлектора диаметром 6 см. В корпусе рефлектора установлен отражатель, выточенный из алюминиевого сплава, и светофильтр с увіолевого стекла, которое пропускает ультрафиолетовые лучи и поглощает видимые. Как источник излучения применена люминесцентная ртутная лампа ЛУФ-4.

Предложенный операционный люмінескоп позволяет получать узкий пучок фильтрованного ультрафиолетового света и осуществлять люминесцентное исследование поджелудочной железы, так и других органов и труднодоступных отделов брюшной полости.

Роль микроволновой резонансной терапии (МРТ) в лечении заболеваний

Микроволновая резонансная терапия - поток сформированных электромагнитных колебаний, основной точкой приложения которых является мембрана - клеточная оболочка. Механизм действия ІМРТ:

Стабилизация электромагнитного потенциала межклеточного пространства и электромагнитного заряда мембраны;

Поддержание гомеостаза внутренней среды клетки путем регуляции процессов осмоса, диффузии и К-Na "насоса".

Блокирует выход лизосомальных ферментов из клетки, подавляет анаэробные процессы и устраняет развитие гипоксии;

Повышает утилизацию О2 клетками и тканями через активацию фермента - перенощика цитохром оксидазы (ЦОСО);

Повышает процессы регенерации - "воспроизведение" клеток стимулирует процессы постоянного обновления тканей;

Усиливает адаптивные возможности клеток и тканей путем накопления в них энергетического субстрата - молекул АТФ;