Ревербераторы как источники спиральных волн возбуждения – могут возникнуть в неоднородных активных средах без отверстий. Этот процесс происходит на границе раздела участков активной среды с разными параметрами элементов этой фазы, разными рефрактерностями.
1. Главная особенность ревербераторов заключается в том, что в активной среде, в которой нет собственных источников возбуждения, возникает источник, посылающий волны возбуждения в окружающую среду.
2. Время жизни ревербератора в неоднородной активной среде конечно. Чем больше неоднородность, тем короче время жизни ревербератора, тем меньше импульсов возбуждения пройдет через активную среду от этого источника.
3. Частота волн, посылаемых ревербератором, является максимально возможной частотой возбуждения данной среды.
4. Ревербераторы могут размножаться на границах неоднородностей активной среды.
Из вышеперечисленного следует:
1. Если скорость размножения ревербераторов больше скорости их исчезновения, начинается цепной процесс увеличения количества ревербераторов (аналогично цепной реакции при взрыве урановой бомбы). Вся активная среда покрывается источниками спиральных волн с разными частотами. Это соответствует фибрилляции миокарда сердца.
2. На основе анализа математической модели установлено, что цепные процессы размножения ревербераторов возникают, когда число возникших ревербераторов больше некоторого критического (если масса сократительного миокарда меньше критической , то в ней одновременно может появиться только малое число источников спиральных волн. Оно будет недостаточно для образования цепной реакции их размножения.
ТЕМА: Электрическая активность органов.
1. Внешние электрические поля органов.
2. Физические основы электрокардиографии.
3. Исследование электрической активности головного мозга.
1) Антонов В. Ф. Биофизика. Учебник для вузов. М.: Владос, 2000
2) Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. Учебник для медвузов. М.,Медицина, 1991
При функционировании тканей и органов, отдельных клеток, сопровождающимся электрической активностью, в организме создается электрическое поле.
В процессе жизнедеятельности электрическая активность органа меняется с течением времени.
Два электрода, приложенные к разным участкам тела, регистрируют разность потенциалов. Зависимость от времени разности потенциалов, возникающей при функционировании данного органа или ткани, называется электрограммой.
Название электрограмм указывают на органы или ткани, функционирование которых – приводит к появлению—регистрируемой разности потенциалов: сердца—электрокардиограмма (ЭКГ), головного мозга – элетроэнцефалограмма (ЭЭГ), мышц—элекромиограмма (ЭМИ).
Электрограммы получают чаще всего, измеряя потенциалы на поверхности органов и тела.
Основные задачи изучения электрограмм:
1. прямая (первая)— расчет распределения электрического потенциала на поверхности тела по заданным характеристикам эквивалентного электрического генератора.
2. обратная (диагностическая)— выявление состояния органа по характеру его электрограмм.
При изучении механизма возникновения электрограмм—ткани и органы, как источники электрического поля представляют в виде эквивалентного электрического генератора, под которым подразумевается модельная физическая система, которая должна удовлетворять двум требованиям:
1) расчетные потенциалы электрического поля эквивалентного генератора в разных точках организма должны быть равны реальным, регистрируемым потенциалам.
2) при варьировании параметров эквивалентного генератора—должны происходить, такие же изменения электрического поля, как и в реальных электрограммах при соответствующем сдвиге функционирования органа.
Пространственная структура электрического поля, создаваемого во внешней среде генератором, определяется положением его полюсов.
Для расчета потенциалов этого поля – генератор представляют в виде токового электрического диполя – системы из положительного полюса
( истока электрического тока) и отрицательного полюса (стока), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
Охват возбуждением огромного количества клеток рабочего миокарда, вызывает появление отрицательного заряда на поверхности этих клеток. Сердце становится мощным электрогенератором. Ткани тела, обладая высокой электропроводностью, позволяют регистрировать электрические потенциалы сердца с поверхности тела. Такая методика исследования электрической активности введенная в практику В. Эйнтховеном в
1924 г получила название – электрокардиографии, а регистрируемые с
ее помощью кривые называются электрокардиограммами.
Сокращения сердца наблюдаются вследствие периодически возникающих процессов возбуждения в сердечной мышце. Сердечная мышца обладает свойствами, которые обеспечивают ей непрерывную, ритмическую деятельность: возбудимость, автоматию, проводимость, сократимость, рефрактерность.
Возбудимость—способность при действии раздражителей приходить в состояние возбуждения, при котором изменяются биохимические и биофизические свойства мышечной ткани. Возбуждение в сердце возникает периодически, под влиянием процессов, протекающих в нем самом. Это явление называется – автоматия. Способностью к автоматии обладают определенные участки миокарда, состоящие из специфической мышечной ткани, бедной миофибриллами, богатой саркоплазмой. Специфическая мускулатура образует в сердце проводящую систему.
Синусно-предсердный (синоатриальный) узел и предсердно -желудочковый узел — водители ритма сердца. От предсердно- желудочкового узла – берет начало предсердно-желудочковый пучок (пучок Гиса), который прободает предсердно-желудочковую перегородку и разветвляется на правую и левую ножки, которые следуют вдоль межжелудочковой перегородки. В области верхушки сердца ножки пучка пучка Гиса загибаются вверх и переходят в сердечные приводящие миоциты ( волокна Пуркинье), которые охватывают рабочий миокард желудочков.
В естественных условиях клетки миокарда постоянно находятся в состоянии возбуждения.
В потенциале действия различают фазы:
1. быстрая начальная деполяризация фаза 0-1.
Читайте также: Ткань мебельная фурор плюс
2. медленная реполяризация-плато фаза 2.
3. быстрая реполяризация фаза 3.
4. фаза покоя или медленной диастолической деполяризации фаза 4.
Фаза 0-1 – как и восходящая фаза потенциала действия нервных и скелетных мышечных волокон – обусловлена повышением натриевой проницаемости, сменой заряда мембраны.
Деполяризация мембраны активирует медленные натрий-кальциевые каналы. Поток Ca+ внутри клетки по этим каналам приводит к развитию плато потенциала действия – фаза 2, в этот период натриевые каналы инактивируются и клетка переходит в состояние абсолютной рефрактерности. Одновременно активируются калиевые каналы. Выходящий из клеток поток К+ обеспечивает быструю реполяризацию мембраны (фаза 3), во время которой кальциевые каналы закрываются, что ускоряет процесс реполяризации, так как падает входящий кальциевый поток.
Реполяризация мембраны вызывает постепенное закрывание калиевых и реактивацию натриевых каналов. В результате возбудимость миокардиальной клетки восстанавливается – этот период относительной рефрактерности.
Автоматизм—способность сердца вырабатывать электрические импульсы при отсутствии внешних раздражений. Функцией автоматизма обладают клетки синоатриального и атриовертикулярного узлов— они называются водителями ритма, в них наблюдается спонтанная диастолическая деполяризация (фаза 4), при достижениикритического уровня котрой возникает новый потенциал действия.
На этом механизме основана авторитмическая активность синоатриального узла, особенности:
1. малая крутизна подъема потенциала действия.
2. медленная деполяризация (фаза 2), плавно переходящая в фазу быстрой реполяризации (фаза 3).
В норме максимальной автматической активностью обладают клетки синоатрального узла, который вырабатывает электрические импульсы с частотой 60-80 в минуту – центр автоматизма первого порядка.
Атриовентрикулярный узел и пучок Гиса — являются центрами автоматизма второго порядка, и продуцируют импульсы с частотой 40-60 в минуту. Центр автоматизма третьего порядка, с самой низкой способность к автоматизму – 25—45 импульсов в минуту – нижняя часть пучка Гиса, его ножки и волокна Пуркинье.
Если поражается синоатриалный узел, то водителем ритма может стать атриовентрикулярный узел. Если выйдет из строя он, то водителем ритма могут стать волокна пучка Гиса—ЧСС будет – 30-40 в минуту. Если выйдет из строя и этот водитель ритма, то процесс возбуждения может возникнуть в клетках волокон Пуркинье — ритм будет 20 в минуту.
Особенностью проводящей системы сердца является наличие в ее клетках большого количества тесных межклеточных контактов—нексусов—это место перехода возбуждения с одной клетки на другую. Благодаря наличию таких контактов миокарда работает как единое целое и обеспечивается надежность проведения возбуждения в миокарде.
В атриовентрикулярном узле за счет небольшой толщины мышечных волокон возникает задержка проведения возбуждения, вследствие чего возбуждение доходит до пучка Гиса и волокон Пуркинье после того, как мускулатура предсердий успевает сократиться и перекачать кровь из предсердий в желудочки. Таким образом, атриовентрикулярная задержка обеспечивает необходимую координацию сокращений предсердий и желудочков.
Проводящая система обеспечивает такие свойства сердца:
1. Ритмическую генерацию потенциалов действия.
2. Необходимую последовательность сокращений предсердий и желудочков.
3. Синхронное вовлечение в процесс сокращения клеток миокарда желудочков, что увеличивает эффективность систолы.
Вследствие определенного положения сердца в грудной клетке и формы
тела человека электрические силовые линии, неравномерны. Поэтому в зависимости от места приложения электродов форма ЭКГ и вольтаж ее зубцов будут различны. Вследствие определенного положения сердца в грудной клетке и формы
тела человека электрические силовые линии, неравномерно. Поэтому в зависимости от места приложения электродов форма ЭКГ и вольтаж ее зубцов будут различны. ЭКГ отражает суммарные электрические токи, возникающие в многочисленных волокнах миокарда по время возбуждения. Так как в процессе побуждения суммарная электродвижущая сила сердца изменяет величину и направление, она является векторной величиной. Вектор сердца схематически изображается стрелкой, указывающей направление электродвижущей силы, длина стрелки соответствует величине этой силы.
Электрокардиографический вектор ориентирован в строну положительного полюса суммарного диполя – сердечной мышцы. Если возбуждение распространяется по направлению к положительному электроду, то на ЭКГ регистрируется положительный (направленный вверх) зубец, если возбуждение направлено от положительного электрода, то регистрируется отрицательный зубец.
Суммарный вектор электродвижущей силы сердца образуется путем суммирования его составных частей по правилу сложения векторов. Если направление суммарного вектора соответствует (параллельно) оси какого-либо отведения ЭКГ, то в данном отведении амплитуда отклонения (зубцов) кривой будет наибольшей. Если результирующий вектор расположен перпендикулярно оси отведения, то вольтаж зубцов будет минимальным.
Вектор сердца движется в грудной клетке в трехмерном пространстве: во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостях. Изменения вектора в указанных плоскостях находят наибольшее отражение при записи ЭКГ в ортогональных отведениях.
По отведениям от конечностей можно проанализировать проекцию вектора сердца на фронтальную плоскость, а по грудным отведениям – на горизонтальную плоскость. Наибольшее практическое значение имеет направление вектора во фронтальной плоскости. Для этого необходимо проанализировать положение вектора сердца по отношению к осям отведений от конечностей в шестиосевой системе координат, когда оси отведений от конечностей проходят через центр треугольника Эйнтговена.
Читайте также: Что можно сделать из ткани для декора
Отведения от конечностей не могут отразить положение вектора сердца в горизонтальной плоскости. Отклонения вектора в этой плоскости регистрируются в грудных отведениях.
Как указывалось выше, импульс возбуждения, зарождаясь в синусовом узле, распространяется на правое, а затем па левое предсердия. Предсердный вектор во фронтальной плоскости в норме ориентирован вниз и влево. Его направление совпадает с осью второго отведения, поэтому зубец Р в этом отведении имеет обычно наибольшую амплитуду.
Наиболее низким зубец Р будет в том отведении, ось которого перпендикулярна оси II отведения, т.е. в aVL. Зубец Р в отведении aVR отрицательный, так как оси отведений II и aVR имеют противоположную полярность. Предсердный вектор направлен почти перпендикулярно горизонтальной плоскости, поэтому амплитуда зубцов Р в грудных отведениях ниже, чем в отведениях от конечностей.
Одновременная запись изменений величины разности потенциалов и направления электрической оси называется – векторэлектрокардиограмма иливекторкардиограмма: (вектор + кардиограмма)проекция на плоскость кривой, описываемой в пространстве концом суммарного вектора электродвижущих сил, возникающих при деполяризации и реполяризации миокарда в процессе сердечного цикла.
Для регистрации ЭКГ используют три стандартных отведения:
1- Правая рука – левая рука.
Кафедра биофизики
1. Внешние электрические поля тканей и органов
Электрограммы и пространственное распределение потенциала как основные характеристики внешних электрических полей тканей и органов. Задачи исследования электрограмм. Токовая природа внешних электрических полей тканей и органов. Клетки как токовые электрические генераторы. Пассивные электрические свойства тканей и органов. Эквивалентные электрические схемы тканей и органов. Электрический импеданс тканей, его частотная зависимость.
Описание электрической активности клеток и тканей токовым двухполюсным (дипольным) генератором. Точечный и конечный токовый дипольный генератор; его дипольный момент. Потенциал токового унипольного генератора, находящегося в объемной проводящей среде. Потенциал конечного токового двухполюсного генератора в неограниченной среде и его мультипольное разложение. Влияние непроводящей поверхности (ограничения проводящей среды) на потенциал внешнего электрического поля тканей и органов.
Физические основы регистрации электрокардиограмм при различных отведениях. Длительный мониторинг электрокардиограмм в целях диагностики функционального состояния сердца.Электрическое поле сердца, регистрируемое на поверхности тела; дипольный характер этого поля. Электрический вектор сердца как дипольный момент эквивалентного электрического диполя миокарда. Пространственные и плоские векторные электрокардиограммы и методы их измерения. Мультипольный характер электрического поля сердца на небольшом удалении от миокарда. Клеточный механизм генеза ЭКГ; определение дипольных моментов различных участков миокарда по данным проведения возбуждения и потенциалов действия его клеток. Компьютерный расчет ЭКГ в норме и при патологических состояниях в различных отведениях.
Электрическая активность пирамидных нейронов новой коры как источник генеза электроэнцефалограмм. Импульсная и градуальная электрическая активность пирамидных нейронов новой коры. Формирование токовых двухполюсных и четырехполюсных (квадрупольных) генераторов в пирамидных нейронах. Структура экстраклеточного электрического поля пирамидных нейронов при различных видах электрической активности. Элементы теории случайных процессов (случайных функций) и ее использование для описания генеза ЭЭГ. Статистические характеристики фоновых ЭЭГ. Автокорреляционная функция ЭЭГ. Спектр мощности ЭЭГ. Общая формула для дисперсии ЭЭГ; коэффициент взаимной попарной корреляции электрической активности нейронов. Значение ориентации пирамидных нейронов в новой коре и синхронизации их электрической активности для генеза ЭЭГ. Формулы зависимости дисперсии ЭЭГ при скоррелированной и нескоррелированной электрической активности нейронов. Особенности электрического поля гиппокампа: пространственная зависимость знака и амплитуды его ритмических электрограмм. Формула пространственного распределения потенциала электрического поля гиппокампа с учетом его кривизны. Генез ритмических ЭЭГ в нейронных сетях с возвратным торможением. Значение афферентной импульсации в генезе ритмических ЭЭГ.
2. Пассивные механические явления в тканях и органах
Упругие и пластические деформации тканей и органов; силы, противодействующие деформации. Нормальная и касательная деформация тканей; модуль упругости, коэффициент Пуассона тканей. Ньютоновские жидкости, закон внутреннего трения Ньютона. Скорость сдвига в жидкостях. Вязко-упругие свойства тканей и органов. Релаксация напряжения и ползучесть при деформации тканей; гистерезис механических характеристик тканей. Механические модели тканей и их аналоговые электрические цепи. Вязко-упругие свойства биологических жидкостей. Статическая деформация растяжения мягких тканей; их тангенциальный модуль упругости. Динамическая деформация тканей, динамический модуль упругости. Механические свойства мышц и костей. Термодинамический анализ деформации мягких тканей.
Упругие свойства оболочек полых органов. Уравнение Лапласа для статического состояния тонких упругих оболочек. Статическое состояние упругого кровеносного сосуда, уравнение Ламе. Деформация кровеносного сосуда при изменении внутрисосудистого давления; полные и упрощенные уравнения этой деформации. Методы исследования деформации кровеносных сосудов.
Механические свойства крови. Неньютоновское течение крови при не высоких скоростях сдвига, уравнение Кессона и уравнение Захарченко. Молекулярно-клеточный механизм неньютоновских свойств крови, роль агрегации (межклеточных взаимодействий) эритроцитов. Оптические и электрические методы исследования межклеточных взаимодействий и агрегатного состояния крови.
Читайте также: Зао по производству тканей
Механические явления в легких. Диаграммы растяжения легких в условиях заполнения средами с разным поверхностным натяжением. Вклад поверхностного натяжения в альвеолах и упругих сил альвеолярной ткани в работу выдоха. Статическое механическое состояние альвеолы, уравнение Лапласа. Механическая нестабильность альвеол. Роль упругих сил и изменения поверхностного натяжения в механической стабилизации альвеол. Роль сурфактанта в изменении поверхностного натяжения в альвеолах.
Значение поверхностных явлений при отеке легких.
3. Гемодинамика
Линейная и объемная скорость кровотока. Линейная скорость течения крови в различных участках кровеносного сосуда. Методы измерения скорости движения крови, ультразвуковой способ определения скорости движения клеток в крови. Градиент скорости течения крови в различных участках кровеносной системы и его значение в развитии патологических состояний.
Общие закономерности течения крови по упругому сосуду: учет инерции крови, вязкостного сопротивления и деформации сосуда. Пульс как механическая волна деформации кровеносных сосудов. Гемодинамические и электрические аналогии. Вязкостное сопротивление, гидродинамическая емкость и гидродинамическая индуктивность сосуда с кровью. Гемодинамические телеграфные уравнения и их решение при изменении градиента давления во времени по гармоническому закону. Фомула Моенса-Кортевега для фазовой скорости распространения пульсовой волны. Определение упругих свойств сосудов путем измерения скорости пульсовой волны.
Гемодинамические процессы в системе микроциркуляции, резистивный (вязкостный) характер сопротивления мелких сосудов. Общее сопротивление системы сосудов, соединенных последовательно или параллельно. Формула гемодинамического переферического сопротивления. Механизмы регуляции гемодинамического периферического сопротивления.
Систолический и минутный объем крови как показатели производиительности работы сердца. Эталонные методы определения минутного объема (индекса) крови. Роль изменения производительности сердца и гемодинамического периферического сопротивления в развитии различных видов гипертензии. Особенности гемодинамики при сердечной недостаточности.
Анализ кровотока в большом круге кровообращения как в системе объединенных сосудов, состоящей из эквивалентного деформирующегося упругого сосуда и эквивалентного вязкостного сосуда (система сосудов с сосредоточенными параметрами). Уравнение баланса потока крови в этой системе. Гемодинамическая формула для систолического выброса крови и использование этой формулы на основе данных измерения характеристик пульсовой волны.
Вариации электрического импеданса тканей в результате изменения кровенаполнения их сосудов. Применение гемодинамического анализа объединенной системы сосудов для количественного описания вариаций импеданса. Метод импедансной реографии для определения систолического выброса крови; электродные системы, применяемые в импедансной реографии.
Кардиогенное смещение тела. Баллистокардиограммы. Определение систолического выброса крови по данным измерения низко-частотной баллистокардиограммы.
4. Механические явления при сокращении мышц
Различные виды мышечного сокращения. Теплопродукция при укорочении исчерченных мышц. Зависимость общей мощности мышцы от нагрузки. Зависимость скорости изотонического сокращения мышцы от нагрузки, уравнение Хилла. Зависимость механической работы мышцы от нагрузки.
Молекулярная организация сократительного аппарата мышечного волокна. Зависимость напряжения, генерируемого мышечным волокном при изометрическом сокращении, от его длины. Скольжение тонких и толстых нитей относительно друг друга при сокращении мышечного волокна. Общие закономерности работы поперечных мостиков саркомера.
Генерация звука при сокращении мышечного волокна. Кинетическая теория сокращения мышечного волокна. Различные состояния поперечных мостиков. Кинетическое уравнение переходов поперечных мостиков между различными состояниями и уравнение Ньютона для сокращения мышечного волокна. Теоретическое уравнение зависимости скорости изотонического укорочения мышечного волокна от нагрузки в стационарном состоянии и его соответствие уравнению Хилла.
Кинетика изменения механического напряжения при быстром переходе возбужденного мышечного волокна между двумя изометрическими состояниями. Вязко-упругие свойства поперечноых мостиков в замкнутом состоянии в мышечном волокне.
5. Транспорт веществ через эпителий
Векторная организация структуры эпителия в кишечнике и нефронах.
Транспорт сахаров и аминокислот в тонкой кишке в комплексе с переносчиком: кинетика процесса и сопряжение с активным транспортом ионов натрия. Генерация трансэпителиальной азности потенциалов при активном транспорте ионов натрия; метод короткозамкнутого тока Уссинга для исследования активного трнаспорта ионов.
Трансэпителиальный транспорт воды в кишечнике и нефронах. Механизм осмотического концентрирования мочи в нефронах. Клеточный механизм действия нефротропных диуретических веществ.
Кинетика оксигенации крови в альвеолах. Значение скорости диффузии и величины площади дыхательных мембран альвеол в насыщении крови кислородом.
6. Биофизика органов чувств
Природа прозрачности роговицы и хрусталика. Механизм светорассеяния в хрусталике при катаракте.
Спектры поглощения зрительных клеток и их пигментов. Механизм и кинетические характеристики изомеризации родопсина. Электрический ответ фоторецепторной клетки. Система трансдукции сигнала в фоторецепторной клетке. Связь чувствительности зрительного анализатора с шумами в фоторецепторных клетках.
Основные свойства пахучих и вкусовых веществ. Особенности молекулярно-клеточной организации обонятельных и вкусовых клеток. Кинетические характеристики взаимодействия пахучих стимулов с хеморецепторами. Трансдукция сигнала в обонятельной и вкусовой рецепторных клетках. Кодирование качества запаха на уровне обонятельного анализатора и рецепторной клетки.
Физическая природа звука. Частотная зависимость чувствительности уха. Механические свойства барабанной перепонки и базилярной мембраны улитки. Методы исследования колебаний базилярной мембраны. Рецепция колебаний базилярной мембраны волосковыми клетками. Механизм распознования чистых тонов.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом