рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

По биофизике

По биофизике - Методические Указания, раздел Физика,     Методические Указания...

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для проведения лабораторных работ

По биофизике

 

 
Кемерово 2011

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра физиологии человека и животных

и валеологии

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для проведения лабораторных работ

По биофизике

  Кемерово 2011 Составитель: кандидат биол. наук О. В. Булатова  

ВВОДНАЯ ТЕМА. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

Общие требования. К выполнению лабораторных работ по биофизике допускаются студенты, ознакомившиеся и уяснившие правила безопасной работы, в чём они… При выполнении работы студент может выполнять только порученные действия в… Во избежание несчастного случая при выполнении учебной работы запрещается: а) включать - выключать без необходимости…

Контрольные вопросы.

1. Каковы общие требования безопасности при проведении лабораторных работ по биофизике?

2. Каковы общие правила безопасности при работе с химическими веществами?

3. Правила безопасности при работе с центрифугами.

4. Каковы основные типы поражения электрическим током?

5. Какова зависимость действия тока от его величины?

6. Какие органы критичны по отношению к действию электрическим током?

7. Какие меры первой помощи оказываются пострадавшему.

 

 

ТЕМА 1. КИНЕТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

 

Теоретическая часть

 

Все биологические процессы протекают во времени. Для описания и оценивания этого удобной количественной характеристикой является скорость реакции или скорость процесса. Знание механизмов реакций и процессов, обеспечивающих их протекание с той или иной скоростью, зависимость скорости от различных факторов (концентрации веществ, температуры, рН, наличия катализаторов-ферментов, активаторов, ингибиторов и т.д.) позволяет прогнозировать развитие реакций или процессов, оптимизировать их протекание в нужном направлении и с необходимым результатом.

Представим химическое превращение в виде простой реакции:

Скоростью этой химической реакции будет величина накопления продукта в единицу времени

;

Кинетика базируется на фундаментальном положении Гулдберга-Вааге, согласно которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих их стехиометрическим коэффициентам. Это положение, связывающее активные концентрации веществ со скоростью реакции, так же известно как закон действующих масс. В соответствие с этим законом скорость реакции может быть выражена в следующем виде:

где к – коэффициент пропорциональности, называемый константа скорости реакции.

Рассмотрим вариант простейшей реакции 1 -го порядка, когда Скорость реакции в этом случае можно выразить как

Знак минус на расходование реагента в ходе реакции.

 

Пусть в начальный момент времени t=0 концентрация вещества А равна [А]0. После начала реакции начнется постепенное расходование реагента А и к моменту времени t = t его концентрация станет [А]. Используя эти граничные условия, проинтегрируем уравнение скоростей, предварительно разделим переменные

;

; ;

Отсюда или или ;

Из этого уравнения после потенцирования выражение для зависимости| изменения концентрации вещества от времени

При переходе к десятичным логарифмам получается ;

Отсюда определяется константа скорости , где [А]0 и [А] - начальная и конечная концентрации вещества А.

Помимо зависимости от концентрации реагентов скорость реакции существенно зависит от температуры. Известно эмпирическое правило, называемое законом Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры на 10° скорость реакции возрастает приблизительно в 2 раза. Отношение констант скоростей реакции при двух температурах, различающихся на 10°, называется температурным коэффициентом .

Правило Вант-Гоффа приближенное, поскольку температурный коэффициент Q10 меняется с температурой. Более точная зависимости скорости реакции (константы скорости) от температуры выражается уравнением Аррениуса, которое учитывает кинетическую энергию реагентов, определяющих характер влияния на скорость реакции: , где А — предэкспоненциальный множитель, Т — абсолютная температура (К), R — универсальная газовая постоянная (1.98•10-3 ккал/М•градус), Еа - энергия активации. Она характеризует величиной энергетического потенциального барьера, который молекулы реагентов должны преодолеть для взаимодействия.

Для любого температурного интервала Q10 вычисляется по формуле Вант-Гоффа: , где К1 и К2 константы скорости реакции при температурах t1 и t2 соответственно.

Очевидно при t2 = t1 + 10, ; (пpи )

При изучении биологических процессов вычисление К обычно затруднительно и ее заменяют непосредственно величиной скорость процесса. Энергия активации, т.е. температурная характеристика процесса выводится из уравнения Аррениуса для скорости химической реакции:

, где Ea - энергия активации.

Из уравнения следует: .

Формула устанавливает простое соотношение между Еа и Q10. Действительно, при T2-T1=10 и при переходе от ln к lg путем умножения на модуль 2,3 имеем: [кал/град•моль].

Энергия активации связана с температурным коэффициентом эмпирическим соотношением:

Прологарифмировав интегральное уравнение Аррениуса, получим выражение, удобное для определения величины энергии активации из экспериментально полученных величин:

Из этого выражения следует, что (или ) линейно зависит от величины обратной температуры (1/Т) (рис.1.1). Это очень удобно для графического представления кинетических экспериментальных данных. Если по оси ординат откладывать значения (или ), а по оси абсцисс -1/Т (координаты Аррениуса), то из наклона этого графика легко определяется величина энергии активации Еа.

отсюда ;

 

 

Рис. 1.1. Диаграмма Аррениуса (представление экспериментальных данных в координатах Аррениуса).

 

 

Наиболее точно зависимость константы скорости реакции от температуры определяется на основе теории абсолютных скоростей реакций Эйринга. Эта зависимость выражается уравнением Эйринга:

, где к0 - постоянная Больцмана 1.88*10-23 Дж/К; h - постоянная Планка 6.625*10-34 Дж*сек; — изменение энтропии и энтальпии соответственно в результате химического превращения или процесса.

  Рис. 1.2. Примерный вид зависимости ЧСС от температуры.

 

 

Экспериментальная часть

Материалы и оборудование: лягушки, наборы препаровальных инструментов, препаровальные ванночки, 10% раствор этилового спирта для анестезии, раствор Рингера для холоднокровных, гигроскопическая вата, секундомер, стеклянные термостаты, лабораторные термометры.

Методика выполнения работы.

Работа может выполняться в двух вариантах: а) на изолированном сердце по Штраубу (если есть крупные лягушки); б) если животные мелкие, то эксперимент проводится на целой лягушке с открытым сердцем.

При реализации варианта а) необходимо тщательно отпрепарировать сердце лягушки (рис.1.3). Для этого животное после лёгкой анестезии (помещение в сосуд с 10% раствором этилового спирта на 15 минут) обездвиживается (кровным или бескровным методом путём разрушения спинного и головного мозга) и фиксируется в препаровальной ванночке. Приподняв пинцетом кожу на брюшке, делаются разрезы под пинцетом по направлению к обеим ключицам, отгибается лоскут кожи и отрезается. Далее под грудной костью делается прорез, в него вводится бранша ножниц и производится осторожное прорезание мышц по обе стороны грудной кости, после чего кость отстригается и открывается сокращающееся сердце. Далее сердце изолируется с некоторым количеством прилегающих тканей.

Отпрепарированное сердце помещается в физиологический раствор при комнатной температуре. Через 5 минут производится оценка частоты сокращений, чтобы оценить исходное функциональное состояния органа. После этого препарат фиксируется на канюле с физиологическим раствором и переносится во влажную камеру-термостат, в котором опускается в снег для понижения температуры до 2-5 градусов.

При выполнении работы по варианту б) животное после анестезии обездвиживается бескровным путём и проводится описанная выше процедура вскрытия грудины и обнажения сокращающего сердца (рис. 1.4). Далее разрез закрывается ватой, обильно смоченной раствором Рингера при комнатной температуре, животное фиксируется в стакане-термостате и начинается охлаждение препарата сердца до необходимой температуры.

  Рис. 1.3. Схема установки для измерения Q10 и Еа сокращений сердца лягушки. 1 - изолированной сердце лягушки по Штраубу; 2 - термометр; 3 -термостат (сосуд со льдом или водой t°=2-5 °C); А — широкая пробирка.
Рис. 1.4. Вид вскрытой грудины лягушки с открытым сердцем для подсчёта частоты сердечных сокращений при различных температурах.  

Задание №l. Определение энергии активации сокращений сердца лягушки по величине Q10

Для выполнения работы необходимо определить скорость сокращений (ЧСС) при нескольких значениях температур (не менее 3), отличающихся на 10 градусов. ЧСС для каждого температурного режима определяется не менее 3 раз. Далее по средним значениям ЧСС определяется коэффициент Вант-Гоффа, по которому рассчитывается кажущаяся энергия активации исследуемого процесса по формуле [кал / град. моль].

Задание №2. Определение энергии активации сокращений сердца лягушки с помощью графика Аррениуса.

Для выполнения задания необходимо полученные значения скоростей сокращения сердца прологарифмировать и построить график зависимости полученных значений от обратной температуры (график в координатах Аррениуса). По тангенсу угла наклона графика определить значения Еа в каждом температурном диапазоне.

Задание№3. Определение температурного коэффициента гемолиза эритроцитов крови человека

Материалы и оборудование: фотоколориметр ФЭК, секундомер свежая кровь мыши, смесь Никифорова, стаканчики на 50 мл, 0,1 н соляную кислоту, мерный цилиндр, раствор Рингера для теплокровных, спирт, вата, пипетки на 2 и 1 мл.

Методика выполнения работы.

2. Поместить 1-2 капли крови в 20 мл раствора. Проверить степень пропускания света взвесью. Если она меньше 30 %, то добавить раствор Рингера и… 3. Приготовить 0,005 н раствор соляной кислоты на растворе Рингера. К 2 мл… 4. Взвесь форменных элементов крови и раствор кислоты подогреть на 10° С относительно температуры воздуха. Провести…

Задание №4. Определение температурного коэффициента и энергии активации фотосинтеза в веточке элодеи

Материалы и оборудование: пробирка, цилиндр или большой стакан, стеклянная палочка, термометр, секундомер, элодея.

Методика выполнения работы.

1. В цилиндр и пробирку наливают воду комнатной температуры. 2. Выбирают свежую веточку элодеи и острой бритвой обновляют срез стебля у ее… 3. Веточку элодеи привязывают ниткой к стеклянной палочке так, чтобы свежесрезанный кончик был направлен кверху, и…

Контрольные вопросы.

1. Что такое скорость реакции или процесса, какова размерность этой величины?

2. Что такое константа скорости, константа равновесия, какие размерности у них?

3. От каких факторов зависит скорость реакции?

4. Как зависит скорость реакции от температуры?

5. Как определяется температурный коэффициент Вант-Гоффа?

6. Что такое энергия активации процесса, каков физический смысл?

7. Какие методы используются для определения энергии активации?

8. Почему применительно к сокращению сердца и гемолизу крови используется понятие « кажущаяся энергия активации»?

9. Почему при определении Q10 препараты нагревают, а не охлаждают?

 

 

ТЕМА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

 

Теоретическая часть

 

Моделирование - один из основных методов биофизики. Он используется на всех уровнях изучения живых систем, начиная от молекулярной биофизики, биофизики мембран, биофизики клетки и органов и кончая биофизикой сложных систем.

Разнообразие процессов в живом организме настолько велико, что невозможно получить полное и детальное представление о поведении столь сложной системы. Поэтому исследователь, разрабатывая новые методы лечения, диагностики, фармации, применяет метод моделирования, то есть заменяет некоторый объект (процесс, явление) вследствие его сложности моделью, то есть объектом, подобным ему, но осознанно упрощенным. Практически в каждой теме курса биофизики рассматриваются разнообразные модели, например, жидкостно-мозаичная модель мембраны, модель формирования потенциала действия (модель Ходжкина-Хаксли), модель скользящих нитей при описании сокращения мышцы, модель кровеносной системы (модель Франка) и целый ряд других.

При изучении сложных систем исследуемый объект может быть заменен другим, более простым, но сохраняющим основные, наиболее существенные для данного исследования свойства. Такой более простой объект исследования называется моделью. Модель – это всегда некое упрощение объекта исследования и в смысле его структуры, и по сложности внутренних и внешних связей, но обязательно отражающее те основные свойства, которые интересуют исследователя.

Моделирование — это метод, при котором производится замена изучения некоторого сложного объекта (процесса, явления) исследованием его модели.

На идее моделирования по существу базируется любой метод научного исследования как теоретический, так и экспериментальный.

Основные этапы моделирования можно свести к следующим:

1. Первичный сбор информации. Исследователь должен по­лучить как можно больше информации о разнообразных харак­теристиках реального объекта: его свойствах, происходящих в нем процессах, закономерностях поведения при различных внешних условиях.

2. Постановка задачи. Формулируется цель исследования, основные его задачи, определяется, какие новые знания в результате проведенного исследования хочет получить исследователь. Этот этап часто является одним из наиболее важных и трудоемких.

3. Обоснование основных допущений. Другими словами, упрощается реальный объект, выделяются из характеристик (п. 1) не существенные для целей исследования, которыми можно пренебречь.

4. Создание модели, ее исследование.

5. Проверка адекватности модели реальному объекту. Указание границ применимости модели.

Таким образом, модель как бы согласовывает реальный объект с целью исследования: с одной стороны, упрощает объект, давая возможность провести исследование, но с другой - сохраняет то главное, что интересует исследователя.

В биофизике, биологии и медицине часто применяют физические, биологические, математические модели. Также распространено аналоговое моделирование. Будем классифицировать модели следующим образом.

Физическая модель имеет физическую природу, часто ту же, что и исследуемый объект. Например, течение крови по сосудам моделируется движением жидкости по трубам (жестким или эластичным). При моделировании электрических процес­сов в сердце его рассматривают как электрический токовый диполь. Для изучения процессов проницаемости ионов через биологические мембраны реальная мембрана заменяется искусственной (например, липосомой). Липосома - физическая модель биологической мембраны. Физические устройства, временно заменяющие органы живого организма, также можно отнести к физическим моделям: искусственная почка — модель почки, кардиостимулятор - модель процессов в синусовом узле сердца, аппарат искусственного дыхания - модель легких.

Биологические модели представляют собой биологические объекты, удобные для экспериментальных исследований, на которых изучаются свойства, закономерности биофизических процессов в реальных сложных объектах. Например, закономерности возникновения и распространения потенциала действия в нервных волокнах были изучены только после нахождения такой удачной биологической модели, как гигантский аксон кальмара. Опыт Уссинга, доказывающий существование активного транспорта, был проведен на биологической модели - коже лягушки, которая моделировала свойство биологической мембраны осуществлять активный транспорт. Закономерности сократимости миокарда устанавливают на основе модельных экспериментов на папиллярной мышце.

Математические модели - описание процессов в реальном объекте с помощью математических уравнений, как правило, дифференциальных. Для реализации математических моделей в настоящее время широко используются компьютеры. С помощью ЭВМ проводят так называемые "машинные эксперименты", при исследовании патологических процессов в кардиологии, развития эпидемий и т.д. При этом можно легко изменять масштаб по времени: ускорить или замедлить течение процесса, рассмотреть процесс в стационарном режиме, как это предложено в модели сокращения мышцы (модель Дещеревского), и по пространству. Например, ввести локальную пространственную неоднородность параметров, изменить конфигурацию зоны патологии. Изменяя коэффициенты или вводя новые члены в дифференциальные уравнения, можно учитывать те или иные свойства моделируемого объекта или теоретически создавать объекты с новыми свойствами, так, например, получать лекарственные препараты более эффективного действия. С помощью ЭВМ можно решать сложные уравнения и прогнозировать по­ведение системы: течение заболевания, эффективность лечения, действия фармацевтического препарата и т.д.

В биологии и медицине важное значение имеют модели роста численности и фармакокинетическая модель.

Практическая часть

Цель работы:

1. Научиться составлять и решать (аналитически и с помощью ПК) кинетические уравнения при моделировании процессов изменения численности популяций.

2. Проводить анализ полученных решений, графически представлять результаты.

 

Задание 1. Модель естественного роста (модель Мальтуса)

 

Реальная система: имеется некоторая популяция одного вида (микроорганизмы, зайцы и т.п.), в которой происходят жизненные процессы во всем их многообразии.

Постановка задачи. Найти законы изменения численности популяции во времени.

Основные допущения:

1. Существуют только процессы размножения и естественной гибели, скорости которых пропорциональны численности особей в данный момент времени.

2. Не учитываем биохимические, физиологические процессы.

3. Нет борьбы между особями за место обитания, за пищу (бесконечно большое пространство и количество пищи).

4. Рассматриваем только одну популяцию, нет хищников.

Модель.

Введем величины:

х — численность популяции в момент t;

R — скорость размножения, γ— коэффициент размножения;

S— скорость естественной гибели, σ — коэффициент естественной гибели;

- скорость изменения численности популяции, ε-коэффициент роста.

Тогда R =γx, S =- σх.

Составим дифференциальное уравнение баланса: изменение численности особей в единицу времени определяется количеством рожденных за это время и умерших:

, или

Начальное условие: при t=0 численность особей х = х0, Решим уравнение:

à , отсюда

 

Графики для различных параметров системы приведены на рис. 2.1.

А Б

 

В Г

Рис. 2.1. Изменение численности особей при: А) ε>0, γ>σ, x0=10; Б) ε< 0, γ<σ, x0=100; В) ε= 0, γ=σ; Г) ε=const=0,2.

 

Выполнение работы

1. Запишите закон изменения х(t) для заданных параметров. 2. Рассчитайте с помощью программы Excel или калькулятора х (t). 3. Постройте графики х(t). Кривые х(t) для разных γ должны быть представлены все на одном рисунке, соответственно…

Выполнение работы

1. Запишите закон изменения х(t) для заданных параметров. 2. Рассчитайте с помощью ПК или калькулятора х(t). А Б

Выполнение работы

1) Построить серию графиков зависимостей x(t) и y(t) (на одном рисунке) и соответствующие им фазовые портреты системы. 2) Оцените из графиков период колебаний численностей хищников и жертв. 3) Оцените из графиков, при каких отклонениях от xст и уст гармонические колебания сменяются сложными колебаниями, а…

Контрольные вопросы.

1. Что такое модель? В чем сущность процесса моделирования? Какие преимущества имеет этот метод?

2. Какие типы моделей Вы знаете?

3. Назовите основные этапы моделирования?

4. Что такое допущения в моделях?

5. Понятие об адекватности моделей?

6.Основные положения модели Мальтуса.

7. Основные положения модели Ферхюльста.

8. Основные положения модели Вольтера-Лотки.

 

 

ТЕМА 3. ИНФОРМАЦИЯ И ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ. ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ.

 

Теоретическая часть

 

Информация (от лат. informatio - разъяснение, осведомление) - это один из широко используемых на сегодня терминов, которые употребляет человек в процессе деятельности. Создаются информационные центры, передаются информационные программы, говорят о лавинном росте информационных потоков, сообщается информация «для размышления» и т.д. Практически одновременно и взаимосвязано с появлением кибернетики в XX столетии создается теория информации - раздел кибернетики, посвященный математическому описанию процессов получения, хранения, переработки и передачи информации.

Эта теория возникла в ходе решения задач передачи потоков сообщений по каналам связи в технических системах, и первый фундаментальный труд принадлежит К. Шеннону «Математическая теория связи» (1948 г.). Сегодня понятие «информация» является одной из основных философских категорий, наряду с такими категориями, как материя, энергия, без которых невозможно описание функционирования живых систем.

К основным понятиям теории информации относятся: сообщение, сигнал, количество информации, энтропия, кодирование, пропускная способность канала связи.

Сообщение - это некоторая информация о событиях, закодированная в форме определенного сигнала.

Сигнал - физический носитель информации. Сигналом может быть звук, свет, буква, механический удар и др.

Прежде чем рассмотреть вопрос о количестве информации, необходимо отметить следующие ее свойства:

1. Информация имеет смысл только при наличии ее приемника (потребителя). Если принимающий объект отсутствует, то нельзя говорить о существовании информации. Так, если в комнате работает телевизор, но в ней нет человека, то все, что по­казывается и говорится, не является информацией.

2. Наличие сигнала не обязательно говорит о том, что передается некоторая информация. Информативно только такое сообщение, которое несет в себе что-то неизвестное ранее, в чем нуждается объект, которому оно передается.

3. Информация может передаваться не обязательно только через наше сознание. Она передается и на подсознательном уровне, и на уровне внутренних процессов в организме. Для мышц двигательного аппарата пришедшие к нему нервные импульсы несут информацию о необходимых действиях; для сердца объем крови в диастолу несет информацию о необходимой силе последующего сокращения, перестройка конформации фермента несет информацию для процессов переноса ионов и др.

4. Если событие достоверное (то есть его вероятность р=1), то сообщение о том, что оно произошло, не несет никакой информации для потребителя. Так, если вы в настоящий момент читаете эту страницу и вам кто-то об этом сообщает, то в этом сообщении для вас нет ничего нового, то есть не содержится абсолютно никакой информации.

5. Сообщение о событии, вероятность которого р<1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которое произошло.

Таким образом, чем меньше вероятность некоторого события, тем большее количество информации содержит сообщение о том, что оно произошло.

Так например, если во Вселенной появилась сверхновая звезда, событие крайне маловероятное, об этом сообщают все мировые информационные агентства и газеты, так как в этом сообщении содержится огромное количество информации.

Шеннон дал следующее определение информации:

"Информация, содержащаяся в сообщении, есть мера того количества неопределенности, которое ликвидируется после получения данного сообщения».

Количество информации I (хi), содержащееся в сообщении хi, равно логарифму величины, обратной вероятности Р(хi) этого события:

За единицу информации принято количество информации, содержащееся в сообщении о том, что произошло одно из двух равновероятных событий, то есть если Р(А) = Р(В) = 0,5, то

Это количество информации называют бит.

Пример: Сколько бит информации содержит произвольное трехзначное число?

Первая цифра имеет 9 различных значений от 1 до 9 (т.к. 0 в начале числа незначим), вторая и третья - по 10 значений (от 0 до 9). Тогда

Бит.

В теории информации источник информации задается в виде множества сообщений X1, Х2,...,Хn, с вероятностями соответственно Р1, Р2,...,Рn. В этом случае среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение, определяется по формуле Шеннона: , где i = 1, 2, ... n .

Пример: Рассчитаем количество информации IА и IB в сообщениях о событиях А и В, вероятности которых: Р (А) = 3/4 и Р(В) = 1/4.

Для сообщения A: IA =-log2(3/4) = 0,42 бит.

Для сообщения В: IB = -log2(l/4) = 2,0 бит.

Среднее количество информации на одно сообщение:

бит

Величина I рассматривается как мера неопределенности сведений об источнике информации, которая имела место до приема сообщений и была устранена после их получения.

Эту меру неопределенности называют энтропией (Н) источника информации, приходящейся на одно сообщение. Таким образом:

Среднее количество информации и энтропия Н численно равны, но имеют противоположный смысл.

Чем из большего числа сообщений получатель информации должен сделать выбор, тем большее значение имеет информационная энтропия.

Для источника с единственно возможным сообщением, вероятность которого стремится в 1 (Р→1), энтропия стремится к нулю (Н →0).

Если все к возможных сообщений источника равновероятны (Р(хi) = 1/к), то его энтропия Н максимальна: .

Предполагается, что каждому сообщению соответствует только одно из возможных состояний источника. В этом случае величина Н может служить мерой неорганизованности системы, являющейся источником информации. Чем менее организована система, тем больше число ее возможных состояний и величина максимальной энтропии;

Для примера рассмотрим три источника информации А, В и С, характеризуемые тремя сообщениями каждый: I, II и III с вероятностями, указанными ниже:

Сообщения I II III
А 0,8 0,1 0,1
В 0,4 0,4 0,2
С 0,33 0,33 0,33

Вычислим энтропии источников А, В и С на одно сообщение:

 

Как видим, источник информации С, который характеризуется сообщениями с одинаковыми вероятностями (Р=0,33), имеет самую большую Н = Нmах, то есть самую большую степень неопределенности.

Уровень определенности (детерминированности) источника информации характеризуется величиной R=1-(H/Hmax), где Н - энтропия на одно состояние источника информации, Нmах - максимальная энтропия на одно сообщение, когда все сообщения равновероятны. В нашем примере RC=0, RB = 0,02, RA = 0,4.

Если R=1,0-0,3, источник информации считается детерминированным, R=0,3-0,1 - вероятностно детерминированным, R<0,1 вероятностным (стохастическим). Таким образом, источники В и С - стохастические, а источник А - детерминированный.

Среднее количество информации, которое может получить объект, зависит от характеристик канала связи. Каналом связи может быть провод, световой луч, волновод, нервные волокна, кровеносные сосуды и др. Основной характеристикой канала связи является его пропускная способность. Она будет определяться предельной скоростью передачи информации, измеряемой в бит/с.

Для передачи сообщения по каналу информация кодируется, например, положение флага на флоте, азбука Морзе, последовательность, частота, длительность импульсов в нервной сети и др. На приемной стороне необходим декодер, который осуществляет обратное кодеру преобразование: код сигнала преобразуется в содержание сообщения. Блок-схема канала связи показана на рис. 3.1.

 

Рис. 3.1. Блок-схема канала связи

 

При передаче информации по каналу связи могут происходить ее искажения за счет помех из внешней среды и нарушений в самой линии.

Эффективными способами борьбы с искажениями информации является создание ее избыточности и передача сигналов по большому числу параллельных каналов. Оба эти способа широко используются в организме человека. В нервных сетях всегда обеспечивается дублирование основного сообщения большим числом параллельных сигналов, поэтому количество рецепторов значительно превышает количество нейронов, к которым от них поступают сигналы.

Пропускная способность любых рецепторных аппаратов существенно выше возможностей осознания сенсорной информации. Человеческое сознание пользуется очень малой долей информации, поставляемой в мозг периферическими отделами анализаторов - сенсорными входами. Так, например, максимальный поток информации в процессе зрительного восприятия, осознаваемого человеком, составляет всего 40 бит/с, тогда как информационная емкость потока нервных импульсов в зрительных нервах оценивается величиной 107 бит/с. За счет столь огромной избыточности достигается высокая надежность процессов в организме.

Практическая часть

Задание 1. Изучение информационно-энтропийных характеристик распределения.

Цель данной работы – установить значения энтропии распределения, количества информации, содержащейся в нем, и ее избыточности в состоянии относительного покоя и при выполнении дозированной физической работы.

Материалы и оборудование: Гистограммы распределения (рис.3.2-3.4), калькулятор, таблицы логарифмов.

 

 

 

Рис. 3.2. Динамика обновления эритроцитов сосудистого русла по данным кислотного гемолиза.

 

Ход работы.

    Рис.3.3. Распределения разных популяций людей по их чувствительности к фенилтиомочевине

А

Б

Рис.3.4. Распределение кардиоинтервалов в покое (А) и в ортостазе (Б)

 

 

Для этого:

- рассчитать по предложенным графикам значения частот различных состояний заполнить 2 колонку;

- рассчитать вероятность состояния, заполнить колонку 3;

- рассчитать логарифм вероятности состояния, заполнить колонку 4:

а) Число представляется округленным до двух значащих цифр и в виде произведения (дроби) с цифрой до запятой и 1 – после на сомножители, разложенные на числа от 1 до 9 (лучше – 2,4,8).

71=11,1*8*8; 0,035=3,5/(5*5*4)

б) вычисляется по таблице двоичных логарифмов значение log2числа:

log2(71)=log2(11,1*8*8)=log2(1,1)+ log2(8)+ log2(8)=0,14+3+3=6,14

log2(0,035)=log2(3,5/(5*5*4))=log2(3,5)- log2(5)- log2(5)- log2(4)=1,81-2,32-2,32-2=-4

- рассчитать энтропию различных состояний;

- рассчитать фактическую энтропию, суммируя энтропии различных состояний;

- рассчитать Hmax=log2(1/N);

- рассчитать Hотнфактmax

- рассчитать избыточность (КПД) R=1-Hотн и творчество Ктфакт/(Нmaxфакт)

Сделайте вывод о полученных результатах подсчета относительной энтропии для разных графиков.

 

Задание 2. Изучение информационно-энтропийных характеристик сердечного ритма

 

Цель данной работы – установить значения энтропии сердечного ритма, количества информации, содержащейся в нем, и ее избыточности в состоянии относительного покоя и при выполнении дозированной физической работы.

Деятельность сердца регулируется вегетативной и центральной нервной системой, а также рядом гуморальных и гормональных воздействий. Последние, чаще всего, осуществляются по принципу обратной связи, поэтому продолжительность интервалов R-R на кардиограмме совершает периодические автоколебания. Амплитуда таких колебаний зависит от сиюминутных потребностей организма, поэтому, степень упорядоченности сердечного ритма (СР) может существенно меняться во времени.

В частности, если продолжительность кардиоинтервалов будет постоянна, то СР будет характеризоваться максимальной упорядоченностью и, соответственно, минимальной энтропией. При увеличении амплитуды колебаний СР его упорядоченность падает, а энтропия растет.

Материалы и оборудование: датчик сердечных сокращений с интерфейсной приставкой или кардиограф, калькулятор, таблицы логарифмов.

Ход работы.

2. Для измерения кардиоинтервалов в состоянии покоя сесть. 3. Через 1 минуту, нажав на клавиатуре компьютера клавишу <ENTER>,… 4. Для измерения кардиоинтервалов при выполнении дозированной физической работы встать и повторить операции п. 3.

ТЕМА 4. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОРГАНОВ ЖИВЫХ ОБЪЕКТОВ

 

Теоретическая часть

Функционирование живых клеток сопровождается возникновением трансмембранных электрических потенциалов. Клетки, образуя целостный орган, формируют сложную картину его электрической активности. Она определяется как электрической активностью отдельных клеток, так и взаимодействием между ними, устройством самого органа, неоднородностью структуры этого органа, процессами регуляции в нем и целым рядом других причин. Электрическая активность в большой степени отражает функциональное состояние клеток, тканей и органов. Регистрация и анализ электрической активности позволяют проводить биофизические и медико-биологические исследования с целью изучения работы органов и проведения клинической диагностики.

При переходе от клеточного уровня на органный (следующий уровень организации живых систем) возникает задача описания распределения электрических потенциалов на поверхности этого органа в результате последовательного возбуждения отдельных его клеток. В процессе жизнедеятельности состояние органа, а следовательно, и его электрическая активность меняются с течением времени. Это вызвано, прежде всего, распространением волн возбуждения по нервным и мышечным волокнам. В исследовательских целях можно измерять разность потенциалов непосредственно на поверхности или на внутренних структурах изучаемого органа (сердца, мозга и др.). Однако в клинической практике такое прямое измерение разности потенциалов на органе трудно осуществимо. Но даже в случаях, когда удается измерить разности потенциалов непосредственно на внутренних органах, то их картирование и описание изменений во времени представляет собой трудноразрешимую задачу.

Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используется принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, представляется моделью единого эквивалентного генератора.Считается, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела электрическое поле, которое изменяется в соответствии с изменением электрической активности изучаемого органа.

Термин "эквивалентный" означает, что распределение потенциалов на поверхности тела и их изменение во времени, порождаемое органом, должны быть близки таковым, порождаемым гипотетическим (воображаемым) генератором. Так, например, в теории Эйнтховена сердце, клетки которого возбуждаются в сложной последовательности, представляется токовым диполем (эквивалентный генератор). Причем считается, что изменение потенциалов электрического поля на поверхности грудной клетки, вызываемое изменением электрического момента диполя, такое же, как и от работающего сердца.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией.Два электрода, приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов Acp(t) называется электрограммой.Название электрограммы указывает на органы (или ткани), функционирование которых приводит к появлению регистрируемых изменений разности потенциалов: сердца - ЭКГ (электрокардиограмма), сетчатки глаза - ЭРГ (электроретинограмма), головного мозга - ЭЭГ (электроэнцефалограмма), мышц - ЭМГ (электромиограмма), кожи - КГР (кожногальваническая реакция) и др.

В электрографии существуют две фундаментальные задачи:

1) прямая задача - расчет распределения электрического потенциала на заданной поверхности тела по заданным характеристикам эквивалентного генератора;

2) обратная задача - определение характеристик эквивалентного генератора (изучаемого органа) по измеренным потенциалам на поверхности тела.

Обратная задача - это задача клинической диагностики: измеряя и регистрируя, например, ЭКГ (или ЭЭГ), определять функционально состояние сердца (или мозга).

Практическая часть

 

Задача 1. Изучение работы электрокардиографа

Приборы и принадлежности: электрокардиограф, электроды для конечностей. Наибольшее распространение в медицинской практике в настоящее время получило… Экспериментальные данные показывают, что процесс распространения возбуждения по различным частям сердца сложен.…

МЕТОДИКА

Подготовка испытуемого к исследованию. Испытуемый должен сесть на стул и максимально расслабиться. Предплечья в местах наложения электродов…

ХОД РАБОТЫ

Затем испытуемому предлагают мысленно перемножить два двузначных числа или решить другую несложную математическую задачу (эмоциональная нагрузка).… После восстановления исходного ритма сердцебиений вновь включают запись и… Затем запись выключают и в качестве физической нагрузки про­сят испытуемому сделать несколько приседаний до состояния…

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

В отчете при обсуждении результатов необходимо представить гипотетическую схему нервных влияний на сердце, в результате которых при решении…  

Задача 2. Регистрация ЭЭГ человека и ее изменений при различных функциональных пробах.

Разным уровням сознания (сон, бодрствование), различным физиологическим состояниям мозга соответствуют неодинаковые формы его биоэлектрической… Развитие электроэнцефалографии идет параллельно с усовер­шенствованием методов… Какова природа регистрируемой ЭЭГ мозга человека и живот­ных? Первоначально считали, что сложные ритмы ЭЭГ…

МЕТОДИКА

Существует два способа регистрации ЭЭГ: монополярный (униполярный) и биполярный. При униполярном отведении один из двух электродов, подключаемых на… При биполярном отведении к каждому из каналов подключа­ют два независимых…  

ХОД РАБОТЫ

2. Выбирают способ отведения ЭЭГ — монополярный или би­полярный, и определяют на голове точки, где должны быть расположены электроды. На этих… 3. Подключают электроды к распределительному щитку при­бора. 4. Запись начинают с регистрации калибровочного сигнала, затем записывают ЭЭГ-активность. Следует отметить скорость…

ОБРАБОТКА И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Анализируют полученную запись суммарной электрической активности мозга: подсчитывают частоту и амплитуду импульсов, определяют наличие в ЭЭГ α- и β-ритмов, анализируют результаты функциональных проб.

Литература:

1.Антонов В.Ф. и др. Биофизика. – М.: Владос, 2006.

2. Волькенштейн М.В. Биофизика. – СПбМ.: Лань, 2008.

3. Самойлов В.О. Медицинская биофизика. – СПб: СпецЛит, 2007.

Контрольные вопросы.

1. Что называется потенциалом действия, каковы его функции в организме?

2. Изобразите графически потенциал действия и назовите его основные характеристики.

3. Что такое интегральный электрический вектор сердца и как он изменяется в течение цикла работы сердца?

4. Каковы основные положения теории Эйнтховена?

5. Как регистрируется разность потенциалов на поверхности тела и чем определяется ее величина?

6. Что такое электрокардиограмма? Что такое стандартные отведения ЭКГ?

7. Нарисуйте блок-схему регистрации ЭКГ и объясните назначение каждого блока.

8. Что такое векторкардиография, в чем ее особенности?

9. Что такое электроэнцефалограмма (ЭЭГ), каков метод ее регистрации?

10. Как устанавливаются электроды на поверхность головы при регистрации ЭЭГ?

11. В чем состоит основная трудность визуальной оценки ЭЭГ? Почему для ее анализа необходимы частотные фильтры?

12. В чем смысл разложения сложных колебаний по теореме Фурье? Что такое спектр сложного колебания?

13. Каким образом выделяют альфа-, бета-, тета-, дельта-ритмы при клиническом исследовании электрической активности головного мозга?

14. Что такое карты мощности, как их можно получить с помощью ЭВМ?

 

 

ТЕМА 5. БИОФИЗИКА РЕЦЕПЦИИ

 

Теоретическая часть

 

Рецепцией называют процесс восприятия и трансформации (преобразования) энергии внешнего раздражителя в энергию нервного импульса или в сложную последовательность внутриклеточных процессов.

Клеточная и сенсорная рецепция

Под клеточной рецепцией понимают процесс восприятия и преобразования химического сигнала в сложную последовательность внутриклеточных химических процессов. Клеточная рецепция обеспечивает возможность обмена информации между клетками, который осуществляется при помощи биологически активных веществ (гормонов, медиаторов). Обязательным этапом такого межклеточного взаимодействия является связывание молекул вещества с соответствующей молекулой клетки-мишени, называемой клеточным рецептором. Роль клеточных рецепторов играют специфические белковые молекулы, которые могут быть расположены на поверхности клетки, в цитоплазме или в ядре. Механизмы рецепции медиаторов и гормонов подробно рассматриваются в соответствующих лекциях.

Сенсорной рецепцией называют процесс восприятия и преобразования энергии раздражителей внешней и внутренней среды организма в энергию нервных импульсов, передаваемую по чувствительным нервам в ЦНС. Сенсорный рецептор представляет собой нервную клетку или комплекс нервной и эпителиальной клетки, специально приспособленный для восприятия определенного типа раздражителей. Сенсорные рецепторы являются начальными звеньями любой рефлекторной дуги, а также участвуют в оценке параметров полезного приспособительного результата в функциональных системах организма.

Классификация и строение сенсорных рецепторов

По строению рецепторы подразделяют на первичные и вторичные (рис. 5.1).

К первичным относят такие сенсорные рецепторы, у которых действие раздражителя воспринимается непосредственно периферическими отростками чувствительного нейрона (нервными окончаниями), которые могут быть:

• свободными, т. е. не имеют дополнительных образований;

• инкапсулированными, т.е. окончания чувствительного нейрона заключены в особые образования, осуществляющие первичное преобразование энергии раздражителя.

К вторичным относят такие сенсорные рецепторы, у которых действие раздражителя воспринимается специализированной рецептирующей клеткой не нервного происхождения. Возбуждение, возникшее в рецептирующей клетке, передается через синапс на чувствительный нейрон.

Тело чувствительного нейрона обычно располагается за пределами ЦНС: в спинномозговом или вегетативном ганглии. От такого нейрона отходят два отростка – дендрит, который следует к периферическим органам и тканям, и аксон, который направляется в спинной мозг.

 

Рис. 5.1. Первичные и вторичные рецепторы.1– тело чувствительного нейрона; 2 – периферический отросток чувствительного нейрона(дендрит); 3 – центральный отросток чувствительного нейрона (аксон);4 глиальная капсула; 5 – рецептирующая клетка; 6 – синапс между рецептирующей клеткой и чувствительным нейроном

 

По расположению сенсорные рецепторы подразделяют на:

• экстерорецепторы – воспринимают раздражители из внешней среды организма;

• интерорецепторы – воспринимают раздражители из внутренней среды организма;

• проприорецепторы – специализированные рецепторы опорнодвигательной системы.

По разнообразию воспринимаемых раздражителей сенсорные ре­цепторы подразделяют на:

• мономодальные – приспособлены для восприятия только одного вида раздражителя;

• полимодальные – приспособлены для восприятия различных видов раздражителей.

По модальности сенсорные рецепторы подразделяют на:

• хеморецепторы – воспринимают действие химических веществ;

• фоторецепторы – воспринимают световые раздражители;

• механорецепторы – воспринимают давление, вибрацию, перемещение, степень растяжения;

• терморецепторы – чувствительны к изменениям температуры;

• ноцицепторы – воспринимают болевое раздражение.

Преобразование энергии в сенсорном рецепторе

Этапы преобразования энергии внешнего раздражителя в энергию нервных импульсов.

• Генерация рецепторного потенциала. В результате изменения ионной проницаемости происходит изменение мембранного потенциала (деполяризация или… • Распространение рецепторного потенциала. В первичном рецепторе РП… • В области перехвата Ранвье РП (в первичном рецепторе) или ВПСП (во вторичном рецепторе) преобразуется в серию ПД…

Рис. 5.2. Преобразование энергии внешнего раздражителя в рецепторный потенциал и серию нервных импульсов при действии слабого (А ) и сильного (Б) раздражителя.

Свойства рецепторов

Специфичность. Большинство рецепторов приспособлены для восприятия только одного вида раздражителей (только одной модальности). Специфичность таких мономодальных рецепторов не является абсолютной – практически любой рецептор реагирует на разные раздражители. Однако пороговая сила того раздражителя, к восприятию которого рецептор приспособлен, значительно ниже таковой для всех прочих раздражителей. Рецепторы одной и той же модальности могут подразделяться на несколько групп в зависимости от характеристик воспринимаемого раздражителя. Например, колбочки сетчатки глаза распадаются на 3 подгруппы – колбочки с максимальной чувствительностью к свету с длиной волны 450, 530 и 560 нм.

Чувствительность. Количественной мерой чувствительности сенсорного рецептора является абсолютный порог чувствительности – минимальная сила раздражителя, способная вызвать возбуждение рецептора.

Адаптацией называют явление ослабления возбуждения в рецепторе при действии длительного раздражителя постоянной силы.

В зависимости от скорости адаптации рецепторы подразделяют на:

• тонические (пропорциональные) рецепторы генерируют нервные импульсы в течение всего времени действия раздражителя; после высокочастотного залпа в начале действия раздражителя частота нервных импульсов устанавливается на постоянном уровне (рис. 5.3, А);

• промежуточные (фазнотонические) рецепторы генерируют нервные импульсы в течение всего времени действия раздражителя, однако их частота существенно уменьшается (рис. 5.3, Б);

фазные (дифференциальные) рецепторы генерируют нервные импульсы в начальный (ON-ответ) и конечный (OFF-ответ) период действия раздражителя (рис. 5.3, В).

 

 

Рис. 5.3. Адаптация тонических ( А ), промежуточных ( Б ) и фазных рецепторов ( В ) к длительно действующему раздражителю постоянной силы.

Рецептивное поле

Рецептивным полем нейрона называют множество рецепторов, функционально связанных с этим нейроном. Рецептивное поле нейрона представляет собой динамическое образование – один и тот же нейрон в различные моменты времени может оказаться функционально связанным с различным количеством рецепторов. Максимальная величина рецептивного поля какого-либо нейрона соответствует количеству рецепторов, которые связаны с эти нейроном морфологически, а минимальная величина может ограничиваться всего одним рецептором (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Рецептивные поля нейронов.А – максимальное рецептивное поле нейрона 2; Б– минимальное рецептивное поле нейрона 2; В– рецептивное поле нейрона 3; 1 – рецептирующая клетка.

 

Перекрытие рецептивных полей.У первичных рецепторов зоны ветвления периферических отростков чувствительных нейронов могут перекрывать друг друга (рис. 5.5, А). У вторичных рецепторов одна рецептирующая клетка может контактировать с несколькими чувствительными нейронами, т. е. может входить в состав рецептивных полей различных нейронов (рис. 5.5, Б).

 

Рис. 5.5. Перекрытие рецептивных полей чувствительных нейронов первичных и вторичных рецепторов.

 

Взаимодействие рецепторов в рецептивном поле. При одновременном раздражении нескольких рецепторов, входящих в состав рецептивного поля одного нейрона, в этом нейроне можно получить ответ только от одного рецептора. В других рецептивных полях имеют место более сложные взаимодействия. Например, в сетчатке глаза существуют тормозные взаимодействия между рецепторами, расположенными в центральной и периферической части рецептивного поля.

Экспериментальная часть

 

Задание 1. Изучение спектральной характеристики уха на пороге слышимости.

Цель работы:

1. Научиться объяснять зависимость физиологических характеристик ощущения звука от физических характеристик звуковой волны.

2. Построить кривую порога слышимости и аудиограмму.

Звук представляет собой колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц, распространяющиеся в упругой среде. Источником звука может быть колеблющееся тело, частота колебаний которого лежит в диапазоне звуковых частот (камертон, звонок, струна и т. п.).

Звуки делятся на тоны, шумы и звуковые удары. Различают простые и сложные тоны. Простой тон — это звуковое колебание, происходящее по гармоническому закону. Основной его характеристикой является частота. Если тон представляет собой негармоническое колебание, то он называется сложным. Простой тон дает камертон, сложный — музыкальные инструменты или голосовой аппарат. Сложный тон можно разложить на простые, при этом тон наименьшей частоты называется основным, а остальные — обертонами. Набор частот с указанием их интенсивности называется акустическим спектром сложного тона. Спектр сложного тона — линейчатый (рис. 5.6А).

Шум — звук, отличающийся сложной временной зависимостью. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума сплошной (рис. 5.6,Б). Звуковой удар — это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.п.

А Б

Рис.5.6 Спектры сложного тона

 

Энергетической характеристикой звука является интенсивность. Нормальное человеческое ухо воспринимает очень широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от 1012Вт/м2 (порог слышимости) до 10 Вт/м2 (порог болевого ощущения).

Для оценки интенсивности звука применяют логарифмическую шкалу — шкалу уровней интенсивности. Уровень интенсивности

L=lg(I/I0) (Б)или L=10*lg(I/I0) (дБ),

где I — интенсивность звука, I0 — стандартная наименьшая интенсивность, принимаемая за начальный уровень шкалы (I0 = 10-12Вт/м2).

Уровень интенсивности выражают в белах (Б) или децибелах (дБ). За 1 Б принимают уровень интенсивности звука, интенсивность которого в 10 раз больше I0.

Субъективной физиологической характеристикой звука является громкость Е, которая характеризует уровень слухового ощущения. В основе измерения громкости лежит психофизический закон Вебера Фехнера. Согласно этому закону, при увеличении раздражения в геометрической прогрессии ощущение этого раздражения возрастает в арифметической про­грессии. Из этого закона следует, что громкость звука Е пропорциональна логарифму отношения интенсивностей звуков:

E=10k*lg(I/I0) (фон), где k — некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности.

Громкость выражают в фонах (фон). Принято считать, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и уровня интенсивности совпадают.

Для нахождения соответствия между громкостью и интенсивностью звука на разных частотах используют кривые равной громкости (рис. 5.7).

 

Pис.5.7. Кривые равной громкости

 

Их строят на основании средних данных, полученных у людей с нормальным слухом. Нижняя кривая соответствует интенсивностям минимальных звуков, соответствующих возникновению слухового ощущения в условиях тишины — порогу слышимости для каждой частоты. Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения для каждой частоты — интенсивности, вызывающей в ухе ощущение боли. Пороги болевого ощущения мало зависят от частоты звука.

Метод измерения остроты слуха называют аудиометрией. При аудиометрии на приборе (аудиометре) определяют порог восприятия Ln на разных частотах:

Ln=10*lg(I0/Imin) (дБ),где I0/Imin — пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения у испытуемого.

Полученная зависимость порога восприятия Lп от частоты v тона называется спектральной характеристикой уха на пороге слышимости или аудиограммой. При проведении аудиометрии отсчет порога восприятия ведется от нулевого уровня, который соответствует среднему порогу слышимости для молодых людей с нормальным слухом. Изменение порога восприятия по сравнению с нулевым уровнем указывает на отклонение слуха у испытуемого от среднестатистической нормы. Отклонения порога восприятия от нулевого уровня на ± 10 дБ считаются лежащими в пределах нормы.

В медицинской практике принято при построении аудиограмм ось Ln направлять вниз (рис. 5.8.), в этом случае отклонение кривых от нулевого уровня наглядно характеризует снижение слуха у испытуемого. На рисунке 5.8 в качестве примера изображены аудиограммы человека, у которого наблюдается снижение слуха для правого уха на 40—60 дБ по сравнению с нормой, а левое ухо соответствует норме.

 

 

 

Рис.5.8. Аудиограмма.

 

Аудиометр представляет собой звуковой генератор чистых то­нов различной частоты и интенсивности. Структурная схема аудиометра приведена на рисунке 5.9.

Рис.5.9. Схема аудиометра

Основной частью прибора является генератор 2 электрических колебаний звуковой частоты, напряжение на который подается от сети через блок питания I. Переключатель частот 4 позволяет получить гармонические колебания различной частоты в звуковом диапазоне. Интенсивность изменяется дискретно регулятором 3. В наушниках 6 происходит преобразование электрических колебаний в звуковые сигналы. Переключатель головных телефонов 5 позволяет подавать сигнал раздельно на правый и левый головной телефон.

Цель данной работы – изучить некоторые физиологические характеристики звуковых колебаний и познакомиться с основами аудиометрии.

Оборудование:1. Аудиометр.

2. Головные телефоны.

3.Вибратор

Подготовка к работе

• Подключите телефон, вибратор, кнопку пациента и сетевой шнур к соответствующим разъёмам на задней панели аудиометра. • Подключите аудиометр к сети. • Включите аудиометр (сетевой тумблер находится на задней панели). На индикаторе аудиометра появится следующее…

Порядок работы

Внимание! Перед началом обследования каждого обследуемого нажмите кнопку СБРОС, при этом результаты предыдущего обследования из памяти аудиометра будут удалены.

Воздушное звукопроведение

• Нажатием кнопки ЛЕВ или ПРАВ выберите ухо, на котором будете проводить обследование. • Установите частоту тона кнопками ЧАСТОТА ▲▼ , а уровень… Уровень прослушивания можно изменить, удерживая нажатыми кнопки УРОВЕНЬ СИГНАЛА▲▼.

Костное звукопроведение

• На индикаторе появится следующее изображение: ТОН: 1000Hz 20dB ШУМ: ШП 20dB КОСТН. ВЫБЕРИТЕ УХО • Нажатием кнопки ЛЕВ или ПРАВ выберите ухо, на котором будете проводить… • Установите вибратор на мастоид со стороны выбранного уха.

Контрольные вопросы

1. Физические характеристики звуковой волны (частота, акустический спектр, интенсивность, звуковое давление). Единицы измерения частоты, интенсивности, звукового давления (в СИ).

2. Физиологические характеристики ощущения звука (высота тона, тембр, громкость), их зависимость от физических характеристик звуковой волны.

3. Логарифмические шкалы уровней: интенсивности, звукового давления и громкости (бел, децибел, фон).

4. Закон Вебера-Фехнера. Пороги слышимости, дискомфорта, боли.

5. Как зависит уровень громкости от частоты при постоянной интенсивности?

6. Объяснить физический смысл графика кривых равной громкости.

7. Что называется аудиограммой?

8. Найти понижение (потерю) слуха на аудиограмме при заданной частоте?

9. Даны аудиограммы двух человек А и С. У кого из них слух лучше?


 

 

Подписано в печать _________ г. Формат 60-84 1/16. Бумага офсетная № 1.

Печать ротапринтная. Печ.л._ Уч.-изд. л._. Тираж_экз.

Заказ №_.

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет». 650043, Кемерово,
ул. Красная, 6.

Отпечатано в типографии издательства «Кузбассвузиздат». 650043,
Кемерово, ул. Ермака, 7.

 

– Конец работы –

Используемые теги: биофизике0.039

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: По биофизике

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Биофизика
Биофизика... вариант...

«Биофизика и медицинская аппаратура»
Профессионального образования... Северо Осетинская Государственная медицинская академия... Министерства здравоохранения и социального развития РФ...

Биофизика кровообращения
Введение... Разрабатывая данный курс в рамках специальности Биомедицинская техника пришлось столкнуться с проблемой как...

БИОФИЗИКА
На сайте allrefs.net читайте: БИОФИЗИКА. БИОФИЗИКА...

Биофизика как наука
Биологические системы характеризуются наличием большого количества градиентов осмотический электрический концентрационный... Градиент какого либо т д параметра изменяется с расстоянием... Рисунок...

БИОФИЗИКА
БИОФИЗИКА... УЧЕБНО МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС...

ФИЗИОЛОГИЯ И БИОФИЗИКА ВОЗБУДИМЫХ КЛЕТОК
Лимфа образуется путем фильтрации тканевой жидкости через стенку лимфатических капилляров В лимфатической системе циркулирует около литров лимфы... Поддерживает постоянство объема тканевой жидкости путем удаления е... Перенос питательных веществ в основном жиров от органов пищеварения к тканям...

Биофизика кровообращения
Введение... Разрабатывая данный курс в рамках специальности Биомедицинская техника пришлось столкнуться с проблемой как...

Биофизика как наука. Определение, предмет, основные разделы. 2. Структурные основы цитоплазматической мембраны её биологическое значение
Биофизика раздел физики и современной биологии изучающий физические аспекты существования живой природы на всех е уровнях начиная от молекул и... Биологические объекты как правило очень сложны и на протекающие в них...

Кафедра медицинской биофизики и информатики
Кафедра медицинской биофизики и информатики МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ... Задание Удаление объектов... Откройте папку Учебная Выделите ярлык нажмите кнопку Del Закройте окно папки...

0.03
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Современные методы биологических исследований. Практикум по биофизике под ред. Рубина Литература... Самойлов В О Медицинская биофизика СПб Спец лит... Владимиров Ю А Биофизика М Медицина...
  • Роль биофизики и физики в теоретическом развитии биологии и ветеринарных дисциплин Значение биофизики и физики в познании свойств живых организмов, применение физических законов и биофизических методов в диагностике и… Изолированные системы, термодинамическое равновесие. Первое начало… Энтропия, ее статистический смысл. Живые организмы как стационарные, неравновесные, открытые системы. Принцип…
  • Шпаргалки по биофизике Эффекты фоторепарации и фотозащиты. 24. В чем сущность метода определения электроемкости при замыкании на сопротивление 25. Колебательные процессы… Автоколебательные процессы. 26. Структурная организация и функционирование… Энтропия. 35. Рецепция медиаторов и гормонов. Проблема клеточного узнавания.
  • физика и биофизика На использовании интерференции света основано действие интерферометров и интерференционных спектроскопов; метод голографии также основан на… Интерференцию поляризованных лучей широко используют в кристаллооптике для… Тогда неровности поверхности размером до 10-6 см вызовут заметные искривления интерференционных полос, образующихся…
  • ФИЗИОЛОГИЯ И БИОФИЗИКА ВОЗБУДИМЫХ КЛЕТОК На сайте allrefs.net читайте: "ФИЗИОЛОГИЯ И БИОФИЗИКА ВОЗБУДИМЫХ КЛЕТОК"