Расскажите и опишите процесс формирования потенциала действия.
1. Расскажите и опишите процесс формирования потенциала действия. Охарактеризуйте его основные фазы, какими трансмембранными процессами они обусловлены, как вычислить амплитуду потенциала действия, что такое рефрактерный период?
Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).
Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=Iпор).
Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).
Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: фм=ф0+U, где ф0 – потенциал покоя.
Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.
Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.
Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Екр.
Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.
Если сила раздражителя ниже порога возбуждения фм<Екр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Екр.
Если фм>=Екр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.
Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na+ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Екр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na+ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до фmax. Тогда Na+ накалы закрываются.
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризации РК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К+ из клетки.
Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.
Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К+ каналов при возбуждении клетки.
Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: фд=фmax-ф0. Для каждых клеток она своя.
Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.
Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.
Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.
2. Какова природа а- и в-излучения. В чём разница их взаимодействия с в-вом?
а-излучение – поток а-частиц, которые представляют собой ядра атома гелия (42а). Малая глубина проникновения. Обладают высокой ионизирующей способностью, поэтому очень опасны. По мере продвижения а-частиц в в-во плотность ионизации возрастает и, достигнув max почти в конце пробега, затем резко падает.
Средний линейный пробег а-частицы в воздухе – несколько сантиметров, в жидкостях и биологических тканях – 10-100мкм.
При взаимодействии с в-вом возникают, кроме ионизации: возбуждение атомов, характеристическое рентгеновское излучение.
В-излучение – это поток в-частиц, которые представляют собой электроны или позитроны. По сравнению с а-частицами обладают меньшим зарядом, массой и ионизирующей способностью. Глубина проникновения в-излучения в мягкие ткани 10-15мм. Кроме ионизации, может возникать тормозное рентгеновское излучение.
Позитроны в в-ве при встрече с электронами аннигилируют с образованием 2-ух y-квантов.
3. Уровень громкости звука частотой 1000 Гр после его прохождения через стену понизился от 80 до 40 фон. Во сколько раз уменьшилась интенсивность звука?
E=kL, где k- коэф. пропорциональности, L- уровень интенсивности.
При v=1000, k=1, E=L.
Е1=10lg(I1/I0); 80=10lg(I1/10-12), где I0 – min порог слышимости. I1=10-4
Е2=10lg(I2/I0); 40=10lg(I2/10-12), I2=10-8. I1/I2=10-4/10-8=104 раз.
Ответ: уменьшится в 104 раз.
4. Приведите график и формулу зависимости величины порогового тока при электростимуляции тканей от длительности электрического импульса.
Физиологический ответ возбудимой ткани на действие электрического тока (генерация потенциала действия в клетках, возникновение нервных импульсов) возникает, когда сила тока Iстим>=Iпор. Но при этом сила тока не должна превышать безопасных значений: Iпор<Iстим<Iпораж.
Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока.
Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при tu>=tполезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени.
Хроноксия tхр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: Iпор=2R.
Зависимость порогового тока от длительности tu прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнением Вейса-Лапика: Iпор=a/tu+b, где а и b –константы, зависящие от вида ткани.
1) при tu стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА];
2) при tu=tхр, то Iпор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rtхр.
5. Как зависит линейный показатель ослабления от длины волны рентгеновского излучения и от св-в в-ва? Как он связан с толщиной слоя половинного ослабления?
При прохождении рентгеновского излучения через в-во происходит уменьшение его интенсивности прошедшего излучения за счёт двух процессов: поглощения и рассеяния рентгеновских квантов в в-ве.
Интенсивность излучения, прошедшего слой в-ва толщиной Х, уменьшается по экспоненциальному закону:
Iпрош=I0e-µх, где µ – линейный показатель ослабления, характеризующий убыль интенсивности рентгеновских лучей за счет поглощения и рассеяния: µ=µп+µр.
Линейный показатель ослабления прямо пропорционален плотности в-ва (µ-р).
Массовый показатель ослабления µм=µ/p – не зависит от плотности в-ва и определяется только порядковым номером Z атомов этого в-ва и длиной волны рентгеновского излучения: µм=kL3Z3.
Длинноволновое рентгеновское излучение поглощается гораздо сильнее, чем коротковолновое. Элементы с большим Z поглощают рентгеновское излучение значительно сильнее, чем с малым.
Для оценки проникающей способности рентгеновского излучения используют понятие слоя половинного ослабления d1/2 –толщина слоя в-ва, которая ослабляет интенсивность прошедшего излучения в 2 раза.
При х= d1/2, будет I=I0/2. I0/2= I0e-µd1/2, d1/2=ln2/µ.
Слой половинного ослабления зависит как от св-в в-ва, так и от жесткости (длины волны) излучения.
Например, для рентгеновского тормозного излучения с энергией кванта hv=60кэВ, слой половинного ослабления составляет для воды -10мм, а для алюминия – 1мм.
6. Чему равен угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора, если интенсивность естественного света прошедшего через эти призмы, уменьшилась в 4 раза. Поглощение света пренебречь.
Закон Малюса: Iпрош=I0cos2ф, для естественного света Iпрош=1/2I0cos2ф, cosф=0,707. Ответ: 450.
Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).
Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=Iпор).
Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).
Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: фм=ф0+U, где ф0 – потенциал покоя.
Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.
Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.
Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Екр.
Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.
Если сила раздражителя ниже порога возбуждения фм<Екр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Екр.
Если фм>=Екр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.
Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na+ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Екр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na+ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до фmax. Тогда Na+ накалы закрываются.
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризации РК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К+ из клетки.
Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.
Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К+ каналов при возбуждении клетки.
Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: фд=фmax-ф0. Для каждых клеток она своя.
Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.
Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.
Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.
2. Какова природа а- и в-излучения. В чём разница их взаимодействия с в-вом?
а-излучение – поток а-частиц, которые представляют собой ядра атома гелия (42а). Малая глубина проникновения. Обладают высокой ионизирующей способностью, поэтому очень опасны. По мере продвижения а-частиц в в-во плотность ионизации возрастает и, достигнув max почти в конце пробега, затем резко падает.
Средний линейный пробег а-частицы в воздухе – несколько сантиметров, в жидкостях и биологических тканях – 10-100мкм.
При взаимодействии с в-вом возникают, кроме ионизации: возбуждение атомов, характеристическое рентгеновское излучение.
В-излучение – это поток в-частиц, которые представляют собой электроны или позитроны. По сравнению с а-частицами обладают меньшим зарядом, массой и ионизирующей способностью. Глубина проникновения в-излучения в мягкие ткани 10-15мм. Кроме ионизации, может возникать тормозное рентгеновское излучение.
Позитроны в в-ве при встрече с электронами аннигилируют с образованием 2-ух y-квантов.
3. Уровень громкости звука частотой 1000 Гр после его прохождения через стену понизился от 80 до 40 фон. Во сколько раз уменьшилась интенсивность звука?
E=kL, где k- коэф. пропорциональности, L- уровень интенсивности.
При v=1000, k=1, E=L.
Е1=10lg(I1/I0); 80=10lg(I1/10-12), где I0 – min порог слышимости. I1=10-4
Е2=10lg(I2/I0); 40=10lg(I2/10-12), I2=10-8. I1/I2=10-4/10-8=104 раз.
Ответ: уменьшится в 104 раз.
4. Приведите график и формулу зависимости величины порогового тока при электростимуляции тканей от длительности электрического импульса.
Физиологический ответ возбудимой ткани на действие электрического тока (генерация потенциала действия в клетках, возникновение нервных импульсов) возникает, когда сила тока Iстим>=Iпор. Но при этом сила тока не должна превышать безопасных значений: Iпор<Iстим<Iпораж.
Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока.
Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при tu>=tполезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени.
Хроноксия tхр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: Iпор=2R.
Зависимость порогового тока от длительности tu прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнением Вейса-Лапика: Iпор=a/tu+b, где а и b –константы, зависящие от вида ткани.
1) при tu стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА];
2) при tu=tхр, то Iпор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rtхр.
5. Как зависит линейный показатель ослабления от длины волны рентгеновского излучения и от св-в в-ва? Как он связан с толщиной слоя половинного ослабления?
При прохождении рентгеновского излучения через в-во происходит уменьшение его интенсивности прошедшего излучения за счёт двух процессов: поглощения и рассеяния рентгеновских квантов в в-ве.
Интенсивность излучения, прошедшего слой в-ва толщиной Х, уменьшается по экспоненциальному закону:
Iпрош=I0e-µх, где µ – линейный показатель ослабления, характеризующий убыль интенсивности рентгеновских лучей за счет поглощения и рассеяния: µ=µп+µр.
Линейный показатель ослабления прямо пропорционален плотности в-ва (µ-р).
Массовый показатель ослабления µм=µ/p – не зависит от плотности в-ва и определяется только порядковым номером Z атомов этого в-ва и длиной волны рентгеновского излучения: µм=kL3Z3.
Длинноволновое рентгеновское излучение поглощается гораздо сильнее, чем коротковолновое. Элементы с большим Z поглощают рентгеновское излучение значительно сильнее, чем с малым.
Для оценки проникающей способности рентгеновского излучения используют понятие слоя половинного ослабления d1/2 –толщина слоя в-ва, которая ослабляет интенсивность прошедшего излучения в 2 раза.
При х= d1/2, будет I=I0/2. I0/2= I0e-µd1/2, d1/2=ln2/µ.
Слой половинного ослабления зависит как от св-в в-ва, так и от жесткости (длины волны) излучения.
Например, для рентгеновского тормозного излучения с энергией кванта hv=60кэВ, слой половинного ослабления составляет для воды -10мм, а для алюминия – 1мм.
6. Чему равен угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора, если интенсивность естественного света прошедшего через эти призмы, уменьшилась в 4 раза. Поглощение света пренебречь.
Закон Малюса: Iпрош=I0cos2ф, для естественного света Iпрош=1/2I0cos2ф, cosф=0,707. Ответ: 450.