Автоволновые процессы в активных средах

 

Студент должен знать: определение автоволнового процесса и активной среды, механизмы распространения автоволн в однородных и неоднородных средах; свойства автоволн; математические модели генерации и распространения возбуждения, простейшую модель Винера-Розенблюта; понятия: рефрактерности, аннигиляции, ревербератора, автоволнового вихря [10].

 

Контрольные вопросы

1. Волна возбуждения (автоволна), распространяясь по активной среде (например, по структуре миокарда) не затухает:

а) за счет передачи энергии от одной клетки к другой;

б) за счет высвобождения энергии, запасенной каждой клеткой;

в) в результате передачи механической энергии сокращения миокарда;

г) в результате использования энергии электрического поля.

2. Длина волны возбуждения в активной среде зависит от:

а) амплитуды потенциала действия кардиомиоцита;

б) от скорости распространения волны по миокарду;

в) от частоты импульсов пейсмекера;

г) от длительности рефрактерного периода возбуждения клетки.

3. Циркуляция автоволны длительностью l в кольце с периметром l может возникнуть при условии:

а) l=2 l; б) l >> l; в) l < l.

4. Если в неоднородной активной среде имеются зоны с рефрактерностями R ₁ и R ₂ (R ₂ > R ₁,) и импульсы от пейсмекера следуют с периодом Т, то трансформация ритма может возникнуть при условии:

а) Т < R ₂; б) T > R ₁; в) T = R ₂ - R ₁.

5. Две волны возбуждения движутся по активной среде (миокарду). Их параметры заданы на рисунке 1. В какую сторону движутся волны? Каково условие прохождения волны «2» в зону R ₁ (пунктирная линия – граница между зонами с рефрактерностями R ₁ и R ₂; скорости волн V одинаковы)?

 

 

Рисунок 2

 

 

а) обе волны движутся влево; г) VR ₁ > V t₂;

б) волны движутся навстречу; д) VR ₁ < V t₂;

в) волны взаимно удаляются; е) VR ₁ > VR ₂.

6. Возникновение спирального источника волны возбуждения (ревербератора) в некоторой зоне миокарда вызывает в окрестности этой зоны:

а) увеличение частоты сокращений;

б) уменьшение частоты сокращений;

в) не изменяет частоту сокращений;

г) прекращает сокращения в зоне.

7. Вероятность возникновения множества спиральных источников волн возбуждения в сердце (фибрилляция) возрастает, если:

а) увеличивается сократимость миокарда;

б) появляются зоны неоднородности по рефрактерности;

в) появляются зоны неоднородности по скорости проведения волны;

г) появляются дефекты в работе клапанов;

д) возникают частые ранние импульсы возбуждения.

 

ОТВЕТЫ

Ответы к контрольным вопросам

Глава 1. 2 – в; 3 – а, г; 6 – д; 7 – а; 8 – в; 10 – д; 11 – в; 12 – в.

Глава 2. 2 – а; 3 – г; 4 – б; 6 – в; 7 – а; 8 – д; 9 – а; 11 – б; 12 – ( 1) белки, (2) нуклеиновые кислоты.

Глава 3. 3 – г; 4 – а; 5 – б; 6 – б; 7 –а; 9 – в; 12 – (1) монослой, (2) липосома, (3) липидная бислойная мембрана; 13 – (1) б, (2) а, в, г.

Глава 4. 1 – б; 2 – в, г; 3 – д; 4 –а; 5 – в; 6 – б, г; 7 – а; 9 – б, г; 10 – г.

Глава 5. 1 – д; 2 – а; 3 – г; 4 – а; 6 – г, е; 8 – б; 10 – в; 12 – б; 13 – б; 15 – а, в; 16 – а, в; 17 – а, б; 18 – а, в, д; 19 – а, в, г; 20 – (1) канала, (2) активного транспорта; 21 – (1) два, (2) из внутриклеточной среды, (3) наружу (в саркоплазматический ретикулум); 22 – (а) С ₂ = С ₁, (б) С ₂ >> С ₁; 23 – г; 24 – г.

Глава 6. 2 – в; 3 – г; 5 – г; 6 – б; 7 – а; 8 – а; 9 – б; 11 – д; 12 – д; 13 – в; 15 – в; 16 – в; 17 – б; 18 – б; 19 – а; 20 – а; 21 – а; 22 – б; 23 – а; 24 – а, г; 30 – 10 раз возникнет потенциал действия; 100 раз; каждый второй импульс останется без ответа.

Глава 7. 1 – д; 2 – б; 3 – а; 4 – г; 5 – а, б; 6 – г; 10 – б; 11 – в; 12 – б; 13 –а; 14 – в; 15 – б; 16 – б; 17 – (1) дипольный, (2) момент, (3) D = ql; 19. – (1) электрическим, (2) эквивалентным, (3) генератором; 20 – (1) механизма, (2) возникновения; 21 – (1) состояния, (2) органа; 22 – (1) геометрическое, (2) место.

Глава 8. 1 – г; 2 – в; 3 – а; 4 – б; 5 – а; 6 – д; 7 – г; 8 – (1) изотонический, (2) изометрический; 11 – (1) больше, (2) два, (3) q_x = ax; 14 – в; 15 – б-а-г-д-в; 17 – г; 18 – д.

Глава 9. 1 – б; 2 – б, г; 3 – в; 4 – а; 5 – б, д; 6 – а; 7 – б, в, д.

 

 

Ответы к задачам

Глава 1. 1. Δ S =5 кДж/К; 2. с_o / с_i =3,2; 3. Δφ=-88мВ; 4. =-12,7 кДж/моль; 5. β =225 кВт; 6. Δ G = 11,9 кДж/моль; 7. t =18 ^oC.

Глава 2. 1. не изменится; 2. 2^1/2 h₀; 4. W _воды = 2,6 кДж/моль; W _белка = 58,3 кДж/моль; W _тепл ~ 2,5 кДж/моль; 5. W _дд = -72 кДж/моль; 7. r ₀ = 0,32 нм; 8. E _min=-0,98 кДж; 9. Δ S = 550 Дж/К; 10. 4·10^-4; 11. E =1·10⁴ В/м.

Глава 3. 1. ε =1,9; 2. τ=17 нс; ν=5,9·10⁷ c^-1; 3. S _ср.кв. = 0,2 мкм; 4. А =0,65 нм²; 5. N =1,68·10⁴; 6. t _пл=15,5 ^oC; 7. N = 2,86·10⁶; 8. e=8,5; 9. l =8 нм.

Глава 4. 1. в два раза; 2. I =191 ммоль/л; r _D=7·10^-10 м;

3. а) r _D1(KCl)=8,39·10^-9 м; r _D2(CaCl₂)=5,90·10^-10 м; r _D1/ r _D2=14,2;

б) r _D1(NaCl)=2,35·10^-9 м; r _D2(MgCl₂)=2,44·10^-9 м; r _D1/ r _D2=0,96.

Глава 5. 1. K =156; 2. D =5,7*10^-9 м²/с; 3. P =0,33 м/с; 4. D G =11,4 кДж/моль; 5. Dφ=61,5 мВ; 6. c ₁ / c ₂=100; 7. в 7 раз; 8. Dφ_D=-1,7 мВ; 9. в 95 раз; 10. D G =85,8 кДж/моль; 11. D =2·10^-10 м²/с; 12. P =16·10^-4 м/с; 13. J =0,03 моль/(м²·с); 14. J =8·10³ моль/(м²·с); 15. P =8·10^-4 м/с; 16. Dφ=62 мВ; 17. 37.

Глава 6. 1. Dφ =-100 мВ; 2. t =37 °С; 3. в 30 раз; 4. Dφ =50 мВ; 5. Dφ_K=-101 мВ, Dφ_Na=+59мВ, Dφ_п=-66 мВ, Dφ_д=+52 мВ; 9. Dφ =18 мВ; 10. x =125 мкм; 11. l=43 мкм; 12. D =405 мкм; 13. а) Dφ = 53 мВ; б) Dφ = 11мВ; 14. r=1%; 15. -83 мВ.

Глава 7. 2. D =1,9·10^-5 [A·м]; 3. Dφ = 0,14 cos(2pt) [мВ].

Глава 8. 1. Q =294 мДж; 2. m =30,6 кг; 3. N _пол=15 Вт; 4. N _общ=0,4 Вт; 5. a = 0,18Н b =13,6мм/с; 6. P =0,3 Н.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Учебник. – 2-е изд. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 704 с.

2. Самойлов В.О. Медицинская биофизика: Учебник. - СПб: СпецЛит, 2004. – 495 с.

3. Рубин А.Б. Биофизика: Учебник для вузов: В 2 т. / МГУ им.М.В. Ломоносова.- 3-е изд., испр. и доп.- М.: Изд-во МГУ: Наука, 2004. - Т. 1: Теоретическая биофизика. – 2004. – 462 с.

4. Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В. Лекции по медицинской биофизике: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ; ИКЦ «Академкнига», 2007. – 432 с.

5. Эбелинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции: Пер.с нем./Пер. Данилов Ю.А. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 326 с.

6. Щукин С. И. Основы биофизики. Ч.1.: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 36 с.

7. Волькенштейн М.В. Биофизика. – 3-е изд. – СПб.: Лань, 2008. – 425 c.

8. Мушкамбаров Н.Н. Элементы математики и физической химии для биологов. – М.: Моск. мед. гос. акад. им. И.М.Сеченова, 2001. – 439 с.

9. Рубин А.Б. Биофизика: Учебник для вузов: В 2 т. / МГУ им.М.В. Ломоносова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ: Наука, 2004. – Т.2: Биофизика клеточных процессов. – 2004. – 469 с.

10. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И. и др. Биофизика: Учебник для вузов/ Под ред. Антонова В.Ф. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ВЛАДОС, 2006. – 287 с.

11. J. Malmivuo and R. Plonsey. Bioelectromagnetism [Электронный ресурс]. http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/

12. Плонси Р., Барр Р. Биоэлектричество: Количественный подход: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 366 с.

13. Carnevale, T., Hines, M. The NEURON book. – Cambridge: University Press, 2005. – 457 p.

14. Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. Vol. 1 – 6 [Электронный ресурс]. http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/mrwhome/112102158/HOME?CRETRY=1&SRETRY=0

15. Казаков В.Н., Леках В.А., Тарпата Н.И. Физиология в задачах: Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Изд-во “Феникс”, 1996. – 409 с.

16. Тестовые задания к дисциплинарному экзамену по медицинской и биологической физике / Под ред. профессора В.П. Омельченко. – 2-е изд., исправл. и дополн. – М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2001. – 182 с.

17. Рафф Г. Секреты физиологии. Пер. с англ. – М. – СПб.: «Издательство БИНОМ» - «Невский диалект», 2001. – 448 с.

 

 

 

Рисунок 1. Схема регистрации сигнала ЭКГ

а) во II стандартном отведении; б) в I стандартном отведении

 

 

а) б)

 

Рисунок 2. Распространение волн возбуждения в двух активных средах