Раздел биоакустика, гемодинамика, биомеханика.

РАЗДЕЛ БИОАКУСТИКА, ГЕМОДИНАМИКА, БИОМЕХАНИКА.

Субъективные характеристики звука, их связь с объективными

К Субъективным характеристикам звука относят громкость звука, высоту (тона), тембр.

Громкость определяется интенсивностью, но также зависит и от. Громкость звука измеряется в фонах.

Высота звука связана с частотой - более высокочастотные колебания - высокие, более низкочастотные - низкими.

Тембр звука связан с набором обертонов в спектре сложного колебания. По сути тембр обязан специфической форме какого либо колебания на той или иной частоте, что и соответствует не синусоидальности сложного колебания.

Закон Вебера — Фехнера(словесная формулировка, формула, пояснение, величины предела слышимости и предела болевого ощущения)

Психофизический закон Вебера – Фехнера: если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии, то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии.

E=k ln I/Io, где I — значение интенсивности раздражителя. Io — Порог ощущения: если I < I₀, раздражитель совсем не ощущается. k - константа, зависящая от субъекта ощущения. E – величина ощущения.
Предел слышимости I = 10^-12 Вт/м ² , р = 0,00002 Па, L= 0 дБ.

Порог болевого ощущения слуховой — величина звукового давления, при котором в слуховом органе возникают боли. I = 10, р=64, L = 130.

 

Аудиограмма. Аудиометрия. Графики, пояснения, применение в медицине

Аудиометрия – метод измерения остроты слуха. При аудиометрии на специальном приборе аудиометре определяют порог слухового ощущения на разных частотах. Полученная кривая называется аудиограммой. Сравнивание аудиограммы больного с с нормальной кривой порога слышимости помогает диагностировать заболевание органов слуха.

 

Инфразвук, диапазон частот; эффекты и механизмы воздействия инфразвука на организм человека

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц.

Инфразвук вызывает усталость, головную боль, сонливость, раздражение и т.д. Первичный механизм действия ИЗ имеет резонансную природу. Резонанс наступает при близких значения частоты вынуждающей силы и частоты собственных колебаний.

 

Ультразвук; шкала интенсивностей ультразвука; особенности ультразвука; воздействие ультразвука на организм, применение в медицине.

Ультразвуком называют продольные механические волны с частотами колебаний выше 20 КГц.

Особенности ультразвука.

особенностью ультразвука является узость ультразвукового пучка, что позволяет воздействовать на какие либо объекты локально. В неоднородных средах с мелкими неоднородностями, когда размеры включений не больше длины волны имеет место явление дифракции. Если размеры включений много больше длины волны (L >> λ) имеет место прямолинейность распространения ультразвука. Важным теоретическим моментом при использовании ультразвука является прохождение ультразвука из одной среды в другую.

Действие ультразвука на ткани организма.

Степень воздействия того или другого вида определяется интенсивностью. В связи с этим в медицине различают три уровня интенсивностей ультразвуков:

1 уровень - до 1,5 Вт / см²,

2 уровень - от 1,5 до 3 Вт / см²,

3 уровень - от 3 до 10 Вт / см².

Механические действие обусловлено переменным акустическим давлением, вызывает микровибрацию, что приводит к изменению функционального состояния клеток: повыш. Проницаемость мембран, усиливаются пр-сы диффузии и осмоса. Тепловое действие: переход механическй энергии в тепловую, интенсификация пр-сов. Физико – химическое действие: Пространственная перестройка внутриклеточных м-лярных комплесов, повышение активности ряда ферментов.

 

6.Особенности тока крови по крупным сосудам, средним и мелким сосудам, капиллярам;
ток крови при сужении сосуда, звуковые эффекты.

Скорость кровотока в разных сосудах различна.

В дальнейшем, когда капилляры сливаются в венулы, в вены, вплоть до полой вены, суммарный просвет сосудов опять уменьшается и, скорость течения крови снова увеличивается.

 

Рис. 2.7. Распределение скоростей кровотока в различных отделах

сердечно-сосудистой системы

В капиллярах и венах кровоток постоянен, в других отделах сердечно-сосудистой системы наблюдаются пульсовые волны. Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка сердца в период систолы, называют пульсовой волной.

Если бы стенки этих сосудов были жесткими, то давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферии. Однако упругость стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь, выталкиваемая сердцем, растягивает аорту, артерии и артериолы. Крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем ее оттекает к периферии. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды спадаются.

Чем дальше от сердца находится артерия, тем колебания давления в сосудах всё более сглаживаются (рис. 2.8).

 

Р, Па Р, Па

 

t, с t, с

 

 

1 - в аорте 2 - в артериолах

Рис. 2.8. Колебания давления в сосудах при прохождении пульсовых волн

пульсовая волна не является синусоидальной

(гармонической) (рис. 2.9).

 

 

1 - артерия после прохождения 2 - через артерию проходит

пульсовой волны фронт пульсовой волны

 

 

3 - пульсовая волна в артерии 4 - спад повышенного давления

 

Рис. 2.9. Профиль артерии при прохождении пульсовой волны.

 

У человека с возрастом модуль упругости сосудов возрастает, поэтому, становится больше и скорость пульсовой волны.

Наряду с пульсовой волной в системе «сосуд-кровь» могут распространяться и звуковые волны, скорость которых очень велика по сравнению со скоростью движения частиц крови и скоростью пульсовой волны.

Течение крови в артериях в норме является ламинарным, небольшая турбулентность возникает вблизи клапанов. При патологии, когда вязкость бывает меньше нормы, число Рейнольдса может превышать критическое значение и движение станет турбулентным. Шум, возникающий при турбулентном течении крови, может быть использован для диагностирования заболеваний. Этот шум прослушивают на плечевой артерии при измерении давления крови методом звуков Короткова.

Медицинская вискозиметрия. Принцип работы медицинского вискозиметра.

Вязкость (внутреннее трение) жидкости - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.

Медицинский вискозиметр (вискозиметр Гесса) используется для определения вязкости крови. Принцип его действия основан на том, что скорости продвижения жидкостей в капиллярах с одинаковыми сечениями при равных температурах и давлениях зависят от вязкости этих жидкостей.

Из формулы Пуазейля следует, что объемы жидкостей, протекающих за равные промежутки времени по одинаковым капиллярам, обратно пропорциональны вязкостям этих жидкостей.

Медицинский вискозиметр состоит из двух одинаковых градуированных капилляров. В один капилляр набирают определенный объем дистиллированной воды и перекрывают кран. Это позволяет набрать в другой капилляр исследуемую жидкость, не изменяя уровень воды. Если теперь, открыв кран, создать разрежение в вискозиметре, то перемещения жидкостей за одно и то же время будут обратно пропорциональны их вязкости.

Если вязкость воды принять равной единице, а путь, пройденный кровью, составляет одно деление вискозиметра, то относительная вязкость крови численно равна пути l _Н2О, пройденному при этом водой.

Вязкость крови человека в норме 4 - 5 мПа·с, при патологии колеблется от 1,7 - 22,9 мПа·с, что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, - уменьшают.

РАЗДЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Перенос ионов через мембраны. Уравнение электродиффузии. Уравнение Нернста-Планка

Вещества, способные переносить ионы через мембраны наз-ся-ионофорами.

Перенос ионов через мембраны: электродиффузия, облегченная диффузия и Активный транспорт.

Уравнение Нернста-Планка: .

Поток, обусловленный разностью концентраций(Ф_ΔС): - D *

 

Поток, обусловленный разностью потенциалов(Ф_Δ :
Z – валентность электронов.

C – молярная концентрация.

U – подвижность ионов. U=V _{упор.движ.чатиц} /F.

F – число Фарадея (F=96500 Кл/Моль)

Виды транспорта.

I. Пассивный транспорт

1.1 Простая диффузия – перенос вещества вследствие разности концентраций. Она может осуществляться через липидный слой, через липидную пору, через белковую пору. При этом возможен также осмос – диффузия не растворенных частиц и растворителя от точек с меньшей концентрацией некоторого вещества к точкам с большей его концентрацией. При осмосе, как и при диффузии, происходит выравнивание концентраций.

1.2 Облегченная диффузия может протекать с подвижным либо неподвижным переносчиком. Этим путем через мембраны переносятся аминокислоты, сахара, ионы калия. Облегченная диффузия происходит с участием молекулы переносчика. Например, молекула ВАЛИНОМИЦИНА со своей внешней стороны имеет высокий коэффициент проницаемости. Внутри молекулы валиномицина имеются как бы полость с полярными группами, что позволяет молекуле захватывать и связывать ионы калия и другие липидо-нерастворимые вещества. Переносимое вещество (ионы калия) захватывается молекулой переносчиком там, где вещества больше и переносится туда, где его меньше, то есть перенос как и при обычной диффузии идет в сторону уменьшения концентрации.

1.3 Фильтрация – перемещение раствора (и растворителя) под действием разности давлений. Это вид переноса имеет основное значение при переносе воды через стенки капилляров. Явление подчиняется формуле Пуазейля Q = ∆p/w, где Q – объемная скорость (Q = ∆V/∆t), ∆р – разность давлений, W – гидравлическое сопротивление.

1.4 Электродиффузия.

Под электродиффузией понимают перенос заряженных частиц (ионов) вследствие как разности концентрации, так и разности потенциалов. Именно за счёт элктродиффузии через мембраны переносятся ионы калия, натрия, хлора, что приводит формированию на мембране потенциала покоя и потенциала действия.

Частотная зависимость порогов ощутимого и неотпускающего токов. Характеристики пассивных электрических свойств тканей тела человека. Первичное действие постоянного тока и переменными электрическими токами на организм (недоделанно)

Порог неотпускающего тока

При токе 3 – 5 мА (50 Гц) действие тока ощущается всей кистью руки. При 10 – 15 мА (50 Гц) судороги мышц рук.

Ток 25 – 50 мА при 50 Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища, в том числе на мышцы грудной клетки. В результате дыхательные движения грудной клетки сильно затрудняются. Ток больше 50 мА вплоть до 100 мА (50 Гц): явления нарушения работы легких и сердца наступают через меньший промежуток времени.

Порог ощутимого тока

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него малого тока: 0,5 – 1,5 мА при переменном токе с частотой 50 Гц и 5 – 7 мА при постоянном токе. Это воздействие ограничивается при переменном токе слабым “зудом” и легким покалыванием, а при постоянном токе – ощущением нагрева кожи на участке, касающемся токоведущей части.

К пассивным эл. св-вам биологических объектов относятся: сопротивление, электропроводимость, ёмкость, диэлектрическая проницаемость. При приложении постоянной разности потенциалов в тканях наблюдается пляризация. Количественно это явление характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью.

Первичное действие постоянного электрического тока на ткани организма связано с движением имеющихся в них ионов и др. заряженных частиц. Подвижность этих частиц различна, поэтому в процессе передвижения они разделяются. Кроме того, частицы могут задерживаться около полупроницаемых перегородок. При этом концентрация ионов, содержащихся в различных элементах тканей, изменяется. Изменение соотношения концентраций ионов, находящихся по обе стороны клеточной оболочки, вызывает изменение функционального состояния клетки.Более сильное действие оказывает быстрое нарастание или убывание тока, при котором происходит незначительное, но резкое смещение электронов.

РАЗДЕЛ БИОАКУСТИКА, ГЕМОДИНАМИКА, БИОМЕХАНИКА.