|
ВЗАЄМОДІЯ ФІЗИЧНИХ ПОЛІВ З БІООБ’ЄКТАМИ
Історичні аспекти вивчення взаємодії фізичних полів з біооб’єктами. Прикладні задачі проблеми.
Електромагнітні поля та хвилі у суцільному середовищі. Рівняння електромагнітних полів. Дисперсія електричних характеристик. Поширення електромагнітних хвиль.
Електрофізика біологічних мембран. Основні кількісні закономірності опису руху іонів в іонних розчинах та мембранах. Рівняння Нернста-Планка. Потенціал Планка. Потенціал спокою. Донанівська рівновага. Рівняння Гольдмана. Роль іонів хлору у спокою. Потенціали дії. Потенціали, що спостерігаються. Нелінійна поведінка мембрани. Походження потенціалу дії, напруга покою, пікова напруга. Модель паралельних провідностей. Рівняння Ходжкіна-Хаксклі. Моделі потенціалу дії мембрани. Активний транспорт. Мембрани в зовнішніх полях. Поширення збудження. Кабельні рівняння. Моделі з провідним сердечником. Математичний опис поширення потенціалів дії. Зв’язок швидкості поширення збудження з радіусом волокна. Передпороговий стимул. Лінійні передпорогові умови. Струм, що стимулює. Вхідний імпеданс кабелю. Кабелі кінцевої довжини. Сферично ізольована клітина. Позаклітинні поля. Моделювання цих полів. Моделі джерел струму дипольного та монопольного типів для збудженого волокна.
Біофізика мембран, в тому числі в зовнішніх фізичних полях. Фіксація потенціалу. Методи фіксації. Канали мембран. Морфологія одинокого каналу. Струми через одинокий канал. Кінетика одинокого каналу. Статистика каналів. Флуктуаційні шуми каналів. Джерела мембранних шумів.
Електрофізіологія серця. Електрична природа міжклітинного зв’язку. Збудження вільної стінки серця. Диполь серця. Вектор відведення. Теорія поля відведення. Реєстрація електричних потенціалів.
Нервово-м’язове з’єднання. Квантова природа визволення медіатора - одинокий стимул. Реакція постсинаптичної мембрани на дію медіатора.
Функціональне нервово-м’язове стимулювання. Взаємодія електрон-тканина. Типи електродів. Електроди для стимуляції нерва. Поверхневий електрод. Внутрішньом’язовий електрод. Зміна властивостей м’яза під дією електростимуляції. Клінічні застосування.
Скелетний м’яз. Структура м’яза. М’язове скорочення. Структура міофібріл. Теорія слизьких ниток. Електромеханічне спряження.
Електрокінетичні явища в біосистемах. Класифікація електрокінетичних явищ. Походження електрокінетичного потенціалу. Поняття про подвійний електричний шар. Моделі та розрахунки електричних характеристик подвійного шару. Метод електроосмосу та його застосування в біології та медицині. Метод електрофореза. Мікроскопічний клітинний електрофорез та його застосування в клініці різних патології. Прилади для визначення електрокінетичних характеристик біооб’єктів. Біофізичне значення поверхневого заряду для клітин крові та серцево-судинної системи. Механізми взаємодії та злиття клітин в електричному полі.
Методичні особливості вимірювань електричних характеристик біологічних рідин та тканин. Основи техніки низькочастотних вимірювань. Основи техніки високочастотних вимірювань. Основи часової Фур’є-спектроскопії. Умови роботи з біологічними тканинами.
Електричні характеристики біологічних тканин. Провідність тканин в області низьких частот. Комплексна характеристика тканин в радіочастотному діапазоні. Комплексна характеристика тканин в області мікрохвиль. Основні закономірності, що встановлені при проходженні електричного струму через біологічні об’єкти. Фізико-хімічні механізми поляризаційних явищ в живих клітинах та тканинах. Застосування методів електропровідності в біологічних та медичних дослідженнях. Візуалізація розподілу імпедансу біотканини. Метод томографії накладених потенціалів. Можливі клінічні застосування метода. Перспективи створення медичних діагностичних та терапевтичних приладів нового покоління, що враховують ефекти електропровідності біотканини.
Теоретичні аспекти взаємодії електромагнітних полів з тілами, в тому числі біологічними. Взаємодія низькочастотних електромагнітних полів з тілами сферичної та еліпсоїдальної форми. Експериментальні дослідження електричних полів в біологічних тілах. Врахування форми тіла в теоретичних розрахунках. Взаємодія низькочастотних магнітних полів з біологічними тілами. Взаємодія однакових магнітних полів з тілами сферичної та еліпсоїдальної форми. Взаємодія локальних магнітних полів з плоскими поверхнями. Врахування форми та внутрішньої структури реальних тіл.
Взаємодія електричних випромінювань з біологічними тілами. Взаємодія довгохвильових електромагнітних вимірювань з біологічними тілами. Взаємодія короткохвильових електромагнітних вимірювань з біологічними тілами. Методи розрахунків поглинання електромагнітного випромінювання в області резонансної взаємодії електромагнітного випромінювання з тілами. Резонансна взаємодія електромагнітного випромінювання з тілами реальної форми та структури. Поглинання електромагнітного випромінювання в зоні ближнього поля.
Теорія та практика експерименту при вивчені електромагнітних взаємодій з біооб’єктами. Загальні вимоги до постановки експерименту. Системи опромінювання та контролю в експериментах з низькочастотним електричним полем. Системи опромінювання та контролю в експериментах з магнітним полем. Системи опромінювання та контролю в експериментах з електромагнітним випромінюванням. Методи дозиметричного контролю за поглинанням електромагнітних випромінювань.
Ефекти та механізми дії електричних полів на біологічні системи. Джерела електричних полів. Чутливість людей та тварин до низькочастотного електричного поля. Нейрогенний механізм впливу. Електромеханічні ефекти та мікророзрядження. Специфічні канали впливів.
Ефекти та механізми дії магнітних полів на біологічні системи. Джерела магнітних полів. Ефекти прямої дії. Орієнтаційні ефекти. Феромагнітні добавки. Рідинокристалічні ефекти. Концентраційні ефекти. Ефекти опосередкованої дії постійних магнітних полів на біологічні об’єкти. Ефект гальмування крові. ЕКГ-ефект. Магнітні спінові ефекти. Радикальні реакції в біологічних системах. Перекісне окислення ліпідів та постійне магнітне поле. Нейрогенні ефекти постійних магнітних полів. Аналіз теоретичних уявлень. Експериментальні дослідження. Можливі механізми дії змінних магнітних полів на біологічні системи. Модуляційні ефекти. Індукційні ефекти. Теплові ефекти індукційних токів. Дія на біосистеми імпульсних магнітних полів.
Фізичні механізми впливу міліметрових хвиль на біооб’єкти. Експериментально встановлені закономірності та гіпотези впливу НВЧ-поля на функціювання живих організмів. Механізми, зв’язані з генерацією клітинами НВЧ-коливань. Роль когерентних хвиль в образному сприйнятті внутріклітинної інформації. Природа широкого спектру біологічної дії НВЧ-випромінювання. Радіофізичний характер регулювання клітинами динаміки біохімічних процесів, що діються в них, і які направлені на підтримку гомеостазу. Можливість використання методів радіофізики для форсування енергетичних процесів при адаптивному росту тканин в організмі. Міжклітинні силові взаємодії та когерентні коливання, що генеруються клітинами. Імунологічні процеси з точки зору радіофізики. Різниця в підходах та механізмах усунення зворотних та незворотних функціональних порушень в живому організмі за допомогою когерентних випромінювань міліметрового діапазону хвиль. Гострорезонансний відгук живих організмів на вплив НВЧ.
Клітина як недозбуджений резонансний генератор. Гіпотеза про взаємозв’язок впливу когерентних випромінювань з малою потужністю НВЧ-діапазонів.
Поняття про нейрофізіологічний механізм НВЧ-терапії. Система пізнавання живим об’єктом конкретної смуги НВЧ-випромінювання як нейрокомп’ютер. Альтернативні механізми інформаційного діяння НВЧ-полів на біологічні об’єкти.
Біофізика позаклітинних струмів мозку. Вплив позаклітинного електричного поля на нейрон. Рівняння кабелю. Кабель Ролла. Омічний кабель. RC-кабель. Проблема ефаптичної взаємодії. Кабель у заданому позаклітинному полі. Загальне рішення для відрізка омічного кабелю. Найважливіші часткові випадки омічного кабелю в заданому позаклітинному полі. Міелінізований аксон в постійному полі. Нелінійний кабель в постійному полі. Нелінійний кабель в постійному полі. Відрізок RC-кабелю в заданому змінному полі. Відрізок RC-кабелю в полі бігового імпульсу. Оцінки впливу позаклітинного поля на нейрон. Оцінки параметрів імпульсної стимуляції аксонів. Подразнення нейрона кори короткими електричними імпульсами.
Теорія позаклітинного поля. Рівняння Лапласа в об’ємному омічному провіднику. Ємність в об»ємному провіднику нервової тканини. Поправки до рівняння Лапласа. Клітина як диполь. Клітина як електрет. Клітина як сукупність джерел поля. Фізичний зміст та елементарне виведення формули диполя. Поле в неоднорідному середовищі. Загальний розгляд та найпростіші випадки. Поле в неоднорідному сферично-симетричному середовищі. Теорія електроенцефалограми в наближенні тонких оболонок мозку. Прикриття мозку як багатошаровий сферичний кабель. Поле ЕЕГ найпростіших джерел. Електростимулювання мозку людини за допомогою електродів на скальпі. Зворотна задача електроенцефалографії. Поле в анізотропному середовищі білої речовини мозку.
Загальні уявлення про кількісні оцінки потенціалів кори. Джерела поля, що утворюються нейронами мозку. Квант ЕЕГ. Оцінка просторової структури поля кванта ЕЕГ. Оцінка амплітуди кванта ЕЕГ. Застосування поняття кванта ЕЕГ до інтерпретації біопотенціалів.
Механізми і ефекти дії ультразвукового поля на біооб’єкти.
Механізми і ефекти дії механічного поля на біосистеми, біотканини.
ЛІТЕРАТУРА:
1.Р.Плонси, Р.Барр. Биоэлектричество. Количественный подход.М.,Мир, 1992.
2.Н.Девятков, М.Б.Голант, О.В.Бецкий. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М., Радио и связь, 1991, 162 с.
3.А.М.Гутман. Биофизика внеклеточных токов мозга. М., Наука, 1980, 183с.
4.Ю.В.Егоров, Г.Д.Кузнецова. Мозг как объемный проводник. М.,Наука, 1976,136с.
5.В.П.Горев. Электродермография в эксперименте и в клинике. К., Здоровье, 1967, 86с.
6.М.Н.Жадин. Биофизические механизмы формирования электроэнцефалограммы. М., Наука, 1984.
7.В.Л.Введенский Ожогин. Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм. М., Наука, 1988.
8.П.Кнеппо, Л.И.Титомир. Биомагнитные измерения. М., Энергия, 1989.
9.П.П.Слынько. Основы низкочастотной кондуктометрии в биологии. М., Медицина, 1972.
10.Г.Ф.Плеханов. Основные закономерности низкочастотной электромагнито-биологии.Томск, мзд-во ТГУ,1990.
11.А.М.Демецкий, А.Г.Алексеев. Искусственные поля в медицине. М.,Медицина, 1981.
12.Электрическая система регуляции жизнедеятельности. М., изд-во МГУ, 1992.
13.Н.А.Темурьянц, Б.М.Владимирский, О.Г.Тишкин. Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы в биологическом мире. К., Наукова думка, 1992.
14.С.А.Павлович. Магнитная восприимчивость организмов. Минск, Наука и техника, 1985,110с.
15.Г.Ф.Плеханов. Введение в электромагнитную биологию. Томск, изд.-во ТГУ, 1978, 121с.
16.В.Р.Протасов, А.И.Бондарчук, В.М.Ольшанский. Введение в электроэкологию., М.,Наука, 1982,335с.
17.Г.Ф.Колесников. Электростимуляция нервно-мышечного аппарата. К.,Здоровье, 1977, 254с.
|