3. Антонов.В.Ф. «Биофизика».Гуманит.издат.центрВладос, 2000г, гл. 9.
4. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Я., Деев А.М. «Биофизика», М., «Медицина», 1983г, гл. 9, 12.
5. Рощупкин.Д.И., Фесенко.Е.Е. Новоселов.В.И. «Биофизика органов», Москва,
«Наука», 2000г., гл. 5.
6. В.Ф. Антонов и др. практикум «Физика и биофизика», «ГЭОТАР-Медиа», 2008.
7. Н.И. Губанов «Медицинская биофизика», Москва, «Медицина», 1978г., гл.12.
8. В.Ф. Антонов, А.М. Черныш, Е.К.Козлова, А.В. Коржуев «Физика и
биофизика», «ГЭОТАР-Медиа», 2008., гл.21.
17стр
Задание №1
1.Транспорт электролитов - диффузия электрически заряженных частиц (ионов). Липидный бислой мембраны непроницаем для ионов. Они могут проникнуть через плазматическую мембрану только посредством специальных структур - ионных каналов, которые образованы интегральными белками. Движущей силой диффузии электролитов является разность концентрации ионов внутри и вне клетки и разность электрических потенциалов, создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны. Следовательно, диффузия электролитов определяется градиентом электрохимического потенциала (электрохимический градиент). Зависимость потока ионов J от электрохимического градиента определяется уравнением Теорелла:
где U - подвижность ионов, C - концентрация ионов, dμ/dx - электрохимический градиент.
Уравнение Нернста-Планка с учётом двух
градиентов, которые обуславливают диффузию ионов
Ионные каналы мембраны представляют собой интегральные белки мембраны.Многие ионные каналы характеризуются высокой специфичностью. Существуют натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные каналы. Каждый из них имеет селективный фильтр, который способен пропускать только определённые ионы. Проницаемость ионных каналов может изменяться благодаря наличию ворот, определенных групп атомов в составе белков, формирующих канал. Конформационные изменения ворот переводят канал из открытого состояния в закрытое и наоборот. Механизмы регуляции положения ворот могут отличаться в различных каналах. Некоторые из них открываются при изменениях электрического потенциала мембраны. Другие открываются под действием специфических химических веществ, выполняющих сигнальные функции.
Электрохимический потенциал — химический потенциал электрически заряженных частиц и квазичастиц (ионы, электроны, дырки) в электрическом поле[1][2][3][4] (термин предложен в 1929 г. Э. А. Гуггенгеймом[5]). Специальный термин понадобился по причине принятого в литературе условного разбиения электрохимического потенциала на неэлектрическую и электрическую части. С теоретической точки зрения такое разделение носит чисто формальный характер, поскольку носителями заряда служат те же самые формульные единицы, с которыми соотносят обычный химический потенциал, и поэтому нет способа раздельного определения его химической и электрической составляющих. Практически же разделение электрохимического потенциала на две части иногда оказывается хорошим приближением, ибо в природе существуют частицы (электроны и позитроны), для которых вследствие малости их массы вклад неэлектрической части в электрохимический потенциал пренебрежимо мал по сравнению со вкладом электрической составляющей[6][7].
Физический смысл электрохимического потенциала заключается в том, что его изменение равно работе для перехода системы из состояния 1{\displaystyle 1} в состояние 2{\displaystyle 2} с изменением химической, осмотической и электрической энергий: Δμ=μ2−μ1+RTlnC2C1+zF(φ2−φ1){\displaystyle \Delta \mu =\mu _{2}-\mu _{1}+RT\ln {\frac {C_{2}}{C_{1}}}+zF(\varphi _{2}-\varphi _{1})}
В химической термодинамике для характеристики свойств систем, не содержащих заряженные частицы, и в которых изменение состава происходит в результате протекания химических реакций или фазовых превращений используют фундаментальное уравнение Гиббса, выраженное через характеристическую функцию :
, (3.1)
где - химический потенциал -го реагента, а - бесконечно малое изменение количества этого реагента.
При протекании химической реакции количества отдельных реагентов изменяются пропорционально их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Взаимную пропорциональность величин d ni можно выразить совокупностью уравнений:
Таким образом, перераспределение количеств всех веществ в системе можно выразить с помощью единственной переменной, которая обозначается x и называется химической переменной.
2.Электрофорез лекарственных веществ — особый электрофармакологический метод, основанный на сочетанном использовании постоянного тока и вводимых с его помощью лекарственных веществ. Из электрических токов для лекарственного электрофореза применяются гальванический (в 80-85 %), диадинамические, синусоидальные модулированные (в выпрямленном режиме), прямоугольный импульсный и флюктуирующий (форма № 3) токи. Теоретическую основу лекарственного электрофореза составляет теория электролитической диссоциации, предложенная в 1887 г. Сванте Аррениусом. Согласно ей электролиты при растворении распадаются (диссоциируют) на положительные (катионы) и отрицательные (анионы) ионы. В электрическом поле ионы перемещаются в соответствии со своей полярностью: катионы двигаются к отрицательному полюсу (катоду), а анионы — к положительному (аноду). Направленное движение ионов под действием сил электрического поля и положено в основу лекарственного электрофореза. При электрофорезе лекарственные вещества в организм проникают через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные промежутки, волосяные фолликулы и в меньшей степени — чресклеточно. Патологические процессы и терапевтические воздействия, способствующие разрыхлению межуточного вещества и повышению пористости кожи, ведут к увеличению количества вводимого электрофорезом лекарства. Во время процедуры лекарственные вещества проникают неглубоко: сразу после элекрофореза основная часть лекарства обнаруживается в эпидермисе и дерме. Более глубокому проникновению лекарств препятствуют барьерные свойства кожи, в особенности ее электрохимическая активность.
Давно известно, что некоторые растворы проводят электрический ток (такие растворы получили название электролитов), а некоторые - не проводят (неэлектролиты).
Кроме электропроводности электролиты и неэлектролиты имеют много других отличий. При одинаковой молярной концентрации электролиты (по сравнению с неэлектролитами) обладают:
· более высокой температурой кипения;
· более низкой температурой замерзания;
· более высоким осмотическим давлением;
· более низким давлением пара растворителя.
Такое большое различие в свойствах растворов ученые объясняют тем фактом, что в электролитах при растворении образуется гораздо большее кол-во частиц, которые еще и обладают зарядом, хотя, в общем, раствор электролита нейтрален.
Впервые теорию электролитической диссоциации (разделения) сформулировал в 1887 г. шведский ученый С. Аррениус, ее основные положения заключались в следующем:
· электролиты, растворяясь в воде, диссоциируют (распадаются) на положительно (катионы) и отрицательно (анионы) заряженные ионы;
· под воздействием внешнего электрического поля катионы в растворе электролита начнут двигаться к катоду (отрицательному электроду), анионы - к аноду (положительному электроду);
· электролитическая диссоциация является обратимым процессом - параллельно с распадом молекул на ионы идет обратный процесс ассоциации (ионы соединяются в молекулы), в результате чего в растворе устанавливается динамическое равновесие.
Через несколько лет, в 1891 г., русский ученый И. Каблуков внес существенные уточнения в теорию Аррениуса, введя понятие сольватации катионов и анионов (формирование химических связей между растворителем и растворяемым веществом).
Электрофорез лекарственных веществ — особый электрофармакологический метод, основанный на сочетанном использовании постоянного тока и вводимых с его помощью лекарственных веществ. Из электрических токов для лекарственного электрофореза применяются гальванический (в 80-85 %), диадинамические, синусоидальные модулированные (в выпрямленном режиме), прямоугольный импульсный и флюктуирующий (форма № 3) токи. Теоретическую основу лекарственного электрофореза составляет теория электролитической диссоциации, предложенная в 1887 г. Сванте Аррениусом. Согласно ей электролиты при растворении распадаются (диссоциируют) на положительные (катионы) и отрицательные (анионы) ионы. В электрическом поле ионы перемещаются в соответствии со своей полярностью: катионы двигаются к отрицательному полюсу (катоду), а анионы — к положительному (аноду). Направленное движение ионов под действием сил электрического поля и положено в основу лекарственного электрофореза. При электрофорезе лекарственные вещества в организм проникают через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные промежутки, волосяные фолликулы и в меньшей степени — чресклеточно. Патологические процессы и терапевтические воздействия, способствующие разрыхлению межуточного вещества и повышению пористости кожи, ведут к увеличению количества вводимого электрофорезом лекарства. Во время процедуры лекарственные вещества проникают неглубоко: сразу после элекрофореза основная часть лекарства обнаруживается в эпидермисе и дерме. Более глубокому проникновению лекарств препятствуют барьерные свойства кожи, в особенности ее электрохимическая активность. Разумеется, от процедуры к процедуре глубина электрогенного перемещения вводимого препарата возрастает. К тому же следует иметь в виду, что за счет диффузии часть лекарственных веществ быстро достигает кровеносных и лимфатических сосудов, разносясь ко всем органам и тканям. Весьма важно, что из кровотока лекарственные вещества вторично поступают преимущественно в органы и ткани, расположенные в зоне проведения процедуры. Это обосновывает целесообразность использования лекарственного электрофореза для лечения как поверхностно, так и глубоко расположенных патологических процессов, а также заболеваний внутренних органов. Барьерные свойства кожи препятствуют свободному передвижению лекарственных ионов, как это имеет место в растворах, а поэтому при чрескожном электрофорезе в организм вводится лишь небольшая часть нанесенного на прокладку лекарственного вещества. Для различных веществ эта величина существенно колеблется (от 1 до 10 %), но чаще составляет 4-6 %. Поэтому при проведении процедур важно строго соблюдать технику и методику лекарственного электрофореза, а также прибегать к дополнительным мероприятиям, способствующим повышению его эффективности. На количество вводимого электрофорезом лекарства влияют многие факторы: возраст пациента, место проведения процедуры, состояние кожи, концентрация вещества в растворе, используемый растворитель, знак заряда и размеры вводимых ионов, сила тока и продолжительность процедуры. При прочих равных условиях при электрофорезе через слизистые оболочки в организм вводится на 25-50 % лекарства больше, чем через кожу. Введению большего количества вещества в организм способствует использование специальных методик (электродрегинг, внутритканевой и пролонгированный электрофорез), особых растворителей (ДМСО) или сочетанных методов (вакуум-, фоно-, магнито-, фотоэлектрофорез и др.).
Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.
Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.
Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).
Источники излучения
Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.
Воздействие ионизирующего излучения
Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.
Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.
Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.
:
, (3.1)
- химический потенциал 
-го реагента, а 
- бесконечно малое изменение количества этого реагента.
