Биофизика
Биофизические процессы в целостном организме, органах и тканях
Кость как орган. Химический состав костной ткани. Физические свойства костей. Рост костей в ширину и длину. Классификация костей. Специфическая и неспецифическая роль костей. Неорганические и органические вещества, обеспечивающие прочность костей и мягких тканей. Количественная характеристика прочности костей и мягких тканей.
Ремоделирование костной ткани как основа её прочности. Соединение костей скелета человека между собой, типы соединений. Классификация суставов, объём движений в них. Последовательные и параллельные соединения костей, их функциональное значение. Биомеханика суставов. Особенности кровоснабжения суставов. Значение гемато-лимфо-серозных барьеров для функционирования суставов.
Физиология мышечной ткани. Сила и работа мышцы. Изометрическое и изотоническое сокращение. Уравнение Хилла. Преимущества и недостатки различных типов материалов с точки зрения их применения в качестве биоматериалов. Сопоставление механических свойств различных типов материалов и жестких (мягких) тканей человеческого тела. Понятие эффекта «экранирования напряжения».
Общая характеристика системы пищеварения. Моторика ЖКТ. Регуляция моторики. Возбудимость и возбуждение. Реакция возбудимых тканей на раздражители. Аккомодация и лабильность возбудимых тканей. Гидролитические процессы и всасывание в ЖКТ. Уравнение Микаэлиса-Ментен для облегчённой диффузии моносахаридов и аминокислот. Регуляция секреции. 3 фазы секреции желёз желудка и поджелудочной железы. Белки, строение и функции. Обмен белков в организме. Биосинтез аминокислот (заменимых и незаменимых). Необходимое содержание белка в пищевом рационе человека. Особенности гидролиза белков в разных частях желудочно-кишечного тракта.
Обмен липидов в организме. Биосинтез липидов и фосфолипидов, окисление жирных кислот в живых тканях. Липиды биологических мембран. Строение и функции биомембран. Жидкокристаллическое состояние биомембран Нуклеиновые кислоты, строение и функции. Химия нуклеиновых кислот. Репликация ДНК.Дыхательная система человека, бронхиальное “дерево”, генерации бронхов. Строение трахеи и бронхов, реснитчатые и секреторные клетки. Мукоцилиарный клиренс. Муковисцидоз. Этапы (стадии) дыхания и составляющие их процессы. Внешнее дыхание и его регуляция. Показатели лёгочной вентиляции и диффузии газов в лёгких Понятие о проницаемости биологических мембран. Механизмы транспорта липофильных и гидрофильных веществ через них. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.
. Нервно-мышечная передача. Потенциал концевой пластинки. Распространение мышечного импульса по сарколемме. Значение Т-трубочек в мышечном сокращении. Саркомер. Биофизический механизм электромеханического сопряжения, роль ионов Са2+ в этом процессе. Молекулярные механизмы мышечного сокращения, гипотеза скольжения
(лазания).
Общие принципы регуляции функций в организме. Сопоставление рефлекторной дуги и системы автоматического регулирования. Свойства и функции нейрона. Пассивные электрические свойства живых тканей. Особенности их электропроводности и диэлектрических свойств. Электрический импеданс живых тканей и его дисперсия.
Молекулярные орбитали биологически важных молекул. Метод ЛКАО, σ− и π−молекулярные орбитали. Возбуждение π−электронов при фотосинтезе. Энергетическое сопряжение фотосинтеза и клеточного дыхания. Механизм межмолекулярного переноса электронов по дыхательной цепи митохондрий. Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования (синтеза АТФ) в митохондрии. Протондвижущая сила. Эффект обращения протонной помпы (Н-АТФсинтазы). Законы биоэнергетики клетки ( по В.П.Скулачёву)
Свойства и механизмы взаимодействия нервных центров. Механизмы биоэлектрогенеза. Концепция ионного канала в биологической мембране.
Функциональная модель потенциалзависимого натриевого канала. Разнообразие ионных каналов в биологических мембранах. Транспорт ионов по мембранным каналам и при помощи переносчиков. Кинетические характеристики этих процессов. Активный транспорт ионов. Система уравнений, отображающая термодинамическое сопряжение при активном транспорте. Калий-натриевая помпа, механизм функционирования, физиологическая роль.
Транспорт кислорода кровью. Закон Генри- Дальтона. Коэффициент Хюфнера. Кислородная ёмкость крови и кислородное насыщение. Кривая диссоциации оксигемоглобина. Артерио-венозная разница по кислороду. Коэффициент утилизации кислорода. Интегративные функции ЦНС. Безусловные и условные рефлексы. Различия между ними. Правила выработки условных рефлексов. Понятие о форпостном регулировании. Безусловное, условное и запредельное торможение условнорефлекторной деятельности.
Первое начало термодинамики. Особенности I начала термодинамики в биологичеких системах (отличие биологической системы от тепловой машины). Второе начало термодинамики в биологических системах. Понятие энтропии, размерность этой физической величины. Формулы Клаузиуса и Больцмана. Тепловая теорема Нернста. Термодинамический критерий эволюции. Современное состояние эволюционной теории. Представление о микро- и макроэволюционных процессах.
Физиология системы крови, определение. Состав крови. Гемофилии А , В. Строение гена FVIIIC Морфофункциональная структура системы кровообращения. Классификация кровеносных сосудов. Основные показатели гемодинамики. Эффект Доплера. Регистрация и изменение
параметров кровотока на базе доплеровских приборов.
Свойства сердечной мышцы. Моделирование аортального клапана.
Регуляция деятельности сердца. Методы построения моделей для биомеханических исследований структур сердца в норме, при патологиях, коррекции и реконструкции. Закономерности движения крови по сосудам. Анализ уравнения Пуазейля. Понятия идеально упругого и идеально вязкого элементов. Уравнения Гука и Ньютона-Стокса. Функции резистивных сосудов. Регуляция сосудистого тонуса. Типы ВНД (по И.П.Павлову).
Физиологические механизмы памяти.
Внутренняя среда организма. Гомеостазис. Биологические жидкости. Механизмы обмена веществ между кровью и интерстициальной жидкостью, между интерстициальной жидкостью и лимфой. Эпюра гидростатического и онкотического давлений на стенке кровеносного капилляра. Факторы, обеспечивающие постоянство внутренней среды организма (гистогематические и гистолимфатические барьеры, буферные системы крови, иммунная система, нервная и гуморальная регуляция вегетативных процессов).
Понятие: сенсорная система (органы чувств, анализаторы). Преобразование информации в сенсорных системах организма. Сигналы ( стимулы. раздражители) для сенсорных систем организма, их классификация ( по модальности и адекватности). Классификация рецепторов сенсорных систем ( по модальности адекватного раздражителя, по локализации, по структурно-функциональной организации).Биофизические механизмы трансдукции в рецепторах разных типов. Свойства рецепторного и генераторного потенциалов. Генерация потенциалов действия и их бездекрементное проведение по афферентным волокнам.
Биофизика и физиология зрительного анализатора. Механизм фотоизомеризации родопсина. Природа, свойства и основные характеричтики оптического излучения. Отражение света. Оптическое волокно. Светодиоды. Практическое применение в медицине.
Биофизика и физиология слухового анализатора. Механизм слуховой рецепции. Роль эндокохлеарного потенциала.
Механизм образования электрокардиограммы. Интегральный электрический (моментный) вектор сердца. Соотношения электрической и анатомической осей сердца. Типичная электрокардиограмма, её вольтаж, интервалы и сегменты. Стандартная система отведений ЭКГ. Усиленные униполярные отведения от конечностей (по Е.Гольденбергу). Прекардиальные униполярные отведения (по Ф.Вильсону). Оценка физиологических свойств миокарда посредством анализа ЭКГ. Морфофункциональная характеристика амортизирующих кровеносных сосудов (артерий эластичного типа). Их роль в гемодинамике. Явление «воздушного колпака» в дуге аорты (под действием нормальной составляющей силы упругости, развивающаяся в ней при растяжении). Механизм возникновения артериального пульса. Сфигмограмма. Скорость распространения пульсовой волны.
Клапанный аппарат сердца. Его роль в кровообращении, механизм функционирования. Цикл сердечной деятельности, его фазовая структура. Изменения кровяного давления в камерах сердца в течение цикла сердечной деятельности. Работа и мощность сердца.
Уравнение Бернулли. Среднее кровяное давление как энергетический эквивалент. Расчет среднего кровяного давления (формула среднего).Статический и динамический компоненты работы сердца , их соотношение в покое и при физической нагрузке. Гуморальная регуляция функций в организме. Основные эндокринные железы и их гормоны. Микроциркуляторное русло. Строение и функции капилляра. Размеры (средняя величина длины и диаметра) отдельного кровеносного капилляра. Суммарная длина и суммарное сечение всех кровеносных капилляров большого круга кровообращения. Типы капилляров в зависимости от структуры стенки. Механизм обмена веществ через стенку капилляра (по Старлингу). Вены. Общая характеристика систем верхней и нижней полых вен, воротные вен. Строение стенки венозных сосудов, клапаны. Факторы, определяющие величину венозного возврата крови. Механизм венного пульса, флебограмма. Функциональное значение межсистемных венозных анастомозов (кава-кавальных, порто-кавальных). Центральное венозное давление. Пластичность вен. Депонирование крови.
Мякотные и безмякотные нервные волокна. Бездекрементное проведение возбуждения по мякотным нервным волокнам. Структура миелиновой оболочкм аксонов в периферической и центральной нервной системе. Перехваты Ранвье как «активные узлы». Плотность потенциалзависимых натриевых каналов в безмякотном волокне и перехваты Ранвье. Закономерности проведения возбуждения по нервному волокну. Классификация нервных волокон по Д.Эрлангеру и Х.Гассеру.
Обмен энергии в организме. Анализ уравнения теплового баланса организма. Терморегуляция гомойотермного организма. Эффекторы теплопродукции и теплообмена. Нервные и гуморальные регуляторные влияния на эти эффекторы. Синаптическая передача возбуждения в нервной системе. Классификация синапсов (по способу передачи, по местоположению, по характеру реакции постсинаптических структур).
Синапсы с химической (медиаторной) передачей. Медиаторы и модуляторы. Свойства пресинапса, синаптической щели, субсинаптической мембраны. Механизм синаптической передачи. ВПСП и ТПСП. Генерация потенциалов действия в аксоном холмике. Нейрон как интегратор. Закономерности синаптической передачи (в сопоставлении с закономерностями проведения возбуждения по нервному волокну).
Понятие о кодировании. Рецептор как кодирующее устройство (датчик, аналогово- дискретный преобразователь, нелинейный преобразователь, усилитель). Закон Вебера-Фехнера. Амплитудно-частотная характеристика как математическая модель сенсорной системы. Количественная оценка информации в сенсорных каналах связи посредством расчета информационной энтропии. Кодирование интенсивности раздражителя в одно- и многоканальной сенсорной системах. Принципы кодирования качества раздражителя в сенсорных системах организма.
Вегетативная нервная система. Её морфофункциональные отличия от соматической нервной системы. Симпатическая часть вегетативной нервной системы: ядра, узлы, пре- и постузловые волокна, симпатический ствол: межузловые белые и серые соединительные ветви. Дивергенция нервной импульсации в симпатической части вегетативной нервной системы. Особенности эфферетного звена дуги вегетативного рефлекса. Частотный
диапазон импульсации в симпатических волокнах. Медиаторы, выделяемые окончаниями послеузловых аксонов. Адренорецепторы плазмолеммы клеток-мишеней. Симпатические эффекты в сердце, желудке, кишке, матке, мочевом пузыре.
Основы иммунитета. Иммунная система организма. Центральные и периферические органы иммунной системы. Строение и функциональное значение селезёнки. Лимфатические узлы (соматические, висцеральные и смешанные), прямой и непрямой токи лимфы. Клеточный и гуморальный иммунитет. Взаимодействия В-лимфоцитов, макрофагов и Т-лимфоцитов в обеспечении иммунопоэза.
Парасимпатическая часть вегетативной нервной системы : ядра, узлы, пре- и постганглионарные волокна. Медиаторы, выделяемые окончаниями постганглионарных аксонов. Холинорецепторы плазмолеммы клеток-мишеней. Парасимпатические эффекты в сердце, желудке, матке, мочевом пузыре.
Нормальная микрофлора тела человека и её значение. Инфекционный процесс. Три звена эпидемической цепи. Методы специфической и неспецифической профилактики инфекционных заболеваний.
Пассивные механические свойства биологических тканей.
Биофизика клетки
Общие принципы морфофункциональной организации эукариотической клетке (животной и растительной). Классификация органоидов, их структура и функциональное значение.
Понятие о прокариотах и эукариотах. Неклеточные формы жизни: вирусы, фаги. Промоторы генов прокариот. Последовательность Прибнова, консенсусные или канонические последовательности промоторов. Ассиметрия промотора, сила промотора.
Понятие о транскриптоне и опероне. Методы культивирования микроорганизмов. Регуляция биосинтеза аминокислот на примере триптофанового оперона. Регуляция лактозного оперона как пример негативной регуляция транскрипции. Понятия оператора, репрессора, активатора, индуктора.
Особенности строения клеток прокариот. Полный цикл транскрипции на примере прокариот. Принципы антимикробной терапии.
Гистоны и негистоновые белки хроматина. Хроматин или дезоксинуклеопротеидный комплекс. Три уровня организации хроматина. Регуляция экспрессии генов на уровне хроматина. Ацетилирование гистонов. Негативная и позитивная регуляция экспрессии генов эукариот.
Сущность сплайсинга. Белковые факторы сплайсинга. Понятие «сплайсосома». Этапы сборки сплайсосомы. Сплайсинговые мутации и их последствия.
Роль микроорганизмов в природных биоценозах. Уровни организации живого. Закономерности, характеризующие жизнь.
Биологические и биосовместимые низкомолекулярные и высокомолекулярные соединения
Различие в свойствах между низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями. Полимергомологи. Виды макромолекул по пространственной архитектуре, строению основной цепи. Природные, синтетические, органические и неорганические полимеры. Методы получения.
Полисахариды. Нахождение в природе: целлюлоза, хитин, бактериальные полисахариды.
Равновесная поликонденсация. Функциональность мономеров и реакции поликонденсации.
Понятие реакции поликонденсации и факторы, определяющие получение линейных и высокомолекулярных полимеров. Кинетика поликонденсации.
Получение полиамидов, исходные вещества, химизм процесса, реакция роста и обрыва цепи. Химические факторы, влияющие на величину молекулярной массы полиамида.
Понятие радикала, цепной реакции. Радикалообразующие реакции: гомолитический, термический и фотохимический разрыв ковалентных связей. Цепная полимеризация виниловых мономеров, реакции инициирования, роста и обрыва цепи. Кинетика радикальной полимеризации. Химическое строение мономера и способность к полимеризации.
Катионная полимеризация. Реакции инициирования, роста и обрыва цепи. Катализаторы и сокатализаторы. Полимеризация виниловых мономеров, карбоксилсодержащих мономеров и гетероциклов.
Анионная полимеризация. Катализаторы анионной полимеризации. Безобрывная полимеризация, блоксополимеризация. Катализаторы Циглера-Натта. Стереоспецифическая полимеризация. Тактичность полимеров. Типы сополимеров и методы их получения. Способность виниловых мономеров к сополимеризации. Уравнение состава сополимеров.
Экспериментальные методы в биофизике
| 
