Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Univerzita Pavla Jozefa Šafárika / Lekárska fakulta / Biofyzika

Prednasky z biofyziky (prednasky.doc)

1.prednaska.        

Jadrova magneticka rezonancna tomografia        

-diagnosticka metoda pomocoun ktorej dokazeme zobrazovat neivńvazivne akekolvek struktury vovnutri ludskeho tela.v ludskom tele je viacero atoomov ktorich jadra maju magneticke vlastnosti ale vecsinou sa vyuzivaju jadra vodika pri zobrazeni

Zobrazovauzity vonkajsich exter.mag poli do ktorich sa umiestni telo pacientanie je zalozene na v

Poskytuje uplnejsie

zobrazenie ako pomocou rtg uplnejsie alebo ct.

Jadrova-magneticke vlstnosti jedier atomov  v ld.tele

Magneticka-telo musi byt ulozrnr do vonkajsiehop mag pola kde sa tieto vlastnosti jadier prejavia

Rezonacna-dochadza k vyrovnaniu frekvencii:f.precesneho pohybu mag.momentu jadra at vodika                                                                a f.ext.elmag pola

Tomografia.zobrazenie.pristorove,pomocou virt,rezov

Dokoncenie laserov:

Fotochemicke efekty

Principreakcii:iniciacia chemickych reakcii absorpsiou laser ziarenia

Lasery:farbivove,diodove

Cas expozicir:menej ako 1s,kontinualne

Plosna hustota vykonu vmenejako 0,01,50

Aplikacie:fotodynamicka terapia(urychlovanie hojenia),biostimulacia

Fotochemicke efekty

Fotosenzibilacia:absorpcia-S+h.v=S*  (S molekula fotosenzytizera)

1S*=1S neradiacny singletny rozpad-bez vyziarenia E

1S*=1S +h.v´ radiacny singletny rozpad.fluorescencia-1nsekunda

S*=3S* vnutrosystemova konverzia do excit tripletneho stavu

3S*=1S+h.v´´ fosforencia – ms   v´´(ni),musi sa menit orientacia spinov-trva dlhsie ako fluorescencia

3S*=1S

Reakcia excit tripletneho stavu

Obr1.

Termicke efekty

Princip: dosiahnutie urcitej teploty ktora vedie k ziadane,mu term ucinku v tkanive

Lasery:CO2,Nd:YAGGGG,,Er:YAG, argonovy

Cas expozicie 1mikros,1min

Plosna hustota vyonu 1O-10(6) Wcm(-2)

Aplikacie-koagulacia,vaporizacia

Hypertermia: 42-50*C

Denaturacia: 50-60

Koagulacia 60-80

Vaporizacia: zhruba100

Karbonizacia:menej ako 150

Topenie zhruba 300

36-42 asi fyziologicka teplota,organizmus zvyknuty, brani sa proti zmenam pri vyssich teplot

Ak nad 42.prestavaju fungovat enzymi

Denaturacia-.proteiny stracaju sek a ter strukturu,enzymi uplne stracaju funkciu,vyradaju sa reparacne mechanizmy buniek.Prudko stupa percentualny pomer frakcie uhynutich buniek,klesa En.aktivita bunky,bunky stracaju pohyblivost

Koagulacia-vsetky bunky zacinaju hynut,proteiny sa spajaju pomocou hydrofobnych castami – zhluky-hemostaza

Vaporizacia-voda z buniek sa odparuje-odpari sa 80 percent hmoty bunky a s nim aj ine casti-                                            odparenie,zmiznutie tkaniva.(pouziva sa pri odparovani nadorou)

Karbonizacia-ak ho nahrejeme bez pristupu vzduchu na 150*C-uvolnovanie uhlika-zcernenie tkaniva

Topenie-tkanivo sa roztieka(ide nahriat iba ak ma normalne malo vody)

Obr2

Mechanizmus zvysenia tep tkaniva

1.absorpcia- A+hv=A*

2.deexcitacia- A*+M(Ekin.) = A + M(Ekin.+deltaEkin.)

Fotoablacia

-Princip-priame roztrhnutie molekulovych vazieb UV fotonmi laser ziarenia

-Lasery-excimerove_ArF,rF,XeCl,XeF

-Cas expozicie 10nanosek-100nano sek

-Plosna hustota vykonu 10(7)10(10)Wcm(-2)

-Mechanizmus:

  -Excitacia AB + hv= (AB)*

  -Disociacia (AB)*= A+ B+ Ekin.

  -Ejekcia fragmentov (bez nekrozy)= fotoablacia

  -Aplikacie-refrakcna chirurgia rohovky

Plazmova ablacia

-Vytvorenie plazmy z tkaniva s nasledujucou ablaciou

-laseryNd.YAG,Nd:YLF

-cas expo:menej ako 5O0 ps,100fs

-plazma-hmota je len zmes ionov jadier , a elektronov ktore neprisluchaju k nejakemu jadru.Dosahuje vysoke teploty1.10(9),rozpina sa dosledkom svojej vysokej teploty,

Fotodisrupcia

-Princip:fragmentacia tkaniva mechanickymi silami utvorenimy plazmou

-Laser Nd.YAG,Nd.YLF

-500Ns-100fs

-Hustota  vykonu 10(11)-10(16)wcm(-2)

-Aplikacie.frag,mentacia rohovky

Obr3

vznik plazmy(dalsie)

obr4-vznik narazovej vlny –az rozlamanie dalsej vrstvy na prechode-napr.kost pri napadnutom tkanive

Vznik gravitacnych dutin-vznik rozpinanim duchuobr5

Vznik prudov hmoty

Typy vznikov plazmy_obr.6

Prednaska 2,

Radioaktivita,ionizacne ziarenie a jeho vyuzitie v medicine

Prirodzena radioaktivita: samovolny rozpad nestabilnych jadier nachadzajucich sa v prirode

Umela radioaktivita: ...vzniknutych v jadrovych reakciach

Pri rozpade sa uvolnuje :ziarenie alfa-castice alfa, ziarenie beta-elektrony,ziarenie

    gama-elektromagneticke ziarenie s velmi kratkou vlnovou dlzkou.

Nameranie intenzity radioaktivneho ziarenia:

1,jednotka aktivity-becquerel(Bc).Aktivita – pocet rozpadov za jednotku casu

2.Jednotka davky ziartenia- 1gray(gy)

Jeden gray-davka absorbovana telesom s m = 1kg,zodpovedajuca absorbovanej energii ionizujuceho ziarenia o velkosti 1joule.

Davka- energia ziarenia absorbovana jednotkocou hmotnostou latky

ZAKLADNY ZAKON RADIOAKTIVNEHO ROZPADU

LAMBDA- rozpadova konstanta!

Zakon radioaktivneho rozpadu-  N=N(0)e(-lambda.t)      - labmda preto lebo ubudaju jadra-rozpadavaju sa

Exponencialny zakon,podla ktoreho rozpad lubovolneho vychodiskoveho mnozstva lubovolneho radioaktivneho prvku trva teoreticky nekonecne dlho.

Miera casu trvania rozpadu radioaktivneho prvku

Polcas rozpadu T0,5 a stredna doba zivota-tau(zamorie)

T0,5=ln2/lambda

t=TO,5, N=N(0)/2

N(0)/2=N(0)e(-lambdaT1:2)

Napr. polonium T1:2=1.10-7s

        Uran T1:2=4,5.10(9)rokov

Rozpadova konstanta-lambda

Ak vezmeme velky pocet jadier (rovnakych nestabilnych)-N, potom za casovu jednotku  sa bude priemerne rozpadat lambda N jadier

Aktivita-   A=lambda.N

Charakterizuje intenzitu ziarenia radionuklidu ako celku a nie jednotliveho jadra a urcuje rychlost rozpadu jadier???

Exponenciala rozpadu- krivka sa nesmie dotykat osi casu t.lebo sa teoreticky jadra nikdy nerozpadnu

Radioaktivny rad

-rad prvkov , ktory vznika postupnym rozpadom zakladneho prvku

Radioaktivne rady:Toriovy,Neptuniovy,Uranovy,Aktiniovy

Obr1

Rozpad alfa obr.2

Ak vznika dcerske jadro vo vzbudenom stave uvolnuje sa gama ziarenia pri prechode dcerskeho jadra vo vzbudeneho do zakladneho stavu.

Gama ziarenia-vznika v dosledku interakcie nukleonov v jadre s elektromagnetickym polom jadra, dochadza k vyziareniu fotonov o velmi vysokej energii..

Vnutorna konveria ziarenia

Ina moznost prechodu do zakladneho stavu m kedy excitacna energia sa odovzda jednemu z okolitych orbitalovych elektronov.(vysledny emitovany elektron ma kineticku energiu rovnu uvolnenej excitacnej energii jadra minus vazbova energia elektronu v atome.)

1:Beta rozpad=komplex 3procesov

Rozpad beta:po ktorom jadro emituje elektron , naboj jadra sa zvacsi o jednotku:obr3

Antineutrino-elementarna castica elektricky neutralna.

elektron vznika v okamihu rozpadu z neutronu podla obr4.

2:Beta+  

-pri ktorom jadro emituje pozitron(anticasticu elektronu)-tj.casticu s rovnakym , ale opacne nabitym elektrickym nabojom ako ma elektron.Naboj jadra sa zmensi o jednotku.obr5

3:Elektronovy zachyt:obr6

Pri ktorom jadro absorbuje elektron z elektronovej hladiny,naboj jadra sa prirodzene zmensi o jednotku.zachytom elektronov sa jeden z protonov jadra neutralizuje na neutron a emituje sa neutrino

Podla toho ci je elektron zachyteny z K-(L,M) hladiny hovorime o K-(L,M) zachyte.

.

Biologicky ucinok ziarenia :

Pri prechode radioaktivneho ziarenia zivou sustavou:absorpcia,rozptyl,iónizacia a ine.Sprevadzane zmenamy energie:

Ucinok zavisi- na velkosti , priestorovom a casovom rozlozeni davky ziarenia , na druhu ziarenia a jeho parametroch , na mieste v ktorom ziarenie posobi na organizmus,fyziologicke predispozicie organizmu.

Vyjadrenie relativnej biologickej ucinnosti ziarenia na cloveka-

Davkovy ekvivalent – sucin davky , akostneho faktrora a priestorovej orientacie davky

Jednotka davkoveho ekvivalentu:1 SIEVERT-(Sv) ako biologicky ekvivalent davky 1 Gy pre clooveka

Letalna davka LD(50:T)-vystihuej obecnu relativnu ucinnost davky ziarenia????

Aplikacie radioaktivneho ziarenia v medicine

Metoda znacenych atomov:lubovolnz radioaktivny izotop sa chemicky chova rovnako ako jeho stabilny izotop.(nahradime urcity pocet atomov stabilneho prvku izotopom , ktory emituje pri radioaktivnej transmutacii ziarenie)-stopovanie podavanie latky

Optimalny T1:2 – aby  nedochadzalo k zbytocnemu zamorovanie

Radiolieky- na diagnosticke ucely, radioaktivny jod – k studiu rozlozenia iodu v stitnej zlaze, radiochrom- zistovanie poruch krvotvorby, radioizotop hore (24 dole11) Na studium pohybu Na v organizme

Využivanie –

-pri prechode latkou ionizuje atomy prostredia , pricom sa absorbuje enegia, ktora sposobuje v latke CH,B a ine zmeny

Uplatnenia – onkologia,terapia stitnej zlazy a niektore krvne a kozne ochorenia.

Ionoizacne ziarenie-

Zivotne prostredie obsahuje ionozacne ziarenie , ktoreho hlavymi zdrojmi su- kozmicke ziarenie , radioaktivita zemskeho povrchu, radionuklidy vo vnutri organizmu

Mechanizmus ionoizacie- elektro-magneticka interakcia medzi pohybujucou sa nabitou casticou a elektronoveho obalu, alebo molekuly pricom sa uvolnuju elektrony.

Sekundarna ionizacia–ak kineticka energia uvolneneho elektronu je vascia ako akcny potencial atomu

Priama ionizacia-castice s elektrickym nabojom

Nepriama ionizacia-nenabite castice

Iny mechanizmus absorpcie ionizacneho ziarenia- Exitacia – vzbudeny stav

99Tc-6hodin polcas rozpadu-biologicky polcas 5,92hod-pouzitie mozog oblicky srdce

Samostudium z hrazdira..

Tazke nabite castice

Lahke nabite castice

Fotony,fotoefekty

Neutrony

Urychlovace

Pristroje ktore urychluju castice-aby mali vyssiu energiu- a mozeme ich urychlovat len ak maju elektricky naboj.

Rozonavame urychlovace s priamou a kruhovou drahou castic

Linearny urychlovacOBR7

Je tvoreny trubicou evakuovanou(bez vzduchu), v ktorej je umiestneny rad dutych valcovych elektrod.

Nabite castice – iony- boli vystrelovane z vhodneho zdroja. Elektrody boli budene striedavym napatim o vysokej frekvencii tak , aby susedne elektrody niesli vzdy opacny naboj.castice ,e- mozu byt urychlovane len v medzerach medzi elektrodamy

Potrebne pre spravnu cinnost

Frekvencia generatora=konst. Musi byt cas preletu castice kazdou elektrodou rovnaky

Ak rychlost castice v kazdej medzere vzrasta- Musi sa zvacsovat dlzka elektrod

Kruhove urychlovace z knihy

Pouzitie urychlovacoiu v medicine

Zvazky castic urychlenych pomocou urychlovacou mozu byt pouzite priamo na terapiu a cim maju vyssiu energiu tym hlbsie do tkaniva prechadzaju

Pouzivaju sa na tvorbu radionuklidov(pozitronova emisna fotografia) a neutronovehao ziarenia

Je mozne usmernovat energiu az do urcitej hlbky posobenia

Principom radioterapie zhubnych nadorov je dodanie dostatocnej davky ionizujuceho ziarenia do nadoroveho loziska takym sposobom , aby opklopujuce zdrave tkanivo a kriticke organy v blizkosti nadoru boli co najmenej zatazene davkou ziarenia

Tele a brachy radioterapia

Tele-z vonku ozarovanie –zdroj ziarenia je mimo pacienta

Brachyradioterapia- zdroj ziarenia je vo vnutri objektu.Zavadzanie zdrojov ziarenia- radioforocg priamo do nadoru vo forme endokavitarnej (radiova tuba – napr.do dutiny maternice,alebo do pazeraka)

Ozarovace-kobaltove.stredna energia ziarenia

        -ceziova-mala energia

        Betatrony

        -linearne urycholvace

        -cyklotrony-dlhe niekolko kilometrov , na fyzikalne vyskumy..

Vyhody vysokoenergetickych zdrojov ziarenia

-vysoka prenikavost ziatrenia a tym vyssia hlbkova davka

-absorpcia ziarenia v tvrdych a makkych tkanivach je rovnaka a tak nevznika za kostami tien-oblast s nizsou absorbovanou davkou.

Efekt setrenia koze na vstupnom poli zvazku ziarenia (dana davka  je na povrchu mala a rychle narasta a dosahuje maxima v 0,5 az 2 cm-neposkodi kozu)

V brachyradioterapii sa pouziva ako zdroje ziarenia technika afterloadingu- pri intrakavitarnom ozarovani sa zavedie aplikator do dutiny maternice.kontroluje sa rontgenom spravna poloha zavedenia aplikator- pripoja sa hadicky tohtho afterloadingoveho pristroja- dialkovo sa presuvaju latky- timto sa chrani zdravotnicky personal od radioaktivneho materialu.

Ako zdroje-Cs137,Co60,Ir192

,..-––––––––––––––––––Prednaska rontgenove ziarenie––––––––––––––––––––––––––––––––––

Biomedicinske zbrazovanie:vytvorit obazy vnutornych casti zivych tiel zvonku na diagnosticke ucely

Biomedicinske zobrazovanie je multidisciplinarna oblast zahrnujuca

-fyziku(hmata ,E)

-matematiku

-biologiu/fyziologiu        

-Inzinierstvo

-Informatika

Metody zobrazovania

rok objavenia:1895(rontgen)

druh ziarenia(fotony)-RTG luce=EM ziarenie

Energia/vlnova dlzka-0,1-100keV/10-0,1nm(ionizujuce ziarenie)

Princip zobrazenia:RTG luce prenikaju tkanivom a vytvaraju tienogramy s rozdielnou denzitou

ZObrazovany objem – cele telo

ROzlisenie-Velmi vysoke

Aplikacie-mamografia ,ortopedia,stomatologia....

Metody BMI:RTG-pocitacova tomografia

rok objavenia-1972

druh ziarenia-RTG luce

Energia/vlnova dlzka-podobna (ionizujuce)

Princip-RTG snimky su robene pri mnohych uhloch,z ktorych sup ocitane tomograficke obazy

Zobrazovany objem-cele telo

Rozlisenie-vysoke

Aplikacie:Zobrazovanie makkych tkaniv(mozog,kardiovaskularny system ,gastrointestinalny system GI)

Nuklerane zobrazenie(PET/SPECT)

1953(PET)1956(SPECT)..pet-pozitron emisna tomografia,spect-

Ziarenie -gama luce

Energia-vacsia ako 100keV

Princip zobrazovania-akumulacia alebo absencia radioaktivnych izotopov v tele su zobrazovane pomocou RTG detektorov

Rozlisenie- .stredne ,nizske

Funkcia-funkcionalne zobrazovanie (detekcia nadaorov,metabolicke procesy,infarkt myokardu)

Je to detekovanie radioaktivnych izotopov v tele pri urcitej cinnosti a presne miesto kde sa tieto izotopy vylucuju.Daju sa tym druhym zobrazovat jednotlive fotony.

Magneticka rezonancia

-1945,

Druh ziarenia-radiofrekvencne, neionizujuce ziarenie.princip-preskoky spinu protonu su vyvolane absorpciou RF vlnenie a ich relaxaciou vznika (echo),ktore sa detekuje

Vysoke rozlisenie.Aplikacie-makke tkanivo a funkcionalne zobrazenie

Zobrazovanie ultrazvukom

1952

Zobrazovanie-zvukove vlny /(neionizujuce).nie EM ziarenie,ale mechanicke vlnenie

Princip zobrazenia-echa z nespojitosti(odrazene vlny) v hustote tkaniva/meria sa rychlost zvuku

Maly zobrazovaci objem.vysoke rozlisenie.Aplikacia-makke tkaniva,meranie rychlosti prudenie krvy(dopplerov efekt)

Opticka tomografia

1989

Druh ziarenia-blizke infracervene svetlo(neionizujuce)

Energia 1eV

Princip zobrazenia-interakcia(absorpcia ,rozptyl)svetla(EMvlny) s tkanivom

Nizsie rozlisenie a zobrazovany objem

Aplikacie-perfuzia,funkcionalne zobrazovanie

Vlnova alebo casticova interpretacia

RTG luce su elektromagneticke vlny

Frkvencia v=1/T(s=-1Hz)

Vlnova dlzka lambda(m)

Sirenie rychlosti svetla c=lambda.v–-inverzny vztah pre lambdu a ,,v´´

RTG luce-ako castice (fotony)

Zvazok castic s nulovou hmotnostou,pohybujucich sa rychlostou svetla

Energia fotonu je:Ef=hv=hc/lambda

Vykon/plocha(W/cm2)= Energia/cas.plocha(J/cm2.sekunda)=energia vsetkych fotonov(E=nhv)/cas.plocha

Rontgenka

Princip-urychleny naboj pri dopade na anodu generuje rtg luce

Katodove vlakno C je elektricky vyhrievanie a emituje elektrony

Elektrony su urychlovane smerom k anode aplikovanym vysokim napatim,kineticka energia fotonov Ke=e.Va

Typicky VA=40-150kV,IA=1-1000mA

Zmena elektronov na anode vyvola rontgenove ziarenie

Dva typi:1.brzdne ziarenie-

-spojite spektrum Em ziarenia vznika premenou Ke elektronov pri ich zabrzdeni na anode-tj.brzdne ziarenie

Zdrojom brzdenho ziarenia su elektrony ,ktore sa pohybuju po zakrivenej drahe v coulombovskom poli jadra

Vascina energie je premenena na teplo.ziskame len 0,5% RTG ziarenia

Energia fotonov je dana rozdielov enegii pred a po interakcii s jadrom

Maximalna energia pre produkovana fotony je dana Ep,max=hv(max)=Ke=e.Va

Lambdamin=h.c/e.VA

2.zlozka-charaktreristicke ziarenie

Uzke pasy intenzity RTG ziarenia pri charakteristickych energiach su pozorovane na spojitom spektre brzdneho ziarenia

-vznika odstranenim elektronov z vnutornych hladin atomov anody a ich nahradenim elektronmi z vyssich hladin,pricom dochadza k energii RTG ziarenia.Energia RTG ziarena je rovna rozdielu prislusnych energetickych hladin.Tato energia tichto charakterisickych spektier umoznila poznat detaily struktury proteinov,NK,membran....

RTG spektra

V diagnostikej radiologii sa vyuziva RTg ziarenie produkovane pri 40-150kV

Maximalna energia fotonov Ep(keV)=hvmax=e.kV

Charakterisicke ziarenia vznika len pri anodovych napatiach vyhovujucich nerovnosti

Zlozenie rontgenky :volfram,pokryta medou pre odvedenie tepla,teplo sa odvadza rotaciou

Charakteritika rtg ziarenia

Elektromagneticke ziarenia.,ionizacne ziarenie,ionizuje aj vzduch,pri dopade na latky vyvolava fluorescenciu,zcernanie fotografickej dosky..rozne casti absorbuju rozne mnozstvo rtg ziarenia.

Zalezi absorpcia na materialu a hrubky materialu.

Interakcne procesy

Absorpcia.foton je pohlteny a jeho celova energia je odovzdana na tercik

Rozptyl:foton je vychyleny z povodneho smeru a moze alebo nemoze previest cast svojej energir na tercik-pruzny a nepruzny rozptyl.

Kazda interakcia odstrani foton z drahy zvazku , cim klesa intenzita zvazku

Vznika tu aj sekundarne rtg ziarenie

Tri najvyznamnejsie fyzikalne procesy pri absorpcia

-fotoelektricka absorpcia

-comptonov rozpad-dopadajuci foton sa zmensi na foton s mensou energiou-odovzda elektron

-produkcia parov(e-,e+)-na toto sa spotrebuje energia fotonu

RTGkontrast.-je dany absorpciou a cislom Z-pocet protonov v jadrach prvkov

Najviac absorbuje 20Ca,15P

Radiograficke metody

Skiaskopia

Skiagrafie

Substrakcna radiografia

DSA-digitalna substrakcna angiografia

CT-pocitacova tomografia

–––––––––-––––––––––––––––––––––-dalsia prednaska–––––––––––––––––––––––––––––––

MAGNETICKA REZONANCIA

Ludske telo sa sklada z atomov ktorich jadra sa spravaju ako magnety

H,13C,31P,19F,23Na,39K(neparny pocet nukleonov)

Atomy vodika su v vode lipidov kyselin.prakticky vsade-ak jadro vodika umiestnime do vonkajsieho mag pola tak sa zacne spravat ako magnet.

Ked pacienta umiestnime do silneho mag pola.-magneticke momenty sa zacnu orientovat jednym smerom*

(giromagmneticky  pomer vodika dava do vzajomneho pomeru mechanicke a magneticke vlastosti jadra vodika)

*kvantova fyzika-mechanika .povoluje len dva typi kuzela po ktorich moze ten atom vodika kruzit

Magnetixcky moment jadra atomu vodiku prechadza do plasta kuzela orientovahneho v smere vonkajsieho mag pola na oplast kuzela orientopcaneho prot smeru vonk mag pola,v pripade ak frekvencia vonk elekmag pola sa vyrovna Larmorovej Frekvencii recesneho pohybu magnetickeho momentu jadier atomov vodika.

Obr2.

E-energeticka hladina protonov bez vonk mag pola

E1-nizsia energeiricka hladina protonov v magnetickom poli

E2-vyssia

Relaxacia –proces navratu magnetickeho momentu do smeru vonkajsieho magnetickeho pola(nastava ak vypneme vonkajsi pritok energie-vonk elektromag pole)

Relaxacny cas-cas za ktory sa vrati do povodneho stavu

Vyuzivanie –jedrova magneticka rezonancna spektroskopia,a jadrova magneticka rezonanca tomografia

Spektroskopia-musime vybrat kusok tkaniva lud tela a timto tkanivom ziskavat udaje-napr vnutrobunkove ph,chemicke zlozenie  buniek,reakcna kinetika enzymov a roznych reakciach vo vnutri bunky.tato spekrtroskopia dokaze poskytnut  tieto udaje bez poskodenia

Tomografia-dokazeme urcit priestorove rozlozenie hmoty v ludksom tele-dokazeme kvalitativne zobrazit akukolvek cast ludksho tela bez toho aby sme ludks telo nejak narusali

Relaxacne casy- T1-spinmriezkova relaxaacia=pozdlzna relaxacia-vyjadruje cas za ktory sa vymeni energia medzi spinmy signalu(systemu?) a okolitou mriezkou

                T2-spin-spinova relaxacia=rel.cas precnej relaxacie-vyjadruje cas za ktory sa vymeni energiia medzi spinmy systemu

Mag moment interahuje s okolitymi atomami a odovzdava im cast svojej energii a tak sa vracas k povodnemu stavu-k povodnej energii.a tentoi cas s´je T1

Ak prechadzaju na protilahly plast tak sa momenty natlacia do uzkeho priestoru tohto polasta a ostatom plasta zostate volny––sfazovali sa

Cas za ktory sa priecna rovina mag rezonancia,,vycisti,,???????  Je T2

T1 zavisi od teploty,viskoity prostredia , pritomnosti makromolekul,pritomnosti paramagnetickych ionov

T2-predovsetkym od pritomnosti paramagnetickych ionov(radikali)

System si rozdeli telo na ciastocky.voxely- zmeria rel casy.

Vybera si nejaky voxely kde je iny rel cas-priradi im na  obrazovke iny odtien sede-zobrai takto iny utvar-nador alebo podobne.

Da sa zobrazit akykolvek anatomicky utvar vo vnutri lud tela.

Napr.nador prudko zmeni hodnoty relaxacie-pbr4

Princip kodovania priestoru v mag rez tomografoch-obr5

Pomocou vzdialenosti signalou –rovnakych frekvencii vpristroji a bunke-urcime vzdialenost medzi bunkamy.

–––––––––––––––––––––––dalsia prednaska–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Bioenergetika

Vysoky stupen organizovanosti zivich systemov a ich specifickych vlastnosti nastoluju 2 hlavne problemy:

1.akym sposobon ziskavaju bunky enegiu z okolia

2 na akom principe je zalozena synteza zlozitych struktur v bunkach

Procesy prebiehajuce v zs su viazane na bunkove struktury , ktore predstavuju z term.stranky OTVORENY SYSTEM-vymiena energiu aj latky s okolim(priamy kontakt)

Izolovany system –s okolim nevymiena ani latky ani energiu

Uzavrety system-vymiena s okolim len energiu.

Volna energia a jej vyznam pre procesy v zivych sustavach

System-v termodynamike vyjadruje definovanu cast hmoty.

Okolie-zvysna cast vesmiru

1.termodynamicka veta-celkova energia systemu a okolia je konstanta    delta E= Eb-Ea

-celkova energia systemu je konstanta

Ea-energia systemu na zaciazku procesu

Eb-energia systemu na konci procesu

Zmena energie systemu zavisi len od zaciatocneho a konecneho  stavu a nie od sposobu transformacie systemu

Reakcie su spontanne ked energeticky rozdiel systemu pred a po je kladny- ak system absorbuje energiu z okolia

Entropia(S)-miera usporiadanosti alebo neusporiadanosti systemu.Entropia stupa ak sa system stava neusporiadanejsim

2.termodynamicka veta-

Proces spontanny , ak entropia systemu naraxsta a td.mozny , ak sucet entropii systemu a okolia narasta

Delta Ssystemu + delta Sokolia je vacsi ako 0

Zmeny S chemickych reakcii sa nedaju merat preto sa pouziva ina td funkcia

Volna energia (G)-ide o volnu entalpiu (gibsovu volnu energiu)

G= H-T.S

h-zmena entalpia,tepelneho obsahu syystemu

H=E+pV                  p-tlak         V-objem

Zmeny objemu zivych systemov suvo vseobecnosrti nepatrne- preto objem zanedbame

                          G=E-T.S

Zmena volnej energia zavisi od zmeny vnutornej energie systemu a zmeny entropie systemu-je kriteriom spontannosti.plati:-reakcia prebieha spontanne ak G ma zapornu hodnotu

1. system je v rovnovahe s navonok sa nemeni ak G=0
2. reakcia nemoze prebiehat spontanne ak G je vascie ako 0(nemame prisun energie z okolia.

Zmena volnej energie nezavisi od priebehu zmeny systemu,zavisi vsak od volnej energie latok ktorej vstupuju do reakcie

Exergonicke-reaktanti maju vyssiu volnu reakciu ako produkty-maju zaporne G.Energia sa uvolnuje vascinou vo forme tepla

Endergonicek-reaktanti maju nizsiu energiu ako produkty.treba dodavat energiu z vonku

A+B=––––= C+D

3 veta td

Pri vys.chovania plynov k dolezitost teplotnej konstante -273,15*C-teplota abs.nuly-voaze na niekolko ekvivalentych formulacii

1.Nernstova formulacia-chem.reakcie pri absolutnej nule prebiehaju bez zmeny entropie(predpoklad)

Princip nedosiahnutelnosti abs nuly-konencym poctom operacii sa neda ochladit system na absolutnu nulu.Tenot dosledok vseobecnej formulacie oznacuje ako vlastny nernstov teorem

Entropia systemu

Stavova funkcia.Pri vratnych dejoch je prirastok entropie

dS=delta.omega/T

delta.omega-prirastok tepla(mnozstvo energie dodane zvonku)

T=abs teplota

-enttropia.charakterizuje smer procesov z,sys-(nevratnych procesov).

Td proces by mali byt spontanne

Entropia je aj mierou pravdepodobnosti stavu systemu

Princip rastu entropie nemoze klesat

Vlastnosti-

V izolovanom systeme  dochadza k spontanne prechodom veducim do stavu term.rovnovahy.Tieto deje su zvasca nevratne a doprevadzane nezapornou zmenou entropie.Rovnovazny stav=stav s max hodnotou entropie.Rovnovazna hodnota u zs-srt

S rastucou usporiadanostoucasti systemu klesa i jej entropia

Aditivnou funkciou tj. Pri spojeni 2 izolovanych systremov je dana suctom ich entropii

Entropia je definovana prostrednictvom svojho priraystku delta S

Entropia def i v statistickej fyzike , podla boltzmanovewj definicie

S=k.lnt              ln-prirodzeny logaritmus.    K-boltzmanova konstanta

                t-termodynamicka pravdepodobnost.-(sposoby rozdelenia castic)

prigoginovo kriterium

zaviedol sa pojem stacionarny stav-charakterizovany konstantou hodnotou stavovych velicin-system nie je v nerovnovahe..Vyzaduuje prisun energie z okolia a vymenu latok

Funkcia hustoty produkcie entropie-sigma(S)-mnozstvo entropie vznikle v jednotkovom objeme systemu za jednotku casu v dosledku nevratnych procesov v systeme

Pri vhodnej volbe zdruzenych zobecnenych td sil Fi a td tokov Ji,hustotou rpodukcie entropie je

Sigma (S)=Sucet Ji Fi

V stacionarnom stave je i produkcia entriopie konstantna

Prigorinov teorem-v stac stave je hustota produkcie entropie minimalna

Synergetika-snazi sa pozerat na system ako na suborov casti (systemov) ktore spolocne interaguju

Biofyzika vnimania svetelnych podnetov

Funkia zraku-vnimanie svetla , farieb a priestoru.

400-760 nm vyvolava zrakovy vnem

Pred vznikom zmenseneho skutocneho a prevvrateneho obrazu predmetu svetlo prechadza svetlo-lamavym prostredim oka,absorbuje sa v sietnici ,vyvolava fotochemicke reakcie s naslednym vznikom nerv.vzruchov a porade interakcii  v nervovom tkanive sietnice sa dostava nervovou drahou do zrakovych centier mozgu

3oddieli-periferny oddiel,vlasny receptor, centralny oddiel.

PEriferny oddiel-medzi povrchom tela a vlastny receptorom

                -rohovka-bjdol.lomivy povrch pre celkovu refrakciu oka.2/3lomivosti._Zakona o odraze a dopade svetla

                -sosovka-obklopena komorovou vodou,teda index lomu svetla medzi sosovkou a okolim nie je velky.Zvysuje refrakciu oka a menui ju podlapotrieb akomodacie

                -komorova voda

                -skloevec

2.vlasne receptory:

-sietnica-absorpica energie viditelneho svetla vo fotosenzytinych bunkach sietnice-sposobuje zmeny,kt.dosledkom je vznik nerv.vzruchu

3.centralny oddiel senzorickeho systemu-

Zacina vystupomz receptoru , pokracvuje nervovym vlaknom a koncin specifickou korovou oblastou ,kde mozno zaznamenat bud Evokovany potencial, alebo odpoved neuronu na specificky senzoricky podnet

Fotoreceptory sietnice

Fotoreceptorove bunky su bipolarne a su zlozenne z vnut. A vonkajsieho segmentu .Vonkajsi segment obsahuje zrakovy pigment.

Capiky-ich vonkajsi segment je podstatne kratsi nez ich vnutorny segment. A podstatne kratsi nez vonkajsi segment tyciniek.Variabilita tvarov capikov je podla lokalizacie v sietnoici je vsak velka a hlavne  v centralnej jamke su stihle a podobaju sa skor tycinkam

Tycinky-su stihlejssie,ich celkovy pocet je 20 krat vascsi nez pocet capikov(120mil tyciniek(,6-7mil capikov)Vonkajsie segmenty su velmi dlhe a obsahuju velke mnozstvo pigmentu.

Tycinky a capiky sa lisia-

-ultrastrukturne rozdiely

-tycinky su zakoncene na synaptickej strane cibulkami a capiky stopkami

Druh fotopigmentu

Biochemicke rozdieli

Elektrofyziologicka charakteristika

Chovanie za roznych svetelnych podmienok

Tycinky-skotopicke videnie-za tmy

Capiky-fotopicke-za svetla

Capiky –maju vacsiu rozlisovaciu schopnost a umoznuju farebne videnie ktore mozeme definovat ako schopnost rozlisit svetelne podnety lisiace sa len vlnovou dlzkou.

Polychromaticke-biele svetlo-lebo ma cele spektrum v sebe

Refrekcne chyby-ametropie

Zapricinuje vznik nepomertu medzio dlzkou optickej osi a optickej mohutnosti.Osove ametropie su najscastejsie

Refrakcna chyba-kratkozrakost-myopia

                   -dalekozrakost-hypermetropia

                   - astigmatizmus

Mozu nastat aj ine chyby ako refrakcne-vacsiunou zapricinene sttrukturalnymi zmenamy.rozne patologicke procesy-funkcia tekutin a ionov a narusuju permeabilitu cievnych ciev

NApr-seroslepota-receptorova cast-insuficienciou metabolizmu rodopsinu

Poruchy centralnej casti senzorickeho systemu.

Prezbyopia-strata akomodacnych schopnosti oka-okolo 40roka zivota.

Vyuzitite ultrazvuku v medicine

Zvuk o frekvencii vssej ako 20kHZ

Mechanocke vlnenie pri kotoom sa prenasa energia alokalna tlakova vlna

Pozname pozdlzne a priecne

Vyuzitie v medicine od 1 do 10% mHZ

Je popisasny c,F,lamdba

Na rozhrani sa odraza lame absorbuje a rozptyluje

Odraz a lom ultrazvuku na rozheani s roznou impedanciou Z-je analogicka indexu lomu pre svetlo

Cast orazenej vlny koeficient odrazu,R.cast prejdenej vlny T

Vztah 1.zosit

Pre koeficienty intenzit odrazu a prechiodu , ktore su odvodene z presnych rovnic potom plati ,ze  vztahu2..

Utlm

Pre rovinnu vlnu,ktora sa siri homogennym prostredim plati-vztah 3.

Absorpcia tkanivami-kazde z tkaniv ,ma zllozky ktore inak absorbuju ultrazvuk

Generovanie a detekcia ultrazvuku

Piezoelektricky efekt1.

Predstavuje premenu elektrickej energie na mechanicku energiu a naopakv materialoch s el.dipolovymi momentami/strukturna anizoropia)

Elektricke pole(zhruba 100V)vyvola re-orientaciu dipolov-deformacia

Deformacia vyvola posun dipolov-idukujesa napatie .

Zmenou konfiguarcie krystalickej mriezky vieme na rovinnach generovat kladny a zaporny naboj.-funguje aj opance takze dokazeme menit strukturu krystalickej mriezky.

Mechanickou menou teda vieme zorientovat dipolove momenty.

U polymerov je alfa faza neaktivna a beta faza aktivna

Rezonancia menica

Mechanicke rezonancie na menici (disku) vznikaju pri frekvenciach-

vztah 4

axialny profil zvazku

diskovity zdroj oscilacie axailneho tlaku v blizskom poli.-a2/lambda-ideal

acialny profil je dany superpoziciou vln,ktore vznikaju na ploche menica(huygensov proncip)

lateralny profil zvazku

je urcovany fraunhoferovou difrakciou v dalekomm poli

je danxy pourierovou transformaciou aperturnej funkcie

minimum vychilky dostavae sin.uhla=n.(lambda/a)

axialne a laterlane rozlisovanie5.

Zaostrovanie ultrazvuku6

usporiadanie menicov-

linearne usporiadanie s postupnym budenim-lateralnym scan

ak menime fazovy posun menime uhol vlny-doprava,dolava atd.-teda elektricky ovladat tento pohyb ultrazvukovej vlny.

Typy usporiadiadania-

Zobtazovanie ultrazvukom

A-mod-amplitudovy

Najstatsi a najjednoduchsi typ zobrazenia

Zorazuje amplitudu echa(intenzita odrazeneho signalu)versus Cas,Hlbka d=ct/2

Opakovaca rychlost pulzov –kHZ

Pocital sa cas za ktory sa vratila odrazena vlna a podla toho sme urcovali vzdialenost jednotlivych organov.amplituda grafu nam okram casu svojou hodnotou ukazovala impedanciu a podla nej sme mohli vyhodnotuit typ tkaniva

A-modII

2-5-brucho,srdce,mozog-5-15MHZ v oftalmologii

Procesor nam zposobil ze amplituda zavisela len od vzdialenosti a nie aj od utlmu-lahsie pozorovanie-bez dodatocnych vypoctoch

M-mod

Zaznamenavju sa casove zmeny zisakne pomocouA/B modu.

Umoznuje nam to dvojrozmerny zazna, amplitud

Zobrazenie srdca-hrubka steny,funkcie chlopni...

Bmod

K ampliude v mode a sa priradil bod na monitore a potom velkost amplitudy odpovedala jasu prislusneho bodu(stupna sedy)

Strujktury sa teda zobrazuju pomocou farieb

B zobrazovanie v realnom case-mechaicek menice

Dopplerov jav-spociva v zmene frakvencie a vlnovej dlzky v zavislosti od pohybu zdroja apozorovatela

8

CW doppler-s kontinualnou vlnou

Vieme pomocou neho merat rychlost prudenia krvi v cievnom systeme9

Nenesie informaciu o hlbke

Pozorujeme jednotlivu krvinku

Rychlost je zase priradena farbam na monitore

Haha-kuvadvat

Pulzny dopler-vzorkovaci objem

Vysoke rozlisenie-az cely prierez arterie

Urcuje aj hlbku

Duplexne zobrazovanie-je hovadina

Ucinky ultrazvuku

Tepelny efekt-premena energie ultrazvuku na teplo

Kavitacie-vznik dutin v kvapaline ,vznikaju roztrhnutim vazieb prosdtredia velkym tlako gradietom

Chemicke efekty-vznik napriklad OH+,OH-,radikali,iony...

Disperzia a koagulacia

Biologicke ucinky-zvysenie tepla mzvysenie metabolizmu,rozrusovanie buniek

Ultrazvukova terapoia-ultrazvuk s Fmenej ako 1MHZ a Iviac ako 2-200kW/m2

Diagnostiika F vacsia ako 1 MHz a I(vykon) menej ako 0,3kw/m2

Diagnosticke vysetrenie-vysetrenie stitnej zlazy

Predporodne vysetreni plodu-obalove vrodene vady,pohlavie dietata-....

Teraepeuticke vyuzitie

V lchirurgii a likvidaciu nadorov pankreasu prostaty mocoveho mechura

Likvidacia takniv je dosledkom zvysenej teploty v mieste fokusacie

Poloha ultrazvukoveho luca sa kontroluje napr pomocou magnetickej rezonancie-ultrazvulova sonda sa potom pomocou roboticvkeho ramena posuva na spravne miesto.

Existuje mechanicka a elektronicka fokusacia

Vedlajsim ucinkom je tvorba bubliniek ale tie nicia tkanivo co sa teraz skuma pre mozny buduci prospech.

Ultrazvukove cistenie zubovnicenie zubneho kamena

––––––––––––––––––––––prednaska––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ku magnetickej rezonancii

-pomocou rezou-relaxacne casi(zavisia od zlozenia buniek a tkaniv).Vsetky choroby menia zlozenie-preto ich vieme detekovat.

Slaby signal-u CT-kompaktne kosti,priestory so vzduchovymi bublinamy,kalcifikovane tkanivo–

Pomocou mr dokazeme rozlisit edem(opuch-vrstva vody ) oproti nadoru,ct toto nerozlisuje

Je mozne odlisit primarne nadory od metastatickych

Mr-trojrozmerne zobrazenie makkych tkaniv a kosti(kostnej drene , nie kompaktnych kosti)

        Odllisenie normalnych tkaniv od tkaniv zmenenych zpalom , regeneraiou,degeneraciou,nadorovym ochorenim

        Informacie oprietoku krvi arteriovym a venoznym systemom

Zobrazenie perfuzie organov

Informacie o mechanickej funkcii organov

Dominuuju ce aplikacie MR

Patologicke stavy mozgu a miechy

Diagnostika roztrusenje mozgovomiechovej sklerozy

Zobrazenie krvneho rieciska a meranie krbvneho prietokz

Lkalizovanie cievnej tromby bez pouzitia kontrastnych latok(neinvazivne!)

Patologicke procesy ktore zosilnuju signal-vnutrotelove a ine krvacanie,vznik edemov,niektore druhy nadorov(viacej molekul lipidov)

Znizovanie intenzity.-kalcifikacia tkaniva,niektore nadory.

Obr1

Mozne rizika vesetrenim-z chladiacich plynov tomografu(z magnetu-supravodiveho-vodic sa ochladi kvapalnym heliom ktore by mohlo explodovat)

                        -zo silnych stacionarnych mag poli-milionkra silnejsie ako mag pole zeme .

                        -radiofrekvencne polia-ktore vyvolavaju rezonancu  H

Rizika delinme na priame anepriame

Priame-bezprostredie ohrozuju zivot pacienta alebo kvalitu vysetrenia

Nepriame-spusti nejaky chorobny proces

Priame-volne predmety ktore sa vyskytuje v blizkosti mag pola.-zmagnetizovatelne predmety su pritahovane ku najsilnejsiemu bodu sil-tam vacsinou lei pacient.(pero...)

Implantaty v tele pacienta z feromagnetickych materialov

Kardiostimulatory-tento produkuje el mag pole –prekoduje sa informacia a vysledne moze aj prestat pracovat srdce.

Vo vodici ktore vedie z kardiostimulatora k srdcu sa moze naindukovat prud poskodenei okoliteho tkaniva.

Hluk pocas vysetrenia z cievok-pacient sa pohne a pristroj zachyti informaciu nepresne

Klaustrofobia

Tehotenstvo-v prvych troch mesiacoch-len preventivne.nie je znamy pripad poskodenia.

Nepriame rizika

-zmeny v kinetike enzymov

-zmeny v orientacii subcelularnych struktur a samotnych buniek.

-neurologicke efekty-v indukcii .-zmena potencialov

Magneticke fosfeny-podriazdia capiky v oku-mozog registruje ako zablesky.

-zmeny v cinnosti srdca-predlzi sa dlzka cyklu o 15%-len momentalne zvacsenie.

Magneto-hydro dynamicky efekt-sily posobia proti pohybu krvi(zvysenie tlaku)-ale su velmi male.

Vyhody v porovnani s Ct

Vysoky kontrast makkych tkaniv

Nepritomnost ionizacneho ziarenia

Vyuziva mag polia s mensou frekvenciou-energiou

Doalzeme rozlisit nador od edemu bez pouzitia kontrastnej latky

Nepritomnost artefaktov na rozhrani dvoch prostredi (tkaniv)ludskeho tela s rozdielnymi absorpcnimy koeficientmy.

Vyhody CT-vyssi kontrast kompaktnych kosti.(len povrch sa zobrazuje zle –dren dobre)

Dokaze vysetrovat pacientov v tazkom pourazovom stave.

Dokaze vysetrovat pacientov aj s vnutrotelovymi implantatmi,kardiostimulatormy

MOLEKULOVA BIOFZIKA

Kvarky sa spajau do caastic-atomy- molekuly-mol.konplexy-bunky –tkaniva-organy – organizmus

Interakcie-silna , slaba elektromagneticka a gravotacna interakcia

Silna posobi medzi varionmy a mezonmy-medzi hadronmy- maju dosah len vramci jadra atomu

Maju velku amplitudu len vramci jadra.mimo jadra je nulova.

Slaba interakcia- medzi leptonmy a hadronmy-leptony a variony,mezony-su zodpovedne za B rozpady

Ma velmi kratky dosah-sily v jadre

Casticami pola el mag interakcie su fotony-ma vacsi dosah a jej amplituda tak pruo neklesa-posobia nou na seba nabite castice

Gravitacna interakcia- na zaklade hmotnosti- casticou su gravitonmy(ale nie su dokazane)

Pomer velkosti v racmi jadra

Silna: elmag: slabej gravitacne

1: 10(-3):10(-15):10(-40)

V ramci atomoveho jadra je odpudzovanie rovnakych nabojov mensie-mimo jadra sa odpudzovanie prejavuje.

Pre strukturu atomov molekul.....su rozhodujuce elmag interakcie.

Molekula-sustava atomv ktore su anvzajom viazane tak silne ze navonoik vystupujuako jedna castica

Molekulova fyziky(biofyzika)-cast fyziky ktora vysvetluje vlastnosti hmoty  z hladiska fyzikalneho pohybu castioc z ktorych sa hmota sklada

Napr.jednoatomove plyny povazujeme za molekuly

V sucastnosti orem genetiky prichadza prudky nastup proteoniky-zaobera sa analyzou proteomu-subor vsetkych proteinov organizmu.

Molekulova byofyzyka.viac interakcia medzi nadmolekulovymi komplexami...

-chorobaje dosledkom nariusenia homeostay medzi molekulamy lud organizmu-starnutie-....

Smrt rozpad homeostatickej interakcie medzi molekul lud organizmuuuuuuuuuuuuuuu

Obr2.

Chemicka terminologia

A,silne interakcie=vazbove

        Ionova,kovalentna-polarna

                              -nepolarna

Zakladne vlastnosti vazieb

1mnasobnost 0-3

Dlzka

Vazbova energia

Polarita

Prietorova orientacia    (hrazdir)

Slabe interakcie-chemicky – pri ktorych nevznika vazba

Energia 3-60 kJ.mol(-1)

Ucinok staticky a dynamicky

Staticky . podmienuju sekundarnu terciarnu strukturnu proteinov.....

Dynamicky-napr medz enzymom a substratom-komunikuju na zaklade elektromagnetichych vln,sil.

Dosledky interagovania dipol-ion....

Ludkse telo plynne kvapalne a tuhe skupenstvo

Idealny plynrozmery molekul su mensie ako vzdialenosti molekul,molekuly na seba neposobia,zrazky molekul idealneho plynu su dokonale pruzne

Ma potencialnu energiu ktoa sa skalada z vnurtornej energieobr3

Vnutornoatomova vibracia a rotacia.toto tvori energiu???

Ply nezachovava ani obejm ani tvar.realny plyn –potencialna energia vzajomneho posobenia ni ej rovna nule ale kineticka energia pohybu molekul je neporovnatelne vacasia ako energia interakcie.

Kvapalne skupenstvo –potencialna energia je porovnatlena s kinetickou energiou -ale nie dost velka na to aby zabranila pohybu.zachovava si obejm ale nie tvar

Mdzi tuhym a kvapalnim-.stav tekuteho krystalu-mezomorfny tvar.kvapaliny maju izomorfne vkastnosti-vsade su vlastnosti rovnake.tieto kvapaliny nemaju vsade rovnake vlastnosti-zavisia od smeru merania.-anizotropna kvapalina(napr.plazmaticka membrana)

Mezomorfny stav-z kvapaliny-moznost sa pohybovat-z tuheho-usporiadanost

Tuhe

Atomy su lokalizovane v konkretnych bodoch priestoru

Potencialna energia je ovela vacsiaako kineticka energia-pozname mnho druhou mriezok

Zachovavaju si aj objem aj tvar

Plazma

Zmes volnych ionov a jadier ktore nepatria ziadnemu atomu

Podchladena kvapalina-nema ,,zarodocne misto krytaliku,,-ak do nej hodime krystal prebehne masove stuhnutie kvapaliny

Prehriata para–nasytena para so umelo zvysenou teplotou.....

Disperzne systemy.

Rozumieme nim sustavu ddvoch faz-zloziek- z ktorich jedna faza(disperzny podiel),zlozka je rozptylena v druhej faze alebo zlozke.(disperzne prostredie)

Uhlik- vo faze tuha alebo vo faze diamant-ale rovnake skupenstvo

Disperzne prostredie je spojite a disperzny podiel je nespojity

Pozname heterogenne-system vody vo dvoch fazach-ladu a kvapaliny.alebo z dvoch zloziek-olej vo vode

Homogenne-glukoza vo vode.neni tu fazove rozhranie.

Stupen disperzity sa rovna prevratenej hodnote priemeru castice disoerzneho systemu.

Disperzie z hladiska velkosti castic.

-analyticke disperzie-maju velkost castic  do 1 nm-zmesy plynov,prave roztoky

-koloidne disperzie:1nm-1mikro meter

-hrube- 1mikro meter-1mm –nazyvame ich aj suspenzie

Ak castice hmoty maju priemer vacsi ako 1mm uz nehovorime o disperzii

-analyticke disperzie

zmesy plynov , obr5

disperzne prostredie plynne?,?

disperzne prostredie kvapalne-roztoky v kvapalineobr6

rozpustnost plynu v kvapaline klesa so stupajucou teplotou

evazia-prudke uvolnovanie moelkul plynu nad kvapalinou-uvolnovanie(z kvapaliny)???

Kesonova choroba-upchanie ciev bublinami plynov(pri prudkom vyoreni z velkej hlbky)

Rekompresia-v pretlakovej komore-znovurozpustenie bublin- a pomalydekompresia na vydychanie prebytocneho plynu.

Kvapalne diperzne psrostredie-kvapalina kvapalina

Neomezene miesatelne-voda etanol,etanol a krv

Obmedzene-voda a eter-dva roztoky-dve vrstvy-eter vo vode a voda v etery

Nemiesatelne-ak je velky rozdiel v polarite

Disperzne prostredie kvappalne, podiel tuhy-prave roztoky-polarnea nepolarne rozpustadla

Mnozstvo latky v gramoch ktore je rozposustne v 100 g rozpustadla-podla tlaku a teploty.

Koloidne disperzie

pritomnost elektrickej dvojvrtsvy na povechu castice

castice:

liofobne-tvoria el dvojvrstvu absorpciu ionov z roztoku

liofilne dojde k disociacii Cooh skupiny-vytvori sa sustava nabojov obr7.na povrchu koloidnej castice sa vytvori na el dvojvrstve-potencial

pri zmene ph mozeme zmenit pocet kladnych a zapornych castic-nabojov- na povrchu koloidnej castice-nepohybuje sa v roztoku

koagulacia-spajanie sa koloidnych castic do celkov-prebieha aj postupom casu..-(vyzrazanie).moze prebiehat aj samovolne-ak je roztok velmi dlho spolu-velky pocet narazov castic-starnutie roztoku

castice sa mozu vyzrazat vo forme vlociek –flokulacia.vo forme kvapocviek-koacervacia,gelu-gelatinizácia-vytvorenie sietky z vlakien-v strede kazdeho,,okna,, siete sa udrziavaju casti koloidnych zhlukov-tvorenie gelu

koloidne castice sa v skumavky zacinaju postupom casu zhromazdovat v dolnej casti skumavky-tiazova sila.opacnym smerom-volna termodynamicka sila posobi opacnym smerom na volne rozpustene castice-tato sila je vacsia cim rasti koncentracia pri dne skumavky.v okamihu kedy sa tieto dve sily vyrovnaju nastava saedimentacna rovnovaha-gradient koncentracie je konstantny .

erytrocity nemozeme zaradoat do koloinych castic lebo maju o 1 mikrometer viac ako jehranica velkosti kolodnych castic.rychlost sedimentacie

V=2/9.(ro-ro0).R(2).g/Eta

Eta-dynamicka viskozia roztoku

Erytrocit-na povrchu zaporne nabity disk-odpudzuju sa.

Vo vzorke krvy je koagulacia ovplyvnena el.dvojvrstvou-urcujucou hodnotou pre rychlost je pocet erytrocitov v zhluku(podobne ako u samovolnej koagulacie)

Y=a.t+b

y-pocet eritrocitov

t-cas

a,b-konstanty

sedimentacia erytrocitov prebieha v 3 fazach-1 faza -5 au 25 minut

2 faza-rychla.pretoze pocet krviniek v zlukov presiahne urcitu kriticku hodnotu

3 faza-.pomala-lebo c erytrocitov (volnych ) v roztoku je nizka

V krvnej plazme su proteiny a fibrinogen

Fibrinogen sa absorbuje na povrchu cervenej krvinky-.odtienu zaporne nabije na tomto povrchu cervenej krvinky-takato cervena krvinka nema dostatocnu silu ktora by ju odstrcila od inej krvinky-lahsie tvorenie zhlukov.pocet fibrinogenov (cerv.krviniek) velmi zavisi od fiziologickeho stavu organizmu.

U muzov-2-5mm za hodinu-zeny-3-8mm za hodinu(rozne hodnoty v odlisnich literaturach)

Sedimentacia sa pouziva akpo nespecificka krvna skuska-ka zistime odchylku su potrebne dalsie vysetrenia.

Analyticke disperzie.pomer sil je nachyleny k volnej termodynamickej sily–potrebujeme napr.pouzit centrifugu-zvysenie tiazovej sily

Hrube disperzie-sedimentuju velmi rychlo

Koloidne castice-

Opticke vlastnosti kol.roztokov

Koloidne castice rozptyluju svetlo-meranie intenzity meriame v smere kolmom na dopadajuce svetlo

Ak vieme koncentraciu a rozpzyl svetla-vieme urcit velkost kol.castic-a opacne.

Tuto vlastnost-tyndalov jav-rozptyl svetla

Na rozdelenie –elektroforeza-(hrazdir)

Transportne javy

-transport hybnosti-vyskozita-kazda prudnica.tok- laminarne prudenie-prudnice su na seba rovnobezne.Molekuly v stenach cievy sa snazia ,,ukradnut,,hybnost z molekul pohybujucich sa v krvi-toto sposobuje ze molekuly krvy pri stenach cievy sa pohybuju pomalsie-lebo im uberaju hybnost.

Sily medzi dvomy vrstvami toku krvy-F=eta.A.delta.v/delta.y

V=(Pi.r(4).p/8.ní.l).t

Ní-dynamická viskozita.p-rozdiel tlaku medzi vrstvamy krvy

Delta v-rozdiel rychlosti vrstiev krvii

Eta-dynamicka viskozita-N.m.s(-2) alebo-poise P

1P=0,1.N.s.m(-2)

Delta y-rozdiel-vzdialensot medzi vrstvamy

Krv-36*C-viskozita.2,5-3,5 cl

Einsteinov vztah-

Eta(s)=Eta(0).(1+k.C)

Eta S-visjozita suspenzie

Eta O-viskozita sus,prostredia

C-objemova konstanta castic

k.konstanta

Hagen-poisellova zakon-ovjem krvi ktory pretecie cievov

V=(Pi.r(4).p/8.ní.l).t

Tento vztah plati len pre kvapaliny ktoriych dynamicka viskozita je konstantna-tlakovy spad konstantny,polomer cievy konstantny-tzv.Newtonove kvapaliny

F=eta.A.delta.v/delta.y.

Krv ani cievny system nepredstavuje newtonovsku kvapalinu-preto len s urcitymi korekciamy mozeme pouzivat tento vztah

Turbulentne prudenia-jedna prudnica pretne priemer ciev viac krat-nejsu to priamky

Re-reynoldove cislo

Re=v.d.ró/en                en-3.10.P.S(-1)

Ak Re presiahne 2ooo ide o turbulentne prudenie.

Aorta-v=0,5.m.s(-1)-tato rychlost sa zmensuje otvaranim chlopne.,d=2cm,ro=1,06.1000.kg.m(-2)

S1.V1=S2.V2-rovnica kontinuity-pri zaskrteni cievy sa velmi zvysi rychlost prudenia cievy.ak zaskrtime aortu-zacne turbulentne prudenie-systolicky tlak.zaciatok sumu-a ked sa dostane cieva do normalnej polohy .laminarne prudenie.zmizne sum-diastolicky tlak u merania.

Ak ma clovek chore plotne-zuzuju sa cievy-nad postihnutim miestom cievy je pocut fonendoskopom selest.

Anemia-malo cervenych krviniek-tieto dodavaju vela viskozity krvi

-transport tepla-dve vrstvy-t1,t2.

Q=lambda.A.(deltaT/delta X.)tau

Lambda-koeficient tepelnej vodivost

Tau-cas za ktori meriame.

Delta x-gradient teploty.

-transport latok pomocou difuzie

Difuzia..-molekuly su transportovane z miest s vyssou na miesta s nizsou energiou.

Difuzia prebieha az do vyrovnania koncentracia v celom objeme roztoku

difuzia.bmp

deltax=x2-x1,x1-c1,x2-c2

c1-c2=delta.c

n=-D.S.(deltaC/delta.x).delta.t

J-hustota difuzneho toku

(Delta.n/S)/delta.t-pocet molou ktore prejdu cez plochu za jednu sekundu(aleob cas)

Hustota difuzneho touku potom je priamo umerna koncentracneho gradientu latky v roztoku

J=-D.(delta.c/delta.x)–––-1.Fickov zakon.......

Difuzia lud.tela je ina ako vo volnom roztkou-kvoli membranam-tieto velmi spomaluju dufiziu-halvne kvapalin.ale vacsina plynov lahko prechadza cez membrany.

Umela oblicka-dialyza-mimotelovy obeh krvi,dialyzator,okruh zajistujuci prietok dial,roztoku

..\dialyzator.bmp

V dialyzaćnom roztoku sakontroluje teplota ,ph,.vodivost roztoku a pritomnost hemohglobinu v roztoku

Krv prudi laminarnym prudenim, dialy.roztoku vo vonkajsom priestore prudi turbulentnym prudenim.

V umelej oblicke-difuzoa aj ultrafiltracia

Koligativne vlastnosti.-

Zavisia len na ch.vlastnostiach a nie fyzikalnych

Pomocou koligativnej vlastnosti mozeme vypocitat molekulovu hmostnost roznej latky.

Raoltou zakon-znizenie tlaku nad kvapalinou.

deltap=p0.(Cm1/Cm0+Cm1)

Cm-molalna koncentracia .

Ebulioskopia

Pri teplote varu sa tlak nasytenich par vyrovna atmosferickemu tlaku.

Ak vo vode rozpustime kuch.sol.-pri teplote varu odmerame tlak nasytenich par –nedokazeme aznamenat var pri tovnakej teplote-az pri vyssej teplote-teplota varu sa zvysila pri delta t

Toto je ebulioskopicke zvysenie teploty varu v roztoku

Van´t hoffov vztah- deltaT=E.c(m)

Kryoskopicka depresia-deltaT(t)=-k.c(m)

Osmoza.

–––––––––––––dalsia prednaska–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

??????????????dopisat

Osmoticka praca oblivky-hrnie molekuly moci pred sebou –zahustuje az 50nasobne-vylucovacia sustava vyluci 50x menej vody..

Somoticky tlak vznika len na polopriepustnej membrane.ak molekuly prechadzaju cez membranu volne nevznika tu osm tlak.

V krvi mame urcritu koncentraciu elektrolytov,ionov...velky vyznam pre osm.tlak maju proteiny

Pí=R.T.i.c=R.T.i.n/V=R.T.i.(m/M.V)

Tento osmoticky tlak protieinov krnej plazmy sa nazyva onkoticky tlak-3,3kPa

Tento tlak nasava molekuly vody a ionov do vnutra cievy z medzibunkoveho priestoru

4,6kPa-tlaci el.von,3,3kPA nasava dnu ,  intersticialny 0,15kPa-tlak ktory nasava molekuly dnu je vacsi-(na zaciatku kapilary).v strede triedy klesne tento tlak az an hodnotu suctu tlakov nasavajucich tlakov-nic sa nepohybuje donutra alebo von, dalej po kapilare zacina nasavat do ciev(tu nasavaju produkty metabolizmu skodlive –musia sa vylucit.)

Osmolarna koncentracia-300mmol./l

Ak tato koncentracia v dosledku pitia tekutin klesne pod 250mmol/l organizmus sa zacina branit-bolesti hlavy , zvracanie...-otrava vodou..A zacina sa produkovat hypotonicky.zriedeny moc.

Pri stupani koncentracie-hypertonicky moc

Plazmolyza-zmrstovanie

Plazmoptyza-prasknutie(hemolyza)

Membranova biofyzika

Treba vediet o membranach na skuske-z biologie.

Membrana sa podiela na

Bunkovom transporte,drazdivosti a vzrusivioeti , energetike,imunite

Vzorec glycerolu,fosfatidylcholinu,afifilnost molkuly lipidu.,monovrstva lipidov,lipidickadvojvrstva,micely,asymetria lipidoveho obsahu monovrstiev c membrane,fazovvy bod prechodu membrany,fluidita biomembran(lateralny pohyb,flip-flop).glykokalyx,integralne a eriferne rpoteiny membrany.-––ajst

Experiment wortera a grondela-zistilo sa ze zakladnym strukturnym elementom membran je lipidova dvojvrstva.umiestnily molekuly lipidov vybrane z erytrocitu na povrch vodnej hladiny-zorientovalo sa to tak ze hlavicky boly tocene do vody a chvostiky von z hladiny.tieto molekuly natlacili na seba tak ze sa jeden lipid dotykal druhej.spocitaly povrch bunky eryrtrocitu,potom zmeraly povrch natlaceneho lipidu-toto bolo dva krat vacsie-z toho sa vydedukovalo ze musia byt v dvch vrstvach.

Modely-daniel dansonov(proteinove kanaly)

V sucasnosti-model tekutej mozaiky-ucebnice biologie.

Transport molekul cez membranu-prijimanie ,vylucovanie,

Pasivny transport a aktivny transport

Elekrochemicky gradient-elektricky+chemicky gradient

Elektricky-gradient elektrickych nabojov napriec membranov.chemicky-gradient molekul ??napriec membranov

Ak su molekuly presuvane po spade el.chem gradientu-pasivny.opacne proti gradientu-aktivny transport

Pasivny transport

Jednoducha difuzia-O2,N2,CO2

Fickov zakon=J=D.(deltac/deltaV)

Upraveny pre membranu-dm/dt=-P.S.(Ce.Ci)

Jednoducha difuzia zavisi na –

Koncentracniom gradiente nepriek membranoc

Elektrickom gradiente napriec membranov

Membranovom koeficiente permeability molekuly

Gradiente hydrostatickeho tlaku napriec membranov

Teplote

Osmoza-z hrazdira

Pasivny transport proteinovymi kanalmi-hrazdir(selektivnost,vratkovanie)

selektivnost-Prepustaju len jediny druh ionu.

Vratkovanie-stale otvaranie a zatvaranie podla potrieb organizmu-moze byt riadene ligandamy-tento otvara kanal,alebo riadenie nabojom na membrane.

Pasivny transport ionoformytransport ionoformy.bmp

Ulahcena difuzia-pomocou prenasacov-uniport(jeden typ),cotransporrt(viac druhov molekul-synport-jednym smerom,antiport-opacnym smerom)

Ping pong mechanizmus-z biologie. ulahcena a jednoducha difuzia.bmp

Ulahcena.rychlost ktorou je molekula transportovana do buky zavisi od

Koncentracnom gradiente naperiec membranov

Mnozstve proteinu prenasacaä

Rychlosti interakcie medzi prenasacom a prenasanom miolekulou

Rychlosti konformacnej zmeny naplneneho a nenaplneneho prenasaca

Aktivny transport

Koncentracna praca-W=n.R.T.lnc1/c2

Praca vykonana proti elektrickemu gradientu

2=n.F.z.(E1-E2)

Celkova praca

W=n.R.T.ln(c1/c2)+-n.F.Z.(E1-E2)

Cinnost sodikovej pumpy///najst

Tri stadia-1.ATP+protein+Na+<->Na+-protein¬P+ADP

2?

3?

Pokojovy membranovy potencial

Na plazmatickej membrane je stale napatie,vnutrobuniek je v pokoji nabite zaporne

Preco ho nazyvame membranovym

Priciny-vnutro bunky obsahue velke aniony.proteiny,organicke aniony-su take velke ze niesu schopne prechadza cez membranu.Plazmaticka membrana je prieopustna pre draselne a chloridove iony.rozdiel nabojov sa kumuluje na membrane

pokojovy potencial na membrane.bmp

pociatocnystav100mM       X(-)

100mM       X(+)

konecny stav

100mM      X(-)

66,66 K+

33,33mM K+

Ac=R.T.ln(K+)e/(K+)i

E=58.log(K+)e/(K+)i

E=-58mV     -napatie na membrane

Pre chloridove iony

100mM  X-

100mM  Cl-

33,33mM Cl-

33,33mM Cl-

   zle

Cl-

Ae=z.F.E         CL-i ja mensia ako Cle

Ecl=(R.T/z.F)lnCl-i/Cl-e

Nornstove rovnice

Ak dame tieto dve rovnice dop rovnosti

Ke/Ki=Cli/Cle

Ke.Cle=Ki.Cli            -donanova rovnica-stav rovnovahy na membreane.donanova rovnovaha

Sucin koncentracii draselnych a chloridov ionov na oboch stranacj je rovnaky

Podmienkou je polopriepustna membrana a velke iony ktore nie su schopne difundovat cetz membranu

Pomocou sklenenej mikoelektrody aKCl-meranie potencialy,alebo priamo  kovovu elektrodu-u vascsich buniek

Citoplazma nevitecie kvoli lebo lipidova r´dvojvrstva ma schopnost samoorganizacie.zhlukne sa a ucpe mozny vyvod

––––––––––-prednaska–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Zvacsovanie napatia na membrane-hyperkoarizacia.-pri kladnom prude-podla hodnoty prudu sa meni ,vracia sa k povodnej priamo umerne hodnota zmeny napatia na membrane.ak vypneme vrati spat

Ak depolarizacia dosiahnu kriticku hodnotu.prahovy potencial nasleduje prudka zmena napatia na membreane a siri sa po celej membrane-toto nazyvame akcny potencial.

Pozname dva zakladne druhy.-l

Lokalne-zmena napatia na membrane zostava len v blizkosti miesta drazdenia,zmena napatia trva len pocasad drazdenia,zmena napatia ma exponencialny charakter a po vypnutia stimulu sa napatie vracia k pokojovej hodnote.,velkost zmeny napatia je priamo umerna intenzite stimulu.

Akcny potencial-siri sa po celej membrane bunky,akcny potencialô sa siri po membrane s konstantnou amplitudou.-bez tlmenia

Prea akcny potencial plati zakopn,,vsetko alebo nic,,-bud sa spusti s vzdy rovnakou amplitudou a tvarom alebo sa nespusti.pre dany typ buniek su typicke a konstantne

(Akcny potencial.fotka telefon))

1faza-depolarizacia

2faza-od 0 po 0 mV-transpolarizacia-vnutro bunky nabite kladne-potencial dosauje maximalnu hodnotu.hrotovy potencial.3.faza repolarizacia.

4faza-po hodnotu pokojoveho membr potencialu.hyperpolarizacia-pocas nej je cytoplazmaticka strana membrany nabita este viac zaporna ako bola v pokoji.

Citlivost bunky na podnety pocas priebehu akcneho potencialu-

1faza-absolutna refrakterna faza-bunka nie je schopna spustit nasledujuci akcny potencial ani pri extremne silnom podnete.

2.relativna refrakterna faza-pri 60mV-bunka zacina byt citliva na velmi silne podnety.

3.supranormalna faza-bgunka je najcitlivejsia na posobiaci podnet.je schopna spustit dalsi potencial

Citlivost bunky je rozdiel napati-membranovym a prahovym pot..asi.

Bunka vpusta sodne iony do vnutra bunky

Odpovedou bunky na drazdenie je otvorenie proteinovych kanalocv pre sodne iony a kedze na ne posobi velky el.mag. gradient sposobuje to prudky vtok –Na ionov do vnutra bunky-sodikov elektrogeneza

Sucasne sa otvaraju prot kanaly aj pre K iony.

Vodivost mebrany pre draselne iony rastie a dosahuje vrachol asi v strede fazy repolarizacie.dominujucim tokom ionov pocas depolarizacie je tok sodnych ionov do vnutra a pocas repolarizacie je dominujucim tokom vytok na ionov z bunky

Pocas repolarizacie-sodno draselna pumpa vyhodi viacej kladnych nabojov ako priberie-vysledkom je hyperpolarizaciA.

Informacia sa prenasa sa prenasaju pomocou frakvencie akcnych potencialov,.                                

Najslabsi podnet schopny dosiahnut depolarizaciu do prahovej polohy sa nazyva reobaza chronancia-cas potrebny k spusteniu akc potenicalu ak stimulus akcneho potencialu je dvakrat taky velky ako reobaza.

Sirenie akcneho potencialu-

Siri sa mechanizmom lokalnych prudov

Rychlost sirenia 0,1-100ms

Dalsi mechanizmus saltatoricke-takto sa siri po nervovych bunkach.neurit-obaleny mielin.tento je v 3mm vzdialenostiach preruseny ranvierovymi zarezmy-akc.potencial sa siri skokom medzi tymito zarezmi.

Medzi bunkamy sa siri

Siri sa cez synapsie-dve bunky z ktorych aspon jedna je nervova.

Synapsie-1.elektricke-proteinove kanaly premostuju obydve bunky

        2.chemicka-synapsia presyapticka a postsynapticka Cast-medzi nimi synaptickka  strbina,NA POST SYNAPTI.CASTI JE SUBSYNAPTICKA MEMBRANA SO SChOPNOSTOU ZACHYTIT AKCNY POTENCIAL.

Vzruch otvara kanaly pre vapenate iony .tie tecu do vnutra bunky-oditenuju zaporny naboj na vnutornej strane membrany.-hrazdirrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR

Wau

Chemicka synapsia usmernuje akcne potencialy a elektricka prenasa tento potencial obama smermy.