Wykaz zagadnień teoretycznych i literatura do ćwiczeń

Transkrypt

Ćwiczenie nr 1
ULTRADŹWIĘKOWE ZJAWISKO DOPPLERA
Wymagane wiadomości teoretyczne
1. Ruch falowy, wielkości charakteryzujące fale, równanie fali płaskiej, fala akustyczna.
2. Fale akustyczne: dźwięki i ultradźwięki.
3. Ultradźwięki, ich charakterystyka, źródła ultradźwięków (efekt piezoelektryczny), charakterystyka źródeł:
pole bliskie i dalekie.
4. Efekt Dopplera, wyznaczanie prędkości na jego podstawie.
Zalecana literatura
1. S. Miękisz, A. Hendrich, „Wybrane zagadnienia z biofizyki”, Volumed, Wrocław 1998.
2. K. Michalak, A. Hendrich, „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM, Wrocław 2002.
3. I. Markiewicz, „Ultradźwięki i infradźwięki”, PWN, Warszawa 1979.
4. E. Merz, „Diagnostyka ultrasonograficzna w ginekologii i położnictwie”, Volumed, 1999 (roz. II).
Ćwiczenie nr 2
BADANIE PROGU POBUDLIWOŚCI UCHA LUDZKIEGO
1. Ogólne wiadomości o ruchu falowym, równanie fali płaskiej.
2. Podział wrażeń słuchowych (granice częstotliwości słyszalnych).
3. Próg słyszalności i próg bólu.
4. Prawo Webera i Fechnera (skala decybelowa i fonowa).
5. Natężenie, wysokość i barwa dźwięku.
Zalecana literatura
2. B. Kędzia, „Materiały do ćwiczeń z biofizyki i fizyki”, PZWL, Warszawa 1982.
3. I. Adamczewski, „Fizyka medyczna i elementy biofizyki”, PZWL, 1969.
4. E. Ackerman, „Zarys biofizyki”, PWN, Warszawa 1968.
5. F. Jaroszyk, „Biofizyka”, PZWL, Warszawa 2008, wyd. 2.
6. M. Stopczyk, „Elektrodiagnostyka medyczna”, PZWL, Warszawa 1984, str. 272 - 319.
Ćwiczenie nr 3
ANALIZA HARMONICZNA FAL AKUSTYCZNYCH
1. Budowa ucha i organu mowy.
2. Fale akustyczne, cechy obiektywne i subiektywne dźwięku; barwa i poziom natężenia.
3. Twierdzenie i analiza Fouriera.
4. Teoria Helmholtza i Bekesyego.
Zalecana literatura
2. K. Michalak, A. Hendrich, „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM Wrocław, 2002
3. Sz. Szczeniowski, „Fizyka doświadczalna” - t. I (str. 648 - 652 i str. 645), PWN, Warszawa 1980.
4. R. Glaser, „Wstęp do biofizyki”, PZWL, 1974 (dobry opis zagadnień z punktu 4).
Ćwiczenie nr 5
WYZNACZANIE CIĘŻARU CZĄSTECZKOWEGO MAKROCZĄSTECZEK Z POMIARU LEPKOŚCI
ROZTWORU KOLOIDALNEGO
1. Lepkość cieczy - prawo Newtona - współczynnik lepkości, jednostki lepkości.
2. Prawo Poisseuille’a, metoda Ostwalda pomiaru lepkości.
3. Dlaczego lepkość roztworów polimerów zależy od stężenia?
4. Czynniki wpływające na wielkość lepkości granicznej.
5. Rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych.
6. Co to jest solwatacja i jaki jest jej wpływ na lepkość?
Zalecana literatura
1. G. M. Barrow, „Chemia fizyczna”, 1978.
2. M. Bryszewska, W. Leyko, „Biofizyka dla biologów”, PWN,1997.
3. T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN, 1978.
4. L. Sobczyk, A. Kisza, „Chemia fizyczna dla przyrodników”, PWN, 1975.
Ćwiczenie nr 6
BADANIE WŁASNOŚCI FAL ELEKTOMAGNETYCZNYCH
1. Natura światła.
2. Teoria promieniowania laserowego i jego właściwości (pojęcia: inwersja obsadzeń, pompowanie
optyczne; charakterystyka pracy lasera).
3. Polaryzacja światła.
4. Prawo Malusa.
5. Zastosowanie promieniowania laserowego w medycynie i stomatologii.
6. Główne metody pomiaru prędkości światła.
7. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.
8. Zasada działania światłowodu.
9. Zastosowanie światłowodów w medycynie (endoskopia).
10. Podstawowe wielkości i jednostki świetlne.
11. Prawo Lamberta.
Zalecana literatura:
1. M.A. Herman, A. Kalestyński, L. Widomski, „Podstawy fizyki dla kandydatów na wyższe uczelnie i
studentów”, PWN, Warszawa 1995.
3. „Encyklopedia fizyki współczesnej”, PWN, Warszawa 1983.
4. „Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii”, pod redakcją A. Z. Hryniewicz i E. Rokity, PWN,
Warszawa 2000.
5. „Fotodynamiczna metoda rozpoznawania i leczenia nowotworów”, pod redakcją A. Graczyk, Dom
Wydawniczy Bellona, Warszawa 1999.
6. T. Dryński , „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1980.
Ćwiczenie nr 8
SONDA ULTRADŹWIĘKOWA
1. Ultradźwięk jako fala mechaniczna. Długość, częstotliwość i prędkość rozchodzenia się fali
ultradźwiękowej.
2. Echolokacja impulsowa jako metoda umożliwiająca lokalizację przestrzenną elementów anatomicznych w
obrazowaniu ultrasonograficznym. Osiowa zdolność rozdzielcza i jej zależność od częstotliwości
ultradźwięku.
3. Ultrasonograficzne prezentacje A i B.
4. Artefakty obrazu USG.
Zalecana literatura
1. S. Miękisz i A. Hendrich, „Zastosowanie ultradźwięków w medycynie, w: Wybrane zagadnienia z biofizyki”,
Volumed, 1998.
2. E. Merz , „Diagnostyka ultrasonograficzna w ginekologii i położnictwie”, Urban&Partner, 1999, (roz. 2).
Ćwiczenie nr 9
SYMULACJA POMIARÓW MIKROKALORYMETRYCZNYCH PRZEMIAN FAZOWYCH LIPIDÓW
1. Budowa błon biologicznych
2. Przemiany fazowe lipidów i ich znaczenie w układach biologicznych.
3. Kalorymetria. Zasada działania mikrokalorymetru różnicowego.
4. Znajomość następujących pojęć i zasad fizyki: entalpia, energia swobodna, I i II zasada termodynamiki.
Zalecana literatura
1. M. Bryszewska, W. Leyko, „Biofizyka dla biologów”, PWN, Warszawa 1997.
Ćwiczenie nr 10
KOMPUTEROWA SYMULACJA POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO AKSONU
1. Budowa komórki nerwowej ze szczególnym uwzględnieniem aksonu.
2. Równowaga Nernsta; potencjał równowagi dla jonów sodowych, potasowych i chlorkowych i pojęcie siły
elektrycznej napędzającej dla danego jonu.
3. Podstawowe pojęcia i prawa opisujące elektrodyfuzję jonów (prawo Ficka i prawo Ohma, potencjał
elektryczny i elektrochemiczny).
4. Geneza potencjału spoczynkowego. Równanie Goldmana, Hodgkina i Katza.
5. Własności kinetyczne napięciowo – zależnych kanałów sodowych i potasowych. Pojęcie czujnika napięcia,
bramki aktywacyjnej i inaktywacyjnej.
6. Potencjał progowy i jego zależność od przewodnictwa sodowego, potasowego i chlorkowego błony.
7. W oparciu o znajomość właściwości kinetycznych kanałów napięciowo – zależnych wytłumaczyć
mechanizmy determinujące czasowy przebieg potencjału czynnościowego.
8. Mechanizm propagacji potencjału czynnościowego wzdłuż aksonu niemielinowanego (rola inaktywacji
napięciowo – zależnych kanałów sodowych) i mielinowanego.
9. Toksyny blokujące napięciowo – zależne kanały sodowe i potasowe.
Zalecana literatura
1. A. Pilawski, „Podstawy biofizyki”.
3. „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM Wrocław, 2002
Ćwiczenie nr 11
PRĘDKOŚĆ MIGRACJI JONÓW
1. Ruch jednostajny prostoliniowy:
a. definicja ruchu jednostajnego prostoliniowego, parametry ruchu i ich jednostki
b. wykresy drogi i prędkości w zależności od czasu
c. wyznaczanie wartości prędkości średniej na podstawie wykresu
d. przeliczanie jednostek prędkości średniej, np. mm · s-1na km · h-1
2. Opis ruchu w cieczy obiektu w kształcie kuli, ze stałą prędkością:
a. siła oporu (siła tarcia wewnętrznego, siła lepkości)
b. wzór Stokesa dla omawianego przypadku
3. Natężenie (E) pola elektrycznego i potencjał (U) pola elektrycznego, definicja i jednostki tych wielkości
fizycznych. Związek między natężeniem i potencjałem pola elektrycznego.
4. Ruch jonów w polu elektrycznym:
a. siła elektryczna działająca na jon w polu elektrycznym, podać wzór
b. wyjaśnienie różnicy między średnią prędkością migracji jonu oraz ruchliwością jonu
c. wyprowadzenie niezbędnego do obliczeń wzoru na ruchliwość(u) jonu
d. definicja granicznej ruchliwości (u0) jonu
e. metoda wyznaczania granicznej wartości ruchliwości (u0) danego jonu
f. wyprowadzenie niezbędnego do obliczeń wzoru na hydrodynamiczny (efektywny) promień jonu MnO4-.
Zalecana literatura
1. Cz. Bobrowski, „Fizyka – krótki kurs”, WNT, Warszawa 1993.
2. S. Miękisz, A. Hendrich, „Wybrane zagadnienia z biofizyki” Volumed, Wrocław 1998, Wstęp do rozdziału 4.
3. „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Skrypt dla studentów medycyny, Akademia Medyczna we Wrocławiu,
Wrocław 2002.
Ćwiczenie nr 12
DETEKCJA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA PRZYKŁADZIE LICZNIKA GEIGERAMüLLERA
1. Promieniotwórczość naturalna: promieniowanie alfa (α), beta (β), gamma (γ).
2. Prawo rozpadu ciał promieniotwórczych.
3. Budowa i zasada działania licznika Geigera-Müllera. Charakterystyka i punkt pracy licznika.
4. Jednostki aktywności promieniowania jonizującego.
5. Oddziaływanie promieniowania z materią: efekt Comptona, zjawisko fotoelektryczne, tworzenie pary: pozyton
elektron.
6. Szeregi promieniotwórcze.
Zalecana literatura
2. K. Michalak, A. Hendrich, „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM Wrocław, 2002.
3. H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”, PWN, Warszawa 1999.
5. T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1980.
Ćwiczenie nr 13
WYZNACZANIE RÓŻNICY POTENCJAŁÓW NA BŁONIE JONOSELEKTYWNEJ W WARUNKACH
RÓWNOWAGI.
1. Transport bierny przez błonę – elektrodyfuzja.
2. Równowaga Nernsta, potencjał równowagowy.
3. Potencjały membranowe w żywej komórce.
4. Wzór Goldmana.
Zalecana literatura
3. R. Glaser, „Wstęp do biofizyki”, PZWL, 1974.
Ćwiczenie nr 14
DIPOLOWY MODEL PRACY SERCA
1. Fizyczne modele elektrycznej aktywności serca:
- model źródła prądowego
- model dipolowy
2. Porównanie przebiegu potencjału czynnościowego komórki mięśnia serca oraz komórki nerwowej (z
wyjaśnieniem przyczyn występujących różnic).
3. Ośrodki automatyzmu w sercu.
4. Idea elektrokardiografii, trójkąt Einthovena, dwubiegunowe odprowadzenia Einthovena (VI, VII i VIII) oraz
geometryczne wyznaczanie rzutu wektora elektrycznego serca na płaszczyznę czołową.
5. Znajomość podstawowych pojęć dotyczących elektrostatyki i elektryczności: potencjału, natężenia pola
elektrycznego, momentu dipolowego, siły elektromotorycznej.
Zalecana literatura
2. „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki medycznej” (Gdańsk, 1996).
3. „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM Wrocław, 2002
Ćwiczenie nr 15
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO
1. Promieniotwórczość naturalna i sztuczna.
2. Prawo rozpadu promieniotwórczego, okres połowicznego zaniku.
3. Budowa i zasada działania licznika Geigera-Müllera. Wyznaczanie punktu pracy licznika.
4. Jednostki dawki ekspozycyjnej i pochłoniętej.
5. Prawo pochłaniania, grubość warstwy połowicznego zaniku.
6. Oddziaływanie promieniowania gamma z materią: efekt Comptona, zjawisko fotoelektryczne, tworzenie pary:
pozyton-elektron.
7. Wyznaczanie współczynnika absorpcji.
Zalecana literatura
6. A. Pilawski, „Podstawy biofizyki”, PZWL, Warszawa 1974.
7. K. Żarnowiecki, „Podstawy ochrony radiologicznej”, WNT, Warszawa 1963.
Ćwiczenie nr 17
ANALOGOWY MODEL TRANSMISJI SYNAPTYCZNEJ
1. Potencjał czynnościowy – podstawowe właściwości i jonowy mechanizm generacji.
2. Budowa synapsy nerwowo-nerwowej.
3. Mechanizm zamiany sygnału elektrycznego (zmiana potencjału błonowego) na chemiczny (wydzielenie
neuromediatora) w zakończeniu neuronu presynaptycznego.
4. Mechanizm zamiany sygnału chemicznego (przyłączenie neuromediatora) na elektryczny (zmiana potencjału
błonowego) w neuronie postsynaptycznym. Synapsy pobudzające i hamujące oraz prądy jonowe generowane w
odpowiednich błonach postsynaptycznych.
5. Elektryczny model błony komórki i zależność zmiany potencjału błonowego od natężenia przezbłonowego
prądu elektrycznego.
Zalecana literatura
1. A. Hendrich, S. Miękisz, J. Mozrzymas, „Wybrane zagadnienia z biofizyki. Część 1”, AM, Wrocław 1996.
3. G. G. Matthews, „Neurobiologia. Od cząsteczek i komórek do układów”, PZWL, 2000.
4. A. Longstaff, „Neurobiologia. Krótkie wykłady”, PWN, 2013.
5. J. Malmivuo, R. Plonsey, “Bioelectromagnetism”, Oxford University Press, 1995 (pozycja dostępna
online pod adresem: www.bem.fi).
Ćwiczenie nr 18
WYZNACZANIE RÓŻNICY LATENCJI WZROKOWEJ W ZJAWISKU PULFRICHA
1. Widzenie obuoczne: fiksacja, korespondujące miejsca siatkówek, dysparacja. Horopter. Fuzja sensoryczna,
obszar Panuma.
2. Ogólne wiadomości o zjawisku Pulfricha, przedstawione we wprowadzeniu do ćwiczenia.
3. Metody pomiarowe, stosowane w ćwiczeniu (omówienie we wprowadzeniu do ćwiczenia).
Zalecana literatura
1. A. Styszyński; „Korekcja wad wzroku – procedury badania refrakcji”, α-medica press, 2009 [rozdział V].
Ćwiczenie nr 21
ANALIZA WIDM EMISYJNYCH RÓŻNYCH PIERWIASTKÓW ZA POMOCĄ SPEKTROSKOPU I
MONOCHROMATORA
1. Natura światła. Pojęcie kwantu.
2. Rodzaje widm i ich powstawanie. Widma atomowe i drobinowe, oscylacyjne i rotacyjne.
3. Zjawiska zachodzące przy przechodzeniu światła przez pryzmat i siatkę dyfrakcyjną.
4. Budowa i zasada działania spektroskopu pryzmatycznego i monochromatora.
5. Analiza widma przy pomocy spektroskopu.
6. Analiza widmowa i jej zastosowanie w badaniach medycznych.
Zalecana literatura
5. E. Szyszko, „Instrumentalne metody analityczne”, PZWL, Warszawa 1975.
Ćwiczenie nr 22
POMIAR STĘŻENIA ROZTWORU KOLOIDALNEGO METODĄ NEFELOMETRYCZNĄ
1. Układy koloidalne oraz ich własności optyczne.
2. Podstawy teorii Rayleigha rozpraszania światła.
3. Oddziaływanie światła z materią – pochłanianie a rozpraszanie.
4. Zjawisko Ramana.
5. Zasada działania nefelometru.
Zalecana literatura
4. „Biofizyka dla biologów”, PWN, 1997.
Ćwiczenie nr 23
BADANIE SKRĘCALNOŚCI OPTYCZNEJ ROZTWORÓW I WYZNACZANIE ICH STĘŻEŃ ZA
POMOCĄ POLARYMETRU
1. Zjawisko polaryzacji światła i pojęcie płaszczyzny polaryzacji.
2. Zjawiska, w których światło ulega polaryzacji liniowej:
a) odbicie od powierzchni dielektryka (kąt Brewstera),
b) podwójne załamanie w pewnych substancjach o budowie krystalicznej.
3. Pryzmat Nikola, promień zwyczajny i promień nadzwyczajny.
4. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji. Zasada działania sacharymetru Lippicha.
5. Wyznaczanie stężenia roztworu cukru.
6. Zastosowanie polarymetrii.
7. Substancje optycznie czynne, skręcalność właściwa, dyspersja skręcalności optycznej.
Zalecana literatura
Ćwiczenie nr 24
FLUORESCENCJA BARWNIKÓW ORGANICZNYCH I JEJ ZASTOSOWANIE W ILOŚCIOWEJ
ANALIZIE LUMINESCENCYJNEJ
1. Luminescencja.
2. Mechanizm powstawania zjawiska fluorescencji i fosforescencji.
3. Reguła Stokesa.
4. Wydajność energetyczna fluorescencji i wydajność kwantowa (prawo Wawiłowa).
5. Zastosowanie pomiarów fluorescencji: analiza ilościowa i jakościowa.
6. Bioluminescencja.
7. Omówić zjawiska wygaszania fluorescencji.
Zalecana literatura
1. T. Kęcki, „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN, 2014.
4. W. Ewig, „Metody instrumentalne w analizie chemicznej”, PWN, Warszawa 1980.
6. J. A. Barltrop, J.D. Coyle, „Fotochemia, podstawy”, PWN, Warszawa 1987.
Ćwiczenie nr 25
MODEL SOCZEWKI OCZNEJ I WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRYZMATU
Wymagane wiadomości teoretyczne:
1. Budowa oka oraz schemat optyczny powstawania obrazu w oku.
2. Zdolność rozdzielcza oka.
3. Akomodacja oka.
4. Wady wzroku i ich usuwanie.
5. Podstawowe wzory soczewkowe.
6. Zależność współczynnika załamania od kąta najmniejszego odchylenia w pryzmacie.
7. Budowa spektrometru optycznego.
Zalecana literatura:
1. A. Pilawski, „Podstawy biofizyki”, PZWL, Warszawa 1974.
3. T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN, 1978.
5. J. A. Barltrop, J.D. Coyle, „Fotochemia, podstawy”, PWN, Warszawa 1987.
Ćwiczenie nr 26
ABSORPCJA ROZTWORÓW BARWNIKÓW ORGANICZNYCH. ANALIZA SKŁADU ROZTWORU
1. Monomery i agregaty barwników organicznych w roztworze wodnym.
2. Stan podstawowy i stan wzbudzony cząsteczki, mechanizm wzbudzenia cząsteczki.
3. Rodzaje przejść elektronowych w cząsteczkach.
4. Energia przejścia, moment dipolowy przejścia i prawdopodobieństwo przejścia.
5. Elektronowe widmo absorpcyjne i jego parametry.
6. Prawa absorpcji światła.
7. Analiza spektrofotometryczna mieszaniny dwuskładnikowej.
8. Budowa i zasada działania spektrofotometru.
9. Zastosowania kolorymetrii i spektrofotometrii w chemii, biologii i medycynie.
Zalecana literatura
1. Z. Kęcki, „Podstawy spektroskopii molekularnej”, Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998.
3. C.N.R. Rao, „Spektroskopia elektronowa związków organicznych”, PWN, 1982.
Ćwiczenie nr 28
BADANIE ROZDZIELCZOŚCI CZASOWEJ OKA LUDZKIEGO
1. Rozmieszczenie komórek fotoreceptorowych w siatkówce.
2. Budowa komórek fotoreceptorowych (czopki i pręciki).
3. Białka kanałowe w błonie komórkowej segmentu zewnętrznego pręcika.
4. Prądy jonowe płynące przez błonę komórki pręcika „w ciemności”.
5. Biofizyczny opis mechanizmu hiperpolaryzacji błony komórkowej pręcika.
6. Częstotliwość sumowania impulsów świetlnych w czopkach oraz pręcikach.
7. Czułość komórek fotoreceptorowych na różne długości fal widma elektromagnetycznego z zakres
widzialnego.
8. Zależność krytycznej częstotliwości, przy której powstaje wrażenie ciągłego świecenia migającego światła od
kąta położenia impulsowego źródła światła.
Zalecana literatura
2. L. Stryer, „Biochemia”, PWN, Warszawa 2009.
Ćwiczenie nr 31
FIZYCZNE PODSTAWY STOSOWANIA ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE
1. Elementy teorii swobodnego harmonicznego drgania punktu materialnego (masa zawieszona na sprężynie
lub wahadło matematyczne):
a. podać wzór opisujący chwilowe wychylenie x(t) punktu z położenia równowagi, definicja amplitudy
wychylenia, definicja fazy drgania, definicja fazy początkowej drgania
b. podać wzór opisujący prędkość chwilową v(t) drgającego punktu, interpretacja prędkości maksymalnej
c. przemiany energii w harmonicznym ruchu drgającym, wzory i wykresy dla: energii potencjalnej
)
sprężystości ( ), energii kinetycznej ( ) i energii całkowitej ( ) (wykorzystanie zależności:
2. Pojęcie i opis ruchu falowego w ośrodku sprężystym:
a. fala mechaniczna: definicja fali mechanicznej, powierzchnia falowa, fala podłużna i fala poprzeczna
fali mechanicznej podłużnej w ośrodkach: stałym, ciekłym i gazowym
b. wzory na prędkość
c. omówienie równania płaskiej fali harmonicznej:
(1)
d. parametry opisujące płaską falę harmoniczną i jednostki tych parametrów: długość fali, okres fali,
częstotliwość fali, amplituda fali
3. Fale dźwiękowe - fale podłużne czy fale poprzeczne?
a. pole akustyczne, interpretacja wzoru:
(2)
opisującego zmianę ciśnienia akustycznego podczas przechodzenia fali dźwiękowej z prędkością
w powietrzu o gęstości
b. zależność natężenia fali dźwiękowej I od amplitudy P zmian ciśnienia w ośrodku gazowym;
przeanalizować drgania cząsteczek w elemencie ośrodka o objętości V i masie m
i. wzór na średnią energię całkowitą
drgań cząsteczek w rozważanym elemencie ośrodka
ii. wzór na średnią gęstość energii
iii. udowodnić, że natężenie dźwięku
fali akustycznej w rozważanym elemencie
może być wyrażone jako iloczyn średniej gęstości energii
i prędkości fali :
iv. wykorzystując wzory z pkt 3bi., 3bii. oraz 3biii. udowodnić, że natężenia fali akustycznej
w ośrodku gazowym zależy od kwadratu amplitudy zmian ciśnienia akustycznego:
,
gdzie I - natężenie fali, P – amplituda zmian ciśnienia akustycznego, - prędkość fali, – gęstość
ośrodka gazowego
c. definicja oporu akustycznego ośrodka sprężystego na podstawie wyprowadzonego wzoru (pkt. 3b)
d. różnica między natężeniem dźwięku i poziomem natężenia dźwięku
e. głośność dźwięku i definicja jednostki - fon
f. zjawisko odbicia fali, załamania fali dźwiękowej oraz zjawisko dyfrakcji fali dźwiękowej
4. Zjawisko Dopplera:
, gdzie: f -częstotliwość dźwięku odbierana przez detektor,
f0 -częstotliwość dźwięku emitowana przez źródło,
c -prędkość dźwięku w danym ośrodku,
v -prędkość detektora,
u -prędkość źródła dźwięku
a. współliniowe przemieszczanie się detektora i źródła dźwięku - na podstawie wzoru (pkt 4) ustalić i
omówić wzory opisujące zjawisko Dopplera dla różnych przypadków wzajemnego przemieszczania się
źródła dźwięku i detektora
b. omówienie zjawiska Dopplera dla przypadku, w którym wektor prędkości detektora lub źródła dźwięku
ma inny kierunek niż kierunek linii łączącej detektor ze źródłem dźwięku
5. Ultradźwięki - definicja
a. zjawisko elektrostrykcji i magnetostrykcji
b. wykorzystanie odwróconego efektu piezoelektrycznego do wytwarzania ultradźwięków
- kształt pola akustycznego wytworzonego przez przetwornik piezoelektryczny w kształcie dysku,
pole bliskie i pole dalekie
- rozkład natężenia fali ultradźwiękowej w polu bliskim i w polu dalekim
- wzór na długość pola bliskiego dla przetwornika piezoelektrycznego w kształcie dysku
6. Oddziaływanie ultradźwięków z materią:
a. wzór na pochłanianie (absorpcję) fali ultradźwiękowej, współczynnik pochłaniania
b. efekt cieplny
c. zjawisko kawitacji w ośrodku ciekłym
7. Oddziaływanie ultradźwięków na organizmy żywe:
a. komórki żywe in vitro
b. narządy ssaków
8. Diagnostyka ultradźwiękowa: rząd częstotliwości ultradźwięków stosowanych w diagnostyce
ultradźwiękowej, metoda fali ciągłej i metoda fali impulsowej
a. prędkość fali ultradźwiękowej w tkankach miękkich (przykłady), przyjmując wartość (u = 1600 m/s)
średniej prędkości ultradźwięków w tkance mięśniowej obliczyć długość i okres fali ultradźwiękowej w
tej tkance dla częstotliwości fali ultradźwiękowej równej 2 MHz
b. wartość oporności akustycznej różnych tkanek (przykłady)
c. odbicie fali ultradźwiękowej na granicy tkanek: współczynnik odbicia, transmitancja (wzory i ich
interpretacja)
d. omówienie przykładowych prezentacji obrazu badania ultrasonograficznego: prezentacje A, B, M
9. Zastosowanie zjawiska Dopplera w ultrasonograficznym badaniu przepływu krwi:
a. metoda spektralna i metoda kodowania kolorem
b. definicja kąta insonacji
c. definicja przesunięcia dopplerowskiego
d. wyprowadzenie wzoru na częstotliwość fali ultradźwiękowej odbieranej przez elementy morfotyczne
krwi z uwzględnieniem kąta insonacji
e. wyprowadzenie wzoru na częstotliwość fali ultradźwiękowej odbieranej przez głowicę ultradźwiękową,
po odbiciu od poruszających się elementów morfotycznych krwi
f. wyprowadzenie wzoru na przesunięcie dopplerowskie
g. wyprowadzenie przybliżonego (dla v<<c) wzoru na prędkość przepływu krwi
10. Zjawisko aliasingu jako przykład artefaktu przy impulsowej metodzie pomiaru przepływu krwi
Zalecana literatura
1. Cz. Bobrowski, „Fizyka krótki kurs”, rozdział 2, WNT, Warszawa 1993.
2. Sz. Szczeniowski, „Fizyka doświadczalna”, rozdział XV i XVI, PWN, Warszawa 1972.
3. A. Nowicki, „Ultradźwięki w medycynie”, PAN, Wydawnictwo Instytutu PPT, Warszawa 2010
4. S. Miękisz, A. Hendrich, „Wybrane zagadnienia z biofizyki”, Volumed 1998
5. F. Jaroszyk, „Biofizyka”, PZWL 2001
6. W. Jakubowski, „Diagnostyka ultradźwiękowa”, PZWL 1989
Ćwiczenie nr 32 dla WYDZIAŁU LEKARSKIEGO
BIOFIZYKA TRANSPORTU JONÓW PRZEZ BŁONY – ELEKTRODYFUZJA, PRZEKAZYWANIE
SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH W UKŁADZIE NERWOWYM I POPRZEZ SYNAPSĘ
NERWOWO – MIĘŚNIOWĄ
1. Podstawowe pojęcia i prawa fizyczne opisujące właściwości układów przewodzących sygnały elektryczne
(opór elektryczny, przewodnictwo elektryczne, natężenie prądu, napięcie elektryczne, prawo Ohma dla
elektrolitów, natężenie pola elektrycznego,pojemność elektryczna).
2. Transport jonów przez błony i potencjał spoczynkowy i czynnościowy:
- pomiar potencjału błonowego,
- dyfuzja a elektrodyfuzja, teoria elektrodyfuzji,
- pojęcie siły elektrycznej napędzającej,
- potencjał równowagowy na błonie, wzór Nernsta,
- potencjał spoczynkowy i jego pochodzenie, równanie Goldmana, Hodgkina i Katza.
3. Model fizyczny błony komórkowej - właściwości elektryczne błony:
- selektywność, pojemność elektryczna, wpływ osłonki mielinowej na pojemność
elektryczną,
- przewodnictwo błony dla poszczególnych jonów,
- obwód zastępczy błony komórkowej.
4. Kanały jonowe napięciowo-zależne:
- budowa - elementy funkcjonalne kanału napięciowo-zależnego (bramka aktywacyjna, bramka
inaktywacyjna, czujnik potencjału, filtr selektywności),
- zróżnicowanie i farmakologia kanałów.
5. Przebieg zmian przewodnictwa błony komórkowej dla jonów przy generacji potencjału czynnościowego, rola
poszczególnych prądów jonowych w przebiegu zmian potencjału na błonie:
- mechanizm potencjału progowego przy generacji potencjału czynnościowego
6. Zależność między całkowitym oporem komórki pobudliwej a jej zdolnością do generacji potencjału
czynnościowego w wyniku zadziałania bodźca prądowego o określonym natężeniu.
7. Czynniki warunkujące szybkość propagacji impulsu nerwowego w aksonach niemielinowanych i
mielinowanych.
8. Techniki stosowane w badaniach elektrofizjologicznych: od kanałów jonowych po sieci neuronowe: technika
cienkich elektrod do pomiaru napięcia błonowego, technika patch-clamp i jej konfiguracje, pomiar
potencjałów polowych elektrodą zewnątrzkomórkową, elektroencefalografia, elektromiografia.
9. Synapsy:
- elementy funkcjonalne kanału jonowego zależnego od ligandu,
- kinetyka kanałów zależnych od ligandu (desensytyzacja),
- synapsy pobudzające i hamujące – związek między funkcją pobudzająca lub hamującą
synapsy a siłą elektryczną napędzającą dla jonów przewodzonych przez receptory
synaptyczne,
- sumowanie czasowe i przestrzenne potencjałów synaptycznych.
10. Przykłady kanałopatii: ataksja, mukowiscydoza, epilepsja, porażenia okresowe, miotonia wrodzona.
11. Wybrane patologie transmisji nerwowo-mięśniowej: zespół Lamberta-Eatona, miastenia.
UWAGA: Student poza przygotowaniem się do omówienia przedstawionych powyżej zagadnień powinien
posiadać wcześniejszą wiedzę na temat następujących problemów:
Podstawy pobudzenia i przewodzenia w układzie nerwowym oraz wyższe czynności nerwowe, a także
fizjologia mięśni prążkowanych i gładkich:
1. Rodzaje bodźców.
2. Potencjał spoczynkowy, potencjał czynnościowy, prawo „wszystko albo nic”. Zmiany pobudliwości w
komórce pobudzonej.
3. Budowa i funkcje neuronu i synapsy. Przekazywanie informacji. Synapsa nerwowo- mięśniowa. Klasyfikacja
synaps. Budowa i charakterystyka synaps elektrycznych. Budowa i charakterystyka synaps chemicznych.
Mechanizm uwalniania neurotransmitera – cykl pęcherzykowy.
4. Potencjał czynnościowy i mechanizm skurczu mięśnia szkieletowego. Rodzaje skurczów. Mięśnie gładkie:
budowa, unerwienie, potencjał czynnościowy i skurcz mięśnia gładkiego.
5. Biochemiczne podstawy pobudzenia i przewodzenia w układzie nerwowym oraz wyższych czynności
nerwowych a także biochemia mięśni prążkowanych i gładkich.
Zalecana literatura
1. S. Miękisz, A. Hendrich; Wybrane zagadnienia z biofizyki (Volumed, 1998)
2. S. Miękisz, A. Hendrich; Wybrane zagadnienia z biofizyki, skrypt (Akademia Medyczna we Wrocławiu, 2002)
3. F. Jaroszyk; Biofizyka (PZWL, 2001)
4. G. Matthews; Neurobiologia (PZWL, 2000)
6. A. Longstaff; „Neurobiologia” (PWN 2005)
7. Z. Traczyk; Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. (PZWL, 2001 i nowsze)
8. A. Giese; Fizjologia komórki, (PWN, 1985)
Ćwiczenie nr 32 dla STOMATOLOGII
IMPULS NERWOWY, TRANSMISJA NERWOWO-MIĘŚNIOWA, SKURCZ
MIĘŚNIA I JEGO PATOLOGIA
1. Budowa neuronu, aksony mielinowane i niemielinowane.
2. Potencjał spoczynkowy i jego pochodzenie.
3. Kanały napięciowo-zależne i ich rola w generacji potencjału czynnościowego.
4. Rozchodzenie się impulsu nerwowego wzdłuż aksonu:
a. niemielinowanego
b. mielinowanego
5. Budowa synapsy nerwowo-nerwowej i nerwowo-mięśniowej.
6. Zamiana sygnału elektrycznego na chemiczny w zakończeniu synaptycznym.
7. Zamiana sygnału chemicznego na elektryczny w błonie postsynaptycznej.
8. Budowa komórki mięśniowej. Potencjał czynnościowy w sarkolemmie i generacja skurczu mięśnia
szkieletowego.
9. Procesy molekularne zachodzące podczas skracania się sarkomeru i rola ATP.
10. Rola pompy wapniowej z retikulum sarkoplazmatycznego w rozkurczu mięśnia.
11. Patologia transmisji nerwowo-mięśniowej:
a. zespół Lamberta-Eatona
b. miastenia
c. miotonia
d. dystrofia
e. porażenie okresowe
Zalecana literatura
2. S. Miękisz, A. Hendrich; Wybrane zagadnienia z biofizyki, skrypt (Akademia Medyczna we Wrocławiu, 2002)
3. F. Jaroszyk; Biofizyka (PZWL, 2001)
4. I. Hausmanowa-Petrusewicz; Choroby nerwowo - mięśniowe. (PWN, 1999)
5. I. Hausmanowa-Petrusewicz; Elektromiografia kliniczna. (PZWL 1986)
6. Z. Traczyk; Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. (PZWL, 2001 i nowsze)
7. A. Giese; Fizjologia komórki, (PWN, 1985)
Ćwiczenie nr 33
FIZYCZNE PODSTAWY STOSOWANIA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO W MEDYCYNIE
1.Promieniowanie jonizujące:
a. definicja promieniowania jonizującego, promieniowanie elektromagnetyczne, promieniowanie korpuskularne
b. naturalne i sztuczne źródła promieniowania jonizującego: aktywność źródła, aktywność właściwa źródła
promieniowania (jednostki)
c. zanik źródła promieniowania jonizującego: prawo rozpadu promieniotwórczego (wzór i wykres), czas T
połowicznego rozpadu (przykłady dla wybranych nuklidów), średni czas τ życia nuklidu
promieniotwórczego, związek między wielkościami T i τ
i
d. rozpad naturalnych nuklidów promieniotwórczych: schematy rozpadów α,
2. Promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X):
a. mechanizm powstawania ciągłego promieniowania rentgenowskiego, krótkofalowa granica widma ciągłego
(wyprowadzenie wzoru)
b. mechanizm powstawania charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego i serii widmowych tego
promieniowania: Kα, Kβ, Kγ oraz Lα, Lβ, Lγ
3. Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią:
a. liniowe przenoszenie energii (LET) i zasięg promieniowania w różnych ośrodkach fizycznych
b. zjawiska towarzyszące oddziaływaniu promieniowania X i γ z materią: zjawisko fotoelektryczne,
rozpraszanie Comptona, zjawisko tworzenia par pozyton-elektron
c. osłabianie promieniowania elektromagnetycznego (X i γ); prawo pochłaniania, współczynnik pochłaniania
liniowy i masowy
d. absorpcja korpuskularnego promieniowania jonizującego: uproszczony wzór Bethego, krzywa Bragga i jej
interpretacja
e. sposoby detekcji promieniowania jonizującego, zasada działania: licznika Geigera-Müllera, licznika
scyntylacyjnego licznika półprzewodnikowego, klisze fotograficzne
4. Dozymetria; definicje i jednostki: średnia dawka pochłonięta, moc dawki pochłoniętej, dawka ekspozycyjna.
5. Poziom promieniowania jonizującego w środowisku naturalnym człowieka.
6. Ochrona przed promieniowaniem jonizującym, skażenia promieniotwórcze.
7. Wpływ promieniowania jonizującego na układy biologiczne:
a. efekt stochastyczny i efekt deterministyczny (wyjaśnienie pojęć)
b. omówienie wzoru określającego równoważnik dawki pochłoniętej (dawki równoważnej, HT) przez układ
biologiczny oraz wzoru określającego dawkę efektywną (dawka skuteczna, E)
c. skutki biologiczne działania promieniowania jonizującego na organizm ludzki:
i. poziom molekularny (DNA, produkty radiolizy wody)
ii. poziom komórkowy (zależność od fazy cyklu komórkowego)
iii. poziom tkankowy (reguła Bergoniégo i Tribondeau)
iv. poziom całego organizmu
d. roczne limity dawek promieniowania jonizującego dla ludzi
e. dawki promieniowania jonizującego pochłoniętego przez pacjentów podczas określonego procesu
diagnostycznego, np. prześwietlenie klatki piersiowej, tomografia komputerowa itp.
8. Zastosowanie promieniowania jonizującego w diagnostyce i terapii:
a. prześwietlenie, matryce aktywne
b. rentgenowska tomografia komputerowa (TK), idea metody, definicja projekcji (wzór)
c. rekonstrukcja obrazu TK na przykładzie metody algebraicznej (projekcja wsteczna)
i. dyskretyzacja obrazu
ii. procedura obliczania wartości liniowych współczynników osłabienia promieniowania z wykorzystaniem
wzoru na osłabienie promieniowania jonizującego
iii. skala Hounsfielda,
d. pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa (PET).
i. zasada działania emisyjnego tomografu pozytonowego.
ii. izotopy stosowane w PET
e. terapia nowotworów: porównanie terapii protonowej i terapii fotonowej, z wykorzystaniem krzywej Bragga
Zalecana literatura
1. S. Miękisz, A. Hendrich; „Wybrane zagadnienia z biofizyki”, (Volumed, 1998)
2. W. Leyko; „Biofizyka dla biologów”, (PWN, 1997)
3. F. Jaroszyk; „Biofizyka”, (PZWL, 2001)
4. A. Z. Hrykiewicz (redakcja); „Człowiek i promieniowanie jonizujące” (PWN, 2001)
5. B. Pruszyński; „Diagnostyka obrazowa. Podstawy teoretyczne i metodyka badań”, (PZWL, 2014)
Ćwiczenie nr 34
ZMYSŁ WZROKU. PODSTAWY MOLKULARNE FOTORECPCJI
I. Oddziaływanie fal elektromagnetycznych z materią
1. Zmiana energii w przypadku atomów i cząsteczek po zaabsorbowaniu energii fali elektromagnetycznej
2. Widma absorpcyjne i widma emisyjne atomów i cząsteczek
3. Cząsteczki w stanie wzbudzonym i w stanie podstawowym, multipletowość stanu energetycznego
4. Diagram Jabłońskiego
II. Elementy optyki geometrycznej
1. Prawo załamania światła na granicy dwóch ośrodków – prawo Snella
2. Załamanie na powierzchni kulistej, zdolność zbierająca powierzchni kulistej
3. Soczewka gruba – płaszczyzny główne i równanie soczewkowe
4. Soczewka cienka – równanie soczewkowe, powiększenie obrazu, wzór Newtona
5. Wady (aberracje) soczewek
III. Dyfrakcja i interferencja
1. Zjawisko dyfrakcji – dyfrakcja Fresnela i dyfrakcja Fraunhofera
2. Zjawisko interferencji
3. Dyfrakcja Fraunhofera na otworze okrągłym
4. Zdolność rozdzielcza układu optycznego – kryterium Rayleigha
IV. Oko jako układ optyczny
1. Układ optyczny oka, fizyczny model oka wg Gullstranda
2. Zdolność skupiająca rogówki, soczewki i całego oka, akomodacja soczewki oka
3. Obraz siatkówkowy
a. odwzorowanie oglądanego przedmiotu na siatkówce oka, wady wzroku i ich korekcja
b. rozmieszczenie komórek fotoreceptorowych na siatkówce
c. zdolność rozdzielcza siatkówki i układu optycznego oka
V. Molekularne podstawy fotorecepcji
1. Struktura siatkówki i budowa komórek fotoreceptorowych
2. Rodopsyna i 11-cis-retinal
3. Regulacja stanu kanałów kationowych w zewnętrznej błonie cytoplazmatycznej
zewnętrznego segmentu komórki fotoreceptora (kaskada pobudzenia)
VI. Widzenie przestrzenne i widzenie barwne
Zalecana literatura
1. S. Miekisz, A. Hendrich; Wybrane zagadnienia z biofizyki (Volumed, 1998)
2. F. Jaroszyk; Biofizyka, (PZWL, 2006)
3. A. Pilawski; Podstawy biofizyki (PZWL, 1977 i nowsze)
4. W. Traczyk; Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej (PZWL, 2001)
Ćwiczenie nr 35
ZASTOSOWANIE METOD REZONANSU MAGNETYCZNEGO (NMR)
W MEDYCYNIE I BIOLOGII
1. Paramagnetyczne właściwości atomów i cząsteczek pochodzące od niesparowanych spinów elektronowych:
moment magnetyczny, spin.
2. Własności magnetyczne jąder atomowych i jądrowy rezonans magnetyczny (NMR).
a) Podstawy fizyczne zjawiska NMR, jądro paramagnetyczne w polu magnetycznym, precesja spinu,
częstotliwość Larmora, rozszczepienie poziomów energetycznych, absorpcja impulsu radiowego
b) Parametry widma NMR, przesunięcie chemiczne, sprzężenie spin-spin.
c) Wektor magnetyzacji w zewnętrznym polu magnetycznym, relaksacja podłużna i poprzeczna, pomiary
czasów relaksacji, echo spinowe.
d) Podstawy obrazowania, gradienty pola magnetycznego, budowa tomografu, metoda projekcji wstecznej,
obrazy zależne od T1, T2 i gęstości protonowej.
3. Zastosowanie spektroskopii NMR w chemii i biologii.
4. Zastosowanie NMR w diagnostyce medycznej:
a. Tomografia NMR (ang. Magnetic Resonance Imaging - MRI),
b. Spektroskopia NMR in vivo.
Zalecana literatura
2. B. Ciesielski, W. Kuziemski; Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego w medycynie. (Tutor, 1994)
3. A. Zschunke; Spektroskopia NMR w chemii organicznej. (PWN, 1976)
4. Z. Kęcki; Podstawy spektroskopii molekularnej. (PWN, 1992)
5. K. H. Hauser, H. R. Kalbitzer; NMR w biologii i medycynie. (Wydawnictwo Naukowe UAM, 1993)
Ćwiczenie K
KOMPUTEROWA SYMULACJA IMPULSU NERWOWEGO
1. Podstawowe pojęcia i prawa opisujące własności układów przewodzących sygnały elektryczne (opór
elektryczny, przewodnictwo, natężenie, napięcie elektryczne, prawo Ohma, natężenie pola
elektrycznego, pojemność elektryczna).
2. Budowa neuronu, aksony melinowane i niemelinowane.
- przypisanie poszczególnym częściom składowym (dendryty, ciało komórki i akson) ich roli w
funkcjonowaniu neuronu.
3. Własności elektryczne błony i potencjał błonowy
- selektywność błony
- definicja potencjału błonowego
- rola pojemności elektrycznej błony
- pojęcie potencjału równowagowego i jego wartości dla poszczególnych jonów (sodowych,
potasowych i chlorkowych) w warunkach fizjologicznych
- potencjał spoczynkowy i jego pochodzenie
4. Własności napięciowo – zależnych kanałów sodowych i potasowych
- jak funkcjonuje pojedynczy kanał jonowy? Co oznacza na poziomie pojedynczego kanału
„otwarcie” i „zamknięcie”?
- aktywacja i inaktywacja kanałów napięciowo – zależnych
- jak należy rozumieć napięciową zależność na poziomie pojedynczego kanału?
- co wiadomo na temat zagadnienia struktura – funkcja kanałów napięciowo – zależnych?
5. Generowanie potencjału czynnościowego
- potencjał progowy – od czego zależy jego wartość?
- rola poszczególnych kanałów napięciowo – zależnych (sodowych i potasowych) w poszczególnych
fazach potencjału czynnościowego: (faza narastania – depolaryzacja), opadania (repolaryzacja) i
hyperpolaryzacja. Zwrócić uwagę na inaktywację kanałów sodowych.
6. Rozchodzenie się impulsu nerwowego wzdłuż aksonu:
- melinowanego
- niemelinowanego
7. Omówienie technik służących do pomiaru prądów jonowych przez błony przy ustalonym napięciu
błonowych – „voltage – clamp” i „patch – clamp”.
Zalecana literatura
1. S. Miękisz, A. Hendrich; „Wybrane zagadnienia z biofizyki”
2. A. Pilawski; „Podstawy biofizyki”
3. Z. Traczyk; „Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej”
4. Giese; „Fizjologia komórki”

Wykaz zagadnień teoretycznych i literatura do ćwiczeń

Transkrypt

Podobne dokumenty

Podręcznki zalecane

23. LITERATURA ŹRÓDŁOWA I UZUPEŁNIAJĄCA

Medycyna rodzinna Repetytorium

87 5.3 Pojęcie energii Termin energia pochodzi od greckiego

Rekrutacja na stanowisko techniczne lub naukowo

PODRĘCZNIKI – ANALITYKA MEDYCZNA Anatomia Chemia

Literatura obowiązująca na kierunku asystent osoby niepełnosprawnej

Czesław Stanisław Cierniewski (1946