Tematy/Zagadnienia do Ćwiczeń

KIERUNEK LEKARSKO-DENTYSTYCZNY
Tematy ćwiczeń laboratoryjnych:
S01.
S02.
S03.
S04.
S05.
S06.
S07.
S08.
S09.
S10.
S11.
S12.
S13.
S14.
S15.
Ćwiczenie wstępne (A1)
Wyznaczanie rozmiarów krwinek metodą mikroskopową (A2, B16)
Lepkość cieczy. Lepkość roztworów (A4, A5, B6, B12, B18)
Warstwa monomolekularna i napięcie powierzchniowe (A6, A7)
Dyfuzja, dializa (A8, A9, B7)
Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego (A12,B7)
Absorpcjometria (A15, B4, B23, D)
Osłabianie elektromagnetycznego promieniowania jonizującego (A16, B3, B22)
Wyznaczanie krzywych jednakowej głośności. Audiometria (A20, B15)
Potencjał czynnościowy (A21, A22, B7, B9, B14)
Badanie modeli reologicznych mięśnia niepobudzonego (A23, A25, B6, B14)
Biokalorymetria kompensacyjna i respiracyjna (A24, A26, B7, B8)
Właściwości sprężyste ciał stałych (A25, B6, B14)
Właściwości cieplne ciał stałych (A26, B8)
Fotometria (B16, C16)
Zagadnienia na ćwiczenia laboratoryjne:
S01.
Ćwiczenie wstępne. (A1) Zagadnienia obowiązujące na każdym ćwiczeniu
Błąd pomiaru i jego źródła. Szacowanie wartości błędu pomiaru bezpośredniego: błąd systematyczny, błąd przypadkowy (rozrzut wyników pomiarów, krzywa rozkładu normalnego, odchylenie standardowe, odchylenie standardowe średniej, błąd maksymalny średniej). Zasady zapisu wartości
błędu pomiaru i wielkości zmierzonej, cyfry znaczące. Szacowanie błędu pomiaru wielkości złożonej: a) przy użyciu cyfr znaczących, b) obliczanie
wartości tego błędu. Graficzne opracowywanie wyników pomiarów: sporządzanie wykresów, prostokąty błędów, linie trendu, krzywe ufności.
S02.
Wyznaczanie rozmiarów krwinek metodą mikroskopową (A2, B16)
Prawo załamania światła, współczynnik załamania światła, dyspersja współczynnika załamania światła. Powstawanie obrazu w soczewkach. Równanie soczewki. Budowa i zasada działania mikroskopu – bieg promieni. Definicja liniowej i kątowej zdolności rozdzielczej układu optycznego. Zdolność rozdzielcza mikroskopu, czynniki wpływające na jej wartość. Powiększenie oraz powiększenie użyteczne mikroskopu. Immersja. Wyznaczanie
rozmiarów mikroobiektów za pomocą mikroskopu.
S03.
Lepkość cieczy. Lepkość roztworów (A4, A5, B6, B12, B18)
Siła tarcia wewnętrznego, współczynnik lepkości. Lepkość względna, lepkość właściwa, graniczna liczba lepkościowa. Wpływ temperatury na lepkość. Przepływ cieczy lepkiej w rurach; prawo Hagena-Poiseuille'a. Lepkość roztworów, lepkość krwi. Metody pomiaru lepkości (metoda Stokesa,
metoda wiskozymetryczna). Wyznaczanie rozmiarów cząsteczek metodą wiskozymetryczną.
S04.
Warstwa monomolekularna i napięcie powierzchniowe (A6, A7)
Napięcie powierzchniowe. Ciśnienie pod powierzchnią cieczy, prawo Laplace'a. Siły spójności i przylegania, tworzenie się menisków, kąt zwilżania.
Substancje powierzchniowo czynne (surfaktanty). Warstwa monomolekularna, ciśnienie powierzchniowe, izoterma warstwy monomolekularnej.
Dipol elektryczny. Woda jako cząsteczka dipolowa. Oddziaływane polarnych i niepolarnych grup z wodą. Wyznaczanie rozmiarów cząsteczek kwasu
stearynowego z pomiarów geometrycznych warstwy monomolekularnej. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczną,
wzniesienia włoskowatego i metodą pęcherzykową.
S05.
Dyfuzja, dializa (A8, A9, B7)
Opis zjawiska dyfuzji: prawo dyfuzji Ficka, współczynnik dyfuzji (wzór Einsteina-Stokesa i równanie Einsteina-Smoluchowskiego), gradient stężenia.
Dyfuzja przez błonę, przepuszczalność błony. Błona przepuszczalna i półprzepuszczalna. Wyznaczanie współczynnika dyfuzji i przepuszczalności
błony. Dyfuzja w organizmach żywych, transport gazów w układzie oddechowym. Koloidy. Dializa zewnątrz- i wewnątrzustrojowa. Zjawisko
osmozy, ciśnienie osmotyczne, prawo van't Hoffa. Osmometr. Elektrodializa.
S06.
Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego (A12, B7)
Potencjał chemiczny i elektrochemiczny, elektrolity. Dysocjacja elektrolityczna. Potencjał elektrodowy, wzór Nernsta, potencjał standardowy elektrody. Pomiar potencjału elektrodowego. Potencjał dyfuzyjny, wzór Hendersona. Budowa ogniwa stężeniowego bez przenoszenia i z przenoszeniem. SEM ogniwa i jego pomiar. Ruchliwość a szybkość unoszenia. Potencjał błonowy. Ogniwa galwaniczne w jamie ustnej. Korozja elektrochemiczna. Przewodnictwo elektryczne, opór elektryczny, prawo Ohma.
S07.
Absorpcjometria (A15, B4, B23, D)
Zjawiska zachodzące przy przechodzeniu światła przez roztwory: odbicie, załamanie, rozproszenie, pochłanianie. Mechanizm absorpcji światła
przez atomy i cząsteczki: poziomy energetyczne atomów i cząsteczek; schemat Jabłońskiego. Fluorescencja i fosforescencja. Widmo absorpcyjne.
Prawo Lamberta-Beera i zakres jego stosowalności. Przepuszczalność i absorpcja – definicje, zależność tych wielkości od stężenia. Budowa i zasada
działania absorpcjometru. Wyznaczanie stężenia roztworu przy pomocy absorpcjometru. Widma absorpcyjne podstawowych składników tkanek.
Właściwości promieniowania laserowego. Rodzaje laserów stosowanych w medycynie i stomatologii. Zjawiska absorpcji, transmisji, odbicia i rozproszenia promieniowania laserowego. Wpływ promieniowania laserowego na tkanki (zależność od czasu trwania ekspozycji, długości fali i gęstości
mocy użytego promieniowania oraz od rodzaju tkanki, efekty fotochemiczne ze szczególnym uwzględnieniem tych, które dotyczą metody fotodynamicznej, efekty fototermiczne i fotojonizacyjne). Zastosowanie laserów w stomatologii.
S08.
Osłabianie elektromagnetycznego promieniowania jonizującego (A16, B3, B22)
Mechanizmy osłabiania promieniowania jonizującego: zjawisko fotoelektryczne, efekt Comptona i zjawisko tworzenia par elektron-pozyton. Prawo
Lamberta osłabiania promieniowania jonizującego; ilustracja w skali liniowej i półlogarytmicznej. Warstwa połowiąca, liniowy i masowy współczynnik osłabiania, sposoby ich wyznaczania. Liniowe przenoszenie energii (LET). Gęstość jonizacji. Dawka pochłonięta, dawka ekspozycyjna, równoważnik dawki, moc dawki. Budowa i działanie podstawowych dozymetrów. Zasady stosowania promieniowania jonizującego. Spontaniczne rozpady
promieniotwórcze α, β, γ. Okres połowicznego zaniku. Biologiczne skutki działanie promieniowania jonizującego.
S09.
Wyznaczanie krzywych jednakowej głośności. Audiometria (A20, B15)
Fala dźwiękowa. Cechy obiektywne i subiektywne dźwięku: ciśnienie akustyczne, natężenie, częstotliwość, widmo oraz głośność, wysokość i barwa
dźwięku. Prawo Webera-Fechnera. Poziom natężenia dźwięku – skala decybelowa. Ocena głośności dźwięku, poziom głośności (fony). Pojęcie krzywych jednakowej głośności – sposób ich wyznaczania. Wyznaczanie progu słyszalności metodą audiometrii progowej tonalnej. Opór akustyczny.
Budowa i funkcjonowanie układu słuchowego. Przewodnictwo powietrzne i przewodnictwo kostne. Wady narządu słuchu i ich korekcja.
S10.
Potencjał czynnościowy (A21, A22, B7, B9, B14)
Budowa i funkcje neuronu. Transport bierny i aktywny jonów przez błonę komórkową. Potencjał równowagowy Nernsta a potencjał spoczynkowy.
Potencjał czynnościowy. Próg pobudliwości neuronu. Okres refrakcji bezwzględnej i względnej. Zjawisko akomodacji. Zasada „wszystko albo nic”.
Bodziec progowy (natężenie progowe bodźca, a próg pobudliwości neuronu). Zależność natężenia progowego bodźca od czasu jego trwania. Wyznaczanie reobazy i chronaksji. Model błony komórkowej wg Hodgina-Huxleya. Przenoszenie pobudzenia wzdłuż aksonu. Połączenia synaptyczne,
pobudzenie i hamowanie w synapsach. Podstawowe funkcje logiczne: implikacja, negacja, koniunkcja, alternatywa. Neuron formalny. Model cybernetyczny neuronu. Zastosowanie funkcji logicznych w modelowaniu sieci neuronowych. Tworzenie sieci neuronowych, hamowanie oboczne. Analiza sieci neuronowej umożliwiającej wyodrębnianie konturów.
S11.
Badanie modeli reologicznych mięśnia niepobudzonego (A23, A25, B6, B14)
Prawo Hooke'a dla podstawowych rodzajów odkształceń, moduły i współczynniki sprężystości objętościowej i postaciowej. Lepkość, współczynnik
lepkości. Budowa mięśnia poprzecznie prążkowanego i komórki mięśniowej. Lepko-sprężyste właściwości mechaniczne mięśnia niepobudzonego:
relaksacja naprężenia i opóźnienie wydłużenia mięśnia, histereza siła-odkształcenie. Modele reologiczne Maxwella i Kelvina-Voigta i ich podstawowe właściwości. Wyznaczanie szybkości płynięcia, czasu relaksacji naprężenia oraz czasu opóźnienia wydłużenia.
S12.
Biokalorymetria kompensacyjna i respiracyjna (A24, A26, B7, B8)
Praca, ciepło, funkcje stanu. Pierwsza zasada termodynamiki i prawo Hessa. Mechanizmy transportu ciepła: przewodzenie, promieniowanie, konwekcja, parowanie i sublimacja. Ciepło spalania substancji pokarmowych, równoważnik energetyczny tlenu, iloraz oddechowy. Szybkość przemiany
materii. Bezpośrednie i pośrednie metody jej pomiaru dla ludzi i małych zwierząt. Wyznaczanie szybkości przemiany materii metodą biokalorymetrii respiracyjnej oraz biokalorymetrii kompensacyjnej. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu, a stan organizmu.
S13.
Właściwości sprężyste ciał stałych (A25, B6, B14)
Prawo Hooke'a. Współczynniki i moduły sprężystości liniowej, objętościowej i postaciowej. Odkształcanie ciał krystalicznych i bezpostaciowych.
Zakresy odkształcenia proporcjonalnego, plastycznego i granica wytrzymałości. Odkształcanie ciał izotropowych i anizotropowych. Bierne właściwości sprężyste tkanek miękkich. Wyznaczanie wartości naprężeń mechanicznych unieruchomionych ciał stałych wywołanych zmianą ich temperatury.
Zależność wartości odkształcenia od kształtu obiektu – obliczanie strzałki ugięcia dla belek podpartych jednostronnie i dwustronnie.
S14.
Właściwości cieplne ciał stałych (A26, B8)
Energia, ciepło, praca. Pierwsza zasada termodynamiki. Ciepło właściwe, pojemność cieplna. Mechanizmy transportu ciepła: przewodzenie, promieniowanie, konwekcja, parowanie i sublimacja. Mechanizm fononowy i elektronowy przewodzenia ciepła w ciałach stałych. Rozszerzalność
cieplna: współczynnik liniowy, powierzchniowy, objętościowy Przewodnictwo temperaturowe i przewodnictwo cieplne ciał stałych.
S15.
Fotometria (B16, C16)
Dziedziny fotometrii energetycznej (obiektywnej) i wizualnej (subiektywnej). Wrażliwość widmowa oka, adaptacja fotopowa (widzenie jasne) i skotopowa (widzenie ciemne), krzywe wrażliwości widmowej. Podstawowe wielkości (definicje i jednostki miary) i prawa fotometrii: natężenie źródła
promieniowa, kąt bryłowy, światłość, jako wielkość podstawowa w układzie SI, strumień światła, oświetlenie, prawo Lamberta (odwrotnego kwadratu). Zasada działania fotometru Bunsena, budowa i zasada działania fotokomórki i fotoogniwa.
Piśmiennictwo:
(A) P. Piskunowicz i M. Tuliszka (red.), Wybrane ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Medycznego im.
Karola Marcinkowskiego, Poznań 2007
(B) F. Jaroszyk (red.), Biofizyka – podręcznik dla studentów, PZWL, Warszawa 2008
(C) B. Kędzia (red.), Materiały do ćwiczeń z biofizyki i fizyki, PZWL, Warszawa 1978
(D) F. Jaroszyk (red.), Biofizyka medyczna, Wydawnictwa Uczelniane Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego, Poznań 1993
Symbole podane w nawiasach po tytule ćwiczenia złożone z litery i cyfry oznaczają pozycje piśmiennictwa, których lektura wskazana jest, aby przygotować się do wykonania ćwiczenia: litera oznacza odpowiedni podręcznik wg pozycji wymienionych w piśmiennictwie, a cyfra – numer rozdziału
w tym podręczniku opisujący tematykę danego ćwiczenia. i tak np. pozycja B14 oznacza podręcznik F. Jaroszyka (red.), Biofizyka – podręcznik dla
studentów, rozdział 14.