40
1. Structura şi proprietăţile moleculei de apă O moleculă de apă - H 2 O - conţine 2 atomi de hidrogen şi un atom de oxigen. Oxigenul este legat covalent de cei doi atomi de hidrogen, unghiul dintre legături fiind 105 0 , iar lungimea legăturii de 0,99 Å. Electronii moleculei de apă, în total 10, sunt repartizaţi în modul următor : - 2 electroni în apropierea oxigenului; - 2 perechi care se rotesc pe două orbite aflate în plan perpendicular pe planul moleculei de apă, având nucleul de oxigen în focare. Aceştia se numesc electroni neparticipanţi deoarece nu participă la legătura covalentă; - 2 perechi de electroni care se rotesc pe două orbite ce înconjoară legătura dintre oxigen şi hidrogen, în planul moleculei de apă (planul format de cele trei nuclee). Prin aceşti electroni se realizează legătura covalentă. Această dispunere a orbitelor determină structura tetraedrică a moleculei de apă, cu nucleul oxigenului în centru şi cei doi protoni, respectiv cele două perechi de electroni neparticipanţi în vârfuri 4. Proprietăţile fizice ale apei. Apa are proprietăţi fizice speciale, care se explică prin caracterul ei dipolar şi prin capacitatea de a forma legături de H. Dintre cele mai importante pentru sistemele biologice se pot menţiona: - căldură specifică mult mai mare decât cea a oricărei substanţe solide sau lichide; este foarte importantă în procesele de termoreglare la nivelul organismului viu. De exemplu, eforturi musculare intense ar putea duce la o supraîncălzire. -conductibilitate termică de câteva ori mai mare decât cea a majorităţii lichidelor : “amortizor termic” al apei în organism; - căldură latentă de vaporizare mult mai mare decât a altor lichide: factor determinant al homeotermiei (răcirea corpului prin evaporare pulmonară şi transpiraţie); - densitate maximă la 4 0 C - importantă pentru viaţa acvatică; - constantă dielectrică foarte mare - favorizează disociaţia electrolitică; 5. Structura şi rolul apei în sistemele biologice Organismul uman are un mare conţinut în apă (65-70%). O mare parte a apei din organism manifestă proprietăţi fizice deosebite: se evaporă foarte greu, îngheaţă la temperaturi mult sub 0 0 C, nu dizolvă cristaloizii, nu participă la osmoză - aceasta este apa legată. Problema apei în structurile vii nu este complet elucidată. Existenţa apei legate se explică prin prezenţa unui mare număr de specii moleculare, macromoleculare şi ionice, care structurează apa din jur. O mare parte a apei intracelulare prezintă un grad superior de ordonare. Această ordonare are un rol important în desfăşurarea proceselor celulare (excitaţie, contracţie, diviziune, secreţie etc). O serie de studii

79035866 Subiecte Biofizica 2011

Embed Size (px)

DESCRIPTION

0-0-96tu

Citation preview

Page 1: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

1. Structura şi proprietăţile moleculei de apă

O moleculă de apă - H2O - conţine 2 atomi de hidrogen şi un atom de oxigen. Oxigenul este legat covalent de cei doi atomi de hidrogen, unghiul dintre legături fiind 105 0, iar lungimea legăturii de 0,99 Å. Electronii moleculei de apă, în total 10, sunt repartizaţi în modul următor :

- 2 electroni în apropierea oxigenului; - 2 perechi care se rotesc pe două orbite aflate în plan perpendicular pe planul moleculei de apă, având

nucleul de oxigen în focare. Aceştia se numesc electroni neparticipanţi deoarece nu participă la legătura covalentă; - 2 perechi de electroni care se rotesc pe două orbite ce înconjoară legătura dintre oxigen şi hidrogen, în

planul moleculei de apă (planul format de cele trei nuclee). Prin aceşti electroni se realizează legătura covalentă. Această dispunere a orbitelor determină structura tetraedrică a moleculei de apă, cu nucleul oxigenului în centru şi cei doi protoni, respectiv cele două perechi de electroni neparticipanţi în vârfuri

4. Proprietăţile fizice ale apei.

Apa are proprietăţi fizice speciale, care se explică prin caracterul ei dipolar şi prin capacitatea de a forma legături de H. Dintre cele mai importante pentru sistemele biologice se pot menţiona:

- căldură specifică mult mai mare decât cea a oricărei substanţe solide sau lichide; este foarte importantă în procesele de termoreglare la nivelul organismului viu. De exemplu, eforturi musculare intense ar putea duce la o supraîncălzire.

-conductibilitate termică de câteva ori mai mare decât cea a majorităţii lichidelor : “amortizor termic” al apei în organism;

- căldură latentă de vaporizare mult mai mare decât a altor lichide: factor determinant al homeotermiei (răcirea corpului prin evaporare pulmonară şi transpiraţie);

- densitate maximă la 40C - importantă pentru viaţa acvatică; - constantă dielectrică foarte mare - favorizează disociaţia electrolitică;

5. Structura şi rolul apei în sistemele biologice

Organismul uman are un mare conţinut în apă (65-70%). O mare parte a apei din organism manifestă proprietăţi fizice deosebite: se evaporă foarte greu, îngheaţă la temperaturi mult sub 00C, nu dizolvă cristaloizii, nu participă la osmoză - aceasta este apa legată. Problema apei în structurile vii nu este complet elucidată. Existenţa apei legate se explică prin prezenţa unui mare număr de specii moleculare, macromoleculare şi ionice, care structurează apa din jur. O mare parte a apei intracelulare prezintă un grad superior de ordonare. Această ordonare are un rol important în desfăşurarea proceselor celulare (excitaţie, contracţie, diviziune, secreţie etc). O serie de studii au arătat ca apa este “compartimentalizată”: există apă liberă, apă parţial legată şi apă legată, fiecare din aceste compartimente având proprietăţi specifice. Dată fiind importanţa apei în desfăşurarea proceselor biologice, există un mare număr de tehnici care permit studiul proprietăţilor acesteia în organismul viu.

10p. Tensiunea superficială. Rolul de agent tensioactiv în medicină 

Fenomene la nivelul interfeţelor Interfaţă - suprafaţa care separă două faze aflate în contact. O interfaţă are tendinţa de a avea o suprafaţă minimă (în baza principiului de minim, orice sistem tinde să-şi minimizeze energia potenţială) astfel încât, tangenţial la suprafaţa ei, se exercită o tensiune interfacială. În cazul lichid-gaz, aceasta se numeşte tensiune superficială. O mărime caracteristică pentru aceasta este coeficientul de tensiune superficială σ: σ = dF/dl (forţa pe unitatea de contur) sau: σ = -dL/dS (lucrul mecanic necesar pentru a mări stratul superficial cu o unitate; semnul minus apare datorită convenţiei de semne: lucrul mecanic efectuat asupra sistemului este negativ, iar mărirea suprafeţei cu o unitate presupune efectuarea de lucru mecanic asupra sistemului).

Page 2: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

La dizolvarea în apă a unor substanţe poate să apară una dintre următoarele trei situaţii, datorită structurii substanţei respective şi a caracterului hidrobob sau hidrofil, implicit a modului în care această substanţă interacţionează cu moleculele de apă:

- tensiunea superficială să rămână constantă atunci când solvitul nu modifică forţele intermoleculare datorită faptului că se încadrează în reţeaua de legături de hidrogen a apei (zahărul în apă)

- tensiunea superficială creşte uşor ca în cazul soluţiilor de electrolit la care există o interacţiune puternică între ionii dizolvaţi şi dipolii apei, ceea ce duce la creşterea forţelor intermoleculare din lichid, crescând astfel tensiunea superficială. În acelaşi timp ionii sunt atraşi în interiorul lichidului, concentraţia lor în stratul superficial fiind mică, aşadar putem concluziona că creşterea tensiunii superifciale este nesemnificativă.

- tensiunea superficială scade. Este cazul substanţelor care conţin grupări hidrofobe acestea pătrunzând între moleculele de apă şi micşorând astfel forţele intermoleculare. Se numesc substanţe tensioactive. Simultan cu aceste procese de pătrundere între moleculele stratului superficial, tot datorită caracterului lor hidrofob, sunt expulzate către suprafaţa liberă, concentraţia lor aici crescând semnificativ, determinând astfel o scădere importantă a tensiunii superficiale. Substanţele tensioactive pot fi ordonate conform legii lui Traube, care arată că tensioactivitatea unei substanţe este cu atât mai pronunţată cu cât această substanţă conţine mai multe grupări hidrofobe, iar în cadrul aceleiaşi serii organice, tensioactivitatea creşte cu lungimea catenei, în cazul acizilor graşi, cu gradul de nesaturare.

Unul dintre efectele tensiunii superficiale este ascensiunea (depresiunea capilară). Fenomenele capilare sunt foarte importante într-o serie de procese biologice (ascensiunea sevei, accidente vasculare de tipul emboliilor gazoase - pătrunderea de gaze în sânge poate bloca capilarele).

Rolul fenomenelor superficiale la nivelul alveolelor pulmonare. Surfactantul pulmonar Alveolele pulmonare din jurul unei bronhiole au în medie o rază (dacă le considerăm sferice) de 0.05 - 0.1

mm. Alveolele pulmonare sunt în număr de circa 100 de milioane, iar suprafaţa totală pe care o ocupă este de 100 m2 (prin comparaţie, pielea are 2 m2). Deci, prin acestea se realizează cel mai important contact cu aerul atmosferic. Suprafaţa alveolelor variază în cursul ciclului respirator cu cca. 7 m2. Peretele intern al unei alveole este acoperit de un film lichid foarte subţire (0,5 μm). Între aer şi acesta există o tensiune superficială.

Apare deci o diferenţă de presiune în interior, conform legii Laplace: Δp = 2σ/r

Pentru apă, la o rază cum este cea a alveolelor, Δp ≅ 12 - 24 Torr. În realitate Δp sunt doar de câţiva Torr. Această discrepanţă se datorează existenţei unui agent tensioactiv - surfactant pulmonar - având drept cel mai important constituent o fosfolipidă, care reduce tensiunea superficială. Rolul acestui agent tensioactiv este acela de a face ca Δp să nu varieze prea mult în cursul ciclului respirator, împiedicând golirea completă a alveolelor mici în cele mari (din cauza Δp ∼ 1/r, la contracţie presiunea ar tinde să crească în cazul în care coeficientul de tensiune superficială ar fi constant). Prin acţiunea agentului tensioactiv este posibilă egalizarea presiunii la o valoare medie pentru alveolele de dimensiuni diferite, care trebuie să funcţioneze simultan. Absenţa sau insuficienţa acestui agent tensioactiv poate duce la grave accidente respiratorii.

16,17. Etapele contracţiei musculare sunt următoarele: excitaţia fibrei, cuplajul excitaţie –contracţie şi contracţia propriu-zisă a fibrei.

1. Excitaţia fibrei musculare începe la nivelul sinapsei neuro-musculare unde moleculele de mediator chimic (acetilcolina) eliberate din terminaţia nervoasă se fixează pe moleculele receptoare din membrana post-sinaptică determinând deschiderea porţilor unor canale cationice. Cationii intră în fibră, interiorul acesteia devine local pozitiv şi în felul acesta se produce potenţialul de acţiune. Acesta se deplasează prin sarcolemă în lungul fibrei, iar prin membrana tubilor transversali în profunzime.

Page 3: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

2. Cuplajul excitaţie – contracţie începe cu deschiderea canalelor de calciu din membrana cisternelor terminale, în momentul în care potenţialul de acţiune trece prin dreptul acestor cisterne. Ionii de Ca++ sunt eliberaţi din cisterne, iar concentraţia lor în sarcoplasmă creşte de la cca 0,1 mM la 10 mM (100 ori). Troponina fixează ionii de Ca şi în urma unei modificări conformaţionale deplasează moleculele de tropomiozină din şanţurile filamentului subţire astfel încât locurile de legare ale actinei cu miozina nu mai sunt mascate, iar contracţia propriu-zisă putând astfel începe.

3. Contracţia include eliberarea energiei chimice necesare şi fenomenele mecanice care stau la baza producerii forţei, respectiv scurtării fibrei. Extremitatea globulară miozinică a punţii transversale dispune de două locuri de legare, unul pentru actină şi unul pentru ATP. De îndată ce este fixată, molecula de ATP este imdiat scindată în ADP şi Pi, aceştia fiind produşi ai scindării ce urmează să fie eliberaţi la un moment dat în sarcoplasmă. Contracţia apare numai dacă locul pentru ATP al punţii transversale este ocupat de ADP şi Pi (deci, neapărat după scindarea ATP) şi dacă tropomiozina nu împiedică interacţiunea actomiozinică. Astfel, prin legarea punţii transversale de filamentul subţire, produşii de scindare sunt rapid eliberaţi, iar puntea care până în acest moment făcea un unghi drept cu axa filamentului subţire, se înclină la 450 faţă de acesta.

17,16. Lucrul mecanic efectuat de muşchi

Depinde de forţa dezvoltată de muşchiul considerat şi de deplasarea punctului de inserţie pe osul pe care îl pune în mişcare, cu alte cuvinte lucrul mecanic depinde de forţa muşchiului şi de contracţia lui.

Lucrul mecanic maxim Lmax al muşchiului este produsul dintre forţa maximă Fmax desfăşurată şi contracţia maximă a muşchiului Cmax. Dar Fmax este proporţională cu secţiunea muşchiului

Fmax = kS iar contracţia maximă este proporţională cu lungimea l a muşchiului

C max = k1l Obţinem: L max = kS k1l şi considerând pentru simplitate, muşchiul ca având formă cilindrică, produsul dintre aria secţiunii transversale şi lungime este chiar volumul muşchiului, aşadar

L max = k2 V adică lucrul mecanic efectuat de muşchi este direct proporţional cu volumul său

13. Structura membranei biologice 

Structura şi funcţiile membranei celulare Organismele vii sunt alcătuite dintr-un număr foarte mare de compartimente fluide interdependente, mărginite de membrane plasmatice. Membranele celulare sunt structuri planare cu grosimi moleculare cuprinse între 6 şi 10 nm (1 nm = 10-9 m) care îndeplinesc cel puţin două funcţii dinamice esenţiale, ele neputând fi privite ca nişte pelicule pasive care delimitează două medii care au caracteristici fizico-chimice diferite (lichidul interstiţial şi citoplasma).

Prima funcţie a membranei celulare este de a împiedica mişcarea liberă a particulelor între două compartimente adiacente (lichidul interstiţial şi citoplasma), prin urmare membrana are rolul unei bariere fizice active. Lichidul interstiţial şi citoplasma sunt sisteme disperse având ca solvent apa, iar ca faze dispersate electroliţi (ioni de Na, K, Cl, Ca, Mg), macromolecule (de ex. proteinele), organite intracelulare (de ex. mitocondriile) şi molecule polare mici, în concentraţii diferite. Lichidul interstiţial şi citoplasma au aceeaşi osmolaritate de aproximativ 300 mOsM/l, fiind deci, lichide izotonice.

Fiind semipermeabile şi selective, membranele celulare îndeplinesc şi o a doua funcţie foarte importantă şi anume reglarea volumului şi a compoziţiei mediului intracelular. Această reglare asigură menţinerea la valori constante a compoziţiei şi volumului intra- şi extracelular, în ciuda fluctuaţiilor din mediul extern.

Page 4: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Principalii constituenţi ai membranelor biologice sunt lipidele şi proteinele, conform modelului mozaicului fluid proteolipidic (Fig. 1) al lui Nicholson şi Singer elaborat în 1972: membrana este formată dintr-un bistrat lipidic, în care sunt inserate proteine şi glicoproteine. Acest model presupune distribuţia uniformă a diferitelor tipuri de lipide în bistrat, lucru care a fost infirmat în ultimii ani. Simon si Ikonen au demonstrat în 1987 existenţa asa numitelor microdomenii lipidice (“lipid rafts”) de colesterol şi sfingomielina care nu sunt solubile în detergenţi nonionici, adică prezenţa unor insule membranare, lipidele nedistribuindu-se uniform pentru a forma bistratul lipidic.

14. Transportul pasiv

Prin transport pasiv moleculele şi ionii se deplasează în sensul gradientului electrochimic sau de presiune fără consum de energie metabolică, sistemul având tendinţa de a ajunge la echilibru termodinamic. Gradientul electrochimic este o forţă termodinamică producătoare de flux şi reprezintă rezultatul unor procese desfăşurate cu consum energetic. În timpul transportului, moleculele şi ionii utilizează energia mişcărilor de agitaţie termică şi cea derivată din atracţia sau respingerea electrostatică.

Există trei tipuri de transport pasiv: difuzia simplă, difuzia facilitată şi difuzia prin canale şi pori. Difuzia simplă se produce prin dizolvarea speciei moleculare transportate în membrană. Datorită structurii membranei de bistrat lipidic, zona internă fiind hidrofobă, o particulă, pentru a trece de pe o faţă a membranei pe cealaltă, trebuie să străbată o zonă hidrofilă şi să pătrundă în zona hidrofobă. De aici rezultă ca mecanismele de difuzie sunt diferite pentru particulele hidrofile (ioni şi molecule polare) şi particulele hidrofobe (nepolare), respective particulele hidrosolubile şi liposolubile.

Difuzia facilitată Moleculele hidrofile mari, cum sunt mulţi factori nutritivi necesari celulei, precum şi unii ioni traversează membrana prin difuzie facilitată, utilizând molecule transportoare existente în membrană sau introduse artificial în aceasta. Asemenea molecule transportoare au o anumită specificitate, recunoscând specia moleculară sau ionică pe care o transportă. Există transportori pentru glucoză, colină, pentru diferiţi ioni (ionofori).

15. Transportul activ

Este o formă de transport care necesită consum de energie metabolică (a unei reacţii chimice, de exemplu). Se realizează în sensul invers gradientului de potenţial electrochimic. Se disting două forme de transport activ: transportul activ primar şi transportul activ secundar.

Transportul activ primar se realizează folosind proteine integrale numite pompe ionice membranare. In urma transportului activ se stabileşte gradientul de concentraţie în sensul căruia se desfăşoară transportul pasiv. Pompa leagă ionul pe o parte a membranei într-o anumită zonă activă numită situs de legare şi, datorită unor modificări conformaţionale care intervin în urma legării ionului, îl transferă pe cealaltă parte unde îl eliberează. Pompa foloseşte, de obicei, hidroliza ATP în ADP şi P. Exemplul cel mai cunoscut este ATP-aza Na+/K+ care translocă 3 ioni de Na + din interiorul celulei, unde concentraţia acestuia este mică, spre mediul extracelular şi 2 ioni de K+ din exteriorul celulei în interiorul acesteia.

Deoarece rezultatul unui ciclu este un transfer net de sarcină pozitivă în exteriorul celulei, spunem că pompa este electrogenică. De asemenea, pompa de Na+/K+ asigură prin funcţionarea ei osmolaritatea egală pe ambele feţe ale membranei.

Transportul activ secundar Prin transport activ secundar speciile transportate pătrund într-un compartiment (extracelular sau

intracelular) împotriva gradientului lor electrochimic, asociindu-se cu molecule care se deplasează în sensul gradientului de concentraţie. Specia transportată cât şi molecula care efectuează transport pasiv se leagă de aceeaşi moleculă transportoare.

Page 5: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Transportul activ secundar utilizează transportorii întâlniţi la difuzia facilitată, aceştia putând lega substratele transportate în aceeaşi stare conformaţională sau în stări conformaţionale diferite (Fig. 19). Dacă ambele specii moleculare transportate se leagă de aceeaşi parte a proteinei, transportul poartă denumirea de simport sau co-transport, iar transportorul îşi poate modifica starea conformaţională doar după ce ambele substrate au ajuns în situsurile de legare. Cazul în care speciile transportate se leagă pe cele două părţi ale transportorului, care se va afla astfel în stări conformaţionale diferite, se numeşte antiport sau contra-transport.

Întâlnim simport la pătrunderea glucozei în celulele mucoasei intestinale; ea se asociază cu Na+ care intră pasiv. Ionii de Na+ sunt eliminaţi activ prin transport primar, prin ATP-aza de Na+/K+, iar glucoza rămâne. Şi în acest caz, avem de-a face cu un transport electrogenic deoarece rezultatul net constă în transportul unei sarcini pozitive dintr-o parte a membranei în cealaltă.

25. Canale ionice 

Difuzia prin canale ionice Substanţele ionizate nefiind liposolubile, difuzia lor prin membrană se poate face prin structuri proteice specializate care strabat membrana pe toată grosimea ei şi creează căi de trecere pentru ioni, formând canale sau pori. Noţiunea de por este folosită pentru structurile neselective, făcând o discriminare doar pe baza diametrului particulei. Cu precădere, prin pori trece apa, caz în care aceştia se numesc porine. Ionii au în jurul lor o zona de hidratare, din care cauză au diametrul prea mare pentru pori.

21. Ochiul ca sistem optic centrat. Ochiul redus.(Gullstrand) 

Modele ale ochiului redus Prin ochi redus se înţelege o schemă simplificată a ochiului. Ochiul va fi reprezentat printr-un dioptru prin

care razele se propagă la fel ca în ochiul real. În modelul Listing, ochiul este un dioptru sferic cu raza de 6 mm care separă aerul de un mediu transparent cu indice de refracţie n = 1.337.

Modelul Gullstrand constă dintr-un un sistem optic centrat în care un dioptru sferic unic cu raza 5,7 mm (care reprezintă practic corneea: C = 60 D) separă aerul de un mediu transparent de indice de refracţie 1,336. Centrul optic este centrul de curbură al dioptrului. Distanţa dintre centrul optic şi retină este de cca. 15 mm. Retina se află în planul focal.

Ochiul este considerat un sistem optic centrat alcătuit din următoarele elemente: - corneea, având indicele de refracţie n = 1,372, separată de aer printr-un dioptru anterior convex şi de - umoarea apoasă, n = 1,336, printr-un dioptru posterior concav - cristalinul, n = 1,413 (1,375-1,473) este separat de umoarea apoasă printr-un dioptru anterior convex şi de - umoarea vitroasă (n = 1,336), printr-un dioptru posterior tot convex.

Corneea este mediul cel mai refringent, cca 40 D. Are cea mai mare contribuţie la convergenţa totală de cca 60 D. Cristalinul contribuie cu restul de 20 D. Convergenţa cristalinului este mai mică deoarece acesta este mărginit de medii cu indici de refracţie apropiaţi, în timp ce corneea se află în contact cu aerul care are indicele de refracţie mult mai mic decât cel al corneei.

Cristalinul este o lentilă biconvexă cu R1 = 10 mm şi R2 = 6 mm (în stare neacomodată). Este alcătuit din straturi celulare concentrice al căror indice de refracţie creşte dinspre periferie spre centru.

Convergenţa cristalinului este variabilă datorită modificării curburii. Umoarea vitroasă conferă tensiune globului ocular.

22. Acuitatea viziala. Reflexul pupilar.

Acuitatea vizuală În ochiul redus, imaginea unui punct se formează la intersecţia cu retina a dreptei care trece prin punctul

respectiv şi centrul optic, dimensiunea imaginii unui obiect fiind dată de unghiul format de dreptele care trec prin centrul optic şi extremităţile obiectului, unghi care defineşte diametrul aparent (măsurat în minute de arc). Obiectele de dimensiuni diferite pot avea acelaşi diametru aparent, în funcţie de distanţa la care se află. Sub o

Page 6: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

anumită valoare a diametrului aparent, imaginile celor două puncte se suprapun parţial. Numim distanţă separatoare minimă sau minumum separabil diametrul aparent limită sub care imaginile celor două puncte se suprapun. Acuitatea vizuală sau puterea de rezoluţie este definită ca fiind inversul distanţei separatoare minime.

Acuitatea vizuală depinde de: - factori dioptrici: aberaţia de sfericitate şi cromatică (dată de fenomenul de dispersie – variaţia indicelui de

refracţie cu lungimea de undă), difracţia datorită imperfecţiunilor mediilor oculare, dispersia luminii datorită reflectării pe retină, erori de refracţie

- factori retinieni: legaţi de structura granulară şi discontinuă a retinei, centrul petei ce reprezintă imaginea trebuind să se găsească pe celule receptoare distincte;

- factori legaţi de stimul: forma şi mărimea detaliului, contrastul de luminozitate, iluminarea fondului, timpul de expunere, compoziţia cromatică (prin eliminarea aberaţiilor cromatice, lumina monocromatică măreşte acuitatea vizuală).

Diminuarea acuităţii vizuale se numeşte ambliopie.

Adaptarea la lumină (reflexul pupilar) Irisul reprezintă o diafragmă care limitează fluxul luminos ce cade pe retină şi contribuie la micşorarea aberaţiilor cromatice şi de sfericitate produse de lentilele ochiului. Dimensiunea pupilei este controlată de doi muşchi netezi, unsfincter inelar şi un dilatator radial, plasaţi în iris. Când luminozitatea este slabă, fibrele radiale ale irisului se contractă (midriază), diametrul pupilei creşte. La iluminare excesivă, fibrele circulare ale irisului micşorează pupila (mioză). Acest fenomen se numeşte adaptare la lumină. Adaptarea de la lumină la întuneric cere mai mult timp decât adaptarea inversă de la întuneric la lumină. Acomodarea la distanţă

Într-un ochi normal, imaginea unor obiecte foarte îndepărtate se formează pe retină (Fig. 12 a)). Dacă obiectele sunt situate la o distanţă mai mică de 6 m de ochi, imaginea lor s-ar forma în spatele retinei dacă cristalinul nu s-ar bomba mărindu-şi convergenţa (Fig.14). Pentru ca imaginea să fie clară, ea trebuie să se formeze pe retină. Aceasta se realizează astfel: cristalinul este înconjurat de un ligament circular, zonula lui Zinn, pe care se află înseraţi muşchii ciliari circulari şi radiali. La contracţia fibrelor circulare, zonula se relaxează şi cristalinul iese de sub tensiune, bombându-se sub efectul propriei elasticităţi. Convergenţa sa va creşte şi imaginea se formează mai aproape de centrul optic (mai în faţă, deci pe retină). Invers, la contracţia fibrelor radiale, zonula este din nou pusă sub tensiune, cristalinul se subţiază şi îşi micşorează convergenţa. În acest fel se realizează acomodarea. Vederea clară se realizează între două puncte: punctum proximum – pp- şi punctum remotum –pr-. Pp – cel mai apropiat, văzut clar cu acomodare maximă. Pr – cel mai depărtat, văzut clar fără acomodare. La ochiul normal (emetrop) pp = 25 cm, pr → ∞

22. Miopia. 

Miopia Acest defect de vedere se manifestă prin creşterea convergenţei ochiului. În funcţie de cauza acestei creşteri

avem de a face cu mai multe tipuri de miopii şi anume: - Miopia axială, cel mai fecvent întâlnită, este caracterizată de axul anteroposterior mai lung decât cel al ochiului emetrop, din această cauză imaginea se formează înaintea retinei. Pp şi pr se află mai aproape de ochi. - Miopia de curbură: curbura cristalinului este mai mare, convergenţa va fi mărită (de obicei este legată de oboseală). - Miopia de indice caracterizată de creşterea indicelui de refracţie datorită creşterii concentraţiei saline în anumite stări patologice (vărsături incoercibile, diarei rebele, mari hemoragii şi plasmoragii, expuneri excesive la soare, şocuri traumatice, lipotimie – în aceste din urmă două cazuri, deshidratarea şi hiperconcentrarea salină consecutivă apar ca o consecinţă a fugii apei din ţesuturi spre patul vascular lărgit ca urmare a epuizării mecanismelor neuro-hormonale de menţinere a tonusului vascular). În toate cazurile se corectează cu lentile divergente (Fig. 15) care au convergenţa negativă (C < 0, focare virtuale) care, adăugată convergenţei crescute a ochiului, o aduc în limitele normale.

Page 7: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

22. Prezbitismul. 

Presbiopia sau prezbitismul este o ametropie de elasticitate care apare, în general, după vârsta de 40 de ani. Bombarea cristalinului se face mai dificil, deoarece elasticitatea acestuia se diminuează o dată cu înaintarea în vârstă. Se folosesc lentile convergente pentru a vedea obiectele apropiate.33. Biofizică recepţiei vizuale. Retina.

Biofizica recepţiei vizuale Structura retinei

După ce străbat mediile transparente ale ochiului, razele luminoase care provin de la diferitele obiecte ale mediului înconjurător cad pe retină (Fig. 17) care reprezintă o structură complexă cu o suprafaţă de cca 2 cm 2 şi grosimea de 350 μm. Există 5 tipuri de celule prezente în retină dispuse în straturi succesive (Fig. 17, săgeata din stânga figurii indică sensul luminii): - celulele epiteliului pigmentar - alcătuiesc stratul distal format dintr-un singur şir de celule epiteliale; pigmentul conţinut de acestea – melanina – absoarbe lumina (pentru a evita difuzia). - celulele fotoreceptoare, celulele cu conuri şi bastonaşe, care conţin pigmenţii fotosensibili. Celulele fotoreceptoare sunt orientate cu extremitatea fotosensibilă înspre coroidă, fiind parţial îngropate în epiteliul pigmentar. Repartiţia lor în retină nu este uniformă. În pata oarbă, pe unde ies fibrele nervului optic, celulele fotoreceptoare lipsesc complet. - celule orizontale fac sinapsă cu celulele fotoreceptoare (6-50 celule fotoreceptoare). - celulele bipolare, alcătuind primul strat al neuronilor vizuali (de aceea retina poate fi considerată o porţiune de creier periferic), realizează legături între celulele receptoare şi cele ganglionare. In zona foveală corespondenţa este biunivocă: fiecare con realizează legături sinaptice cu o bipolară şi fiecare bipolară cu o ganglionară. Fiecare ganglionară primeşte astfel informaţii de la un singur con. Spre periferia foveei şi în afara acesteia, mai multe celule receptoare realizează conexiuni sinaptice cu o bipolară şi mai multe bipolare trimit informaţii unei singure ganglionare. - celulele amacrine realizează conexiuni între neuronii bipolari, la fel cum celulele orizontale interconectează celulele fotoreceptoare. Sunt lipsite de axon şi trimit informaţii dinspre centru spre periferie. – celulele ganglionare – fac sinapsă cu cele bipolare, iar axonii lor alcătuiesc nervul optic. Pata oarbă, lipsită de celule fotoreceptoare, este locul în care nervul optic se îndreaptă spre corpii geniculaţi laterali, după ce strabate învelişul globului ocular.

34. Structura şi funcţiile celulelor fotoreceptoare. 

Structura şi funcţia celulelor fotoreceptoare Celulele fotoreceptoare realizează funcţia de traducere a semnalului vizual – radiaţia electromagnetică din

domeniul vizibil- în semnal electric. Celula cu bastonaş (Fig. 18 a)) este alcătuită din două părţi: segmentul extern (SEB), sub formă alungită,

cilindrică, de bastonaş, şi segmentul intern (SIB). Segmentul extern este fotoreceptorul propriu-zis, cel intern are rol metabolic. Bastonaşele asigură vederea scotopică (la lumină crepusculară), având o mare sensibilitate. SEB are o structură specială, conţinând un mare număr de discuri membranare (până la 2000) suprapuse. Membrana discurilor este formată din subunităţi membranare (cca 5 nm diametru) în centrul cărora se găseşte pigmentul fotosensibil – rodopsina (107-108 molecule/bastonaş).

Rodopsina este formată din opsină (fosfolipoproteină formată din 348 de aminoacizi, formând 7 α-helixuri aşezate transversal pe membrana discului, legate între ele prin segmente neelicoidale) şi din retinal (aldehida vitaminei A) care este cromoforul, cu axa longitudinală paralelă cu suprafaţa membranei. Maximul de absorbţie al rodopsinei este la 500 nm (verde).

Membrana bastonaşului conţine numeroase canale de Na+ şi Ca++, astfel încât, la întuneric, există un influx pasiv de Na+ şi Ca++ (curent de întuneric) (Fig. 19) (10-15% Ca++). În întuneric membrana este polarizată negativ (-20 – - 40 mV). Ionii de Na+ intră în celulele fotoreceptoare prin canale, dar nu se acumulează deoarece sunt evacuaţi pe măsură ce intră de către pompele ionice din SIB. Calciul este evacuat printr-un mecanism antiport 3Na+/1Ca++ în SEB. Curentul de Na+ (Ca++) reprezintă curentul de întuneric.

Page 8: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

În urma fotoexcitării şi activării rodopsinei (Fig. 20), se închid canalele de Na+ (Ca++), curentul de întuneric dispare şi membrana se hiperpolarizează. Potenţialul celular poate ajunge la –80 mV, depinzând de intensitatea luminii. Variaţia de potenţial declanşează excitaţia neuronilor bipolari, astfel încât potenţialele de acţiune apărute în aceştia ajung în final la sinapsa cu neuronul ganglionar, pe care-l excită. De la neuronul ganglionar vor porni trenuri de potenţiale de acţiune tot sau nimic care, pe calea nervului optic, ajung în corpii geniculaţi şi apoi în scoarţa cerebrală (scizura calcarină) unde produc senzaţia vizuală. Bastonaşele au o sensibilitate foarte mare: un singur foton poate duce la blocarea intrării în celulă a 106 sarcini pozitive – amplificare de putere. Fotonul este doar declanşator, restul se datorează energiei proceselor metabolice. Celulele receptoare cu bastonaş sunt responsabile de vederea scotopică, la luminozitate scăzută, fără vederea culorilor (alb-negru).

24. Teoria a vederii tricromate. 

Discromatopsiile Discromatopsia este o anomalie a vederii, cauzată de absenţa sau de dereglarea funcţională a celulelor

fotoreceptoare. Persoanele cu discromatopsie prezintă tulburări ale vederii colorate. Lipsa percepţiei culorilor, acromatopsia, este rezultatul lipsei conurilor. Majoritatea persoanelor cu probleme de percepţie a culorilor pot identifica anumite culori, în foarte puţine cazuri pacienţii nefiind capabili să recunoască nici o culoare, ci văd doar nuanţe de gri, alb şi negru. Dicromazia constă în perceperea a două culori: dacă pacientul nu percepe culoarea roşie avem de-a face cu protanopie, dacă nu este perceput verdele ne referim la acel tip de dicromazie ca fiind deuteranopie, iar în cazul absenţei culorii albastre avem tritanopie. Conform teoriei tricromatice a vederii colorate (Young, Maxwell, Helmholtz) orice culoare se poate obţine prin combinarea a trei culori. Discromatopsiile sunt, în general, transmise genetic caz în care ambii ochi sunt afectaţi, aceste tulburari fiind ireversibile şi netratabile, neputându-se însă agrava.

Discromatopsiile pot fi dobândite ca urmare a unor boli (de exemplu, cataracta care constă în opacifierea parţială sau totală a cristalinului) şi traumatisme ale ochiului sau pot să apară cu înaintarea în vârstă. Discromatopsiile dobândite pot fi unilaterale sau asimetrice (unul dintre ochi este afectat mai puternic). Acestea pot fi tratate, în funcţie de cauză, prin intervenţie chirurgicală (în cazul în care cataracta a produs discromatopsia respectivă), prin oprirea medicamentelor care au cauzat tulburarea de vedere, prin recomandarea folosirii lentilelor de contact colorate sau a lentilelor antireflex (celulele cu bastonaş funcţionând mai bine la lumină mai slabă). Testarea pacienţilor constă în recunoaşterea culorilor şi a denumirii acestora: subiectului i se cere să privească un aşa-numit “pattern” care este un pătrat cu puncte colorate care realizează o literă sau un număr şi să recunoască imaginea alcătuită din punctele colorate (testul Ishihara). Cei cu vedere cromatică intactă pot recunoaşte aceste pattern-uri, persoanele suferind de discromatopsie nu vor recunoaşte sau vor identifica doar anumite litere sau cifre.

Discromatopsiile pot afecta dezvoltarea cognitivă (un copil cu rezultate slabe va trebui consultat şi de un oftalmolog) dar pot limita şi opţiunile profesionale.

2. Densitatea

Densitatea unui material omogen se defineşte ca fiind masa conţinută în unitatea de volum. Unitatea de măsură pentru densitate este kg/m3 sau g/cm3 (1000 kg/m3 = 1g/cm3). Densitatea se notează cu litera grecească (ro). Conform definiţiei :

Densitatea relativă a unui material este raportul dintre densitatea lui şi densitatea unui material considerat referinţă, prin urmare, un număr adimensional (fără unitate de măsură). Se poate demonstra că densitatea relativă a

Page 9: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

unui material este egală cu raportul dintre masa unui corp din acel material şi masa aceluiaşi volum din materialul de referinţă. Pentru corpurile solide şi lichide se ia drept referinţă apa.

Pentru determinarea densităţii relative, în locul raportului maselor unor volume egale ale substanţelor se folosesc greutăţile acestor volume, care, pe aceeaşi verticală sunt direct proporţionale cu masele (conform principiului fundamental al dinamicii, vezi cursul Noţiuni generale de mecanică).

Astfel : G = mg şi pentru referinţă G = mg. Împărţind cele două egalităţi una la cealaltă, obţinem:

Densitatea absolută a apei la 4,2oC este egală cu 1 g/cm3, prin urmare masa de apă la această temperatură este exprimată prin acelaşi număr ca şi volumul ei.

Expresia densităţii absolute a unui corp se poate scrie

unde apă reprezintă densitatea apei la temperatura de lucru t.

37 Presiunea hidrostatică

Prin definiţie, presiunea este forţa exercitată pe unitatea de suprafaţă:

Este o mărime fizică scalară derivată a cărei unitate de măsură este N/m2. Presiunea are şi alte unităţi de măsură tolerate cum ar fi 1Pa = 1N/m2, 1 atm ~ 105N/m2, 1 torr = 1 mmHg, 760 mmHg = 105 N/m2. Unitatea de măsură din hemodinamică este mmHg (milimetru coloană de mercur).

Presiunea hidrostatică este presiunea exercitată de o coloană de fluid1 la baza sa.

În orice punct din interiorul fluidului există o presiune datorată greutăţii straturilor de deasupra acelui punct. Se poate calcula presiunea pe care o exercită o coloană de lichid de densitate şi grosime h la baza vasului având aria secţiunii transversale S ,Astfel :

Se observă că presiunea hidrostatică nu depinde de suprafaţa fundului vasului, ci numai de densitatea lichidului şi de grosimea acestuia. Dacă punem în câteva vase comunicante care au secţiunile bazelor diferite , un lichid, observăm că înălţimea lichidului în vase este aceeaşi.

Acest lucru este datorat presiunii hidrostatice care are aceeaşi valoare la baza tuturor vaselor, iar lichidul este în echilibru.

38. Principiul lui Pascal Se enunţă astfel: Presiunea aplicată unui lichid aflat într-un vas este transmisă integral oricărei porţiuni a

fluidului, precum şi pereţilor vasului.

1 Presiunea atmosferică este presiunea hidrostatică exercitată de atmosferă la suprafaţa pământului

Page 10: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Aplicaţiile legii lui Pascal sunt numeroase. Dintre ele, amintim presa hidraulică al cărei principiu de funcţionare presupune utilizarea unui piston de suprafaţă mică A1, prin intermediul căruia se exercită o forţă mică F1 direct asupra unui lichid (Fig. 3).

Conform legii lui Pascal, presiunea p = F1 / A1 este transmisă prin tubul de legătură unui cilindru mai larg, prevăzut cu un piston mai mare de suprafaţă A2. Rezultă că

Aşadar, presa hidraulică este un dispozitiv de amplificare a forţei, cu un factor de multiplicare egal cu raportul suprafeţelor pistoanelor. Întâlnim presa hidraulică la scaunele folosite în cabinetele dentare, precum şi la frânele hidraulice pistoanele pe care se apasă corespunzând ramurii de secţiune mică.

39. Principiul lui Arhimede

Un corp scufundat în apă pare să aibă o greutate mai mică decât în aer, iar un corp a cărei densitate este mai mică decât a apei poate pluti la suprafaţa acesteia. Asta înseamnă că în apă, asupra corpului scufundat mai acţionează o forţă al cărei sens este invers sensului greutăţii. Aceasta este forţa arhimedică.

Enunţul principiului lui Arhimede: Un corp scufundat într-un lichid este împins de jos în sus cu o forţă egală cu greutatea volumului de lichid dizlocuit de corp :

FA = lichidVdizlocuitg

unde g este acceleraţia gravitaţională, iar lichid reprezintă densitatea lichidului în care este scufundat corpul.

Forţa arhimedică se aplică într-un punct al corpului, numit centru de presiune, acesta coincizând cu centrul de greutate al masei de lichid dizlocuită de corp.

8. Ecuaţia lui Bernoulli

Când un lichid curge de-a lungul unui tub de curent orizontal cu secţiune variabilă, viteza lui variază, el fiind accelerat sau încetinit. Prin urmare, asupra acestui lichid trebuie să acţioneze o forţă rezultantă deci de-a lungul tubului presiunea trebuie să varieze, deşi înălţimea nu se modifică.

Pentru două puncte aflate la înălţimi diferite, diferenţa de presiune depinde nu numai de diferenţa de nivel, ci şi de diferenţa dintre vitezele din punctele respective.

Pentru tubul din Fig. 14 putem scrie un bilanţ al presiunilor în felul următor :

sau

Aceasta este expresia matematică a legii lui Bernoulli referitor la curgerea lichidelor. Termenul 1/2v2 se numeşte presiune dinamică, iar suma primilor doi termeni ai egalităţii este chiar presiunea statică. Presiunea dinamică reprezintă presiunea pe care o exercită lichidul datorită vitezei sale de curgere.

Aşadar, conform legii lui Bernoulli, de-a lungul unui tub prin care curge un fluid, suma dintre presiunea statică a fluidului şi presiunea dinamică este constantă, presiunea statică scade pe măsură ce viteza creşte

Page 11: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

3. Legea lui StokesCând o particulă se deplasează într-un lichid vâscos, între masa de lichid în repaus şi pelicula de lichid antrenată în mişcare de către particulă se exercită forţe de frecare interne a căror valoare depinde de viteză . Rezistenţa opusă de lichid la înaintare reprezintă rezultanta forţelor de frecare. Această forţă de frecare are o valoare variabilă, ea fiind direct proporţională cu viteza. La un moment dat, forţa ajunge să egaleze forţa motrice (în cădere, greutatea) şi din acest moment, corpul se mişcă având viteză constantă.

În cazul unei particule sferice de rază r, la viteze mici v, legea lui Stokes dă expresia forţei rezistente:

R = 6 p h r v

La echilibru, cunoscând viteza limită se poate determina, de exemplu, valoarea coeficientului de vâscozitate.

Forţa motrice poate fi: greutatea, explicand astfel sedimentarea; forţa centrifugă, aplicată la centrifugare sau ultracentrifugare; forţa electrică, aplicată la electroforeză.

Particulele de diferite tipuri pot difuza într-un anumit lichid funcţie de vâscozitatea acestuia, iar acest lucru este folosit in practica prin introducerea medicamentelor în solvenţi sau dispersanţi vâscoşi, încetinind astfel viteza lor de difuzie.

2. Legea Poiseuille-Hagen

Curgerea laminară poate fi privită ca deplasarea unor tuburi coaxiale care alunecă unele faţă de altele, cu viteze diferite, mai mari spre centru şi scăzând spre pereţi. În afara stratului periferic mişcarea este foarte neregulată - turbulentă, datorită curenţilor circulari locali formaţi, distribuiţi haotic, numiţi vârtejuri. Acestea produc o creştere considerabilă a rezistenţei la curgere, urmată de o scădere a presiunii totale a lichidului real de-a lungul tubului .

Conform legii lui Poiseuille-Hagen scăderea de presiune de-a lungul distanţei l străbătută de fluid într-un tub cilindric de rază r este: 

deoarece viteza v = Q/S = Q/pr2, unde Q este debitul lichidului prin conductă, S aria secţiunii transversale a acesteia, iar h vâscozitatea lichidului.

Prin urmare, în cazul fluidelor reale, vâscoase, energia potenţială a fluidului scade pe măsură ce fluidul avansează în tub, datorită frecărilor interne.

Se poate face o analogie între mărimile hidrodinamice şi cele electrocinetice, diferenţa de presiune corespunzând diferenţei de potenţial electric, debitul Q al curgerii corespunzând intensităţii curentului electric, iar factorul (8hl/pR4) fiind echivalentul rezistenţei electrice (el chiar reprezentând rezistenţa întâmpinată de fluid în timpul curgerii sale prin tub).

Legea lui Poiseuille este similară legii lui Ohm, ambele fiind expresii ale disipării energiei.

7. Numărul lui Reynolds

Caracterul curgerii unui fluid printr-un tub cu pereţi netezi poate fi anticipat dacă se cunosc viteza de curgere a fluidului (v), densitatea lui (), coeficientul de vâscozitate (h) şi diametrul tubului (D). Cu ajutorul

Page 12: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

acestor mărimi, care caracterizează atât fluidul cât şi tubul prin care acesta curge, se poate calcula numărul lui Reynolds NR, definit ca următorul raport:

NR este o mărime adimensională şi are aceeaşi valoare numerică în orice sistem de unităţi.

Experienţele arată că:

- dacă NR < 2000 curgerea este laminară - dacă NR > 3000 curgerea este turbulentă- pentru 2000 < NR < 3000 există un regim de tranziţie sau nestaţionar, curgerea este instabilă şi poate trece de la un regim la altul.

În ceea ce priveşte curgerea pulsatorie a sângelui aceasta este o curgere în regim nestaţionar.

11. Legea lui Laplace stabileşte ce calibru va avea vasul de sânge, care se comportă ca o membrană elastică de formă cilindrică, atunci când sângele are o anumită presiune. Tensiunea T depinde de structura peretelui vasului sanguin.

Legea lui Laplace se scrie matematic astfel :

unde p este presiunea arterială, T este tensiunea exercitată de sânge asupra pereţilor arteriali iar R este raza arterei. Se observă că pentru o diferenţă de presiune dată p, tensiunea în vas T depinde de rază. Pentru aceeaşi presiune de distensie rezistenţa pereţilor vasculari este invers proporţională cu raza vasului de sânge.

Legea lui Laplace are o importanţă deosebită în biofizica aparatului circulator. Cu ajutorul ei se pot explica unele particularităţi anatomo-funcţionale fiziologice şi patologice ale inimii şi ale vaselor de sânge şi anume:

- dacă scade raza de curbură R a stratului median al muşchiului inimii, având constantă tensiunea parietală T, conform legii Laplace, se constată că presiunea la care are loc expulzarea sângelui creşte ;

- în regiunea apicală peretele ventricular se subţiază, raza de curbură a cordului fiind mai mică, la aceeaşi presiune a sângelui, tensiunea din perete este mai mică;

- în cazul hipertrofiei cardiace, creşterea razei de curbură duce la diminuarea presiunii sistolice, aşadar la o expulzare deficitară, pentru aceeaşi tensiune în fibrele musculare ;

- în cazul cardiomiopatiei dilatative, muşchiul cardiac este slăbit, raza ventriculului creşte (inima slăbită nu mai poate să pompeze mult sânge, după fiecare bătaie de inimă rămân cantităţi mai mari în ventriculi, iar aceştia se dilată) şi pentru a crea aceeaşi presiune de expulzie este necesară o tensiune parietală mărită;

- în cazul anevrismelor, deoarece creşte raza vasului (Fig. 29), la aceeaşi presiune distală, vom avea o creştere a tensiunii parietale şi, în consecinţă, o creştere a riscului de rupere a peretelui vascular.

1. Vâscozitatea sângelui

Sângele reprezintă o suspensie de elemente celulare (50% din volumul său) într-o soluţie apoasă (plasma) de electroliţi, neelectroliţi şi substanţe macromoleculare (dispersie coloidală), fiind aşadar un sistem dispers complex. Din punct de vedere al vâscozităţii, sângele este un lichid nenewtonian, pseudoplastic. În cazul unei

Page 13: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

suspensii vâscozitatea sistemului depinde atât de mediul de dispersie (plasma în cazul sângelui), cât şi de particulele aflate în suspensie, fiind funcţie de volumul total al acestor particule.

Valoarea vâscozităţii sângelui la temperatura de 370C este de aproximativ 3 cP. Vâscozitatea relativă a sângelui în raport cu apa (hapa = 0,70 cP), va fi, în medie:

Vâscozitatea sanguină relativă la subiecţii sănătoşi are valori cuprinse între 3,9 şi 4,9, fiind puternic dependentă de vârstă (atinge maximul de 4,9 la vârste cuprinse între 35 – 40 de ani).

Datorită compoziţiei neomogene a sângelui, vâscozitatea acestuia variază cu valoarea hematocritului, cu viteza de curgere şi cu raza vasului de sânge.

Hematocritul reprezintă procentul de elemente figurate, în special hematii, dintr-un anumit volum de sânge. Deoarece plasma este un lichid newtonian, elementele figurate sunt cele care conferă sângelui caracterul nenewtonian. Prin urmare, vâscozitatea sângelui va fi mai mare acolo unde densitatea de elemente figurate este mai mare: hvenos > harterial.

La omul sănătos, valoarea hematocritului este de 40 - 50%, variind în funcţie de vârstă şi sex. Dependenţa vâscozităţii relative a sângelui, hr, de hematocrit este exponenţială, putând atinge valoarea de 12 pentru un hematocrit de 80%. Hematocritul, alături de numărătoarea globulelor roşii şi de dozarea hemoglobinei, ajută la punerea unui diagnostic mai precis de anemie (hematocrit scăzut).

Vâscozitatea sângelui variază cu viteza de curgere, scăzând cu creşterea acesteia, datorită deformării elastice a eritrocitelor. Scade, de asemenea, când diametrul vasului devine mai mic decât 1 mm (în capilare).

Vâscozitatea serului dă indicaţii referitoare la proporţia şi calitatea proteinelor cuprinse în el. În stare normală, la o temperatură de 37oC, vâscozitatea specifică a serului uman este constantă, cu fluctuaţii mici în intervalul 1,64 – 1,69. În stări patologice, vâscozitatea serului variază mult, putând lua valori cuprinse în intervalul 1,5 – 3. În timp ce prezenţa substanţelor cristaloide în ser (uree, NaCl) nu modifică sensibil vâscozitatea serului, creşterea procentului de proteine duce la mărirea vâscozităţii acestuia.

51. Măsurarea tensiunii arteriale. 

Primul document care atestă măsurarea presiunii arteriale datează din secolul al XVIII-lea. În 1773, cercetătorul englez Stephen Hales a măsurat în mod direct presiunea sângelui unui cal prin inserarea unui tub cu un capăt deschis direct în vena jugulară a animalului. Sângele a urcat în tub până la înălţimea de 2,5 m adică până la înălţimea la care presiunea coloanei de sânge (greutatea coloanei raportată la suprafaţă) a devenit egală cu presiunea din sistemul circulator. Acest experiment stă la baza utilizării cateterului pentru măsurarea directă a presiunii arteriale. Cateterul este o sondă care se introduce direct în arteră, prevăzută cu un manometru miniaturizat care permite monitorizarea continuă a presiunii sângelui (metoda este folosită rar, mai ales în urgenţă).

În mod uzual, presiunea arterială se măsoară prin metode indirecte bazate pe principiul comprimării unei artere mari cu ajutorul unei manşon pneumatic în care se realizează o presiune măsurabilă, valorile presiunii intraarteriale apreciindu-se prin diverse metode, comparativ cu presiunea cunoscută din manşetă. Dintre metodele indirecte menţionăm: metoda palpatorie, metoda auscultatorie, metoda oscilometrică.

Metoda palpatorie (Riva Rocci) măsoară numai presiunea sistolică, prin perceperea primei pulsaţii a arterei radiale (palparea pulsului) la decomprimarea lentă a manşonului aplicat în jurul braţului.

Page 14: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

În metoda ascultatorie (Korotkow) în loc de palparea pulsului, se ascultă cu ajutorul unui stetoscop plasat în plica cotului zgomotele ce apar la nivelul arterei brahiale la decomprimarea lentă a manşonului, datorită circulaţiei turbulente, urmându-se a determena atât presiunea sistolică, cât şi cea diastolică. Se pompează aer în manşon până ce prin stetoscop nu se mai aude nici un zgomot (presiunea din manşon este mai mare cu 30-40 mm Hg peste cea la care dispare pulsul radial), după care aerul este decomprimat lent. Când presiunea aerului devine egală cu presiunea sistolică, sângele reuşeşte să se deplaseze prin artera brahială dincolo de zona comprimată de manşon, iar în stetoscop se aud primele zgomote. În acest moment se citeşte presiunea pe manometru, ea reprezentând valoarea presiunii sistolice. Zgomotele provin de la vârtejurile ce apar în coloana de sânge care curge cu viteză mare. Curgerea se face în regim turbulent deoarece se îngustează lumenul arterial. Pe măsură ce aerul din manşon este decomprimat, zgomotele se aud tot mai tare deoarece amplitudinea mişcărilor pereţilor arteriali creşte şi odată cu ea se intensifică vibraţiile sonore. În momentul în care presiunea aerului din manşon şi presiunea diastolică sunt egale, artera nu se mai închide în diastolă, zgomotele scad brusc în intensitate şi dispar. Presiunea citită în acest moment pe manometru este presiunea diastolică. Aşadar, momentul în care se aude în stetoscop primul zgomot marcheazã presiunea sistolică; momentul în care zgomotele nu se mai aud marchează presiunea diastolică.

Metoda oscilometrică (Pachon) permite determinarea presiunii sistolice, diastolice şi medii. Această metodă urmăreşte amplitudinea oscilaţiilor pereţilor arterei brahiale în timpul decomprimării treptate a aerului din manşonul gonflabil. Presiunea sistolică se înregistrează la apariţia oscilaţiilor, presiunea diastolică la dispariţia acestora, iar presiunea medie în momentul în care amplitudinea oscilaţiilor este maximă.

19. Urechea si auzul. 

Structura urechii

Structura generală este prezentată în figura 5. Urechea externă este formată din pavilion şi conductul auditiv extern şi are rolul de a capta undele sonore şi de a le direcţiona spre membrana timpanică. Aceasta este o membrană de formă elipsoidală iar în secţiune are formă conică cu vârful spre interior şi vibrează sub acţiunea sunetelor. Membrana timpanică are o inerţie mică astfel încât vibraţiile ei încetează aproape imediat 8 Biofizică. Noţiuni de biacustică – MG 2008-2009 (4·10-3s) ce încetează sunetul permiţând distingerea separată a sunetelor succesive. Pavilionul, prin forma sa, permite determinarea cu mare precizie a direcţiei din care vin sunetele (eroarea este de 3-4").

Urechea medie este o cavitate în osul temporal aflată între membrana timpanică şi peretele intern. În peretele intern, ce asigură comunicarea cu urechea internă, se găsesc două orificii fereastra ovală în partea superioară şi fereastra rotundă în partea inferioară. În partea inferioară a urechii medii se găseşte un canal, trompa lui Eustache ce asigură comunicarea cu cavitatea nazofaringeană permiţând egalizarea presiunilor internă şi externă ce se exercită asupra timpanului. Trompa lui Eustache este, în mod obişnuit, închisă nedeschizându-se decât când înghiţim sau căscăm. De aceea în cazul variaţiilor rapide de presiune (urcarea cu telefericul, zborul cu avionul) trebuie să înghiţim în sec. În interiorul urechii medii se găseşte un sistem de oscioare: ciocanul, sprijinit pe timpan, nicovala şi scăriţa sprijinită de fereastra ovală. Oscioarele sunt articulate între ele şi acţionate de muşchi proprii. Ele au atât rolul de a transmite undele sonore dinspre urechea externă spre cea internă cât şi acela de a atenua sau amplifica vibraţiile. Prin contracţia muşchiului ciocanului diminuează amplitudinea vibraţiilor în timp ce contracţia muşchiului scăriţei duce la amplificarea oscilaţiilor. Acest mecanism intervine în adaptarea urechii la intensităţi diferite ale sunetelor.

Page 15: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Urechea internă conţine labirintul osos şi labirintul membranos. În labirintul osos se găseşte perilimfa iar în cel membranos endolimfa. Ambele lichide au rolul de a transmite undele sonore.

Labirintul osos conţine: vestibulul osos, 3 canale semicirculare orientate în trei planuri perpendiculare între ele unul fiind orizontal şi melcul osos (cohleea). Vestibulul osos este situat central şi comunică prin intermediul ferestrelor ovală şi rotundă cu urechea medie. El comunică de asemenea cu melcul osos şi cu cele 3 canale semicirculare. Canalele semicirculare prezintă o extremitate mai dilatată (ampula). Melcul osos este situat anterior faţă de vestibul şi este format dintr-un canal osos de aproximativ 3 cm spiralat având 2,75- 3,5 spire în jurul unei coloane cilindrice conice. Grosimea lumenului se micşorează pe măsura spiralării. Canalul este împărţit de către lama osoasă şi membrana bazilară în două rampe: vestibulară spre fereastra ovală şi timpanică spre fereastra rotundă. Cele două comunică între ele la vârful melcului osos printr-un orificiu – helicotrema. Labirintul membranos este alcătuit din: utricula şi sacula, 3 canale membranoase şi melcul membranos. Utricula şi sacula sunt vezicule situate în vestibulul osos şi care comunică între ele. La rândul ei sacula este în legătură cu melcul membranos iar utricula cu cele 3 canale semicirculare membranoase. Melcul membranos este de fapt canalul cohlear şi conţine endolimfă. El conţine organul Corti fixat pe toată lungimea membranei bazilare. Organul Corti conţine celule ciliate şi celule de susţinere.

Celulele ciliate sunt de două tipuri: interne şi externe. Există circa 3.500 celule ciliate interne aşezate într-un singur şir şi circa 12.000 celule ciliate externe dispuse în trei şiruri. Cilii celulelor interne sunt liberi în endolimfă în timp ce cei ai celor externe vin în contact cu membrana tectoria. Principalul rol în transformarea vibraţiilor mecanice în potenţiale de acţiune revine celulelor ciliate externe. Fiecare celulă ciliată este conectată prin intermediul sinapselor chimice cu mai multe fibre nervoase ale nervului auditiv. Membrana bazilară se întinde pe toată lungimea cohleei şi are lăţimea crescătoare de la bază spre vârf având 0,01 mm la nivelul ferestrei ovale şi 0,065 mm la nivelul helicotremei. Aceasta face ca frecvenţa proprie de vibraţie să fie mare la bază şi mică la vârf. Astfel undele sonore de frecvenţe mari (20 kHz) vor produce vibraţii de amplitudine mare la baza membranei bazilare şi pe măsura scăderii frecvenţei maximul amplitudinii de oscilaţie se va apropia de vârf. Urechea internă are două roluri funcţionale majore:

1. orientarea spaţială şi menţinerea echilibrului 2. transformarea vibraţiilor mecanice în potenţiale de acţiune în nervul auditiv şi codificarea caracteristicilor

undelor sonore. Primul rol este îndeplinit cu ajutorul labirintului membranos un rol esenţial jucându-l canalele

semicirculare. Modificările de gravitaţie şi de acceleraţie ale capului determină modificări în dinamica lichidelor din cele 3 canale semicirculare care, la rândul lor, acţionează asupra cililor celulelor senzitive prezente atât în canalele semicirculare cât şi în utriculă şi saculă. Informaţiile sunt apoi transmise prin intermediul nervului vestibular cerebelului care le transformă în cunoştinţe privind poziţia capului faţă de direcţia acceleraţiei gravitaţionale şi apoi în decizii de acţiune pentru păstrarea echilibrului.

A doua funcţie va fi tratată în capitolul următor.

18,20. Intensitatea Sunetului, Pragul de audibilitate si pragul de durere

Intensitatea (tăria) sonoră indică percepţia mai puternică sau mai slabă a sunetului. Ea este legată de energia ce trece în unitatea de timp prin unitatea de suprafaţă (intensitatea undei sonore) dar şi de sensibilitatea analizorului auditiv pentru diferite frecvenţe. Pentru fiecare frecvenţă analizorul auditiv prezintă două praguri: pragul de audibilitate şi pragul de durere (Fig. 4).

Page 16: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Pragul de audibilitate reprezintă intensitatea minimă a undei sonore care mai permite percepţia acesteia. Acesta variază cu frecvenţa având un minim în regiunea 1.000- 2.000 Hz şi crescând mult spre limitele spectrului audibil.

Pragul de durere reprezintă intensitatea undei sonore minime la care apare senzaţia de durere şi de presiune în ureche. El prezintă un maxim în aceeaşi regiune de 1.000- 2.000 Hz scăzând spre limitele spectrului audibil unde devine aproape egal cu pragul de audibilitate (deci atunci când apare senzaţia sonoră aproape apare şi senzaţia de durere). Cele două praguri pot fi determinate în clinică folosind audiometrul. Subiectului i se pun pe urechi căşti care îl izolează fonic de mediul exterior. Pe rând, în fiecare cască se trimit unde sonore pure (ce conţin o singură frecvenţă) crescând intensitatea până când se obţine senzaţia de audibilitate. Rezultatul este marcat pe grafic obţinându-se audiograma. Se trasează separat audiograme pentru fiecare ureche în parte. În practică se trasează doar pragul de audibilitate.

Pe lângă intensitate unda sonoră trebuie să aibă şi o durată minimă de circa 0,06 s (60 ms) pentru a putea fi percepută. De asemenea două sunete pentru a fi percepute independent trebuie să fie separate de minim 10 ms.

20. Sensibilitatea urechii umane. 

Prelucrarea informaţiilor din undele sonore în analizorul auditiv În ureche natura şi caracteristicile undei sonore nu se modifică până când aceasta nu ajunge la membrana

bazilară. Aici are loc o separare a componentelor undei sonore în funcţie de frecvenţă (analiză Fourier) iar la nivelul celulelor ciliate are loc şi transformarea naturii informaţiilor din informaţii de tip mecanic în informaţii de tip electric apoi chimic şi în final din nou electric (potenţiale de acţiune) la nivelul nervului auditiv. În pavilionul urechii are loc dirijarea undei sonore spre conductul auditiv, dar pavilionul joacă un rol esenţial şi în determinarea direcţiei din care vin sunetele. Unda sonoră care este sferică în aer devine plană în conductul auditiv păstrându-şi astfel densitatea de energie. Presiunea creată de unda sonoră determină vibraţii ale membranei timpanice. Deoarece membrana timpanică are inerţie mică vibraţiile ei vor reproduce vibraţiile aerului produse de unda sonoră. Prin intermediul timpanului vibraţiile sunt transmise celor 3 oscioare din urechea medie şi apoi ferestrei ovale. Aici are loc o amplificare a presiunii exercitate de unda sonoră. Dat fiind faptul că aria membranei timpanice este de circa 65 mm2 iar cea a ferestrei ovale de circa 2,5 mm2 presiunea poate fi amplificată de aproximativ 29 de ori, la forţe aproximativ egale

Nivelul amplificării poate fi controlat prin intermediul muşchilor ce acţionează ciocanul şi scăriţa care pot modifica forţa ce acţionează asupra ferestrei ovale. Vibraţiile ferestrei ovale sunt transmise perilimfei din rampa vestibulară apoi prin helicotremă ajung în perilimfa din rampa timpanică şi în cele din urmă ajung la fereastra ovală. Vibraţiile ferestrei ovale sunt în antifază cu cele ale aerului din urechea medie şi cu cele ale ferestrei rotunde (când fereastra ovală este deformată maxim spre interior fereastra rotundă este deformată maxim spre exterior). Aceasta duce la o deformare mai mare a membranei bazilare echivalentă cu o amplificare suplimentară (de circa 6 dB). Vibraţiile perilimfei se transmit şi endolimfei dar determină şi vibraţii ale membranei bazilare. Localizarea amplitudinii maxime de vibraţie pe membrana bazilară are loc, prin rezonanţă acolo unde frecvenţa undei sonore coincide cu frecvenţa proprie de vibraţie a membranei (vezi figura). Vibraţiile din endolimfă şi deformarea membranei bazilare determină îndoirea cililor celulelor ciliate interne cu precădere a celor situate în regiunea de deformare maximă a membranei bazilare. Deformarea cililor determină deschiderea unor canale de potasiu şi pătrunderea ionilor K+ (din endolimfa bogată în potasiu) în celula ciliată al cărei interior este la potenţial negativ. Ca urmare are loc depolarizarea membranei celulare şi eliberarea neurotransmiţătorului (glutamat) în capătul celulei dinspre membrana bazilară unde se găsesc sinapsele cu fibrele nervoase asociate celulei respective. Mediatorul chimic produce stimularea neuronilor şi apariţia potenţialelor de acţiune. Se observă că înălţimea undelor sonore (frecvenţa) este codificată spaţial în membrana bazilară şi tot spaţial în nervul auditiv şi apoi în cortex. Se pare că intensitatea sunetelor este codificată prin frecvenţa potenţialelor de acţiune prin fibrele nervoase iar tonalitatea este obţinută din ambele codificări pentru fiecare armonică.

Page 17: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Localizarea poziţiei sursei de sunete este apanajul audiţiei binauriculare. Am văzut că, prin intermediul pavilionului urechii putem determina cu precizie direcţia din care provin sunetele. În audiţia binauriculară se pot determina două direcţii, uşor diferite, din care vin sunetele la cele două urechi. Aceasta se face determinând micile decalări temporale cu care ajung sunetele la cele două urechi. Evident sursa sunetului se va afla la intersecţia celor două direcţii astfel determinate. În practică se simulează spaţialitatea sunetelor prin decalarea lor în căşti (audiţie stereofonică) sau în 2, 4, 5 +1 difuzoare (sunet spaţial).

9. Efectul Doppler – apare atunci când sursa de unde se deplasează faţă de observator sau observatorul faţă de sursă. Efectul apare şi în cazul reflexiei undelor pe un obiect în mişcare. Efectul Doppler se manifestă prin modificarea frecvenţei undei conform relaţiei:

v=v0 (1± v/c)

unde ν reprezintă frecvenţa undei percepute (respectiv reflectate) ν0 este frecvenţa undei emise de sursă, v este viteza de deplasare a sursei, observatorului sau obiectului pe care are loc reflexia, iar c reprezintă viteza undei. Semnul „+” reflectă situaţia în care sursa se deplasează spre observator iar semnul „-” cea în care sursa se îndepărtează (respectiv apropierea sau îndepărtarea obiectului pe care are loc reflexia).

Fenomenul este folosit în determinarea vitezei de deplasare a autovehiculelor (radar) iar în medicină în ecografia Doppler.

30,31. Radioactivitate. Radioactivitatea Alfa, Beta, gamma. 

Radioactivitate naturală S-a descoperit că unele nuclee, existente în natură, emit spontan particule (unde) numite radiaţii.

Fenomenul se numeşte radioactivitate naturală. Rezultatul radioactivităţii constă în transformarea nucleului într-unul cu un număr diferit de nucleoni sau în apariţia a două nuclee mai uşoare (fisiune nucleară). Studiul emisiei radiaţiilor duce la concluzia că nucleele care emit radiaţii (numite nuclee radioactive) sunt instabile. Instabilitatea unui nucleu poate fi determinată de trei cauze:

1. nucleele au energie internă prea mare 2. nucleele sunt prea mari 3. nu există un raport optim între numărul de protoni şi neutroni

radiaţiile α reprezintă nuclee de heliu, alcătuite din 2 protoni şi 2 neutroni, au sarcina +2 şi masa 4 u.a.m.

Sunt particule având atât masa cât şi sarcina mare.

- radiaţiile β sunt electroni (β-) sau pozitroni (β+) care provin din nucleu în urma dezintregrării acestuia. Radiaţiile β- sunt identice cu electronii având masă de repaus mică (neglijabilă dar nu zero) şi sarcina -1. Radiaţiile β+ , numite pozitroni, au aceeaşi masă cu a electronilor şi sarcina egală cu a acestuia dar pozitivă. Este ceea ce în fizică se numeşte o antiparticulă (în cazul nostru antiparticula electronului). La modul general, o antiparticulă este o particulă care are cel puţin o proprietate cu semn schimbat faţă de particulă, iar antimateria este formată din antiparticule. Antimateria nu există natural în universul cunoscut, dar antiparticule se produc în laboratoare de cercetări nucleare, iar particulele β+ apar şi în mod natural în procesele de dezintegrare radioactive. La întâlnirea unei particule cu antiparticula sa are loc reacţia de anihilare în urma căreia masa particulelor este transformată integral în energie.

radiaţiile γ apar în urma interacţiunilor dintre particulele subatomice cum ar fi anihilarea electron-pozitron, dezintegrare radioactivă, fuziune, fisiune sau împrăştiere Compton inversă. Radiaţiile γ sunt fotoni de mare energie deci nu au nici masă de repaus nici sarcină electrică.

60. Radiaţii ionizante. 

Radiatiile ionizante sunt radiatii emise de substantele radioactive.

Page 18: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Radiaţiile ionizante sunt de două tipuri:

a) radiaţii corpusculare:α , β , neutroni, protoni, deuteroni

b) radiaţii electromagnetice: x, γ

a) Radiaţiile α reprezintă nuclee de heliu, alcătuite din 2 protoni şi 2 neutroni, au sarcina +2 şi masa 4 u.a.m. Radiaţiile β sunt electroni (β-) sau pozitroni (β+) care provin din nucleu în urma dezintregrării acestuia. Protonii, neutronii şi deuteronii sunt particule care apar prin dezintegrarea nucleului sau în urma unor reacţii nucleare.

b) Radiaţiile x (Roentgen) se pot produce în tuburile Coolidge prin frânarea unor electroni acceleraţi (dar ele există şi în radiaţiile cosmice). Radiaţiile γ apar în urma unor dezintegrări radioactive sau se pot produce prin frânarea unor electroni acceleraţi în sincrotroane.

Deci, radiaţiile ionizante apar, în general, atunci când este prezentă o sursă de radiaţii

oarecare, fie dispozitiv tehnic, fie substanţă radioactivă.

31,32. X-raze. 

Razele X sunt radiații electromagnetice ionizante, cu lungimi de undă mici, cuprinse între 0,1 și 100 Å (ångström).

În timpul unor experimente, fizicianul german Wilhelm Conrad Röntgen, bombardând un corp metalic cu electroni rapizi, a descoperit că acesta emite radiații foarte penetrante, radiații pe care le-a denumit raze X (descoperire realizată în anul 1895). Radiațiile X au fost numite mai târziu radiații Roentgen sau Röntgen.

În laborator

Razele X se pot obține în tuburi electronice vidate, în care electronii emiși de un catod incandescent sunt accelerați de câmpul electric dintre catod si anod (anticatod). Electronii cu viteză mare ciocnesc anticatodul care emite radiații X. Electronii rapizi care ciocnesc anticatodul interacționează cu atomii acestuia în două moduri:

Electronii, având viteză mare, trec prin învelișul de electroni al atomilor anticatodului și se apropie de nucleu. Nucleul, fiind pozitiv, îi deviază de la direcția lor inițială. Când electronii se îndepartează de nucleu, ei sunt frânați de câmpul electric al nucleului; în acest proces se emit radiații X.

La trecerea prin învelișul de electroni al atomilor anticatodului, electronii rapizi pot ciocni electronii atomilor acestuia. În urma ciocnirii, un electron de pe un strat interior (de exemplu de pe stratul K) poate fi dislocat. Locul rămas vacant este ocupat de un electron aflat pe straturile următoare (de exemplu de pe straturile L, M sau N). Rearanjarea electronilor atomilor anticatodului este însoțită de emisia radiațiilor X.

Proprietățile radiațiilor X

Ele prezintă următoarele proprietăți: în vid ele se propagă cu viteza luminii; impresionează plăcile fotografice;

nu sunt deviate de câmpuri electrice și magnetice;

produc fluorescența unor substanțe (emisie de lumină); Exemple de substanțe fluorescente: silicat de zinc, sulfurǎ de cadmiu, sulfurǎ de zinc, care emit lumina galben-verzuie.

sunt invizibile, adică spre deosebire de lumină, nu impresionează ochiul omului;

Page 19: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

pătrund cu ușurință prin unele substanțe opace pentru lumină, de exemplu prin corpul omenesc, lamele metalice cu densitate mică, hârtie, lemn, sticlă ș.a., dar sunt absorbite de metale cu densitatea mare (de exemplu: plumb). Puterea lor de pătrundere depinde de masa atomică și grosimea substanței prin care trec.

ionizeazǎ gazele prin care trec. Numǎrul de ioni produși indica intensitatea radiațiilor. Pe această proprietate se bazeazǎ funcționarea detectoarelor de radiații.

au acțiune fiziologicǎ, distrugând celulele organice, fiind, în general, nocive pentru om. Pe această proprietate se bazeazǎ folosirea lor în tratamentul tumorilor canceroase, pentru distrugerea țesuturilor bolnave.

62. Radiatii non-ionizante. 

Radiatiile pe care le numim neionizante sunt radiatii de natura electromagnetica cu lungimea de unda  cuprinsa

în domeniul 150 nm si undele centimetrice.

Radiatiile electromagnetice reprezinta o forma de propagare în spatiu a energiei unui câmp electric E si a unui

câmp magnetic B, ai caror vectori oscileaza cu aceeasi perioada T, sau frecventa n, în plan perpendicular unul pe

celalalt si care sunt perpendiculare pe directia de propagare a undei cu viteza “v”.

Orice radiatie electromagnetica poate fi considerata simultan atât unda cât si corpuscul (foton). In functie de

frecventa undelor, se manifesta cu precadere fie unul, fie celalalt aspect. La frecvente joase (unde radio, TV,

microunde) predomina caracterul ondulatoriu, iar pentru radiatiile cu frecventa mare (infrarosii, vizibile,

ultraviolete) începe sa se manifeste si caracterul corpuscular.

Pentru explicarea interactiei radiatiilor electromagnetice cu substanta (efect fotoelectric, reactii fotochimice,

împrastiere), se impune considerarea caracterului corpuscular (flux de fotoni), principalul fenomen fizic rezultat în

urma acestei interactiei fiind absorbtia de energie.

Din categoria radiatiilor neionizante ne vom ocupa de: radiatiile ultraviolete cu l între 150-400 nm, radiatiile

vizibile cu l între 400-800 nm, radiatiile infrarosii cu l între 800-106 nm, microundele cu l între 106-109 nm.

64. Radiaţii infraroşii. 

Razele infrarosii sunt radiatii electromagnetice a caror lungime de unda este superioara luminii vizibile, aflandu-se la polul opus al spectrului fata de lumina ultravioleta. Razele infrarosii isi dovedesc eficienta doar in cazul in care lungimea de unda intensitatea se afla la parametri adecvati pentru a actiona asupra tesutului. Fizioterapeutii folosesc radiatiile infrarosii de cateva decenii deja, fiind perfect constienti de proprietatile vindecatoare ale caldurii emise, ce actioneaza ca un analgezic si sprijina decongestionarea si relaxarea musculara si arteriala. Rezultatul este o eficienta vaso-dilatatie.Radiația (lumina) infraroșie este foarte utilă în analize fizico-chimice prin spectroscopie. De asemenea ea se mai utilizează pentru transmiterea de date fără fir dar la distanțe mici, așa cum este cazul la aproape toate telecomenzile pentru televizoare și alte aparate casnice.

37. Timpul de injumatatire. 

Page 20: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

O altă constantă, mai intuitivă dar legată de constanta de dezintegrare, este timpul de înjumătăţire (T½) definit ca timpul după care jumătate din nucleele radioactive prezente în probă se dezintegrează. Relaţia dintre cele două constante poate fi dedusă şi este

T½=λ2ln Timpul de înjumătăţire are valori foarte diverse plecând de la fracţiuni de secundă până la milioane de ani.

Acum, în mod natural, pe suprafaţa pământului se mai găsesc doar izotopi cu timp de înjumătăţire mare (C 14, U, Ra etc.) cei cu timpi de înjumătăţire mici dispărând prin dezintegrări. De remarcat că radiaţiile nucleare sunt prezente oriunde pe suprafaţa pământului ele provenind atât din spaţiul cosmic (majoritatea din reacţiile termonucleare ce au loc în soare) cât şi din dezintegrarea izotopilor radioactivi prezenţi natural pe pământ.

Plecând de la legea dezintegrării radioactive se poate determina activitatea unei surse (a unui corp ce conţine izotopi radioactivi) definită ca fiind numărul de radiaţii emise de sursă în unitatea de timp:

Λ=−dN/dt=Λ0 e-λt=λNDin această relaţie rezultă că activitatea unei surse este cu atât mai mare (deci sursa este cu atât mai periculoasă) cu cât sursa conţine mai multe nuclee nedezintegrate şi cu cât timpul de înjumătăţire al izotopului este mai mic.

66. Riscului de radiaţii. 67. Radonul in atmosfera.

55. Doza absorbita de radiatii. 

Doza de radiaţii reprezintă energia radiaţiei care străbate unitatea de arie în unitatea de timp. Efectele fizice ale radiaţiilor sunt legate de energia absorbită de substanţă.

La trecerea radiaţiilor ionizante prin substanţe se produc ionizări apărând, în mod egal, sarcini electrice pozitive şi negative. Efectele fizice ale radiaţiilor sunt legate şi de numărul de perechi de ioni (deci de sarcina electrică de un anume semn) produs. Mărimea care măsoară producere de sarcini electrice (ioni) se numeşte doză incidentă şi reprezintă sarcina pozitivă sau negativă produsă în unitatea de masă:

mQD= având unitatea de măsură în S.I.: []kgCD1=

O unitate tolerată este Röntgen -ul (r) relaţia dintre cele două unităţi fiind: 1r = 2,58·10-4 kgC.Se defineşte doza de radiaţie absorbită ca energia absorbită de unitatea de masă a corpului iradiat

mWDabs= În S.I. unitatea de măsură va fi: []GykgJDabs11== (Gray) O unitate tolerată este rad – ul. Relaţia dintre cele două unităţi este:

1 Gy= 100 rad Doza (de energie sau de sarcină) în unitatea de timp se numeşte debitul dozei: tDd=

şi se măsoară în skgC⋅ si respectiv înskgJ⋅. Doza integrală reprezintă energia absorbită (sau sarcina electrică produsă) de întreg corpul fiind dată de

relaţia: Dint= m·Dabs sau Dint = m·D

57. Doza biologica efectivă. 

Dat fiind că efectele biologice ale radiaţiilor ionizante nu depind numai de energia acestora, ci şi de natura lor, se impune alegerea unei radiaţii standard la care să se raporteze efectele tuturor tipurilor de radiaţii ionizante. Radiaţia de referinţă aleasă este radiaţia X cu energia de 200 keV (1 eV = 1,6.10 -19 J). Mărimea care ne permite să comparăm efectele unei radiaţii ionizante oarecare cu cea a radiaţiei de referinţă este efectivitatea biologică relativă EBR (η) a unei radiaţii. Ea arată de câte ori este mai mare efectul biologic al radiaţiei respective asupra

Page 21: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

ţesutului faţă de efectul radiaţiei de referinţă în condiţiile aceleiaşi doze incidente. Pentru radiaţiile X, γ şi β - EBR este η ≈ 1, pentru neutronii termici (lenţi) η ≈ 5, pentru protoni şi neutroni rapizi η ≈ 10, iar pentru radiaţiile α η ≈ 20. Doza biologică (B) măsoară efectul real al radiaţiilor asupra sistemelor biologice şi este dată de relaţia:

B=η·D În S.I. unitatea de măsură pentru doza biologică este Sievert–ul (Sv). Doza biologică de 1 Sv indică efectul produs de o radiaţie ionizantă oarecare echivalent cu efectul produs

de 1 Gy de radiaţie X cu energia fiecărui foton de 200keV. O unitate tolerată este rem –ul (prescurtare de la röntgen equivalent man) relaţia dintre cele două unităţi fiind:

1 Sv = 100 rem Similar cu doza biologică putem obţine debitul dozei biologice:

b= η·d şi debitul biologic integral: Bint= η·Dint

73. Ultrasonoterapia. Efectele ultrasunetelor 

Ultrasunete sunt unde acustice cu frecvenţe mai mari de 20.000 Hz, produse prin vibraţiile mecanice ale unui mediu elastic. O mare parte a insectelor şi unele vertebrate (delfini, lilieci) se orientează spaţial cu ajutorul ultrasunetelor (frecvenţe de până la 200 kHz) pe care le pot produce şi recepţiona. În tehnică, ultrasunetele se obţin cu ajutorul unor traductoare aero-, hidro-, electro- sau magnetomecanice. Cel mai frecvent utilizate sunt traductoarele electro- sau magnetomecanice. Dintre acestea, traductoarele piezoelectrice se bazează pe proprietatea unor cristale (cuarţ, tartrat dublu de sodiu şi potasiu, fosfat de amoniu etc.), tăiate după anumite plane geometrice, de a se comprima şi dilata succesiv atunci când sunt supuse unei tensiuni alternative de mare frecvenţă. Amplitudinea vibraţiilor produse în cristal este maximă pentru o frecvenţă egală cu frecvenţa proprie de rezonanţă a cristalului.

Traductoarele electrostrictive folosesc dielectrici (ex. titanat de Ba) în loc de cristale. Traductoarele magnetostrictive sunt reprezentate de materiale feromagnetice plasate în interiorul unui solenoid alimentat cu curent alternativ de înaltă frecvenţă. Miezul solenoidului se comprimă atunci când curentul alternativ instantaneu trece prin valorile maxime şi revine la starea iniţială atunci când acesta trece prin valoarea de zero.

Efectele ultrasunetelor

1. Efecte fizice 2. Efecte chimice şi electrochimice 3. Efecte biologice 1. Efectele fizice pot fi: mecanice (cavitaţie, omogenizare, precipitare, coagulare, dispersie), electrice (formarea dublului strat ionic la suprafaţa de separare dintre două medii cu apariţia unor diferenţe de potenţial, ionizări), optice (modificarea indicelui de refracţie al substanţei).

Cavitaţia. În anumite condiţii, ultrasunetele produc într-un lichid ruperi locale ale acestuia, cu apariţia unor bule care conţin vapori de lichid sau gaze rarefiate. Acest fenomen se produce datorită faptului că lichidul este supus unor dilatări şi comprimări succesive cu o frecvenţă identică cu aceea a ultrasunetelor. De exemplu, la 2 MHz (λ = 0,75 mm) două puncte situate la d = λ/2 sunt unul comprimat, altul decomprimat, atingând o diferenţă de presiune de zeci de atmosfere. Pentru o undă cu I = 30 W/cm2:

pmax2 = 2ZI = 2 ρcI = 2 ⋅103 ⋅1,5 ⋅103 ⋅3 ⋅105 = 1012

pmax = 106 N/m2 = 10 atm. Cavităţile formate au durată de viaţă foarte mică (10-6 s), dar în interiorul lor se pot produce o serie de fenomene cum ar fi: excitarea şi ionizarea unor molecule, apariţia unor diferenţe de potenţial electric între pereţii cavităţii, care pot duce la descărcări electrice în gazele rarefiate din cavitate, emisii de radiaţii luminoase

Page 22: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

(ultrasonoluminescenţă), formare de radicali liberi foarte activi şi nocivi. Dispariţia cavităţii se face printr-o decompresie violentă (implozie) în cazul în care frecvenţa ultrasunetelor este egală cu frecvenţa proprie de rezonanţă a cavităţii. Presiunea în cavitate poate ajunge la mii de atmosfere, iar temperatura la mii de grade. Acestea pot avea ca efect ruperea unor structuri sau a unor macromolecule aflate în apropiere. 2. Efectele chimice şi electrochimice pot fi de oxidare, reducere, polimerizare, depolimerizare, sinteză, modificare a conductibilităţii electrice a lichidelor.

3. Efectele biologice ale ultrasunetelor sunt consecinţa efectelor fizico-chimice asupra structurilor vii. În funcţie de intensitatea ultrasunetelor, există trei categorii de efecte:

a. US de intensitate mică, < 0,5 W/cm2, produc modificări funcţionale. b. US de intensitate medie, 0,5 < I < 5 W/cm2, produc modificări structurale reversibile. c. US de intensitate mare, > 5 W/cm2, produc modificări structurale ireversibile. Pot fi utilizate la distrugerea bacteriilor, prepararea vaccinurilor şi distrugerea tumorilor.

74. Utilizarea de Ultrasunetelor în medicină. 

Utilizarea ultrasunetelor în medicină Ultrasunetele se pot utiliza atât în terapie cât şi în diagnostic. Frecvenţele optime de utilizare sunt cuprinse între 800-1200 kHz, iar adâncimea de pătrundere în ţesuturi este de 5-7 cm. Ultrasunetele de înaltă frecvenţă sunt puternic absorbite şi produc efecte locale. Ultrasunetele de joasă frecvenţă produc efecte generale. La doze moderate pielea are o permeabilitate mărită pentru substanţele medicamentoase. Dozele mijlocii produc vasodilataţie, cele mari vasoconstricţie. Ultrasunetele din categoriile a şi b pot fi folosite în tratamentul stărilor reumatismale, afecţiunilor sistemului nervos periferic, nevralgiilor, nevritelor (diatermie cu ultrasunete). Sunt spasmolitice, antialgice, antiinflamatorii. Se pot folosi, de asemenea, în afecţiuni ale aparatului locomotor, nervilor periferici, aparatului circulator, în tratamentul bolii ulceroase, spasme pilorice, intestinale etc. Personalul care lucrează cu ultrasunete (16-25 kHz, 100 dB) pot să prezinte anumite manifestări neurovegetative cum ar fi perturbarea funcţiilor de termoreglare şi a funcţiei suprarenalei, tulburări psihice (halucinaţii), tulburări de echilibru, bulimie.

75. 

77. Terapia cu radiaţie LASER. 

Terapia LASER

LASER-ul a permis dezvoltarea rapidă a terapiei bazată pe iradierea cu raze laser a organismului. Utilizarea terapeutică a laserului constă în chirurgia cu radiaţii laser şi în biostimularea cu radiaţii laser. Un laser cu CO2 cu o putere de câţiva waţi şi care emite în regim continuu poate fi folosit pentru realizarea unui bisturiu cu laser; radiaţia emisă, condusă printr-un ghid optic (un fascicul de fibre optice) fiind focalizată pe ţesutul ce urmează a fi tăiat, ţesut pe care îl încălzeşte rapid şi extrem de localizat până la vaporizare. Chirurgia cu laser este foarte precisă, nu solicită efort mecanic şi nu este însoţită de sângerări importante, deoarece pereţii plăgii se coagulează termic iar vasele mai mici se închid.

Laserele medicale sunt folosite în oftalmologie de peste 20 de ani pentru corectarea defectelor de vedere (de exemplu, în cataracta secundară, în unele forme de glaucom, în retinopatia diabetică şi unele afecţiuni ale fundului de ochi). Prima intervenţie pe ochi uman s-a realizat în 1988 în Germania (PRK - keratectomie fotoreactivă). De atunci, este perfecţionată încontinuu, pentru corecţia miopiei, hipermetropiei şi astigmatismului. Tehnica LASIK (laser assisted in situ keratomileusis) este mai eficace în viciile de refracţie severe. Această tehnică este complet nedureroasă şi are un efect spectaculos, după câteva ore de la operaţie, pacientul fiind complet refăcut.

Page 23: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

În esenţă, în timpul unei intervenţii, raza laser, ghidată de computer, şlefuieşte corneea, modelând curbura acesteia, în funcţie de tipul şi gradul viciului de refracţie. Cu o precizie extraordinară, laser-ul înlătură straturi ultrasubţiri de ţesut. În cazul miopiei, de exemplu, laser-ul scurtează axul ochiului, aplatizând corneea. Pentru astigmatism, se îndepărtează o suprafaţă eliptică dintr-un anumit meridian.

Terapia laser se foloseşte în dezlipirile de retină, deoarece fasciculul laser poate străbate mediile transparente ale ochiului fără a fi absorbit de acestea, întreaga lui energie fiind cedată retinei, care se lipeşte de sclerotică prin fotocoagulare. Laserul este utilizat şi în tratamentul glaucomului, permiţând refacerea sistemului de drenaj al lichidului intraocular şi scăzând, astfel, presiunea intraoculară. În multe cazuri, laserul este utilizat în endoscopie, atât pentru iluminare cât şi pentru eventuale microintervenţii chirurgicale. Un exemplu este utilizarea laserului în chirurgia cardiacă: prin perforări punctiforme ale peretelui ventricular este stimulată geneza unor noi vase şi, în final, o mai bună vascularizare a miocardului. Radiaţia laser are capacitatea de a stimula unele procese biologice, de a grăbi vindecarea rănilor şi a fracturilor, de a produce efecte terapeutice prin lasero-punctură (echivalent al acupuncturii) etc.

78. Radioterapie. 

Constă în utilizarea medicală a radiaţiei ionizante ca parte a tratamentului cancerului pentru a controla proliferarea celulelor maligne. Poate fi folosită în scop curativ sau adjuvant în tratarea cancerelor, în funcţie de tipul, localizarea şi stadiul tumorii, precum şi de starea generală a pacientului. Radioterapia este combinată cu alte tipuri de tratament cum ar fi chemioterapie şi intervenţia chirurgicală. Folosirea radiaţiilor ionizante în distrugerea tumorilor cancerigene se bazează pe legea lui Bergonié şi Tribondeau, conform căreia radiosensibilitatea unui ţesut este cu atât mai pronunţată cu cât în el au loc mai multe mitoze şi este mai puţin diferenţiat, acestea fiind chiar caracteristicile tumorilor maligne.

În esenţă, în radioterapie iradierea trebuie concentrată în zona tumorii, protejând zonele adiacente sănatoase. De aceea, primul pas constă în folosirea tehnicilor imagistice (de preferat a celor care nu utilizează radiaţie ionizantă) pentru localizarea precisă a tumorii, urmată de iradierea locală a tumorii prin transmitere de fascicule de radiaţii ionizante din mai multe direcţii, evident cu un control foarte exact al dozelor de radiaţie absorbite de tumoră şi de zonele sănătoase. absorbite de tumoră şi de zonele sănătoase.

Radioterapia cuprinde proceduri teleradioterapice şi brahiradioterapice. Teleradioterapia utilizează surse exterioare de radiaţii, producătoare de fascicule ce pot fi proiectate din multiple direcţii asupra tumorii, în funcţie de localizarea acesteia.

Brahiradioterapia (numită şi radioterapie de mică distanţă sau radioterapie de contact) presupune introducerea de izotopi radioactivi în tumoră sau în imediata ei vecinătate, sub formă de ace (de 226Ra sau 137Cs) care se lasă 3 - 7 zile în tumoră, sau sub formă de capsule (acestea conţin radioizotopi cu viaţă scurtă, spre exemplu 222Rn cu timpul de înjumătăţire de 3,8 zile, 198Au cu timpul de înjumătăţire de 2,7 zile) implantate permanent în tumoră. O altă metodă brahiradioterapică este injectarea unei soluţii coloidale de 198Au.

79. Sisteme disperse. 

Definiţia şi clasificarea sistemelor disperse Prin sistem dispers înţelegem un amestec de două sau mai multe substanţe, având o componentă dispersantă (solventul) şi una dispersată (solvitul). Solventul reprezintă elementul activ, iar solvitul elementul relativ pasiv, deoarece şi acesta influenţează caracteristicile sistemului.

Page 24: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Pentru caracterizarea sistemelor disperse din punct de vedere cantitativ se foloseşte un parametru intensiv de stare numit concentraţie.

Clasificarea sistemelor disperse Sistemele disperse se clasifică în funcţie de dimensiunile particulelor, starea de agregare a dispersantului, afinitatea dintre componenţi sau tipul fazelor componente (faza reprezintă o parte omogenă a unui sistem, la suprafeţele de separare de celelalte părţi apărând variaţii bruşte ale proprietăţilor fizico - chimice).

1. Pornind de la dimensiunile particulelor solvitului, se defineşte gradul de dispersie Δ ca fiind inversul diametrului particulelor solvitului d:

d1=Δ în funcţie de care se disting: - soluţii adevărate (moleculare) Δ > 109 m-1, d < 1 nm, aceasta este invizibilă la microscopul optic sau la ultramicroscop - soluţii coloidale 107 m-1 < Δ < 109 m-1, 1 nm < d < 100 nm, vizibil la ultramicroscop - suspensii Δ < 107 m-1, d > 100 nm, vizibilă la microscopul optic sau chiar cu ochiul liber.

Deoarece în aplicarea acestui criteriu de clasificare se porneşte de la premisa ca particulele solvitului sunt sferice, nu putem aplica această clasificare hidrocarburilor care sunt molecule lungi.

2. În funcţie de starea de agregare a solventului (solvitul putând fi gaz, lichid sau solid) sistemele disperse pot fi: - gazoase – substanţa dispersantă este un gaz (amestecurile gazoase, vaporii în aer, ceaţa) - lichide – substanţa dispersantă este un lichid (lichide nemiscibile, lichid în gaz, soluţii de electrolit) - solide – substanţa dispersantă este un solid (unele aliaje)

3. În funcţie de afinitatea dintre componenţi sistemele disperse sunt: - liofile (există afinitate între solvit şi solvent) - liofobe (nu există afinitate între solvit şi solvent)

4. Din punct de vedere al tipului fazelor componente sistemele disperse pot fi: - monofazice, care pot fi omogene (proprietăţi identice în toate punctele sistemului) şi neomogene (proprietăţile diferă de la un punct la altul) - polifazice - heterogene: între părţile componente există suprafeţe de separare. (ceaţa, aerosoli, spuma : lichid şi gaz, gel : solid cu lichid)

16. Potenţiale ionice. Legea Nernst. 

Potenţiale ionice. Legea lui Nernst. Se consideră un metal (electrod) imersat într-o soluţie care conţine una din sărurile sale Apare un potenţial

V, metalul tinde să se ionizeze şi să se dizolve în soluţie. Ionii soluţiei tind să se recombine cu electrodul. La echilibru debitul de ioni în cele două procese este acelaşi. Travaliul de dizolvare este egal cu travaliul electric al recombinării ionilor cu electrodul:

RT ln c = zFV Experimental diferenţa de potenţial se măsoară între două soluţii de concentraţii c1, c2:

RT (ln c2 - ln c1) = zF (V2 - V1) = zFE sau

E = (RT/zF) ln(c2/c1) Aceasta este o ecuaţie de tip Nernst şi are o largă aplicabilitate în fenomenele de transport prin membranele celulare.

Page 25: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

44. Proprietăţile optice ale soluţiilor. 

Proprietăţi optice ale soluţiilor Sunt folosite pentru analiza calitativă şi cantitativă a substanţelor în soluţie, prin diferite tehnici, cum ar fi: - Refractometria este o metodă prin care, în urma măsurării indicelui de refracţie al unei soluţii se poate

determina concentraţia acesteia datorită interdependenţei dintre aceste două mărimi, n = f(c). În laboratoarele de analize medicale poate fi folosită la determinarea glicozuriei, adică a concentraţie de glucoză în urină în caz de diabet (altfel, glucoza nu este decelabilă în urină). - Polarimetria este o metodă pe baza căreia se poate calcula concentraţia unei soluţii optic active (substanţă care roteşte planul luminii polarizate (Fig. 3) în urma măsurării unghiului de rotire a planului de polarizare a luminii (Fig. 4), unghi direct proporţional cu concentraţia substanţei optic active şi cu grosimea stratului de substanţă străbătut. Această metodă se bazează pe faptul că substanţele organice care au cel puţin un carbon asimetric sunt optic active, adică există două structuri spaţiale diferite simetrice în oglindă corespunzătoare aceleiaşi formule moleculare. În mod normal, în organism se sintetizează şi se reţine numai una dintre cele două structuri, în funcţie de tipul acesteia. De exemplu, aminoacizii sunt levogiri (L), iar glucidele sunt dextrogire (D).

30. Spectrofotometrie. 

Spectrofotometria de absorbţie este o metodă care permite analiza calitativă şi cantitativă a unor soluţii. Fiecare tip de moleculă are un spectru de absorbţie specific. Absorbţia luminii se face conform legii Beer – Lambert:

I1 = I0 e-α l c

unde I1 reprezintă intensitatea fasciculului emergent (Fig. 5), I0 reprezintă intensitatea luminoasă a fasciculului incident, c este concentraţia solvitului, iar α este o constantă de material. Spectrele de absorbţie în vizibil şi ultraviolet corespund excitării electronice, iar cele din IR rotaţiei şi vibraţiei moleculare.

Analiza calitativă care poate fi efectuată se referă la identificarea substanţelor dintr-un amestec, determinarea entropiei şi a capacităţii calorice, determinarea tipului legăturilor chimice.

Analiza cantitativă permite evaluarea cantitativă a concentraţiei substanţelor, determinarea purităţii unei substanţe. Spectrele de absorbţie ale soluţiilor pot fi influenţate de natura solventului, valoarea pH-ului (dacă în soluţie se află două substanţe ce se pot transforma una în alta, curbele de extincţie pentru diferite pH-uri se intersectează în punctul izobestic ; modificarea pH-ului se observă prin virarea culorii), concentraţia soluţiei (apariţia a două puncte izobestice, datorită concentraţiilor mari la care pot să apară asociaţii moleculare, cele două puncte izobestice corespunzând monomerului şi dimerului, respectiv), temperatură (agitaţia termică inhibă formarea dimerilor, aşadar creşterea temperaturii are efect invers decât cel al creşterii concentraţiei), iradierea substanţei.

11,12,13. Difuzia. 

Fenomene de transport în soluţii În cazul în care într-un sistem există gradienţi de concentraţie, potenţial sau presiune are loc un transport de

substanţă orientat spre atingerea unei stări de echilibru termodinamic. Transportul de substanţă în cazul soluţiilor se poate face prin două moduri : prin difuzie care reprezintă transportul de solvit sub acţiunea gradientului electrochimic şi prin osmoză care reprezintă transportul de solvent sub acţiunea gradientului de presiune. Cele două fenomene pot fi simultane. Difuzia simplă (Fig. 6) Difuzia constă în transportul de substanţă din regiunile cu concentraţie mai mare spre cele cu concentraţie mai mică, realizat exclusiv prin mişcările de agitaţie termică.

Page 26: 79035866 Subiecte Biofizica 2011

Legea I a lui Fick: Cantitatea de substanţă dν care difuzeaza în timpul dt printr-o secţiune de arie A este proporţională cu gradientul de concentraţie dxdc, cu dt şi cu aria A

În cazul în care difuzia este non-staţionară concentraţia variază şi în timp şi este guvernată de legea a doua a lui Fick: Variaţia în timp a concentraţiei într-o regiune dată a soluţiei este proporţională cu variaţia în spaţiu a gradientului de concentraţie.

84. Osmoza 

Osmoza Este fenomenul de difuzie a solventului dinspre soluţia mai diluată înspre cea mai concentrată printr-o

membrană semipermeabilă. Presiunea osmotică reprezintă presiunea mecanică necesară pentru împiedicarea osmozei şi se datorează mişcării de agitaţie termică a moleculelor de solvit care ciocnesc membrana pe o singură parte neputând să o străbată

Osmolul reprezintă cantitatea de substanţă care, dizolvată în solvent, se dispersează într-un număr de particule osmotic active (capabile să se agite termic, dar nu să traverseze membrana) egal cu numărul lui Avogadro NA.

mare (Fig. 8) se găseşte solventul pur, iar în tubul închis în partea inferioară cu o membrană semipermeabilă se află o soluţie cu acelaşi solvent. Moleculele de solvit neputând străbate membrane semipermeabilă o să apară un flux de solvent dinspre vasul mare spre tub şi nivelul lichidului în tub va creşte, ducând la diluarea soluţiei din tub. Sistemul ajunge în starea de echilibru atunci când presiunea hidrostatică ρgh exercitată de lichidul care a urcat în tub este egală cu presiunea exercitată de soluţie π.

85. Presiunea coloid-osmotica.

Presiunea exercitata de catre proteinele din plasma, datorita sarcinilor electrice de la suprafata lor. Are important rol in realizarea schimburilor hidrice la nivel capilar. Sinonim: presiunea oncotica.