Рекомендуем

Биомедицинское материаловедениеВихров С.П., Холомина Т.А., Бегун П.И., Афонин П.Н. Биомедицинское материаловедение
Косинусно-модулированные банки фильтров с фазовым преобразованием: реализация и применение в слуховых аппаратахВашкевич М.И., Азаров И.С., Петровский А.А. Косинусно-модулированные банки фильтров с фазовым преобразованием: реализация и применение в слуховых аппаратах

Книга

Биофизика для инженеров

Учебное пособие. В 2 томах

Том 1. – Биоэнергетика, биомембранология и биологическая электродинамика. - ISBN 978-5-9912-0048-6

Том 2. – Биомеханика, информация и регулирование в живых системах. - ISBN 978-5-9912-0049-3

Первое издание вышло в свет в 2008 г.
2017 г.
952 стр.
Тираж 1000 экз.
Формат 60х90/16 (145x215 мм)
Исполнение: в твердом переплете
ISBN 978-5-9912-0050-9
ББК 28.071
УДК 557.3
Гриф УМО
Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Биомедицинская техника» и направлению подготовки бакалавров и магистров
Аннотация

В учебном пособии систематизированы сведения о физических и физико-химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности организмов на всех уровнях их организации, необходимые для инженеров и специалистов, занимающихся разработкой и обслуживанием биомедицинской техники.

В первом томе двухтомного пособия изложены основы биоэнергетики и термодинамики биологических процессов, рассмотрены структура, свойства и функции биологических мембран и биоэлектрогенез. Второй том посвящен биофизическим основам двигательной активности человека, информационных и регуляторных процессов в биологических системах, а также общим принципам функционирования сенсорных систем.

Для студентов, обучающихся по направлениям связанным с биомедицинской техникой и биомедицинской инженерией; будет полезна студентам, обучающимся по направлениям бакалавров и магистров 12.04.04 – «Биотехнические системы и технологии», а также студентам медицинских и биотехнологических специальностей; аспирантам, инженерам, медицинским и научным работникам, занимающимся моделированием физиологических процессов и разработкой аналитической, диагностической и лечебной аппаратуры.

Оглавление

Том I. БИОЭНЕРГЕТИКА, БИОМЕМБРАНОЛОГИЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Условные сокращения

Предисловие

Введение

Глава 1. Термодинамика биологических процессов
1.1. Первый закон термодинамики
1.1.1. Общие сведения
1.1.2. Свободная и связанная энергия. Обратимые и необратимые процессы
1.1.3. Применение первого закона термодинамики к живым организмам
1.2. Второй закон термодинамики
1.2.1. Общие сведения
1.2.2. Особенности живых организмов
как термодинамических систем
1.2.3. Термодинамические потенциалы
1.2.4. Изменение стандартной свободной энергии. Константа равновесия и электрохимический потенциал
1.3. Термодинамика необратимых процессов
1.3.1. Изменение энтропии в открытых системах и диссипативная функция
1.3.2. Основные положения линейной неравновесной термодинамики
1.3.3. Теорема Пригожина
1.4. Энтропия и биологическая информация
1.4.1. Устойчивость стационарного состояния
1.4.2. Связь энтропии и биологической информации
1.4.3. Количество биологической информации
1.4.4. Рецепция и возникновение информации

Глава 2. Биофизика клеточных мембран
2.1. Структура, свойства и функции биологических мембран
2.1.1. Структурно-молекулярная организация биологических мембран
2.1.1.1. Электронная микроскопия
2.1.1.2. Мембранные липиды
2.1.1.3. Мембранные белки
2.1.1.4. Углеводы биологических мембран
2.1.1.5. Вода и соли в биологических мембранах
2.1.2. Физические и физико-химические свойства биологических мембран
2.1.3. Функции биологических мембран
2.1.4. Модели биологических мембран
2.1.5. Искусственные мембраны
2.1.5.1. Стеклянные мембраны
2.1.5.2. Искусственные липидные мембраны
2.1.6. Биофизические механизмы транспорта веществ (массопереноса) через биомембраны
2.2. Кинетика биофизических процессов массопереноса
2.2.1. Уравнения массопереноса
2.2.2. Кинетика сопряженных процессов массопереноса
2.2.3. Сопряженный массоперенос заряженных частиц (ионов) через биологическую мембрану
2.2.4. Проницаемость клеточных мембран
2.2.5. Транспорт липофильных веществ через биологические мембраны
2.2.6. Транспорт гидрофильных веществ через биологические мембраны
2.2.6.1. Транспорт с участием переносчиков
2.2.6.2. Транспорт по мембранным каналам
2.3. Биологические насосы
2.3.1. Активный транспорт (общие положения)
2.3.2. Системы активного транспорта
2.3.2.1. Калий-натриевый насос
2.3.2.2. Кальциевый насос
2.3.3. Ионный транспорт у галобактерии
2.3.4. Облегченная диффузия
2.3.5. Специальные механизмы трансмембранного массопереноса
2.3.5.1. Поглощение клетками нуклеиновых кислот и специфических белков
2.3.5.2. Фагоцитоз и пиноцитоз
2.3.5.3. Щелевые межклеточные контакты

Глава 3. Квантовомеханические основы биоэнергетики
3.1. Основные понятия квантовой механики
3.2. Испускание и поглощение энергии атомами и молекулами
3.3. Квантовомеханические особенности строения биомолекул
3.4. Механизмы переноса энергии и заряда в биомолекулярных системах
3.5. Люминесценция биологических систем
3.6. Электронная схема жизни
3.6.1. Биофизические механизмы фотосинтеза
3.6.1.1. Фотосинтез у хлорофиллсодержащих бактерий
3.6.1.2. Фотосинтез у зеленых растений
3.6.2. Электрон-транспортная цепь внутренней мембраны митохондрии
3.6.2.1. Биологическое окисление
3.6.2.2. Сопряжение окисления и фосфорилирования
3.6.2.3. Антипорт АТФ и АДФ через митохондриальные мембраны
3.6.2.4. Законы биоэнергетики клетки (по В. П. Скулачеву)
3.6.2.5. Прижизненная флуориметрия компонентов дыхательной цепи
3.6.2.6. Новые диагностические технологии, основанные на достижениях квантовой биофизики (биоэлектроники)
3.6.2.7. Новые лечебные технологии, основанные на достижениях квантовой биофизики (биоэлектроники)
3.6.2.8. Экологические аспекты квантовой биофизики

Глава 4. Электробиология
4.1. Ионные равновесия
4.1.1. Электродиффузное уравнение Нернста–Планка
4.1.2. Потенциал покоя. Потенциал Нернста
4.1.3. Доннановское равновесие и потенциал Доннана
4.1.4. Уравнение Гольдмана – Ходжкина – Катца
4.2. Потенциал действия
4.2.1. Происхождение и характеристики потенциала действия
4.2.2. Фиксация потенциала
4.2.3. Уравнение Ходжкина – Хаксли
4.2.4. Роль ионных каналов в биоэлектрогенезе
4.2.4.1. Потенциалзависимые натриевые каналы
4.2.4.2. Калиевые каналы
4.2.4.3. Кальциевые каналы
4.2.5. Реакция невозбудимых и возбудимых мембран на раздражители, градуальность и закон «всё или ничего»
4.2.6. Рефрактерность
4.2.7. Аккомодация возбудимых тканей
4.2.8. Лабильность возбудимых тканей
4.3. Распространение возбуждения
4.3.1. Кабельная теория распространения потенциала действия
4.3.2. Бездекрементное распространение возбуждения по возбудимой мембране
4.3.3. Сальтаторное проведение нервного импульса
4.3.4. Cинаптическая передача
4.4. Особенности мембранных потенциалов кардиомиоцитов
4.5. Собственные электромагнитные поля организма человека
4.5.1. Пассивные электрические свойства живых тканей
4.5.2. Электростимуляция органов и тканей
4.5.3. Характеристики электрогенных свойств живых тканей
4.5.4. Низкочастотные и сверхвысокочастотные электромагнитные поля биологических объектов
4.5.5. Электромагнитные излучения инфракрасного и оптического диапазонов
4.6. Электрическая активность органов
4.6.1. Биофизические принципы исследования электрических полей в организме
4.6.2. Поле монополя
4.6.3. Поле диполя
4.6.4. Эквивалентный электрический генератор сердца
4.6.5. Электрическая активность головного мозга
4.6.6. Электрическая активность скелетных мышц
492 Биофизика
4.7. Моделирование электрического источника одиночного волокна
4.7.1. Основные математические формулировки
4.7.2. Модели источников тока дипольного типа для возбудимого волокна
4.7.3. Модели источников тока монопольного типа для возбудимого волокна

Список использованной литературы

Предметный указатель

Том II. БИОМЕХАНИКА, ИНФОРМАЦИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЕ В ЖИВЫХ СИСТЕМАХ

Введение

ГЛАВА 5. Биофизика двигательной активности
5.1. Биофизика мышечного сокращения
5.1.1. Актин-миозиновая система миоцита поперечнополосатых мышц
5.1.2. Механизм мышечного сокращения
5.2. Механические процессы
в опорно-двигательном аппарате человека
5.2.1. Биомеханические свойства скелетных мышц
5.2.2. Энергетика мышечного сокращения
5.2.3. Элементы теории мышечного сокращения
5.3. Биомеханика дыхания
5.3.1. Легочная вентиляция
5.3.2. Показатели легочной вентиляции
5.3.3. Моделирование дыхания
5.3.4. Методы и технические средства
для исследования легочной вентиляции
5.4. Биомеханика миокарда
5.4.1. Сокращение миокарда. Особенности сократимости миокарда
5.4.2. Расслабление миокарда
5.4.3. Работа сердца
5.4.4. Методы исследования механической активности сердца
5.5. Биофизические закономерности движения крови по сосудам
5.5.1. Основные показатели гемодинамики
5.5.2. Линейная теория движения крови по кровеносному руслу
5.5.3. Нелинейная теория движения крови по кровеносному руслу
5.5.4. Биофизические особенности кровеносных сосудов разного типа
Капилляры
Вены
Аорта
Артериолы большого круга кровообращения
5.5.5. Математические модели кровообращения
5.6. Тубулин-динеиновая и тубулин-кинезиновая молекулярные системы подвижности
5.6.1. Системы микротрубочек
5.6.2. Биомеханические процессы в жгутиках и ресничках

ГЛАВА 6. Сенсорные системы организма
6.1. Анализ сенсорных систем
6.1.1. Общие принципы функционирования сенсорных систем
6.1.2. Трансформация раздражителей в рецепторах
6.1.3. Передача и переработка информации в нервных центрах
6.1.4. Биосенсоры
6.2. Биофизика слуха
6.2.1.Слуховая рецепция
6.2.2. Методы и средства проведения аудиометрических исследований
6.2.3. Акустические поля
6.3. Биофизика зрения
6.3.1. Светопреломляющая система глаза
6.3.2. Биофизический механизм восприятия света рецепторами
6.3.3. Рецепторные потенциалы
6.3.4. Чувствительность и адаптация глаза
6.3.5. Разрешающая способность глаза
6.3.6. Кодирование информации в органе зрения
6.3.7. Цветовое зрение
6.4. Биофизика хемосенсорных систем
6.4.1. Хеморецепция внутренней среды организма
6.4.2. Первичные вкусы и их пороги
6.4.3. Вкусовые почки
6.4.4. Вкусовые клетки
6.4.5. Афферентные пути
6.4.6. Механизмы вкусовой трансдукции
6.5. Обоняние
6.5.1. Запахи и их классификация
6.5.2. Теории обоняния
6.5.3. Органы обоняния
6.5.4. Микроструктура обонятельной выстилки
6.5.5. Строение обонятельных клеток
6.5.6. Механизм обонятельной трансдукции
6.5.7. Чувствительность органов обоняния
6.5.8. Техническое моделирование обоняния

ГЛАВА 7. Информация и регулирование в биологических системах
7.1. Информация и живой организм
7.1.1. Элементы теории информации
7.1.2. Примеры применения теории информации к анализу процессов передачи информации в нервных каналах связи
7.1.3. Информация, заключенная в генетическом коде
7.2. Регулирование биологических процессов
7.2.1. Содержание кибернетики и бионики
7.2.2. Стратегия управления функциями организма
7.2.3. Понятие о местной регуляции физиологических процессов
7.2.4. Понятие о гуморальной регуляции физиологических процессов
7.2.5. Нервная регуляция физиологических процессов
7.2.6. Обратные связи в рефлекторных актах
7.2.7. Приложения теории автоматического регулирования к анализу рефлекторной деятельности
7.2.8. Форпостное регулирование функций организма
7.3. Регуляция температуры тела гомойотермного организма
7.3.1. Эффекторы теплопродукции
7.3.2. Эффекторы теплообмена (теплоотдачи)
7.3.3. Физиологические механизмы терморегуляции
7.3.3.1. Нервная регуляция
постоянства температуры «ядра» тела
Условно-рефлекторная регуляция
Безусловнорефлекторная регуляция
7.3.3.2. Гуморальная регуляция
7.3.4. Адаптация организма к низкой и высокой температуре
7.3.5. Лихорадка
7.3.6. Математическое моделирование терморегуляции
7.4. Постоянство внутренней среды организма и его регуляция
7.4.1. Характеристики внутренней среды организма
7.4.2. Регуляция кругооборота крови
7.4.3. Регуляция газового состава крови
7.4.4. Регуляция уровня энергетических веществ в крови
7.4.5. Регуляция осмотического давления крови

Заключение

Список использованной литературы