Otázky na zopakování biofyziky PDF

Co znamená dualistický charakter? Hmota se chová jako částice i jako vlna. Jaké formy hmoty existují? Látky a pole Jaký charakter mají látky? Korpuskulární charakter (=soubory elementárních částic – FERMIONŮ) Jaký charakter mají pole? Vlnový charakter Jaké druhy fyzikálních polí máme? Elektromagneti...

Co znamená dualistický charakter? Hmota se chová jako částice i jako vlna. Jaké formy hmoty existují? Látky a pole Jaký charakter mají látky? Korpuskulární charakter (=soubory elementárních částic – FERMIONŮ) Jaký charakter mají pole? Vlnový charakter Jaké druhy fyzikálních polí máme? Elektromagnetické, gravitační, jaderné, mezonové Jak bychom definovali elektromagnetické pole? Soubor kvant fotonů – bosony Definice bosonů: Částice s nulovou klidovou hmotností (tzn. Existují pouze když se pohybují), pohybují se rychlostí světla Jaké částice patří mezi bosony? Fotony a gluony Jaké rozlišujeme silové interakce? Silná, elektromagnetická, slabá a gravitační Jaká silová interakce je nejsilnější? Silná Jaká silová interakce má největší dosah? Elektromagnetická a gravitační (teoreticky nekonečný dosah) Jaká silová interakce má nejkratší dosah? Slabá Mezi jakými částicemi působí silná interakce? Mezi kvarky Jaké částice patří mezi nositele síly v silné interakci? Gluony a piony Funkce gluonů: Vážou kvarky v nukleonech Definice pionů: Vážou nukleony mezi sebou Mezi jakými částicemi působí elektromagnetická interakce? Mezi elektricky nabitými částicemi a magnetickou silou Jaké fyzikální zákony se pojí s elektromagnetickou silou? Coulombův a Lorentzův Definice Coulombova zákona: Vyjadřuje silové působení mezi náboji Jaké částice jsou nositeli síly v elektromagnetických interakcích? Fotony Jaké částice jsou nositeli síly v slabých interakcích? Bosony Kdy se projevuje slabá interakce? Při rozpadu protonů a neutronů (mění vůně kvarků při beta rozpadu) Beta+ rozpad: p–> n + e+ + neutrino Beta- rozpad: n–> p + e- + antineutrino Mezi jakými částicemi působí gravitační interakce? Mezi všemi Jaká silová interakce je nejslabší? Gravitační Kdy se projevuje gravitační interakce? Hlavně u velmi hmotných těles Jaký fyzikální zákon je spojený s gravitační interakcí? Newtonův Definice Newtonova zákona: Každá dvě tělesa se navzájem přitahují stejně velkými gravitačními silami opačného směru Vzorec pro Newtonův zákon: Fg= K.m1.m2/rˇ2 Nositelé síly u gravitační interakce: Hypotetické graviony Čím je dána celková energie? Ec=E0+Ek+Ep Čím je dána klidová energie (E0)? E0 = m.cˇ2 Čím je dána potenciální energie (Ep)? Energie potřebná k převedení částice z referenční polohy do současné. Na čem závisí Ep? Na druhu silového pole, ve kterém se nachází, na poloze v tomto poli Převod 1eV –> J: 1eV=1,6x10-19 J Definice fotonů: Kvanta elektromagnetického pole, s nulovou klidovou hmotností, spin je roven 1, rychlost světla Definice leptonů: Lehké částice, klidová hmotnost je velmi malá, spin je poločíselný Jaké částice patří mezi leptony? Elektrony, miony, tauony, jejich neutrina a antičástice (pozitrony, antimiony, jejich antineutrina) Definice mezonů: Střední klidová hmotnost, celočíselný spin 0, složené z 1 kvarku a 1 antikvarku Jaké částice patří mezi mezony? Piony a kaony Definice baryonů: Velká klidová hmotnost, spinové číslo ½, složený ze 3 kvarků Jaké částice patří mezi baryony? Protony a neutrony + (hyperony) Kolik typů vůní kvarků existuje? 6 Jaké typy vůní kvarků existují? Up/down, strange/charm, bottom/top Co tvoří kvarky? Hadrony (mezony, protony a neutrony) Jaký spin mají kvarky? Poločíselný ½ Částice s lichým počtem kvarků: Nukleony (mají charakter fermionů) Částice se sudým počtem kvarků: Mezony (mají charakter bosonů) Jaký elektrický náboj mají kvarky? -1/3 nebo +2/3 Náboj protonu u,u,d (2/3+2/3-1/3) => 1 Náboj neutronu u,d,d (2/3-1/3-1/3) => 0 Jak vyjádříme energii fotonu? E=h.f=h.c/lambda Planckova konstanta: H=6,6 x 10-34 J.s Jaká je jednotka planckovy konstanty? J.s Schrodingerova rovnice: Čtverec vlnové funkce odpovídá hustotě pravděpodobnosti výskytu elektronu v daném objemovém elementu Co je orbital? Oblast prostoru, ve kterém je zvýšená pravděpodobnost výskytu elektronu Kvantová čísla: Hlavní, vedlejší, magnetické, spinové Co je hlavní kvantové číslo (n)? Udává celkovou energii elektronu Co je vedlejší kvantové číslo (l)? Udává orbitální moment hybnosti a tvar orbitalu Co je magnetické kvantové číslo (m)? Udává prostorovou orientaci orbitalu a magnetický orbitální moment Co je spinové kvantové číslo (s)? Udává moment hybnosti elektronu, udává spin (+/- ½) Jaký průměr má jádro atomu? 10-15m Kolikrát menší je jádro než celý atom? 100 000x Jaký je průměr atomu? 10-10m Co je nukleonové číslo (A)? Počet protonů a neutronů, udává hmotnost jádra Co je protonové číslo (Z)? Co je neutonové číslo (N)? Co jsou jaderné síly? Projev silné interakce mezi kvarky nukleonů, proto kladné protony drží u sebe Co e hmotnostní schodek jádra? Hmotnost jádra je menší než součet hmotnosti jednotlivých nukleonů Co je vazebná energie jádra? Energentický ekvivalent hmotnostního úbytku (energie, která se uvolní při vzniku jádra z volných nukleonů) Je parametrem stability atomového jádra Jaké prvky patří mezi nejstabilnější? Fe, Ni, Cr Pomocí jaké metody se určuje hmotnost jader? Hmotnostní spektroskopie Co je Pauliho vylučovací princip? Žádné 2 elektrony v atomu nemohou existovat ve stejném kvantovém stavu (musí se lišit alespoň v 1 kvantovém čísle) Co je výstavbový princip? Elektronové podslupky se zaplňují postupně podle vzrůstacjící energie Co je Hundovo pravidlo? Nejprve se orbitaly zaplní elektrony o stejném spinu, teprve poté dochází k párování s elektrony opačného spinu Co je podstatou luminiscence? Deexcitace (elektron přechází na nižší energetickou hladinu a vyzařuje rozdíl energií ve formě fotonu) Stabilní systém má energii: Minimální Co je ionizační energie? Energie, kterou je třeba dodat k odtržení elektronu z atomu Co je fotoelektrický jev? Elektron získá energii od záření, část se spotřebuje na výstupné práci a část se přemění na kinetickou energii elektronu (h.f = Ev + ½.m.vˇ2) Kdy je atom nejstabilnější? Když mají atomy zcela zaplněné elektronové vrstvy (vzácné plyny) Co je vazebná energie? Energie, která se uvolní při vzniku chemické vazby Co je disociační energie? Energie, kterou je třeba dodat na rozštěpení chemické vazby Jaké máme druhy chemických vazeb? Kovalentní, iontová, (kovová) Na čem je založena kovalentní vazba? Sdílení elektronů mezi atomy Na čem je založena iontová vazba? Dána coulombickými silami mezi kationty a anionty Co patří mezi nevazebné interakce? Elektrostatické interakce, van der Waalsovy síly, Londonovy disperzní síly, hydrofobní interakce Co patří mezi elektrostatické interakce? Coulombické síly, vodíkové můstky, (ion-ion, ion-dipól, dipól-dipól) Mezi jakými molekulami působí vdW síly? Mezi neutrálním Kde dochází ke vzniku krátkodobých dipólů? U Londonových disperzních sil Do jakého útvaru jsou uspořádány pevné látky? Krystalická mřížka Jaké známe typy krystalů? Molekulové, iontové, kovové, atomové, vrstevnaté Příklad molekulového krystalu: Jod, methan, led (pohromadě vdW síly) Příklad iontového krystalu: NaCl, AgBr (iontová vazba) Příklad kovového krystalu: Krystalická mřížka kationtů kovů, mezi nimi se volně pohybují elektrony (elektronový plyn) Příklad atomového krystalu: Diamant (kovalentní vazby) Příklad vrstevnatého krystalu: Grafit (vdW síly mezi vrstvami, ve vrstvě kovalentní vazba) Jaké skupenství si zachovává tvar? Pevné Jaké si zachovává pouze objem, ale ne tvar? Kapalné Jaké si nezachovává ani tvar ani objem? Plynné Co je izotropní prostředí a jaké skupenství tam řadíme? Mají ve všech směrech stejné fyzikální vlastnosti, kapaliny Co jsou anizotropní krystaly? Kapalné krystaly, přechod mezi kapalným a pevným skup. Jaké jsou stavy kapalného krystalu: Smektický, nematický, cholesterický Co je smektický stav? Rovnoběžné vrstvy podlouhlých molekul rovnboběžně uspořádaných Co je nematický stav? Podlouhlé molekuly jsou rovnoběžně uspořádané, ale netvoří vrstvy Co je cholesterický stav? Šikmé vrstvy podlouhlých molekul rovnoběžně uspořádaných Jaký jev kapalných krystalů se využívá v TERMOGRAFII? Změna barvy v závislosti na teplotě Jaké skupenství je nejlépe stlačitelné? Plynné Stavová rovnice: P.V=n.R.T (p.V=N.k.T) Univerzální plynová konstanta? Jednotka? Hodnota? R=8,314 J.mol-1.K-1 Za jakého tlaku je ideální plyn? Nízký Za jakého tlaku je reálný plyn? Vysoký Co je parciální tlak? Tlak plynu, který odpovídá stavu, kdy sám vyplňuje objem nádoby (pro plynné směsi: p=suma pi) Střední kinetická energie molekul plynu: Ek=3/2. R/N. T = 3/2. k. T, přímo úměrná absolutní teplotě plynu Boltzmannova konstanta? Jednotka? Hodnota? k= R/N = 1,38.10-23 J.K-1 Co je plazma? Ionizovaný plyn tvořen ionty, ale i neutrálním molekulami Jak vzniká plazma? Působením vysoké teploty na plyn Při velmi vysokých teplotách se pak vyskytují pouze ionty – elektronový plyn a atomová jádra –> může docházet ke srážkám jader, KDE TOHOTO JEVU LZE VYUŽÍT? Při termonukleárních fúzích Jaké existují změny skupenství? Tání, tuhnutí, vypařování, kondenzace, sublimace, ionizace a rekombinace Kdy nastává teplota varu? Když se rovnovážný tlak páry nad kapalinou rovná atmosférickému tlaku Jaký jev nastává pokud při kondenzaci nejsou kondenzační centra? Přesycená pára Co je Gibbsův zákon fází? Určuje počet proměnných veličin daného vícesložkového systému (f+v=s+2) Co jsou disperzní systémy? Soustavy, které obsahují alespoň 2 složky, přičemž 1 je rozptýlena ve druhé (tomu odpovídají všechny vodné roztoky v těle) Jak nazýváme složky disperzního systému? Dispersní podíl a disperzní prostředí Jaké jsou typy disperzních systémů? Heterogenní a homogenní Co je heterogenní systém? Jednotlivé složky lze opticky rozlišit, mezi složkami existuje rozhraní (např. Suspenze) Co je homogenní systém? Systém složek ve stejné fázi, mezi kterými neexistuje rozhraní (opticky nemůžeme rozlišit) (např. Roztoky) Co je stupeň disperzity? Převrácená hodnota průměru částic disperzního podílu, čím vyšší stupeň disperzity, tím jemněji je látka rozptýlena Jakou má jednotku stupeň disperzity? m-1 Jak rozlišujeme disperze dle velikosti částic? Analytické, koloidní, hrubé Velikost částic v analytických disperzích: Do 1nm Velikost částic v koloidních disperzích: 1nm-1um Velikost částic v hrubých disperzích: 1um-1mm Co je sedimentace? Pohyb dispergovaných částic v disperzním prostředí vlivem silového pole Jaká rozlišujeme silová pole + jejich vliv na pohyb částic: Gravitační pole – klesání ke dnu, silové pole centrifugy – ve směru odstředivé síly Co je supernatant? Čirá kapalina nad sedimentem Jaká rozlišujeme silová působení na částice v disperzi? Gravitační síla, vtlaková síla, brzdící třecí síla Na čem závisí brzdící třecí síla? Velikosti, tvaru částice a viskozitě disperzního prostředí Jak vyjádříme Stokesův zákon? F=6pí. η.r.v (η=dynamická viskozita) Co rozhoduje o směru pohybu při sedimentaci? Poměr hustot mezi disperzním podílem a disperzním prostředím – buď sedimentuje nebo flotuje Jakou sedimentaci lze pozorovat v zemském gravitačním poli? Sedimentaci hrubých disperzí Kde se využívá sedimentace? Sedimentace krevních tělísek v krvi – rychlost sedimentace je indikátor onemocnění Analytické disperze jsou homogenní/heterogenní? Homogenní Co patří mezi analytické disperze? Směsi plynů, páry kapalin v plynech, plyny rozpuštěné v kapalině, směsi kapalin, pravé roztoky Do jaké míry jsou mísitelné plyny? Plyny jsou mísitelné V JAKÉMKOLIV POMĚRU Co říká Daltonův zákon? Celkový tlak plynné směsi je dán součtem parciálních tlaků jednotlivých složek Jak jinak nazveme vodí páru ve vzduchu (co zapříčiňuje)? Vlhkost vzduchu Jaké jsou druhy vlhkosti vzduchu? Absolutní, maximální, relativní vlhkost vzduchu Co je absolutní vlhkost vzduchu? Hmotnost vodní páry (v kg) v 1m3 vzduchu –> kg/m3 Co je maximální vlhkost vzduchu? Absolutní vlhkosti při nasycení vodními parami Co je relativní vlhkost vzduchu? Poměr absolutní ku maximální vlhkosti v % Jak moc se rozpouští plyn v kapalině? Do rovnováhy Jaké zákony jsou spojené s plyny rozpuštěnými v kapalině? Gibbsův, Henryho Co říká Henryho zákon? Množství plynu v kapalině rozpuštěného (při dané teplotě) je přímo úměrné parciálnímu tlaku plynu nad kapalinou (pi=Hi.Xi) Co za veličinu je Hi a jakou má jednotku? Henryho konstanta (Pa) Co je Xi? Molární zlomek Za co může absorbční koeficient? Různé plyny jsou rozpuštěny v jiných poměrech, než jejich parciální tlaky (př. Při 20 stupních je kyslík více rozpuštěn než dusík) Co je nutné si zapamatovat o rozpustnosti plynů v kapalině? ČÍM VYŠŠÍ TEPLOTA, TÍM NIŽŠÍ ROZPUSTNOST PLYNŮ V KAPALINĚ DŮLEŽITÉ JE ROZPOUŠTĚNÍ PLYNŮ V PLAZMĚ Co je kesonová nemoc? Vzdušný kyslík se do krve rozpouští úměrně svému tlaku, při náhlém poklesu tlaku (rychlé vynoření potápěče) se část dusíku uvolní ve formě bublinek –> způsobuje vzduchovou embólii (–> může ucpat kapiláry) Jaké kapaliny mohou tvořit analytické disperze? Pouze mísitelné kapaliny Příklady směsí kapalin patřících do analytických disperzí: Voda+ethanol/aceton+chloroform (éter + voda – omezeně mísitelné) Co rozhoduje o mísitelnosti kapalin? Polarita (polární s polárním, nepolární s nepolárním) Jak vznikají pravé roztoky? Pevná látka rozpuštěná v kapalině ve formě iontů/molekul Příklad iontového pravého roztoku: Fyziologický, NaCl ve vodě Příklad molekulového pravého roztoku: Glukóza ve vodě Co je rozpustnost? Počet g látky, který se rozpustí ve 100 g rozpuštědla při dané teplotě Co platí o rozpustnosti? Většinou čím větší teplota –> tím vyšší rozpustnost, ochlazením nasyceného roztoku se vyloučí pevná fáze Jaké koloidní disperze jsou biologicky významné? Ty, kde jako disperzní prostředí je kapalina Jaké známe koloidní částice? Makromolekuly a micely Co považujeme za makromolekuly? Bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy Co považujeme za micely? Mýdlo ve vodě Jaké rozlišujeme koloidní roztoky? Lyofilní a lyofobní Co je lyofilní koloidní roztok? Hydrofilní disperze, homogenní systém, disperzní prostředí a disperzní podíl tvoří jednu fázi, rozpuštěná látka vykazuje afinitu ke kapalině, probíhá samovolně , je termodynamicky stabilní Co je lyofobní koloidní roztok? Hydrofobní disperze, heterogenní systém, disperzní podíl a disperzní prostředí jsou oddělené fázovým rozhraním, částice nejeví afinitu ke kapalině, termodynamicky nestabilní Co je Brownův pohyb? Molekuly rozpuštědla naráží do koloidních částic a způsobují jejich pohyb (lze pozorovat v ultramikroskopu) Na čem závisí rychlost Brownova pohybu? Na teplotě U jak velkých částic se nárazy vyruší a my nic nevidíme? U větších než 4 um Co je koagulace? Spojování koloidních částic do větších celků Jaké jsou 2 způsoby koagulace? Smíchaní 2 koloidních roztoků s opačným nábojem/vysolení – přidání anorganické sole Co zapříčiní vysolení? Vytvoří se pravý roztok a sůl na sebe naváže rozpuštědlo Co je peptizace? Opak koagulace Jaké mají koloidní roztoky elektrokinetické vlastnosti? Elektrická dvojvrstva, kolem částic je iontová atmosféra, elektrokinetický potenciál Jak vzniká elektrická dvojvrstva? Vzniká díky elektrickému náboji, který nesou koloidní částice na svém povrchu –> kolem nabité koloidní částice se pak seskupí malé ionty opačného náboje Jak části rozlišujeme u iontové atmosféry? Fixní část – trvale připoutaná k částici/Difúzní část – pohyblivá Co je elektrokinetický potenciál? Potenciál mezi difúzní a fixní částí iontové atmosféry Jak velký je elektrokinetický potenciál? Menší než 0,1 V Jak reagují koloidní disperze v ZÁSADITÉM PROSTŘEDÍ? Disociují kyselé skupiny (COO-) Jak reagují koloidní disperze v KYSELÉM PROSTŘEDÍ? Protonizují se zásadité skupiny (NH3+) Co se stane, pokud je pH rovno izoelektrickému bodu? Je disociován stejný počet kyselých skupin jako je počet protonizovaných bazických skupin, elektrická dvojvrstva se zruší Jakých elektrokinetických dějů se koloidní roztoky účastní? Elektroosmóza, vznik proudového potenciálu, elektroforéza, vznik sedimentačního potenciálu Co je elektroosmóza? Proudění kapaliny v elektrickém poli vzhledem k nehybné pevné fázi Jak vzniká proudový potenciál? Vzniká při protlačování roztoku elektrolytu porézním materiálem Co je elektroforéza? Pohyb nabitých částic v kapalném prostředí, ve kterém probíhá elektrické pole K čemu se využívá elektroforéza? K dělení směsí nabitých částic (proteiny, nukleové kyseliny) Na čem závisí rychlost částic při elektroforéze? Na napětí (čím vyšší napětí –> tím vyšší rychlost) Co ovlivňuje průběh elektroforézy? pH a koncentrace elektrolytu, viskozita, permitivita, teplota Jak vzniká sedimentační potenciál? Vzniká při pohybu částic (sedimentace např.) při pohybu částic –> vzniká elektrického pole Co je nefelometrie? Analytická metoda pro měření koncentrace koloidních roztoků/pro měření velikosti koloidních částic při konstantní koncentraci Co měří nefelometrie (jakým způsobem měří koncentraci/velikost koloidních částic)? Měří intenzitu rozptýleného světla, které vychází z roztoku kolmo na směr paprsku, který do roztoku vstupuje Jakého jevu využívá nefelometrie? Tyndallova jevu Co je Tyndallův jev? Rozptyl světla částicemi v koloidu nebo ve velmi jemné suspenzi –> způsobuje opalescenci (odražené světlo způsobuje, že objekt vypadá mléčně/hraje barvami) Kde lze zviditelnit koloidní částice? V ultramikroskopu (boční osvětlení) body větší než 5nm Co je dialýza? Difúze malých molekul a iontů z koloidního roztoku skrz dialyzační membránu do dialyzačního roztoku Dialýza nahrazuje činnost jakého orgánu? Ledvin (odstraňuje ionty K+, močovinu a vodu) Co jsou dialyzační membrány? Umělé membrány z celofánu, esterů celulózy Co je dialyzační roztok? Musí mít přesné složení, musí být izotonický, správně teplý (má nižší koncentraci iontů, kterých se chceme zbavit, musí se obměňovat, aby byl zachován koncentrační gradient) Jaké známe typy dialýzy? Hemodialýza, peritoneální dialýza Co je hemodialýza? Extrakorporální oběh krve – krev pumpována do dialyzační jednotky -> krev se vyčistí a vrací zpět do těla Co je peritoneální dialýza? Krev se čistí uvnitř těla pacienta pomocí peritonea (do dutiny břišní se napustí dialyzační roztok a přes polopropustnou membránu difundují látky) Co je ultrafiltrace? Filtrace přes membránu, která je nepropustná pro koloidní látky Čím se urychluje ultrafiltrace? Přetlakem nad membránou nebo podtlakem pod membránou Jsou hrubé disperze homogenní/heterogenní? Heterogenní Co je suspenze? Hrubá disperze pevné látky v kapalném disperzním prostředí Jak se nazývá koncentrovaná forma disperze? Pasta Příklad suspenze: Krev (buňky v plazmě) Co je emulze? Hrubá (může být i koloidní) disperze tvořena dvěma nemísitelnými kapalinami, jedna je ve formě kapiček rozptýlena ve druhé Příklad emulze: Olej ve vodě, mléko Co je emulgátor? Látka, která zabraňuje rozdělení emulze na 2 oddělené vrstvy, stabilizuje rozptýlené částice Příklad emulgátoru: Žlučové kyseliny (tuky jsou emulgovány žlučovými kyselinami v tenkém střevě) Co je aerosol? Hrubá (může být i koloidní) disperze pevné látky nebo kapaliny v plynném prostředí Jak vzniká silikóza plic? Vdechování aerosolů s křemičitany Kolik procent tělesné hmotnosti tvoří voda? 60% Jaký je vazebný úhel molekuly vody? 104,5 stupně Jaké jsou vlastnosti vody? Polární rozpuštědlo, vysoká t1 a tv, vysoké výparné teplo, měrná tepelná kapacita a povrchové napětí Co je anomálie vody? Nejvyšší hustotu má voda při 3,98 stupních –> umožňuje život pod ledem Jaké jsou funkce vody? Rozpuštědlo, transport látek, tvorba hydratačních obalů iontů a hydrofilních koloidů, osmotické jevy, prostředí a reaktant chemických reakcí, termoregulace Co patří mezi transportní jevy? Viskozita, difúze, vedení tepla a elektrického proudu Co je viskozita? Třecí síla, která vzniká mezi 2 vrstvami proudící kapaliny, vnitřní tření – odpor proti toku kapaliny (přeskupování molekul), dochází k transportu hybností na základě gradientu rychlosti Čím je vyšší teplota, tím viskozita stoupá/klesá? Klesá Jak definujeme Newtonův zákon tření? F= η.S.deltav/deltax (η-dynamická viskozita) Jak definujeme kinematickou viskozitu? v= η/ρ Co jsou viskozimetry? Přístroje k měření viskozity Jaké viskozimetry rozlišujeme? Kapilární, Hessův, tělískový Jak se užívá kapilární viskozimetr? Měří se doba, za kterou určitý objem projde kapilárou Jak se užívá Hessův viskozimetr? Měření viskozity krve (při 37stupních je 3-3,6 mPa.s) (měří se objem vody, která je podtlakem nasáta do kapiláry za stejnou dobu, za kterou je nasát určitý objem krve) Jak se užívá tělískový viskozimetr? Měří se doba pádu tělíska nebo doba výstupu bubliny kapalinou Co je difúze? Pohyb částic disperzního podílu z místa o vyšší koncentraci částic do místa o nižší koncentraci částic, dochází k transportu hmoty na základě gradientu koncentrace Co je podstatou difúze? Zvýšení entropie (neuspořádanosti) Čím je vyšší teplota, difúze probíhá rychleji/pomaleji? Rychleji Jak definujeme 1. Fickův zákon? j=-D.deltac/deltax (j-hustota difúzního toku, D – difúzní koeficient) Jak definujeme difúzní koeficient D? Počet molů rozpuštěné látky, které projdou za jednotku času jednotkovým průřezem při jednotkovém koncentračním gradientu. Na jakém principu funguje vedení tepla? Jde o transport kinetické energie na základě gradientu teploty (molekuly si vzájemnými srážkami předávají kinetickou energii) Čím vyšší teplota, tím vyšší/nižší střední kinetická energie molekul? Vyšší Co je tepelná vodivost (lambda)? Množství tepelné energie, která projde jednotkovým průřezem při jednotkovém gradientu teploty za jednotku času. Na jakém principu funguje vedení elektrického proudu? Jde o transport elektricky nabitých částic na základě gradientu elektrického potenciálu (specifická vodivost – k) Co jsou koligativní vlastnosti roztoků? Vlastnosti, které přímo úměrně závisí na molární koncentraci látky, nezávisí však na charakteru látky (molekuly, ionty, atomy…) ani na velikosti či tvaru. JDE POUZE O POČET ČÁSTIC Co řadíme mezi koligativní vlastnosti? Snížení tenze par, zvýšení teploty varu, snížení teploty tání, osmotický tlak Jak probíhá snížení tenze par? Po rozpuštění látky v rozpouštědle dojde k poklesu tenze par roztoku Jaký zákon popisuje snížení tenze par? 1. Raoultův zákon: delta p=p0.n2/n1 (přímo úměrné počtu částic v roztoku) Kdy dochází ke zvýšení teploty varu? Po rozpuštění látky v rozpouštědle Co definuje zvýšení teploty varu? DeltaTv=Kee.c (Ke – ebulioskopická konstanta rozpouštědla) Kdy dochází ke snížení teploty tání? Po rozpuštění látky v rozpuštědle Jak definujeme snížení teploty tání? DeltaTt=-Kk.c (Kk – kryoskopická konstanta rozpouštědla) Co je osmotický tlak? Tlak vyvolaný tokem rozpouštědla přes polopropustnou membránu Co je osmóza? Pohyb molekul rozpouštědla (disperzního prostředí) přes semipermeabilní membránu za účelem vyrovnat koncentrace rozpuštěné látky (disperzního podílu) na obou stranách membrány (pokud na roztok vyvineme tlak o velikosti osmotického tlaku – osmóza se zastaví) Jak definujeme van’t Hoffovu rovnici? π=i.c.R.T (i.c = počet částic v roztoku, R-univerzální plynová konstanta – 8,314 [J.K-1.mol-1], T [K] Jak se měří osmotický tlak? Osmometrem Kde dochází k osmoregulaci? V ledvinách Jaký osmotický tlak bude mít hypertonický roztok? Vyšší Jaký osmotický tlak bude mít izotonický roztok? Stejný Jaký osmotický tlak bude mít hypotonický roztok? Nižší Jak působí krevní tlak na krev? Vytlačuje vodu do mezibuněčného prostoru tkání Jak působí osmotický tlak na krev? Nasává vodu zpět do kapilár Co označujeme jako fázové rozhraní? Hranice mezi 2 fázemi, na této hranici můžeme pozorovat jevy jako povrchové napětí/adsorpce Co je povrchové napětí? Efekt při kterém se povrch kapaliny chová jako elastická folie, která se snaží dosáhnout co nejmenšího povrchu (tvar koule) Jaké síly působí na povrchové molekuly kapaliny? Van der Waalsovy síly, vodíkové můstky pouze zevnitř kapaliny Jak definujeme povrchové napětí? σ=deltaF/deltal [N.m-1] Čím vyšší teplota, tím vyšší/nižší povrchové napětí? Nižší Co je kapilární elevace? Smáčivá kapalina (voda) ve skleněné kapiláře ZVÝŠÍ svou hladinu oproti hladině kapaliny v nádobě (čím užší kapilára a čím vyšší povrchové napětí, tím výše hladina vystoupí) Co je kapilární deprese? Hladina nesmáčivé kapaliny (rtuť) v kapiláře je níže než hladina kapaliny v nádobě Co jsou povrchově aktivní látky? = surfaktanty/tenzidy (látky, které snižují povrchové napětí kapalin) Co je adsorpce? Hromadění plynné nebo kapalné látky na povrchu jiné látky (kapalné nebo pevné) – výhodnější energetické uspořádání Čím je způsobena fyzikální adsorpce? Způsobena slabými mezimolekulovými silami vdW Čím je způsobena chemisorpce? Způsobena chemickou vazbou – pevnější Čím vyšší teplota tím více/méně adsorbované látky? Méně Čím vyšší tlak u plynů (koncentrace u kapalin), tím vyšší/nižší adsorpce? Vyšší Co vyjadřují izotermy? Závislost na koncentraci/tlaku při dané teplotě Co je příkladem izotermy? Gibbsova adsorbční izoterma (adsorpce souvisí s povrchovým napětím) – v povrchové vrstvě se budou hromadit látky, které snižují povrchové napětí roztoku Jaké dva obory rozlišujeme ve farmakologii? Farmakodynamika, farmakokinetika Co zkoumá farmakodynamika? Účinek léčivé látky na organismus Co zkoumá farmakokinetika? Popisuje osud léčiv v organismus (působení organismu na léčivou látku) Jaká forma podání látek do organismu je nejrychlejší? Intravaskulární Jaké druhy pohybu látky v organismu známe? Absorpci, distribuci, metabolismus, exkreci Druhy aktivního transportu: Transport pomocí nosičů, endocytóza, exocytóza Druhy pasivního transportu: Volná difúze, facilitovaná difúze, osmóza, filtrace Způsoby vylučování: Ledvinami (glomerulární filtrace, tubulární reabsorbce, tubulární sekrece), zažívacím traktem, plícemi, žlázami Jak se šíří podélné vlnění? Všemi skupenstvími Jak se šíří příčné vlnění? V pevných látkách a na povrchu kapalin Co je ultrasonografie? Diagnostická zobrazovací metoda založená na registraci ultrazvuku odraženého od tkání (UZ se na akustických rozhraních z části odráží –> zviditelnění rozhraní) Jak je definována akustická impedance? Z=ρ.v (veličina charakterizující šíření zvuku v daném prostředí) Jaké jsou používané frekvence u ultrasonografie? 2-18 MHz, podélné vlnění Co definuje R? Poměr intenzit odražené ku dopadající UZ vlny R=((Z2-Z1)/(Z1+Z2))2 Co to znamená, když Z1=Z2? Homogenní prostředí –>R=0 (žádný odraz) Co to znamená, když Z1se přibližně rovnáZ2? Rozhraní měkkých tkání s podobnou impedancí, R–>0 Co to znamená, když Z1Z2? Rozhraní tkáň-kost/tkáň-vzduch, R–>1 Co je důležité pro UZ vyšetření? GEL (jinak by docházelo k velkým odrazům na rozhraní vzduch-kůže) Kde vzniká periostální bolest? Na rozhraní kost-tkáň (absorpce a přeměna na teplo) Čemu je přímo úměrná absorpce? Frekvenci (čím vyšší frekvence–>tím vyšší absorpce–>tím nižší pronikavost) Jaká frekvence UZ na hlouběji uložené struktury? Nižší (za cenu menšího rozlišení) Jaká frekvence UZ na povrchově uložené struktury? Vyšší (s vyšším rozlišením) Co je absorpční kvocient? Vrstva prostředí, která absorbuje právě polovinu dopadajícího UZ K čemu dochází na rozhraní tkáně, která se pohybuje? Frekvence dopadající vlny se nerovná frekvenci odražené vlny (–> frekvenční posun) v důsledku Dopplerova jevu (využití pro měření rychlosti toku krve) Jaký je limitní “posuvný” úhel? (Kdy ještě nedojde k chybě měření) 60 stupňů Jak se generuje a detekuje UZ? Pomocí pizoelektrického měniče (využívá piezoelektrického jevu a mění signál elektrický na akustický a naopak) – krystaly SiO2 nebo keramické hmoty, generuje impulsy několik ms dlouhé s opakující se frekvencí 102-103 Hz Jak zjistíme vzdálenost sondy od rozhraní? Podle časového zpoždění mezi generováním a detekcí Proč je intenzita odražené vlny snížená? Kvůli odrazu na rozhraní (I UZ klesá exponenciálně s hloubkou průniku) Co je TGC? Time gain compensation = zesilovač, který kompenzuje ztráty I (s čím větším časovým zpožděním impuls přichází –> tím víc ho zesílí) Jak fungují ultrazvukové kontrastní prostředky? Injikují se do tělních dutin v průběhu ultrazvukového vyšetření –> zvyšují odrazivost struktur Jak rozdělujeme ultrasonografii dle registrovaných odrazů? Zobrazení A, zobrazení B Co je zobrazení A? Amplitudová modulace signálu (1D) (amplituda odpovídá intenzitě) – echa zobrazena jako impulsy na ose s jednotkami vzdálenosti Jaké je využití zobrazení A? Ultrazvuková defektoskopie, dříve měření optických rozhraní v oku Co je zobrazení B? Jasová modulace signálu (2D) (jas pixelů odpovídá intenzitě, vysoký jas–>echogenní struktury/malý jas–> anechogenní struktury) – echa zobrazena jako pixely s různým jasem Kde se využívá B zobrazení? Ultrasonografie měkkých tkání Jaké máme klasické ultrazvukové zobrazovací metody? 2D zobrazení, M zobrazení, 3D zobrazení Co je 2D zobrazení? Dvojrozměrný obraz řezu těla, rovina řezu je vymezena UZ polem, které je generováno sondou, záznam monitoru se skládá z velkého počtu nasnímaných 2D obrazů v čase Jaké známe sondy? Mechanické (jeden UZ měnič, který rotuje –> zobrazení tkání krytých žebry- strčí se do mezižebří)/elektronické - více synchronizovaných UZ měničů) Jaké je využití 2D zobrazení? Zobrazení řezů orgány, měření vzdáleností od sondy, průřezy cévami Co je M zobrazení? Sledování pohybujících se struktur, echokardiografie (sledování pohybu srdeční stěny či chlopní) – 1D zobrazení, sledujeme 1 bod v závislosti na čase Co je 3D zobrazení? Trojrozměrný obraz struktur, 3D obraz je rekonstruován počítačem z 2D řezů, zobrazovaná struktura se nesmí pohybovat pro lepší kvalitu obrazu Co je IVUS? Intravascular ultrasound, jedná se o invaziní vyšetření, zobrazení vnitřního povrchu cév, obsahuje měnič a rotující tělísko Co je Dopplerův jev? Změna frekvence odražené vlny vůči dopadající v důsledku pohybu akustického rozhraní –> fázový rozdíl (lze zobrazit pohybující se rozhraní) Co je spojité Dopplerovské zobrazení? –>průtokoměry, zobrazuje rychlost toku krve v závislosti na čase, obsahuje vysílač (spojitě generuje UZ) a přijímač (je oddělený a vhodně akusticky odstíněný), frekvenční posun je ve slyšitelné oblasti –> akustický výstup Jaké jsou nevýhody spojitého Dopplerovského zobrazení? Nelze zobrazit uspořádání cév, jen orientační měření (nelze určit úhel alfa), když se 2 cévy překrývají nepoznáme, jakou měříme Jaké jsou pulzní Dopplerovské metody? Dopplerovská metoda mapování průtoku barvou, spektrální dopplerovská zobrazení, barevné Dopplerovské zobrazení Co je pulzní režim? Sledujeme časový i frekvenkční posun –> zjistíme rychlost a víme, kde ji měříme, přístroj odečítá i úhel alfa Co je Dopplerovská metoda mapování průtoku barvou? Rychlosti toku krve je přiřazena barva –> k sondě červená, od sondy modrá, turbulentní zelená Co je spektrální dopplerovské zobrazení? Zobrazuje graf rozložení spektra rychlostí v závislosti na čase, směrem k sondě – nad časovou osou, směrem od sondy – pod časovou osou Co je barevné Dopplerovské zobrazení? Sleduje frekvenkční posun (rychlost) i energii odražených vln (energie odpovídá počtu krvinek) Co je magnetická rezonance? Zobrazovací metoda založená na sledování odezvy jader s nenulovým magnetickým momentem, které jsou umístěny v silném magnetickém poli a interagují s vysokofrekvenkčním elektromagnetickým vlněním Co je nukleární magnetická rezonance? Týká se jader atomů, probíhá v silném magnetickém poli a týká se magnetických vlastností jader, dochází k rezonanci (frekvence vnějšího elmg. Vlnění je rovna frekvenci precesního pohybu jader) Co je jaderný spin? I=moment hybnosti jádra (násobek ½) Jak dělíme jádra dle MRI? I=0 (sudý počet protonů a neutronů), I=k.1 (lichý počet protonů a neutronů), I=k.1/2 (sudý/lichý počet protonů a lichý/sudý počet neutronů) Jaká jádra se dobře zobrazují? I=1/2 Jaká jádra se využívají? Nejčastěji 1H (velké zastoupení v těle) – také 13C, 19F, 23Na, 31P Jaké částice kolem sebe vytváří magnetické pole? Jaderné částice, které mají nenulový spin a pohybují se Co je magnetický moment jádra? Značí se – μ = γ.I.h/2 π (γ – gyromagnetický poměr – charakteristický pro jádro každého izotopu) Co nastává v silném stacionárním poli o B0? Orientace rotačních os jader ve směru vnějšího magnetického pole paralelně nebo antiparalelně , dochází k precesnímu pohybu vektoru magnetického momentu K čemu dochází vlivem Zemanová jevu? Dochází ke štěpení energetických hladin na 2 skupiny: odpovídají směru magnetických momentů jader vzhledem k B0 magnetického pole –> paralelní (méně energeticky náročné) / antiparalelní (energeticky náročnější) Co je vektor tkáňové magnetizace? M0 - vzniká při obsazení energetických hladin (na energeticky méně náročné hladině), je ve směru vnějšího magnetického pole = vektor podélné magnetizace, nejsme ho schopni měřit Jaká je rezonanční frekvence pro H? Jaký je průběh MRI? Obsazení energetických hladin –> zviditelnění–> vypnutí RF proudu –> T2 relaxace –> T1 relaxace Co je třeba pro zviditelnění? Potřebujeme vychýlit M0 do roviny xy, dodání energie – vysokofrekvenkční elektromagnetický impulz o frekvenci shodné s Larmorovou frekvencí (pro H je rezonanční frekvence 42,58 MHz/T) Jaký je průběh zviditelnění? Jádra absorbují energii –> vyšší energetická hladina –> vyrovná se počet jader na hladinách –> zaniká vektor podélné magnetizace–> další absorpce–> fázové sladění precesních pohybů jednotlivých jader–>rezonance–> vzniká vektor PŘÍČNÉ magnetizace (ten lze měřit pomocí přijímací cívky) Co nastává po vypnutí RF proudu? Systém se vrací zpět do základního stavu Co je T2 relaxace? Spin-spin-relaxace –> synchronizovaná jádra se rozfázují –> zaniká příčná magnetizace Co je T2 relaxační čas? Za jak dlouho se sníží příčná magnetizace na 37% Co je T1 relaxace? Spin-mřížka-relaxace – excitovaná jádra se vrací na původní energetickou hladinu –> obnovuje se podélná magnetizace (dochází k emisi přebytečné energie ve formě tepla) Co je T1 relaxační čas? Za jak dlouho se zvýší podélná magnetizace na 63% původní hodnoty Jaký čas je větší T1/T2? T1 časy jsou asi 2x až 10x větší než T2 Co se děje při tom, když se vektor příčné magnetizace vrací do stavu podélné magnetizace? Rotuje po plášti kužele –> při rotaci dochází k indukci elektrického proudu na snímací cívce Jaký je signál? Má stabilní frekvenci, má klesající intenzitu Co je FID? Volné doznívání indukce Jaké jsou odlišnosti v tkáních? Jádra vodíku v různých molekulách mají různé časy T1 a T2 relaxace (abychom tyto rozdíly zvětšili –> vysílají se pravidelně další RF impulsy) Co je TR? Čas opakování, čas mezi 2 impulsy Co je TE? Čas odezvy, čas kdy detekujeme příčnou magnetizaci Co je T2 relaxace? Postupný zánik příčné magnetizace, v tucích mizí rychle–> černá barva, ve vodě mizí pomalu–> bílá barva Co je T1 relaxace? Postupný vznik podélné magnetizace, v tucích rychle vzniká podélná magnetizace (bílá barva), ve vodě se neobjevuje podélná magnetizace (černá barva) Co je proton density image? Udává absolutní hustotu jader vodíku ve vyšetřované oblasti Čím je ovlivněna intenzita přijímaného signálu? Klesá s rostoucí T1 a pohybem tkáně/ roste s rostoucí T2 a protonovou hustotou Co patří do MRI zařízení? Hlavní magnet (tvoří homogenní stacionární magnetické pole) – používají se supravodivé magnety nejvíce, gradientní cívky (abychomrozeznali, odkud přišel signál), radiofrekvenkční cívky (vysílají a přijímají elektromagnetické pulsy), výkonný počítač, stínění celého pracoviště (Faradayova klec) Jaké jsou kontrastní látky v MRI? Ovlivňují Larmorovu frekvenci a tak i relaxační časy, zesilují signál, paramagnetické látky –> sloučeniny Gd, Mn nebo Fe (gadolinium se váže na DTPA, magnevist), voda, polarizované plyny He, Xe Jaké jsou metody MRI? MR angiografie, funkční magnetická rezonance, difúzní MR, MR spektroskopie Co je MR angiografie? MR obraz je ovlivňován pohybem tkání – proudem tekutin, používají se kontrastní látky (ale lze i bez kontrastních látek) Co je funkční magnetická rezonance? Metoda funkčního zobrazení mozkové aktivity, opakované snímání mozku při určitých činnostech a v klidu –> vidíme, která centra se aktivují V čem je podstata funkční magnetické rezonance? Perfúzní fMR (změna perfuze a objemu krve v aktivní oblastní mozkové kůry)/BOLD fMR (změna poměru oxygenovaného a deoxygenovaného Hb–> deoxy forma má totiž paramagnetické vlastnosti –> slouží jako kontrastní látka–> vzniká silnější signál) Co je difúzní MR? Registruje změny signálu, které jsou způsobeny difúzí vody ve tkáních Jaké je využití difúzní MR? Hodnocení akutní mozkové příhody, traktografie, kardiologie (hodnocení rozsahu poškození po infarktu) Co je traktografie? Zobrazení neurálních drah Co je MR spektroskopie? Využívá se na analýzu molekul (podle elektronového uspořádání zjistíme přítomnost skupin atomů) –> jádra jsou vázána různě –> dochází k různému stínění pomocí elektronů – mají svůj magnetický moment–> buď zesilují/zeslabují magnetické pole = chemický posun, vyhodnocení – Fourierovou transformací Jaké je využití MRI? Diagnostika (degenerativní onemocnění a nádory CNS, vrozené vady, kostní dřeň, pohybové ústrojí, kardiovaskulární onemocnění) Jaké jsou výhody využití MRI? Neinvazivní, bez ioniz, výborný kontrast měkkých tkání Jaké jsou nevýhody využití MRI? Silné magnetické pole, až 60 min, drahé Jaké jsou kontraindikace MRI? Kardiostimulátor, implatabilní kardioverter-defibrilátor, kochleární implantát, implantované kovové předměty před méně než 2 měsíci, další kovové věci (magnet může vytáhnout), klaustrofobie, první 3 měsíce těhotenství Co je nukleární medicína? Lékařský obor, který využívá radiofarmaka zavedená do těla pro terapii/diagnostiku Co je diagnostika radionuklidy in vivo? Pacientovi podáme radiofarmakum, měříme radioaktivitu in vivo (v pacientovi) / in vitro (po odebrání vzorku biologického materiálu) Co je diagnostika radionuklidy in vitro? Pacientovi odebereme vzorek biologického materiálu – do něj přidáme radiofarmakum (měříme radioaktivitu in vitro) –> výhoda –> pacient nepřijde do kontaktu s ioniz Co je radionuklid? Jakýkoliv radioaktivní atom Co je radioizotop? Radioaktivní atom prvku, který má alespoň ještě jeden neradioaktivní izotop Co je radiofarmakum? Radioaktivní látka, která je aplikována pacientovi (pro diagnostiku in vivo nebo terapii), množství vyjadřujeme v Bq, jedná se o otevřený zářič Jaké jsou vlastnosti radiofarmak? Krátký fyzikální poločas rozpadu –> menší radiační zátěž pro pacienta, specifické pro určitý orgán, chemická struktura určuje jeho začlenění do kinetiky a metabolických procesů Z čeho se skládá radiofarmakum? Z radionuklidu a nosiče (molekula, která dopraví radionuklid do cílového orgánu) Jaké je diagnostické využití radionuklidů? Distribuce radiofarmaka (měření objemu krve, měření distribučního prostředí iontů, stanovení objemu celkové vody, vyšetření resorpce a retence inotů), zobrazení metabolické fce orgánů, detekce nádorů (selektivní vychytávání radiofarmaka, reakce antigen-protilátka) Jak můžeme vyrobit radionuklid pro diagnostiku? Pomocí jaderného reaktoru (výroba pomocí tepelných neutronů)/pomocí radionuklidových generátorů (techniciový, kryptonový)/cyklotron (výroba radionuklidů pro SPECT-Ga,I,In – gama zářiče/pro PET-F-pozitronový zářič) Co je a na co je detektor ionizujícího záření? Přeměňuje ionizující záření na jinou formu energie, kterou jsme schopni zaznamenat (principy detekce: ionizace, excitace, fotografická emulze, termoluminiscence, fotoluminiscence) Jak funguje osobní filmový dozimetr? Na principu rentgenového filmu (citlivý na ioniz), měří beta + i -, gama a RTG, intenzita zčernání (po vyvolání filmu)– >je úměrná absorbované dávce (míra zčernání se určuje fotometricky) Jak funguje autoradiografie? Na principu fotografické emulze na filmu (histologická metoda – na preparát s radioaktivními látkami přiložíme film s fotografickou emulzí–> vyvolání filmu – místa zčernání určují místo radioaktivní látky) Jak funguje prstový dozimetr? Na principu termoluminiscence, používají se krystaly LiF (při ozáření akumulují energii–>elektrony jsou excitovány do vyšších energetických hladin, po zahřátí–>emitují fotony VIS) Jak fungují přístroje pro ochrannou dozimetrii? Měří kontaminaci pracovních ploch, oděvů…fungují na základě přeměny ioniz na elektrický proud (založené na ionizaci plynů/na excitaci či ionizaci pevných, tekutých nebo plastických hmot – SCINTILÁTORŮ) –> scintilační detektory Jak fungují plynové dozimetry? Ionizující záření ionizuje molekuly plynu (přímo elektricky nabité částice, nepřímo částice bez náboje), vznikem iontových párů –> se plyn stává vodivým–> nosič elektrického proudu Co je Voltampérová charakteristika? Grafické zobrazení ionizačního proudu v závislosti na napětí mezi elektrodami (napětí dává vzniklým iontům určitou kinetickou energii) Jaké jsou 3 úseky voltamérové charakteristiky? Úsek ohmova zákona (proud roste se vzrůstajícím napětím), úsek nasyceného proudu (velikost proudu závisí jen na intenzitě ionizujícího záření), úsek ionizace nárazem (velikost proudu závisí na počtu iontových párů) Kde se využívá druhého úseku? (Úsek nasyceného proudu) V ionizačních komorách Jaká je stavba plynového dozimetru? 2 kovové elektrody, zdroj stejnosměrného napětí, plynné prostředí mezi nimi Jak funguje ionizační komora? Využívá úsek nasyceného proudu voltampérové charakteristiky Jaká je stavba ionizační komory? 2 elektrody izolované od vnějšího prostředí, mezi nimi plyn Jaké je využití ionizační komory v medicíně? Měření celkové aktivity radiofarmak Jak funguje Geiger-Mullerova trubice? N stejném principu jako ionizační komora, ale používá napětí mezi elektrodami větší než 1000V, dochází k lavinovité ionizaci nárazem (1 částice ionizujícího záření –> 10ˇ6-10ˇ8 iontů), proudové impulzy registrujeme pomocí čítače, počet impulzů = počet částic Jak se využívá Geiger-Mullerova trubice? Monitorování úrovně radiace Jak funguje moderační detektor? Slouží pro detekci neutronů, tvořený látkou, která účinně zpomaluje neutrony - moderuje neutrony (parafín, polyethylen) Z čeho se skládá scintilační detektor? Skládá se z scintilátoru a fotonásobiče, předzesilovač, zesilovače, amplitudového analyzátoru impulzů, čítače, energetického spektra Co je scintilátor? Luminiscenční krystal - NaI s příměsí TI – jodid sodný dopovaný thaliem (dopadající foton excituje elektrony–> při deexcitaci dochází k emisi fotonů VIS–>scintilační záblesky) Jak funguje fotonásobič? Transformuje fotony VIS na tok elektronů (evakuovaná trubice), skládá se z fotokatody, soustavy dynod, anody Jak funguje předzesilovač? Tvaruje impulzy, aby amplituda odpovídala signálu Jak funguje zesilovač? Zesiluje impulzy Jak funguje amplitudový analyzátor impulsů? Propouští jen určité amplitudy, které přísluší určité energii Co je energetické spektrum? Distribuce četnosti impulsů v závislosti na energii (ideální gama – čárové spektrum, reálné gama – širší fotopík) Jak fungují měřiče - přístroje pro měření radioaktivity látek – radiofarmak? Radioaktivní materiál vložíme do studnového detektoru–>zadávání informace o radionuklidu –> získáme celkovou aktivitu v Bq a měrnou aktivitu v Bq/ml (po zadání objemu vzorku) – funguje na základě porovnání počtu impulsů se standardy Jaké jsou výhody scintilačního studnového detektoru? Vysoká účinnost měření – vzorek je ze všech stran kromě shora obklopen scintilátorem Co je scintilační detektor s tekutým scintilátorem? Měří aktivitu měkkého záření – neprojde do krystalu (velmi měkkého beta-, gama), dá se použít jen jednou Co je tekutý scintilátor? Roztok organické látky schopné interakce (přeměny ionizujícího záření na světelné fotony) Jak fungují přístroje pro měření radioaktivity v organismu? Měří záření vycházející z radiofarmak v pacientovi, používají se scintilační detektory (jednoduchá zevní detekce a celotělová detekce – počítá gama záření(pouze aktivita), zobrazovací přístroje – informují o distribuci zářiče v organismu) Co je jednoduchá zevní detekce? Lokální měření ionizujícího záření pomocí scintilačních detektorů Co je celotělová detekce? Měří aktivitu v celém organismu (bez ohledu na distribuci) – pacient leží mezi detektory Jaké je využití celotělové detekce? Průběžné sledování pacientů s vnitřní kontaminací, stanovení celotělového draslíku Co patří mezi metody radiodiagnostiky? Skiagrafie, skiaskopie, CT, ultrasonografie, MRI Co patří mezi metody nukleární medicíny? Scintigrafie, PET, SPECT Jak můžeme dělit zobrazovací metody? Podle toho, co chceme zobrazit/odkud vychází záření/v kolika dimenzích máme výsledek Jak dělíme metody podle toho, co chceme zobrazit? Anatomické (zobrazují strukturu – MR, CT, sonografie)/funkční (zobrazují fyziologické či patologické funkční jevy – PET, SPECT) Jak dělíme metody podle toho, odkud vychází záření? Emisní (záření vychází z pacienta a my ho detekujeme – PET)/transmisní (záření vysílání do pacienta a měříme co proje – CT) Jak dělíme metody podle toho, v kolika dimenzích máme výsledek? Planární (2D)/tomografické (3D) Co je scintigrafie? Metoda zobrazení distribuce radiofarmaka v organismu na základě zevní detekce vycházejícího záření gama Jak dělíme scintigrafii podle geometrického hlediska? Planární scintigrafie (pozor na možnost překrývání a superpozice)/tomografická scintigrafie (prostorové zobrazení – SPECT, PET) Co je scintilační kamera? Gamakamera, detekuje distribuci fotonů záření gama z celého zorného pole, stacionární velkoplošný detektor záření, je řízena počítačem Jaká je stavba scintilační kamery? Kolimátory, scintilátor, světlovodivý materiál, systém fotonásobičů, systém elektroniky a PC, olověný kryt, Co jsou kolimátory? Usměrňovače, zajišťují detekci pouze aktivity vyšetřovaného orgánu, olověná deska tvaru scintilátoru Co je scintilátor? Luminiscenční krystal - NaI s příměsí TI – jodid sodný dopovaný thaliem (dopadající foton excituje elektrony–> při deexcitaci dochází k emisi fotonů VIS–>scintilační záblesky) Jaké rozlišujeme kolimátory? Paralelní (otvory jsou rovnoběžné)/divergentní (otvory se mírně rozbíhají)/konvergentní (otvory se sbíhají směrem k objektu)/pin hole (jeden otvor – vytváří zrcadlový obraz, sledování malých orgánů) Jaké jsou scintigrafické metody? Planární/tomografická Co je planární scintigrafie? 2D snímání gamakamerou, používá se metastabilní Tc Aké rozlišujeme druhy planární scintigrafie? Statická (tvorba jednoho nebo několika obrazů)/dynamická (série více statických snímků postupně v čase, při sledování měnícího se děje – putování radiofarmaka tělem) Co je tomografická scintigrafie? Zobrazení v řezech a rekonstrukce do 3D, získáme projekci orgánů z mnoha úhlů–> detektor rotuje kolem dlouhé osy pacienta Co je metoda emisní tomografie? Zdroj ionizujícího záření je v těle pacienta – fotony jsou emitovány Jaké rozlišujeme druhy tomografické scintigrafie? SPECT a PET Co je SPECT? Single photon emission computed tomography – využívá zdroj gama záření – Tc99m (poločas rozpadu – 6h) Jak funguje SPECT? Gamakamera rotuje kolem těla pacienta po malých úhlech a snímá –> pro urychlení se používají 2-3 hlavy gamakamery –> počítačovou zpětnou rekonstrukcí –> vzniká filtrovaná zpětná projekce Co je PET? Pozitron emission tomography – využívá zdroj beta+ záření – F18 (poločas rozpadu 110 minut), jako nosič glukóza, radiofarmakum–>FDG, DETEKUJEME ALE GAMA ZÁŘENÍ! Co je anihilace? Spojení částice a antičástice –> vyzáření energie ve formě 2 kvant gama Co vzniká beta+ přeměnou radionuklidu? Pozitron (dosah ve tkáni v řádu milimetrů)–> ztrácí energii–>poté interaguje s elektronem –> anihilace Jakou energii mají fotony u PET? 511keV Čím jsou spojeny detektory v PET? Koincidenčním obvodem (registrují jen fotony) Jaké jsou 3 typy koincidence? Pravá, rozptýlená, náhodná Co je TOF PET? Time of flight – na základě měření rozdílu času detekce–> můžeme určit konkrétní místo na přímce, kde došlo k anihilaci Jaká je výhoda PET? Nepotřebujeme kolimátory – elektronická kolimace Jaké je využití PET? Nejcitlivější a nejselektivnější technika zobrazování procesů v lidském těle, velmi citlivá detekce –> aplikují se pikomolární koncentrace radionuklidů –> menší zátěž, měření metabolických fcí, funkční anatomie mozku Co jsou hybridní systémy? Kombinace funkčního (PET,SPECT) a anatomického (MRI, CT) zobrazení –> fúze obrazů, vidíme přesné umístění nádorů Co je denzitometrie? Měření obsahu minerálních látek v kostech – hlavně Ca (diagnostika osteoporózy –> úbytek Ca, snadná lomivost kostí) Co je BMD? Bone mineral density=hustota kostí–>plošná hustota (vyhodnocuje se podle množství Ca v kostech) Jak denzitometrie využívá ioniz? Sleduje závislost mezi obsahem minerálních látek a schopností pohlcovat RTG Kde se nejčastěji měří denzitometrie? Kyčel, pánev, páteř Z čeho je tvořeno měřící zařízení pro denzitometrii? Rentgenka, detektor ioniz, jednotka pro digitalizaci obrazu a programové vyhodnocení Co je DXA? Metoda denzitometrie, kde se využívají 2 paprsky RTG o jiné energii –> odečte se absorpce měkkých tkání –> vyhodnotí se BMD Co je QCT? Metoda denzitometrie, kde se tvoří 3D obraz kostí pomocí CT, ale větší radiační zátěž –> CT čísla odpovídají BMD Jaké metody denzitometrie využívají UZ (méně přesné, spíše orientační)? Sledují závislost mezi obsahem minerálních látek v kosti a: rychlostí záření UZ (SOS)/mírou absorpce UZ (BUA) Co je termografie? Zobrazovací metoda, která umožňuje graficky zobrazit teplotu povrchu sledovaného objektu Jak funguje bezkontaktní termografie? Povrch každého tělesa (o teplotě > 0K) vyzařuje elektromagnetické záření s určitým frekvenčním spektrem Na čem závisí maximum frekvenkčního spektra? Na teplotě (čím vyšší teplota–>tím nižší vlnová délka) Jak je definován Stefan-Boltzmannův zákon? Byl odvozen pro model absolutně černého tělesa, ale dá se aplikovat i na ostatní –> E= σ.T4 (E-intenzita záření, σ – stefan-Boltzmannova konstanta) Jak je definován Wienův posuvný zákon? λpeak.T=konstanta Čím je ještě ovlivněna intenzita záření? Zářivostí povrchu objektu (E=Ereálná/Ečerného tělesa) Jaké jsou třeba přístroje k bezkontaktí termografii? Optický systém, snímací prvek, pyrometry, termokamery Co dělá optický systém? Soustředí elektromagnetické z. Na snímací prvek Co dělá snímací prvek? Převádí elektromagnetický signál na elektrický (princip fotoemise) Co dělají pyrometry? Měří teplotu z určité části povrchu Co dělají termokamery? Tvoří teplotní obraz (částem o určité teplotě přiřazuje určitou barvu) Co je termogram? Grafické znázornění rozložení teplot na povrchu sledovaného objektu Jaké je využití bezkontaktní termografie? Diagnostika (záněty, nádory, onemocnění cévního systému se změnami prokrvení) Jak funguje kontaktní termografie? Využívají se kapalné krystaly v cholerterické fázi (molekuly uspořádány ve vrstvách, osy molekul navzájem rovnoběžné) - odráží nejvíce vlnovou délku, která odpovídá stoupání šroubovice (stoupání závisí na teplotě–>vlnová délka vrstvy je indikátor teploty) Co je kapalný krystal? Anizotropní krystal, přechod mezi pevným a kapalným skupenstvím Jaké jsou měřitelné teploty u kontaktní termografie? 10-120 stupňů celsia Co se využívá v medicíně u kontaktní termografie? Termografické desky, osvětlení a kamera Co je tvarová paměť? Termodynamická charakteristika inteligentních materiálů (materiál se snaží udržet v energeticky nejvýhodnějším stavu –> tak při určité teplotě mění své vnitřní uspořádání –> přechází mezi 2 krystalovými formami s odlišnými vlastnostmi) Jaké jsou 2 formy těchto krystalů? Martenzit/austenit Jak se nazývá forma materiálu za NIŽŠÍ TEPLOTY? Martenzit Jak se nazývá forma materiálu za VYŠŠÍ TEPLOTY? Austenit Co je přechodová teplota? Teplota, při které dochází k přechodu mezi formami (závisí na materiálu a složení) Jaké materiály patří mezi materiály s tvarovou pamětí? Keramické materiály (ZnO2, MgO, CeO2), polyuretany, slitiny kovů, NITINOL Co je nitinol? Slitina niklu a titanu objevená v laborce NOL, je biokompatibilní (tolerován tkáněmi –> vyjímečné postavení v medicíně), není jedovatý, je odolný proti korozi Jaká je tvarová paměť nitinolu? 2 krystalické formy: martenzit (při nižší teplotě – cik-cak struktura – měkký snadno deformovatelný), austenit (při vyšší teplotě, stabilní kubická struktura, velká tvrdost a mechanická odolnost) Jak lze změnit přechodová teplota? Změnou poměru Ni/Ti nebo příměsemi, v medicíně cca teplota těla Jaké je využití nitinolu v medicíně? Stomatologie (rovnátka, endodontické nástroje), ortopedie (osteosyntetické skoby, náhrada kostí, kroužky nitinolu místo meziobratlových plotének), chirurgie (nitinolové drátky, zaváděcí drátky katetrů), miniinvazivní chirurgie (samoexpantibilní stenty, kavální filtry, urologické košíčky), ovladače protéz ruky a nohy Jaké jsou výhodné vlastnosti kolagenu? Biokompatibilní, netoxický, biodegradabilní, hemostatické účinky –> tamponády Jaké jsou přírodní zdroje kolagenu? Kůže, Achillova šlacha, cévy a perikard Jak se vyrábí umělý kolagen pomocí gama z.? Sesíťováním, výroba kolagenových čoček s vysokým obsahem vody (94%), vysoká pevnost v tahu, dobrá propustnost kyslíku, zároveň sterilizace Jaké mohou být náhrady kůže? Vlastní kožní transplantát pacienta, transplantát z mrtvého dárce, vepřová dermální náhrada (dochází k imunitním reakcím, ale může se využít nebuněčných materiálů –> fibrin, fibronektin, kys. Hyaluronová, chitosan, kolagen) Jaký je kožní implantát? Jde o dočasnou krycí fci a bakteriální ochranu, přilnavý, možnost vaskularizace, prorůstají jím okolní bunky, průběžně je degradován enzymy Jak se vyrábí kožní implantát? Pacientovi se odebere pár fibroblastů–> in vitro se kultivují na kolagenové matrici–> fibroblasty se namnoží a předělají si matrici na svůj kolagen–> můžeme implantovat pacientovi (bez problémů s imunitou) Čím lze nahradit kost? (Kostní náhrady a výplně) Implantační keramika (korály-uhličitan vápenatý – vhodná struktura podobná houbě, póry umožňují vrůst kostní tkáně), hydroxyapatit+kolagen (struktura velmi podobná kostem) Co je radioaktivita? Projev nestability jádra Jaké atomy považujeme za radioaktivní? Atomy s nestabilními jádry (obsahují nadbytek energie), samovolně se přeměňují na stabilní atomová jádra Jaké atomy považujeme za stabilní? Atomy s poločasem rozpadu větším než 1 mld let Jak se po chemické stránce chovají radioaktiní atomy? Stejně jako neradioaktivní Co je radioaktivní přeměna? Proces, který probíhá pouze s určitou pravděpodobností Jak definujeme zákon radioaktivní přeměny? N-počet jader v čase t, N0 – počáteční počet jader, λ – přeměňová konstanta (vyjadřuje pravděpodobnost přeměny) Jak je definovaná střední doba života? τ=1/ λ Jaké jsou druhy radioaktivní přeměny? Přeměna α, přeměna β+, přeměna β-, přeměna γ Jaké zákony platí u radioaktivních přeměn? Elektrického náboje, počtu nukleonů, hybnosti, energie Co je přeměna α? Alfa záření (heliová jádra), α částice – He, probíhá u těžkých atomových jader (při přeměně se odečtou 4 od A a 2 od Z), doprovázeno emisí kvanta gama Co je přeměna β+? Jádro má nedostatek neutronů, od Z se odečte 1, vyzáření pozitronů (vzniká neutrino) Co je přeměna β-? Jádro má nadbytek neutronů, Z si přičte 1, vyzáření elektronů (vzniká antineutrino) Co souvisí s přeměnou β? Záchyt elektronů (elektron z K vrstvy je zachycen do jádra –> uvolní se místo v K vrstvě –> dochází k přeskoku elektronů do nižších vrstev za současného vyzáření energie –> emise charakteristického RTG Co je přeměna γ? Gama záření, často probíhá s ostatními přeměnami, elektromagnetické záření, proud fotonů Jakým způsobem může gama záření vytvořit charakteristické RTG? Pomocí vnitřní konverze záření –> foton může po cestě z jádra ionizovat elektrony ve vnitřních vrstvách obalu –> konverzní elektrony –> následuje sestup elektronů na nižší hladinu –> charakteristické RTG Jak se značí aktivita radionuklidu? A=počet přeměn za sekundu [Bq]=[s-1] Jak se značí absorbovaná dávka? D=podíl energie (předané ionizujícím zářením látce) a hmotnosti této látky [Gy=gray] = [J.kg-1] Jak se značí jakostní činitel? Q – charakterizuje biologický účinek daného ionizujícího záření, závisí na lineárním přenosu energie (pro fotony gama/RTG Q=1…pro alfa Q=20 –> alfa je mnohem škodlivější) Jak se značí dávkový ekvivalent? H-absorbovaná dávka, která bere v úvahu, že různé typy ionizujícího záření s různými energiemi mají různé biologické účinky na lidský organismus, H=D.Q [Sv] = [J.kg-1] Jak se značí ekvivalentní dávka? HT = analogie dávkového ekvivalentu, HT=D.WR (WR -analogie jakostního činitele)[Sv] Jak se značí efektivní dávka? E= součet ekvivalentních dávek v jednotlivých tkáních, které jsou vážené tkáňovým faktorem [Sv] Jak se značí emise zdroje? Střední počet emitovaných částic ze zdroje za jednotku času [s-1] Jak se značí energie ionizujícího záření? V eV Jak se značí lineární přenos energie (LET)? L=energie ionizujícího záření, která byla na jednotce dráhy spotřebována na ionizaci a excitaci (závisí na náboji, rychlosti částic, brzdné schopnosti absorbující látky), vyjadřuje HUSTOTU IONIZACE A EXCITACE [keV.um-1] Co je fyzikální poločas přeměny? Tf= doba, za kterou se přemění právě polovina atomů radionuklidu (klesne aktivita na polovinu) Tf=ln(2)/ λ Kolik poločasů přeměny je třeba, abych látku považovali za neradioaktivní? 10 Co je biologický poločas přeměny? Tb=doba, za kterou se z organismu vyloučí právě polovina množství dodaného radionuklidu Co je efektivní poločas? Tef= doba, za kterou klesne celková aktivita radionuklidu v těle na polovinu (zahrnuje radioaktivní přeměnu i biologické vylučování) 1/Tef=1/Tf+1/Tb !!směrodatný pro výpočet dávky Co je izotopové číslo? I=N-Z (nadbytek neutronů nad protony) Co jsou izotopy? Atomy téhož prvku, které mají stejné Z, ale různé A Co jsou izobary? Atomy různých prvků, které mají různé Z, ale stejné A Co jsou izotony? Atomy různých prvků, které mají stejné N Co jsou izomery? Atomy téhož prvku se stejným Z i A, ale mají jiný energetický stav jádra, jiné radioaktivní vlastnosti Co je přirozená radioaktivita? Radioaktivní přeměny jader, které se v přírodě vyskytují běžně (50 radionuklidů) Jaká jsou skupiny přirozených radionuklidů? Vysoké protonové číslo, nižší protonové číslo, lehké radionuklidy Jak definujeme přirozené radionuklidy s vysokým protonovým číslem? Z mateřského radioaktivního prvku –> vzniká dceřinný radioaktivní prvek (po mnoha přeměnách –> stabilní izotop Pb) tvoří 3 přirozené rozpadové radioaktivní řady – uranová, aktinouranová, thoriová Jak definujeme přirozené radionuklidy s nižším protonovým číslem? Hlavně přeměna beta- (vznikají stabilní jádra) Jak definujeme přirozené lehké radionuklidy? Vznikají působením kosmického záření na dusík Co je umělá radioaktivita? Radioaktivní přeměny uměle vytvořených radionuklidů, které se v přírodě nevyskystují (interakce stabilních jader s částicemi o vysoké energii) Jaká je umělá rozpadová radioaktivní řada? Neptuniová Jak může vznikat radioaktivní izotop? Pomocí neutronů – mohou být jádrem pohlceny bez uvolnění částice Co je radioaktivní rovnováha? Stav, kdy se přeměňuje stejný počet jader mateřského i dceřinného radionuklidu za jednotku času (–> poměr počtu jejich jader je stejný) Kdy nastává trvalá radioaktivní rovnováha? Pouze pokud je fyzikální poločas přeměny mateřského radionuklidu mnohem větší než dceřinného T1>>T2 Kdy nastává přechodná radioaktivní rovnováha? T1>T2 Co je ionizující záření? Záření, které má schopnost ionizovat elektrony atomů nebo excitovat jádra atomů Co je ionizace? Děj, při kterém je elektron absorpcí energie ionizujícího záření vyražen z elektronového obalu Co je primární ionizace? Počet iontových párů vytvořených ionizující částicí Co je sekundární ionizace? Počet iontových párů vytvořených ionizovanými elektrony Co je korpuskulární ionizující záření? Tok částic, které mohou ionizovat (parametry: elektrický náboj, klidová hmotnost, kinetická energie) Jak dělíme částice korpuskulárního ioniz. Záření? Těžké (alfa částice, protony, neutrony), středně těžké (mezony), lehké (elektrony a pozitrony) Co je fotonové ionizující záření? Elektromagnetické záření, které může ionizovat (dualistický charakter) Jak se liší RTG a gama záření? RTG-delší vlnová délka a vzniká v obalu xxx gama – kratší vlnová délka a vzniká v jádře, nebo anihilací částice a antičástice Jaké máme druhy ionizujícího záření? Záření α, záření β+, záření β-, záření γ, RTG záření Jak definujeme záření α? Částicové záření, vzníká při alfa přeměně, má ČÁROVÉ SPEKTRUM, rychlost 30 000km/s, energie MeV, nejvíce toxické (přímo ionizuje a excituje), vysoký lineární přenos energie (LET), dolet: vzduch-mm, tkáně-um, nebezpečné z hlediska vnitřní kontaminace, v medicíně se neužívá Jaké jsou cesty vstupu radionuklidů do organismu? Ingesce(potravou), inhalace, poraněním Jak definujeme záření β? Vzniká při přeměně beta (proud elektronů/pozitronů), doprovázené gama, má spojité SPOJITÉ SPEKTRUM, rychlost: 100 000km/s, energie: desítky keV až jednotky MeV Jak interaguje beta s obalem? Přímo ionizuje a excituje, pružný rozptyl elektronů, tvorba brzdného záření Jaký je dolet beta? Vzduch (cm), tkáně (mm) Čím se nesmí stínit beta? Pb – interakcí s elektrony vzniká RTG Jaké je využití beta záření v medicíně? Beta (-) - se využívá ve brachyterapii (kontaktní léčba nádorů) –> injekce zářiče do středu nádoru, k léčbě štítné žlázy – směs gama a beta- Beta (+) – se využívá v diagnostice – PET (pozitronová emisní tomografie) Jak definujeme záření γ? Vlnová délka – 10-13 až 10-16 m, vzniká v jádře, rychlost světla, energie: desítky keV-jednotky MeV, má ČÁROVÉ SPEKTRUM Jak gama interaguje s obalem? Ionizuje nepřímo, fotoelektrický jev, comptonův rozptyl, tvorba elektron-pozitronového páru Co je fotoelektrický jev? Foton gama záření předá veškerou energii elektronu a ionizuje ho –> foton zaniká –> vzniká fotoelektron –> je uvolněn z atomu a ionizuje okolí (část energie se spotřebovala na výstupní práci a část na kinetickou energii) Jaká je energie fotonu u fotoelektrického jevu? Okolo 100 keV Co je comptonův rozptyl? Foton gama záření s vyšší energií předá část energie elektronu a ionizuje ho (ten ionizuje další elektrony) –> vznikne sekundární foton s nižší energií a je odchýlení od původního směru, probíhá tak dlouho, dokud foton nezanikne fotoelektrickým jevem Jaká je energie fotonu u comptonova rozptylu? 0,5-5MeV Jak funguje tvorba elektron-pozitronového páru? Foton gama záření s vysokou energií (vyšší než 1,022 MeV) = součet klidové energie elektronu a pozitronu, při průletu v blízkosti atomového jádra dojde k přeměně energie fotonu na pozitron a elektron–> elektron a pozitron pak ionizují další atomy, postupně ztrácejí energii–> pozitron pak anihiluje s libovolným elektronem–> vznikne 2 kvanta gama záření o energii 0,511 MeV Jaký je dolet gama? Ve vzduchu metry, ve tkáni centimetry Jaké je využití gama záření v medicíně? Diagnostika (nukleární medicína), terapie (léčba nádorů – teleterapie/brachyterapie) Co se využívá u teleterapie? Radionuklidy s delším poločasem – kobalt 60, cesium 137 Co se využívá u brachyterapie? Radiojod 131 –> léčba nádorů štítné žlázy Jak definujeme záření RTG? Elektromagnetické záření o vlnové délce 10-8 až 10-12, zdrojem je rentgenka Jak interaguje RTG s obalem? Fotoelektrický jev a comptonův rozptyl Co se léčí pomocí protonů? Nádory mozku, prostaty, lymfomy, nádory u dětí Jakým způsobem ionizují neutrony? Nepřímo Jak neutrony interagují s obalem? Nezpůsobují!! Ionizaci, ale narušují stabilitu atomů –> vyvolávají radioaktivitu Jaká je střední doba života neutronu? 10ˇ3 s Co se děje s jádry s nadbytek neutronů? Beta- přeměna Jak vznikají neutrony? Neutronové generátory, radionuklidové zdroje, jaderné reaktory, jaderné exploze Co je kosmické záření? Má částicovou i elektromagnetickou složku, velké účinky při kosmických letech –> větší dávka Jaká je energie kosmického záření? 10ˇ8 až 10ˇ18 eV Jaký je roční dávkový ekvivalent kosmického záření na úrovni moře? 280uSv (s růstající nadmořskou výškou–>roste dávka) Jaké jsou druhy interakcí neutronů? Pružná srážka, potenciálový rozptyl, pružný rozptyl, nepružný rozptyl, vyzáření částice, radiační záchyt, štěpná reakce Co je pružná srážka? Srážka např. S jádry vodíku–> uvádí se do pohybu a protony ionizují atomy okolí (nepřímý ionizační účinek) Co je potenciálový rozptyl? Neutron je působením jaderných sil vychýlen ze své původní dráhy –> pokračuje jiným směrem Co se stane pokud jádro pohltí neutron? Vznikne složené jádro ve vzbuzeném stavu Co je pružný rozptyl? Emise neutronu o stejné energii jako původní neutron Co je nepružný rozptyl? Emise neutronu o nižší energii než původní neutron Co je vyzáření částice? Neutron měl takovou energii, že může dojít k emisi částice (proton, deuteron, alfa částice) – část energie se přemění na kinetickou energii emitované částice Co je radiační záchyt? Neutron zůstává v jádře – jádro se zbaví energie ve formě gama záření Co je štěpná reakce? Složené jádro se rozštěpí za vzniku dvou jader Jaké jsou zdroje ionizujícího záření? Přírodní (kosmické, přirozené radionuklidy) x umělé (urychlovač částic, umělé radionuklidy, jaderný reaktor, neutronové generátory, jaderné zbraně) Jaké jsou typy urychlovačů částic? Lineární x kruhové (cyklotron – kladně nabité částice/betatron – záporně nabité částice) Jakým způsobem může ionizující záření působit na organismus? Přímé účinky (poškozování makromolekul, 30% účinku, převládá u buněk s malým obsahem vody) x nepřímé účinky (ionizace molekul vody–> vznik radikálů, 70% účinku, vysoce reaktivní, –> zmenšení počtu buněk – nedochází k proliferaci –> poškození orgánů) Jak dělíme účinky ioniz. Záření? Stochastické a deterministické Kdy v průběhu buněčného cyklu je buňka nejvíce radiosenzitivní? V G1 fázi (na konci) a M fázi Kdy v průběhu buněčného cyklu je buňka nejméně radiosenzitivní? V S fázi Jaký prvek zvyšuje senzibilitu buněk vůči ionizujícím záření? Kyslík (usnadňuje tvorbu radikálů) –> hypoxické nádory jsou radiorezistentní Na čem závisí konečný účinek ionizujícího záření? Na dávce, distribuci a druhu záření (čím vyšší LET a iontová hustota–> tím horší účinky) Co jsou stochastické účinky? Účinky, jejichž pravděpodobnost je bezprahová a lineární funkce dávky (tzn. Už minimální dávka je schopná vyvolat účinek –> čím větší dávka–> tím větší pravděpodobnost (0,1-0,3Gy) Jak můžeme rozdělit stochastické účinky? Somatické (projeví se u ozářeného) a dědičné Co jsou deterministické účinky? Účinky, které se objeví až po přesáhnutí určitého prahu dávky (0,7 Gy) Jak můžeme rozdělit deterministické účinky? Akutní nemoc z ozáření (po velkém jednorázovém ozáření) a chronická nemoc z ozáření (po malých opakovaných dávkách) Jak působí ioniz na buňku? Čím je buňka méně diferencovaná a čím vyšší má mitotickou aktivitu –> tím je vyšší radiosenzitivita Jakou dávku považujeme za absolutní letální dávku? Mezi 10-20 Gy Jak mohou radioprotektiva snížit ioniz? Až na polovinu Jaké jsou limity efektivního dávkového ekvivalentu? Vztaženy na jednotlivce a rok: pro pracovníky se zářením (50mSv) pro obyvatele ČR (1mSv) Jak dělíme radioterapii? Na brachyterapii a teleterapii Co je teleterapie? Léčba ionizujícím zář. Na dálku, zdroj ioniz je mimo tělo pacienta Co je brachyterapie? Kontaktní léčba ionizujícím zářením, zdroj zavádíme do těla pacienta Jaké rozlišujeme zářiče ionizujícího záření? Uzavřené a otevřené Jak fungují uzavřené zářiče? = radiofory, radionuklid je uzavřen v kovovém pouzdře (platina, hliník) –> propouští jen tvrdší paprsky vhodné pro léčbu (beta- zářič v brachyterapii – karcinom děložního hrdla) Jak fungují otevřené zářiče? = radiofarmaka – chemické sloučeniny s radioaktivním atomem (terapie štítné žlázy beta- a gama, využití v diagnostice) Přímé působení ioniz mají: Záření alfa, beta, protony, deuterony a jiné nabité částice Nepřímé působení ioniz mají: Fotony a neutrony Jaký je rozdíl mezi působením elektronů a fotonů? Elektrony působí spíše na povrchu, fotony hlouběji Co znamená frakcionace dávky? Rozdělení celkové dávky do menších dávek = frakce –> umožňuje zdravým tkáním reparaci a regeneraci (nádorové tkáně mají nižší regenerační schopnosti) Jaké jsou typy frakcionace? Standardní, hypofrakcionace, hyperfrakcionace Jaké jsou účinky na tkáň? Relativní biologická účinnost/vliv kyslíku na citlivost buněk Co je relativní biologická účinnost? Poměr dávky referenčního záření vůči záření, které nás zajímá, při stejném biologickém účinku Co je vliv kyslíku na citlivost buněk? Poměr dávek v tkáni bez kyslíku vůči tkáni s kyslíkem vedoucí ke stejnému biologickém účinku Jaké orgány jsou njevíce radiosenzitivní? Kostní dřeň, lymfoidní orgány, pohlavní žlázy, střevo Jaké orgány jsou nejméně radiosenzitivní? Svaly a nervová soustava Co se stane pokud je plod ozářen v ebryogenezi? Zemře Co se stane pokud je plod ozářen v organogenezi? Vývojové anomálie Co se stane pokud je plod ozářen v posledních měsících před narozením? Maligní nádory v dětském věku Co je reoxygenace? Nádory jsou hypoxické (v důsledku radioterapie se snižuje počet nádorových buněk –> ostatní mají více prostoru –> více zásobeny kyslíkem –> vzniká více reaktivních forem kyslíku–> zesilují se účinky ionizujícího záření) Co je redistribuce? Velikém reoxygenace nádorové buňky přechází z G0 do růstové fáze buněčného cyklu –> více citlivé Co je repopulace? Růst počtu kmenových buněk a rychlejší oprava tkání Co je terapeutický poměr? Poměr mezi letální dávkou nádoru a dávkou tolerovanou zdravými tkáněmi Co znamená, pokud je terapeutický poměr menší než 1? Nádor zničen Co znamená, pokud je terapeutický poměr menší než 1? Omezeně citlivý nádor - komplikace Co znamená, pokud je terapeutický poměr menší než 1? Nemá cenu Jaké jsou kontraindikace radioterapie? Špatný stav, pokročilá stádia, anémie, febrilní stavy Jaké jsou zdroje gama záření? Radionuklidy emitující gamazáření s vhodnou energií a vhodným fyzikálním poločasem (radionuklidy s dlouhým poločasem rozpadu -> aby měl větší životnost) Co jsou urychlovače částic? Zařízení pro umělé urychlování nabitých částic na vysoké energie Co jsou kobaltové a cesiové ozařovače? Ozařovače, které slouží pro teleterapii, zdrojem záření je radionuklid –> gama záření K čemu slouží 60Co? Jeho Tf=5,29 let, slouží k hloubkové radioterapii, má velkou aktivitu (3,7.1013 Bq), energie vyzářených fotonů: 1,33/1,17 MeV K čemu slouží 137Cs? Jeho Tf=30,4 let, hloubka ozáření je maximálně 5 cm, energie fotonu: 0,66MeV Co je Leksellův gama-nůž? Kobaltové zdroje (Co 60) uspořádané do hemisféry (cca 200 zdrojů, mají společné ohnisko) – dávka jednoho zdroje je malá, ale v ohnisku se nasčítají -> vysoká dávka Na co se využívá Leksellův gama-nůž? Ničení intrakraniálních lézí a nádorů (bez nutnosti otevřít lebku) Jaké rozlišujeme urychlovače částic? Betatron, lineární urychlovač, cyklotron Co je betatron? Cyklický urychlovač částic (ELEKTRONŮ) Jaká je stavba betatronu? Kruhová, vzduchoprázná trubice (tvar anuloidu), elektromagnet, katodová trubice (zdroj elektronů) Jaký je princip betatronu? Zdroj elektronů –> zakřivení dráhy v magnetickém poli –> soustavně se urychlují –>po urychlení se oslabí magnetické a elektrické pole –>elektrony se pohybují ven –> buď vylétnou (terapie rychlými elektrony)/dopadají na wolframový terčík (trvrdé brzdné RTG) Co je lineární urychlovač částic? Urychlovač nabitých částic, které se pohybují při urychlování po přímkové dráze (za působení el. Pole) Jaká je stavba lineárního urychlovače? Vakuová komora, zdroj částic, generátor vysokofrekvenčího napětí, válcové elektrody Jaký je princip vysokofrekvenčního lineárního urychlovače? Elektrony ze zdroje –> do urychlovacího systému –> procházejí válcovými elektrodami –> při průchodu se změní polarita–> částice jsou urychlovány v mezerách mezi elektrodami –> vyšší rychlost –> elektrody musí být delší a delší (aby se přepínání polarit stíhalo ve stejné frekvenci) –>možnost dopadu částic na terčík –> RTG Co je cyklotron? Kruhový urychlovač těžkých nabitých částic (protony, deuterony, alfa částice, ionty) Jaká je stavba cyklotronu? Elektromagnet, zdroj napětí (o vysoké frekvenci), urychlovací komora – vzduchoprázdná, 2 duanty = urychlovací elektrody Jaký je princip cyklotronu? Částice se pohybují uvnitř duantů–> magnetické pole zakřivuje dráhu částic–> urychlují se mezi duanty –>na konci dráhy je destička nabitá opačně k částici–> vychyluje ji do výstupního okénka Co je kybernetický nůž “Cyberknife”? Využívá k aplikaci vysokých dávek lineární urychlovač umístěný na robotickém rameni se 6 stupni volnosti, ozařovací přístroj umožňující stereotaktickou radiochirurgii, aplikace vysokých dávek do malých objemů těla Na čem závisí rychlost sedimentace krve? Na velikosti tíhové síly a síly vnitřního tření + na množství krvinek Co znamená zvýšená sedimentace krve? Nastává při anemii, zmnožení plazmatických bílkovin, infekce, alergie Co znamená snížená sedimentace krve? Nastává při polycytemii (moc erytrocytů) V jakém místě na Zemi je největší odstředivá síla? Na rovníku Kde je na Zemi největší tíhové zrychlení? Na pólech (zde je nulová odstředivá síla) Na čem závisí tíhové zrychlení? Na zeměpisné šířce Definice gravitačního zrychlení: g=k.M/r2 Co znamená bílá slepota? Nastává při kladném podélném přetížení –>krev se městná v dolních končetinách –> mozek se nedokrvuje Co znamená červená slepota? Nastává při záporném podélném přetížení –> překrvení sítnice a mozkových kapilár Jaké přetížení vnímáme nejlépe? Boční Při jakém přetížení máme problém s nadechnutím? Předozadní přetížení Co hrozí při krátkodobém přetížení? Roztžení svalu/zlomeniny, ale vydrží až 30G Co hrozí při dlouhodobém přetížení? Zhoršení pohybu/ztráta vidění Co jsou kinetózy? Vznikají při zrychleních (dezorientace vlivem jiných informací z vestibulárního aparátu a zrakového vjemu) Na co slouží antigravitační oděv? Stlačuje cévy dutiny břišní a dolních končetin, zabraňuje přesunu krve z mozku a ztrátě vědomí napuštěn kapalinou/vzduchem) Co je stav beztíže? Vyrovnaná gravitační a odstředivá síla –> mozek nemá informaci o poloze těla, dochází k němu na oběžné dráze Země Jaké problémy nastávají během stavu beztíže? Vnímání gravitace, přesun vody, ztráta vápníku v kostech, atrofie svalů Jak definujeme atmosférický tlak? Tak vyrovnaný tíhou sloupce vzduchu nad úrovní určité nadmořské výšky (na úrovni moře p= 101325 Pa = 760 mmHg) Převody tlakových jednotek? 1mmHg = 1 Torr=101325/760 Pa=133,3Pa Co je daltonův zákon? Celkový tlak vzduchu je dán souštem parciálních tlaků Jaká je běžná saturace kyslíkem? 97% Saturace krve v 5500 m? 80% a rychle klesá Na jakých aspektech závisí atmosférický tlak? Nadmořská výška, zeměpisná šířka, vlhkost, teplota a hustota vzduchu, povětrnostní situace Co je podtlak? Tlak nižší než atmosférický (s rostoucí nadmořskou výškou klesá tlak exponenciálně) Kdy nastává výšková hypoxie? Nad 2500 m Co zapříčiňuje vysokohorská nemoc? Problémy s dechem a oběhem, poruchy vnímání a chápání Co je aklimatizace? Postupná kompenzační reakce organismu a nítzký tlak –> aktivace syntézy erytropoetinu Kolik m/den doporučeno na výstup? 500m No je nitrobuněčný edém? Porucha Na/K-ATPázy = kumulace Na+ a vody v buňce (důsledek hypoxie) Co může nastat ve velkých výškách? Zhoršení výkonu a mentálních stavu, vyčerpání Co je sněžná slepota a čím je zapříčiněna? UV zářením, které se odráží od sněhu –> nemůžeme otevřít oči, bolí Jak souvisí kyslík a nadmořská výška? Do 2km v pohodě –> dále se snižuje saturace kyslíkem v 6-7,5 km nastává kritická zóna (není možné dlouhodobě pobývat) V jaká nadmořské výšce je potřeba přetlaková kabina? 12 km Jaký orgán je nejcitlivější na nedostatek kyslíku? Mozek (po 15 s hypoxie bezvědomí, po 3 min nevratná poškození) Co jsou podtlakové komory? Komory určené pro sportovce –> zvýšení tvorby erytropoetinu, zvětšení dechového objemu S každými 10 m hloubky ve vodě se tlak zvýší o: 98 kPa Jak hluboko se lze potopit s přístrojem? 70m Čím větší tlak vdechovaného vzduchu –> roste/klesá parciální tlak kyslíku a dusíku (více/méně se rozpouští v krvi a tkáních? Roste a více Co je kesonová nemoc? Vzdušný kyslík se do krve rozpouští úměrně svému tlaku, při náhlém poklesu tlaku (rychlé vynoření potápěče) se část dusíku uvolní ve formě bublinek –> způsobuje vzduchovou embólii (–> může ucpat kapiláry) Jak kesonové nemoci předejít? Dekomprese v přetlakové komoře, před potopením vydýchání všeho dusíku Co je dusíková narkóza? Při velkém tlaku –> se projevují účinky dusíku – euforie, bezstarostnost, únava, malátnost, závratě Co je hyperbarická oxygenoterapie? Léčba hypoxyckých stavů v hyperbarických komorách (otrava CO, CN-, plicní choroby, astma bronchiale) Co je dysbarismus? Stav, který vzniká na základě změn atmosférického tlaku –> bolesti ucha, barotraumata K čemu vedou změny tlaku? K relativním přetlaku/podtlaku ve středoušní dutině Když se sníží atmosférický tlak–> Ve středním uchu je PŘETLAK –> vyklenutí bubínku (při vzestupu letadla) Když se zvýší atmosférický tlak –> Ve středním uchu je PODTLAK –> vpáčení bubínku (při sestupu letadla) Co je a kdy nastává barotrauma? Nad 10kPa, prudká ušní bolest Co je Valsalův manévr? Výdechem nosem při zavřených křídlech a ústní dutiny Jaký je normální tlak kyslíku? 21,17 kPa Čím vyšší parciální tlak –> tím více/méně toxický? Více Co je hyperoxie? Stav, kdy parciální tlak ve vydechovaném vzduchu je vyšší než normální Jaké účinky na organismus může mít otrava kyslíkem? Poškození plic, kašel, nevolnost, bezvědomí Proč nesmí být novorozenci vystaveni tlaku vydechovaného kyslíku většímu než 4kPa? Zakalil by se jim sklivec –> oslepli by Co se stane, když je horko a nízká vlhkost? Vydatné pocení a odpařování vody –> odebírání tepla (i ztráty NaCl) Co se stane, když je horko a vysoká vlhkost? Pocení, ale neodpařuje se voda –> může dojít k selhání termoregulace Jaký je rozdíl mezi úžehem a úpalem? Úžeh – nastává při nadměrném vystavení slunci/úpal – přehřátí organismu Jaká je optimální vlhkost? 30-70% Kde se nachází centrum řízení dýchání? V prodloužené míše Co je vnitřní dýchání? Výměna dýchacích plynů mezi krví a tkáněmi Co je vnější dýchání? Výměna dýchacích plynů mezi vzduchem a krví Jaká je podmínka proudění vzduchu? Tlakový rozdíl mezi alveoly a atmosférou Co je pleurální prostor? Prostor mezi poplicnicí a pohrudnicí (je zde podtlak), vyplněna tekutinou Kde probíhá výměna plynů? V alveolech Co působíme změny tlaku v pleurální dutině? Kontrakce svalů Čím je způsoben negativní pleurální tlak? Retrakční silou plic (díky elasticitě se plíce snaží stáhnout), surfaktantem Jak seřadíme podle využití dýchání pomocí dýchacích svalů? Brániční –> žeberní –> smíšené Co nastává při zvětšení hrudníku? Roztáhnou se plíce –> zmenší se tlak Co nastává při zmenšení hrudníku? Plíce se změnší –> zvětší se tlak Proč je ve vydechovaném vzduchu více O2 a méně CO2 než v alveolárním? Protože se mísí s mrtvým objemem vzduchu v dýchacích cestách Jak probíhá difúze na alveokapilární membráně? Difúze CO2 je 20 x větší než difúze O2 Co je dechový objem? A kolik ml to je? Objem jednoho vdechu (500 ml) Co je mrtvý prostor? A kolik ml to je? Objem vzduchu v dolních a horních cestách dýchacích (150ml) Co je alveolární prostor? A kolik ml to je? Objem vzduchu v alveolech (350ml) Co je inspirační rezervní objem? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který můžeme po klidném vdechu ještě usilovně nadechnout (3000ml=3l) Co je exspirační rezervní objem? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který můžeme po klidném výdechu ještě usilovně vydechnout (1100 ml=1,1l) Co je reziduální objem? A kolik ml to je? Objem, který nejde z plic vydehnout ani maximálním úsilím (1200 ml=1,2l) Co je vitální kapacita plic? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který vydechneme maximálním výdechem po maximálním nádechu (5,5l/ženy do 5l) Jak měříme vitální kapacitu plic? Spinometrem Co je inspirační kapacita plic? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který jsme schopni nadechnout maximálním nádechem po klidném výdechu Co je funkční reziduální kapacita plic? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který v plicích zůstává po klidném výdechu Co je celková kapacita plic? A kolik ml to je? Objem vzduchu, který se nachází v plicích po maximálním nádechu Co je časová vitální kapacita plic? A kolik ml to je? Objem plic, který vydechneme v průběhu 1 sekundy (snížená při astmatu bronchiale) Jaká je frekvence dýchání? 12 dechů/min Co je minutová ventilace? VE=VT.fd Co je alveolární ventilace? VA=VE-(VD.fd) Co je podtlaková umělá ventilace? Železné plíce= tělo pacienta kromě hlavy hermeticky uzavřeno –> tvorba podtlaku (hrudník se rozpíná a nasává vzduch dovnitř) Co je přetlaková umělá ventilace? Vháníme do pacienta vzduch, přetlak roztahuje plíce Jaký je tlak v lévé komoře srdce? 100 mmHg Jaký je objem levé komory? 70 ml Jaký je tlak v pravé komře? 20 mmHg Jaký je objem pravé komory? 70 ml Rozdíl práce obou komor? Pravá 20% W levé komory Celková práce srdce v klidu? 1,13 J (pouze 1/10 celkové práce – zbylých 9/10 využito na udržení svalového tonu) Celkový výkon srdce v klidu? 1,32 W (P=W.f – f=70/min=1,17/s –> P=1,13.1,17) Jak dlouho trvá systola a diastola komor a síní? 0,75 s Co je tepový objem? = systolický objem, objem krve vypuzený jednou systolou do aorty (70-90ml) Co je komorový reziduální objem? Objem krve, který zůstává po systole v komoře (50ml) Co je ejekční frakce? Udává jaký podíl krve je vypuzen do oběhu při kontrakci komory Co je minutový objem srdeční? Objem krve vypuzený komorou za 1 minutu (v klidu 5lirů/min, při námaze 20 litrů/min) Jaké jsou vyšetřovací metody v kardiologii? EKG, echokardiografie, srdeční katetrizace, angiografie, elektroimpulzoterapie Co patří do elektroimpulzoterapie? Defibrilace, elektrokardioverze, kardiostimulace Co je angiografie? Kontrastní látka do srdce nebo cév Jaké rozlišujeme druhy srdeční katetrizace? Pravostranná/levostranná Jak funguje pravostranná srdeční katetrizace? Cévky do PS, PK a plicních –> měříme tlak a minutový objem Jak funguje levostranná srdeční katetrizace? Sonda LK –> saturace kyslíkem, minutový objem Co dělá koronární oběh? Vyživuje myokard, 240ml krve/min Co je koronární rezerva? Je schopna při námaze zvednout až 5x koronární oběh Co je tepová vlna? Tepna příjme srdcem tepový objem –> céva se roztáhne a po systole smrští Rychlost krve v kapilárách? 0,7mm/s Na čem závisí filtrace? Na hydrostatickém a osmotickém tlaku Z čeho vzniká lymfa? Z intersticiální tekutiny Kolik lymfy vznikne za den? 2 litry V jakých cévách je největší tlak? Tepny V jakých cévách je nejvíce krve? Žíly Jaké cévy mají největší plochu průřezu? Kapiláry Jaká je rychlost proudění krve v cévách? 50 cm/s v aortě, 20 cm/s v cévách průměrně Jaký je proud krve? Laminární (tenká vrstva krve při stěně cévy se téměř nepohybuje – směrem ke středu rychlost proudění vzrůstá) Co je turbulentní proudění? Nastává po kritické rychlosti (vyšší odpor kvůli vnitřním vírům) Co je Reynoldsovo číslo? Je definováno: průměr cévy x střední rychlost x hustota/viskozita krve Jak definujeme elasticitu cév? E=∆p/∆V Co jsou resistentní cévy? Tepny (tlak je určen odporem stěn proti nárůstu objemu krve) Co jsou kapacitní cévy? Tlak stoupne až po pojmutí určitého množství krve Jaké rozlišujeme cévní náhrady? Biologické/umělé (dacron/teflon) Jak definujeme objemový průtok? Jednotka? Qv=S.v (S1.v1=S2.v2=konst) [m3/s] Co je analytická disperze? (V rámci krve) Ionty a molekuly Co je koloidní disperze? (V rámci krve) Koloidní bílkoviny a polypeptidy Jak vzniká tlak krve? Interakcí mezi cévní stěnou a krví při systole Jaký je systolický tlak krve v tepnách? 120-130 mmHg (maximální tepenný tlak na vrcholu vypuzovací fáze) Jaký je diastolický tlak krve v tepnách? 70-85 mmHg (nejnižší arteriální tlak, než dojde k uzavření aortální chlopně) Jaký je tlak krve ve venulách? Cca 15 mmHg Jaký je tlak krve v žilách? Cca 5mmHg Na jakých parametrech závisí krevní tlak? Výkon srdce, odpor cévního řečiště (průsvit cév a pružnost), množství krve Co je ortostáza? Vzpřímený postoj Jak můžeme měřit krevní tlak? Přímo/nepřímo Jak měříme krevní tlak přímo? Zavedení katétru do tepny a připojení na manometr Jak měříme krevní tlak nepřímo? Na arteria brachialis, na rtuťovém tonometru vidíme tlak Co jsou Korotkovovy ozve? Ty slyšíme ve fonendoskopu, přerušovaně proudí krev v pulzním rytmu –> naráží do stěn prázdné tepny Na jakém principu funguje digitální tonometr? Na osilometrickém principu, změří při jakém tlaku jsou největší tlakové změny –> střední arteriální tlak –> díky programu dopočítá systolický a diastolický tlak Jak se nazývá nauka o teple? Termika Jaké obory zahrnuje termika? Kalorimetrie, kinetická teorie látek, termokinetika, termodynamika, termometrie Co je teplo a jak ho definujeme? Q [J], jedná se o formu energie - část změny vnitřní energie, která nemá povahu práce (podle prvního termodynamického zákona) Co je termodynamika? Část termiky, která studuje přeměny tepla v jiné formy energie a naopak Jaké rozlišujeme druhy termodynamických systémů? Izolované, uzavřené, otevřené Definice izolovaného termodynamického systému: Nic si nevyměňuje s okolím Definice uzavřeného termodynamického systému: Vyměňují si s okolím energii Definice otevřeného termodynamického systému: Vyměňují si s okolím energii i hmotu Pomocí jakých veličin popisujeme termodynamické systémy? Stavových Jak definujeme teplotu? Stavová veličina, která vyjadřuje míru kinetické energie částic náležící do daného systému Jaké jsou stupnice měření teploty? Kelvinova, Celsiova (převod T[K] = t [C]+273,15) Definice Kelvinovy stupnice: Určuje termodynamickou teplotu – T, kde 1K je definován jako 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody, absolutní nula = 0K (-273,15 stupňů Celsia), [K] – Kelvin – základní jednotka SI Definice Celsiovy stupnice: Určuje teplotu – t, 0 stupňů – teplota tání ledu, 100 stupňů – teplota varu vody (při normálním tlaku) Jak definujeme trojný bod? Teplota, při které voda existuje ve všech 3 skupenským stavech - 0,01 stupňů Celsia/273,16 K Jaké zákony popisují přeměny tepelné energie? Termodynamické Jak definujeme 1. Termodynamický zákon? Zákon zachování energie - ∆U=Q+W Jak lze způsobit změnu vnitřní energie ∆U? Přidáním/odebráním tepla nebo konáním práce (energie nevzniká ani nezaniká, pouze je transformována na jiný druh energie) Lze sestrojit perpetum mobilu prvního druhu? NE Jak definujeme 2. Termodynamický zákon? Určuje přirozený směr, kterým probíhají přírodní procesy (určuje, které procesy budou probíhat samovolně), ∆S≥0 (v izolovaném systému nesmí entropie klesat), teplo nemůže přecházet z chladnějšího na teplejší, nelze sestrojit perpetum mobilu 2. Typu (nelze sestrojit stroj, který by přeměnil všechno teplo na práci) Jak definujeme 3. Termodynamický zákon? Popisuje chování látek v blízkosti absolutní nulové teploty (0K) Jak velká je entropie, když T=0K? Entropie je nulová (nelze těleso ochladit na absolutní nulu) Jak definujeme entropii? Stavová veličina, která popisuje míru neuspořádanosti systému ∆S=Q/T Jak se mění entropie při vratném ději? Nemění se Jak se mění entropie při nevratném ději? Vždy roste Jaký termodynamický systém je organismus? Otevřený Způsoby zisku energie z prostředí: Potrava, energie, která vyvolává podráždění receptorů (tepelná, světelná, mechanická, chemická), energie elektromagnetického záření (IR) Jaký je osud energie? Akumulace (v podobě chemické energie – ATP, tuková tkáň), využití pro uchování životních pochodů – svalová práce.. Co vzniká jako vedlejší produkt přeměny energie? Teplo (přebytečné teplo je organismus schopen odvádět do okolí) Jaké jsou mechanismy produkce tepla v organismu? Bazální metabolismus/zvýšený metabolismus Jak vzniká bazální metabolismus? Pomocí spotřeby kyslíku za tělesného klidu Jak vzniká zvýšený metabolismus? Svalovou námahou, trávením, chladovým třesem, zvýšenou teplotou buněk, regulačními hormony Jaké rozlišujeme druhy PŘÍMÝCH ztrát tepla v organismu? Vyzařování, vedení, proudění Jaké rozlišujeme druhy NEPŘÍMÝCH ztrát tepla v organismu? Vypařování vody Jak jinak nazveme vyzařování? Sálání (radiace) Jaké objekty vyzařují tepelné elektromagnetické záření? Jakýkoliv objekt o teplotě vyšší než 0K Jaké elmag. Záření vyzařují lidé? Hlavně IR o vlnových délkách 5-20 um Kolik ztrácíme tepla vyzařováním? Okolo 60% v našich podmínkách Na čem závisí vyzařování? Na teplotě, barvě a velikosti plochy povrchu Jak jinak nazveme vedení? Kondukce Jak probíhá vedení? Dochází k tepelné výměně – přechod tepla v hmotnému prostředí z místa o vyšší teplotě na místo s nižší (dochází k předávání kinetické energie kmitajících částic) Kam předává člověk teplo vedením? Do vzduchu a do těles, kterých se dotýká (když vzduch stojí je dobrý izolant – ale za větru nebo ve vodě –> velké ztráty vedením) Kolik ztrácíme tepla vedením? Okolo 15% tepelnách ztrát Na čem závisí vedení? Na rozdílu teplot, vzdálenosti mezi tělesy, styčné ploše a na schopnosti látky vést teplo Jaké látky patří mezi tepelné vodiče? Kovy, kapaliny (krev) Jaké látky patří mezi tepelné izolanty? Plyny, korek, polystyren, tuková tkáň Jak jinak nazveme proudění? Konvekce S jakou ztrátou tepla souvisí proudění? S vedením (teplo musí být předáváno vedením v látce) jejím prouděním je odvedeno do okolí Jak funguje proudění v našem těle? Teplá krev z jater proudí na periferii, kde odevzdává teplo vedením do vzduchu, tam se dále šíří prouděním a vedením Co se přenáší prouděním? Dochází k přenosu nejen energie, ale i látky Jak jinak nazveme vypařování? Evaporace Jaká látka má velké měrné skupenské teplo vypařování? Voda Co je měrné skupenské teplo vypařování? Měrné výparné teplo = teplo, které příjme 1kg kapaliny, aby se přeměnil na plyn o téže teplotě jako kapalina Kolik ztrácíme tepla vypařováním? Až 25% Jak souvisí dýchaní s vypařováním? Vydechujeme vzduch téměř nasycený vodní parou NEZNATELNÉ pocení? Samovolná difúze vody pokožkou bez účasti potních žláz Čím je dáno neznatelné pocení? Dáno vlastnostmi vnějšího prostředí (teplota, relativní vlhkost a proudění) Kolik vody ztratíme za den neznatelným pocením? 660 ml vody/den ZNATELNÉ pocení? Pomocí potních žláz, regulováno organismem + vnějším prostředím Kolik vody ztratíme znatelným pocením? V extrémním případě až 1,5 l vody/hodinu Jaká je závislost mezi ztrátou tepla objemem a povrchem? Tvorba tepla –> přímo úměrná hmotnosti, ztráta tepla –> přímo úměrná velikosti povrchu Jak funguje tato závislost v reálném životě? Malý teplokrevný živočich – velké ztráty tepla Velký teplokrevný živočich – tvoří hodně tepla a málo ztrácí Co znamená, když řekneme, že člověk je HOMOIOTERMNÍ ŽIVOČICH? Je schopen udržovat stálou teplotu jádra (do jisté míry) nezávisle na okolním prostředí Co je tepelné jádro? Centrální část těla se stálou teplotou Co je tepelný obal? Tkáně na periferii těla –> mají nestálou te