Biofizyka Molekularna Flashcards
Malejąca masa spoczynkowa
n-p-e
Która cząsteczka o energii 1MeV przebiegnie największą drogą w materii?
Neutron
Rozpad izotopu promieniotwórczego
- średni czas życia jest zawsze większy od czasu półzaniku
* większa wartość stałej rozpadu odpowiada mniejszej wartości czasu półzaniku
210Po jest radioizotopem (t1/2=130dni) trudno wykrywalnym w organizmie człowieka, ponieważ
W wyniku rozpadu emituje tylko promieniowanie alfa
Rozpad ß+
Z jądra atomu emitowany jest pozyton
Izotop emituje pozytony
- można jednoznacznie określić maksymalną energię pozytonów
* minimalna energia emitowanych pozytonów = 0
Izotop ß+ promieniotwórczy umieszczono w naczyniu z wodą. Efekty fizyczne, które wystąpią w naczyniu:
- radioliza wody
* podwyższenie temperatury wody
Izotopy o stałej rozpadu które są użyteczne do celów diagnostycznych
10^-2 d^-1
10^-3 h^-1
10^-1 d^-1
Użyteczne są te z t1/2 od kilku minut do max kilku dni
Izotop odkładający się selektywnie w wątrobie; energia promieniowania użyteczna diagnostycznie
50-200 keV
Dla przeprowadzenia badania diagnostycznego w ciele pacjenta powinna zostać zgromadzona aktywność poniżej 1mCi izotopu o stałej rozpadu = 0,7 d^-1. Pacjentowi podano izotop 2 dni przed badaniem.
Jakie aktywności spełniają podane warunki badania?
3 mCi
4 mCi
Aktywność izotopów, których nie podajemy ze względu na możliwości pomiarowe lub narażenie na promieniowanie jonizujące:
10 Bq
0,37 kBq
10 GBq
1 Ci
Izotop promieniotwórczy w diagnostyce mózgu; rodzaje promieniowania izotopu, które umożliwiają badanie:
- ß+ o energii 0,2 MeV
- ß+ o energii 0,5 MeV
- y o energii 1,3 MeV
Musimy wybudować osłonę przed neutronami. Które materiały zdecydowanie nie nadają się do budowy osłony?
Pb
W
Zakładamy, że izotop emituje ß- i y
Widmo kwantów składa się ze skończonej liczby linii
Izotop odkładający się w wątrobie:
Promieniowanie ß+
Promieniowanie y
Idealny izotop promieniotwórczy y do celów brachyterapii:
- t1/2 powinien być najdłuższy
* energia kwantów y powinna wynosić kilkadziesiąt keV
Promieniowanie w porządku malejącej energii kwantów
Promieniowanie y Promieniowanie X Nadfiolet Bliski nadfiolet VIS = światło widzialne (niebieski, zielony, żółty, czerwony) IR = bliska podczerwień Podczerwień Mikrofale Fale radiowe
Barwy podstawowe
470 nm (niebieski) 610 nm (żółty) 710 nm (czerwony)
Promieniowanie y
- jest przykładem promieniowania elektromagnetycznego
* kwanty promieniowania elektromagnetycznego charakteryzuje zerowa masa spoczynkowa
Pacjent naświetlany cząstkami lub kwantami o energii 0,075 MeV; największy zasięg w ciele pacjenta mają:
n
Promieniowanie X
Promieniowanie y
Wartość współczynnika osłabienia dla promieniowania EM jest funkcją efektywnej liczby atomowej; trzy substancje o największej efektywnej liczbie atomowej:
Tkanka mięśniowa
Kość
Ca10(PO4)6(OH)2
Istotne oddziaływania promieniowania X z lampy RTG z materią
- efekt fotoelektryczny
- rozpraszanie koherentne
- rozpraszanie niekoherentne
Najintensywniejsze efekty termiczne w ciele pacjenta dla częstotliwości fali EM:
30 MHz
3 GHz
Energia fotonów promieniowania elektromagnetycznego
- energia fotonów jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali
- energia fotonów rośnie, gdy rośnie prędkość propagacji fali elektromagnetycznej
Lekarz otrzymuje (efektywny równoważnik dawki) 0,1 mSv tygodniowo
- dawka nie przekracza rocznej dozwolonej dawki (50 (albo 20) mSv)
- dawka przekracza tło promieniowania naturalnego (2,4-3,3 mSv)
- dawka przekracza roczną dawkę dozwoloną dla osób niemających zawodowego kontaktu z promieniowaniem
Dawka w ochronie radiologicznej w:
Gy
J/kg
Przez 5 dni otrzymujemy równoważnik dawki 0,1 mSv, 0,2 mSv, 0,3 mSv, 0,4 mSv, 0,5 mSv; sumaryczny efekt dawki:
Wynosi 1,5 mSv (suma dawek składowych)
Największa wrażliwość na promieniowanie jonizujące
Gruczoły płciowe
Szpik kostny
Jelito grube
Mamy parametr charakteryzujący działanie czynnika zewnętrznego na organizm w jednostce mW/g.
Jaki to może być parametr?
Moc dawki
SAR
Moc równoważnika dawki
Po zaplanowaniu radioterapii, guz trzeba naświetlić sumaryczną dawką promieniowania jonizującego = 60 Gy (=60 Sv)
Zastosowanie takiej dawki jest możliwe wtedy, gdy:
- równoważnik dawki jest mniejszy od LD50
- naświetlaniu poddamy (…) gałki ocznej
- naświetlaniu poddamy nowotwór mózgu
Wartości mocy efektywnego równoważnika dawki dopuszczalne dla personelu zatrudnionego w pracowni radiologicznej
(Pan R przyjął 8h dzień pracy)
10 uSv/d
1 uSv/h
5 uSv/h
50 uSv/d
Wartości, które są dopuszczalne dla personelu pracowni RTG
10 uSv/h
1 uSv/h
5 uSv/h
Jaka moc równoważnika dawki zmierzona w pracowni RTG świadczy o awarii?
10^-5 Sv/h
2*10^-5 Sv/h
Efekt cieplarniany lub dziura ozonowa
CO2
CCl2F2
Trzy gazy, które najlepiej się rozpuszczają w wodzie
O2
CO2
N2
Gazy szlachetne wykorzystuje się w:
- pomiar objętości zalegającej
* nurkowanie na dużych głębokościach
Prężność pary nasyconej zależy od:
Ciśnienia
Temperatury
Żelazna płytka o temperaturze T w naczyniu z powietrzem o wilgotności względnej WG; nastąpiło skroplenie wody na płytce; aby wyeliminować efekt należy:
Zwiększyć T
Zmniejszyć WG
Kropelki wody na lustrze w łazience, aby to wyeliminować:
- ogrzać pomieszczenie
* wstawić do pomieszczenia otwarte naczynie z solą
Energia wiązania biomolekuł może wynosić
3 eV
500 kJ/mol
0,2 eV
Struktury ciekłokrystaliczne
Nematyk
Cholesteryk
Smektytk
Pary, w których może powstać podwójne wiązanie kowalencyjne
C+C
C+O
O+O
Może powstać potrójne wiązanie kowalencyjne
C+C
Wiązania chemiczne niezwiązane z modyfikacją powłok elektronowych
Wodorowe
Van der Waalsa
Z polarności cząsteczki wody wynika:
Hydrofilność
Hydrofobowość
Hydroliza
NIE WYNIKA: homeostaza, hemoliza, hipercholesterolemia
Cząsteczka NaCl
Między atomami Na i Cl wytwarza się wiązanie jonowe
Rozważmy wiązanie jonowe dwóch atomów X i Y
Energia wiązania zależy od ośrodka, w którym się znajduje
Wiązanie kowalencyjne atomów X i Y
- jest możliwe, gdy X i Y to identyczne atomy
- jest możliwe, gdy oba atomy posiadają parzystą liczbę elektronów
- cząsteczka XY jest polarna, gdy X i Y są różne
- masa cząsteczki jest mniejsza od sumy mas atomów X i Y
Otoczki hydratacyjne
- tworzą się wokół jonów
- tworzą się wokół cząsteczek
- ich promień rośnie wraz ze wzrostem ładunku jonu
- wpływają na dyfuzję
Powstawanie otoczek hydratacyjnych jest istotne w:
- przepływie prądu w przewodnikach drugiego rodzaju
- dyfuzji jonów w roztworze wodnym
- obniżeniu energii wiązań jonowych w roztworach rozpuszczalników polarnych
Jednostki ciśnienia
N/m2
J/m3
N/cm2
Jednostki podstawowe SI
Metr, kilogram, sekunda, amper, kelwin, kandela, mol
Jednostki natężenia pola elektrycznego
V/m
V/cm
Jednostki lepkości
Pa*s
N*s/m2 (bo Pa=N/m2)
Jednostka napięcia powierzchniowego
N/m
W jakich jednostkach gęstość i napięcie powierzchniowe krwi
Kg/m3
N/m
Jednostki, w jakich wyraża się opór naczyniowy
CmH2O*min/ml
Pa*s/L
Jednostki CTK
Cm H2O
N/m ❓❓❓ (a nie N/m2?)
J/m3
Jednostki energii cieplnej
J
Kcal
Jednostki podatności płuc
ml/Pa
ml/cmH2O
ml/mmHg
ml/cmHg
Podatność C=V/p
Jednostki, w jakich wyraża się podatność
L/cmHg
L/cmH2O
Wielkości wyrażane w J/mol
Potencjał chemiczny
Potencjał elektrochemiczny
Entalpia
Entalpia swobodna
SAR (określa efekty cieplne związane z naświetlaniem obiektów falami elektromagnetycznymi) wyrazić można w:
W/kg
mW/g
J/s*kg
Jednostka entropii
cal/K
Jednostka entalpii swobodnej
J
Indukcja pola magnetycznego w odległości 0,5m wynosi 64 mT; w odległościach 1m i 2m:
32 mT
16 mT
Pomiar indukcji pola magnetycznego wykorzystuje
Zjawisko indukcji elektromagnetyczne
Efekt Halla
Wartości indukcji pola magnetycznego stosowane w terapii i diagnostyce
10 uT 100 uT 100 mT 100 Gs 0,5 Gs
Pole magnetyczne stosujemy do:
- terapii
- wykonywania obrazów tomograficznych
- oznaczania poziomu hemoglobiny
W praktyce lekarskiej NIE stosujemy do celów diagnostycznych pomiarów pól magnetycznych:
*skomplikowany rozkład przestrzenny i trudności w interpretacji
*PM generowane w organizmie mają MAŁE NATĘŻENIA i są trudno mierzalne
(Nie pomylić z: PM generowane w org. mają wysoką częstość i są trudno mierzalne)❗️❗️❗️
Paramagnetyk
u - przenikalność magnetyczna
X - podatność magn.
u >1
X >0
X =0,5
Diamagnetyk
u - przenikalność magnetyczna
X - podatność magn.
u <1
X <0
Wypychany z solenoidu
Własności magnetyczne tkanek człowieka
Dla tkanki w organizmie podatność magnetyczna <0,01
Dla tkanki w organizmie przenikalność magnetyczna może być >0
Tkanki człowieka to diamagnetyki
W magnetoterapii stosujemy pola o częstotliwości <3kHz; które długości fali można spotkać w magnetoterapii?
200 km
Promieniowanie ciała doskonale czarnego (CDC)
- intensywność promieniowania CDC jest proporcjonalna do T^4
- zakres promieniowania widzialnego wynika z temperatury powierzchni słońca
- maximum promieniowania żarówki wypada w podczerwieni
Ciało człowieka - ciało doskonale czarne
- straty rosną proporcjonalnie do 4 potęgi temp. ciała
- straty rosną proporcjonalnie do powierzchni ciała
- max widma promieniowanej energii przypada w zakresie promieniowania IR
- rozkład widmowy emitowanego promieniowania jest typowy dla ciała o temp. 310K
Źródło promieniowania przybliżamy ciałem doskonale czarnym:
- ilość wypromieniowanej energii jest proporcjonalna do T^4
* odwrotnie proporcjonalna do R4-r4
Emisja promieniowania przez skórę opisuje promieniowanie ciała doskonale czarnego
- max widma wypada na podczerwień
* widmo promieniowania jest widmem ciągłym
Człowiek o temp. 310K leży w wannie o temp. T; straty ciepła przez promieniowanie:
- jeśli T<310K człowiek tęgi traci więcej niż szczupły
- Dla T=310K straty = 0
- straty rosną, gdy T maleje i T jest <310K
Do zabiegu chirurgicznego obniżono temperaturę pacjenta do 303K
- ⬇️ p osmotyczne płynów ustrojowych
- ⬇️ produkcja CO2 w organizmie
- ⬆️ lepkość krwi
W medycynie stosujemy:
[akceleratory]
Akceleratory protonów (ale najczęściej elektronów)
Najczęściej stosowane w terapii nowotworów
Akceleratory w medycynie:
- najczęściej stosuje się liniowy AKC elektronów
* w medycynie stosuje się AKC cząstek w diagnostyce nowotworów
Możliwość wykonania prześwietlenia złamanej kończyny, gdy dysponujemy akceleratorem elektronów:
- teoretycznie takie badanie jest możliwe
* wiązki elektronów można zmienić na promieniowanie hamowania
Cząstki przyspieszane w cyklotronie
p
D
cząstki alfa
ANTENY
Antena pętlowa powoduje znacznie słabsze efekty termiczne dla pól EM wysokich częstotliwości (>100MHz) niż antena dipolowa
SMOG
Spacer w lesie. Natężenia pól elektrycznych i magnetycznych, które mogą być najbardziej prawdopodobnym wynikiem pomiarów w trakcie spacerów:
100 V/m
0,5 Gs
Izobary
- 13C, 13N
- 29Al, 29Si
- 131Xe, 131I
Takie samo A, różne Z
Izotop 13C
- liczba neutronów: 7
* liczba protonów: 6
^99m Tc
- izotopy 99Tc i 99m Tc określamy mianem izomerów
- jądro 99m Tc emituje w wyniku rozpadu prom. y
- jądro 99m Tc można traktować jako stan wzbudzony jądra 99Tc
- powstaje w wyniku rozpadu jądra o Z=42
Mieszanina dwóch izotopów 125I (t1/2 = 60dni) oraz 131I (t1/2 = 8dni) o identycznej aktywności 1MBq
- po czasie 10 dni aktywność mieszaniny będzie mniejsza od 1,5 MBq
- po czasie 10 dni aktywność 131I będzie mniejsza od 0,5 MBq
Jądro o nieparzystej liczbie nukleonów; poprawne stwierdzenia dotyczące wartości bezwzględnej wektora momentu magnetycznego:
Zależy w taki sam sposób od protonów, jak i neutronów
Z podanych zjawisk wybrać te, do ilościowego opisu których stosujemy funkcję ekspoNencjalną
Absorpcja fali ultradźwiękowej (np. w wątrobie)
Rozpad promieniotwórczy
Dyfuzja
Objętość kuli wynosi 4/3(pi)R3. Uzyskany z pomiarów R=1 +/-0,1
Max. błąd względny V =0,3
Max. błąd bezwzględny wynosi 4/3(pi)*0,3
3 serie pomiarowe; pierwsza L, druga M, trzecia N; M=5xL, N=10xL
- mniejsze błędy pomiarowe wystąpią w seriach dwa i trzy
- błąd serii drugiej ok. 2x mniejszy niż pierwszej
- błąd serii trzeciej ok. 3x mniejszy niż pierwszej
Z=X+Y2; wiedząc że błędy względne wielkości X i Y są równe 0,1, błąd względny Z wynosi:
- jest >0,21
* 0,3
Funkcja [Asin(w1t)+Bsin(w2t)] rozkładana w szereg Fouriera; A i B stałe:
- jeden pik jeżeli A lub B =0
* dwa piki jeżeli A i B różne od 0