Биофизика (Присный)
.pdfщую часть для компенсации отклонения. Это регуляция по отклонению при помощи отрицательной обратной связи. Кроме того, осуществляется регуляция по возмущению на основе сведений об изменении температуры окружающего воздуха, поступающих от кожных терморецепторов. Команды из центра терморегуляции поступают в аппарат теплопродукции (в основном тепло вырабатывает печень, мышцы) и в аппарат тепловыделения (кожа, сосуды, потовые железы, легкие). Так, при перегреве организма уменьшается теплообразование и усиливаются процессы тепловыделения в основном посредством испарения воды с поверхности кожи и легких.
Информация
Информация – это один из широко используемых на сегодня терминов, которые употребляет человек в процессе деятельности. Создаются информационные центры, передаются информационные программы, говорят о лавинном росте информационных потоков, сообщается информация «для размышления» и т.д. Практически одновременно и взаимосвязано с появлением кибернетики в XX столетии создается теория информации – раздел кибернетики, посвященный математическому описанию процессов получения, хранения, переработки и передачи информации. Эта теория возникла в ходе решения задач передачи потоков сообщений по каналам связи в технических системах, и первый фундаментальный труд принадлежит К.Шеннону «Математическая теория связи» (1948 г.). Сегодня понятие «информация» является одной из основных философских категорий, наряду с такими категориями, как материя, энергия, без которых невозможно описание функционирования живых систем.
К основным понятиям теории информации относятся: сообщение, сигнал, количество информации, энтропия, кодирование, пропускная способность канала связи.
Сообщение – это некоторая информация о событиях, закодированная в форме определенного сигнала. Сигнал – физический носитель информации. Сигналом может быть звук, свет, буква, механический удар и др.
Свойства информации:
1.Информация имеет смысл только при наличии ее приемника (потребителя). Если принимающий объект отсутствует, то нельзя говорить о существовании информации. Так, если в комнате работает телевизор, но в ней нет человека, то все, что показывается и говорится, не является информацией.
2.Наличие сигнала не обязательно говорит о том, что передается некоторая информация. Информативно только такое сообщение, которое несет в себе что-то неизвестное ранее, в чем нуждается объект, которому оно передается.
3.Информация может передаваться не обязательно только через наше сознание. Она передается и на подсознательном уровне, и на уровне внутренних процессов в организме. Для мышц двигательного аппарата пришедшие к нему нервные импульсы несут информацию о необходимых действиях; для сердца объем крови в диастолу несет информацию о необходимой силе
140
последующего сокращения, перестройка конформации фермента несет информацию для процессов переноса ионов и др.
4.Если событие достоверное (то есть его вероятность Р=1), то сообщение о том, что оно произошло, не несет никакой информации для потребителя. Так, если вы в настоящий момент читаете эту страницу учебника и вам кто-то об этом сообщает, то в этом сообщении для вас нет ничего нового, то есть не содержится абсолютно никакой информации.
5.Сообщение о событии, вероятность которого р<1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которое произошло.
Таким образом, чем меньше вероятность некоторого события, тем большее количество информации содержит сообщение о том, что оно произошло.
Так, например, если во Вселенной появилась сверхновая звезда, событие крайне маловероятное, об этом сообщают все мировые информационные агентства и газеты, так как в этом сообщении содержится огромное количество информации.
Шеннон дал следующее определение информации:
«Информация, содержащаяся в сообщении, есть мера того количества неопределенности, которое ликвидируется после получения данного сообщения».
Среднее количество информации, которое может получить объект, зависит от характеристик канала связи. Каналом связи может быть провод, световой луч, волновод, нервные волокна, кровеносные сосуды и др. Основной характеристикой канала связи является его пропускная способность. Она будет определяться предельной скоростью передачи информации, измеряемой в бит/с.
Для передачи сообщения по каналу информация кодируется, например, положение флага на флоте, азбука Морзе, последовательность, частота, длительность импульсов в нервной сети и др. На приемной стороне необходим декодер, который осуществляет обратное кодеру преобразование: код сигнала преобразуется в содержание сообщения.
При передаче информации по каналу связи могут происходить ее искажения за счет помех из внешней среды и нарушений в самой линии.
Эффективными способами борьбы с искажениями информации является создание ее избыточности и передача сигналов по большому числу параллельных каналов. Оба эти способа широко используются в организме человека. В нервных сетях всегда обеспечивается дублирование основного сообщения большим числом параллельных сигналов, поэтому количество рецепторов значительно превышает количество нейронов, к которым от них поступают сигналы.
Пропускная способность любых рецепторных аппаратов существенно выше возможностей осознания сенсорной информации. Человеческое сознание пользуется очень малой долей информации, поставляемой в мозг периферическими отделами анализаторов – сенсорными входами. Так, например,
141
максимальный поток информации в процессе зрительного восприятия, осознаваемого человеком, составляет всего 40 бит/с, тогда как информационная емкость потока нервных импульсов в зрительных нервах оценивается величиной 107 бит/с. За счет столь огромной избыточности достигается высокая надежность процессов в организме.
142
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Автоволновые процессы / под ред. Д.С. Чернавского. – М.: Наука, 1987. – 240 с.
2.Ангерер Э. Техника физического эксперимента. – М.: Физматгиз, 1962. – 452 с.
3.Артюхов В.Г. Биофизика: учебное пособие / В.Г. Артюхов, Т.А. Ковалева, В.П. Шмелев. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1994. – 366 с.
4.Биофизика: учебник для вузов / под ред. В.Ф. Антонова. – М.: Вла-
дос, 2000. – 288 с.
5.Биофизика: учебник для вузов / под ред. Ю.А. Владимирова. – М.:
Медицина, 1983. – 272 с.
6.Блюменфельд Л.А. Решаемые и нерешаемые проблемы биологической физики. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 160 с.
7.Волькенштейн М.В. Биофизика: учебное руководство. – М.: Наука, 1988. – 592 с.
8.Волькенштейн М.В. Общая биофизика: монография. – М.: Наука, 1978. – 592 с.
9.Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. – М.:
Мир, 1997. – 624 с.
10.Девятков Н.Д. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности / Н.Д. Девятков, М.Б. Голант, О.В. Бецкий. – М.: Радио и связь, 1991. – 168 с.
11.Каламкаров Г.Р. Молекулярные механизмы зрительной рецепции / Г.Р. Каламкаров, М.А. Островский. – М.: Наука, 2002. – 279 с.
12.Каменская МА. Информационная биология: учебное пособие. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 368 с.
13.Кантор Ч. Биофизическая химия: в 3-х т. / Ч. Кантор, П. Шиммел. –
М.: Мир, 1984.
14.Карнаухов В.Н. Спектральный анализ в клеточном мониторинге состояния окружающей среды.
15.Каталымов Л.Л. Физиология возбудимых образований. – Ульяновск, 1987. – 103 с.
16.Кизель В.А. Физические причины диссимметрии живых систем. –
М.: Наука, 1985. – 120 с.
17.Коган А.Б. Электрофизиология. – М.: Высшая школа, 1969. – 368 с.
18.Лакомкин А.И. Электрофизиология / А.И. Лакомкин, И.Ф. Мягков. – М.: Высшая школа, 1977. – 232 с.
19.Павлович С.А. Магнитная восприимчивость организмов. – Минск: Наука и техника, 1985. – 110 с.
20.Пирузян Л.А. Проблемы медицинской биофизики. – М.: Знание, 1991. – 64 с.
21.Плонси Р. Биоэлектричество: Количественный подход / Р. Плонси, Р. Барр. – М.: Мир, 366 с.
143
22.Ревин В.В. Биофизика. – Саранск: Изд-во Мордовского университе-
та, 2002. – 156 с.
23.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с.
24.Рубин А.Б. Биофизика: в 2-х т.: учебник для вузов. – М.: Книжный дом «Университет», 2000.
25.Рубин А.Б. Транспорт электронов в биологических системах / А.Б. Рубин, В.П. Шинкарев. – М.: Наука, 1984. – 320 с.
26.Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник для вузов. – СПб:
СпецЛит, 2007. – 560 с.
27.Справочник физических величин / под ред. Г.А. Рябинина. – СПб:
Лениздат, 2001. – 160 с.
28.Шредингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. – 92 с.
144
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие ................................................................................................... |
........3 |
Лекция 1. Предмет, задачи и становление биофизики ............................... ........ |
4 |
Лекция 2. Кинетика биологических процессов ........................................... ........ |
9 |
Лекция 3. Биологическая термодинамика ................................................... ...... |
18 |
Лекция 4. Молекулярные основы биофизики ............................................. ...... |
26 |
Лекция 5. Пространственная организация биополимеров ......................... ...... |
36 |
Лекция 6. Структура и функционирование биологических мембран ....... ...... |
47 |
Лекция 7. Транспорт веществ через биологические мембраны ................ ...... |
56 |
Лекция 8. Биоэлектрические потенциалы ................................................... ...... |
66 |
Лекция 9. Механизмы генерации потенциала действия ................................... |
71 |
Лекция 10. Биофизика сократительных систем .......................................... ...... |
75 |
Лекция 11. Биофизика рецепции .................................................................. ...... |
85 |
Лекция 12. Биофизика системы кровообращения ............................................. |
93 |
Лекция 13. Биофизика фотобиологических процессов .............................. .... |
100 |
Лекция 14. Электромагнитные излучения и поля в природе, технике |
|
и жизни человека ............................................................................................ .... |
107 |
Лекция 15. Биологическое действие ионизирующих излучений .............. .... |
115 |
Лекция 16. Радиационная биофизика клетки .............................................. .... |
124 |
Лекция 17. Собственные физические поля организма ............................... .... |
129 |
Лекция 18. Информация и принципы регуляции в биологических |
|
системах .......................................................................................................... .... |
137 |
145
Учебное издание
Присный Андрей Андреевич
БИОФИЗИКА: курс лекций
Учебное пособие
Подписано в печать 24.11.2008. Гарнитура Times.
Формат 60х84/16. П. л. 9,12. Тираж 100 экз.
146