Program Examen de Licenta Rezolvat 1214006553 [PDF]

Zitiervorschau

aPROGRAMUL EXAMENULUI DE LICENŢĂ Specialitatea Ingineria Sistemelor Biomedicale Anatomia, biochimia şi fiziologia omului 1. ANATOMIA, BIOCHIMIA ŞI FIZIOLOGIA OMULUI 1.1.

Caracterizaţi proteinele, glucidele, lipidele, metabolizarea lor în organism, rolul lor. Norma alimentară. Proteinele sunt substanțe organice macromoleculare formate din lanțuri simple sau complexe de aminoacizi; ele sunt prezente în celulele tuturor organismelor vii în proporție de peste 50% din greutatea uscată. Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor, în care secvența acestora este codificată de către o genă. Fiecare proteină are secvența ei unică de aminoacizi, determinată de secvența nucleotidică a genei. Metabolismul proteinelor Proteinele reprezintă 75% din substanţele solide ale organismului  Sunt degradate până la aminoacizi  Aminoacizii sunt absorbiţi în vena portă  Transportaţi spre toate celulele organismului (prin membrana celulară – difuzie facilitată sau transport activ)  Transportaţi spre ficat (sinteza proteinelor proprii)  În celulă sinteza proteinelor necesare ţesutului decurge în 2 etape: 1. Activarea fiecărui aminoacid - energia este furnizată de ATP şi GTP 2. Alinierea aminoacizilor în lanţuri peptidice, controlată de sistemul ADN-ARN celular Dezaminarea – îndepărtarea grupurilor amine din aminoacizi. În rezultatul dezaminării se formează amoniac, care mai apoi este transformat în uree. Astfel aminoacizii dezaminaţi sunt utilizaţi în scop energetic (oxidare), convertiţi în glucozăgluconeogeneză (18/20 AA) sau stocaţi ca grăsime (19/20 AA: 5-direct; 14 – prin glucide) Funcţiile proteinelor:  Plastică – proteinele structurale  Reglatoare – enzime, hormoni  Transport– acizi graşi, biliari, săruri, grăsimi, gaze  Hemostatică –stoparea hemoragiei  Formează sistemul tampon – menţin pH  Participă la sedimentarea eritrocitelor  Menţin P oncotică a sângelui şi lichidului extracelular  Contracţia musculară – proteinele contractile  Imunitatea înnăscută şi dobândită - globulineleValoarea biologică a proteinelor Din 20 aminoacizi prezenţi în proteine:  12 AA pot fi sintetizaţi în celule – neesenţiali  8 AA nu pot fi sintetizaţi – esenţiali Proteinele ce conţin tot setul de AA esenţiali se numesc proteine cu valoare biologică completă, cele ce nu conţin unul sau mai mulţi AA esenţiali – proteine cu valoare biologică incompletă Valoarea biologică a proteinelor depinde de capacitatea organismului de a asimila AA proteinei date (95% - de origine animală şi 80%-vegetală). Lipsa sau carenţa unui AA esenţial din alimente duce la afectarea absorbţiei celorlalţi AA  În inaniţie proteică, când cheltuielile energetice sunt asigurate de lipide şi glucide → pierdere obligatorie de proteine: pierderea minimă raportată la kg/masă corp – coeficient de uzare a proteinelor = 0,028-0,075 gr azot la kg masă corp/ 24 ore  Pentru a evita această pierdere este necesar de administrat zilnic = 30 gr proteine – minimum proteic.  Pentru asigurarea completă a cerinţelor organismului este necesar de administrat zilnic – 100-120 gr proteine – optimum proteic Lipidele sunt substanțe organice grase, insolubile în apă, dar solubile în majoritatea substanțelor organice ce conțin grupa hidrocarbon. Acestea joacă un rol important în compoziția materiei vii. 1

Metabolismul lipidelor  Lipidele – compuşi chimici din alimente care includ: - grăsimi neutre (trigliceride) - fosfolipide - colesterol Funcţiile lipidelor: 1. Plastică – fosfolipidele întră în componenţa membranelor biologice 2. Energetică – furnizarea energiei necesare diferitor procese metabolice  Din TGI grăsimile (chilomicronii) pătrund în limfă şi sânge → ţesutul adipos  Hidroliza trigliceridelor din chilomicroni sub acţiunea lipoprotein-lipazei din membrana adipocitelor → acizi graşi, glicerol  Acizii graşi în adipocite se recombină cu glicerolul → trigliceride, care se depozitează  La necesitate triglicerid-lipaza intracelulară hidrolizează trigliceridele depozitate → acid gras, glicerol  Acizii graşi părăsesc adipocitele şi nimerind în plasmă se leagă cu proteinele plasmatice → acizi graşi liberi  Acizii graşi liberi se transportă spre toate celulele organismului, unde sunt folosiţi în scop energetic  Lipoproteinele – sunt particule plasmatice mai mici decât chilomicronii compuse din: fosfolipide, trigliceride, colesterol şi proteine 1. Lipoproteine cu densitate foarte mică (conţin cantităţi mari de trigliceride) – transportă trigliceridele spre ţesutul adipos şi periferic 2. Lipoproteine cu densitate mică (conţinut ridicat de colesterol) – derivaţi din primele, după ce au fost cedate trigliceridele ţesutului adipos 3. Lipoproteine cu densitate mare (conţin 50% proteine) – îndepărtează colesterolul din ţesuturi prevenind dezvoltarea aterosclerozei Lipidele în ficat 1. Degradarea acizilor graşi (AG) în scop energetic 2. Sinteza trigliceridelor din glucide şi în măsură mai mică din proteine 3. Sinteza din acizi graşi a colesterolului şi fosfolipidelor Colesterolul 1. Colesterolul endogen (30%) – sintetizat în ficat şi celulele organismului 2. Colesterolul exogen (70%) – absorbit din TGI  Împreună cu fosfolipidele întră în componenţa membranelor biologice  Este puternic liposolubil şi uşor solubil în apă Ateroscleroza – depozite de colesterol în intima arterelor sub formă de plăci ateromatoase, în care precipită Ca+2 formînd plăci calcinoase - rigiditatea vaselor creşte. Deseori aceste plăci străbat intima spre sângele circulant şi induc formarea cheagurilor, care se rup şi provoacă tromboza arterelor mari – moarte subită Reglarea metabolismului  Glucocorticoizii – cortizolul, măreşte mobilizarea acizilor graşi din ţesutul adipos şi oxidarea acestora în ţesuturi  Somatotropul - mobilzarea acizilor graşi din adipocite şi oxidarea acestora în scop energetic  Insulina – stocarea trigliceridelor în adipocite (inhibă triglicerid-lipaza din adipocite)  Catecolaminele –adrenalina, măreşte oxidarea lipidelor în scop energetic  H.tiroidieni – eliberarea acizilor graşi din adipocite  H. sexuali – oxidarea lipidelor în scop energetic Glucidele constituie o clasă de substanțe foarte importantă atât pentru organismele animale cât și pentru cele vegetale. Sub aspect biochimic și fiziologic, glucidele constituie o materie primă pentru sinteza celorlalte substanțe:proteine, lipide, cetoacizi, acizi organici. De asemenea constituie substanțe de rezervă utilizate de către celule și țesuturi. Biosinteza lor se realizează prin fotosinteză. Metabolismul glucidelor  Din TGI monozaharidele sunt absorbite în sânge (fructoza şi galactoza – convertite hepatic în glucoză) 2

   1.

Glucoza devine calea finală comună de transport şi utilizare a glucidelor la nivel celular Prin membrana celulară glucoza este transportată prin difuzie facilitară În celulă glucoza poate fi: Stocată sub formă de glicogen – complex de reacţii care se numeşte glicogeneză. Procesul invers de descompunere a glicogenului – glicogenoliză 2. Utilizată imediat ca sursă energetică Reglarea metabolismului glucidic 1. Insulina - măreşte permeabilitatea membranelor celulare pentru glucoză, micşorează glucoza în sânge, stimulează stocarea glicogenului în muşchi 2. Glucagonul – stimulează glicogenoliza, măreşte concentraţia glucozei în sânge 3. Somatotropul – scade utilizarea glucozei în scop energetic, măreşte depozitele de glicogen 4. Glucocorticoizii - stimulează gluconeogeneza, micşorează utilizarea glucozei în scop energetic şi măresc concentraţia glucozei în sânge 5. Catecolaminele – măresc glicemia 1.2.

Explicaţi sensul, originea şi locul apariţiei potenţialului de repaos (membrană).Rolul şi concentraţia ionilor de Na+ şi K+ în apariţia potenţialului de repaos. Cum se poate măsura şi care este valoarea lui?

POTENŢIALUL DE REPAUS (PR) reprezintă diferenţa de potenţial între suprafaţa internă (electric negativă) şi suprafaţa externă (electric pozitivă) a membranei neuronale în condiţii de repaus funcţional – valoarea - 60 mV → - 90 mV – cauza → repartiţia neuniformă a ionilor de o parte şi de alta a membranei. Din cauza permeabilităţii selective a membranei celulare ionii se repartizează în următorul mod: La exterior Na+ 150 mM/l, K+ 5,5 mM/l, Cl- 120 mM/l; - La interior Na+ 15 mM/l, K+ 150 mM/l, Cl- 9 mM/l, radicalii proteici OH-, COOÎn timpul potenţialului de repaus sunt deschise canalele de scurgere care permit ieşirea K+ şi pătrunderea Na+ în celulă. Permeabilitatea pentru K este de 100 ori mai mare ca pentru Na din următoarele motive: ionii de Na au un diametru mai mare decât cei de K numărul canalelor specifice pentru Na este mai mic ca cele pentru K. Mai activează pompa Na+/K+ ATP-aza care transportă 2K+ spre interior contra 3Na+ spre exterior. În timpul potenţialului de repaus transportul net prin membrana este zero. Măsurarea potenţialului de membrană se face cu un electrod minuscul, umplut cu soluţie electrolitică puternică (KCl) implantat în celulă şi un electrod indiferent plasat în lichidul interstiţial. Ambii electrozi se unesc cu un amplificator de biocurenţi şi oscilograf, pe ecranul oscilografului se înregistrează valoarea potenţialului de repaus. 1.3.

Descrieţi părţile componente ale neuronilor. Ce tip de neuroni cunoaşteţi? Noţiuni de nervi, clasificarea, funcţia şi rolul lor în organism. Metodele de studiere.

Fiziologia fibrelor nervoase NEURONUL - este unitatea celulară structurală şi funcţională a sistemului nervos STRUCTURĂ - corpul celular - nucleul cu un nucleol - citoplasma - citosol (organite cel. comune şi specif.) - citoschelet Forma corpului celular poate fi stelată, rotundă, piramidală, fuziformă, ovalară, piriformă - prelungirile: dendritele - prelungirile scurte - rol în recepţionarea impulsurilor nervoase - conducere celulipetă axonul - prelungirea unică a neuronului - conul axonal → ia naştere PA 3

- conducerea impulsului este celulifugă - transportul materialului citosolic - anterograd - retrograd Nervi Formațiune anatomică de transmisie a impulsului nervos, care unește sistemul nervos central cu periferia organismului (piele, organe de simț, mușchi, glande etc.) și care este formată, din mănunchiuri de fibre reprezentând prelungirile neuronului înconjurate de o teacă constituită din mielină. Tipurile de neuroni :  După numărul prelungirilor pe care le prezintă şi după felul în care pornesc acestea din corpul celulei nervoase neuronii se clasifică în neuroni:  unipolari,  pseudounipolari,  bipolari  multipolari. Neuronii unipolari nu prezintă decât axonul, polul receptiv fiind difuz, excitaţiile fiind recepţionate prin toată suprafaţa pericarionului. Astfel de neuroni sunt rari şi intră în structura retinei (celule amacrine). Neuronii pseudounipolari sunt caracterizaţi prin aceea că din corpul lor pleacă o singură prelungire, dar după un traiect scurt se bifurcă în două ramuri ce reprezintă dendrita şi axonul; se găsesc în ganglionii spinali. Neuronii bipolari prezintă un axon şi o singură dendrită care pleacă de obicei din puncte opuse. Neuronii multipolari prezintă un axon şi numeroase dendrite care pornesc de pe toată suprafaţa pericarionului. Majoritatea neuronilor de acest tip se găsesc în toate segmentele sistemului nervos.  Din punct de vedere funcţional neuronii pot fi:  motori,  senzitivi  de asociaţie. Neuronii motori sau efectori, de obicei sunt mari, multipolari, cu axonul lung ce se termină în organele efectoare (muşchi, glande). Aşa sunt celulele piramidale din scoarţa cerebrală, motoneuronii din coarnele anterioare medulare, celule Purkinje din scoarţa cerebeloasă. Neuronii senzitivi au proprietatea de a se excita la acţiunea stimulilor din mediul extern sau intern. Neuronii de asociaţie (intercalari), fac legătura între neuronul senzitiv şi cel motor. Sunt de dimensiuni mici, multipolari şi se găsesc în toate etajele sistemului nervos. Nervii reprezinta alongirile neuronului(nevraxului) care indeplinesk functii de conducere si au o struktura bine determinata. prelungirile celulei nervoase(neuronului) sunt de 2 feluri: 1. Axon 2. Dendrite Ca regula fiecare celula nervoasa poseda un axon care este mai dezvoltat si unu sau kiteva dendrite. Axonul de regula transmite informatia de la corpul neuronului katre alte structure(nervi, muski etc.) iar dendritele aduk informatia de la alte strukturi katre korpul neuronului. Cunoastem mai multe klase de nervi: - Nervi sensitive care aduk informatia de la o celula sau de la un receptor - Nervi motori care transmit informatia de la korpul neuronului katre alte receptoare - Nervi micsti kare poseda ambele functii Nervii aferenti (sunt nervi sensitive) Nervii eferenti (sunt nervii motori) Mai cunoastem nervi mielinici si amielinici, nervii kare au o membrane de mielin kare ii akopera se numesk nervi mielinici, iar nervii kare nu au membrane mielina se numesk amielinici. Dupa structura morfofunctionala mai kunoastem nervi de tip A, B,C: 4

A. Sunt nervi grosi pina la 22 micrometri akoperiti ku mielina si au o viteza de propagare a excitatiei ft mare 100-120 m/s. Se intilnesk in organism la enervatia somatika a muskilor artikulatiilor tendoanelor si oaselor B. Tot sunt mielinice insa sunt subtiri ku o grosime mai mika de 10 mikrometri si ku o viteza de propagare 7-15m/s. in org asa nervi avem in struktura pregambionara, inseamna ka acestea sunt nervii vegetative ganglionari C. Sunt cei mai subtiri 1-2-4 micrometri ku viteza de propagare de la 0.5-2 m/s si se intilnesk in fibrele vegetative postganglionare kare enerveaza organile interne(inima, fikatu, intestinele). Dupa lokalizare mai kunoastem nervi kranieni 12 pereki nukrelu karora se afla in encefal, si nervi periferici kare isi iau inceputu de la maduva spinarii din segmentele korespunzatoare kare enerveaza korpu. Structura nervilor Nervii reprezinta un manunki de axoni si dendrite ori poate sa fie numai axoni sau dendrite, fiekare fibra este akoperita ku endomisium(teaka henry) Metode de studiere Examenele sistemului nervos - Examenele care permit explorarea sistemului nervos central sunt, in principal, scanerul, imageria prin rezonanta magnetica (I.R,M,), inregistrarea potentialelor evocate (metoda de studiere a activitatii electrice a cailor nervoase ale auzului, vazului si ale sensibilitatii corporale), electroencefalografia si analiza lichidului cefalorahidian recoltat prin punctie lombara. sistemul nervos periferic este explorat in mod deosebit prin electromiografie. 1.4.

Muşchii, clasificarea, structura macro- şi microscopică, rolul muşchilor în organism. Metodele de cercetare.

Muskii reprezinta un tesut kare poseda kontraktivitate si asigura nutricitatea corpului si a organelor. Cunoastem 3 tipuri de muski: 1. Striati 2. Netezi 3. Striati-cardiaci Muskii in organism ka regula se fixeaza de 2 oase kare sunt unite intre ele de o artikulatie. Fiekare muski este kompus din 2 tendoane kare se afla in regiunea apikala(virf). Dupa orientarea fibrilor muski kunoastem diferite forme de muski: a. Orientarea fibrilor paralele b. Cu orientarea fibrilor inklinati c. Cu orientarea fibrilor in forma de pana Rolul muschilor in organism: Au rol de schimbarea si mentinerea posturi si in miscarea organelor interne (spre exemplu: contractia inimii si circulatia alimentelor prin sistemul digestiv) Muschii se intind pe articulatii pentru a realiza legatura deintre oase, adica a lega os cu altul si functioneaza pe grupe pentru a raspunde la impuslurile nervoase. Clasificarea Din punct de vedere structural, exista urmatoarele tipuri de muschi: 1. scheletici saustriati, 2. muschi netezi sau viscerali 3. muschiul cardiac. Muschii scheletici Sunt alcatuiti, in mare, din fibre musculare striate si tesut conectiv.Sunt muschi voluntari, care se insera pe oase si care realizeaza miscarea corpului. Aceste fibre musculare au un aspect striat, vazute la microscop. Acest aspect este dat de distributia miofibirlelor (filamentele de actina si miozina) din structura fibrei musculare, dispuse astfel incat, intre unitatile fuctionale ale celulei musculare (sarcomere) apar benzi intunecate. Din acest motiv muschiul pare a avea striatii.Majoritatea muschilor scheletici se ataseaza la 5

doua oase, intre care exista o articulatie.Unul dintre oase este mai fix iar insertia muschiului pe acest os poarta numele de origine.Capatul muschiului scheletic aflat pe osul mai mobil poarta numele de insertie Functiile muschilor scheletici: • miscarea • mentinerea posturii (tonusul muscular); tonusul muscular se refera la starea de contractie partiala prezenta in muschi, in repaus. Tonusul metine postura corpului si asigura capacitatea organismului de a raspunde rapid la un stimul extern. • producerea de caldura; caldura se obtine in urma reactiei de scindare a ATP, alaturi de energia necesara contractiei Muschii netezi Muschii netezi nu prezinta striatii, nu sunt atasati de oase, actioneaza mai lent decat muschii striati si pot ramane contractati pentru o perioada mai lunga de timp.Activitatea lor este controlata de sistemul nervos autonom. Muschii netezi intra in structura organelor interne: stomac, intestine, vase de sange, etc. Functia muschilor netezi: Indeplinesc multiple roluri, precum:deplasarea alimentelor ingerate de-a lungul tubului digestiv, contractia uterului, dilatarea sicontractarea vaselor sangvine, etc. Muschiul cardiac Acest tip de muschi se gaseste exclusiv la nivelul inimii. Muschii cardiaci sunt striati,celulele prezinta ramificatii si sunt muschi involuntari. Se contracta rapid si sunt foarte puternici. Spre deosebire de muschii striati scheletici, fibrele musculare cardiace prezinta benzi intunecate situate intre celule, denumite discuri intercalare. La nivelul discurilor intercalare exista jonctiuni gap avand rolul de a favoriza transmiterea potentialelor de actiunede la o celula la alta. Structura microscopica a fibrei musculare Tesutul muscular este alcatuit din celule contractile specializate (fibre musculare),grupate intr-un mod bine organizat (figura 2). Fiecare fibra musculara contine doua tipuri de structuri denumite miofilamente: unele groase (filamentele de miozina) si unele subtiri(filamentele de actina). Vazute la microscop, fibrele musculare contin numeroase aranjamente de miofilamente, paralele intre ele si despartite de o banda intunecata, denumita banda Z. Portiunea de miofibrile cuprinsa intre doua benzi Z reprezinta un sarcomer. Sarcomerul este unitatea functionala a muschiului scheletic, fiind unitatea contractila a acestuia. In timpul contractiei, cele doua tipuri de miofilamente aluneca unele catre celelalte, sarcomerul se scurteaza si astfel are loc contractia musculara. In timpul relaxarii, sarcomerul revine la lungimea initiala. Pentru ca acest proces sa se desfasoare normal este nevoie deprezenta calciului. Calciul este eliberat din reticulul endoplasmatic in citoplasma atunci cand muschiul trebuie sa se contracte. Pe langa ionii de calciu, muschiul mai are nevoie de energie pentru a se contracta. Aceasta este obtinuta prin scindarea moleculelor ATP. Metode de cercetare a muschilor Electromiografia(EMG) este o tehnica prin care se masoara activitatea electrica a muschilor. Inregistrarea obtinuta prin aceasta metoda se numeste electromiograma (EMG). In timp ce neuronul motor stimuleaza fibrele musculare la nivelul placii motorii, impulsuri electrice sunt conduse de-alungul fiecarei fibre pe masura ce aceasta se depolarizeaza. Acest semnal poate fi detectat de electozi plasati pe piele si apmlificat. Electrozii se ataseaza de-a lungul unui muschi, la capetele acestuia sau in muschi (in cazul electrozilor ac).Electromiografia este o metoda de investigatie clinica care completeaza examinarea medicala fizica si ofera informatii suplimentare (de exemplu poate ajuta la stabilirea cauzelor unei boli: neurogenice sau miopatice). Deasemenea, este un instrument util in cercetare, in studiul fiziologiei si fiziopatologiei musculare 1.5.

Mecanismul contracţiei musculare. Contracţia unică în tehnică. Lucrul şi forţa musculară. Metodele de studiere.

6

Contractia se incepe de la impulsul nervos care vine de la fibra eferenta catre muschi, provoaca aparitia Potentialul de Actiune in sarcolema, care propagindu-se pe toata suprafata sarcolemei provoaca excitatia muschilor care se exprima prin: 1) Se deschid canaliculele de Na, apoi de K si apare Potentialul de Actiune in fibra 2) Potentialul de Actiune din sarcolema provoaca deschiderea canaliculelor de Ca din reticolul sarcoplasmatic. Ionii de Ca, care sunt in surplus in reticolul sarcoplasmatic se difuzeaza care fibsele de actina si miozina. 3) Ca se uneste cu tropomina C, apar deplasari conformationale in asa fel ca tropomina C se deplaseaza, tragind dupa sine tropomina I, iar I o trage pe A, care atrage dupa sine tropomiozina, eliberind situsurile active a actinei care permit ca capetele miozinei sa se lege de aceste situsuri active a actinei. Aceasta structura nou formata capata capacitatea enzimatica care descompune o molecula de ATP, energiia careia este folosita ca miozina care se afla la 900 de corp sa-si schimbe unchiul la 450 tragind dupa sine actina. Deci actina luneca pe suprafata miozinei, scurtind aceste fibre, provocind contractia muschilor. Contractii unice si contractii tetanice Daca luam un muschi si il excitam cu un excitant de marime pragala el va rs la excitatie. Daca la acest muschi dam excitatii in serie, atunci: - Daca frecventa excitatiei apare in perioada de contractie musculara in serie = tetanica, atunci se numeste tetanos neted sau complet; - Daca excitatile in serie apar in perioada de relaxare a muschilor, apare tetanus incoplet sau dintzat. Forta muskulara Forta muskulara este greutate maximala pe kare o poate ridika ori tine ori deplasa un muski kareva Avem 2 tipuri de forte: 1. Aboluta - este forta maximal pe kare o poate ridika sau tine un muski /pi*r2 2. Relativa – este forta maximal ku kare un muski paote sa ridice o greutate = masa Aceste forte depend de forma aranjerii fibrelor. Lukru muskilor reprezinta greutatea maximal pe kare un muski la o distanta kareva. L=F*d. In ce konditii se poate de efektuat un lukru maximal ? – forta medie Unitatea muskulara se paote de studiat ku ajutoru miografului, ku ajutorul electrobiografiei(inregistrarea kurentilor muskilor), veloergometrilor, dinamometriei etc. 1.6.

Sistemul nervos somatic şi vegetativ. Zonele de influenţă. Sistemul nervos simpatic şi parasimpatic. Localizarea şi funcţia lor.

Fizilologia sistemul vegetativ Savantul francez bish a propus sa klasifikam sistemu nervos: - Sistem nervos somatik – el inerveaza soma, muskii, tendoanele, artikulatiile si oasele - Sistemu nervos vegetativ - enerveaza organele interne, este responsabil de metabolism si reproducere Sistemu nervos vegetativ se imparte la rindul sau in sistem nervos: 1. Simpatik 2. Parasimpatik Sistem nervos vegetativ - Denumit inca si sistem nervos autonom, el este complementar sistemului nervos somatic si regleaza indeosebi respiratia, digestia, excretiile, circulatia (bataile cardiace, presiunea arteriala). Aceste celule depind de centrii reglatori situati in maduva spinarii, trunchiul cerebral si creier, care primesc informatiile, pe caile senzoriale, provenind de la fiecare organ. Sistemul nervos vegetativ este impartit in sistem nervos simpatic si parasimpatic, ale carui activitati se echilibreaza astfel incat sa coordoneze activitatea tuturor viscerelor. 7

► Sistemul nervos parasimpatic este, ca regula generala, responsabil de punerea in stare de odihna a organismului. El actioneaza prin intermediul unui neurotransmitator, acetilcolina, si incetineste ritmul cardiac, stimuleaza sistemul digestiv si limiteaza contractiile sfincterelor. ► Sistemul nervos simpatic, sau sistemul nervos ortosimpatic, pune organismul in stare de alerta si il pregateste pentru activitate. Ei actioneaza prin intermediul a doi neuro- transmitatori, adrenalina noradrenalina. Acest sistem creste activitatea si respiratorie, dilata bronhiile si pupilele, contracta arterele, face sa fie secretata sudoarea in schimb, el franeaza functia digestiva. Functia sistemului nervos parasimpatic Sistemul nervos parasimpatic face parte din sistemul nervos vegetativ împreuna cu sistemul nervos simpatic. Se mai numește si sistemul nervos pentru odihnă și digestie. Se poate spune, într-un mod foarte simplificat, că sistemul nervos parasimpatic funcționează invers față de sistemul simpatic. Totuși, în unele țesuturi funcționează mai degraba împreuna. - conservarea energiei - încetinirea ritmului cardiac - creșterea activității intestinale - creșterea activității glandelor - relaxarea mușchilor din tractul intestinal Functia sistemului nervos simpatic Sistemul nervos simpatic face parte din sistemul nervos vegetativ. El este responsabil de așa numita reacție de fugă sau luptă în cazul unui pericol. Reacția de fugă sau luptă mai este cunoscută și sub numele de răspunsul simpato-adrenal. In cazul activării se secretă acetilcolină care activează secreția de adrenalină(epinefrină) șinoradrenalină(norepinefrină). Acestea sunt eliberate in sânge. Sistemul nervos simpatic acționeaza autonom, fară control conștient, și pregătește corpul pentru acțiuni în situații periculoase: - creșterea ritmului cardiac - constricția vaselor sanguine - dilatarea pupilelor - piloerecția (pielea găinii) - dilatarea bronhiilor - scăderea motilității intestinului gros - creșterea transpirației - creșterea presiunii sanguine Componenta centrala a sistemului nervos simpatic este reprezentata de centrii nervosi aflati in coarnele laterale medulare, unde ajung axonii neuronilor afe¬renti din viscere: centrii pupilodilatatori din maduva cervico-dorsala, vasomotori, pilomotori si sudorali din maduva dorsala. Localizarea Sistemul nervos parasimpatic are doua compo¬nente centrale, care sunt localizate in trunchiul cere¬bral si in maduva sacrata. a) Parasimpaticul cranian. In trunchiul cerebral se afla: nucleul accesor al oculomotorului (III), de unde provin fibrele parasimpatice ale oculomotorului, nucleii salivator superior si lacrimal, de unde iau nastere fibrele parasimpatice ale facialului (VII), nucleul saliva¬tor inferior, de unde pornesc fibrele parasimpatice ale glosofaringianului (IX) si nucleul dorsal al vagului (X), care reprezinta originea fibrelor parasimpatice vagale. b) Parasimpaticul sacrat. Componenta periferica a SNV parasimpatic este constituita, de asemenea, din doi neuroni, dar, spre deosebire de SNV simpatic, neuronul preganglionar face sinapsa cu neuronul postganglionar in peretii organelor inervate sau in aproprierea acestora. Relatia dintre SNsomatik si cel vegetativ se observa reflexe nekonditionate: - Daka apasam asupra globului okular se opreste activitatea kardiaka 8

-

1.7.

Daka apasam pe globul okular si dam un sunet kareva si repetam aceasta de kiteva ori (dupa aceasta dam doar sunetu la fel se va opri activitatea kardiaka) Noţiune de hormoni, clasificarea, mecanismul de acţiune. Acţiunea hormonilor asupra organismului.

Sekretu pe kare glandele il elimina se numesk Hormoni (din greaka Hormaul- a excita) Hormonii ka regula indeplinesk functie a metabolismului a kresterii, a dezvoltarii sexuale a organismului. Karakteristika generala a hormonilor: Hormonii se karakterizeaza prin urmatoarele: 1. Au actiune distanta (hormonii pot aktiona asupra organismului integru, organe, tesuturi) kare sunt plasati la diferite distante de la glanda 2. Hormonii poseda o activitate biologika ft inalta (adrenalinul poate sa intensifice activitatea kardiaka) 3. Hormonii se elimina kontinuu (ei tot timpu se distrug si trbuiesk kompensati priin sinteza altor hormoni noi) 4. Dupa struktura hormonii pot fi: a. Steroizi b. Derivati ai aminoacizilor c. Compusi proteici A si B nu au sensibilitate de specii, aceasta inseaman ka ei se pot introduce dintrun organism in altu ka medikament 5. Hormoniii sunt transportati in forma libera si in forma asamblati ku proteinile singelui (albominele si globolinele) 6. Actiunea hormonilor este analogika ku legatura prin radio, impulsu se duce la toti dar actioneaza numai aiceea kare sunt specializati pt receptia semnalului dat. 7. Greutatea moleculara a hormonilor este mika si din contu acesta se asigura o permiabilitate marita/penetratie marita a. Lokul de actiune a celulei este intracelular b. Daka greutatea hormonului este mare hormonu nu inta in celula insa se fixeaza pe celula si transmite informatia in celula prin intermediu mediatorilor(mediatori: acid adinazinmonofosfat-ciklik, guanedin-monofosfat-ciklik) Au fost depistate 4 tipuri de actiune a hormonilor asupra organismului: 1. Actiune metabolika, hormonii pot influenta metabolismu in celula 2. Functie morfogenetika, kresterea, diferentierea, metamorfoza – hormonii sunt genetik responsabili pt kresterea si diferentierea noastra din kontu actiunii morfogenetice 3. Actiune cinetica 4. Actiune de korejare – modifika intensitatea functiilor in celula si organism Se determna intensitatea metabolismului a hormonului prin perioada de injumatatire ( se introduce o substanta in organism si se determina kind jumate din aceasta substanta este folosita). Metodele de studiere secretiei glandelor ku sekretie interna: Sunt mai multe metode: - Sectionarea partiala ori kompleta si elimnarea acestei glande (Metoda exterpatiei) - Studierea kontinutului si activitatii singelui kare vine la glanda si kare pleaka de la glanda - Determinarea kontinutului in singe si in urina - Prin studierea mekanismului sintezei hormonilor - Metoda studierii si sintezei hormonilor - Metoda studierii kimice a hormonilor - Metoda injectarii extraktului de hormoni - Metoda paradiozii a 2 organisme

9

1.8.

Pancreasul. Structura. Hormonii pe care îi secretă şi rolul lor. Noţiune de diabet zaharat.

Pancreasul este un organ ce este localizat în partea stângă a cavității abdominale (hipocondrul stâng), sub stomac, în potcoava duodenală. Este o glandă anexă a tubului digestiv, având atât o funcție exocrină (producând sucul pancreatic, ce participă la digestie), cât și una endocrină (secretând doi hormoni antagoniști, insulina, care este un hormon hipoglicemiant, și glucagonul, care este un hormon hiperglicemiant). Insulina este secretata de insulele lui Langerhans si este cel mai important hormon în metabolismul glucidelor. Insulina contribuie în primul rând la micșorarea concentrației glucozei în sânge. Aceasta mărește permeabilitatea membranei celulare pentru glucoză. Glucagonul este cel de-al doilea hormon pancreatic implicat în reglarea echilibrului glicemic, alături de insulină. Glucagonul prezintă efect hiperglicemiant. Acesta este secretat de celulele alfa ale insulelor Langerhans. Pancreasul secretă glucagon atunci când nivelul glicemiei scade prea mult. Glucagonul stimulează ficatul să transforme rezervele sale de glicogen în glucoză, care este imediat eliberată în sânge (glicogenoliza). Glucagonul și insulina fac parte dintr-un sistem feedback ce menține glicemia la un nivel acceptabil. Structura Pancreasul este un organ anex aparatului digestiv, fiind o glandă cu secreție internă, având funcție atât exocrină, cât și endocrină. Are o greutate de aproximativ 80 g și o lungime de 15 – 20 cm. Pancreasului i se descriu un cap, un col (gât), un corp și o coadă. Diabetul zaharat este un sindrom caracterizat prin valori crescute ale concentrației glucozei în sânge (hiperglicemie) și dezechilibrarea metabolismului. Diabetul zaharat este un sindrom caracterizat prin valori crescute ale concentrației glucozei în sânge (hiperglicemie) și dezechilibrarea metabolismului. Diabetul zaharat de tip 1 se caracterizează prin distrugerea celulelor beta pancreatice producătoare de insulinădin insulele Langerhans din pancreas, fapt care conduce la un deficit de insulină. Principala cauză este o reacție autoimună mediată de limfocitele T. Diabetul zaharat de tip 2 se datorează rezistenței crescute la insulină a țesuturilor, însoțită de scăderea secreției de insulină. Lipsa de răspuns la insulină a țesuturilor se datorează cel mai probabil modificăriireceptorului pentru insulină de pe membrana celulară. 1.9.

Noţiune de macro- şi microelemente. Metabolismul hidrosalin, distribuţia apei în organism. Presiunea osmotică şi oncotică, rolul lor în organism.

Celula reprezinta cel mai simplu nivel de organizare a materiei vii la care apare pt prima data capacitatea de autoreproducere. Analiza kimika a structurii vii ne demonstreaza ca ea este formata la rindul ei din elemente kimice commune pt material vie si cea moarta. In organismele vii se cunosk 2 categorii de lemente kimice: 1- Elementele plastice(macro elementele) – ce se afla in cantitati mari si contribuie semnificativ la constituirea structurii vii 2- Micro elementele(aligo elementele, infinite celulare) care joaka un rol catalyst si sunt prezente in cantitati extreme de reduse Mactro elementele —constitiue aproximativ 99.7% din material vie, ele sunt reprezentate in mare masura de catre C, O, H, azot, sulf, fosfor, clor, natriu , calciu, magneziu – ele cinstitue 95% din greutatea organismului. – C, O, H, N. Micro elementele joaka un rol catalitik essential, insa sunt mineralele de care organismul are nevoie in cantitati extrem de mici. Din categoria microelementelor fac parte: fierul, zincul, iodul, fluorul, cuprul, manganul, seleniul, cobaltul, cromul, molibdenul. H2O- in organismul uman Apa indeplineste in org o serie de functii komplexe 10

Fiind o parte a materiei vii ea face oficiu de solvent al subs org si anorg. Apa sta la baza proceselor de absorbtie si eskretie. In mediul apei se desfasoara procesele de biosinteza si biodegradare karakteristice org vii. Prin caract. Sale fizice ea asigura desfasurarea normal a mekanizmelor homeostatice ale organismlui intron mediu continuu variabil si adesea agresiv. Repartitia apei in organism: Continutu de apa in org uman adult variaza intre 56-60% ceea ce reprez 40-42L la un org de 70kg. acest volum se repartizeaza in 2 mari sectoare: 1- Intracellular 2- Extracellular Apa intracelulara este de 2 feluri: 1- Apa legata in constitutia diferitor structure celulare 2- Sub forma libera, care indeplineste rolul de mediu, de dispersie in citoplasma. Reprez aproxim 40% din greutatea corpului (undeva 28L la 70kg) Apa extracelulara este reprez: 1- Plasma sangvina, limfa 2- Spatiile intrecelulare, in diferite cavitati si burse intrercelulare, reprezinta aprox 20% din greutatea korp (adika 14L la 70 kg). Spatiu interstitial este format din 3 faze: a. Faza fluida, reprez de apa si substanta micromoleculara adesea desociate b. Faza macromoleculelor fluide repez. Mai ales de protein serice, a karei concentratie 30-80% din concentratia lor plasmatica. Datorita impermiabilitatii membranelor kapilare determina presiunea onkotika(kolodiosmotika) a spatiului interstitial. c. Forma ce formeaza spatial interstitial din lanturi lungi prodice si polizaharidice de diferite forme dimensiuni si tipuri(ex: acidul Hialuronik). Apa extracelulara poate fi: 1. De plasma sangvina 2.8L la 70kg 2. Likid transcelular, cum ar fi likidul kare se afla synovial unde avem umori 0.5L la 70kg Continutu apei depinde de virsta de sex de tesut in kare se afla apa …la barbati 60% de apa la femei 55%. Depalasarea apei in org este determinata de legile hidrodinamicei, de presiunile osmotice si koloidosmotice din regiunile korespunzatoare a korpului. Organismal se va afla in limitele normei atit timp kit apa se va afla in limitele ekilibrului hidrik normal. Se are invedere kantitatea de apa ce a fost ingerata va fi = ku kantitatea de apa ce se va elimina din organism. Niktermiral( 24 ore) raportul de apa este de 1500-3000ml de apa ingerata si eliminate. Aportul de apa in org este kontrolat prin senzatia de sete, eliminarea de apa din org prin evaporare, transpiratie dar mai ales prin urina este reglata prin sistemele neuroumorale. Ekilibru hidrik reprezinta un factor decisive in mentinerea homeostazei generale a organismului. Existent unui volum konstat de apa asigura izotonia(presiunea osmotika constituit de 300mOsm/L ceea cei = 7.6atm.) si izoinonia (egalitatea dintre suma sarcinilor positive si negative de circa 155 mlEg/L cateoni si aneoni) . ambele prop sunt karakteristici de baza a mediului intern a organismului (orice abatere de la norma poate duce la moarte). Noriune de presiune osmotika si onkotika : Presiunea kare o formeaza ionii sarusilor in apa este pres osmotika. Iar presiunea ionilor proteinilor este pres onkotika(oloidoOsmotika). Hiperhidratarea org duce la distrugerea org. Hipohidratarea la fel adduce daune organismului. Presiunea oncotica. Presiunea oncotica sau coloidosmotica este acea parte din presiunea osmotica totala a plasmei dezvoltata de proteine, datorita sarcinilor electrice de la suprafata lor. Desi valoare ei este neglijabila, presiunea oncotica detine controlul schimburilor hidrice care au loc la nivel capilar. Solutiile de 11

hemoglobina libera determina o crestere a presiunii oncotice datorita hiperosmolaritatii sale. Pentru a avea aceeasi presiune oncotica cu cea a plasmei, concentratia în hemoglobina a solutiilor de hemoglobina trebuie redusa la 7 g/dl, în comparatie cu 14 g/dl în sângele integral. Presiunea osmotică Presiunea osmotică este presiunea care trebuie să fie aplicată unei soluții pentru a împiedica trecerea solventului în sensul natural de difuzie printr-o membrană semipermeabilă. Presiunii osmotice a unei soluții a unei substanțe îi corespunde o energie potențială osmotică la fel cum presiunii hidrostatice a unei coloane de lichid îi corespunde o energie potențială hidrostatică 1.10.

Descrieţi structura şi funcţia inimii umane, valvele cordului, ciclul cardiac. Volumul sistolic şi minut volumul.

Structura inimii – inima la om e compusa din 4 camere, 2 atrii si 2 ventricule. Peretele inimii e format din trei straturi de baza, de la exterior epicard – o punga care inveleste inima. Catre peretele inimii: 1. Pericard – membrane formata din tesut conjunctiv, care acopera si tapeteaza inima la exterior. 2. Miocard – repezinta stratul doi format din muschi speciali numiti muschi striati cardiac, care se deosebesc de muschii striati, acest strat de muschi e dezovoltat neuniform in diferite regiuni ale inimii, in atrii stratul muscular e dezvoltat mai slab, iar in ventricule e dezvoltat mai bine, insa tot neuniform, in ventricolul drept stratul muscular e mai slab dezvoltat ca cel sting, fiindca ventricolul sting indeplineste un lucru mai mare. Stratul muscular are o orientare diferita, dea lungul inimii merge stratul intern muscular. Miocardul este muschi scheletal – cardiac. 3. Endocard – tapeteaza inima din partea interna, partea interna a miocardului din contul muschiului miocardului e foarte pronuntat reliefat, formeaza asa numite trabercule si muschi papilari. Valvulele cordului si rolul lor In inima intre atrii si ventricule avem valvule, valvulele atrio-ventriculare care sunt formate dintr’un strat dublu al endocardului, in partea dreapta avem trei valvule, valvule tricuspide, in stinga avem doua si se numesc bicuspide, aceste vulvule permit circularea singelui din atriii in ventricule. La iesirea aortei din ventricolul sting avem valvule, din ventricolul drept iese trunchiul pulmonar, unde tot sunt valvule aceste sunt valvule semilunare, nu permit ca sangele din aorta si trunchiul pulmonar sa se intoarca inapoi in ventricul. Rolul de baza al valvulelor este de asigura miscarea unidirectioanala a singelui prin tot corpul. Inima poseda: 1. Automatism; 2. Excitabilitate; 3. Conductibilitate; 4. Contractilitate; 5. Refracteritate – capacitatea miocardului de a nu raspunde la excitatie adaugatoare, daca el deja raspunde; 6. Plasticitate Ciclul cardiac Inima la om lucreaza ciclil, observam perioada de contractie a atriilor, apoi a ventriculelor, care se numeste sista atriilor si a ventriclulelor si perioada de relaxare, diastole atriala si diastoala ventriculara. Sistola si diastola se parcurge intr-o ordine bine definite. Ciclul – 0.8 sec. 1. Sitola atriilor – 0.1 sec 2. Diastole atriilor -0.7 sec 3. In timul diastole atriilor are loc sistola ventriculelor – 0.33 sec 4. Diastole ventriculelor – 0.47 sec 5. dupa care urmeaza o pauza comuna, cand ventriculele si atriile se afla in diastole. Inima in fiecare sistola expulzeaza 60-80 ml de singe – volum sistolic. Volumul sistolic inmultit cu frecventa cardiac o sa obtinem minut-volumul. 70ml sange * 75 batai pe minut = 4, 6, 8 litri. 12

volumul sistolic = debit cardiac/frecnta cardiaca si indexul sistolic", adica debitul sistolic/m2 de suprafata corporala; 1.11.

Ce numim digestie? Structura tractului digestiv. Care este rolul digestiei în organism? Ce metode de studiere a tractului digestiv cunoaşteţi?

Digestia reprezinta un proces fiziologic in urma caruia are loc discompunerea produselor alimentare din forme complexe in forme simple pe care organismul le poate folosi. De exemplu:  proteinile sint discompuse pina la aminoacizi  grasimele pina la acizi grashi si trigliceride;  amidonul, glucidele pina la glucoza. Care sint absorbite in singe si pe care organismul sau celulele le foloseste cu scop energetic si plastic. Digestia are loc in tractul digestiv. Structura tractului digestiv Sistemul digestiv este alcatuit din: - tub digestiv, o serie de organe tubulare de calibru diferit; - glande anexe, ancorate la diferite etaje ale tractului digestiv. Tubul digestiv Masoara aproximativ 9 m lungime, de la cavitatea bucala pana la anus, constituind traiectul alimentelor ingerate pe parcursul caruia acestea sufera transformari necesare prepararii hranei pentru celulele corpului, prin intermediul mijloacelor digestive fizice si chimice. 1. Cavitatea bucala este primul segment al tubului digestiv, reprezentand locul unde digestia este demarata. Cavitatea bucala cuprinde limba si dintii. Prin intermediul limbii se distinge gustul, textura, dar si temperatura alimentelor. Dentia este implicata cu precadere in masticatie, care impreuna cu digestia chimica realizata prin actiunea salivei formeaza la acest nivel bolul alimentar. 2. Faringele reprezinta canalul de legatura dintre cavitatea bucala in esofag. 3. Esofagul este un conduct ce masoara aproximativ 25 cm si strabate gatul, de la cartilajul cricoid ce il delimiteaza de faringe, toracele si o portiune mica din abdomen pana la orificiul cardia, unde se conecteaza la stomac. Peristaltismul esofagian si secretiile de mucus sunt responsabile cu transportul si respectiv alunecarea bolului alimentar catre stomac. 4. Stomacul este un organ cavitar, plasat in loja gastrica in abdomen si reprezinta segmentul cel mai dilatat al tubului digestiv. Este responsabil cu transformarea bolului alimentar prin actiuni mecanice si chimice in chim gastric, pe care il stocheaza pana cand acesta devine pregatit sa fie evacuat in intestinul subtire. 5. Intestinul subtire este segmentul cel mai lung al tractului digestiv, masurand un diametru de 2. 5 cm si o lungime de pana la 6 m, de la orificiul pilor pana la valvula ileo-cecala. La nivelul intestinului subtire, chimul gastric este transformat in chil intestinal prin intermediul unui complex de procese, fiind absorbiti aproximativ 90% din nutrientii pe care organismul ii primeste ulterior in urma digestiei. Intestinul subtire este subimpartit in duoden, portiunea fixa in care se secreta sucul hepatic si pancreatic, jejunul, portiunea mijlocie, mobila, spiralata, care face legatura cu ileonul, portiunea finala a intestinului subtire ce se intinde pana la valvula ileo-cecala, de unde tubul digestiv se continua cu intestinul gros. 6. Intestinul gros este ultimul segment al tubului digestiv, avand un calibru superior intestinului subtire si o lungime de pana la 1. 6 m, cuprins intre valvula ileo-cecala si anus. La acest nivel sunt preluati nutrientii ramasi neabsorbiti din chilul intestinal, transformat si eliminat ulterior sub forma de materii fecale. Intestinul gros prezinta cecul cu apendicele piloric, colonul, dispus sub forma unui cadru in 13

jurul intestinului subtire, cuprinzand potiunea ascendenta, transversa, descendenta si sigmoida terminandu-se cu rectul, in care materiile fecale sunt stocate inainte de a fi eliminate prin actul defecatiei. Canalul anal, situat inferior rectului se deschide prin orificiul anal sau anus, nivel la care se termina tubul digestiv. Glandele anexe ale sistemului digestiv Contribuie la digestie prin intermediul secretiilor. 1. Glandele salivare sunt responsabile cu secretia salivei, o mixtura de apa, enzime si mucina, in cavitatea bucala pentru a lubrifica alimentele ce urmeaza a fi ingerate. De asmenea, enzimele din saliva interactioneaza cu alimentele din cavitatea bucala declansand procesul de digestie chimica. 2. Ficatul este plasat in loja hepatica, sub diafragm si reprezinta cea mai mare glanda din corp, cantarind aproximativ 1. 5 kg. Pe langa faptul ca ficatul reprezinta organul vital ce detoxifica sangele de agentii nocivi organismului, acesta este implicat si in procesul de digestie prin secretia bilei, un lichid ce actioneaza cu predilectie in dregradarea grasimilor. Intre mese bila se acumuleaza in vezicula biliara sau colecist. 3. Pancreasul este o glanda mixta, retroperineala, situata inapoia stomacului. Functia exocrina a pancreasului este implicata in digestie, fiind responsabila cu elaborarea si secretia sucului pancreatic, un lichid care contine echipament enzimatic capabil sa degradeze toate tipurile de substante alimentare. Digesti isi are un rol foarte important fiindca toate aceste substante nutritive absorbite prin intestin intra mai departe in fluxul sanguin, pentru ca mai apoi sa fie prelucrate de organele specializate si, in final, distribuite catre celule. In acest fel, se asigura buna functionare a intregului organism. Iata de ce rolul sistemului digestiv este important si foarte complex Functia tractului digestiv consta in: 1. Prelucrarea mecanica (farimitarea hranei) 2. Prelucrarea chimica (descompunerea enzimatica a hranei) 3. Secretia (saliva, sucul grastic, sucul intestinal) 4. Motorica de plasarea si farimitarea hranei. 5. Absorbtia produselor alimentare in singe si in limfa 6. Excretia produselor nealimentare 7. Mai poseda functia bacteriocida(distrugerea bacteriilor), 8. Hormonala (elimina hormoni). Metodele de cercetare a tractului digestiv. Metodele experimentale. În trecut foarte pe larg se foloseau metodele fistulării. Fistula asigură comunicarea între cavitatea unui organ cavitar sau unui canal glandular cu mediul extern. Prin intermediul fistulei secretele digestive pot fi colectate în stare pură. Astfel savantul Heidenhaim a studiat la câini secreţia unei porţiuni stomacale, afectând inervarea vagală. Pavlov a păstrat inervarea unei porţiuni izolate de stomac şi a putut studia secreţia gastrică în dependenţă de fazele gastrice. La om sucul gastric poate fi colectat cu o sondă. Metode clinice. Motilitatea tractului digestiv poate fi studiată prin următoarele metode: 1. Mioelectromasticaţiografie – înregistrează potenţialele de acţiune a muşchilor masticatori. 2. Electrogastrografia – înregistrează potenţialul de acţiune a stomacului. 3. Metode radiografice – se studiază hidroliza şi absorbţia în TGI 4. În prezent pe larg sunt folosite metodele endoscopice: fibrogastroscopia, colonoscopia. La fel aceste metode permit paralel cu vizualizarea mucoasei esofagiene, gastrice, intestinale. 5. Metodele biochimice sunt folosite pentru determinarea de exemplu a conţinutului enzimelor pancreatice în sânge. 6. Alte metode: studierea maselor fecale pentru aprecierea elementelor nedigerate sau cu alte scopuri. USG, RMN ETC..

14

1.12.

Ce numim respiraţie? Care este rolul respiraţiei în viaţa omului? Etapele respiraţiei. Biomecanismele inspiraţiei şi expiraţiei. Particularităţile respiraţiei la altitudine, la adâncimi (hiperşi hipobarie) şi la efort fizic. Spirometria.

Fiziologia respiratiei Respiratia reprezinta un proces fiziologic in urma caruia organismul primeste din mediul inconjurator oxigen si elimina bioxid de carbon. Procesul respiratiei e efectuat de catre sistemul respirator care include: 1. toracele 2. diafragma 3. pulmonii (dreptul si stingul) 4. caile respiratorii (cavitatea nazala, laringe, bronhii, alveole) Procesul respiratiei are loc in doua acte: inspiratia si expiratia. Savantii impart procesul respiratiei in cateva etape: 1. respiratia externa sau pulmonara, in aceasta faza are loc shimbul de gaze intre atmosfera si pulmoni. 2. Schimbul de gaze intre pulmoni si singe 3. Transportul gazelor de catre singe 4. Schimbul de gaze intre singe si tesuturi 5. Respiratia tisulara, folosirea oxigenului in mitocondriile celulelor pentru a oxida substantele nutritive Respiratia externa. Inspiratia – are loc in urma cresterii volumului toracelui in plan frontal, sagital si orizontal. Marimea volumului toracelui are loc ca urmare a contractiei muschilor intercostali externi si a diafragmului. Cresterea volumui toracelui la contractia muschilor intercostali externi se datoreaza faptului ca acesti muschi sunt inserati pe coaste oblic. (de sus in jos si de inapoi – inainte). Coastele impreuna cu muschii alcatuiesc pirghie de ordinul II. Momentul fortei la fiecare coasta e diferit. Coastele sunt lasata in jos si sunt apropiate de coloana vertebrala. Cutia toracica in partea interna e tapetata de o pielicula formata din tesut conjunctiv(pleura parietala). Pulmonii la exterior tot sunt acoperiti cu o pielicula: pleura viscerala. Pulmonii fiind elastici ei se extind pentru a echilibra aceasta diferenta de presiune, marindu’si volumul. In timpul inspiratie in pulmoni presiuna va devani -2 – 4. In afara de inspiratia normala, avem inspiratie fortata, la inspiratia fortata mai participa si alti muschi auxiliari(muschii centurii superioara), muschii pectorali mari si mici, scaleni, trapeti, deltoid, dintati, muschiul sterno-cledo-mastoid. Expiratia – este proces invers inspiratiei, are loc dupa inspiratia si este un proces pasiv, la relaxarea muschilor intercostali externi, coastele si toracele se lasa in jos ocupin pozitia initiala in stare de pauza. Toracele se deplaseaza in jos datorita a doua mecanisme: a) Greutatii toracelui b) Datorita elasticittii coastelor, cartilagelor si a tesuturilor de pe suprafata toracelui Ca urmare micsorarii toracelui, presiunea interpleurala care a fot -4, -6, 9, creste pina la -2, -4., datorita elasticitatii pulmonilor care au fost extinsi fortat, ei isi revin la pozitia initiala din timpul pauzei, se micsoreaza volumul pulmonil si creste presiuna, care va fi: +2, +4. Aerul iese prin bronhii, trahee si cav nazala. Respiratia normala are loc in mod pasiv. Mai avem respiratii fortata, ea este activa, la ea i’au parte muschii intercostali interni, pozitia muschilor intercostali interni este inversa muschilor intercostali externi. Se mai adauga muschii abdominali. In caz, in urma unei traume, se defecteaza toracele si aerul nimereste in spatiul pleural, aerul nimereste in torace se numeste pnevmatorax. Metode de studiere a sistemului respirator: 1. Spirometria. Spirometre cu apa si cu aer. Trebuie sa determinam valorile de aer care intra si ies din pulmoni. Prin metoda spirometrei putem determina: a) Aerul curent, aerul respirator, aerul pe care il inspiram la o inspiratie normala in norma 400-500 ml b) Aerul de rezerva ai inspiratiei, dupa o inspiratie normala din atmosfera mai putem inspira din aparat in jur la 1000 ml de aer, acesta e aeul de rezerva a inspiratiei 15

c) Dupa o expiratie normala in atmosfera noi expiram in spirometrul maximal, acesta va fi aerul de rezerva a expiratiei. 1500-2000 d) Capacitatea vitala a pulmonilor. Dupa o inspiratie maximala din atmosfera noi expiram maximal in spirometru de la 2500-4000ml. Dupa o expiratie maximla in pulmoni tot timpul ramine aer, aer reziudual ~1000ml 2. Pnevmografia – se inregistreaza miscarile(excursia) toracelui in timpul inspiratiei si expiratiei, pt aceasta pe torace se fixeaxa o manseta in care se introduce aer, care este unita printr’un tub cu capsula marey care transforma modificarile presiunii in manseta in miscari a penitei care scrie pe hirtie aceste miscari. 3. Radiografia computerizata, razele X, trecand prin cutia toracelui arata silueta lor 4. Uzii, care ne deseana structura peretelui toracelui si silueta pulmonilor 5. Spirografia, care consta in aceea ca spirometria insa cu un dispozitiv care poate sa ne scrie miscarile provocate de paramaetrii respiratiei 6. Metoda radiologica – radiografia 7. Fluruografia 8. Rezonanta magnetica 9. Palpatiile 10. Metoda ascultatiei 11. Percutie 12. Metoda clinica 13. Probe functionale, in norma si la efort fizic II. Schimbul de gaze intre pulmoni si sange Aerul atmosferic: 1. O2 -21% -- 159mmHg 2. CO2 - 0.03% -- 3mmHg 3. N – 79% Aerul alviolat: 1. O2 -16.4% -- 103mmHg 2. CO2 – 4-5% -- 40mmHg 3. N – 79% Aerul in capilare: partea venoasa 1. O2 - 40mmHg 2. CO2 – 46mmHg 3. N – 79% Aerul in capilare: partea arteriala 1. O2 - 100mmHg 2. CO2 – 40mmHg 3. N – 79% Datorita diferentei de presiune, prin difuzie, din alveole trece din singe venos in singe arterial III. transportul gazelor de catre sange Oxigenul nimerind in singe e trasportat catre tesuturi in 2 stari: 1. In stare fizica dezolvata – 3%, 97% va fi legata cu hemoglobina din eritrocite formind oxihemoglobina. Ajungind la tesuturi oxigenul datorita diferentei de presiuni, poate fi mai mic de 40, oxigenul din sange prin difuzie trece in celule. In celule are loc oxidarea substantelor nuntritive cu eliminare de energie(in mitocondrii). Hemoglubina se afla in eretrocite, in molecula ei avem 4 16

molecule de fier bivalent, fiecare eritrocit e capabil sa transporte 4 molecule de oxigen. Cedarea oxigenului de catre oxihemoglubina e influentata de: 1. Concentratia oxigenului 2. Concentratia de CO2 3. pH-ul sangvin 4. temperatura corpului 5. activitatea organismului. In cazul 2,3,4,5 cedarea oxigenului de catre hemoglubina creste, ceea ce se eprima prin curba disocierei de oxihemoglubina. Bioxidul de carbon in norma se formeaza in mitocondrii in celule in urma reactiilor oxidative. In tesuturi creste concetratia bioxidului de carbon de la 46 la 50 si mai multi mmHg. In sange avem presiunea in jurul la 40 mmHg si datorita diferentei de presiuni, bioxidul de carbon din tesuturi trece prin difuzie in singe, in singe el nimereste in eritrocite. In eritrocite avem enzima carabonhidraza care intensifica reactia de la >2000. Bioxidul de carbon nimerind in eritrocit se uneste cu apa si se formeaza acidul carbonic H2CO3. El fiind foarte instabil se disociaza in H- si HCO3O parte de CO2 va fi dizolvat in singe cc 7% CO2 e transportat dizolvat ca gaz 7%, in forma de carbhemoglubina 23%, inlocuind oxihemoglubina. Si ca saruri a acidului carbonic, cand ajunge la pulmoni presiunea se schimba invers si toate reactiile au loc in directia inversa(aceste reactii sunt reversibile). Reglarea respiratiei are loc pe cale nervoasa si umorala, sistemul respirator este inervat de catre nervii care se afla in coarnele laterale a maduvei spinarii, regiunea toracala, unde avem moto neuroni, care inerveaza muschii intercostali externi si interni, in reg bulbului rahidian, avem centrul nervului fermic ce enerveaza diafragma. In bulbul rahidian se afla centrii nervului respirator care e compus din doua componente, centrul inspirator si centrul expirator, care prin intermediul nervului vag inerveaza pulmonii. In puntea varole se afla centrul pnevmotaxic care coordoneaza(regleaza cu centrul inspirator si expirator din bulb). Coordoneaza cu schimbarea inspiratiei si expiratiei cu profunzimea si frecventa respiratiei. In hipotalamus se afla centrii superiori vegetativi subcorticali care tot pot influenta respiratia prin modificarea metabolismului. Scoarta cerebrala prin reflexe conditionate poate influenta constieint respiratia. In vasele sangvine, in acul aortei, difurcatia arterei carotide si in alte regiuni se afla o acumulare de receptori chimici, mecanici, osmoreceptori, care formeaza zone reflexogene, acesti receptori reactioaneaza la modificarea presiunii, continutul chimic al singelui, modificarea osmozei, care iau parte la reglarea respiratiei. Reflexul Colt, la excitara peretelui abdominal are loc stoparea respiratiei, la excitarea cailor respiratorii, in mod reflex are loc aparitia reflexului de protectie: tusa, starnutul. Reflex conditionat poate fi cu participarea scoartei la sportivi inainte de start se intensifica respiratia, la studenti inainte de examen se intensfica respiratia. Calea umorala e realizata cu ajutorul ionilor de hidrogen, a bioxidului de carbon, a oxigenul, acidul lactic. La acumularea bioxidului de carbon si a ionilor de hidrogen are loc excitarea chemoreceptorilor din zonele exogene, excitatia se duce in centru care va mari frecventa si profunzimea respiratiei, bioxidul de carbon are doua mecanisme de excitare a respiratie. 1. Prin zonele reflexogene 2. Poate actiona direct asupra centrilor respiratori Mai bine se observa reglarea respiratiei pe cale neuroumorala care a fost descrisa de heirig brourert. In timpul inspiratie se extind pulmonii, se extind alveolele pulmonare, in care se afla mecanoreceptori, care se axcita, excitatiile sunt transmise in centrul respirator prin fibrele nervului vag, aceste impulsuri au destinatia de a frina inspiratia si are loc expiratia pasiva, in timpul expiratiei se acumuleaza bioxid de carbon, ioni de hidrogen care vor excita centrii inspiratiei si vor provoca inspiratia, care la rindul ei va fi 17

frinata de impulsurile aferente ce vin de la mecanoreceptorii din pulmon. Scoarta prin reflexe conditonate tot ia partea la reglarea respiratiei. Centrii mai poseda automatism 1. La efort fizic se intensifica reactiile oxidative, se cheltuieste mai multa energie, se cere mai mul oxigen si se formeaza mai mul bioxid de carbon, respiratiea se va intensifica dupa frecfenta si dupa profunzime. 2. La inaltime presiuna scade, se micsoreaza cantitatea de oxigen, bioxid de carbon, si azot, in asa caz ar trebui de intensifica respiratia, organismul simte insuficinte de oxigen, apare o stare de somnolenta, se ia oxigen cu bioxid de carbon(4%) – carbogen 3. La adincimi presiunea atmosferica creste, la fiecara 10 m- 1atms mmHg 1.13.

Sângele. Care este rolul sângelui în viaţa omului? Ce compoziţie are sângele? Care este necesitatea hemotransfuziei? Grupele sangvine şi rezus factor. Coagularea sângelui, timpul coagulării şi ce rol are acest proces?

Fiziologia sistemului sangvin Sangele reprezinta un tesut special lichid care indeplineste mai multe functii: 1. De transport 2. Functia respiratorie(tranporta gaze) 3. De nutritie (substante nutritive) 4. De protectie (limfocitele indeplinesc functie iminitara) 5. Hemostatica (mentin constanta sangvina prin coagulare si nu permit scurgerea singelui din organism) 6. Termoreglare (iau caldura de la organle calde interne si o duce la organele de la periferie) 7. Homeostatica mentine constantele integre ale organismului 8. Reglatoare prin sange se transmit hormoni si substante biologic activa, care iau parte la reglarea functiilor in organism Constantele sangvine (metoda hematocrit) Daca luam o portiune de sange si o introducem in capilar gradat: 45% elemente figurata asezate mai jos 55% serul sangvin asezat mai sus Continutul serului sangvin 98% apa si 1-2% substanta solida: minerala, saruri minerale, natriu, caliu, clor. Saruri minerale – 0.9%. Avem trei grupe de proteine: Albumine 34% - servesc ca sursa de proteine pt organism. 2/3 din substantele sangvine, hormoni, toxine, medicamente sunt transportate de albumine. Se impart in alfa, beta, gama. Globuline 1.7-4% - poseda functia de transport si functia imunitara, formind anticorpi care distrug bacterii si altele. Deosebim 5 clase de globuline. Fibrinogen 0.2-0.4% - ia parte in coagularea singelui si oprirea scurgerii. pH-ul sangvin – caracterizeaza relatia intre ionii de hidrogen si hidroxil. Daca acest raport e egal avem mediu netru, daca predomina OH e mediu alcalin, daca predomina O acid. Mentinerea pH-ul e foarte necesara in organism, e asigurata de sistemele tampon, cunoastem 4 sisteme: 1. Acidului carbonic 2. Acidului fosforic 3. A proteinilor sangvine 4. A hemoglubinei Sistema tampon e formata din acid puternic si o baza slaba sau un acid slab si o baza puternica. Spre evolutia omului mai de a fost tendita de a se deplasa in directia accid, sistema tampon e cu mult mai mare in directia acida ca in alcalina, e de 372 de ori mai mare decat a apei. Sistemul tampon in directia alcalina e de 40 de ori mai mare ca a apei. Presiunea osmotica – daca solutia sint de aceasi contenratie a sarurilor va fi normala. 18

Forta cu cure solventul e atras de la concentratia mai mica la concentratia mai mare prinmembrana permiabila se numeste presiune osmotica. Toate solutile care au aceiasi concenratie ca serul sangvin se numesc solutii izotonice. Presiunea care o formeaza moleculele proteinelor dizolvate in singe se numeste presiune oncotica. Osmotica in norma 7.6 - 8.1 atmosphere Oncotica in norma 0.02 – 0.4 atmosphere Aceasta presiune are un rol major in mentinerea si reglarea metabolismului hidrosalin. Sange avem 7% din greutatea corpului 3-3.5l, in celule avem 30 l de apa Elementele figurate: Eritrocite – au forma sferica in forma de disc biconcav, se nasc si se formeaza in maduva ososasa. In interiorul leucocitelor se mentine hemoglubina, pe suprafata leucocitelor se afla chemoreceptori farmat din glucoproteine, care asigura capacitati antigene, cum ar fi: A, B, rezus. Functia lor este de a tranporta compusii hemoglobinii, mai ales oxigenul si bioxidul de carbon. Fiecare eritrocit datorita hemoglubinii care e formata din hem si globina, globina contine 4 molecule de fier bivalent, cu ajutorul caruia se uneste cu oxigenul sau bioxidul de carbon, in organism se contin 3-3.5 milioane de eritrocite intr’un mm cub de sange. Hemoglubina di eritrocit mai poate forma si alti compusi, adica oxihemoglubine, carboehoglubina si mai poate sa se uneasca mono oxidul de carbon formin carboxihemoglubina. Ceanurile de caliu, sau permanganat de caliu. Mai avem mioglubina, in inima avem 14 %, care asigura muschii adaugator cu oxigen, pt depistarea compusilor hemoglubinii se foloseste metoda spectroscopica. Cantitatea de hemoglubina se determina cu ajutorul aparatului SahLee prin metoda colorimetrica prin compararea culorii. Cantitatea de eritrocite se determina cu ajutorul camerei goreaev la microscop. Leucocite – 6-9 mii, ele indeplinesc functia de protectia a organismului, formula leucocitala. Cunoastem leucocite si limfocite. Granolocite – au granule in citoplasma, agranalocite nu au granule. Granolicitele dupa coloranti se impart in: neutrofiele 30-74%, indeplinesc functia de fagocitoza, bazofile se vopsec cu coloranti alclalini, si euzenofile se vopsec cu coloranti acizi si se intilnesc de la 1-4% si apar in caz de infectie cronica. Limfocite cunoastem: mari, medii si mici, cunoastem limfocite si monocite. Limfocite pina la 34%, monicite 7-8, limfocitele sunt capabile sa formeze reactii imune. T limfocite distrug bacterii, virus. B limfocite formin imunitatea umorala cu ajutorul anticorpilor. Cantitatea se calculeaza ca si la eritrocite si diminueaza de 20 de ori Trombocite – de la 200-400 mii, celule foarte mici, indeplinesc functia de coagulare a singelui. Reactia de sedimentare a hematiilor – viteza cu care hematiile lasate pe o ora se sedimenteaza pe un capilar. Viscozitatea se ia in comparatia cu apa = 5. Depinde de substa dizolvate in serul sangvin. Grupele sangvine 1902 lanstainen si yantzki au studiat singele si capacitate de a transfuza si a propus teoria de transfuzie a singelui.ei au propus ca pe eretrocite se afla dou aretrogeneA si B In dependentsa de raportul lor se poate de facut hemotransfuzie in alte nu. Reiesind din asta ei au impartit singele in 4 grupe: 1-se afla aglutenilele alfa si beta...iar in eretrocite nimic... 2-eretrocite A.... 3-eretrocite B....sero...alfa si beta 4-eretrocite AB Se poate de facut transfuzie in caz ca nu se intilnesc aglutinogenele...alfa si beta Se poate sa se intilneasca aglucotininele cu aglucogene... Se poate de facut transfuzie atunci cind aglucoteninile sunt mai putine... Cuagularea singelui. In caz de hemoragie se declanseaza reactie de cuagulare a singelui se formeaza chiag care optureaza vasele lezate si opreste scurgerea de singe. Cunoastem cateva etape de formare a chiagului, la lezarea vaselor sangvine si a tesuturilor, receptorii transmit reactii de durere in sistemul nerrvos central si in mod reflex are loc comprimarea vaselor sangvine si stoparea complecta a hemoragiei. Tesuturile lezate activeaza trombocitele din sange care incep a se lipi una de alta, agregindu’se formind un dop trombocitar care 19

opreste scurgerea de sange in vasele mici (aceasta este faza vazorecitara). Dupa aceasta se incepe reactiea de cuagularea a singelui, care parcurge in trei etape: 1. Tesuturile lezaate si elementele figurate traumate elimina in sange tromboplastinogen, a) tisular; b) sangvin Tromboplastinogenul tisular sub influenta factorului 12, 8 si ionilor de calciu tromboplastinogenul se transforma in tromboplastin. Sub influenta factorului: 11, 9 10 , 7, 5 a ionilor de calciu, tromboplastinogenul sangvinn se transforma in tromboplastin 2. In sange avem protrombin lichid care se sintetizeaza in ficat si in pulmoni si circula libeer in sange, daca intilneste in calea sa trombboplastin sin prima etapa sub influenta factorilului 5 si ioni da calcliu protombina se transforma in trombina. 3. Noi in sange avem fibrinogen lichid care circula liber in singe si care se sintetizeaza in ficat si pulmoni, daca se intilneste sub influenta ionilor de calciu se trransforma in fibrinogen de forma I – insolubil care apoi se polimerizeaza si se transforma in forma S – solid, se formeaza fibrina care reprezinta fibre de culoare alba care se unesc de zona lezata. Sub influenta rectractrozinei fibrina se contracta elimind apa din acest chiag si are loc formarea chiagului. La himofilie lipseste factorul 10, nu se cuaguleaza singele. Sistemul sismpatic va declansa sistemul cuagulant, sist parasimpatic il va aduce la norma 1.14.

Ce numim excreţie? Ce căi excretoare ale organismului cunoaşteţi? Structura şi funcţia rinichilor. Mecanismele şi locul formării urinei primare şi finale, cantitatea şi metodele de studiere.

Catre organele excretoare se atirna pielea la eliminarea sudorii, pulmoniii eliminind vapori de apa, intestinul eliminind cu masele fecale, principalul organ excretor rinichii. Rinichii este un organ dublu. Aranjat in regiunea posterioara extraperitonian a abdomenului alaturi de coloana vertebrala in regiunea vertebrei a 12. In partea dreapta rinichiul este coborit cu 1 cm mai jos lasind loc pentru ficat. Deosebim partea anterioara, partea posterioara, lobul superior, inferior, marginea laterala, marginea mediala care formeaza hilul sau portile care intra artera renala, negrii si iese vena renala si vasele limfatice si ureterul care se deschide in vizica urinara dupa care merge uretra care va elimina urina in exterior. Rinichiul este acoperit cu o capsula formata din tesut conjunctiv. Si se inparte in parte corticala shi parte medulara. In sectiune la rinichi observam o parte mai intunecata in forma de piramide cu virful orientat catre hil(poarta). La microscop observam ca structura morfofunctionala a rinichiului o formeaza nefronul. Fiecare rinichi contine in jurul la 1 milion de nefroni. Nefronul este format dintro cupa care are forma unui fuger cu peretele dublu. (desen) care in partea proximala formeaza un duct cotat. Tubul cotat proximal in partea mai medulara se formeaza o axa asa numita axa henli acest tub devine mai putine. Si se ridica inapoi formind tubul contat distal. Care mai departe se uneste la tubul colector care se deschid la virful piramidelor. Tubii colectori se deschid in calicii mici, iar calicii mici se deschid in calicii mari. Ei se deschid in bazinet. Iar bazinetu de duce shi se deschide in uretere. Vascularizarea. Artera renala se porneste de la aorta abdominala ceea ce ii asigura o presiune renala foarte inalta undeva 60-70mmHg. Aceasta artera renala se imparte in lobi care apoi se ramifica in lobi conform piramidelor. Care apoi se ramifica in artera arcuata (in forma de arc) de la care se pornesc artera aferenta. Se ramifica in capilare. In rinichi merge artera, se ramifica in arteriole, arteriolele se impart in capilare ieshind de acolo se uneste in artera eferenta. Unde mai departe se ramifica in artriole eferente. Si ear se ramifica in capilare, dupa capilar se incep venulile, merg venele. Peretele glomerulului este foarte subtire, el este format din un strat din epteliu al capilarului care este aranjat pe membrana bazala dupa care merge un strat de epteliu propriu rinichiului asa numit podocite. Formarea urinei. Se efectuiaza din 3 mecanisme: filtratie, Reabsorbtie, Secretiea activa Singele ce circula cu o presiune mare nimerind in glomerul se filtreaza si trece in interiorul glomerulului, tot serul sanguin afara de elementele figurate. Proteinile cu molecula mare (albuminele) formind catre tubii contorti proximali urina primara. Intro cantitate de 150-180l nictemiral. Trecind prin tubii cotati proximali aca hendri si tobuu contorti distali are loc al doilea proces reabsorbtia. Unde se reabsoarbe pina la 90% de apa saruri natiu kaliu, clor fosfor shi alte substante, glucoza. Ajungind in tubii contorti distali se observa al 3 proces secretia a o parte din amoniacului, ureea, ionii de hidrogen, formind in cele din urma 20

urina finala care e in cantitate de 1.5 -2 l in dependenta de cantitatea de apa folosita de organism si de stare si situatia organismului. Continutul urinei finale: apa 98-97%, saruri, hidrogenul, acidul uric, ureea, amoniac, glucoza nu trebuie sa fie in norma insa in cazul de diabet zaharat ea poate sa fie, creatin, creatin fosfat. Inervatia se imparte in simpatica si parasimpatica. Nervii simpatici si parasimpatici enerveaza rinichii si ei vor influenta formarea urinei. Sistemul simpatic va frina formarea urinei iar sistemul parasimpatic va intensifica. Este un reflex neconditionat de exemplu studentul inainte de examen senzatia de urinare dispare dar dupa examene cind studentul se relaxeaza se excita sistemul parasimpatic apare senzatia de urinare. Urina se formeaza continuu insa ea se acumuleaza in vizica urinara si se elimina prin procesul de mictiune reglata prin reflexe neconditionate la copii mici si prin reflexe conditionate la maturi. La copii la acumulare urinei in vizica urinara cind presiunea tinde catre undeva la amaturi 14mm a coloanei de apa dar la copii mai putin. Se excita mecanoreceptorii vizicei urinare. Prin nervul sacral excitatia se duce in centrul de mictiune din regiunea sacrala s2-s4 si pe calea eferenta impulsurile se transmit la musckii netezi a vizicei contractindo si paralel relaxind sfingterul vizicii ce se afla in prostata si are loc mictiunea involuntara sau prin reflexe neconditionate. La maturi la presiunea in jurul a 14 mm a coloanei de apa se excita mecanoreceptorii, impulsurile se transmit prin nervii sacral in centrul regiunii sacrale paralel aceasta excitatie prin caile spinocorticale se transmite la scoarta. Persoana conshtientizeaza necesitatea mictiunii apare senzatia de mictiune. Cind o sa apara conditii si situatii adecvate se va relaxa sfingterul ce se afla in prostata si va avea loc mictiunea. 1.15.

Sistemul nervos central. Măduva spinării, bulbul rahidian, mezencefalul, diencefalul, scoarţa cerebrală, structura şi funcţia lor. Metodele de studiere.

Sistemul nervos central uman reprezintă cea mai înaltă treaptă de organizare şi perfecţionare a ţesutului nervos din toată seria animală. În conflictul permanent dintre organism şi mediul ambiant în continuă modificare, sistemul nervos central s-a perfecţionat morfologic şi funcţional în raport cu necesităţile sporite de adaptare impuse de legile evoluţiei şi selecţiei naturale. Speciile, care nu au fost capabile să-şi creeze mecanisme de adaptare, nu au reuşit să elaboreze un răspuns adecvat şi eficient stimulilor nociceptivi din mediul extern, au dispărut. Perfecţionarea a constat în crearea de noi şi complicate circuite neuronale, de mecanisme de integrare a acestora şi de stocare a experienţei, de structuri care să elaboreze răspunsurile cele mai adecvate pe baza experienţei acumulate. Din punct de vedere morfologic complicarea s-a manifestat prin adăugarea în timp de noi etaje, diferite ca vârstă filogenetică. Aceste etaje sunt dependente unele de altele. Etajele superioare, filogenetic mai noi, au legături cu periferia numai prin intermediul etajelor inferioare, filogenetic mai vechi. Funcţiile principale ale sistemului nervos central, în ordinea apari- ţiei, sunt: 1- adaptarea la condiţiile în continuă schimbare ale mediului extern; 2 – menţinerea constantă a mediului intern; 3 – memoria şi inteligenţa, în sensul adaptării răspunsului la o situaţie nouă prin raportarea ei la experienţa trecutului, stocată în structurile sale; 4 – având la bază funcţia reflexă, stabileşte legătura organismului cu mediul în care activează şi se dezvoltă, realizând unitatea organism – mediu; 5 – coordonează activitatea organelor şi aparatelor corpului, realizând unitatea funcţională a organismului. Prin intermediul sistemului nervos are loc integrarea tuturor organelor şi sistemelor de organe într-un tot unitar. Măduva spinării este situată în canalul vertebral, pe care însă nu-l ocupă în întregime. Lungimea măduvei este de 43 – 45 cm cu variaţii individuale. Limita superioară a măduvei corespunde orificiului occipital mare prin care canalul vertebral comunică în sus cu cavitatea craniană, iar limita inferioară corespunde vertebrei L2 . Faptul că măduva îşi are limita inferioară în dreptul vertebrei L2 , se explică prin ritmul de creştere al coloanei vertebrale mai rapid decât cel al măduvei. Tot din această cauză, rădăcinile nervilor spinali lombari şi sacrali au o direcţie oblică în jos. Măduva spinării se continuă superior cu bulbul rahidian, de care este separat printr-un plan orizontal ce trece prin extremitatea inferioară a decusaţiei piramidale, iar în raport cu scheletul prin tuberculul anterior al atlasului şi marginea superioară a acestei vertebre. Bulbul rahidian Parte inferioara a encefalului, care constituie un centru nervos important. bulbul rahidian este situat intre protuberanta inelara deasupra - si maduva spinarii - dedesubt. El constituie sediul centrilor neurovegetativi 21

extrem de importanti.bulbul rahidian contine fasciculele piramidale, formate din nervii motori care coboara ordinele primite de la creier spre maduva, precum si alte fascicule care urca informatiile senzitive catre diferite zone ale encefalului. In plus, bulbul are si un rol activ multumita prezentei nucleilor (mici centri de comanda) mai multor nervi cranieni. El intervine, de asemenea, partial in sensibilitatea fetei, in sensibilitatea si motricitatea limbii, a faringelui, a laringelui si, prin intermediul nervului pneumogastric, in cea a viscerelor toracoabdominale. Mezencefalul Mezencefalul este cuprins intre puntea lui Varolio si diencefal, este orientat longitudinal si continua in sus bulbul si puntea. Are o fata anterioara, una posterioara si doua laterale. Din mezencefal se dezvolta doua formatiuni structurale principale: pedunculii cerebrali si tuberculii cvadrigemeni. Structura interna a mezencefalului cuprinde substanta alba si cenusie. Substanta alba face legatura intre structurile inferioare si scoarta cerebrala, fiind alcatuita din fibre care au originea in talamus, hipotalamus, maduva spinarii sau fibre care merg la centrii mezencefalului si la scoarta. Substanta cenusie formeaza nuclei mezencefalici, iar intre nuclei si substanta alba se gaseste substanta reticulata. Cei mai reprezentativi nuclei din mezencefal sunt: substanta neagra, nucleul rosu, nucleii unor nervi cranieni precum: nucleul nervului trohlear, nucleul nervului oculomotor si nucleul nervului ocular. Functiile mezencefalului sunt functia de integrare reflexa si cea de conducere. Prin aceste functii, la nivelul mezencefalului se realizeaza miscarile voluntare ale globilor oculari, miscarile de convergenta ale globilor oculari, reflexele pupilare si de clipire si miscari de masticatie. Acoperisul mezencefalului alcatuieste cateva structuri aparte, dintre care cele mai cunoscute sunt tuberculii cvadrigemeni superiori si inferiori. In acestia substanta alba alterneaza in straturi cu substanta cenusie. Tuberculii cvadrigemeni superiori au rol in reglarea automata a miscarilor oculare si in miscarile implicate in realizarea reflexului de orientare fata de stimulii vizuali. De asemenea, au rol in fixarea obiectului in zona de perceptie vizuala maxima. Tuberculii cvadrigemeni inferiori realizeaza reflexele motorii neconditionate la stimuli acustici, precum si reflexul de orientare care precede si faciliteaza perceptia auditiva. Scoarta cerebrala este segmentul cel mai evoluat al nevraxului, centrul integrator al senzatiilor, motricitatii, constiintei, vointei, invatarii, memoriei, starilor emotionale si comportamentale. Din punct de vedere structural si functional, scoarta cerebrala cuprinde doua formatiuni distincte. a) Sistemul limbic, formatiune veche filogenetic, este constituita din doua straturi de celule nervoase: stratul granular-senzitiv si stratul piramidalmotor. Functional, deosebim: 1. paleocortexul, creierul olfactiv, constituit din bulbii, tracturile si trigonul olfactiv, si are functii legate de simtul primar al mirosului (zona olfactiva primara); 2. arhicortexul, creierul de comportament, este constituit mai ales din formatiunile hipocampice. Arhicortexul este centrul de reglare a unor reactii vegetative. in corelatie cu hipotalamusul determina comportamentul emotional si instinctual, reglarea aportului alimentar si a unor miscari legate de actul alimentatiei (supt, deglutitie, masticatie), reglarea activitatii sexuale si mentinerea atentiei. b) Neocortexul, formatiune noua, filogenetic, care este constituita din straturi de celule: 1. molecular - format din fibre nervoase si neuroni de talie mica; 2. granular extern - format dintr-un numar mare de neuroni mici; 3. piramidal extern - format din neuroni piramidali de talie mijlocie; 4. granular intern - format din neuroni piramidali de talie mare (neuroni piramidali ai lui Betz); 5. fusiform - format din neuroni fusiformi, dar si de alte forme . Din punct de vedere fiziologic neocortexul cuprinde trei tipuri de zone: senzitive (neocortexul receptor), motorii (neocortexul efector) side asociatie. Zonele senzitive sau receptoare cuprind arii senzitive si senzoriale, in care predomina celulele granulare. Ariile senzitive sau somestezice, situate in girusul postcentral din lobul parietal, sunt zonele unde se proiecteaza fibrele sensibilitatii cutanate si proprioceptive. Functiile scoartei cerebrale La baza proceselor corticale stau actele reflexe. Exista doua categorii de reflexe: neconditionate si conditionate.Reflexele neconditionate sunt innascute si comune tuturor indivizilor, sunt constante si 22

invariabile, adica nu dispar si se produc in acelasi fel, ori de cate ori excitantul se repeta; se mostenesc, adica se transmit neschimbate generatiilor de indivizi din aceeasi specie; arcul lor reflex se inchide la nivelele inferioare ale axului cerebro-spinal (maduva, trunchi cerebral) si au cai preformate (exista si la nastere). Unele reflexe neconditionate sunt simple: clipit, tuse, stranut, voma, secretie salivara etc, altele sunt reflexe complexe, acestea se produc in lant si sunt cunoscute sub numele de instincte: alimentar, de aparare, de reproducere etc. Diencefalul Diencefalul sau creierul intermediar este regiunea mediana impara a creierului, situata in prelungirea trunchiului cerebral si acoperita aproape in totalitate de telencefal, afisandu-se la suprafata numai la baza craniului, unde se distinge fata inferioara a acestuia. In general, diencefalului ii sunt descrise cinci componente, anume.epitalamusul, situat cel mai superior, talamusul si metatalamusul, in partea centrala, subtalamusul si hipotalamusul, in partea cea mai inferioara. Talamus Informatii de la ganglionii bazali, cerebel, sistemul limbic si sistemele senzoriale, cu exceptia simtului olfactiv, sunt transmise la talamus, acesta reprezentand o statie de releu subcorticala. La acest nivel, informatiile sunt procesate si integrate, dupa care sunt transmise catre arii specifice ale cortexului cerebral ipsilateral. Aceste arii corticale sunt la randul lor conectate prin proiectii feedback, reciproce cu subnucleii talamici, astfel incat cortexul cerebral devine sursa ce asigura majoritatea aferentelor pentru talamus. Talamusul nu functioneaza doar in prelucrarea si integrarea ulterioara a informatiilor senzoriale si motorii, ci reprezinta si poarta principala, prin care aceste informatii ajung la cortexul cerebral. Prin urmare, talamusul controleaza fluxul de informatii catre cortexul cerebral, pentru prelucrarea suplimentara a acestora, regland, in acelasi timp, activitatea corticala. Desi talamusul se proiecteaza in principal pe cortexul cerebral, acesta furnizeaza aferente si pentru ganglionii bazali si hipotalamus. Metatalamus Nucleii metatalamici includ nucleii geniculati medial si lateral. Acestia se prezinta ca doua proeminente ovalare, localizate inferior de pulvinar Epitalamus Se compune din doua portiuni asociate aparent nefunctional: aparatul habenular si epifiza. Functiile hipotalamusului esentiale pentru supravietuirea organismului includ controlul apetitului, echilibrului hidroelectrolitic, glicemiei, metabolismului, ciclului somn-veghe si a temperaturi corpului. Importanta hipotalamusului in perpetuarea speciei este sustinuta de rolul acestuia in comportamentul sexual. Hipotalamusul mediaza aceste functii prin integrarea functiilor sistemelor endocrin, autonom (motor visceral), motor somatic si limbic. Cu alte cuvinte, hipotalamusul detine un rol important in mentinerea homeostaziei, o stare de constanta a mediului intern (echilibru fiziologic), raspunzand atat la stimulare neurala cat si non-neurala. Metode de studiere a sistemului nervos. 1. Radiografia craniană simplă ne poate furniza informaţii în ceea ce priveşte patologia cranio-encefalică. 2. Angiografia cerebrală se realizează prin injectarea unei substanţe de contrast la nivelul sistemului carotidian. 3. Radiografia coloanei vertebrale este o metodă simplă de a evidenţia aspectul normal sau patologic a rahisului, a corpilor vertebrali, a apofizelor articulare, a discurilor intervertebrale, a ligamentelor vertebrale, a pediculilor vertebrali, a apofizelor spinoase, a lamelor vertebrale, a apofizelor transverse, a apofizelor articulare şi a găurilor de conjugare. 4. Electromiografia reprezintă înregistrarea biocurenţilor de acţiune musculară prin intermediul unor electrozi ce sunt plasaţi la nivelul pielii sau prin intermediul unor electrozi implantaţi la nivelul masei musculare. 5. Electroneurografia reprezintă metoda prin intermediul căreia se cercetează viteza de conducere de la nivelul nervilor periferici senzitivi sau motori, astfel putând fi identificat sediul leziunii, dar şi mecanismul de lezare al nervului. 6. Reflexul Hoffman se realizează prin stimularea unui nerv printr-un curent de stimulare ce prezintă intensităţi crescânde. 7. Electronistagmografia reprezintă o metodă de înregistrare a potenţialelor electrice corioretiniene. 8. Electroencefalografia reprezintă înregistrarea la nivelul scalpului a activităţii bioelectrice a creierului. 23

9. Electrocorticograma se realizează prin înregistrarea biocurenţilor prin intermediul unor electrozi ce sunt în contact direct cu scoarţa cerebrală şi se face în cadrul unor intervenţii chirurgicale. 10. Mielografia cu substanţă de contrast 11. Computer tomografia (CT) 12. Rezonanţa magnetică nucleară (RMN) 13. Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) urmăreşte anumiţi parametri cerebrali precum utilizarea oxigenului, metabolismul celular, debitul sanguin. 14. Tomografia prin emisie de simplu foton (SPECT) 15. Gamaangioencefalografia este o metodă de explorare globală vasculo-cerebrală ce utilizează un izotop radioactiv. 16. Puncţia lombară 1.16.

1.

Activitatea nervoasă superioară. Tipurile de activitate nervoasă superioară, clasificarea, caracteristica şi rolul lor în viaţa omului. Primul şi al doilea sistem de semnalizare, clasificarea lor. Noţiune de stres. La baza activitatii nervoase superioare stau procesele corticale care sunt: a. Excitatia corticala. b. Inhibitia. c. Inductia (formata din iradiere si concentrare) d. Analiza si sinteza.

2. Activitatea de semnalizare a scoartei cerebrale. 3. Tipuri de activitate nervoasa superioara. 4. Constienta. 5. Fiziologia starii de veghe si somn. 6. Fiziologia memoriei. 7. Activitatea bioelectrica a scoartei cerebrale. 1.a. EXCITATIA CORTICALA - informatiile sosite la nivelul scoartei cerebrale produc o intensificare a proceselor metabolice celulare depolarizand succesiv membranele neuronare si induc starea de excitatie. Pe scoarta cerebrala exista permanent mai multe focare de excitatie cu existenta unui FOCAR EXISTENT, care la un moment dat le atrage si pe celelalte iar apoi urmeaza un raspuns motor imediat. O mare parte din informatii raman si se stocheaza si cand se repeta aceleasi semnale se produce fenomenul de FACILITARE. Acest fenomen este foarte important in activitatea nervoasa superioara pentru ca prin stocarea informatiei se ajunge la invatare si memorie. Reflexele conditionate - acte fiziologice dobandite in cursul vietii sunt rezultatul excitatiei corticale si de stabilire a unor conexiuni functionele intre focarele de excitatie corticala ale stimulilor care coincid (hrana, sunet). Prin repetitii stimulul mai puternic sonor iradiaza si se sumeaza cu excitantul neconditionat produs de stimulul alimentar. In scoarta sunt permanent si focare de inhibitie in legatura cu cele de excitatie realizand corelarea dintre excitatie si inhibitie ce se manifesta prin fenomenul de inductie. 1.b. INHIBITIA - Proces activ al scoartei cerebrale la fel ca excitatia dar de sens functional opus excitatiei si ca o consecinta al acesteia. Pavlov a descris inhibitia corticala ca fiind interna si externa dupa cum agentul care o determina actioneaza din afara sau din interior focarului de excitatie corticala.  Inhibitia externa - sau ne-conditionata sau pasiva - se instaleaza in momentul elaborarii reflexului extern, puternic, care pe scoarta determina un focar de excitatie care prin inductie negativa inhiba focarele existente.  Inhibitia interna - conditionata apare ca urmare a activitatii inhibitorii a excitatuluiconditionat si se manifesta in 3 forme: 1. de stingere - cand reflexul conditionat se repeta fara intariri. 2. de intarziere - prin distantarea in timp a excitantului ne-conditionat de cel conditionat 24

3. de diferentiere - apar prin alternarea repetata a 2 stimuli asemanatori dintre care unul se intareste constant prin asocierea cu hrana si devine excitant conditionat, iar celalalt nu se intareste si devine inhibitor, ne-conditionand raspuns. Insusirea deprinderilor motrice si formarea lor are loc prin inhibitia de diferentiere astfel in primele lectii de insustire a unei miscari se constata o faza in care miscarea organismului este de generalsizare cu multe miscari gresite datorita iradierii excitatiei pe zone corticale largi. Treptat excitatia se retrage, se concentreaza intr-un singur punct, in aria de unde vor pleca comenzile numai spre grupele musculare implicate in actul motric.In jurul acestui focar de excitatie, se instaleaza inhibitia de diferentiere si astfel miscarea va fi corecta. 1.c. INDUCTIA - iradiere si concentrare:  Iradierea - este procesul prin care excitatia sau inhibitia aparute initial sub forma de focar, se extinde cuprinzand zone din ce in ce mai extinse proportional cu intensitatea stimulului.  Concentrarea - procesul invers iradierii mult mai lent de retragere a excitatiei si inhibitiei din zonele din care s-a extins prin iradiere in focarul initial. Inductia - reprezinta informatia exercitata de un proces asupra altuia respectiv a excitatiei asupra inhibitiei si invers. In urma concentrarii excitatiei si inhibitiei la periferia focarelor si dupa incetarea actiunii lor se provoaca procese inverse. Excitatia determina inhibitia iar inhibitia provoaca excitatia. 1.d. ANALIZA SI SINTEZA : Analiza - reprezinta prelucrarea informatiei receptionate de scoarta. Ea se bazeaza pe procesul de inhibitie prin care se asigura diferentierea, delimitarea si erarhizarea informatiei. Dupa analiza urmeaza sinteza adica elaborarea raspunsului de catre scoarta cerebrala spre zonele efectoare plecand impulsul nervos eferent prin cai descendente la neuroni si de aici pe calea nervilor la efectori 2. ACTIVITATEA DE SEMNALIZARE A SCOARTEI CEREBRALE - acea activitate prin care un agent indiferent in anumite conditii poate semnaliza organismului factori favorabili sau ne-favorabili ai mediului. Ea se bazeaza pe conexiunile temporare ce iau nastere la nivelul scoartei in diferitele sale zone.  Primul sistem cuprinde totalitatea simturilor bazate pe legaturile fixe si temprale ce iau nastere la nivelul scoartei in diferitele zone sub forma de senzatii, imagini, reprezentate, analizate si transmise catre celulele specializate ale analizatorilor. Cunoasterea lumii inconjuratoare cu ajutorul sistemului de semnalizare este comuna omului si animalelor.  Al doilea sistem apare in procesul muncii si al activitatii sociale in scopul stabilirii legaturii cu mediul inconjurator. Excitatul este cuvantul scris sau vorbit, iar limbajul este o activitate complexa a scoartei ce se bazeaza pe semnale vizuale, auditive, senzitive si motorii. Ariile motorii corticale primare si secundare, ariile corticale senzitive scoartei primare si secundare, ariile olfactive, auditive, vizuale, reprezinta proiectia segmentelor centrale ale analizatorilor.  Ariile primare au conexiuni directe cu muschii si respectiv cu receptorii specifici pentru a putea controla miscari sau a percepe informatii senzoriale, somatice, auditive de la o suprafata bine delimitata a zonei receptive.  Ariile secundare sunt insa cele care dau sens functiilor realizate de cele primare. In ceea ce priveste ariile senzitive, cele secundare localizate la cativa centrimetri de ariile primare analizeaza si da semnificatia semnalelor senzoriale specifice interpretand de exemplu informatii legate de forma si textura unui obiect pe care-l tinem in mana, culoarea si intensitatea luminii sau combinatia unor tonuri etc. Pe langa aceste arii primare si secundare exista si arii corticale intinse sau secundare. Ele sunt ariile de asociatie deoarece primasc si analizeaza semnalele de sla multiple regiuni corticale si chiar subcorticale. Dar si ariile de asociatie sunt specializate in arii de - asociatie parieto-occipitalotemporala,aria pre-frontala, Aria parieto-occipitala-temporala, o suprafata intinsa delimitata anterior de cortexul senzitiv posterior (cortexul vizual) si lateral (cortexul auditiv). Aceasta arie din punct de vedere functional este impartita in mai multe arii. Aria care se intinde in cortexul parietal posterior, realizeaza o analiza continua a coordonatelor spatiale ale tuturor segmentelor corpului si a elementelor inconjuratoare. Aria performantelor de asociatie - planifica activitati motorii primind aferente printr-un fascicol sub-cortical de fibre care conecteaza aria de asociatie parieto-occipitala cu aria pre-frontala. Astfel prin 25

acest fascicol cortexul pre-frontal primeste informatiile senzoriale prelucrate in special, informatie referitoare la coordonatele spatiale ale corpului absolut necesare pentru planificarea unei miscari eficiente. Prin fibrele eferente din aria pre-frontala informatiile trec prin nucleii bazali care furnizeaza stimuli bazali pentru desfasurarea componentelor succesive si ale complexului miscarii. Cortexul pre-motor pe langa capacitatea de planificare a activitatii motorii pare sa fie capabil de a combina informatia nonmotorie din ariile corticale intinse si pe baza lor sa elaboreze si modele de gandire. Zona importanta in elaborarea gandurilor. O zona speciala in cortexul frontal denumita aria broca include totalitatea circuitelor neuronale raspunzatoare de formarea cuvintelor. Aceasta arie se localizeaza pertial in cortexul pre-frontal si partial in aria pre-motoare. De aici se initiaza exprimarea de fraze scurte etc. avand legaturi scurte cu aria wernieke (a limbajului). Aria limbica de asociatie aflata la polul anterior al lobului temporal, pe fata medie a emisferei cerebrale. Ea este responsabila de comportament, emotie, motivatie. Acest sistem limbic mobilizeaza celelalte arii corticale determinand sa intre in actiune sa furnizeze informatii si motivatia procesului de invatare. Rolul creierului in comunicare- prezinta 2 aspecte:- senzorial si motor. Aspectul senzorial - distrugerea unor portiuni din ariile corticale, vizuale si auditive de asociatie determinand incapacitatea de-a intelege cuvintele rostite sau scrise. Aceste fenomene sunt de afazie auditiva de receptie sau surditate verbala, respectiv orbire in privinta cuvintelor scrise denumite si DISLEXIE. Cand leziune este destinsa individul sufera de dementa completa - afazie globala. Aspectul motor - vorbirea implica 2 etape principale: a. formularea mentala a gandurilor de exprimat si alegerea cuvintelor care vor fi auzite. b. Controlul vocalizarii - lezarea ariei Braco produce afazie motorie. La 95% din oameni este situata in emisfera stanga. Astfel putem presupune ca modelele de motor specializat al laringelui, buzelor, gurii, sistemului respiratur implicati in articularea cuvintelor sunt initiate in aceasta arie a lui Braco. 3. TIPURILE DE ACTIVITATE NERVOASA: - se refera la particularitatile comportamentale intalnite la indivizi tinuti in conditii naturale sau experimentale identice. Exista 4 tipuri de A.N.S. din combinatia proceselor nervoase superioare: 1. tipul slab(melancolic). 2. tipul puternic echilibrat (flegmatic). 3. tipul mobil (sangvin). 4. tipul ne-echilibrat (coleric). In A.N.S. a omului intervin si alti parametri generati de mediul social: 1. tipul artistic la care predomina primul sistem de semnalizare. Acestia fac usor asocieri imaginative emotionale. 2. tipul ganditor (intelectual) la care predomina al doilea sistem de semnalizare (vorbirea) cu aptitudini pentru teoretizare si abstractizare. 3. tipul mediu la care cele 2 sisteme sunt dezvoltate in mod egal. 4. CONSTIENTA: - consta in integrarea, prelucrarea si interpretarea informatiei primite, stabilirea semnificatiei lor biologice si elaborarea de raspunsuri motorii sau psiho-emotionale adecvate situatiei. Constienta este o stare de veghe, dar fiziologic este un proces psihologic care reprezinta rezultatul proceselor complexe de integrare a tuturor informatiilor. STRES Stres, reprezintă sindromul de adaptare pe care individul îl realizează în urma agresiunilor mediului; ansamblu care cuprinde încordare, tensiune, constrângere, forță, solicitare, mobbing. Pornind de la conceptul de stres, termenul aparține lui “Hans Hugo Bruno Selye” care consideră că stresul se leagă de sindromul de adaptare reacția la stress pe care individul îl realizează în urma agresiunilor mediului. “Hans Selye” definește stresul ca ansamblu de reacții al organismului uman față de acțiunea externă a unor agenți cauzali (fizici, chimici, biologici și psihici) constând în modificări morfo-funcționale, 26

cel mai adesea endocrine. În cazul în care agentul stresor are o acțiune de durată vorbim de sindromul general de adaptare care presupune o evoluție stadială Primul stadiu este cel al reacțiilor de alarmă și are două subetape:  faza de șoc, când pot apărea hipertensiune și hipotermie.  faza de contrașoc, când organismul individului realizează o contracarare a simptomelor din faza de șoc și are la bază răspunsuri de tip endocrin. Acest stadiu este caracteristic perioadei copilăriei când rezistența biologică este foarte scăzută. Stadiul al doilea este cel de rezistență specifică (revenire), când după primul contact cu agentul stresor organismul se adaptează, comportamentul individului fiind aparent normal, persistând modificări specifice stadiului anterior, în special de la faza de contrașoc. În plan ontogenetic, acest stadiu corespunde maturității, când individul are o rezistență bună, fiind posibilă adaptarea la aproape orice tip de stres din mediu. Stadiul al treilea este cel de epuizare (aparține bătrâneții) când scad aproape toate resursele adaptative ale organismului. Adaptarea nu se mai menține din cauza scăderii reacțiilor de tip vegetativ. Apar vădit consecințele negative ale acțiunii îndelungate a acestor mecanisme neurovegetative. 1.17.

Ce numim analizatori. Clasificarea. Structura şi rolul lor în organism. Analizatorul optic.

Ce numim analizatori. Clasificarea. Structura şi rolul lor în organism. Analizatorul optic Analizatorii sunt sisteme care au rolul de a recepționa, conduce și transforma în senzații specifice excitațiile primite din mediul extern sau intern. Ei contribuie la realizarea integrării organismului în mediu și la coordonarea funcțiilor organismului. Analizatorii sunt sisteme morfologice care: 1. sesizează prin receptori specifici, modificările din mediul extern și intern, ce acționează asupra organismului; 2. conduc impulsurile nervoase în ariile corticale corespunzătoare; 3. realizează analiza și sinteza impulsurilor nervoase determinând formarea de senzații specifice; 4. au un plan unic de organizare, fiecare fiind alcătuit din trei segmente: a) periferic (receptor), b) intermediar (de conducere) c) segmentul central. Segmentul periferic – „receptorul”► este reprezentat prin structuri specializate și integrate în organele de simț; stimulat de variația unei forme de energie determină formarea potențialului de receptor și, în final a celui de acțiune (influxul nervos) ce se propagă în segmentul următor. Segmentul intermediar - de conducere este format din ► - căi directe-sunt căi nervoase specifice, cu sinapse puține, prin care impulsurile nervoase sunt conduse rapid și se proiectează în ariile corticale, în zone specifice; - căi indirecte-sunt căi nervoase nespecifice, ce aparțin sistemului reticular activator ascendent (S.R.A.A.) cu sinapse multe și prin care impulsurile nervoase sunt conduse lent, în ariile corticale, unde se proiecteză difuz și nespecific. Segmentul central este reprezentat prin doua tipuri de arii corticale ► - aria corticală primară, unde se proiectează fibrele căii de conducere; - aria corticală secundară conectată cu aria primară. La nivelul ariilor corticale se realizează analiza și sinteza informațiilor și se formează, în final senzațiile conștiente specifice. Analizatorii din organismul uman sunt: cutanat, vizual, acustico-vestibular, olfactiv, gustativ. Analizatorul optic Cea mai mare parte a informatiilor din mediul exterior este receptionata prin vaz.Vederea are un rol esential in adaptarea la mediu,orientarea spatiala,in mentinerea echilibrului si in activitatile specific umane.

27

a)Segmentul receptor este inclus in globul ocular. Globul ocular este constituit din : invelisuri,aparatul optic si receptorul Invelisurile globului ocular: 1. tunica fibroasa,sclerotica,este o formatiune conjunctiva,alba la exterior ,cu rol protector.pe ea se insera musculatura extrinseca a globului ocular(drept-superior,inferior si intern,oblic inferior,drept lateral,oblic superior). 2. tunica vasculara,coroida,este pigmentata si vascularizata.Are functii trofice si confera interiorului globului ocular calitatea de camera obscura.Din ea se constituie in partea anterioara a globului ocular irisul si corpul ciliar (musculatura intrinseca a globului ocular)cu fibre circulare si radiare. 3. tunica nervoasa,retina,cuprinde celulele fotoreceptoare. b)Aparatul optic cuprinde mediile transparente: 1. corneea transparenta este nevascularizata,bogat inervata prin terminatii nervoase libere. 2. umoarea apoasa din camera anterioara este un lichid transparent,secretat permanent de procesele ciliare si drenat prin sistemul venos. 3. cristalinul este o lentila biconvexa,transparenta,invelita intr-o capsula-cristaloida.Este situat in spatele irisului si legat de corpul ciliar prin ligamentul suspensor.Nu este vascularizat si nici inervat 4. corpul vitros este un gel transparent.El umple cavitatea posterioara a globului ocular intre cristalin si retina. c) Receptorul sau retina,constituita din zece straturicelulare.Stratul profund,format din celule pigmentare,are functii de protectie si metabolice,asigurand sinteza pigmentilor fotosensibili.Al doilea strat cuprinde celulele fotosensibile cu conuri si bastonase. Celulele cu conuri , aproximativ 7 mil/retina,predomina in pata galbena (macula lutea) si constituie in exclusuvitate fovea centralis,zona cu acuitate vizuala maxima.Pigmentul fotosensibil este iodopsina.Celulele cu conuri au rol important in vederea diurna,in perceperea culorilor si a formelor. Celulele cu bastonase , aproximativ 130 mil/retina,sunt mai numeroase la periferie,mai putine in pata galbena si lipsesc din foveea centralis.Pigmentul fotosensibil este rodopsina.Celulele cu bastonas asigura vederea la lumina slaba,vederea nocturna. La nivelul stratului de neuroni bipolari si al stratului neuronilor multipolari din retina se manifesta procesul de convergenta.La nivelul foveei centralis nu se manifesta convergenta. Un neuron multipolar impreuna cu neuronii bipolari care converg la acesta si cu celulele fotoreceptoare care converg la neuronul bipolar formeaza o unitate functionala.Acuitatea vizuala depinde de structura unitatilor functionale asupra carora actioneaza lumina d) Segmentul de conducere Primul neuron al caii optice este reprazentat de celulele bipolare din retina.dendrriteleacestora sunt conectate cu celulele fotoreceptoare.Al doilea neuron al caii il constituie celulele multipolare retiniene.axonii lor formeaza nervii optici.Fibrele acestora se incruciseaza partial in chiasma optica,apoi continua sub numele de tracturi optice pana la corpii geniculati laterali metatalamici unde fac sinapsa cu al treilea neuron.Axonii neuronilor metatalamici de releu au proiectie corticala. Din corpii geniculati se desprind colaterale spre nucleii nervilor cranieni III,IV,VI spre maduva cervicodorsala,spre coliculii cvadrigemeni superiori si spre SAA.Acestea constituie caile reflexelor optice de orientare,adaptare si acomodare. e)Segmentul central este localizat in lobii occipitali ai emisferelor cerebrale,de o parte si de alta a scizurii calcarine,unde se afla aria optica primara.In jurul acesteia exista zona de asociatia vizuala care determina realizarea notiunii de spatiu necesara in orientare si recunoastere si asigura memoria vizuala. 2. ELECTRONICA MEDICALĂ 2.1. Stările de polarizare, depolarizare şi repolarizare ale celulei vii. Potenţialul de repaus şi de acţiune al celulei vii. Reobaza şi cronaxia. 28

2.2. Semnalele biomedicale: geneza, clasificarea, caracteristicile. Culegerea semnalelor biomedicale electrice și neelectrice. 2.3. Amplificatoare de semnale biomedicale. Amplificatoarele de instrumentaţie. 2.4. Zgomote în electronica medicală. Filtrarea analogică a semnalelor biomedicale. 2.5. Acțiunea curentului electric asupra corpului uman. Stimularea electrică a ţesuturilor vii. 2.6. Electrocardiografia (ECG). Derivaţiile ECG. Poziţionarea electrozilor. Semnalul ECG normal. 2.7. Fotopletismografia (FPG). Pulsoximetria (SpO2). Principii de funcționare. Traductori utilizaţi. Studiul componentei lente şi a componentei rapide. Scheme bloc. 2.8. Măsurarea presiunii arteriale sanguine. Metode de măsurare directă şi indirectă a presiunii. Procesul de măsurare a presiunii arteriale cu ajutorul manşetei, manometrului şi stetoscopului. 2.9. Aparatele de stimulare electrică a ţesuturilor vii. Stimulatoarele electrice cardiace implantabile. 2.10. Defibrilatoare cardiace. Principiul de combatere a fibrilației ventriculare. Circuitul electric simplificat. PROBLEME DE ELECTRONICA MEDICALĂ 2.1.

Desenati circuitul filtrului pasiv „trece-sus” format dintr-un condensator si o rezistenţă, desenaţi caracteristica de frecvenţă, specificaţi formula de calcul a frecvenţei de tăiere şi calculaţi valoarea rezistenţei pentru C = xx nF şi frecvenţa de tăiere de yy kHz. 2.2. Desenati circuitul filtrului pasiv „trece-jos” format dintr-un condensator si o rezistenţă, desenaţi caracteristica de frecvenţă, specificaţi formula de calcul a frecvenţei de tăiere şi calculaţi valoarea rezistenţei pentru C = xx nF şi frecvenţa de tăiere de yy Hz. 2.3. Desenati circuitul filtrului pasiv „Notch” pentru rejecţia frecvenţei zgomotului de reţea, specificaţi formula de calcul a frecvenţei de tăiere şi calculaţi valoarea rezistenţelor pentru C = zz nF. 2.4. Cu ce va fi egală tensiunea la ieşirea amplificatorului dacă tensiunea de intrare este de xx V.

2.5.

Cu ce va fi egală tensiunea la ieşirea amplificatorului dacă tensiunea de intrare este de xx V:

2.6.

Specificaţi tipul filtrului şi frecvenţa de tăiere:

3. ELECTRONICA 29

3.1.

Dispozitive pe baza diodelor. Redresoare. Redresoare cu multiplicare de tensiune. Stabilizatoare de tensiune.

1.1.Dioda. Dioda reprezintă un monocristal semiconductor de formă prismatică dotat cu impurităţi, numiţi donori sau acceptori, astfel încât se obţin două regiuni - una cu conductibilitate de tip n, iar cealaltă de tip p. 1) Dioda nepolarizată: În regiunea n vor exista purtători majoritari (electronii) şi purtătorii minoritari golurile (+). În mod analog, în regiunea p purtătorii majoritari (golurile) şi purtători minoritari electronii (-) (fig. 1.1). + Fig p + -. + 2.1 + + 2. Co 1.1. Dioda nepolarizată Fig. Datorită diferenţei mari deneconcentraţie electronii din regiunea n vor difuza în regiunea p, iar cta în regiunea n. În vecinătatea suprafeţei de separare va scădea golurile din regiunea p vor difuza rea concentraţia purtătorilor majoritari. tra Datorită difuziei purtătorilornzi majoritari apare la interfaţa acestor două zone a monocristalului dotat cu impurităţi diferit o diferenţă destopotenţial numită tensiune de difuzie UD sau barieră de potenţial. Această barieră de potenţial pentru rul diferiţi semiconductori este diferită: Si - 0,7 V; Ge - 0,3 V; As - 2 V. 2) Dioda polarizată direct:ui cu ba + n + p ză + co mu nă EP

Fig. 1.2. Dioda polarizată direct

În acest caz (fig. 1.2) plusul tensiunii externe se aplică pe regiunea p şi minusul pe regiunea n. Tensiunea aplicată dă naştere unui câmp EP, cu sensul indicat pe desen, care se suprapune câmpului intern şi-l micşorează. Echilibrul dintre curenţii de câmp şi de difuzie este perturbat. Câmpul rezultant favorizează trecerea purtătorilor majoritari determinând o creştere a curentului de difuzie. În regiunea de trecere existând un număr mai mare de purtători mobili de sarcină, rezistenţa joncţiunii este mică. 3) Dioda polarizată invers: +

n

+ + + + +

+ + + + +

-

-

p

-

EP

Fig. 1.3. Diodase polarizată invers În acest caz plusul tensiunii externe aplică pe regiunea n şi minusul pe regiunea p (fig. 1.3). U0 Câmpul Ep, măreşte bariera de potenţial, micşorând curentul de difuzie datorat purtătorilor majoritari. Dioda va fi parcursă de un curent de valoare mică, Aşi caracterizată de o rezistenţă mare. Simbolul diodei t

În practică dioda este folosită în calitate de redresor. Energia electrică uşor se transmite prin liniile + de tensiune înaltă la distanţe mari sub formă de curent alternativ, deoarece pierderile sunt proporţionale cu A B D intensitatea curentului. Pentru a fi folosit, curentul alternativ este transformat în curent continuu. Această 220 Veste îndeplinită de dispozitiveleRredresoare, transformare L U la baza funcţionării cărora stau diodele. 0

1.2. Redresor monofazat monoalternanţă Fig. 1.4. Redresor monofazat monoalternanţă

B t 30

Fig. 1.5. Diagramele de variaţie în timp a tensiunilor în punctele A şi B.

În fig. 1.4 este reprezentată schema simplificată a unui redresor monofazat monoalternanţă. La intrare (punctul A) avem curent alternativ (fig. 1.5). Iar la ieşire (punctul B) se obţine curent continuu de o singură polaritate . Pentru a fi continuu se conectează un condensator (fig. 1.6). În acest caz în condensator se acumulează mult mai multă energie decât se va consuma prin rezistorul RL.

1 Rreactiv =  RL ; C

Diagrama de variaţie în timp a tensiunii are forma reprezentată în fig. 1.7. A +

D

-

B

U 0

UC

220 V

RL

t

Fig. 1.6. Redresor monofazat monoalternanţă cu condensator

Fig. 1.7. Diagrama de variaţie în timp a tensiunii în punctul B

1.3. Redresor monofazat dublă alternanţă

+

D1

A

B

RL

(-)

U

220 V

fără condensator

0

E

F

cu condensator

C

D2

t

-

(+) Fig. 1.8. Redresor monofazat dublă alternanţă

Fig. 1.9. Diagrama de variaţie în timp a tensiunii

31

Se mai adaugă o diodă (fig. 1.8). În acest caz timpul de descărcare a condensatorului este mai mic. Diagrama de variaţie în timp a tensiunii are forma reprezentată în fig. 1.9. 1.4. Redresor pe baza punţii de diode Din punct de vedere tehnologic transformatorul cu bobină e un lucru complicat. De aceia se aplică în practică redresorul pe baza punţii de diode (fig. 1.10). Condensatorul nu trebuie să se descarce pe diodă. Când curentul merge de la A la B, avem semiperioada pozitivă şi sunt deschise diodele D3 şi D2. A

+

D3

D1 220 V D2

B

+ D4

RS

-

Fig. 1.10. Redresor pe baza punţii de diode

Când curentul merge de la B la A, avem semiperioada negativă şi sunt deschise diodele D4 şi D1.

Fig.1.11 Reprezentările grafice ale punţii de diode

1.5. Redresoare cu multiplicare de tensiune. A

220 V

+

D1 + C1 RL

B În unele cazuri e necesar de a obţine o tensiune înaltă. Evident că utilizarea unui transformator în + acest caz este complicată deoarece e mare coeficientul de transformare şi există riscul de străpungere a C2 transformatorului. Deci apare problema de a avea transformator cu tensiune în bobina secundară mică, iar apoi de multiplicat această tensiune. C11 Prin urmare avem un exemplu de redresor care dublează tensiunea +D2 D (fig. 1.11). VD2 În semiperioada pozitivă (cândRedresor curentulcucirculă A la B) se va încărca condensatorul C1 prin Fig.A1.12. dublarede de la VD1 dioda VD1 până la amplitudinea tensiunii curentului alternativ (VD2 este închisă), iar în semiperioada tensiune 220 V negativă (potenţialul în punctul B este mai pozitiv caC2 în A). se va încărca condensatorul C2 prin dioda VD2. Deci în fiecare semiperioadă se încarcă câte un condensator. Datorită faptului că sunt încărcate C condensatoarele C1 şi C2 şi ele sunt + sarcină, la sarcină tensiunea se dublează. B unite în serie faţă de Un alt tip de redresor cu multiplicare de tensiune (fig. 1.12): RS

Fig. 1.12. Redresor cu dublare de tensiune, care poate fi prelungit

32

În semiperioada negativă (A este negativ faţă de B) curentul va curge prin VD1 şi se va încărca capacitatea C1, astfel încât D este egal cu amplitudinea faţă de punctul B. În semiperioada pozitivă A este mai pozitiv ca B şi curentul va curge prin dioda VD2 şi capacitatea C2 se încarcă până la potenţialul amplitudinii. Însă dat fiind că D faţă de B deja avea un potenţial egal cu potenţialul amplitudinii şi plus încă o amplitudine. Deci pe condensatorul C2 apare un potenţial dublu faţă de amplitudine. Prin urmare are loc dublarea tensiunii. R2

C1

+

C3

D

E

A VD1

220 V

+

VD2

VD4

C2

C4

VD3 B

C

+

R1

F +

R3

Fig. 1.13. Redresor cu multiplicarea tensiunii

Această schemă are avantajul că ea poate fi extinsă. Dacă conectăm sarcina între nodurile: B şi C avem dublarea tensiunii (R1); A şi E avem triplarea tensiunii (R2); B şi F - creşterea de 4 ori a tensiunii. Când vine iarăşi semiperioada negativă, C3 se încarcă faţă de C, care va avea de acum tensiunea dublă şi deci punctul E va avea tensiunea triplă. Cum se vede putem primi şi tensiuni mărite de 4, 5, ... ori, dacă continuăm schema. În semiperioada pozitivă se închid diodele impare şi se deschid cele pare şi invers. Dacă mărim numărul de trepte, curentul se micşorează (legea conservării energiei). În această tehnologie ne trebuie să se păstreze sarcina (să nu se descarce) şi deci trebuie să avem o frecvenţă mare ca perioada să fie mică şi să nu se descarce condensatoarele. STABILIZATOARE DE TENSIUNE 5.1. Stabilizatoare parametrice cu dioda Zener RB VD U

i

RL

UL

IL

Fig. 5.1. Stabilizator parametric cu dioda Zener 33

Atunci când variază tensiunea între Ust min. şi Ust. max. variază şi curentul Ist. min şi Ist. max. Rezistenţa diferenţială a stabilizatorului este mică (o variaţie mică a tensiunii provoacă o variaţie mare a curentului) şi RB compensează această variaţie a tensiunii pe RL. Tensiunea de intrare va avea 2 componente:

Ust.nom Ust.min

I

U

Ust.max Ist.max Ist.nom

Ist.min

Fig. 5.2. Caracteristica volt-amperică a diodei Zener

U i  U Rb  U st .

(1)

U R b   I st  I L  Rb . Dacă se schimbă tensiunea de intrare cu:

Ui = URb = Ist Rb.

(2)

PL U L I L  Pi Ui Ii

(3)

Parametrii stabilizatorului: Randamentul: 

Coeficientul de stabilizare K st 

U i Ui

U L UL

(4) R L const

relaţia (4) reprezintă raportul valorilor relative. Rezistenţa de ieşire a stabilizatorului (trebuie să fie cât mai mică). R0 

U L ;  I L Ui  const

R0 = Rd 

U st U st . max  U st . min  ; I st I st . max  I st. min

(5) (6)

(6) - rezistenţa diodei. Pentru schema concretă (de mai sus)

U i  I st RB

  U st  U L  I st Rd  Aceste expresii pot fi introduse în (4) şi obţinem: I R I st Rd U L RB K st  st b   Ui UL U i Rd Pentru astfel de scheme de obicei coeficientul de stabilizare este mai mic ca 50. Ui  U L Rb  I L  I st . max

(7)

(8)

34

5.2. Stabilizator cu compensare (se utilizează cel mai des) În fig. 5.3. este prezentată schema bloc a stabilizatorului în care ca regulator a curentului serveşte tranzistorul; iar URef. - referinţa - dioda Zener; AD - amplificator diferenţial, iar în fig. 5.4 - Cea mai simplă schemă a stabilizatorului cu compensare. Tensiunea faţă de pământ este determinată de dioda Zener, iar tensiunea baza-emitor este aproximativ 0,5 V care determină joncţiunea deschisă. În acest caz avantajul este că rezistenţa de ieşire este cu mult mai mică ca în cazul stabilizatorului precedent, ţi anume: este de  ori mai mică ca rezistenţa dinamică a diodei Zener.

U

Regulator de curent

VT

i

RL Amplificator diferenţial

U

U0

R

i

RL

URef

VD

Fig. 5.4. Cea mai simplă schemă a stabilizatorului cu compensare

Fig. 5.3. schema bloc a stabilizatorului cu compensare

În fig. 5.5. este prezentată schema stabilizatorului cu un coeficient de stabilizare mai bun şi posibilitatea de a regla tensiunea de la ieşire. Calculul acestui stabilizator este prezentat mai jos. Calculul stabilizatorului: Fie dată schema din fig. 5.5, unde: R1, R2 - rezistenţele de sus şi de jos până la cursor; RB - rezistenţa pentru protejarea diodei Zener. La ieşire avem tensiune pozitivă. (dacă avem nevoie de tensiune negativă, dioda se conectează invers şi se folosesc tranzistorii npn) VT1 RC1

U

RB

R1

R'1

EA

R2

VT2

i

U0

RL

R"2 U

r

VD

R3

Fig. 5.5. Stabilizator cu compensare T1 - element regulator (dacă tensiunea la ieşire este prea mare, T1 se închide, când tensiunea este mică - se deschide). Pe el îl dirijează tranzistorul T2 care serveşte ca amplificator, la el se aplică tensiunea de ieşire şi pe alt electrod se aplică tensiunea de referinţă. T2 faţă de semnalul de referinţă este cu bază comună, T1 faţă de semnalul de ieşire este cu emitor comun. U pozitiv la bază ne dă U negativ la colector (T1), deci avem o inversare; la tranzistorul T2 avem repetor pe emitor (CC) şi inversare nu avem, deci rămâne reacţia negativă. Dacă avem nevoie ca stabilizatorul să funcţioneze: ca sursă de tensiune, trebuie să unim sarcina la emitor; ca sursă de curent - sarcina se uneşte la colector. Expresiile pentru calculul schemei:

35

Ur   U 0  U L  U r   I B2   R1  R 2  . R 3  R 2  

(1)

UBE2  0 De obicei curentul prin divizor R1, R2, R3: Idiv  IB2.

R1  R 2   U 0  U r 1  .  R3  R 2  În cazul când Ur = U0, coeficientul de stabilizare va fi: U rC1 K st  L  . U i RD  RiB 2 În acest caz:

(2)

(3)

unde: RD - rezistenţa diferenţială a diodei (RD10 ); rC1 - rezistenţa colectorului la T1.

T IE2 rB2 - rezistenţa structurii bazei (50 , pentru tranzistorii de putere mică)  r  Rd 1   2   rB 2 R0  E 2 . 1  1  2 RiB 2  rE 2 

rB 2 . 

R0 

Dacă considerăm divizorul, atunci:

RE 2 

1  RiB 2  RD  . 1

K st div  K st .K div .

Kdiv este raportul dintre tensiunea de ieşire şi tensiunea în punctul cursorului (Kdiv 1). R R0div  0 - creşte; K div U ref R3  R2 K div   R1  R2  R3 U 0 Pentru aceeaşi schemă: Ui =24 V; Ui=  2V; IDmax = 1,5 A; Kst  103; EA = 30 V; U0 = 1216 V.

(4) (5) (6) (7) (8)

1. Stabilim tensiunea: UCE1 max = Ui + Ui - U0 min = 24 + 2 - 12 = 14 V. 2. PC1 max = UCE1 max  I0 min = 21 W - puterea care se degajă pe colectorul primului tranzistor. 3. Conform datelor obţinute mai sus alegem tranzistorul UCE1 max  UC adm. I0 max = IC1 max  I0 adm; IC1 max  IC adm (din catalog). Presupunem că ,am ales tranzistorul cu următorii parametri: UCadm = 35 V, IC adm = 7,5 A; PC adm = 24 W;   30; rC1 = 6 k. Avem tranzistor de putere mare, de aceea rezistenţa e mai mică, suprafaţa e mare. 4. Alegerea diodei Zener: Curentul de stabilizare trebuie să fie mai mare ca curentul emitorului a tranzistorului VT1. Tensiunea de referinţă trebuie să fie mai mică ca tensiunea de ieşire Ur U0. Alegem dioda D814A. Ust = Ur = 8 V. RD = 6 , Ist nom = 20 mA. 5. Determinăm tensiunea UCE2 max: UCE2 max = U0max - Ur = 16 - 8 = 8 V. 1. 6. Tranzistorul T2 îl alegem din condiţia: UCE2 max  UC adm şi 2 să fie mare (2 = 90250). 7. Considerăm că IC2  IE2 =10 mA  IC2 adm (jumătate din curentul de stabilizare a diodei). U

U

0 med r  Determinăm rezistenţa RB: RB  I  I st nom E2

14  8 6   0,6k 10 10

8. Calculăm rezistenţa RC1, care joacă acelaşi rol ca şi RB pentru dioda Zener, adică pe ea se degajă excesul de energie.

36

I 0max

I RC  I C 2  I B1 ; I B1max 

1  1

I RC  48  10  58 mA; RC 

 48 mA;

E A  U 0max I B1  I C 2

 240 .

9. Determinăm R1, R2, R3, considerând că dacă cursorul rezistorului R2 este în poziţia de sus, la ieşire avem U0min. Dar dacă cursorul este în poziţia de jos - avem U0max. Reieşind din aceste condiţii: U0 min - Ur = Idiv R1 - poziţia în jos a cursorului; Ur  = Idiv R3 - poziţia în jos a cursorului; U0 min - Uref = Idiv (R1+R2) - poziţia în jos a cursorului; IC 2 Presupunem că Idiv = 20, IB2 = 20 = 2 mA. Din sistem găsim: 2 R1  R2 

U 0min  U r I div

U 0max  U r I div R3 

 2k;

 R1  2k;

Ur  3,9k; I div

10. Coeficientul de stabilizare cu divizor: Ur rC1  ; U int Rdiod‹  RiB 2 U C rC1 se determină din caracteristici: rC1  , obţinem: Kstdiv = 300. I C Valoarea obţinută este mai mică decât cea necesară. Aceasta s-a T'1 obţinut din cauza că coeficientul de amplificare a tranzistorului T2 este mic. Pentru a mări coeficientul de stabilizare, înlocuim tranzistorul T1 Fig. 5.6. cuplul cu un cuplu Darlington (figura. 5.6). Darlington În acest caz tensiunea UBE este mai mare şi coeficientul :  = 11. Alegem tranzistorul T1 având în vedere că: I I B1  I C 1  0  I E1 . 1 UC adm   Ui max - U0 max  cu următorii parametri: = 50150; IC adm = 50 mA; UC adm = 20 V. În acest caz coeficientul de stabilizare se recalculează:   300  50  15000. Să analizăm cum se va modifica coeficientul de stabilizare K st  K stdiv   min dacă rezistenţa RC1 va fi cuplată la tensiunea de intrare (deoarece nu e prea comod să mai avem o sursă de alimentare). rC1 În acest caz coeficientul de stabilizare se va modifica de A ori, unde A=1+ . RC1 În afară de aceasta trebuie de avut în vedere că curentul IB, să nu depăşească curentul IC2. IC1IC2. T1

3.2.

K st div 

Amplificatoare cu tranzistori. Conexiunile de bază ale tranzistorului, polarizarea joncţiunii bazaemitor. Stabilizarea punctului de lucru a tranzistorului. Dimensionarea analitică a etajelor tranzistorizate. AMPLIFICATOARE DE PUTERE (ETAJE FINALE) 37

De obicei în schemotehnică se practică: dacă avem un semnal slab - mai întâi amplificarea în tensiune (deoarece are o rezistenţă mare la ieşire), însă pe noi în final ne interesează puterea, deşi în etajul final noi avem nevoie de a urma amplificarea în curent. Trebuie de considerat şi randamentul mare. 4.1. Amplificatorul final în contratimp cu transformator (regimurile B şi AB)

Tr1

T1

Tr2

R1 RL

Ui R2 T2 Fig. 4.9 Amplificatorul final cu transformator

x

ICM

ICma

Avem tranzistorii conectaţi cu (regimurile B şi AB) IC emitor comun (fig. 4.9). Deci folosim l caracteristicile pentru emitorul comun. În amplificatorul dat se utilizează regimul B pentru tranzistor, ceea ce înseamnă că în fiecare semiperioadă funcţionează câte un tranzistor (semiperioadă pozitivă - un tranzistor, semiperioadă negativă - alt B tranzistor). UCmin UCE UCM În cazul când semnalul lipseşte ICmin EC curentul prin ambii tranzistori este  minimal. Fig. 4.10. Caracteristicile pentru regimurile Punctul de lucru (adică punctul B şi AB iniţial) este punctul B de pe grafic (fig. 4.10). Puterea degajată în starea iniţială este aproape egală cu zero. Pentru excluderea distorsiunilor neliniare, cu ajutorul rezistenţelor R1 şi R2 se stabileşte curentul punctului de lucru: IC min = (0,050,15) ICM. (1) Calculul se face pentru unul din braţe. U U CM  E  Cadm ; 2 unde: Ucadm, ICadm - tensiunea şi curentul admis pentru tranzistor. ICM  ICadm Fiecare din braţe va dezvolta puterea: P  P  P

PL

 transf .

;

2 PL 1  I CM U CM ;  transf 2

unde P - reprezintă puterea degajată de amplificator în sarcină. Puterea consumată de la sursă: I  2 EI CM PE  2 E  CM  I C min   ;     Randamentul amplificatorului:

(2) (3)

(4)

38



P   ; PE 4

(5)

U CM - coeficientul de utilizare a sursei de alimentare. E max = 78,5%, dacă  = 1, UCM = E. Puterea dezvoltată de tranzistor va fi maximală în cazul când amplitudinea tensiunii şi a curentului au o valoare intermediară I*CM, U*CM: I*CM = * ICM ; U*CM = * UCM ; 2PC  PE  P (6) Înlocuim relaţiile (3) şi (4) în (6). În acest caz:

unde:  

2 PC 

    2  2 1    EC I CM  I CM U CM  2I CM EC   ;  2 2  

rezolvăm ecuaţia şi obţinem pentru puterea maximală: *= 2/ = 0,637; Deci:

PC max 

*= /4 * = 0,5;

2 P; unde P - puterea medie. Având această valoare, alegem tranzistorul. 2

Regimul bazei se va determina după caracteristica de intrare (fig. 4.11). Alegem rezistenţele R1 şi R2 după metodele care le-am folosit mai înainte. Puterea de intrare: IB

I U Pi  BM BM ; 2 Coeficientul de amplificare în putere:

(7)

IBmax IBM

P KP  L ; Pi Rezistenţa de intrare a amplificatorului:

(8) U Ri  BM ; I BM Pentru evoluarea distorsiunilor neliniare se va UBM UOB IBmin construi dependenţa IC=(Ui) pentru valoarea dată a lui RG pentru unul din braţe (vezi cazul precedent). Cu Fig. 4.11. Determinarea regimului ajutorul acestor caracteristici se vor determina curenţii bazei după caracteristica de intrare ICM, I1, ICmin care corespund UGM, 1/2 UGM şi UGM = 0. Se introduce coeficientul de asimetrie a braţelor b în aşa fel că printr-un braţ curentul este 1+b, iar prin altul 1-b. (din îndrumar) b1. Având aceste date găsim următoarele valori: ICM = (1+b) ICM; I1= (1+b) I1; IOC = (1+b)ICmin - (1-b) ICmin; I2 = - (1-b)I1; IC min = -(1-b)ICM. Găsim amplitudinile armonicelor: UB

I C1 

2   I1 ;  I CM 3

IC 2 

b   2I C min  ;  I CM 3

IC3 

1 b I CM   2I 1 ; I C 4   I CM   4I 1  6I C min  .  3 6

Calculăm coeficientul armonicelor: KG 

I C22  I C23  I C24 I C1

4.2. Amplificatoarele de putere fără transformator Avantajele: dimensiuni mici, posibilitatea de utiliza varianta circuit-integrat, distorsiuni neliniare mici. Amplificatoarele de putere fără transformator în regimul A: În cazul dat avem conectarea colector comun (CC). Semnalul se aplică faţă de pământ. La intrare deci e aplicat o jumătate din potenţialul tensiunii de alimentare. Presupunem ca avem alimentare simetrică 39

(E+ =E-). În acest caz amplitudinea semnalului la ieşire va fi limitată de amplitudinea maximal - posibilă a semiperioadei negative (tranzistorul este închis). RL U Lm  E  ; (1) RL  RE Puterea sarcinii

 

2

 2 1 U Lm 1 E RL PL   ; 2 RL 2  RL  RE  2

(2)

Puterea maximală ce se degajă în sarcină va fi când RL= RE (jumătate din tensiunea de alimentare): PL max 

E2 ; 8RE

(3)

Puterea consumată de la sarcina de alimentare PE 

Puterea care se degajă în tranzistor

2E 2 ; RE

(4)

PT  PE  PL  PRE ;

(5)

În cazul când avem PL= 0, PT 

E2  8 PL max ; RE

(6)

Dacă la intrare e zero, la ieşire semnalul tot e zero şi curentul prin tranzistor e egal cu curentul prin RE, deci PT  IE 

E E2 E  RE RE

De aici se vede că randamentul e mic PL max 1   6% . PE 16 4.3. Schema amplificatorului fără transformator care funcţionează în regimul B. Dacă la intrare avem zero, ambii tranzistori vor fi + închişi şi curenţii prin tranzistori va fi zero. E E+ Dacă aplicăm la intrare un semnal sinusoidal, tranzistorul de sus se deschide la +0,5 V, cel de jos - la -0,5 V (fig. 4.14). La ieşire vom avea un semnal distorsionat. Ele VT1 pot fi înlăturate în cazul când creăm la intrare o tensiune VD1 mică iniţială în aşa fel ca primul tranzistor să se deschidă îndată, iar când se deschide primul, îndată se deschide al RL doilea. Pentru aceasta se introduc divizori care crază această Ui VD2 diferenţă de potenţial (rezistenţe sau diode). În acest caz avem regimul AB. (adică avem o diferenţă de potenţial mică). VT2 Amplitudinea semnalului în acest caz se determină de sursa de alimentare (pozitivă sau negativă depinde de E Esemiperioadă). + 0,5 V ULm = E; (1) Fig. 4.13. Schema amplificatorului de putere fără UCEsat  0. transformator - 0,5 V



PL max 

Totul cade pe sarcină. PE  Fig. 4.14. Formele semnalului cu diodele VD1, VD2 şi fără

unde:

E2 ; 2RL

2E  I Lm ;  U I Lm  Lm ; RL

(2)

(3)

40

PE 



2E 2 . RL

(4)

PL max E 2 RL     78,5 % - avem un randament mare. PE 2RL 2E 2 4

Puterea degajată pe tranzistor va avea valoarea maximă în cazul când: UL 

2 E; 

(5)

(atunci când valoarea curentului şi tensiunii au o valoare intermediară). În acest caz: PT 

1 E2  2 RL

Pentru micşorarea distorsiunilor care apar din cauza că când semnalul e mai mic ca 0,5 V pentru tranzistori se creează regimul AB cu ajutorul rezistenţelor sau a diodelor conectate între baze în aşa fel ca curentul colectoarelor în punctul de lucru să fie IC = (0,050,15)Ilm. Astfel de etaj final nu amplifică tensiunea din cauza că avem două repetoare conectate în contratimp. Obţinem numai amplificare în curent. Ki  +1  . 4.4. Calcularea parametrilor amplificatorului de putere cu preamplificator. Se dă: PL, RL. I Cm 

2P ; RL

unde: P  1,1PL - puterea degajată de ambele braţe. De aici se calculează amplitudinea curentului la colector: U Cm 

2P ; I Cm

UCmin se determină din caracteristicile de ieşire (fig. 4.16). Puterea poate fi exprimată şi ca: U I P  Cm Cm ; 2 E UCm+UCmin  (0,40,5)UCadm Rezistenţele de la R1  R4 stabilesc punctul de E+ lucru A. Tranzistorii trebuie să fie complementari (T2 şi T3) - să aibă aceiaşi parametri, coeficienţi  şi IS să fie RC1 aproape egali. Curentul divizorului trebuie să fie de 4 -5 R1 VT2 ori mai mare ca curentul bazei. Curentul colectorului mediu: R2 I ; I Cmed  Cm  Puterea consumată de etaj: PE = 2EICmed. R L

VT1

R3

VT3



P . PE

Curenţii în punctele limită a dreptelor de lucru IBA, RC1

R4

IBM: I CA I ; I Bm  Cm ;   ICA = min (0,050,15) Icmmin . Valorile tensiunilor UBA şi UBm. Se vor determina după caracteristicile de intrare a tranzistorului reieşind din IBA şi Ibm. I BA 

E-

Fig. 4.15. amplificatorului de putere cu preamplificator

41

Având aceste date putem calcula amplitudinea semnalului la intrare: Uim = UBm + Uom  Uom; Puterea semnalului la intrare: ; 1

B

ICm

IC

Pi 

2

U i  I Bm

Coeficientul de amplificare: A UCm

U

P . KP  O Pi Tranzistorul conectat cu emitor comun trebuie să aibă o bandă de frecvenţă corespunzătoare: ;

CE

EC

UCmin

f  f  2  4 f max

Fig. 4.16. Construirea dreptei de lucru pentru tranzistorii etajului de putere

unde: max - frecvenţa maximală a amplificatorului. f 

f  ,  - frecvenţa la bază.  

Aceasta are loc, deoarece când avem conectarea emitor comun, între colector şi bază capacitatea micşorează banda de frecvenţe (reacţionează cu bucla de reacţie). Cum se poate calcula practic o astfel de schemă? Se dă: schema din fig. 4.15, PL - 2 W; RL - 10 ; EG - 600 mV; RG - 10 . Puterea care o vor degaja tranzistorii: P  1,1PL = 2,2 W; I Cm  U Cm 

2P  RL

4 ,4  0,66 A; 10

2P 4 ,4   6 ,6 V ; I Cm 0,66

Din caracteristica de ieşire: UCmin  1 V; E = UCM + Umin = 6,6 + 1 = 7,6 V;  E = 8 V; Alegerea tranzistorului: se aleg după catalog (o pereche de tranzistori complementari) unde: U Cadm  2E. Trebuie să asigure curentul ICm  1 A (cu rezervă) şi P. Presupunem că am găsit tranzistorii respectivi cu parametrii:  = 25, IBM = ICm/ =15 mA. Calculăm divizorul R1 R4. Potenţialul bazei tranzistorului T2 în punctul de lucru alegem reieşind din valoarea curentului iniţial prin tranzistorul T2 şi T3 şi caracteristicile de intrare. De exemplu presupunem ICO = 10 mA, atunci: I BO 

I CO 10   0,4 mA.  25

După caracteristica de intrare găsim: UBO = 0,45 V. Dacă avem nevoie de o amplitudine mai mare şi admitem o calitate mai inferioară, atunci alegem un curent a divizorului mai mic. Decidem: I d  2I BC  0,4  2  0,8 mA  E  U BEO 8  0,45   6 , 3 k ;  R1  R4  I d  I BO 1,2 U 0,45 R2  R3  BE   0,56 k ; Id 0,8 Calculăm preamplificatorul pe baza tranzistorului T1. Coeficientul de amplificare a preamplificatorului în tensiune (a primului etaj):  1 RC Ri  I ies KU  ; 1  .  I int r RG  Ri 1

2

1

1

42

Nu luăm în consideraţie rezistenţa internă a tranzistorului T1, deoarece T1 este conectat invers şi are o rezistenţă foarte mare. Se ia în consideraţie în cazul când RC e comparabil cu REC (e foarte mare). R C1   2 R L  R 2  KU  RG ; (*)  rE1  RE 2 1 1





Ri 1  rB 1  rE 1  RE 1  1    Ri 2   2 R L  RE1

R1 şi R4 au valori mari şi se neglijează. Pe acasă: a) de urmărit de ce Ri1 şi Ri2 au aşa formă; b) de urmărit trecerea pentru KU1 de la formula precisă la formula aproximativă IE = (+1)IB. U Cm 6,6   11 . Pe de altă parte preamplificatorul trebuie să asigure KU 1  EG 0,6 Determinăm RC1 ştiind KU, şi folosim formula aproximativă pentru KU1. Alegem un tranzistor pentru preamplificator cu parametrii: 1=50; rE1=5  În acest caz ecuaţia (*) conţine 2 necunoscute RE1 şi RC1. Alegem o valoare pentru RC1 şi calculăm RE1. Avem puterea preamplificatorului: P/25 = 2/25 = 0,08 W, şi tensiunea de alimentare 8 V, putem calcula curentul I=10 mA. şi deci rezistenţa RC1  2 k, şi respectiv RE1 = 47 k. RC1  KU 1 ceea ce în cazul nostru nu-i adevărat, ceea ce înseamnă că influenţează sarcina etajului RE1 al II-lea (rezistenţa e mică a et. II) Amplitudinea curentului de intrare: U im EG 0,6 Iim     0,23 mA . RG = 10  o neglijăm. RG  Ri1  1  rE1  RE1  50 5  47 Câştigul sau amplificarea în putere: P 2 PL 4,4 KP  L    3,2  104 . 4 Pi U imIim 0,6  2,3  10

4.5. Amplificatoare acordate Vom numi amplificator acordat amplificatorul care amplifică semnalul într-o anumită bandă de frecvenţe. Conturul oscilant. Pot fi contururi oscilante serie şi paralel:

L

C

L

C

a) serie

b) paralel Fig. 4.17. Contururi oscilante

Impedanţa inductanţei este L, iar impedanţa capacităţii

1 . C

La o frecvenţî anumită aceste valori vor fi egale: L =

1 C



=

1 LC

;

=

1 2

LC

- frecvenţa de rezonanţă. 43

Frecvenţa de rezonanţă.

z

z



r

a) Contur serie



r

b) Contur paralel

des aceste dBFig. 4.18 Curbele deMai rezonanţă

X f0

1

0

0,7

3 dB f



B

curbe se desenează în scara logaritmică (frecvenţă), deoarece curba devine simetrică. Sensibilitatea la banda de frecvenţă este în scara logaritmică (fig. 4.19). Pentru a realiza legătura dintre parametrii C, L. şi frecvenţe se introduce noţiunea de factor de calitate - Q mărimea care indică relaţia dintre energia acumulată şi energia disipată într-o perioadă. Factorul de calitate ale contururilor oscilante este de ordinul 100.

Fig. 4.19. Banda de frecvenţă este în scara logaritmică

Pentru inductanţă putem utiliza o schemă echivalentă:

L QL 

R

L ; R

R

C

Pentru condensator: QC 

C ; G

G

1 . R

Pentru contur la frecvenţa de rezonanţă factorul de calitate va fi:

L

Q

C

B

f0 . Q

Amplificatorul acordat:

Uo

Ui

L . C

unde: R - rezistenţa totală serie; Q - parametrul conturului oscilant. Există următoarea relaţie între banda de frecvenţă B şi 0, Q:

R1

R2

QL QC 1  QL  QC R

CE RE 44

Fig. 4.20. Amplificatorul acordat

Deosebirea dintre amplificatorul simplu şi amplificatorul acordat (fig. 4.20) este într-aceea că în loc RC de RC - avem un contur oscilant şi deoarece coeficientul de amplificare este , în cazul dat coeficientul RE de amplificare va depinde de frecvenţă, deoarece rezistenţa unită la colector depinde de frecvenţa. La frecvenţa de rezonanţă coeficientul de amplificare va fi maxim. Parametrii ce caracterizează amplificatorul acordat: Frecvenţa de acord - 0 sau 0:  0 

1.

1 LCcon

; Ccon - toată

capacitatea care participă la procesul de oscilare. Banda de frecvenţă B = 2; E Ccont L

R1

RL VT

C1

RG

CE

R2

EG

CL

RE

Fig. 4.21. Amplificatorul acordat real

1.

Factorul de calitate: Q

2.

f0 f0  ; B 2 f

Rezistenţa caracteristică:  Q

3.

L ; Ccon

 . R

Pentru a calcula corect această schemă utilizăm o schemă echivalentă (fig. 4.22); unde U C tensiunea totală a conturului. r col rB

iB L

RG R RB EG

rE

R

C col U1

C cont

CL

UC

UL

Fig. 4.22. Schema echivalentă al amplificatorului acordat

45

Schema aceasta se deosebeşte de cea precedentă prin aceea că în contur sunt incluse parţial tranzistorul şi sarcina, adică va influenţa mai puţin conturul. Efectul de amortizare a sarcinii şi a tranzistorului va fi mai mare dacă ele sunt incluse complet. Prin includerea parţială obţinem creşterea factorului de calitate, micşorarea pierderilor, deci măreşte selectivitatea amplificatorului (adică se micşorează banda de frecvenţe a amplificatorului acordat, ceea ce ne trebuie). Trecerea la schema echivalentă: RB - este R1 şi R2 unite în paralel faţă de P. fix., rB şi rE sunt rezistenţele interne a bazei şi emitorului. rE e unit la pământ, deoarece avem componenta alternativă şi CE scurtcircuitat cu RE. Joncţiunea colector - baza conţin rC*, CC* şi generatorul de curent a colectorului iB. R - rezistenţa inductanţei; Ccont capacitatea conturului. Colectorul e conectat parţial la contur şi sarcina la fel este unită parţial la contur. CL - nu influenţează asupra parametrilor, deoarece avem o rezistenţă mică (frecvenţa mare) joacă rolul de selector. Factorul de calitate a conturului de obicei este mai mare decât factorul de calitate echivalent a amplificatorului, Q  Qech, din cauza şuntării conturului de către tranzistor şi sarcină. Pentru a considera acest efect se introduce rezistenţa echivalentă cu ajutorul următoarelor relaţii: 1 1 mC2 mL2    ; (1) Rech R0 RT RL unde: RT - rezistenţa de ieşire a amplificării pe baza tranzistorului (U/I a tranzistorului în regimul de lucru) (componenta alternativă); Rech - rezistenţa echivalentă a conturului; mC, mL - factor de includere; R0 - rezistenţa de rezonanţă a conturului (proprie); R - rezistenţa care cauzează pierderile; RT 

rC ; r - valoarea eficace a rezistenţei colectorului (are loc amplificarea curentului de  ori). 1  C

RL - rezistenţa sarcinii; U U mC  1 ; mL  L ; U cont U cont U1 - tensiunea de ieşire a tranzistorului (componenta alternativă). R Qech  Q  echiv R0 Influenţa capacităţilor parazitare asupra conturului poate fi considerată prin introducerea capacităţii totale în contur. Pe lângă capacitatea Ccont mai influenţează şi capacitatea CL, capacitatea joncţiunii colector - bază. Ctot  Ccon  CT  mC2  CL  mL2 ; CT  Ccol   1     CC ; *

Având în vedere ultima expresie obţinem că frecvenţa de acord reală va fi:  

1 LC

;

unde: C - capacitatea totală. Respectiv din această cauză se va modifica şi factorul de calitate a conturului. Q 

Coeficientul de amplificare la frecvenţa de acord: KU 0 

 1 L  R R C

  Q şi Qech

 Rech mC mL ; R g  rb  rE  1   

Rech . R0

(2)

(3)

Exemplu: Pentru aceiaşi schemă sunt date următoarele condiţii: RG=100 ; RL=1 k; CL=100 pF; 0= 500 kHz; Qech  35; KU0  20. Rezolvare: 46

1.Se alege un tranzistor a cărui frecvenţă T unitară este cu mult mai mare ca frecvenţa de acord.  = . Alegem T = 150 MHz. 2. Se calculează R1, R2, R3. (Vezi exemplele precedente). 3.Considerăm de la început că mC = mL = 1. Din catalog pentru tranzistorul ales găsim CC = 7 pF;  = 30. Deci: CT = CC*= CC(1+) - capacitatea de ieşire a tranzistorului. Obţinem CT  210 pF (consultând standardele). Pentru ca capacitatea de ieşire a tranzistorului CT şi CL să nu influenţeze frecvenţa de acord a conturului, alegem capacitatea Ccont  (CT + CL). Considerăm Ccon=10 nF. Putem calcula valoarea inductanţei. L

1 1  Ccont 02 Ccont  2 f

2

 10 H .

Consultând literatura considerăm că pentru inductanţele de dimensiuni mici în diapazonul de frecvenţă 0,11 MHz factorul de calitate variază între 20100. Găsim o inductanţă cu Q=50. Deci rezistenţa: R 

 1 L 1 10  106    0,63  . Q Q Ccont 50 10  109

Rezistenţa proprie a conturului: R0 

4.

L Ccont  R



10  106  1470  . 10  109  0,63

Determinăm rezistenţa echivalentă a conturului din expresia: 1 1 mC2 mL2 rC    ; unde: RT  , 1  Rech R0 RT RL se găseşte sau din caracteristici sau din datele din catalog. Din caracteristici obţinem:

rC

rC 

U  600 k . Tranzistorul pe baza de Si - are rezistenţă mare, pe baza de Ge - mai mică. Deci RT= I

20 k (Ge). Găsim Rech= 595 .

f0 R 595  Q ech  50  20 . B R0 1470 6. Coeficientul de amplificare la frecvenţa de acord:  Rech mC mL 30  595 KU    22 , rE, rb - din catalog sau din caracteristici. Rg  rb  rE  1    100  700 7.Comparăm rezultatele obţinute cu ceea ce se dă în condiţiile problemei. Din cauza şuntării conturului Qech şi respectiv Rech sunt mici. Facem recalcularea socotind că mL = 0,5. Ne legăm de RL deoarece acţiunea lui RL asupra Rech este mai evidentă (RT e prea mare). Deci obţinem: Rech 1,08 30  1,08  0,5  50  36,5 ; KU   20 . Rech = 1,08 k; Qech  Q 0,8 R0 1,47 Deci am obţinut rezultatele normale.

Calculăm Qech: Qech 

5.

0

0

3.3.

Proprietăţile etajelor pe baza celor trei conexiuni - baza comuna, emitorul comun, colectorul comun: impedanţele de intrare si de ieşire, amplificarea in curent si tensiune, banda de frecventa. C

U+ n B

p n E

Fig. 2.1. Schema pentru ilustrarea principiului tranzistorului

TRANZISTORUL SI MODURILE LUI DE CONECTARE 2.1. Regimurile tranzistorului Tranzistorul este un dispozitiv creat dintr-un cristal care conţine din trei domenii n-p-n (sau p-n-p) (fig. 2.1). Putem distinge 4 regimuri de lucru a tranzistorului. Dacă nu este aplicată tensiunea, cristalul se află în stare de echilibru. 47

Presupunem că la colector am aplicat tensiune pozitivă (+). Joncţiunea CB se va afla într-o diferenţă de potenţial inversă şi se va închide. Dacă la bază se aplică (+), se creează un flux de electroni, el va fi cu atât mai mare cu cât va fi mărit potenţialul (+): U BE T

I E  I SC e ; T  26mV . Grosimea bazei trebuie să fie mai subţire decât parcursul liber al electronilor. Electronul de la IC   ; Cu joncţiunea EB ajunge la joncţiunea BC şi este deplasat în colector. Predomină regimul activ: IB

cât este mai subţire baza cu atât  este mai mare.

U+ IE

În cazul când potenţialul bazei şi al emitorului este zero ambele joncţiuni sunt închise, şi avem regim de tăiere (fig. 2.2). C Regim liniar (activ) - când joncţiunea BC este închisă iar IC B joncţiunea BE - deschisă. Tensiunea UBE creşte şi odată cu creşterea ei creşte IC şi deci se micşorează rezistenţa tranzistorului. Există o dependenţă aproape liniară (fig. 2.4). UBE E O variaţie mică a curentului bazei duce la mărirea mare a curentului colectorului IC. Fig. 2.3. Caracteristica de intrare Fig. 2.2. Tranzistorul împreună  I Ca   ; tranzistorului IBE cu sarcina I B Acest regim se continuă până tensiunea la bază este mai Fig. 2.4. Dependenţă IC de IBE IC deschide joncţiunea bază colector mare ca tensiunea la colector. Se IC IE C C în aşa fel apare regimul de saturaţie. În acest regim tranzistorul nu mai amplifică. E IB E B La mărirea UB se măreşte curentul în colector, ceia ce B Ieşire UCE CIeşireînseamnă B U Intrare că se tranzistorului. În regimul de E micşorează rezistenţa UC IB UB saturaţie ambele joncţiuni sunt deschise. Electronii nimeresc şi din Intrare E IE Fig. 2.5. Configuraţia geometrică a colector şi din bază. Acest regim trebuie evitat. Regimul invers când se schimbă cu locurile colectorul şi tranzistorului a) emitorul. În acest caz 1, ceia ce înseamnă că emitorul nu b) IE dovedeşte să adune toţi electronii din bază (fig. 2.5). E În figura 2.6 sunt reprezentate cele trei configuraţii posibile de conectare a tranzistorului. IB

Fig. 2.6 Schemele de comutare a tranzistorului.

a) - cu bază comună; b) - cu emitor comun; c) - cu colector comun

B

UEC

Intrare

UB

IC

Ieşire 48

C c)

2.2. Conectarea tranzistorului cu emitor comun U+

C B

E

Emitorul este conectat la pământ (fig. 2.7). Aplicăm la bază o tensiune de 1 mV şi semnal amplificat la colector nu va fi (amplitudinea e mică, trebuie să fie  0,5 V) Aplicăm 1 V şi la ieşire avem numai semiperioada pozitivă. Aşa o situaţie nu ne satisface. Trebuie de stabilit regimul tranzistorului. La baza tranzistorului va trece numai componenta alternativă. (fig. 2.8) Semnalul este scos tot prin condensator. Ca tranzistorul să fie întredeschis se utilizează un divizor de tensiune. Rezistenţele R1 şi R2 de obicei au o eroare de (10-20%). Curentul colectorului are o dependenţă exponenţială de UBE:

 qU BE  I C  I S 0 exp ; KT   Dacă temperatura se schimbă se schimbă şi IC şi trebuie să lichidăm influenţa ei. Funcţionarea circuitelor nu trebuie să depindă de parametrii tranzistorului deoarece ei sunt diferiţi. Deci la emitor se mai uneşte o rezistenţă (reacţia negativă RE) Presupunem că din cauza erorii rezistenţelor, stabilim o diferenţă de potenţial UBE ne corectă. RE efectuează compensarea perturbaţiei iniţiale (fig. 2.9). Datorită reacţiei negative, UBE se menţine practic constant. Fig. 2.7. Conectarea tranzistorului cu emitor comun

U+ Fig. 5.6. Rc Rc Cea mai R1 R1 simp lă Ui Ui sche mă a stabi lizat R2 R2 orul RE ui cu com Fig. 2.9. Etajul cu reacţia negativă Fig. 2.8. Etajul cu divizorul de tensiune pens RE RC - serveşte ca sarcină pentru obţinerea semnalului, la ieşire totodată protejează are pentru polarizarea bazei

tranzistorul. R1, R2 - divizorul de tensiune, care creează regimul tranzistorului (punctul de lucru). RE - reacţia negativă (stabilizarea termică şi stabilizarea funcţionării tranzistorul - când parametrii tehnici nu coincid cu parametrii calculaţi). Aceste rezistenţe se calculează în felul următor: 49

RC 

U ; 2I C

(1)

Se presupune că iniţial se alege curentul colectorului IC. (Rezultă din coeficientul de amplificare K şi rezistenţele divizorului R1, R2). Coeficientul de amplificare a tensiunii: U 0 U C  I C RC  RC I C R K      C; U i U B  I E RE  U BE  RE I E RE Dacă K  15, atunci UBE  IERE şi această creştere poate fi neglijată. (dacă avem nevoie de K  15, facem mai multe etaje). Considerăm Ic  IE şi deci: R KU  C ; (2) RE În relaţia (2) stabilim RE:

RE 

RC U  ; KU 2 I C KU

Pentru a calcula R1 şi R2 avem nevoie de curentul bazei IB: IB  I d  10  20  I B ;

Curentul prin divizor:

IC ; 

(4) R1  R 2 

R2 

Din (5) reiese că: Rezistenţa R1   5   6 ; 2.3. Caracteristicile tranzistorului

(3) 

U ; Id

UB U I R  BE E E ; Id  IB Id  IB

(5) (6)

Regim de saturaţie

ICmax IC0

IC

Pmax

IB6 IB5 IB4

IB

IB0

IB3

IB2ca un cuadrupol, se pot prezenta situaţiile din figura 2.6, în funcţie de IC0Dacă tranzistorul este desenat electrodul pus la masă (comun intrării IB1 şi ieşirii). UBE Caracteristicile statice dau relaţia dintre două din mărimile de la bornele cuadripolului (tensiune UCE + sau curent), cândUoCBa treia este constantă. UC0menţinută U Cea maiRegim des sunt folosite caracteristicile de ieşire IC=(UCE), când IB=const. Curentul bazei se determină de tăiere Fig. 2.11 Caracteristica de intrare. conformFig. punctului de lucru. 2.10 Caracteristicile de ieşire Setranzistorului disting 3 zone planulcomun. desenat: Regimul de saturaţie, regimul de tăiere, regimul activ (regiunea ale cu pe emitorul nehaşurată) (fig. 2.10). Linia Pmax este linia care ne determină puterea maximală pe care o degajă tranzistorul dat. Caracteristicile nu trebuie să iasă în afara acestei linii. 50

În caracteristica de intrare (fig. 2.11) fixăm pe grafic IB0 şi găsim UB0 - tensiunea în punctul de lucru. IBO - curentul bazei în punctul de lucru. Mai departe efectuăm calculul divizorului. În caracteristica de transfer găsim punctul de lucru, tensiunea de alimentare şi curentul maximal: I C max 

U ; RC  RE

(7)

Ducând o dreaptă prin ICmax şi punctul de lucru, determinăm amplitudinea tensiunii la ieşire UC0. Dacă nu ne convinge această tensiune atunci schimbăm parametrii. Tot din acest grafic găsim şi curentul la ieşire IC0. Avem sistemul:  

U I  ;  C max RC  RE   K  RC ;  U RE

(8)

Din sistemul (8) găsim RE şi RC. Calcularea divizorului: U  RE I E 0 U R 2  BE 0 ; - dimensionarea grafoanalitică.  10  20  I B 0 ; RC  RE I B 10  20 Dacă avem nevoie de o stabilizare mai mare, alegem 20, iar dacă - de un coeficient mare de amplificare, luăm 10. 2.4. Conectarea tranzistorului cu bază comună. Potenţialul bazei nu se va schimba deoarece ea este unită la U+ pământ. Stabilirea punctului de lucru va fi similară. RC R1 U

i

CB

R2

RE

Fig. 2.12. Conectarea tranzistorului cu bază comună

2.5. Conectarea tranzistorului cu colector comun.

U+

În cazul dat semnalul se scoate de la emitor. U B 0 

R1 U

punctul de lucru.

i

U0 R2

R1  R2  10  100 k; RE 

RE

1  U ; 2

1U  ; 2 IE

IE se alege reieşind din puterea, care trebuie s-o primim la ieşire.

Fig. 2.13. Repetor pe emitor

51

Descrierea conectărilor tranzistorilor. Parametrul

Rezis-tenţa de intrare ri

Rezis-tenţa de ieşire r0

EC

BC

ri 

ri 

rBE 

 R 1  C rCE 

CC

   ri  rBE  R EB  

  R1||R2 || rBE  R E  rBE  105 ;  ri max  rBE    UT   k;  T  101  10 2 ; IC IC r  Rd r0  rC  BE   k;

r0  rC k;

r  Rd r0  RE || BE 



T

 RE ||

IC



 101  10 2 ; Rd  R1||R2 ; Coeficientul de ampli-ficare în curent KI=

KI  

I0 ; Ii

Coeficientul de ampli-ficare în tensiune K U=

KI  

1  ; R 1 C rCE

KU  

KU 

 RC rBE  RC

rBE rCE

KI 

 1  ; RE 1 rCE

KU 

1 RC rCE     r 1 1 rBE RC  rCE 1  BE   RE rCE U  g m RC  C ; 1 T



U 0 ; U U i   g m RC   C ;

T

1  1;  1

I0 ; - conductibilitatea de transfer. Ii Aceste scheme pot fi utilizate: - dacă rezistenţa ri e mare, în schemele unde nu influenţează la semnalele de intrare (amplificatoare) (fig. 2.9). - la amplificatoare a semnalelor cu frecvenţe foarte mari (fig. 2.11, rezistenţa r i şi coeficientul KI sunt mici), deoarece între colector şi bază există o capacitate mare şi măreşte banda de frecvenţă. Şi în aceste circuite sunt utilizate rezistenţe mici. - la surse de semnale cu rezistenţă internă mare (fig. 2.12).Transformă rezistenţa înaltă în rezistenţă joasă.

gm=

2.6. Etajul - tranzistor cu efect de câmp Tranzistorii cu efect de câmp (TEC) reprezintă dispozitive electronice, funcţionarea cărora se bazează pe modificarea conductanţei unui canal semiconductor sub influenţa câmpului electric. TEC se pot împărţi în două părţi: a) TECJ şi b) TECMOS. 52

a) TECJ - TEC cu joncţiune. Într-un cristal se realizează o joncţiune p-n astfel încât să rămână un canal îngust prin care poate să circule curent. Cele două capete ale canalului de tip n sunt contactate construind drena D şi sursa S. Poarta G - semiconductor de tip p, înconjoară canalul n. G Dacă aplicăm la G un potenţial negativ faţă de sursă, atunci bariera se va p lărgi şi la un moment dat joncţiunea poate să închidă tot canalul şi rezistenţa va deveni brusc mare. Curentul nu va mai putea traversa canalul. Diferenţa de n potenţial care este necesară pentru lichidarea curentului se numeşte tensiune de prag. (în cazul dat este negativă faţă de sursă). Din cauza că între D şi S există tot o diferenţă de potenţial UDSUGS, se deosebesc 3 regimuri de funcţionare a S tranzistorului: Fig. 2.14. Tranzistorul 1) Regimul de tăiere - când tensiunea între grilă şi sursă şi respectiv între TEC-j sursă şi drenă sunt mai mici ca tensiunea de prag. În acest caz canalul se D închide.UDS=0; UGSUprag. Pentru ca să parcurgă un curent prin canal, aplicăm la drenă o tensiune pozitivă şi se deschide canalul în apropierea sursei; G 1) Regimul de saturaţie - când se deschide p canalul la mărirea tensiunii la grilă. UGSUprag; UGDUprag, Canalul este deschis în domeniul sursei şi închis în n domeniul drenei (fig. 2.15). 2) Dacă mărim şi mai mult tensiunea la grilă S până când UGDUprag, avem regimul liniar - canalul este închis pe toată întinderea. Fig. 2.15. TEC-j în D

regim de saturaţie

ID

Exemplu: R. Saturaţie U GS0 R. Liniar În fig. 2.16 este reprezentată 0V caracteristică de ieşire. La tensiunea UGS = = -1 V -4V = Uprag canalul este închis. Regimul de tăiere coincide cu axa orizontală. În regimul -2 V liniar are loc legea lui Ohm. -3 V În cazul utilizării TEC ca amplificator -4 V se foloseşte regimul de saturaţie. Avantajul TEC constă în aceia electrodul de intrare G UDS este izolat de ceilalţi doi electrozi şi este polarizat invers. Deci rezistenţa de intrare Fig. 2.16. Caracteristicile de ieşire pentru este foarte mare. TEC-j 2.7. Conectarea TEC. U+ RD U0

C

U

i

RG

RS CS

Rolul rezistenţelor este de a crea regimul tranzistorului (fig. 2.17), cu alte cuvinte trebuie să plasăm punctul de lucru la mijlocul caracteristicilor (regimul de saturaţie). RS - serveşte pentru crearea diferenţei de potenţial UGS a punctului de lucru.; RD rezistenţa de sarcină; RG - egalează cu 0 potenţialul de la poartă G. Potenţialul porţii în punctul de lucru: (9) U  I R ; GS 0

(deoarece poarta este mai negativă.) IS0 - Curentul sursei în punctul de lucru. Fig. 2.17. Conectarea TEC-j

S0

S

53

RS 

Deci:

U GS 0 ; IS 0

(10)

ID

ID

UGS0

-1 V -2 V

iD

-3 V -4 V

ID0

U+ UDS

UGS

UG UD

Semnal de intrare aplicat la sursă.

Punctul de lucru Fig. 2.18. Construirea caracteristicilor de transfer TEC-j

În lipsa semnalului la intrare etajul este U= -3 V, tensiunea punctului de lucru este constantă. A doua componentă este semnalul alternativ. În fine avem suma acestor două componente - semnalul total. IGS0 şi IS0 găsim din grafic. RS mai are şi funcţia de reacţie negativă. Poate să se întâmple ca KU1 şi pentru ca să evităm acest lucru (adică să mărim coeficientul de amplificare), conectăm capacitatea CS. Deci la sursă tensiunea nu se va schimba, deoarece cu ajutorul condensatorului CS scurtcircuităm componenta alternativă. Deci reacţia negativă dispare. CS  I 

10  20 ; 2 f min RS

(11)

U U  ; (deoarece RSRD) I D  f  U G ,U D  ; R D  RS RD

 ID  ID U G  U D ;  UG UD

(12)

 ID   tg  ; - pantă (transconductanţă)   UG    UD 1 Ri   ; - rezistenţa internă a tranzistorului.  I tg 

(13)

I D 

S

Luând în consideraţie (12), din (13) obţinem: I D  S  U G 

1 UD ; Ri

(14)

Dacă avem o variaţie a tensiunii la poartă, adică UG = Ui , aceasta duce la variaţia curentului: ID = iD ; în aşa fel că va apărea tensiunea: U D  u   RD I D ; (15) 54

Dacă (14) introducem în (15)obţinem:

iD  SU i 

RD iD ; Ri

(16)

Ri ; (17) Ri  RD RR u0  iD RD  SU i i D ; Tensiunea la ieşire: (18) Ri  RD Relaţia (18) arată tensiunea la ieşire faţă de curentul alternativ la intrare. De aici: u RR KU   0   S ui i D ; (19) ui Ri  RD Aceasta a fost o cuplare cu sursa comună, + rezistenţa Ri este mare. Este de evidenţiat că semnalul la U intrare e invers semnalului la ieşire. K U este mai mic ca la C tranzistorii bipolari. U0 Mai poate fi utilizată şi schema cu drenă comună (fig. 2.19). Semnalul la intrare este acelaşi ca şi la ieşire, Ui de unde şi denumirea - repetor. RS RG Amplificarea după tensiune nu are loc. Avem la intrare o rezistenţă mare şi amplificăm numai curentul, la ieşire avem o rezistenţă mică. Conectarea cu poartă comună nu se practică. 2.8. Cuplarea între etaje. Fig. 2.19. Schema cu drenă comună Ca regulă nu este destul un singur etaj pentru prelucrarea semnalelor. Ieşirea unui etaj se cuplează cu intrarea altui etaj. 1. Cuplajul prin condensator. Tensiunea la bază trebuie să fie mai mică ca la colector (fig. 2.20). Este utilizat cel mai des. Avantajul: constituie faptul că din punct de vedere tehnologic condensatorul se execută uşor şi are o bandă de frecvenţă largă. Dezavantajul: că nu se acordă impedanţa de ieşire a primului etaj cu impedanţa de intrare a etajului al doilea. Se utilizează în amplificatoarele de frecvenţă intermediară. iD  SU i

De aici:

U+

Fig. 2.20. Cuplajul prin condensator

U+

U+

Fig. 2.21. Cuplajul prin transformator

2. Altfel de cuplaj (fig. 2.21) este cuplajul prin transformator. Legătura galvanică nu există. Avantajul astfel de legături constă în aceia că prin potrivirea numărului de spire în bobina primară şi secundară, se pot acorda impedanţa de intrare a etajului doi cu impedanţa de ieşire a primului etaj. Astfel se obţine un câştig în amplificare. Dezavantajul: transformatorul din punct de vedere tehnologic este mai complicat. Dacă este miez din fer, atunci apar distorsiuni neliniare. În prezent această legătură se utilizează în circuitele de frecvenţă înaltă şi intermediară, unde bobinele transformatorului deseori servesc şi ca bobine a circuitelor oscilante. La frecvenţe înalte nu este numaidecât să fie transformator cu miez. 55

3. Alt tip de cuplaj este cuplajul direct. Avantajul: nu este nevoie de elemente în plus, legătura este independentă de frecvenţă. Este necesar de a avea tranzistor de diferită polaritate. şi regimurile trebuiesc acordate bine. Cuplajul direct se utilizează mai des în circuitele integrate.

EXEMPLE DE EXERCIŢII ŞI PROBLEME 3.1.

3.2. 3.3. 3.4.

Alegeţi afirmaţiile adevărate: a). Pentru tranzistorul bipolar polarizat in regiunea activa normala IB>IC/β; b). Banda de frecvenţă a etajului cu cuplarea tranzistorului cu emitorul comun este mai largă decât în cazul cuplării cu baza comună. c). Regimul B este folosit pentru mărirea randamentului etajului de amplificare d). Câştigul (coeficientul de amplificare) în curent la etajul cu colector comun kI > 1 e). Reacţia negativă in etajul cu cuplarea tranzistorului cu emitorul comun micşorează banda de frecvenţă. O diodă din Ge are curentul invers de saturaţie de IS0 = 1 A. Dioda din Si are IS0 = 10-8 A. Temperatura T=293 K. Curentul direct prin aceste diode este I = 100 mA. Să se determine tensiunile pe diode. Dioda pe bază de Ge are IS0 = 25 A, funcţionează la tensiunea directă U = 0,1 V, şi la temperatura de T = 300 K. Să se determine rezistenţa totală R0 şi rezistenţa diferenţială rdif a diodei. Pentru dioda din Ge temperatura se schimbă de la t1 = 20 până la t2 = 80 0C, iar pentru dioda din Si - de la 20 până la 150 0C. Să se determine raporturile curenţilor de saturaţie pentru fiecare diodă la aceste temperaturi IS02/IS01. De considerat sarcina electronului q =1,60210-19 Coulomb, constanta Boltzmann k = 1,3810-23 G/grad. Coeficienţii de neidealitate, care caracterizează joncţiunea: pentru Ge: m=2; n=1; UG0=0,785 V. pentru Si: m=1,5; n=2; UG0=1,21 V. 20 k

3.5.

3.6.

În schema din fig. alăturată dioda are curentul de saturaţie IS0=10 A, să se determine tensiunea de

R

40 V

U0

L

ieşire U0 considerând potenţialul termic T=0,025 V. În schema din fig. alăturată RE=5 k, RL=10 k, EE=10 V, EC=30 V. De calculat tensiunea colector-bază + + UCB.

RE EE

RL

- +

EC RE

În schema din fig. alăturată EE=2 V, RE=2 k, RB=15 3.7.

-

k, EB=3 V, RL=4 k, EC=16 V. Tranzistorul are + + parametrii: =0,98; ICB0= 10 A. De calculat curentul colectorului.

EE

RL -

EB

+

3.8.

Un tranzistor folosit în schema din fig. alăturată are parametrii: EC=28 V, RB=15 k, RE=1 k, RL=2 k. De calculat la care tensiune de intrare minimală, tranzistorul va lucra în regim de saturaţie. Se consideră U i că la hotarul regimului de saturaţie =9.

RB IB

RE

-

+

EC

EC RL

RL

IC

IE

56

3.9.

În schema din fig. alăturată (RB=50 k, RL=10 k, EC=24 V) se foloseşte tranzistorul cu coeficientul de transfer a curentului bazei =9. De calculat tensiunea colector-emitor RB UCE .

În schema din fig. alăturată se foloseşte tranzistorul cu 3.10. coeficientul de transfer a curentului bazei =50 şi cu curentul indirect a joncţiunii colectorului ICB0=10 A. Se ştie, că IC=1 mA, EC=15 V UCE=6 V. De calculat rezistenţa bazei RB şi rezistenţa sursei RL.

EC

RL

IC UCE

IB EC RB

IC

RL

U CE

IB

E=30V RL=8

R1

Pentru schema amplificatorului din fig. alăturată de calculat R1, R2, R3, R4, dacă punctul de lucru este 3.11. caracterizat . de parametrii: IC=1 mA, UCE= - 6 V. Coeficientul de amplificare în tensiune KU= -8.

k

=50 IB

R2

IE

R3 R4

4. CIRCUITE ANALOGICE ŞI DE CONVERSIE 4.1.

Amplificatorul operaţional. Amplificatorul operaţional sumator. Erorile amplificatorului sumator.

Istoria termenul amplificator operaţional (AO) este legată de sistemele de modelare a proceselor fizice numite calculatoare analogice, care până nu demult erau utilizate pentru modelarea proceselor fizice. Aceste dispozitive erau deosebit de performante pentru modelarea proceselor descrise de ecuaţii diferenţiale şi în special de ecuaţii diferenţiale cu derivate parţiale. Pe baza AO deci se pot crea scheme, capabile se a modela orice funcţie corectă din punct de vedere matematic (adică fără discontinuităţi şi infinităţi). Rolul AO în tehnica analogică poate fi asemănat cu rolul operatorilor logici în tehnica digitală. Amplificator operaţional (AO) este un element idealizat, care posedă următoarele trei proprietăţi: - coeficientul de amplificare a tensiunii, KU, (practic KU =104106); - rezistenţa de intrare Ri. , respectiv curentul de intrare Ii0. (practic Ri.=1061012); - inversarea semnalelor. Importanţa amplificatoarelor operaţionale în tehnica analogică poate fi comparată cu importanţa operatorilor logici în tehnica digitală. Tot aşa, cum în tehnica digitală, pe baza operatorilor logici, pornind 57

de la o funcţie logică, se poate crea schema care o realizează, în tehnica analogică pe baza amplificatoarelor operaţionale pot fi sintetizate schemele, care realizează practic orice funcţie analogică. În tehnica analogică există o relaţie continuă între semnalul aplicat la intrare şi cel obţinut la ieşire, deci putem spune, ca circuitele analogice realizează o funcţie continuă între semnalul de la intrare şi cel de la ieşire . Altfel spus, circuitele analogice, spre deosebire de cele logice, operează nu cu date discrete (eşantioane), ci cu funcţii continue. De exemplu, sumatorul analogic adună nu două numere concrete, ci două funcţii de timp, rezultatul fiind tot o funcţie de timp. Faptul menţionat reprezintă anumite avantaje în cazul modelării proceselor fizice, de exemplu în automatizări. Anume: in cazul calculelor digitale, funcţia continuă se discretizează, intre eşantioane au loc pierderi ale informaţiei, cu atât mai mari, cu cît eşantioanele sunt mai rare. Deci are loc o anumită “relaţie a nedeterminărilor” între perioada eşantioanelor şi precizia redării funcţiei continue. Deseori in cazul studierii proceselor fizice această relaţie este în folosul circuitelor analogice.

6.2. Amplificatorul operaţional sumator.

e1(t)

R1

e2(t)

R2

e (t)

R

j

en(t)

R

R0

S U(t)

j

n

e (t) s

Fig.6.1.Amplificatorul operaţional sumator

Schema amplificatorul operaţional sumator este reprezentată în fig.1.1, în care: R0 - rezistenţa în bucla de reacţie; R1...Rn - rezistenţele de intrare; e1...en - tensiunile aplicate la intrare; U(t) - tensiunea de ieşire; es(t) - tensiunea în punctul de sumare. Vom demonstra că această schemă efectuează operaţia de sumare şi vom determina eroarea relativă  cu care se realizează aiastă operaţie. Conform primei legi a lui Kirchhoff, suma curenţilor în punctul de sumare S este egală cu zero e1  eS e2  eS e  eS  U  e S   ...  n  (1) R1 R2 Rn R0 La scrierea ecuaţiei (1) am considerat curentul de intrare a amplificatorului operaţional egal cu zero, deci am utilizat proprietatea a doua a amplificatoarelor operaţionale. Semnul “” înaintea tensiunii de ieşire U este determinat de faptul, că tensiunea la ieşire este inversată faţă de cea de intrare. Reieşind din definiţia coeficientului de amplificare putem scrie: U   KU eS (2) Rezolvarea acestor două ecuaţii ne va da tensiunea la ieşire (se propune ca exerciţiu de sine stătător): 58

n

U 

ej

 Rj j 1

n

1

1 1  K Rj  K R0  R0 U j 1 U

.

(3)

Aplicând prima proprietate a amplificatorului operaţional, şi anume că KU>>1, putem neglija primii doi termeni ai numitorului expresiei (3) în comparaţie cu . În acest caz vom obţine expresia pentru tensiunea de ieşire a amplificatorului sumator idealizat: n e n j U 0   R0    K j  e j; (4) j 1 Rj j 1 R0 - coeficientul de transfer faţă de intrarea j. Rj Notă. Vom deosebi coeficientul de amplificare KU, care este un parametru propriu al amplificatorului (vezi definiţia (2) ), şi coeficientul de transfer, care caracterizează schema, unde amplificatorul operaţional întră ca un component. Examinând expresia (4) ajungem la următoarele concluzii: 1) schema reprezentată efectuează operaţia de sumare a tensiunilor aplicate la intrare înmulţindu-le totodată cu coeficienţii Kj, de exemplu, pentru două tensiuni vom avea: R0 R0 U   e1   e2 ; R1 R2 2) dacă operăm cu o singură intrare schema funcţionează ca o schemă de înmulţire cu un coeficient constant, egal cu raportul dintre rezistenţa din bucla de reacţie şi rezistenţa de intrare R0 U   e1 ; (5) R1 3) în cazul când Rj=R0 vom obţine un inversor de tensiune. unde

Kj 

6.3.Erorile amplificatorului sumator. Eroarea cauzată de finalitatea coeficientului de amplificare. Pentru a găsi eroarea absolută cauzată de finalitatea coeficientului de amplificare, din expresia (3), care descrie amplificatorul cu un coeficient finit, vom scădea expresia (4) pentru amplificatorul sumator idealizat: U K  U  U 0 n

n

U K   R 0 

ej

j 1 Rj

R0

 RjK j 1

n

U



1 KU

R0 1  K Rj  K  1 U j 1 U

.

Având în vedere, că KU>>1, putem neglija primii doi termeni ai numitorului acestei expresii în comparaţie cu 1. În acest caz vom avea: R 0 n 1  n R 0  U K   (6)  e j   1 KU j 1 Rj  j 1 Rj   Ca să obţinem expresia pentru eroarea relativă vom împărţi UK la U0 conform expresiei (4). U K 1  n R 0  U K   (7)   1 U0 KU  j 1 Rj   Din expresia (7) vedem că, cu cît coeficientul de amplificare KU este mai mare, cu atât eroarea UK este mai mică. Aceasta explică de ce amplificatoarele operaţionale trebuie să posede un coeficient de amplificare cît mai mare. Amplificatoarele operaţionale produse in serie au KU de ordinul 104-105. 59

Expresia (7) este utilă în cazul când în procesul proiectării aparatelor de măsurare este necesar de a determina valoarea minimală necesară a coeficientului de amplificare a amplificatorului operaţional. Exemplu. Să se determine valoarea minimală a coeficientului de amplificare a amplificatorului operaţional, care urmează a fi utilizat într-un voltmetru digital pentru amplificarea cu coeficientul de transfer K = 10, dacă precizia voltmetrului trebuie să fie U = 0,01%. Rezolvare. Având în vedere că coeficientul de transfer K = R0/R1 şi utilizând relaţia (7), obţinem: 1  K  1 . U K  KU Considerând U = UK = 0,1% = 0,001, găsim KUmin= 11/0,001 1,1104 Eroarea cauzată de tensiunea de ofset. Tensiunea, care apare la ieşirea amplificatorului când la intrarea lui avem 0V, împărţită la coeficientul de amplificare, se numeşte tensiune de ofset (eof). Tensiunea de ofset se manifestă negativ mai ales in schemele integratoare, unde efectul ei creşte proporţional timpului de integrare.

R0 R1

ej

es

KU

U

Fig.4.2. Schema amplificatorului pentru explicarea influenţei tensiunii de ofset

Pentru un amplificator cu tensiune de ofset putem scrie legea întâia a lui Kirchoff si relaţia dintre tensiunea de intrare şi tensiunea la ieşire, considerând sursa tensiunii de ofset eof ca fiind conectată la intrarea amplificatorului (fig4.2):  e j  eS eS  U   R0 (8)  Rj U   K ( e  e ) U S of  Sistemul (8), rezolvat faţă de tensiunea de ieşire, ne dă: ej eof eof U    1 Rj Rj 1 Rj Rj R0 1 (9)      1 KU KU R0 R0 KU KU R0 R0 KU Rj KU În virtutea mărimii lui KU, Termenii, care conţin 1/KU se pot neglija, şi în locul expresiei (9) obţinem: R R U   0 e j  0 eof eof (10) Rj Rj Dacă scădem acest rezultat din expresia (5) pentru amplificatorul idealizat, obţinem eroarea absolută cauzată de tensiunea de ofset: R U   0 eof  eof (11) Rj 60

Eroarea relativă poate fi determinată ca raportul expresiilor (11) şi (5). Aciastă mărime poate fi evaluată având în vedere că tensiunea la ieşirea amplificatorului operaţional U este de ordinul până la 10V. Eroarea legată de imprecizia rezistenţelor. Vom determina eroarea legată de imprecizia rezistenţelor pornind de la expresia pentru amplificatorul inversor idealizat: n n R0 U0    K je j    ej . (12) j 1 j 1 Rj Eroarea relativă în acest caz se va calcula conform relaţiei cunoscute: n U U 0 U R   0 Rj  R 0  Rj  R 0 j 1 Utilizând expresia (12) obţinem pentru eroarea absolută: U R 

4.2.

n

R0

 R 0

 Rj e j  R0 j 1





Rj  Rj 

(13)

Configuraţia (conectarea) neinversoare al amplificatorului operaţional. Influenţa reacţiei asupra impedanţei de întrare a amplificatorului operaţional. Configuraţia ( conectarea ) diferenţială a amplificatorului operaţional, alegerea valorilor minimale şi maximale a rezistenţei de întrare şi în bucla de reacţie.

6.4. Configuraţia neinversoare a amplificatorului operaţional Modul de conectare a amplificatorului operaţional prezentat mai sus poartă denumirea de configuraţie inversoare şi nu este unicul posibil, deşi din punct de vedere istoric a fost primul. De obicei amplificatorul operaţional are două intrări, sau altfel, are intrare diferenţiată. Una din intrări este inversoare, cealaltă este neinversoare. În aşa fel, că dacă se vor aplica concomitent semnalele la ambele intrări , la ieşire vom avea amplificarea numai a diferenţei de tensiuni aplicate la cele două intrări. Întrarea diferenţială permite suprimarea zgomotelor, care de obicei se induc pe ambele intrări concomitent, adică pe modul comun.

K

U

d

U

O

U

S

Fig. . 4.4. Ilustrarea principiului de suprimare a pe modul comun neinversoare este semnalului arătată înaplicat fig.1.4. Pentru cazul conectării

Conectarea că coeficientul de transfer:

neinversoare, vom demonstra

U0 R0  1 e1 R1 Ud - semnalul diferenţiat; Ur - semnalul datorat buclei de reacţie. Pentru U0 vom avea: U 0  KU (U i  U r )  KU  U i  KU  U r . R1 Ur  U0 Pe de altă parte (2) R 0  R1 Înlocuim expresia (2) în (1) şi obţinem K  R1  U 0 U 0  KU U i  U R1  R 0 Kr 

(1)

(3) 61

 K R  KU U i  U 0 1  U 1  R1  R0  

Ri

U

(4)

R0

r

U

U

d

0

U

i

Fig.6.5. Configuraţia neinversoare a amplificatorului operaţional

Kr 

U0 KU  Ui  K R  1  U 1  R1  Rr  

(5)

Dacă avem în vedere că K, atunci în expresia de mai sus la numitor putem neglija unitatea şi vom obţine: R0 Kr  1  (6) R1 Coeficientul de transfer va fi minimal atunci când R0=0, în acest caz schema funcţionează ca repetor. 6.5. Influenţa reacţiei asupra rezistenţei de intrare ale celor două configuraţii a amplificatorului operaţional În cazul configuraţiei inversoare (fig 1.5) tensiunea în punctul de sumare este Ud=U/KU . Având în vedere că KU este foarte mare, Ud poate fi considerată practic egală cu zero. Deci ajungem la concluzia că rezistenţa de intrare Ri pentru configuraţia inversoare va fi egală cu rezistenţa R1, conectată la intrarea schemei. R0

R1

U

i

U

d

U

0

Fig. 6.6. Schema pentru determinarea rezistenţei de intrare a amplificatorului operaţional

În cazul configuraţiei inversoare (fig 6.4) tensiunea diferenţială 62

Ud  Ui  U r

(7)

R1 , vom obţine: R 0  R1 R1 Ui  Ud  U0 (8) R1  R0 Amintindu-ne, că conform definiţiei coeficientului de amplificare U 0  U d  KU (9) din relaţia (8) obţinem:  K R  U i  U d 1  U 1  . (10) R1  R0   Deci in cazul conectării neinversoare cu reacţie, rezistenţa de intrare: U   U K R  Rir  i   d   1  U 1  (11) Ii  Ii   R1  R0  sau  K R  Rir  Ri 1  U 1  (12) R1  R0   În aciastă expresie Ud  Ri , (13) Ii reprezintă rezistenţa proprie sau rezistenţa de intrare a amplificatorului în conectarea fără reacţie.  K R  Concluzie: În cazul conectării neinversoare rezistenţa de intrare a schemei creşte de 1  U 1  ori. R1  R0   Conectarea neinversoare a amplificatorului operaţional este deosebit de utilă în cazurile când sursa de curent are o rezistenţă internă mare. Introducând în această expresie valoarea U r  U 0

6.6. Conectarea diferenţială a amplificatorului operaţional Conectarea diferenţială este indicată în cazul când trebuie suprimate zgomotele . Prin acest procedeu pot fi suprimate zgomotele care au o amplitudine mai mare decât semnalul util. R1

U

U

U

R0 r

1

U dif

d

U

U

2

0

R0'

R2 U' r

Fig.6.7. Conectarea diferenţialăamplificatorului a amplificatoruluioperaţional operaţional este foarte mare, iar la ieşire avem o În virtutea faptului că amplificarea tensiune finită (care nu depăşeşte 10 V), putem considera Ud0, şi deci Ur =Ur'. Dacă neglijăm curenţii de intrare ale amplificatorului, atunci putem scrie: I R1  I R 0 ; I R 2  I R 0' (2) Prima expresie este echivalentă cu: 63

U0  U r

R1  R0 R 0  Ui R1 R1

(4)

R 0' R0' R 2

(5)

Din Fig. 4.6 urmează că: Ur  U2 Introducând (5) în (4), obţinem:

R R 0' R1  R 0 U 2  0 U1 R 0' R 2 R1 R1 De obicei se alege R1  R 2; R 0  R 0' , şi în acest caz expresia (6) va căpăta aspectul: R0 R0 U0   (U 2  U1 )   U dif R1 R1 În cazul conectării inversoare coeficientul de transfer Kr are valoarea: U R0 Kr   e1 R1 U0 

4.3.

(6)

Amplificatoarele transconductanţă. Amplificator operaţional cu reacţie de curent. Amplificator cu scara logaritmica. Amplificator cu scară exponenţială. Schemele de înmulţire şi împărţire. Integratorul. Diferenţiatorul.

Unele aplicaţii ale amplificatoarelor operaţionale Integrator dublu.

U

R i

C

R

C/2

C/2 R/2

U

O

Fig. 6.8. Integrator dublu

Ui dU 0  C R dt 1   dU 0     U i  dt  R C  U U0   U i dt R  C2 d 2x  a  x  f t dt 2 1 f  C  2R  2 64

Schema de diferenţiere i R  iC U dU i  0 C R dt dU i U0  R  C  dt

R

C

U

i

U

O

Fig. 4.9. Schema de diferenţiere

Transformator curent-tensiune U0  

,

R I i

U

R0

i

U 0 I i R0*  K K U R Ri  i  0 Ii K

Ui  

K

i

I i R0   I i R0 1 1 k

U0

Fig.4.11. Transformator curent-tensiune

Amplificator operaţional cu reacţie in curent Se utilizează atunci, când este nevoie de a menţine valoarea curentului în R L independenta de variaţia acestuia - caz des întâlnit în chimie şi medicină. În cazurile menţionate RL reprezintă un preparat chimic sau biologic. În acest caz curentul prin RL se va determina conform relaţiei de mai jos.

RL U

i

IL 

K IL

R1

Ui  1 R  R1 1  1  L  R1   k



Ui R1

Fig. 4.11. Amplificator custabilizatorului reacţie in Amplificatorul operaţionaloperaţional în schema de tensiune curent

U+ U

ref

K

VT1 VT2

U0 R1

I0

R2 Fig. 4.12. Amplificatorul operaţional în schema stabilizatorului de tensiune

65

U ref  U div U 0 R2 R1  R 2 R1   U 0  U ref 1   R2   U ref 

Amplificator operaţional cu scară logaritmică  I D  I S 0 expU D  T   U D  U0

U 0   T  ln I D  ln I S 0  U 0   T ln I D U U 0   T ln i R1 U I D  I1  i R1

VD

R1 Ui

I1

Uo

U I C  I S 0 exp BE  T

  

Fig. 4.13. Amplificator cu scară logaritmică

Amplificatorul exponenţial

R0

I0 UO U

i

ID

Fig. 4.14. Amplificatorul exponenţial

U  U 0  R0 I 0   R0 I D   R0 I S 0 exp i   T  Utilizând ultimele două scheme în combinaţie cu amplificatorul sumator pot fi obţinute schemele, care efectuează înmulţirea şi împărţirea a două funcţii de timp. Schema de înmulţire poate fi obţinută utilizând formula: a  b  exp ln  a  b    exp ln a  ln b Împărţirea se va efectua conform relaţiei: 66

a   a   exp ln   exp ln a  ln b  b   b 

4.4.

Surse de curent, principiile de realizare. Surse de curent "oglinda de curenţi" cu tranzistori bipolari. Sursa de curent pentru valori mici de curent.

4.5.

Principiile de realizare a convertoarelor digital - analogice (DAC). DAC pe baza amplificatorului sumator. DAC pe baza matricei R-2R. DAC pe baza surselor de curent. . Convertoare digital analogice (DAC).

DAC sunt circuitele care transformă codul binar în tensiunea analogică, valoarea căreia corespunde acestui cod.

a4 8 a3 4

U0

a2 2 a1 1 a1 0 1

U0=6V U0=11V

a2 1 0

Expresia

a3 1 1

a4 0 1



U 0  U r  a1  2 1  a2  2 2  .....  a n  2  n



(1)

ne descrie funcţionarea convertorului. 7.2.1. DAC pe baza amplificatorului sumator U

S

2R

R

R0

4R 8R

_ +

2nR

Fig.7.4. DAC pe baza amplificatorului sumator

U0  Ur 

R0  a1 a2 a      ...  nn  R 2 4 2 

(2)

Neajunsurile schemei: - avem rezistenţe într-un diapazon foarte larg care trebuie potrivite cu precizie înaltă. 67

- convertorul este greu de realizat în formă integrală din cauza diapazonului larg de rezistenţe şi precizia înaltă a rezistenţelor. Mult mai des pentru realizarea DAC se foloseşte matricea de rezistenţe R-2R. 7.2.2. DAC pe baza matricei de rezistenţe R-2R R

Yn

R

Y2

3R

R

Y1

2R Sn

2R

2R

S2

S1

Uo

+

U

r

Fig.7.5. DAC pe baza matricei de rezistenţe R-2R

Dacă una din chei o conectăm la Ur, iar celelalte chei rămân ne conectate , atunci în punctul Y respectiv a cheii conectate vom avea Ur/3. Dacă Ur este o funcţie, atunci din expresiile (1), (2) vom obţine transformatorul cod binar în tensiune înmulţind cu această funcţie . 2R

2R

Y

2R

Ur Fig. 7.6. Principiul al matricei de rezistenţe R-2R

3 1 1   U r   U r  K transfer 2 3 2 1 3R 1 Y1  U r   Ur 3 2R 4 1 1 Y2  U r ; Y3  U r 4 8

111 110 101 100 011 010

Ui

001 000

1 2 3 4 Fig. 7.7. D

5

6 7

68

7.2.3. DAC pe baza surselor de curent MSB - most significant bit. LSB - least significant bit. T11, T12, T13, T14 - surse de curent. Valorile curenţilor reprezintă un şir 1;2;4;8 U N 

1 '1' U Acest curent 2

poate fi conectat la pământ prin T31. Pot fi conectate un convertor cu mai multe ordine. Din punct de vedere practic este comod de a utiliza tranzistori conectaţi ]n paralel în aş fel ca numărul lor cu creşterea ordinului să se dubleze. "0" "1" S1

S2

R/2 T21 T31

T22 T32

S3

S4

T23 T33

T24 T34

Io,Uo

Ui U

+

C7

r

DC

-

U =13/14 r

UL

R T12

T11 r

R

C6

T13

T14

-

U =11/14 R14 UREF

+

R

2R

4R

4

8R

+

Ral

C5

-

U =9/14 r

Fig. 7.8. DAC pe baza surselor de curent R +

C4

U =7/14

-

r

4.6.

2

Principiile de realizare a convertoarelor analogic-digitale (ADC). ADC de tip paralel. ADC cu R reacţie prin numărător. ADC cu reacţie prin numărător reversibil. ADC cu aproximaţii succesive. + ADC cu dubla integrare.

C3

U =5/14

-

r

Convertoare analog digitale (ADC). R

1

7.3.1. + ADC de tip paralel.

C3

-

U =3/14 r

R

+

C3

-

U =1/14 r

R/2

69 Fig. 7.9 ADC - de tip paralel

Avantajul: are cea mai mare viteză de transformare a tensiunii în cod. Neajunsul: numărul de comparare N=2n -1: n-numărul de ordine binare v=108cicluri/s

ADC - cu reacţie prin numărător.

Rezultatul U

G CT2

&

i

DAC C

Reset

R 70 Fig. 7.10. ADC - cu reacţie prin numărător

Neajunsul acestei scheme îl constituie faptul că timpul de măsurare este este destul de mare. 7.3.5. ADC cu reacţie prin numărător reversibil

C Ui

Generator

1

C

&

&

+1 DAC

-1 Numărător reversibil

cod binar Fig. 7.11. ADC cu reacţie prin numărător reversibil

La baza acestei scheme stă ideea că transformarea va fi mai rapidă dacă pornim numărătoarea nu de la zero ca în cazul precedent ci de la valoarea precedentă.

Ui

+ DAC

-

C

7.3.6. Convertorul cu aproximaţii succesive

RG

cod binar

Schema de dirijare 71

Fig. 7.12. Convertorul cu aproximaţii succesive

N 1 2 3 4

a1 1 1 1 1

a2 0 1 0 1

a3 0 0 1 1

a4 0 0 0 1

8 12 10 11

+ +

§55. Convertor cu dublă integrare

U1

S R

Ui

_ C

+

Uref

Schema de dirijare

G

Numărător

Fig. 7.13. Convertor cu dublă integrare

t1 0

UtB

t

U(tA) U1 72

Fig. 7.14. Caracteristica de timp, care ilustrează principiul funcţionării convertorului cu dublă integrare

Capacitatea se încarcă, iar numărătorul numără. - procesul de încărcare t  1 2 1 1  U (t A )  U dt  U  t   U  t i A 1 ref 1 RC 0 RC RC   t  1 2 1 U (t B )  U ref dt   U ref  t 2   RC 0 RC 

- procesul de descărcare t

U (t B ) 

1 1 1 U i dt  U i  t1  RC 0 RC

Având în vedere că UtB la încărcare şi descărcare este acelaşi, egalăm părţile drepte ale ultimilor două expresii U ref t 2  U i  t1 U i  U ref 

t2 t1

Avantajul acestei scheme constă în faptul că tensiunea de ofset nu influenţează asupra procesului de măsurare din cauza că la integrare ea va fi compensată. Schema nu este sensibilă la perturbaţii alternative. Dacă ciclul de măsurare este 20ms, atunci schema nu va fi sensibilă şi la perturbaţii de 50Hz.

EXEMPLE DE PROBLEME 4.1.

4.2. 4.3.

4.4. 4.5.

Alegeţi afirmaţiile adevărate: a). Rezistenta de ieşire a unei surse ideale de curent este 0; b). Tranzistorul bipolar polarizat in regim activ se considera sursa de curent; c). Tensiunea minima la iesirea unei surse simple oglindă de curent este egala cu tensiunea UCEsat; d). Transconducţanta tranzistoarelor MOS este de 3-4 ori mai mica decât a tranzistoarelor bipolare pentru acelaşi curent; e). In regim saturat curentul de drenă a unui tranzistor MOS depinde puternic de tensiunea UDS. Să se calculeze ce coeficient propriu de amplificare trebuie să aibă amplificatorul operaţional în dispozitivul de sumare a două semnale analogice cu coeficienţii de transfer respectiv 2 şi 3, dacă eroarea nu trebuie să depăşească 0,1%. Să se calculeze eroarea maximală a rezistenţelor ce trebuie să fie conectate în dispozitivul de sumare pe baza amplificatorului operaţional pentru sumarea a doua semnale analogice cu coeficienţii de transfer 2 şi 3, dacă eroarea operaţiei nu trebuie să depăşească 0,1%. De considerat amplificatorul operaţional ca fiind ideal. Amplificatorul operaţional ne inversor cu R1=20 kOm si R0=2 MOm are următorii parametri fără reacţie: Ku = 2000, Rint= 200 kOm. Să se calculeze coeficientul de transfer şi rezistenţa de întrare cu reacţie. Amplificatorul operaţional ne inversor cu R1 = 10 kOm si R0=1 MOm are următorii parametri fără reacţie: Ku = 3000, R ieş =500 Om. Să se calculeze coeficientul de transfer si rezistenţa de ieşire cu reacţie. 73

4.6.

La întrarea amplificatorului operaţional, conectat după schema diferenţială, sînt aplicate tensiunile: U1= +0.5V - la întrarea inversoare , şi U2= 1 V - la întrarea ne inversoare . Rezistenţele la întrări. R1= Rl' =20 kOm, în bucla de reacţie - R0= R0 ' =60 kOm. De calculat tensiunea la ieşire. 4.7. Pentru sursa de curent cu valori mici ale curentului, curentul de referinţă I1=2 mA, iar curentul de ieşire I2=20 A. Să se determine valorile rezistenţelor R1 şi R2. 4.8. Să se determine coeficientul de amplificare a amplificatorului operaţional pe baza CMOS dacă:UGS-Up=1V; VA(n)=VA(p)=60V. 4.9. Să se determine coeficientul de amplificare în tensiune etajului diferenţial cu tranzistori bipolari cu sarcina activa luând in consideraţie etajul ulterior, dacă VA=200 V;  =50; IQ= 20mA. Coeficientul de ne idealitate al joncţiunii baza - emitor n=1,5 4.10. Să se determine banda de frecvenţă f1 şi frecvenţa unitară fU a etajului diferenţial cu TEC-MOS cu sarcina activă, dacă VA(n)=VA(p)=60V; IQ=60mA;şi capacitatea sarcinii CL=5pF U+

4.11.

Pentru sursa de curent reprezentată schema alăturată se dă: IQ=10 A, I1=1mA U+=15V. Să se determine R1 şi R2

R1

I1

IQ

T1

T2 I2

4.12.

Pentru sursa de tensiune pe baza tranzistorului bipolar se dă: RS=1000 , I0=5mA U+=15V. Să se determine rezistenţa internă r0 a sursei de tensiune

RS

US

R2

T1 I0 U0

u  t   a exp bui  t   . Argumentaţi prin deduceri. 4.13. Reprezentaţi schema, care realizează funcţia 0 4.14. Reprezentaţi schema, care realizează funcţia. Argumentaţi prin deduceri. du u0  t   a i dt 4.15. Câte ordine n trebuie să aibă convertorul digital analogic pe baza matricei R-2R pentru a stabili tensiunea la ieşire cu precizia 0,1 V, dacă tensiunea de referinţă UREF=16 V 5.MENTENANȚA, CONTROLUL ȘI DIAGNOSTICAREA DISPOZITIVELOR MEDICALE 5.1.

Mentenanța Preventivă a dispozitivelor medicale.

5.2. 5.3.

Accesoriile și consumabilele dispozitivelor medicale. Electrosecuritatea în utilizarea dispozitivelor electronice medicale. Efectele curentului electric asupra corpului uman. Factori ce influențează gravitatea electrocutării. Pragurile de şoc electric. Curenţii de scurgere în utilizarea aparaturii electronice medicale.

5.4.

74

5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9.

Clasificarea dispozitivelor medicale în dependenţă de conexiunea la pacient. Clasele de protecţie. Reţeaua de alimentare în curent alternativ. Punctul neutru. Pământul. Protecţia dispozitivelor medicale prin legarea la pământ. Protecţia prin legarea la nul. Instrucțiuni metodologice pentru controlul prin verificare periodica pe diferite tipuri de dispozitive medicale. Verificarea Electrocardiografelor cu ajutorul generatorului de semnale speciale de laborator. 6. IMAGISTICA MEDICALĂ

6.1.

Radiografia: tubul de raze X, detectoarele ecran-film, intensificator de imagine, lanţul complet al imagisticii radiografice. Razele X sunt generate într-un tub de raze X, care conconstă dintr-un un tub cu vid, cu un catod şi un anod(Figura 2 (a)).

Fig. 2. (a) Schema de un tub cu raze X Curentul de catod emite electroni la catod prin excitaţie termică. Aceşti electroni sunt acceleraţi spre anod de o tensiune U dintre catod si anod. Electronii lovesc anodul si elibereze energia lor, partial în formă de raze X, de exemplu, ca radiaţie de frânare şi radiaţie caracteristică. Radiaţia de frânare produce un spectru continuude raze X în timp ce radiaţia caracteristică produce varfuri caracteristice suprapuse pespectrul continuu (Figura 2 (b)).

Fig. 2. (b) distribuţie intensitate în spectrul Röntgen de molibden pentru tensiuni diferite. Potenţialul de excitaţie al K-serie este 20.1 kV. Această serie apare ca vârfuri caracteristice în curba kV 25. Vârfurile Kα şi Kβ sunt datorate „căderii” de pe L-înveliş şi M-înveliş respectiv

Ecranul Filmul fotografic este foarte ineficient pentru captarea raze X. Doar 2% din razele X de intrare contribuie la imaginea de ieşire pe un film. Acest procent de fotoni care contribuie corespunde unei probabilităţi că un foton de raze X (cuantic) este absorbit de către detector. Acesta este cunoscut sub numele de eficienţă de absorbţie. 75

Sensibilitate scăzută de film pentru raze X ar necesita doze exagerat de mari pentru pacienţi. Prin urmare, un ecran de intensificare este utilizat în partea din faţă a filmului. Acest tip de ecran conţine un element chimic greu care absoarbe cele mai mulţi dintre fotonii X. Atunci când un foton de raze X este absorbit, energia cinetică a electronului eliberat ridică mulţi alţi electroni la o stare energetică mai mare. Când se întorc la starea lor iniţială ei produc un flash de lumină vizibilă, numit scintilaţie. Notam, că aceste fotoni de lumină sunt împrăştiaţi în toate direcţiile. Prin urmare, două ecrane intensificatoare pot fi utilizate, de exemplu, una în faţă şi una în spatele filmului, pentru a creşte eficienţă de absorbţie în continuare. Partea de lumina care este îndreptată spre film contribuie la expunerea filmului. În acest fel, eficienţa de absorbţie poate fi crescută la mai mult de 50% în loc de 2% pentru film. Deoarece lumina este emisă în toate direcţiile, un spot (pată) de lumină lină (PSF) în loc de un vârf ascuţit luminos si provoacă neclaritatea imaginii. Ecrane intensificatoare de raze X constau din substanţe scăpărătoare (scintilatoare) care prezintă luminescenţă. Luminescenta este capacitatea unui material de a emite lumină după excitaţie, fie imediat, fie întârziat. Fluorescenta este emisia rapidă de lumină atunci când este excitată de raze X şi este folosită în ecrane de intensificare. Un material se spune ca este fluorescent atunci când lumina de emisie începe simultan cu radiaţia de excitare şi emisia de lumina se opreşte imediat după radiaţii de excitare se opreşte. Iniţial, wolframat de calciu (CaWO4) a fost cel mai frecvent folosit pentru ecrane de intensificare. Progresele în tehnologie, au dus la utilizarea compuşilor de pământuri rare, cum ar fi oxisulfid de gadolinium (Gd2O2S). Un material scintilator mai recent este taliu dopate cu iodură de cesiu (CsI:Tl), care are nu numai o eficienţă de absorbţie excelentă, dar, de asemenea, o rezoluţie bună, din cauza structurii cristaline în formă de ac sau în formă de pilon, care limitează difuzia luminii laterale. Fosforescenţă sau strălucire posterioară este continuarea emisiei de lumină, după ce radiaţia excitantă este oprită. În cazul în care întârzierea de a ajunge o emisie de vârf este mai mult de10-8 secunde sau dacă materialul continuă să emită lumina după această perioadă, se spune că el fosforescează. Fosforescenţă pe ecrane este un efect nedorit, deoarece provoacă imagini fantomă şi ceață de film ocazionale.

Filmul Filmul conţine o emulsie cu cristale de halogenuri de argint (de exemplu, AgBr). Atunci când sunt expuse la lumină, granulele de halogenuri de argint absorb energia optică şi sunt supuse unei schimbări fizice complexe. Fiecare granulă, care absoarbe o cantitate suficientă de fotoni conţine mici zone negre de argint metalic numite centre de dezvoltare.

Structura detaliată a intensificatorului de imagine şi principiul de funcționare a acestuia.

76

Fig. 2 Schema a unui intensificator de imagini. Camera este plasată în ecranul de ieşire pentru a minimiza pierderea de lumina. Un ecran fluorescent transforma razele X în lumina vizibilă. Lumina emisă loveşte fotocatodul, şi energia fotonilor eliberează electroni de pe fotocatod. O mare diferenţă de potenţial între catod şi ieşire accelerează electronii ejectaţi. Fasciculul de electroni rezultat este îndreptat pe un mic ecran fluorescent de focusare electrostatică sau magnetică şi convertit în fotoni de lumină din nou. Această focalizare face sistemul adecvat pentru a fi cuplat la un aparat de fotografiat fără nici o pierdere de lumina. Principalul avantaj al unui sistemul intensificator de imagine este că acesta este capabil de producerea secvenţe de imagini dinamice, în timp real la rata video, un proces cunoscut sub numele de fluoroscopie. Structura ecranului cu fosfor din cadrul detectoarelor pentru radiografia digitală si principiul de funcționare a acestora. Un caz special de fosforescenţă este atunci când o parte din energia absorbită nu este eliberată imediat în formă de lumină. Energia stocată temporar poate fi eliberată la stimularea prin alte forme de energie, cum ar fi lumina laser. Acest fenomen se numeşte luminescenta photostimulată şi este utilizat în radiografia digitală. Acest tip de scintilator este numit de fosfor de depozitare sau fosfor photostimulat. Combinaţia ecran-film este apoi înlocuită cu un ecran acoperit cu un astfel de scintilator. Cand razele X sunt absorbite de fosfor, electronii sunt transferaţi de la banda de valenţă la banda de conducţie. Într-un scintilator classic un astfel de electron cade inapoi la banda de valenţă şi în timp ce eliberează energie sub formă de un foton de lumină. Într-un fosfor de stocare, cu toate acestea, aceşti electroni sunt prinsi in capcane de electroni, care sunt impurităţi în scintilator. În acest fel, energiaX-ray este transformată în energie stocată. După expoziţie o imagine latentă este prinsă (salvată) în scintilator. Imaginea latentă poate fi stocate în placa de fosfor pentru o perioadă considerabilă după expunere. Este nevoie de 8 ore pentru scăderea energiei stocate cu aproximativ 25%. Energia stocată poate fi extrasă prin scanarea cu un fascicul de laser. Aceasta duce la faptul că electronii capturaţi (prinşi) primesc o lovitura noua de energie, care le permite să scape de la capcana lor şi să cadă înapoi în banda de valenţă. Informaţii ce ţin de imaginea latentă este, prin urmare, lansată ca lumina vizibila, care este capturat de o matrice optică şi transmisă la un fotomultiplicator. Fotomultiplicatorul converteşte lumina detectată intr-un semnal electric analogic. Acest semnal analogic este apoi convertit într-un convertor A / D în formă digitală. Informaţiile reziduale de pe ecranul scintilator sunt şterse de către o sursă de lumină puternică, după care ecranul poate fi reutilizat pentru expunere nouă X-ray. De îndată ce tehnicianul radiologic pune caseta în scaner, acest ansamblu cu laser de scanare şi procesul de curăţare se face automat. Structura detaliată a detectoarelor cu matrice active din cadrul detectoarelor pentru radiografia digitală si principiul de funcționare a acestora. Tehnologii mai noi pentru detector pentru radiografie digitală sunt detectoare cu ecran plat, cu capacitate fast-imagistica. Aceste sisteme produc imagini aproape în timp real, spre deosebire de sisteme cu fosfor de stocare, care necesită o scanare de citire în exterior de ordinea de un minut şi un flux de lucru similar cu cel pentru sisteme ecran-film. 77

Dispozitive electronice tradiţionale de capturare, inclusiv CCD (dispozitive cu sarcină cuplată), sunt aproape în exclusivitate tehnologii bazate pe de cristal de Si, şi pentru motive de fabricaţie acestea limitează dispozitivele la suprafeţe mici. Acest lucru se datorează faptului că este dificil şi costisitor pentru a crea un cristal (dispozitiv) semiconductor mare fără defecte. Un circuit integrat plat, de o suprafaţă mare, numită matrice activă, poate fi fabricat cu uşurinţă prin depunerea unei matrice 2D de elementele semiconductoare identice pe un material amorf, cum ar fi, siliciu amorf hidrogenat (a-Si: H). Prin cuplare cu o placă fluorescentă acestea funcţionează ca un panou de detectare X-ray mare şi rapid.

Indiferent de progresul tehnologic în materiale scintilatoare, conversia de raze X în fotoni de lumină influenţează negativ PSF, din cauza distribuţiei luminii în direcţii diferite. O tehnică mai recentă elimină necesitatea unei scintilator prin utilizarea unui fotoconductor, cum ar fi seleniu amorf (a-SE) sau telurid de cadmiu (CdTe), în loc de fosfor. Atunci când sunt expuse la radiaţii, fotoconductorul transformă energia fotonilor X direct într-o conductivitate electrică proporţională cu intensitatea radiaţiei. Pentru a scana această imagine latentă, stratul fotoconductor este plasat pe o matrice activă care constă dintr-o matrice 2D de condensatoare (în loc de fotodiode), depuse pe substrat amorf. Aceste condensatoare stochează sarcina electrică produsă de fotoni X detectaţi până când este citit de către circuitul electronic al matricei active. Această tehnologie este cunoscută sub numele de radiografie directă faţă de abordare indirectă în cazul în care lumina este produsă de un scintilator ca un pas intermediar în transformarea de raze X într-un semnal măsurabil. Detectoarele plate cu matrice activă au devenit o tehnologie acceptată pentru mamografie, din cauza performanţelor lor globale. 6.2.

Tomografia computerizată: Proiecţie şi transformata Radon.

Proiecţii şi transformata Radon Să considerăm geometria 2D fascicul-paralel în figura 3.5 (a) în care μ(x, y) reprezintă distribuţia de coeficientului de atenuare liniară în planul xy.

Fig. 3.3 (a), geometrie fascicul-paralel cu sisteme de coordonate. Razele X fac un unghi θ cuaxa y şi se află la distanţa r de origine. (b) Un profil de intensitate Iθ(r) se măsoară pentru fiecare vizualizare (definită de un unghi lθ). I0 este intensitatea neamortizată. (c) profile de atenuare pθ(r), obţinute prin conversia log a profilului de intensitate Iθ(R), care sunt proiecţiile funcţiei μ(x,y) de-a lungul unghiu θ. 78

Se presupune că pacientul se află de-a lungul axei z şi că μ(x, y) este zero, în afara unui câmp circular de vedere cu diametrul de FOV. Razele X formează un unghi θ cu axa y. Intensitatea neamortizată a razelor X este I0. Un nou sistem de coordonate (r,s) este definit prin rotaţie (x,y), cu unghiul θ. Aceasta oferă următoarele formule de transformare:

(2) Pentru un unghi fix θ, profilul de intensitate măsurată ca funcţie de r este prezentat în Figura 3.5 (b) şi este dată de (3) unde Lr,θ este linia care face un unghi θ cuaxa-y la odistanţă r de origine.De fapt, spectrul tubului de raze X şi de atenuarea depind de energie, obţinând (a se vedea ecuaţia. (2.7))

(4) Cu toate acestea, în practică, de obicei presupune că razele X sunt monocromatice, şi ecuaţia (3.3) este folosită ca o aproximare*. Fiecare profil de intensitate este transformat într-un profil de atenuare: unde pθ(r) este proiecţia funcţiei μ(x, y) la lungul unghiul θ (Figura 3.5 (c)). Reţineţi că pθ(r) este zero pentru | r | ≥ FOV / 2.

(5)

pθ (r) poate fi măsurat pentru θ variind de la 0 la 2π. Deoarece fascicule paralele care provin de la site-uri plasate opus, teoretic, se produc masuratori identice, profile de atenuare achiziţionate de la părţi opuse conţin informaţii redundante. Prin urmare, în măsura în care geometria fluxului este paralelă, este suficient de a măsura pθ (r) pentru θ variind de la 0 la π. Stivuind toate aceste rezultate de proiecţii pθ(r), într-un set de date 2D p(r, θ), numit sinogramă (vezi Figura 3.6). Să presupunem o distribuţie μ (x, y), care conţine un singurpunct, ca în Figura 3.7 (a) şi (b).

79

Fig. 3.6 O sinograma este un set 2Dde date p(r,θ) obţinut prin stivuirea 1Da proiecţiilor pθ(R).

Fig. 3.7 (a), geometrie fascicul-paralel cusisteme de coordonate. Razele X fac un unghi θ cuaxa y şi se află la distanţa r de origine. (b) Un profil de intensitate Iθ(r) se măsoară pentru fiecare vizualizare (definită de un unghi lθ). I0 este intensitatea neamortizată. (c) profile de atenuare pθ(r), obţinute prin conversia log a profilului de intensitate Iθ(R), care sunt proiecţiile funcţiei μ(x,y) de-a lungul unghiu θ. Funcţia de proiecţie corespunzătoare p(r,θ) (Figura 3.7 (c)) are o forma sinusoidală, care explică originea numelui sinogram. În matematică, transformarea oricărei funcţii f(x, y), în sinograma sa p(r,θ), se numeşte transformare Radon:

(6)

6.3.

Tomografia computerizată: Reconstruirea imajinii 2D

Reconstruirea imajinii 2D - Backprojection Având o sinogramă p (r, θ), întrebarea este cum să reconstruim o distribuţie μ(x, y) (sau, generic,functia f (x, y)). Intuitiv, s-ar putea gândi următoarea procedură. Pentru o anumită linie (r, θ), de a atribui valoarea p(r, θ), la toate punctele (x, y), de-a lungul acestei linii. Repetaţi acest lucru (adică, să se integreze) pentru θ variind de la 0 la π. Aceasta procedura se numeste backprojection şi este dată de (9) 80

Figura 3.7 (d-f) ilustrează backprojection pentru un punct. Backprojecting doar a câteva proiecţiise obţine imaginea arătată în Figura 3.7 (d). Backprojection a toateproiecţiile este prezentată în Figura 3.7 (e) şi (f). Imaginea este neclară în comparaţie cu originalul. Vârful îngust a punctului original are o forma con după reconstrucţie. De la acest exemplu, este clar că o simplă backprojection este nesatisfăcătoare. Versiunea discretă a backprojection devine

(10) Notăm, totuşi, că valorile (xi cos θm + yjsin θm) în general, nu coincid cu poziţiile discrete rn. Interpolare este, prin urmare, necesară. Figura 3.9 ilustrează acest lucru. Pentru fiecare vizualizare, o linie de proiecţie, prin fiecare pixel este redactat. Intersecţia acestei linii cu matrice detector este apoi calculată, şi valoarea de proiecţie corespunzătoare se calculează prin interpolarea între valorile sale vecine măsurate. Aceasta se numeşte pixel-driven or voxel-driven backprojection cu interpolare liniară. În 3D, principiul este acelaşi, dar interpolare devine biliniară.

Fig. 3.7 Backprojection discretă cu interpolare. Pentru fiecare vedere, o linie de proiecţie prin fiecare pixeleste desenat.Intersecţiea acestei linii cumatricea detector estecalculat şivaloarea corespunzătoare de proiectare est calculat prin interpolareîntre valorile măsuratealevecinilor ei. 6.4.

Imagistica prin rezonanta magnetica: Detectarea semnalului şi detectoare

Detectarea semnalului şi detectoare • Figura 4.8 ilustrează schematic fenomeneul de relaxare pentru o excitaţie, cu un puls de 90 ◦.

81

• Componenta transversală a vectorului de magnetizare netă în fiecare voxel se roteşte în sensul acelor de ceasornic, la frecvenţa de precesie în cadrul de referinţă staţionar şi induce un curent alternativ într-o antenă (bobina) plasată în jurul probei în planul xy. Pentru a mări SNR, un detector de Quadratură (de exemplu, două bobine în Quadratură) este utilizat în practică. Cum este ilustrat în Figura 4.9, bobinele detecteză semnale sx(t) şi sy(t), respectiv: (4.27)

Fig. 4-9 Rotaţie a vectorului de magnetizare net este detectat cu ajutorul unui detector de Quadrature. (a) bobină de-a lungul axei orizontalemasoara un cosinus, şi (b) bobina de-a lungul axei verticale măsuroară sinus.

82

Folosind notaţia complexă

Acesta este semnalul în cadrul de referinţă staţionar. Descrierea în cadrul de referinţă de rotaţie corespunde din punct de vedere tehnic corespunde demodulaţiei şi ecuaţia (4.28) devine,

În cazul în care experimentul se repetă după un timp de repetiţie TR, componenta longitudinală a vectorului de magnetizare netă a revenit la o valoare care este exprimată de ecuaţia (4.26), care este,

După o excitaţie nouă, cu un puls de 90◦ semnalul detectat devine După o excitaţie nouă, cu un puls de 90◦ semnalul detectat devine care depinde de cantitatea de spini sau protoni şi puterea B0 a câmpului magnetic extern (a se vedeaEcuaţia. (4.102) de mai jos), T1, T2, TR şi momentul t de măsurare. Reţineţi că suma (cantitatea) de spini, T1 şiT2 sunt dependente de parametrii ţesutului în timp ce B0, TR şi t sunt dependente de sistem sau de operatori. Ecuaţia (4.31) deţine pentru un unghi flip 90 ◦. Pentru unghiuri mai mici unghiul de clapa trebuie să fie modificată şi devine dependentă de α, un parametru suplimentar dependent de operator. Semnalul s (t) nu conţine informaţii pozitionale. Ecuaţia (4.31) nu ne permite să recuperăm contribuţia asupra semnalului a fiecărui voxel. Următoarea secţiune explică modul în care informaţiile poziţionale pot fi codate în semnal, în scopul de a achizitiona imagini ale distribuţiei de spinîn corpul uman.

83

6.5.

Imagistica prin rezonanta magnetica: Selectarea feliei sau volumului, codificae poziţie: teorema k.

Selectarea feliei sau volumului În acest text, vom explica codificare pentru o felie sau plată* transversală (de exemplu, perpendicular pe axa z. Notăm, totuşi, că o felie în orice direcţie poate fi selectată, de asemenea. Pentru a selecta o felie perpendiculară la axa z, un câmp magnetic care variază liniar cu z este suprapune pe câmpul magnetic principal B. Este numit un gradient de câmp magnetic liniar:

unde Gz este amplitudinea constantă a gradientului de selecţie a feliei. Dimensiunea unui gradient de câmp magnetic este tesla/metru, dar, în practică, millitesla/metru este utilizat, ceea ce arată că valoarea câmpului magnetic suprapus este pus pe ordinea de 1000 de orimai mică decât valoarea a câmpului magnetic principal. Frecvenţă Larmor devine acum O felie sau plată cu grosimea Δz conţine o gama binedefinită de frecvenţe de precesie în jurul valorii de γ B0 • Fie că mijlocul feliei să fie în poziţia z0. Un puls RF cu lăţime de bandă diferită de zero BW = Δω şi centrată în jurul valorii de frecvenţă γ(B0 + Gzz0) este necesar pentru a excita spini (Figura 4.10). • Un profil al sensibilităţii feliei dreptunghiular necesită pulsul RF să fie o funcţie sinc. Cu toate acestea, acest lucru este imposibil, deoarece o funcţie sinc are o extesie infinită. Prin urmare, functia sinc este trunchiată. Profilul sensibilităţii feliei dreptunghiular ca rezultat nu va fi, desigur un dreptunghi perfect, ceea ce implică faptul că spini de lafelii vecini vor fi, de asemenea, excitaţi. • Notăm că, prin schimbarea frecvenţei centrale a pulsului RF, o felie de la o poziţie spaţială diferită este selectată; mişcare de masă nu este necesară. • Grosimea de feliei selectate sau platei este

care arată că grosimea feliei este proporţională cu lăţime de bandă a pulsului RF şi invers proporţională cu gradientul în direcţia de selecţie felie sau volum (Figura 4.10).

Fig. 4.10 Principiul de selecţie felie.Unpuls RF narrow-banded cu lăţime de bandă BW=Δω se aplică în prezenţa unui gradient de selecţie felie. Acelaşi principiu se aplică la selecţie placa, dar lăţimea de bandă a impulsului RFeste atuncimult mai mare. Plăci sunt utilizate în imagistica 3D. Ecuaţia (4.35) arată că orice valoare pentru Δz poate fi aleasă, în practică, însă, felii foarte subtiri nu pot fi selectate din următoarele motive. Din motive tehnice şi de siguranţă, există o limită superioară la puterea gradientului (50 - 80 mT / m). Un impuls RF cu o lăţime de bandă (foarte) mică este dificil pentru a genera electronic: o lăţime de bandă mică implică un lob principal mare al funcţiei sinc, care necesită o durată lungă on-time. O felie foarte subtire ar implica faptul că au fost selectaţi puţini spini. Astfel, raportul semnal-zgomot (SNR) ar deveni prea mic. SNR ar putea fi crescut prin creşterea intensităţii câmpului. Totuşi, există o limită superioară (7 T) pentru câmp magnetic extern din motive tehnice, de siguranţă şi economice 84

• În imagistica practică, grosime minimă defelie (FWHM), utilizează de obicei 2 mm la un Sistem imaginistică de 1,5 T şi 1 mm la un Sistem imaginistică de 3 T. Codificae poziţie: teorema k • Pentru a codifica poziţia în cadrul feliei, gradienţi de câmp magnetic suplimentari sunt folosiţi. Mai întâi vom arată ce se întâmplă dacă o pantă constantă în x-direcţie se aplică, înainte de cazul general, numit kteorema, să fie discutat. • Am arătat deja că cadrul rotativ este mai convenabil pentru discuţia noastră. Noi, prin urmare, continuăm să folosim cadrul, care se roteşte cu frecvenţă unghiulară ω0. În acest cadru, câmpul magnetic efectiv nu include B0. • După un puls RF 90 ◦, componenta transversală a magnetizării net la fiecare pozitie (x, y) în felie este (a se vedea ecuaţia. (4.31)) Dacă o pantă (gradient) constant Gx în direcţia x se aplicăla t = TE (Figura 4.11 (a)), componenta transversală de magnetizare netă nu se află în continuare pe loc în cadru ce se roteşte, dar se roteşte la o frecventa temporală care diferă cu x:

Fig. 4.11 Atunci cândun gradient pozitiv în x-direcţie se aplică(a), frecvenţa spaţială kx creşte(b). • Pentru t ≥ TE această mişcare circulară poate fi descrise cu ajutorul notaţiei complexe:

Receptorul măsoară un semnal de la spini excitaţi pe un plan întreg, ceea ce corespunde unei integrări pe întreg XY-spaţiu pentru (t ≥ TE):

unde ρ(x, y) este densitatea magnetizării netă în (x,y) la momentul t = 0, care este proporţională cu densitate de spini sau protoni în (x, y). Pentru a facilita lectura, vom numi ρ pur şi simplu densitatea de spini sau de protoni. Poate fi demonstrat că semnalului măsurat s(t) descrie o traiectorie în domeniul Fourier a imaginii f(x,y) de a fi reconstituită, deci, dacă kxeste definit ca şi f(x,y) este densitatea de spin ponderată, definită ca Figura 4.11 arată modul în care aplicarea unui gradient Gx schimbă frecvenţa kx spaţială (ec. (4.41)) în timp.

Fig. 4.11 (Atunci cândun gradientpozitiv înx-direcţie se aplică(a), frecvenţaspaţială kxcreşte(b). 85

k-teorema • Vectorul de poziţie r = (x, y, z) şi densitatea de magnetizare sunt funcţii 3D. Frecvenţa unghiulară poate fi scrisă ca şi, prin urmare, semnalul măsurat devine

K-teorema prevede că semnalul de timp s(t) este echivalent la transformarea Fourier a imaginii f(x,y,z) de a fi reconstituită, adică, unde k(t) este definită ca

Şi unde ρ(x, y, z) este densitatea de spin sau protoni şi f(x,y,z) este densitatea ponderată de spin. Notăm că f (x, y, z) este o imagine reală, de exemplu, imaginea de faza este teoretic zero. • Ecuaţia (4.48), deţine doar pentru spini statici, de exemplu, r (t) = r. Aşa cum va fi explicat mai jos, mişcarea produce pierderi în semnal şi alte artefacte.

Atunci când toate datele au fost colectate în spaţiul Fourier (sau k-spaţiu), FT inverse produc imaginea econstruită f (x, y, z), ceea ce reprezintă distribuţia densităţii de spin sau protoni ponderată, în felie sau volum selectat. 6.6.

Imagistica medicinii nucleare:.Achiziţiea datelor.Detectoare Gamma camera si scanerul SPECT.

Structura detectoarelor de γ. Detectarea fotoni Tuburi fotomultiplicatoare, cuplat la un cristal de scintilaţie sunt încă foarte frecvente astazi. Detectoare mai noi sunt fotodiode, cuplate la un scintilator, şi fotoconductori (adică, CZT), care transforma direct fotoni X-ray în o conductivitate electrică. Un cristal scintilaţie absoarbe fotoni prin absorbţie fotoelectrică. Electronul care rezultă călătoreşc prin crystal în timp ce distribuie energia cinetică peste câteva mii de electroni in ciocniri multiple. Aceşti electroni eliberează energia lor în formă de un foton de câţiva electron-voţi. Aceste fotoni sunt vizibili pentru ochiul uman, ceea ce explică termenul de "scintilaţie." Deoarece coeficientul de atenuare liniară creşte cu numărul atomic Z , cristalul de scintilaţie trebuie să aibă un mare Z. De 86

asemenea, o mai mare energia fotonica, mai mare ar trebui să fie Z, deoarece probabilitatea de interacţiune descreşte cu creşterea de energie. La imagistica cu un singur foton, trasor 99mTc (tecneţiu) este folosit cel mai des. Acesta are o energie de 140 keV, şi gamma camera de performanţă este de multe ori optimizată pentru aceasta energie. Evident, camere PET trebuie să fie optimizat pentru 511 keV. Multe scintilatoare există şi cercetare amplă de scintilatoare noi este încă în desfăşurarepe. Cristalele, care sunt cele mai des folosite astăzi sunt NaI (Tl) de fotoni unici (140 keV), în gama cameră şi SPECT şi BGO (bismut germanate), GSO (gadoliniu silicat) şi LSO (lutetium oxyorthosilicate) pentru fotoni de anihilare (511 keV) din PET. Un tub fotomultiplicator (PMT-photomultiplier tube), este format dintr-un fotocatod pe partea de sus, urmat de o cascadă de dinode.

PMT este lipit de cristal. Pentru că fotoni de lumină ar trebui să atingă la fotocatod de PMT, cristalul trebuie să fie transparente pentru fotoni vizibili. Energia de fotoni ce lovesc fotocatodul eliberează unii electroni de la catod. Aceşti electroni sunt apoi acceleraţi spre anodul pozitiv din apropiere. Ei ajung cu energie mai mare (diferenţa de tensiune × sarcina), activând electroni suplimentari. Deoarece tensiunea devine sistematic mai mare pentru anod ulterior, numărul de electroni creşte în fiecare etapă, producând în cele din urmă un semnal măsurabil. Colimarea În SPECT colimarea se face cu colimatoarele mecanice, în timp ce în PET perechi de fotoni sunt detectate de către circuite electronice de coincidenţă ce conectează perechi de detectoare. În radiografie şi X-ray tomografie, poziţia sursei punctiforme este cunoscută şi fiecare foton detectat oferă informaţii despre o linie care conectează sursa cu punctul de detectare. Aceasta se numeşte linie de proiecţie. In medicina nucleara, sursa are o distribuţie spaţială necunoscută. Cu excepţia cazului când o careva colimare se aplică, fotonii detectaţi nu conţin informaţii despre această distribuţie. La o detectare singur-foton (SPECT), colimarea este efectuată de un colimator mecanic, care este în esenţă o placă groasă de plumb, cu gauri mici

Placa de metal absoarbe toţi fotonii care nu se propagă paralel cu axa de găuri. Evident, cei mai mulţi fotoni sunt absorbiţi, şi această abordare suferă de sensibilitate. În PET, colimarea mecanică nu este necesară. Ambii fotoni sunt detectaţi cu un circuit electronic de coincidenţă (Figura 5.5 (b)), şi pentru că fotonii se propagă în direcţii opuse, originea lor trebuie să fie de-a lungul liniei care leagă punctele de detectare. Această tehnica se numeste "detectare de coincidenţă" sau " colimarea electronică". De obicei, există câteva sute de proiecţii, una pentru fiecare unghi de proiecţie, şi aproximativ o sută de sinograme, una pentru fiecare felie prin corpul pacientului. (Prin amabilitatea de Departamentul de Medicina nucleară.) 87

Deşi în PET doi fotoni în loc de unul trebuie să reziste procesului de absorbţie, sensibilitatea la PET este mai mare decât cea a sistemelor de formare a imaginii single-foton, deoarece nu sunt absorbiţi fotoni de un colimator de plumb. În rezumat, atât în PET şi SPECT, informaţie despre linii este achiziţionată. Ca şi în CT, aceste linii de proiecţie sunt utilizate ca intrare pentru algoritm de reconstrucţie. Poziţie foton În acest caz, rezoluţia spaţială este limitată de fluctuaţiile statistice la ieşirea PMT. Pentru a creşte sensibilitatea, zona de detectare din jurul pacientul ar trebui să fie cât mai mare posibilă. Un detector mai mare poate fi construit prin acoperirea o parte a unui singur cristal mare (de exemplu, 50 × 40 × 1 cm), cu o matrice densă (30 la 70) de PMTs - photomultiplier tube (câţiva centimetri lăţime fiecare). Fotoni de lumina de la o scintilaţie unică sunt preluaţi de multiple PMTs. Energia este ca apoi măsurată ca suma de toate ieşirile PMT. Poziţia (x, y), unde fotonul loveşte detectorul este recuperată ca

unde i este indicele PMT, (xi, yi), poziţia PMT, şi Si integrala ieşirilor PMTpe durata scintilaţiei. În acest caz, rezoluţia spaţială este limitată de fluctuaţiile statistice la ieşirea PMT. Într-un design de cristal mare unic, toate PMT contribuie la detectarea unei scintilaţii unice. Prin urmare, doi fotoni ce se lovesc de cristal produc simultan o poziţie şi energie incorectă. Prin urmare, rata de numărare maximă este limitată de timpul de stingere a eveniment scintilaţie. Mai multe, separate optic, module de cristal (de exemplu, 50mm x 50mm), conectate la câteva PMT (de exemplu, 2 × 2), oferă o soluţie la această problemă. Diferite module funcţionează în paralel, în acest fel obţinând rate mult mai mari de numărare decât design de un singur cristal. Detectoare de PET de obicei folosesc module separate de cristal în timp ce în SPECT, unde ratele de numărare sunt de obicei mai mici decât în PET, cele mai multe detectoare constau dintr-un singur cristal mare. Structura camerei Gamma: Cele mai multe camere gamma utilizează unul sau mai multe cristale mari de NaI. Un colimator de plumb este poziţionat în faţa cristalului. Acesta colimează şi de asemenea protejează cristalul fragil şi foarte scump. Notăm, cu toate acestea, că colimatorul este fragil, de asemenea, şi septa (Perete despărţitor între două cavităţi) subţire de plumb este uşor deformat.

La cealaltă parte a cristalului, o serie de PMTs este de obicei ataşat la acesta. Electronica din partea frontală interfaţează această matrice PMT la calculator.

Pentru SPECT detectoarele sunt montate pe un portal flexibil, deoarece el trebuie să se rotească pe cel puţin 180 ◦ în jurul pacientului. În plus, detectoarele trebuie să fie aproape de pacient cât este posibil, deoarece rezoluţia spaţială scade cu distanţa de la colimator. 88

Evident, sensibilitatea este proporţională la numărul de capete detectoare, şi timpul de dobândire (achizișie) poate fi redus cu creşterea numărului de capete detectoare. Pentru unele examene, partea organismului este prea mare pentru a fi măsurat într-o singură scanare. Similar cu CT, calculatorul atunci controlează masa, şi trece încet pacientul pentru a scana volum complet. O camera nu poate detecta mai mult de un foton la un timp, deoarece toate PMT contribuie împreună la faptul de unică detectare. De la ieşirila PMT, electronica front-end calculează patru valori, de obicei numite x, y, z, şi t. Energia z de fotoni detectați este comparată cu o fereastră de energie [zmin, zmax], care depinde de pe trasorul utilizat. Dacă z> zmax, doi sau mai mulți fotoni se lovesc de cristal simultan, încurcând calculul de (x, y). Dacă z