Кафедра біомедичної інженерії

[BM21, BM22] Кількісна фізіологія

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Перший (бакалаврський)
Галузь знань	16 - Хімічна та біоінженерія
Спеціальність	163 - Біомедична інженерія
Освітня програма	163Б МІ - Медична інженерія (ЄДЕБО id: 28920)163Б МІ+ - Медична інженерія (ЄДЕБО id: 58753)
Статус дисципліни	Нормативна
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	2 курс, осінній семестр
Обсяг дисципліни	4,5 кред. (Лекц. 28 год, Практ. 26 год, Лаб. 18 год, СРС. 63 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Залік
Розклад занять	https://rozklad.kpi.ua
Мова викладання	Українська / Англійська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Вовянко С. І., Практ.: Овчаренко Г. Р., Лаб.: Вовянко С. І., СРС.: Вовянко С. І.
Розміщення курсу	https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=3255

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Навчальна дисципліна вивчає базові фізіологічні принципи з точки зору їх кількісних аспектів. В рамках дисципліни основні акценти зроблено на розуміння взаємозв’язків між фізіологічними параметрами, знання їх діапазонів, здатність розраховувати потоки або сили всередині тіла, що є необхідним підґрунтям для створення біотехнічних засобів підтримки або заміщення життєво важливих функцій організму. Вивчення дисципліни сприяє розвитку природничо-наукового мислення та здатності використовувати методи та засоби кількісної оцінки та аналізу функціонування фізіологічних систем в практичній інженерній діяльності.

Метою навчальної дисципліни є формування у студентів компетентностей у відповідності до освітньо-професійної програми «Медична інженерія».

Методи навчання:

Аналітичний, дедуктивний, індуктивний, дослідницький, частково-пошуковий методи, метод проблемного викладу.

Інтегральна компетентність (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р..):

ІК - Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми у біомедичній інженерії або у процесі навчання, що передбачає застосування певних теорій та методів хімічної, біологічної та медичної інженерії, і характеризується комплексністю та невизначеністю умов.

Загальні компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р.):

ЗК 1 – Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.

ЗК 3 – Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово.

ЗК 4 – Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.

ЗК 5 – Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.

ЗК 8 – Здатність приймати обґрунтовані рішення.

ЗК 10 – Навички здійснення безпечної діяльності.

Спеціальні (фахові) компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р.):

ФК 4 – Здатність забезпечувати технічні та функціональні характеристики систем і засобів, що використовуються в медицині та біології (при профілактиці, діагностиці, лікуванні та реабілітації)..

ФК 8 – Здатність проводити дослідження та спостереження щодо взаємодії біологічних, природних та штучних систем (протези, штучні органи та ін.).

ФК 9 – Здатність ідентифікувати, формулювати і вирішувати інженерні проблеми, пов’язані з взаємодією між живими і неживими системами.

ФК 11 – Здатність розробляти, планувати і проводити експерименти за заданими технічними та біомедичними методиками, застосовуючи математичні методи в аналізі, моделюванні функціонування живих організмів, систем і процесів в біології та медицині, комп’ютерну обробку, аналіз і синтез отриманих результатів..

Програмними результатами навчання після вивчення дисципліни «Кількісна фізіологія» є (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р.):

ПРН 9 – Розуміти теоретичні та практичні підходи до створення та застосування штучних біологічних і біотехнічних об’єктів та матеріалів медичного призначення.

ПРН 12 – Надавати рекомендації щодо вибору обладнання для забезпечення проведення діагностики та лікування.

ПРН 13 – Вміти аналізувати сигнали, які передаються від органів на прилади, та проводити обробку діагностичної інформації.

ПРН 14 – Вміти аналізувати рівень відповідності сучасним світовим стандартам, а також оцінювати рішення і складати завдання на розробку автоматизованих систем управління з урахуванням можливостей сучасних технічних і програмних засобів автоматизації медичного обладнання.

ПРН 15 – Вміти вибирати та рекомендувати відповідне медичне обладнання і біоматеріали для оснащення медичних закладів та забезпечення основних стадій технологічного процесу діагностики, профілактики та лікування.

ПРН 18 – Розуміння фундаментально-прикладних, медико-фізичних, фізико-хімічних закономірностей функціонування біологічних об’єктів, та біоінженерних основ технологій і обладнання для дослідження процесів організму людини..

ПРН 21 – Розуміння та використання науково-технічних принципів, методів і способів досліджень, інструментальних засобів для розробки, планування та проєктування експериментальних та новітніх досліджень в галузі об’єктів біомедичної інженерії з використанням медичних, біологічних, біомедичних приладів і біотехнічних систем, біоматеріалів медичного призначення, а також для кількісної оцінки функціонування фізіологічних систем.

ПРН 22 – Знання загальних відомостей та принципів будови складних біологічних систем, у тому числі, організму людини, про організм людини і його функції з позицій системного підходу та використання їх в біомедичній інженерії, а також основних методів і засобів, які використовуються для кількісної оцінки функціонування фізіологічних систем..

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Навчальна дисципліна «Кількісна фізіологія» належить до циклу професійної підготовки, базується на знаннях з дисципліни «Анатомія та фізіологія людини», та спирається також на знання з дисциплін «Біохімія», «Фізика».

Теоретичні знання та практичні навички, що отримані під час вивчення навчальної дисципліни «Кількісна фізіологія», використовуються під час опанування наступних дисциплін: «Біоматеріали та біосумісність». «Біофізика», «Біомедична механіка», «Лікувальна медична техніка», «Лабораторна аналітична техніка».

3. Зміст навчальної дисципліни

Основні розділи та теми, що розглядатимуться в процесі вивчення курсу:

Розділ 1. Системний підхід в фізіології.

Тема 1.1. Застосування принципів системного підходу при вивченні та моделюванні взаємодії біологічних та інженерно-технічних систем. Вирішення складних задач, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов.

Розділ 2. Кількісні характеристики електромагнітних процесів в організмі

Тема 2.1. Фундаментальні фізико-хімічні закономірності функціонування біологічних об’єктів. Походження біоелектричних сигналів. Роль біоелектрогенезу в збудженні. Методи дослідження біоелектрогенезу.

Тема 2.2. Розповсюдження збудження в нервових та м’язових волокнах. Електрична синаптична передача та хімічний синапс.

Тема 2.3. Кількісна електрофізіологія мозку. Інструментальні засоби дослідження біоелектричної активності кори головного мозку.

Тема 2.4. Кількісна електрофізіологія серця. Генерація біопотенціалів і провідна система серця. Формування ЕКГ сигналу.

Розділ 3. Кількісні характеристики масопереносу в організмі людини

Тема 3.1. Система кровообігу: медико-фізичні закономірності функціонування, методи дослідження, інструментальні засоби кількісної оцінки функціонування.

Тема 3.2. Система дихання: медико-фізичні закономірності функціонування, технології і обладнання для дослідження, методи і засоби кількісної оцінки функціонування.

Тема 3.3. Система водно-електролітного гомеостазу. Застосування штучних біологічних і біотехнічних об’єктів та матеріалів медичного призначення в системах підтримки та заміщення видільних функцій.

4. Навчальні матеріали та ресурси

Базова література:

Кількісна фізіологія: Лабораторний практикум [Електронний ресурс]: навч. посіб. для студентів спеціальності 163 «Біомедична інженерія», освітньо-професійна програма підготовки «Медична інженерія» / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: С.І. Вовянко, Г.Р. Овчаренко, С.В. Зубков. – КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 3,3 Мбайт). – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 131 с. // https://ela.kpi.ua/handle/123456789/45159
Кількісна фізіологія. Завдання до виконання домашньої контрольної роботи: навчальні матеріали для самостійного та дистанційного вивчення для здобувачів ступеня «бакалавр» за освітньою програмою«Медична інженерія» спеціальності 163 «Біомедична інженерія» / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: С.І. Вовянко, Г.Р. Овчаренко. – КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 24 с. // https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=3255
Кущ О. Г. Нормальна фізіологія [Електронний ресурс] : довід. для студентів фарм. ф-тів (заочної форми навчання), спеціальності «Фармація» / О. Г. Кущ, Н. П. Жернова, Г. В. Піртя. – Запоріжжя : ЗДМУ, 2017. – 205 с. – Електронні текст. данні (1 файл: 3,29 МБ) // http://dspace.zsmu.edu.ua/bitstream/123456789/6391/1/KushhOG17_Norma_fiz.pdf
Пасічніченко О.М., Макарчук М.Ю. Фізіологія нервів І м’язів (Навчальний посібник). – Київ, 2020. – 157с.
Терещенко, М. Ф. Біофізика [Електронний ресурс] : підручник / М. Ф. Терещенко, Г. С. Тимчик, І. О. Яковенко. – Електронні текстові дані (1 файл: 7,06 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського ; Політехніка, 2019. – 444 с. // https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/27589/1/Biophysics.pdf

Додаткова література:

Вандер А. Физиология почек. 5-е издание. – СПб: Питер, 2000. – 256 с. // https://www.twirpx.com/file/2555715/
Гайтон А.К. Медицинская физиология / А.К.Гайтон, Дж.Э. Холл / Пер. с англ.; Под ред. В.И.Кобрина. – М.: Логосфера, 2008. – 1296 с. // https://www.twirpx.com/file/1708703/
Плиска, О. І. Фізіологія людини і тварин : підручник для студентів вищих навчальних закладів / О.І. Плиска. - Львів : "Новий Світ-2000", 2018. - 460 с. // https://opac.kpi.ua/F/?func=direct&doc_number=000608813&local_base=KPI01
Плонси Р., Барр Р. Биоэлектричество. Количественный подход. – Москва. «Мир». 1992 г. – 366 с. // https://www.twirpx.com/file/418791/
Тиманюк В. А., Животова Е. И. Биофизика. – К.: ИД «Профессионал», 2004. - 704 с. // https://www.twirpx.com/file/2222418/
Самойлов В.О. Медицинская биофизика. Учебное пособие – СПб.: Спецлит, 2004. – 496 с. // https://www.twirpx.com/file/606334/
Філіппов, В. І. Фізіологія людини : підручник для студентів медичних закладів фахової передвищої та вищої освіти / М.М. Філіппов. – Київ : Медицина, 2021. - 488 с. // https://opac.kpi.ua/F/?func=direct&doc_number=000636903&local_base=KPI01
Фізіологія людини і тварини : навчальний посібник / укладачі : Л.С. Язловицька, Г.Г. Савчук ; Міністерство освіти і науки України, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича. - Чернівці : Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, 2019. - 5 с. // https://opac.kpi.ua/F/?func=direct&doc_number=000612131&local_base=KPI01
Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. В 3-х томах. – 3-е издание. —М.: «Мир», 2005 // https://www.twirpx.com/file/566700/
Уэст Дж. Физиология дыхания. Основы. Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 202 с.
Feher J.J. Quantitative Human Physiology: An Introduction. 2nd Edition. — Academic Press, 2016.

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

При опануванні навчальної дисципліни передбачено застосування сучасних навчальних технологій. Методи навчання: аналітичний, дедуктивний, індуктивний, дослідницький, частково-пошуковий методи, метод проблемного викладу.

Інформація (за розділами, темами) про всі навчальні заняття

Назви розділів і тем

Програмні результати навчання

Основні завдання

Контрольний

захід

Термін

виконання

Розділ 1. Системний підхід в фізіології

ІК

ПРН 24

ПРН 26

Практична робота 1

1-й тиждень

Розділ 2. Кількісні характеристики електромагнітних процесів в організмі

ПРН 18

ПРН 21

Практична робота 2

Практична робота 3

2-й тиждень

3-й тиждень

ПРН 18

ПРН 21

Практична робота 4

4-й тиждень

ІК

ПРН 18

ПРН 25

ПРН 26

Лабораторна робота 1

5-й тиждень

Тема 2.4. Кількісна електрофізіологія серця. Генерація біопотенціалів і провідна система серця. Формування ЕКГ сигналу

ПРН 18

ПРН 21

ПРН 24

Практична робота 5

Практична робота 6

Лабораторна робота 2

6-й тиждень

7-й тиждень

Розділ 3. Кількісні характеристики масопереносу в організмі людини

ПРН 18

ПРН 21

ПРН 24

ПРН 25

ПРН 26

Практична робота 7

Лабораторна робота 3

Практична робота 8

Практична робота 9

Лабораторна робота 4

8-й тиждень

9-й тиждень

10-й тиждень

ПРН 18

ПРН 21

ПРН 24

ПРН 25

ПРН 26

Практична робота 10 Лабораторна робота 5

Практична робота 11 Лабораторна робота 6

11-й тиждень

12-й тиждень

ПРН 9

ПРН 25

ПРН 26

Практична робота 12

Практична робота 13

13-й тиждень

14-й тиждень

Рекомендації щодо засвоєння навчальних занять (у формі деталізованого опису кожного заняття та запланованої роботи):

Лекційні заняття

	№ з/п	Теми лекційних занять	Кіль-ть год
	1	Застосування принципів системного підходу при вивченні та моделюванні взаємодії біологічних та інженерно-технічних систем. Принципи системного підходу до вивчення біологічних об'єктів. Загальні принципи функціонування організму як системи. Системи підтримання гомеостазу організму людини: кровоносна, легенева, дигестивна, ниркова. Позитивний та негативний зворотній зв'язок. Застосування принципів системного підходу при вирішенні складних задач, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов.	2
	2	Фундаментальні фізико-хімічні закономірності функціонування біологічних об’єктів. Походження біоелектричних сигналів. Роль біоелектрогенезу в збудженні. Мембранний потенціал спокою. Методи дослідження біоелектрогенезу. Тканини із властивостями збудження, їх призначення. Властивості збуджуваних тканин. Потенціал іонної рівноваги. Іонні канали. Іонні помпи та підтримання мембранного потенціалу. Мембранний потенціал спокою. Розрахунок мембранного потенціалу спокою. Рівняння Фіка, Нернста, Гольдмана-Ходжкіна-Катца. Електрична схема мембрани клітини.	2
	3	Мембранний потенціал дії. Основні характеристики потенціалу дії. Значення іонів калію, натрію, кальцію, хлору у формування потенціалу дії. Основні рівняння. Фази потенціалу дії. Деполяризація, реполяризація, гіперполяризація мембрани. Вольт-амперні характеристики збудливої і незбудливої мембран. Рефрактерність. Акомодація. Лабільність.	2
	4	Розповсюдження збудження в нервових і м’язових волокнах. Синаптична передача. Характеристики і напрямки електричного струму в зоні потенціалу дії. Генерація імпульсних розрядів при тривалій деполяризації. Поняття декремента. Поширення збудження по м'якотних і безм'якотних волокнах. Рівняння Ходжкіна-Хакслі. Хімічна синаптична передача. Взаємодія синапсів. Електрична синаптична передача. Особливості нервово-м'язової взаємодії. Медіатори нервово-м'язової передачі.	2
5		Кількісна електрофізіологія мозку. Інструментальні засоби дослідження біоелектричної активності кори головного мозку. Нейронна взаємодія в центральній нервовій системі. Центри нервової системи. Функції відділів центральної нервової системи. Чутливі і рухові зони кори головного мозку. Асоціативні зони кори головного мозку. Формування потенціалів на поверхні голови людини. Способи реєстрації потенціалів. Основні ритми, які реєструються на електроенцефалограмі.	2
6		Кількісна електрофізіологія серця. Збереження іонного балансу в кардіоміоцитах. Деполяризація мембрани кардіоміоцита при формуванні потенціалу дії. Напрям іонних потоків. Градієнт автоматії та його значення для забезпечення роботи серця.	2
7		Електричні та магнітні властивості тканин організму. Вимірювання магнітного поля серця. Електричний генератор струму. Диполі. Моделі електромагнітних взаємодій. Магнітні властивості тканин організму. Поля біоелектричних генераторів. Поля мікроскопічних магнітних частинок. Поля, що виникають в результаті неоднорідного магнітного сприймання. Співвідношення між магнітними та електричними полями. Векторний рух диполів серцевих потенціалів та їх проекція на поверхню тіла. Формування ЕКГ сигналу. Принцип еквівалентного генератора.	2
	8	Система кровообігу, її компоненти. Характеристики роботи серця як помпи. Склад крові та плазми. Кров як неньютонівська рідина. Густина, в’язкість плазми крові та цільної крові. Залежність в’язкості від швидкості течії та від формування кластерів клітин. Швидкість осідання крові. Робота серця. Розрахунок та графічне відтворення роботи серця. Детермінанти роботи серця: перед та післянавантаженя, скоротливість, баланс кисню в міокарді, частота серцевих скорочень – їх взаємозв’язок. Напруження серцевої стінки та внутрішньо-шлуночковий тиск з точки зору закону Пуазейля. Киснева вартість роботи серця. Закон Франка-Старлінга. Скоротливість.	2
	9	Взаємодія серця і судин. Механіка кровообігу. Реєстрація розповсюдження пульсових хвиль і кровотоку по судинах. Взаємодія серця і судин. Формування і розповсюдження пульсових хвиль в серцево-судинній системі. Взаємозв'язок і відмінність пульсуючого руху крові і пульсації стінок судин. Електрична схема серцево-судинної системи. Об’ємна і лінійна швидкість кровотоку. Закон нерозривності струменю. Рівняння Бернуллі. Розподіл лінійної швидкості кровотоку в різних ділянках судинного русла. Рівняння Пуазейля. Ламінарний і турбулентний потік крові.	2
	10	Перенос речовин у капілярній мережі. Детермінанти переміщення рідини через капілярну мембрану. Рушійна сила та швидкість руху рідини. Рівняння тиску фільтрації рідини „капіляр-міжклітинний простір”. Зміщення фільтраційно-реабсорбційної рівноваги при патологіях. Деформація еритроцитів у капілярі.	2
	11	Масообмінні характеристики легень. Фізіологічні детермінанти зовнішнього дихання. Спірографічні показники і робота дихання. Механічні властивості дихальних шляхів і легеневої тканини. Відмінності штучної вентиляції легень від природного дихання. Процеси газообміну і дифузійні властивості легень.	2
	12	Характеристики газотранспортної функції крові. Газотранспортна функція еритроцитів і плазми. Киснево-транспортна властивість гемоглобіну. Крива дисоціації оксигемоглобіну. Коефіцієнт Гюфнера. Перенос двоокису вуглецю. Взаємозв'язок і регуляторний вплив газового складу крові. Розрахунок газотранспортної функції крові.	2
	13	Система водно-електролітного гомеостазу. Рух води в організмі людини. Розрахунки водно-електролітного складу внутрішньосудинного, міжклітинного і внутрішньоклітинного просторів. Масообмінна та гомеостатична функція нирки. Фільтрація, адсорбція, екскреція речовин ниркою. Механізм зворотного осмосу в петлі Генлє. Особливі механізми канальцевого транспорту. Підтримка кислотно-лужної рівноваги.	2
	14	Оцінка функції нирок. Системи підтримки та заміщення видільних функцій. Масообмінна та гомеостатична функція нирки. Методи оцінки функції нирок. Розрахунок клубочкової фільтрації, кліренсу. Застосування штучних біологічних і біотехнічних об’єктів та матеріалів медичного призначення в системах підтримки та заміщення видільних функцій.	2
	Разом		28

Практичні заняття

	№ з/п	Тематика практичних робіт	Кіль-ть год
	1	Транспорт незаряджених частинок та йонів через мембрану. Організм як багатомембранна система. Склад водних просторів організму. Властивості мембран, що їх розділяють. Механізми переносу речовин через мембрани. Джерела та види енергії в клітинах. Пасивний транспорт незаряджених частинок: розрахунок коефіцієнта розподілу речовини, коефіцієнта дифузії, коефіцієнта проникності. Розрахунок рівноважного мембранного потенціалу. Пасивний транспорт іонів: умови встановлення рівноваги, визначення рівноважних потенціалів для різних іонів. Рівновага Гіббса – Доннана. Активній транспорт іонів через мембрану.	2
	2	Потенціал спокою. Потенціал дії. Рівняння Гольдмана-Ходжкіна-Катца. Визначення потенціалу спокою і дії. Мембранна проникність для основних іонів у стані спокою і збудження. Еквівалентна електрична схема збудливої мембрани. Визначення провідності іонних каналів при фіксованому трансмембранному потенціалі.	2
	3	Розповсюдження потенціалу дії по немієлінізованому та мієлінізованому нервовому волокну. Розповсюдження потенціалу дії по немієлінізованому нервовому волокну. Визначення різниці потенціалу як функції відстані при безперервному способі проведення збудження по немієлінізованому нервовому волокну. Розповсюдження потенціалу дії по мієлінізованому нервовому волокну. Сальтоторне проведення нервового імпульсу. Математична модель проведення нервового імпульсу по аксону нейрона Ходжкіна-Хакслі.	2
	4	Електрична синаптична передача та хімічний синапс. Електрична синаптична передача нервового імпульсу. Медіаторна передача. Збуджуючий постсинаптичний потенціал і гальмівний постсинаптичний потенціал. Потенціал кінцевої пластини. Модульна контрольна робота №1.	2
	5	Генерація біопотенціалів і провідна система серця. Збереження іонного балансу в кардіоміоцитах. Деполяризація мембрани кардіоміоцита при формуванні потенціалу дії. Напрям іонних потоків. Генерація біопотенціалів і провідна система серця. Порівняння потенціалу дії скоротливого кардіоміоцита і клітини пейсмейкера.	2
6		Формування ЕКГ сигналу. Автоматія серця. Механізм автоматії. Векторний рух диполів серцевих потенціалів та їх проекція на поверхню тіла. Формування ЕКГ сигналу. Принцип еквівалентного генератора. Схема ЕКГ, зареєстрованої у другому стандартному відведенні, генез зубців, сегментів і інтервалів.	2
7		Робота та потужність серця. Характеристики роботи серця як помпи. Розрахунок та графічне відтворення роботи серця. Детермінанти роботи серця: перед та післянавантаженя, скоротливість, баланс кисню в міокарді, частота серцевих скорочень – їх взаємозв’язок. Напруження серцевої стінки та внутрішньо-шлуночковий тиск з точки зору закону Пуазейля. Розрахунок кисневої вартості роботи серця.	2
	8	Основні закони гемодинаміки Розрахунок об’ємної і лінійної швидкості кровотоку в різних ділянках судинного русла, опору судини або ділянки судинного русла, типу течії крові, загального периферичного опору судин.	2
	9	Регуляція діяльності серцево-судинної системи. Методи дослідження серцево-судинної системи. Регуляція діяльності серця. Регуляція регіонального кровообігу та системної гемодинаміки. Гемодинамічні парадокси. Вимірювання тиску: прямі та непрямі методи. Вимірювання кровотоку: електромагнітна флоуметрія, ультразвукова флоуметрія, термоелектричні методи, оклюзійна плетизмографія. Вимірювання тиску. Вимірювання об’єму крові.	2
	10	Масообмінні характеристики легень. Процеси газообміну і дифузійні властивості легень. Розрахунок параметрів зовнішнього дихання. Об’ємна та лінійна швидкість потоку повітря в різних відділах провідної системи та в альвеолах. Аеродинамічний опір. Ламінарний та турбулентний потік повітря. Склад альвеолярної газової суміші та видихуваного повітря. Дихальний коефіцієнт. Розрахунок дифузійної здатності легень. Непрямі методи визначення ФЗЄ та мертвого простору.	2
	11	Характеристики газотранспортної функції крові. Регуляція дихання. Методи дослідження дихальної функції. Системи підтримки дихання. Крива дисоціації оксигемоглобіну. Коефіцієнт Гюфнера. Розрахунок газотранспортної функції крові. Методики аналізу газів крові та повітря. Спірографія. Пневмотахометрія. Плетизмографія. Оксигемометрія. Спірометрія. Регуляція зовнішнього дихання. Особливості дихання в особливих умовах. Системи підтримки дихання.	2
	12	Оцінка функції нирок. Регуляція виділення. Системи підтримки та заміщення видільних функцій. Розрахунок клубочкової фільтрації, кліренсу. Масообмінна та гомеостатична функція нирок. Фізіологічні системи, що забезпечують виділення. Регуляція виділення в організмі людини. Принцип дії апарата «штучна нирка». Гемосорбція. Плазмаферез. Модульна контрольна робота №2.	2
	13	Залік.	2
	Разом		26

Лабораторні роботи

№ з/п		Назва лабораторної роботи	Кіль-ть год
1		Біоелектрична активність кори головного мозку	4
2		Електрокардіографія	4
3		Формені елементи крові	2
4		Визначення параметрів системної гемодинаміки та насосної функції серця	4
5		Дослідження зовнішнього дихання	2
6		Дослідження киснево-транспортної функції крові	2
	Разом		18

6. Самостійна робота студента

№ з/п	Види самостійних робіт	Кіль-ть годин
	Опрацювання теоретичного матеріалу, розглянутого на лекціях	18
	Розв’язок задач і проведення розрахунків за тематикою практичних робіт	20
	Опрацювання матеріалу для виконання, оформлення та підготовка до захисту лабораторних робіт	18
	Підготовка до модульної контрольної роботи	4
	Підготовка до заліку	3
Разом		63

Підготовка до аудиторних занять здійснюється відповідно до плану дисципліни за наведеними в ньому посиланнями на дистанційеий курс «Кількісна фізіологія», розміщений на платформ «Сікорський»: https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=3255

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Відвідування занять

Відвідування лекційних занять не є обов’язковим. Відвідування практичних занять є бажаним, оскільки на них відбувається написання експрес-контрольних робіт / тестових завдань, а також відбувається захист практичних робіт. Виконання і захист лабораторних робіт є обов’язковим.

Система оцінювання орієнтована на отримання балів за активність студента, а також виконання завдань, які здатні розвинути практичні уміння та навички.

Пропущені контрольні заходи

Пропущені контрольні заходи (захист практичних робіт) відпрацьовуються на наступних заняттях за умови виконання завдання, яке заплановано на поточному занятті, або на консультаціях.

Пропущені лабораторні роботи відпрацьовуються на наступних заняттях за умови виконання завдання, яке заплановано на поточному занятті, або на консультаціях.

Пропущення написання експрес-контрольних не відпрацьовуються.

Пропущення написання модульної контрольної роботи може бути відпрацьоване на консультаціях.

Порушення термінів виконання завдань та заохочувальні бали

Заохочувальні бали		Штрафні бали*
Критерій	Ваговий бал	Критерій	Ваговий бал
Удосконалення практичних або лабораторних робіт	1 бал (за кожну роботу)	Несвоєчасне виконання та захист практичної роботи	Від -0,5 бали до -5 балів (залежить від терміну здачі)
Проходження дистанційних курсів за темами, які узгоджені з викладачами	5 балів	Несвоєчасне виконання та захист лабораторної роботи	Від -0,5 бали до -5 балів (залежить від терміну здачі)
Оформлення наукової роботи для участі у конкурсі студентських наукових робіт	10 балів	Невчасне написання модульної контрольної роботи (на запланованому занятті)	Від -0,5 бали до -5 балів (залежить від терміну здачі)
Написання тез, статті, участь у міжнародних, всеукраїнських та/або інших заходах або конкурсах за тематикою навчальної дисципліни	Від +3 до +10 балів

^*^{якщо контрольний захід був пропущений з поважної причини (хвороба, яка підтверджена довідкою встановленого зразку) – штрафні бали не нараховуються.}

Академічна доброчесність

Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code

Норми етичної поведінки

Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code

Процедура оскарження результатів контрольних заходів

Студенти мають можливість підняти будь-яке питання, яке стосується процедури контрольних заходів та очікувати, що воно буде розглянуто згідно із наперед визначеними процедурами.

Студент має право оскаржити результати контрольного заходу згідно затвердженого положення Про апеляції в КПІ імені Ігоря Сікорського (затверджено наказом №НОН/128/2021 від 20.05.2021 р.) - https://osvita.kpi.ua/index.php/node/182

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Система оцінювання (поточний контроль):

№ з/п	Контрольний захід	%	Ваговий бал	Кіл-ть	Всього
1.	Експрес-контрольні роботи	20	2	10	20
2.	Виконання та захист практичних робіт	24	2	12	24
3.	Виконання та захист лабораторних робіт №№ 1 – 5	25	5	5	25
4.	Виконання та захист лабораторної роботи № 6	3	3	1	3
5.	Модульна контрольна робота за розділом 1	12	12	1	12
6.	Модульна контрольна робота за розділом 2	16	16	1	16
7.	Залікова робота	100	100	1	100
	Всього				100

Здобувач отримує позитивну залікову оцінку за результатами роботи в семестрі, якщо має підсумковий рейтинг за семестр не менше 60 балів та виконав умови допуску до семестрового контролю, які визначені РСО.

Зі здобувачами, які виконали всі умови допуску до заліку та мають рейтингову оцінку менше 60 балів, а також з тими здобувачами, хто бажає підвищити свою рейтингову оцінку, на останньому за розкладом занятті з дисципліни в семестрі викладач проводить семестровий контроль у вигляді залікової контрольної роботи або співбесіди.

Після виконання залікової контрольної роботи, якщо оцінка за залікову контрольну роботу більша ніж за рейтингом, здобувач отримує оцінку за результатами залікової контрольної роботи.

Якщо оцінка за залікову контрольну роботу менша ніж за рейтингом, застосовується «жорстка» РСО – попередній рейтинг здобувача скасовується і він отримує оцінку з урахуванням результатів залікової контрольної роботи. Цей варіант формує відповідальне ставлення здобувача до прийняття рішення про виконання залікової контрольної роботи, змушує його критично оцінити рівень своєї підготовки та ретельно готуватися до заліку.

Календарний контроль (КК)

- проводиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

Метою проведення календарного контролю є підвищення якості навчання студентів та моніторинг виконання графіку освітнього процесу студентами.

Критерій			Перший КК	Другий КК
Термін календарних контролів			8-ий тиждень	14-ий тиждень
Умови отримання позитивного результату з календарного контролю	Поточний рейтинг		≥ 16 балів	≥ 40 балів
	Виконання практичних робіт	КП №№1-4	+	+
	Виконання практичних робіт	КП №№5-8	-	+
	Виконання та захист лабораторних робіт	ЛР №№1-2	+	+
	Виконання та захист лабораторних робіт	ЛР №№3-6	-	+
	Модульна контрольна робота	Оцінена МКР1	+	+
	Модульна контрольна робота	Оцінена МКР2	-	-

У разі виявлення академічної недоброчесності під час навчання – контрольний захід не зараховується.

Семестрова атестація студентів

Обов’язкова умова допуску до заліку		Критерій
1	Поточний рейтинг	RD ≥ 40
2	Захищено всі лабораторні роботи	Більше 0 балів

Результати оголошуються кожному студенту окремо у присутності або в дистанційній
формі (е-поштою). Також фіксуються в системі «Електронний кампус»

Необов’язкові умови допуску до заліку:

Активність на практичних заняттях.
Позитивний результат першого та другого календарного контролю.
Відвідування лекційних занять.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Інклюзивне навчання

Навчальна дисципліна «Кількісна фізіологія» може викладатися для більшості студентів з особливими освітніми потребами.

Дистанційне навчання

Дистанційне навчання відбувається через Платформу дистанційного навчання «Сікорський».

Дистанційне навчання через проходження додаткових онлайн курсів за певною тематикою допускається за умови погодження зі студентами. У разі, якщо невелика кількість студентів має бажання пройти онлайн курс за певною тематикою, вивчення матеріалу за допомогою таких курсів допускається, але студенти повинні виконати всі завдання, які передбачені у навчальній дисципліні.

Список курсів пропонується викладачем після виявлення бажання студентами (оскільки банк доступних курсів поновлюється майже щомісяця).

Студент надає документ, що підтверджує проходження дистанційного курсу (у разі проходження повного курсу) або надає виконані практичні завдання з дистанційного курсу та за умови проходження усної співбесіди з викладачем за пройденими темами може отримати оцінки за контрольні заходи, які передбачені за вивченими темами (експрес-контрольні / тестові завдання, практичні роботи).

Виконання практичних робіт здійснюється під час самостійної роботи студентів у дистанційному режимі (з можливістю консультування з викладачем через електронну пошту, соціальні мережі).

Навчання іноземною мовою

Навчання англійською мовою здійснюється лише для студентів-іноземців.

За бажанням студентів, допускається вивчення матеріалу за допомогою англомовних онлайн-курсів за тематикою, яка відповідає тематиці конкретних занять.

Модульна контрольна робота (МКР), яка запланована з дисципліни і розрахована загалом на дві академічні години, проводиться на двох практичних заняттях: за 2-м розділом – на 5-му тижні та за 3-м розділом – на 13-му тижні.

Перелік запитань для підготовки до модульних контрольних робіт, а також для підготовки до заліку наведено у додатку 1.

Перелік запитань для підготовки до модульної контрольної роботи, а також для підготовки до заліку

Властивості мембрани клітин збудливих тканин.
Виникнення і підтримка біоелектрогенезу.
Потенціал спокою та потенціал дії. Основні формули.
Будова та функції селективних каналів.
Будова та функції потенціалзалежних іонних каналів.
Підпорогові, порогові, надпорогові стимули та їх зв’язок з генерацією потенціалу дії.
Поняття градуальності для збудливих і незбудливих мембран (ВАХ).
Основи закону «Все або нічого» та його зв’язок із критичним мембранним потенціалом (КМП).
Розкрийте поняття рефрактерності мембран. Причини абсолютної, відносної рефрактерності, екзальтації.
Поняття акомодації. Причини цього явища.
Поняття лабільності. Причини цього явища.
Розкрийте поняття декремента для збудливих мембран. Основи цього явища.
Сталі часу та довжини, стрімкість переднього фронту. Основні формули.
Особливості поширення збудження по м'якотних волокнах. Основні формули.
Особливості поширення збудження по безм'якотних волокнах. Основні формули.
Математична модель Ходжкіна-Хакслі.
Проаналізуйте відмінність електричної та медіаторної передачі збудження.
Будова та функції хімічного синапсу.
Механізми виникнення збуджуючого і гальмівного постсинаптичного потенціалу (ВПСП і ТПСП).
Особливості нервово-м'язової передачі.
Визначення ЕЕГ, основні ритми, які реєструються на електроенцефалограмі.
Чутливі, рухові та асоціативні зони кори головного мозку.
Розкрийте асиметричність спеціалізації лівої та правої півкулі.
Поясніть, чим обумовлений та яке фізіологічне значення має тривалий абсолютний рефрактерний період клітин робочого міокарда.
Поясніть, як відрізняється потенціал дії клітини-пейсмейкера від потенціалу дії скоротливого кардіоміоцита.
Що таке градієнт автоматії в провідній системі серця? Наведіть його кількісні характеристики та поясніть його фізіологічне значення.
Поясніть регулюючий вплив симпатичної та парасимпатичної нервової системи на силу і частоту серцевих скорочень.
Поясніть, що таке інтегральний електричний вектор серця. Наведіть його параметри.
Дайте визначення електрокардіограми. Які припущення приймають при моделюванні електрокардіограми?
Чому відповідають елементи електрокардіограми: зубець Р, сегмент РQ, комплекс QRS, сегмент SТ, зубець T?
Дайте визначення трикутника Ейнтховена. Сформулюйте закон Ейнтховена.
Намалюйте і проаналізуйте діаграму «Об’єм – тиск» для лівого шлуночка. Позначте періоди діастолічного наповнення, ізометричного скорочення, вигнання крові та ізометричної релаксації.
Наведіть і поясніть формулу розрахунку роботи серця. Чому дорівнює робота серця у спокої (наведіть приблизні значення)?
Назвіть основні гемодинамічні параметри. Як вони пов’язані між собою? Який із гемодинамічних параметрів є основним для забезпечення метаболічних потреб органів та систем?
Проаналізуйте графік динаміки артеріального тиску. Чим обумовлені хвилі 1-го, 2-го і 3-го порядків коливань артеріального тиску?
Поясніть, чому артеріальний тиск у малому колі кровообігу в кілька разів менший, ніж у великому колі.
Від яких параметрів залежить опір судини? Обґрунтуйте.
Поясніть, що таке ламінарний і турбулентний рух рідини. Від чого залежить, чи буде потік крові на певній ділянці судинного русла ламінарним чи турбулентним?
Поясніть, які шляхи зменшення опору реалізовані у серцево-судинній системі
Наведіть та поясніть формулу розрахунку ефективного фільтраційного тиску в капілярах м’язів.
Перерахуйте та поясніть механізми регуляції капілярного кровотоку.
Поясніть, чим відрізняються між собою кров, плазма крові, сироватка. Як це впливає на їхні гемодинамічні характеристики?
Чому при скороченні зовнішніх міжреберних м'язів ребра піднімаються, незважаючи на те, що кожний міжреберний м'яз нижнє ребро тягне догори, а верхнє – донизу, з однаковою силою? Наведіть схему, яка ілюструє цей механізм, та відповідні формули.
Перерахуйте послідовно процеси, що забезпечують надходження повітря до легень при вдиху та вихід повітря з легень до атмосфери при видиху. Пасивними чи активними (з витратою енергії АТФ) є вдих та видих? Обґрунтуйте.
Назвіть компоненти, що складають еластичну тягу легень. Сприяє або перешкоджає еластична тяга легень вдиху і видиху? Поясніть фізіологічну роль сурфактанту на внутрішній поверхні альвеол.
Перерахуйте та дайте визначення легеневих об’ємів та ємностей. Наведіть їхні приблизні значення. Які легеневі об’єми та ємності можуть бути визначені прямими методами, а які – лише непрямими. Якими?
Поясніть, чому склад альвеолярного повітря при спокійному диханні є відносно сталим.
Які чинники обумовлюють дифузію кисню та вуглекислого газу через аерогематичний бар’єр? Наведіть та проаналізуйте рівняння дифузії.
У яких станах перебувають і транспортуються О₂ і СО₂ кров’ю? Від чого залежить кількість розчиненого О₂ і СО₂ в артеріальній і венозній крові?
Наведіть та проаналізуйте криву утворення і дисоціації оксигемоглобіну. Які фактори сприяють насиченню гемоглобіну киснем в легенях? Які фактори сприяють дисоціації оксигемоглобіну при протіканні крові через тканини?
Що характеризує число Гюфнера? Чому воно дорівнює?
Перерахуйте особливості кровообігу в нирках. Поясніть міогенний механізм стабілізації величини клубочкової фільтрації в умовах значних коливань системного артеріального тиску (від 80 до 180 мм рт.ст.)
Наведіть і поясніть формулу розрахунку швидкості клубочкової фільтрації
Наведіть і проаналізуйте формулу розрахунку ефективного фільтраційного тиску в нирковому клубочку.
Дайте поняття кліренсу. Поясніть метод дослідження клубочкової фільтрації за допомогою визначення кліренсу.
Напишіть і поясніть формулу, за якою можна розрахувати кліренс для інуліну. Порівняйте швидкості клубочкової фільтрації та кліренсу речовин, які лише фільтруються, речовин, які активно секретуються, та речовин, які активно реабсорбуються.

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Силабус, РСО, навчальний посібник (електронне видання), онлайн-курс на платформі «Сікорський»:: https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=3255

Обладнання та супроводжуючі матеріали для практичних та лабораторних занять: електроенцефалограф, персональний комп’ютер, електроди для ЕЕГ, електродний гель, програма Expert Net.; електрокардіограф; спірометри; монітор артеріального тиску; мікроскоп з цифровою камерою, програмне забезпечення для обробки зображень.

Мультимедійне обладнання. При дистанційному навчанні використовуються сервіси відеоконференцій Zoom

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Вовянко С. І.; Овчаренко Г. Р.;
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № 1 від 31 серпня 2023 р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 1 від 1 вересня 2023 р. )