CC BY
86
РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ CHAPTER 2. THEORETICAL DISCIPLINE
ЛАБОРАТОРНАЯ МЕДИЦИНА LABORATORY MEDICINE
УДК 612.014.424
Н.М. АЛМАБАЕВА, Б.М. АДИБАЕВ, Г.Е. БАЙДУЛЛАЕВА, А.О.БОПАНОВА
СЖАсфендияров атындагы Цазащ ¥мттыщ медицина университетi «Медицинамищ биофизика жэне биостатистика» модул
Т1Р1 АFЗАFА ЭЛЕКТР ТОГЫНЬЩ ЭСЕР1
Мащамада эмектр тогынын эсершен тiрi агзада зарядтамган белшектердiц щозгамысы пайда бомады, умпамар помяризацияманады да, щызады (ж^туяыщ эффект). Туращты жэне жимг 105Гц темен боматын айнытамы тощ агза ушш щауiптi бомып санамады. Замамды эсерi кернеумен емес тощпен тужырымдамады. Tyumdi свздер: туращты тощ, айнымамы тощ, жиШк, помяризация
Каушс!з болып табылатын ток куш! 0,01А (элйз токтьщ ез! нерв жуйес!н!н кызмет!нде байкалады) темен; ал 0,1А жогары болатын ток адам ем!р! уш!н кау!пт!. Кау!пт! болатын дэрежедег! ток агза бойында таралатын токка тэуелд! турде жур!п отырады. Мысалы, булшыкеттен еткен ток онын жиырылуына экелед!. Сонда булшыкеттщ реакциясы бер!лген ток куш!не, онын эсер ету узактыгына байланысты. Егер кандай да б1р табалдырыщ мэншен ток куш!н!н мэн! аз болса, онда жиырылу кыска мерз!мд! болады да, ал импульс болмайды. Жиырылганнан кей!н булшыкет босансу ушш б!ршама уакыт кажет. Сол себептен егер импульс аралыгы б!р!нен кей!н б!р! болатын болса, онда булшыкет босанси алмайды жэне онын жиырылуы козган импульс берет!н уакыт сиякты созылады. Булшыкеттщ мундай куй!н тетанус деп атайды.
Туракты токтын импульс! айнымалы ток сиякты эсер беред!. Булшыкеттщ тетаникалык жиырылуына мысал рет!нде адам ток журет!н жалан сымды устаса, оны езд!г!нен ж1бере алмайды. Импульст! токтар журект!н, нерв талшыктарынын, булшыкеттерд!н стимуляциясы уш!н колданады. Онын максаты олардын жиырылуынын немесе етк!зу функциясынын калпына келу! болып табылады. Журек аркылы етет!н кыска мерз!мд! импульст! ток мембрананын калыпты деполяризациясын жэне миокарда булшыкет!н!н синхронды жиырылуынын пайда болуына экелед!. Реанимация кез!нде осы максатта арнайы аппарат дефибриллятор пайдаланылады. Соган сэйкес амплитудасына, импульс формасы мен узактыгына байланысты ток агзага эртурл! физиологиялык эсер етед!. Материалдар мен эдктер.
Аз мелшердег! электр тогы (0,01-0,025А) тыныс алу жолдарынын бузылуына (тыныс алу булшыкеттершщ жиырылу жагдайында), журектщ жи! согысына экелед!. Ал ете жогары болатын ток (0,1А) журект!н кайтымды немесе кайтымсыз токтауына экел!п согады. Сонымен катар электр тогынын эсер! акуыздардын денатурациясын, жылулык эффект! - куюд! тудырады.
Кез келген биологиялык жуйе гетерогенд! болып табылады. Жуйен! курайтын бел!ктер!н!н ток куш!не кедерг!с! кен диапазонда жатады (мысалы, ркан=1,66 Ом^м, ркургак тер!=105 Ом^м). Агзанын кедерг!с! нег!з!нде тер!н!н кедерг!с!мен аныкталады. Ол ез кезег!нде онын куй!не тэуелд!: калындыгы, ылгалдылыгы жэне т.б. Агза !ш!нде ток нег!з!нде кан мен лимфа тамырлары, нерв талшыктарынын
кабыгы мен булшыкет бойымен таралады. Агзанын куй! кабыну удер!стер!нде езгер!ске тусет!н!н де тэж!рибе жуз!нде бакълауга болады. Кедерг!н!н кему! эс!ресе, денеден тер мелшерден тыс шыкканда байкалады. Кандай да жуйен!н кедерг!с! активт! (тер!)жэне реактивт!(мембрана) кедерг!лермен аныкталады. Мысалы, т!р! агзаларда конденсатор рол!н биологиялык мембрана аткарса, ал индуктивт!л!к касиет агзада байкалмайды. Ал булшыкет талшыгын алсак, оны коздыру уш!н кажетт! узактыгы ен аз уакыттан аспайтын ток т!т!ркенд!ред!. Токтын жи!л!г! арткан сайын (105Гц), т!т!ркенд!ру узактыгы темендеп, ток булшыкетт!н жиырылуын тудырмайды. Осы жагдайда ол тек кана жылулык эсер беред!. Бул кезде 10-15мА болатын ток медицинада кен!нен колданылады. Электромагнитт!к ер!ст!н жылулык эсер! онын иондарга, бейтарап белшектерге эсер! аркылы аныкталады. Электр ер!с!н!н эсер!нен бейтарап молекулалар поляризацияланады жэне ыгысу тогынын пайда болуына экелед!. Туракты токтын алгашкъ эсер! иондардын козгалысымен, олардын бел!ну!мен жэне улпалардагы эртурл! элементтерд!н концентрациясынын езгер!с!мен байланысты. Айнымалы ер!стег! белшектерд!н тербел!с! уйкелумен (жанасу) журед!, ягни жылулык энергия бел!нед!. Сырткы ер!ст!н жи!л!г! азайган сайын белшектердщ тербел!с жи!л!г! де темендейд! жэне жылулык шыгын да азаяды. Баска жагынан алганда электрондардын (деформациялык поляризация жагдайында) немесе молекулалардын (багытталган поляризацияда) жи!л!г! арткан сайын ез!н!н кен!ст!ктег! орнын езгертуге улгере алмайды да, жылулык шыгынга соктырады. Осыдан тербел!с жи!л!г! кандай да б!р мэн!ндег! жылулык эффект!с! (жутылу резонансы) максимал болады. Бул сырткы ер!ст!н жи!л!г! белшек тербел!с!н!н ез!нд!к жи!л!г!мен сэйкес келу жагдайында байкалады. Мысалы, багытталган поляризация жагдайында судын молекуласы жутылу максимумы жи!л!г! 1010Гц жатады, ягни аса жогары жи!л!к диапазонында (АЖЖ) жатады. Судын молекуласынын багытталган поляризациясы т!р! агзалардын электромагнитт!к сэулес!н!н жутылуында нег!зг! роль аткарады. Сол себептен су курамы кеп болатын улпалар (мысалы, булшыкет жэне кан) баскаларга караганда (майлы жэне суйект! улпа) тез кызады.
Электромагнитт!к ер!ст!н энергиясынын егер!с! б!рл!к келемде уакыт б!рл!г!нде (менш!кт! куат) мынаган тен:
P = aE2 + (E 2ss0 tgS,
Мандаты: а -етюзпштш, Е - электр epirimH кернеулМ, ы - айнымалы электр еркшщ жилш, £ - диэлектрлш е^мдшш, tg5 -диэлектрлш шыгынындагы тангенс бурышы. Бул тевдеудеп бiрiншi косылгыш eткiзгiштiк есебшен шыгындалатын энергияны (джоульдш), ал екiншi косылгыш еркiн зарядтары болмаган кездеп диэлектриктiн шыгынын кeрсететiн шама. Сэуле шыгарудьщ жиiлiгi мен улпанын диэлектрлш еимдыш арткан сайын ету теревдп азаяды. 0ту терендiгi ешу коэффициентше керi пропорционал болады: d=1/a
¥лпада каншалыкты су мелшер1 кеп болса, соншалыкты эту теревдп де азаяды. Мысалы, ультра жогары жилки -толкыннын ((у=3-108...3-109 Гц) эту терендш улпанын булшыкет мен тер1 ушш шамамен 4 см кураса, ал май жэне суйект улпада - 20 см. Бул керсетгаштер аса жогары жшлштеп - толкын ушш осыган сэйкес 2 см жэне 10 см курайды.
Биологиялык улпалар мен мушелер эртурл1 кедергШ турл1 тузШстер болып табылады. Олар ез кезегшде электр тогынын эсершен езгеркке ушырайды. Дененщ бетше орналастырылган электродтар (биологиялык жуйен электр т1збепмен косатын арнайы формалы етгазпштер) аралыгындагы агзанын электр етгазпштМ тершщ кедерпа мен тер1 кабаттарынын кедерпсше тэуелдъ Тершщ кедерпа б1ршш1 кезекте онын кушмен: калындыгы, жасымен, ылгалдылыгымен жэне т.б. аныкталады. Ылгалдылык, денеден шыккан тер кедерпш анагурлым азайтады, аз мелшердеп кернеудщ езшде агза аркылы токты тугыза алады. Сол ушш улпалар мен мушелердщ электр етгазпштш диагностикалык керсетгаш ретшде пайдаланылады. Мысалы, суык тигенде жасуша ¡сшедь соган сэйкес жасуша аралык косылыстардын кимасы азаяды жэне электр кедерпй артады; денеден тер шыгаратын физиологиялык кубылыстар тершщ электр етюзпшттнщ артуымен журш отырады [1].
Айта кететш жагдай, биологиялык улпалардын диэлектрлш еимдолш мен етгазпштш тусетш сэуленщ жшлшне тэуелд жэне улпалардагы судын, иондардын, дипольды молекулалардын мелшер1мен аныкталады. Микротолкынды сэуленщ алгашкы биологиялык эсер1 жылулык эффект1ге алып келедъ Ал жогары жшлшт жэне аса жогары жилки сэулелену сэулеленетш объектшщ ене бойына кызуын тугызады. Толкын узындыгы азайган сайын улпага ету терендш темендейдь ол ез кезегшде тек бетга кабаттарды кыздырады. Жогары жилки жэне аса жогары жшлшт сэулеленуден пайда болган кызу б1ркалыпты емес екеин тэж1рибе жузшде аныкталады. Кейб1р жерлерде жерпшкп кызу пайда болуы мумкш.
Аса жогары жшлш - сэуленщ жылулык емес эффекпа кандай да б!р молекулалардын резонанстык жутылуы себебшен болады. Аса жогары жшлш - диапазонында фосфолипидтердщ полярлы бастарынын айналмалы тербелкшщ жшлтмен (109 Гц), байланыскан судын сипаттамалык жшлт (108- 109 Гц), ерган сулардын жшлтмен (1010 Гц) жэне т.б. аныкталады. Бул жагдайда сэуле шыгару улпа температурасын жалпы жогарлауы болмаса да, жеке молекулалардын энергиясынын езгертн тугызады. Мысалы, байланыскан судын молекулаларынын сэуле энергиясынын резонанстык жутылуы
биомолекулалардын гидратты кабатынын бузылуына алып келедь Осыдан олардын конформациясынын езгерт пайда болады.
Аса жогары жиШкп сэулеленудщ узак уакыт колдануы улпаларда оттепнщ мелшершщ жэне жумыс жасау кабшетшщ темендеуше, агзанын тез шаршауына жэне т.б. экелш соктырады.
Жогары жилки ток хирургияда улпаларды жалгау ушш (диатермокоагуяция) жэне кесу ушш (диатермотомия) пайдаланылады. Ал электр ер1й эсершен дэрШк заттардын иондары тер1 аркылы улпага етедь Заттардын терк зарядталган белшеп (анионы) катодка, он заряды анодка тартылады.
Мысал ретшде туракты токпен эсер ету эдтнщ б!р! гальванизация эдт мен дэршш заттардын электрофорезш айтуга болады. Тэж1рибе жузшде калий иодын (К1) алсак онда К+ ионы анодка, ал I- ионы катодка карай белшетшше студенттер кез жетгазедь
Ал электромагниттш толкын зат молекуласын поляризациялайды да, электр дипол1 туршде периодты кайта багыттайды. Сонымен катар электромагниттш толкын биологиялык жуйелердщ иондарына эсер етед жэне айнымалы етгазпш ток пайда болады. Ол ез кезегшде заттын кызуына экеледъ Микротолкындардын энергиясынын максималды жутылуы булшыкет пен кан, суйек жэне майлы улпада су аз болгандыктан олар аз кызады.
Жутылу коэффициенттер1 эртурл1 электромагниттш толкындардын шекарасында, мысалы, су курамы кеп жэне аз мелшерде болатын шекарады тургын толкындар пайда болады. Бул толкындар жергткп улпаларды кыздырады. ¥лпалары тез кызатын аймактарга канмен аз камтылатын, ягни терморегуляциясы нашар жерлер жатады, мысалы кездщ буршагы, шыны тэр1здес денелер жэне т.б. [2] Сонымен катар электромагниттш толкындар биологиялык урдктерд1 езгертедь Сонда сутекп байланыстарды узед1 де, ДНК жэне РНК-нын макромолекулаларынын багытына эсер етедь
Нэтижелер жэне оны талкылау.
Непзшде электромагнитт1к толкындар дене белМне тускенде онын б1р бел1г1 тер1 бет1нен шагылад^1. Шагылу дэрежес1 ауанын жэне биологиялык улпалардын диэлектрлш ет1мдШгшщ турл1л1г1не байланысты. Егер электромагниттш толкындармен сэулелену дэрежес1 алыс кашыктыкта (белг1л1 б1р аракашыктыкта) журпзшсе, онда электромагнитт1к толк^1ндардын энергиясынын 75 %-на дей1н шагылады. Электромагнитт1к толкындардан сэуле алганда (сэуле шыгаратын курал сэуле алатын бетпен жанасканда) агза улпасы кабылдайтын куат генерацияланатын куатка сэйкес келед1. Сонымен корыта келгенде электромагниттш толкындардын биологиялык улпаларга ену терендМ осы улпалард^1н толк^1н энергиясын жуту каб1летт1л1г1не тэуелд1, ол ез кезегшде улпалар курылысымен (басты жагдайда судын мелшерше) жэне толкындард^1н жшлтмен аныкталады.
ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1
1 Адибаев Б.М., Абирова М.А., Алмабаева Н.М. «Биофизика» 1 том. - Алматы: 2014. - Б. 76-84.
2 Блохина М.Е.,Мансурова Г.В. «Руковоство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике». - М.: Дрофа, 2001. - С. 178-195.
Н.М. АЛМАБАЕВА, Б.М. АДИБАЕВ, Г.Е. БАЙДУЛЛАЕВА, А.О.БОПАНОВА
Казахский Национальный Медицинский Университет им. С.Д.Асфендиярова
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ
Резюме: Под влиянием электрического тока в организме происходит движение заряженных частиц, появляются поляризация и ткани нагреваются (тепловой эффект). Постоянный и переменный ток с частотой 105 Гц и ниже для организма являются опасным. Негативное влияние на организм характеризуется действием тока. Ключевые слова: постоянный ток, переменный ток, частота, поляризация
N.M.ALMABAEVA, B.M.ADIBAEV, G.E.BAIDULLAEVA, A.O.BOPANOVA
Asfendiyarov Kazakh National Medical University
EFFECT OF ELECTRIC CURRENT ON A LIVING ORGANISM
Resume: Under the influence of an electric current in the body is the motion of charged particles appear polarization and tissue heat (thermal effect).
Direct current and alternating current current with a frequency of 105 Hz and below are dangerous for the body. Negative impact on the body characterized by the action of the current.
Keywords: Direct current, alternating current, frequency, polarization
УДК 61:549.21.004.14
С.Х. ИЗМАЙЛОВА, Б.Ж. КАСЕНОВ
КазНМУ им. С.Д. Асфендиярова
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ В МЕДИЦИНЕ
Развитие нанотехнологий внесло существенные коррективы в биомолекулярные исследования. Во всем мире все активнее прорывные наноразработки внедряются в разных отраслях медицины [1]. Нанотехнология начала развиваться на основе научных открытий, в которых изучались объекты крупнее молекулы, но меньше одного микрона. Объекты больше одного микрона видны в световой микроскоп. Кроме того, нанотехнология имеет дело с веществами, которые проявляют свои уникальные свойства в нанограммовых концентрациях. Ее уникальность заключается в том, что именно наноструктуры обладают совершенно новыми, ранее не известными свойствами.
В середине девяностых годов прошлого века резко возрос интерес к наноразмерным частицам, что дало толчок к появлению новой междисциплинарной области в науке и технике, включающей в себя разделы физики, химии и биологии [2-4]. Нанотехнология - высокотехнологичная отрасль, направленная на изучение и работу с атомами и молекулами. Структурный наноуровень - не просто один из уровней размерности дисперсных систем, это уровень особой структурной организации вещества, его перехода в принципиально новое качество с новыми свойствами. Приставка нано (от греч. "nannos" - "карлик") означает одну миллиардную (109) долю какой-либо единицы чего-либо.
До недавнего времени было известно, что углерод образует три аллотропных формы: алмаз, графит и карбин. Графит обладает слоистой структурой (рисунок 1). Каждый его слой состоит из атомов углерода, ковалентно связанных друг с другом в правильные шестиугольники. Соседние слои удерживаются вместе слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами. Поэтому они легко скользят друг по другу. Примером этого может служить простой карандаш когда проводим графитовым стержнем по бумаге, слои постепенно "отслаиваются" друг от друга, оставляя на ней след.
Рисунок 1 - Структура графита
Алмаз имеет трехмерную тетраэдрическую структуру. Каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя другими. Все атомы в кристаллической решетке расположены на одинаковом расстоянии (154 нм) друг от друга. Каждый из них связан с другими прямой ковалентной связью и образует в кристалле, каких бы размеров он ни
был, одну гигантскую макромолекулу (рисунок 2). Благодаря высокой энергии ковалентных связей С-С алмаз обладает высочайшей прочностью и используется не только как драгоценный камень, но и в качестве сырья для изготовления металлорежущего и шлифовального инструмента.
