Сабақ. Биологиялық мембранының ҚҰрылысы және оның Қызметі. ЖАСАНДЫ Биологиялық мембрана. Сабақ жоспары Биологиялық физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы
жүктеу/скачать 11,48 Mb.
|
1 -15 сабақтар МБФ 2018
- Бұл бет үшін навигация:
- Шешуі
- Сабақ мақсаты
- Дарсанвализация.
| Есептерді шығару үлгісі
Толқын ұзындығы λ=1,2310-2 нм болатын тежеулік рентген сәулесін алу үшін рентген түтігіне қандай кернеу беру керек? Шешуі: Тежеулік рентген толқын ұзындығы мына теңдеумен сипатталады: min = 1,23/U, өрнектегі-min өлшем бірлігі нанометр (нм), кернеу U кВ өлшенеді. Сонымен өрнектен кернеудің шамасы: U = 1,23/min. U = 1,23/1,23 10-2 = 102 кВ = 100 000 В . Жауабы: 102 кВ. Кернеуі 20 кВ сәйкес келетін тежеулік рентген толқын ұзындығын есепте ? Шешуі: Тежеулік рентген толқын ұзындығы мына теңдеумен сипатталады: min = 1,23/U, сондықтан min = 1,23/20 = 0,06 нм. Жауабы: 0,06 нм. 13 сабақ. ЭЛЕКТРЛІК ФАКТОРЛАРДЫҢ АҒЗАҒА ӘСЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ МЕДИЦИНАЛЫҚ ҚҰРАЛДАРДА ҚОЛДАНУ Сабақ жоспары: 1. Тұрақты токтың биологиялық объектіге әсері. 2. Гальванизация және электрофорез аппараты. 3. Айнымалы токтың биологиялық объектіге әсері. 4. Жоғары жиілікті(ЖЖ), ультра жоғары жиілікті (УЖЖ), аса жоғары жиілікті(АЖЖ) токтардың биологиялық объектіге әсері. 5. ЖЖ токтың жылулық және жылулық емес әсері. 6. ЖЖ,УЖЖ, АЖЖ- терапия түрлері. 7.Электрохирургия. Сабақ мақсаты: түрлі физикалық факторлардың сипаттамаларымен, олардың ағзаға әсері және медициналық құралдарда қолдануды қарастыру. Лекцияны тұрақты ток туралы түсініктен бастайық. Мектеп физика курсынан белгілі тұрақты ток деп электр өрісі әсерінен зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысын айтады. Мұндай зарядталған бөлшектер ретінде металлдарда электрондарды, ертінділерде оң және теріс зарядталған иондарды, ал биологиялық объектілерде түрлі зарядталған бөлшектер (иондар, молекулалар және т.б.) саналады. Биологиялық объектілерде «таза» электрондардан тұратын өткізгіштік болмайды, өйткені биологиялық орта диэлектрике де, электролит ертіндісіне де тән қасиетке ие. Мысалы, қан, цитоплазма және ұлпа аралық ертінділер электролитке жатады. Қан плазмасының 0,32 % ас және басқа тұздардан, 6-7 % ақуыздан тұрады. Осыған қарап, еркін иондары көп биологиялық ортаның меншікті кедергісі төмен болады деп жорамалдауға болар еді. Бірақ, жүргізілген тәжрибелер нәтижесінде цитоплазманың тұрақты ток бойынша меншікті кедергісі 1Ом×м - 3 Ом×м аралығында болатындығы анықталды, ал ұлпалардың меншікті кедергісі 10 кОм нан 100 кОмға дейін жетеді. Биологияық ортаның кедергісінің мұндай жоғары болуына цитоплазма құрамында электролитпен қатар майлар мен ақуыздардың да болатындығы және жасуша мен ұлпаның электрлік кедергісіне жасуша мембранасының үлкен әсері бар. Электр тоғын жұлын сұйықтығы, қан, лимфа өте жақсы өткізсе, ұлпа, бауыр, өкпе ұлпасы орташа өткізеді. Май, тері қабаты мен сүйек етінің электрлік кедергісі өте жоғары, соған сәйкес электр тогын өткізуі де нашар. Биологиялық ортаның кедергісіне сыртқы факторлардың да әсері бар, мысалы, сулы-дымқыл терінің кедергісі құрған теріге қарағанда төмен, сондай ақ терінің түрлі зақымдануы (жырылып кету, күйік) тері кедергісін көп төмендетеді. Ішкі мүшелер мен ұлпалардың құрамы бір текті емес. Соның салдарынан, адам денесіне бектілген екі электрод арысындағы ток негізінен теріден өтіп, ұлпа аралық сұйықтық, қан тамырлары, нерв талшығы бойымен тарайды. Тұрақты токтың физиологиялық әсері жасуша мен ұлпаны толтырып тұрған электролиттердегі процестерге де байланысты. Егер адам денесіне орнатылған екі электрод арқылы күші өте аз ток өткізсек, онда электрод астындағы дене бөлігінің ептеп ашығандығын, егер ток күшін артырсақ онда терінің күйгендігін байқаймыз. Бұл құбылыс цитоплазма мен жасуша аралық сұйық құрамындағы көп мөлшердегі натрий мен хлор иондары екінші реттік реакция нәтижесінде электрод орналасқан аймақта HCl және NaOH қышқылдарын пайда етеді және олардың теріге әсер етуі нәтижесінде тері күйеді. Электр тогымен емдеуде мұндай құбылысты болдырмау үшін металл электрод пен тері арасына физиологиялық ертіндіге малынған марлі салады, ал биоэлектрлік өлшеулер жүргізуде поляризацияланбайтын электрод қолданады. Медициналық практикада көбіне қорғасыннан жасалынған электрод қолданылады. Мұндай электродтардың жұмсақ болуы, олардың адам денесіне әсер ететін аймақтың пішінін жеңіл қабылдауына мүмкіндік береді. Егер электрод адам денесінің тек бірнеше нүктесіне ғана тиіп тұрса, ондай нүктелердегі ток тығыздығы артады да ол нүктелер күйеді. Қорғасының ауыр иондырының қозғалғыштығының өте төмен болуы, әлсіз ток әсерінен олардың адам ағзасына енуіне жол бермейді. Ұлпадағы иондардың қозғалу жылдамдығы оған әсер ететін электр өрісінің кернеулігіне тура пропорционал: v = b∙E = b∙U/d. Мұндағы b ионның қозғалғыштығы, U= φ1 - φ2 кернеу немесе потенциалдар айырымы, d потециалы φ1 және φ2 (потенциал айырымы) болатын екі нүкте ара қашықтығы деп аталады. Ионның қозғалғыштығы сан жағынан электр өрісінің кернеулігі 1 В/см болатын ортадағы ионның орташа жылдамдығына тең шама. Ионның қозғалғыштығы ионның түріне және ортаға байланысты болады, төмендегі кестеде кей иондардың сулы ортадағы козғалғыштығы берілген:
Иондардың қозғалғыштығының әр түрлі болуы, оларды бір бірінен ажыратуға, ортадағы концентрациясының әр түрлі болуына және сол ортада көлемдік зарядтардың пайда болуына мүмкінді береді. Тұрақты электр өрісі диполдық молекулаларды кеңістікте белгілі бір ретпен орналасуына әсер етеді, яғни диполдық молекулалардың поляризациясы орын алады, сонымен қатар диполдық қасиеті жоқ молекулалардағы электрондарға әсер етуі салдарынан оларда электрондық поляризация орын алады, яғни молекуладағы электрондар бір бағытта(жаққа) жиналады. Бұл құбылыстар ұлпадағы иондардың шамасының өзгеруіне алып келеді. Жалпы ағзаға әсер еткен тұрақты тоққа ағзаның физологиялық жауабы осындай электрокинетикалық құбылыстардың нәтижесіне тікелей байланысты болады. Төменде осындай құбылыстың бірін қарастырайық. Жасуша және ұлпа арқылы өткен тұрақты ток оларды тітіркендіреді, соның нәтижесінде ауырсыну пайда болады, егер ток шамасы белгілі бір шамадан артса, онда жасуша мен ұлпа зақымданады. Мұндай құбылыс жасушада поляризациялық эффектінің орын алуынан деп саналады. Жасуша арқылы тұрақты ток өткенде оның ішінде қарама қарсы беттерінде оң және теріс зарядталған иондар жиналады, егер олардың концентрациясы белгіл бір шамаға жетсе жасушаның қозуы, ток шамасы артса жасаушының тесілу мүмкін. Жасуша арқылы өткен ток тығыздығы артқан сайын бұл құбылыс күшейе түседі. Әлсіз токтарда жасушаның тесілу немесе қозу құбылысы байқалмайды, өйткені жасушының қарама қарсы беттерде жинақталған аз мөлшердегі иондарды жасушадағы жылулық қозғалыс әр жаққа таратып (шашыратып) жібереді. Сонынмен, ұлпаның электр тогы әсерінен тітіркенуі ток белгілі бір шамаға жеткенде байқалды, егер ток шамасы тітіркенуі табалдырығынан кем болса, онда тірі азға токтың әсерін байқамайды. Тұрақты токтың әсері оның шамасымен қатар әсер ету уақытының ұзақтығына да байланысты. Ток шамасы үлкен болған сайын әсер ету уақыты қысқа болуы тиіс, не керісінше. Егер токтың әсер ету уақыты өте қысқа болса, ұлпадағы, жасушадағы иондардың инертілігі әсерінен олар өте аза орынға қозғалады немесе қозғалып үлгермейді, нәтижесінде ұлпаның тітіркенуі өте әлсіз болады. Ұлпаға әсер ету тоғы IТ мен кернеуінің UТ табалдырықтық(шектік) мәні мен әсер ету уақытының t ұзақтығы арасындағы байланыс Вейс өрнегімен сипатталады: IТ = a/t + b және UT = A/t + B мұндағы А,В, а,b - эмпирикалық тұрақтылар. Өрнектегі b немесе В ұзақ уақыт әсер ету нәтижесінде денені тітіркендіретін ток пен кернеудің табалдырықтық (шектік) мәні. Бұл шамаларды реобаза деп атайды. Екі реобазаға (2В) тең t уақытқа сәйкес келетін тітіркендіру тогын хронаксия деп атайды (1 сурет).
Ток шамасы төмен тұрақты токтардың терапиялық әсері бар. Осындай токпен емдеуді гальванизация деп атайды. Бұл әдіс тұрақты токты гальваний деп аталған ХІХ ғасырдан бері қолданылуда. Электрод орналасқан аймақтағы теріден өткен тұрақты токтың әсерінен пайда болған тітіркендіру, нерв талшығы арқылы тарап ішкі мүшеге жетеді. Соның әсерінен мүшедегі зат алмасу процесі мен оның функционалдық қабілеті өзгереді. Тітіркендіруге жауап ретінде ағза капиллярлары кеңиді, мембрананың өткізгіштігі өзгереді, жасуша мен ұлпадағы электролиздік құбылыстар физиологиялық белсенділігі жаңа заттар түзейді. Мұндай әдіс кезіндегі токтың жылулық әсері өте төмен, өйткені ток тығыздығы аз 0,5 мА/см2 , сондықтан ток өткен ортада бөлінетн джоуль жылуының шамасы да аз болады. Гальванизация кезіндегі әсер ететін ток шамасы адам денесінің ток әсер еткен аймағына тікелей байланысты болады:
Емдік мақсатта тұрақты токты электрофорез деген әдісте қолданады. Электрофорез деп тұрақты токтың көмігімен тері немесе шырышты қабат арқылы дәрілік заттарды ағзаға ендіруді атаймыз( 2-сурет). 2- сурет. Электродты денеде орналастыру әдістері. Ол үшін электрод астына, дәрілік зат ертіндісіне малынған марліні қояды. Электродтың таңбасы денеге ендірілетін дәрілік зат ионы таңбасымен сәйкес келуі тиіс, яғни катод арқылы аниондар (иод, гепарин, бром, т.б.), анод арқылы –катиондар(натрий, кальций, новокаин, т.б.). Иондардың қозғалғыштығы аз болғандықтан электрофрез өте ұзақ уақытқа созылады. Егер электродтар дененің бір бетінде орналасса, онда осы бетте орналасқан ұлпаларға, ішкі мүшелерге дәрілік заттар жеткізіледі, егер электродтар дененің қарама қарсы беттерінде орналасса, онда терең жатқан ұлпалар мен мүшелерге дәрілік заттар жеткізіледі. Енді айнымалы токтың тірі ағзаға әсерін қарастырайық. Медицинада айнымалы токтарды жиіліктері бойынша мындай түрлерге бөледі; Төменгі(дыбыс) жиілік 20- 20000 Гц Ультрадыбыстық жиілік 20000 Гц- 100 кГц Жоғары жиілік 100 кГц- 30 МГц Ультра жоғары жиілік 30-100 МГц Аса жоғары жиілік 100 МГц- 1000 МГц Қиыр шеткі жиілік 1000 МГц- 3000 МГц Жүргізілген түрлі эксперименттер жануарлар мен адамдарға, барлық тіршілік әлеміне электр және магнит өрістерінің (ЭМӨ) әсер ететіндігін көрсетті. Айнымалы токтардың биологиялық объектілермен әрекеті нәтижесінде өрістерінің энергиясы негізінен әсер етуші объектіде жылу тұрінде бөлінеді екен, ал 100 кГц жоғары жиіліктегі токтардың тітіркендіргіш әсері толығымен жоғалады. Мұндай жиіліктегі токтарды иондық каналдардың қақпалары сезбейді, соның әсерінен жасушаның иондық құрылымында өзгеріс болмайды. Токтың бірінші реттік әсері биологиялық жүйеде жылу түрінде байқалады. Жоғары жиілікті ток әсерінен ұлпада бөлінетін меншікті жылу мөлшері мына өрнекпен сипатталады q=j2r, мұндағы j- ұлпадағы ток тығыздығы, r- ұлпаның меншікті кедергісі. Ток күші мен оның тығыздығы ұлпаның импедансына тәуелді, ал ол өз кезегінде ток жиілігіне тәуелді. Олай болса, ұлпада бөлінетін жылудың шамасын ток жиілігін реттеу арқылы қол жеткізуге болады. Жоғары жиілікті токтың ұлпада бөлінетін жылуының денені жай қыздырудан артықшылығы: Жылу ағзаның ішінде пайда болады, жылу ағзаға тері арқылы жеткізілмейді; Ток жиілігін реттеу арқылы қажетті ұлпаны жылытуға болады; Генератордың қуатын ретету арқылы бөлінетін жылу мөлшерінің дозасын өззгертуге болады. Жиілігі төмен 10 МГц дейінгі токтар тарайтын ұлпаны өткізгіш ретінде қарауға болады және ондай ортадағы ЭМӨ энергиясының жылуға айналуын Джоуль жылу түрінде санаған дұрыс, ал УЖЖ, АЖЖ және ҚЖЖ тарайтын ұлпаны өткізгіш ретінде қарастыруға болмайды, өйткені ортаның тангенс бұрыштық шығыны (ЭМӨ энергиясының жылуға айналатын бөлігінің көрсеткіші) азаяды. Мұндай жиіліктердегі ЭМӨ әсерінен пайда болатын жылу ортаның диэлектрлік қасиетіне және ортаның электрлік параметріне тәуелді болады. Түрлі ұлпадағы иондар құрамы мен полярлы молекулалардың мөлшері әр түрлі болуы себепті, бірдей ЭМӨ әсерінен мұндай орталарда әр түрлі мөлшердегі жылу бөлінеді. АЖЖ және ҚЖЖ ұлпаға енуі қабілеті олардың жиілігіне байланысты, жиілік жоғары болған сайын толқынның енуі төмендейді, осыған сәйкес ұлпаға ену тереңдігі ЭМӨ толқын ұзындығының 0,1 үлесіне тең. ЖЖ токтың әсерінен биологиялық ортаның қызу дәрежесі ұлпаның жылу реттегіштік қабілетіне де байланысты. Мысалы, қанның жылу сиымдылығы жоғары және ол берілген жылуды тез таратып жібереді, ал қан тамырлары аз ортада жылудың басқа жаққа қарай таралуы кем, сондықтан қан тамырлары аз(көз, ұрық қалта) мүшелер жылдам қызады. Жүргізілген зерттеулер ЭМӨ әсерінен ұлпалардың қызуы өріс кернеуліктері өте жоғары болғанда, яғни жоғары жиілік (ЖЖ) өрісінің кернеулігі 106 В/м, аса жоғары жиілік (АЖЖ) үшін 100 В/м болғанда байқалатындығын көрсетті. Мұндай өрістердің интенсивтілігі табиғи өрістерден көптеген есе артық, сол себепті оларды терапиялық мақсатта кеңінен қолданады. Көп уақытқа дейін табиғи электромагниттік өрістер (ЭМӨ) мен радиофондардың тірі ағзаға әсері жоқ деп саналатын. Соңғы жылдары табиғи және әлсіз ЭМӨ-ді өте қарапайым бір жасушалы тіршілік түріннен бастап, күрделі сүт көректілерге дейін сезгіш келетіндігі анықталып отыр. Мұндай өрістер тірі ағзада жылулық әсер туғызбайды, олар орталық және вегетативтік нерв жүйесіне әсер етіп, ағзаның физиологиялық жүйесінде функционалдық өзгерістер туғызады. Мұндай өзгерістерге жүрек соғысының бұзылуы, қан қысымының өзгеруі, зат алмасу үрдісінің және т.б. бұзылыуы мен өзгерулерін жатқызуға болады. Нақтылай айтсақ, адамның көру, есту және сезіну қабілетінде өзгерістер орын алады, ал жануарлар дүниесінің эмоционалдық күйі қатты күйзелістен қозу күйіне дейін өзгеруі мүмкін. Мысалы, адамға жиілігі 425, 1310 және 2982 МГц электромагниттік өріспен әсер еткенде олар шуыл, ысқырық, тақылдаған тәрізді «дыбыстарды» сезінеді. Бұл экссенсорлық қабылдауға жатады, мұндай «дыбыстарды» адам есту мүшелері арқылы қабылдамайды, бұл «дыбыстар» адам миы нейрондарының өрісіне сыртқы ЭМӨ әсер етуі нәтижесінде пайда болады. Жоғары жиілікті ток (ЖЖТ) жылулық әсермен қатар «ерекше» әсерлері де бар. ЖЖТ «ерекеше әсері деп ағзадағы эритроциттердің, лейкоцитердің және басқа да жасушылар мен бөлшектердің электр өрісі бойымен орналасуын, сонымен қатар жасушының макромолекулаларының поляризацияланған бүйір шыбықтарының өріске сәйкес орналасуын және т.б. атайды, бірақ бұл құбылыстың механизмі әлі толық зерттелмеген. Енді айнымалы электромагниттік токтар мен өрістерді терапияда қолдануды қарастырайық. Дарсанвализация. Жиілігі 110 кГц, ток шамасы 0- 0,02 мА, кернеуі 25-30 кВ, пішіні қоңырау тәрізді, 50 Гц жиіліктегі токпен модуляцияланаған, ұзақтығы 50-100 мкс болатын импульсті токпен адам ағзасының кейбір аймақтарын емдеуді дарсонвализация деп атайды. Бұл әдісте, шыны электродтағы сиретілген ауа арқылы өткен жоғары жиілікті токтың әсерінен, емделетін дене аймағы мен шыны электрод беті арасындағы жұқа ауа қабатында тәжді разряд пайда болады (31- сурет). Разряд кезінде пайда болатын ұшқынның шамасы шыны электрод пен емделетін дене арасындағы ауа қабатынаның қалыңдығына байланысты, ауа қабаты жұқарған сайын разряд шамасы болар болмас ұшқыншадан, үлкен ұшқынға дейін өседі. 3- сурет
Дарсонвализация кезінде ағзаға әсер ететін негізгі емдік фактор болып ұлпа арқылы өткен жоғары жиілікті ток пен электрлік разрядты жатады. Аталған әдісте қолданылатын тербеліс жиілігінің өте жоғары болуы, пайда болатын токтың бір бағыттағы әсерінің өте әлсіз болуына алып келеді, соның себебінен мембрана қабаттарында жиналатын иондар жасушаны қоздыруға жеткіліксіз болады. Сонымен қатар өте аз уақыт ішінде бағытын үздіксіз өзгертетін мұндай ток әсерінен иондар тербеліске түсіп, ортада өте аз мөлшерде жылу пайда болады. Тәжді, әсіресе ұшқынды разрядтар кезінде аз мөлшерде пайда болатын жылудың әсерінен ғөрі, электр разрядының тітіркендіргіш әсер әлдей қайда басым. Осындай құбылыстардың (аз жылу мөлшері, электрлік разряд) әсерінен дарсанвализация аймағындағы артериол мен капиллярлардың кеңуі байқалады, қан айналысы күшейеді, тері қабаттарында гиперемия көрініс табады. Дарсонвализация әдісімен Рейно, аяқ вена тамырларының варикозын, нейродермиттерді, трофикалық жараларды т.б. ауруларды емдейді. Мұндай емдік шараларды Искра-1, Вихрь-1 құралдарымен іске асырады (4 сурет). жүктеу/скачать 11,48 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|