Биофизические характеристики тканей человека - Березовский В.А.
ISBN 5-12-001374-0
Скачать (прямая ссылка):
Острая экзема 101,6 91,7 1.11
Токсикодермия 115,1 76,1 1,51
Дерматит 110,8 86,1 1,29
Пораженные участки кож и
Острая экзема 323,4 221,8 1,46
Токсикодермня 195,6 126,9 1,54
Дерматит 205,2 165,3 1.24
9. ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В БИООБЪЕКТАХ
Согласно определению Л. А. Блюменфельда, «...биофизика есть часть биологии, имеющая дело с физическими принципами построения и функционирования некоторых сравнительно простых биологических систем, ио рассматривающая их как нечто данное и ие занимающаяся непосредственно вопросом их возникновения и эволюции» [8]. Более радикален М. В. Воль-кенштейн: «Биофизика есть физика живых организмов» [16].
Значительный экспериментальный и теоретический материал, накопленный биологией, биохимией и биофизикой к настоящему времени, свидетельствует о том, что в биологических системах, тканях, структурах в тех или иных условиях реализуются известные физике эффекты.
Электрические флюктуации (шумы) — хаотические изменения потенциалов, токов, зарядов в электрических цепях, обусловленные дискретной природой электричества и тепловым движением носителей электрическог о заряда, а также случайными изменениями макроскопических параметров элементов цепей [76]. Тепловой шум обусловлен тепловым движением носителей заряда, имеет равномерный, вплоть до очень высоких частот, спектр. Дробовой шум определяется статистическим характером движения носителей зарядов, внешними электрическими полями, взаимодействием носителей друг с другом [46]. Фликкер-шум — специфическими флюктуациями, спектр которых имеет вид 1 If и лежит в области частот ниже 100 Гц. Необходимое условие существования фликкер-шума — прохождение постоянного тока через образец [46, 94]. Электрические флюктуации наблюдаются на искусственных н биологических мембранах (рис. 9.1). Спектральные характеристики флюктуаций мембран в порядке возрастания их интенсивности располагаются следующим образом: тепловой шум < дробовой шум < фликкер-шум [46]. Установлено, что дробовой шум связан с «открыванием» и «закрыванием» ворот ионных каналов [46]. Наблюдаются также флюктуации потенциалов покоя и действия нервных волокон [85, 97], а также рецепторного потенциала тельца Пачнни [51].
Описана так называемая местная биоэлектрическая реакция [20], заключающаяся в том, что прохождение постоянного тока между двумя любыми точками мышечной ткани организма человека, находящегося в состоянии полного механического покоя, вызывает на этом участке ткани напряжение флюктуационного характера, которое зависит от плотности тока (рис. 9.2).
Эффект выпрямления (вентильная проводимость). При электрическом токе прямой полярности проводимость образца на один или несколько порядков превышает проводимость при токе обратной полярности, т. е. происходит пропускание тока практически в одном направлении [26]. Эффект обнаружен на пленках рибосом кишечной палочки Escherichia coli, тутового шелкопряда [48], на мембране аксона, нервного и мышечного волокон [68] и, по-видимому, характерен для всех искусственных и биологических мембран [41, 54, 60, 68, 90]. Электропроводность кровн при прохождении тока по направлению кровотока больше, чем электропроводность крови при прохождении тока против кровотока [ 1]. Эффект используется для
Рис. 9.1. Ток утечки (/), а также кальциевый (2) и бариевый (3) токи через участок мембраны моллюска Helix ро-matia площадью 30 мкм2 (поддерживаемый на мембране потенциал — 40 мВ, тестирующий потенциал 15 мВ для бариевого тока и 25 мВ для кальциевого тока; при измерении токов утечка компенсировалась; оценка вклада одиночного канала по флюктуациям для бария I — 0,25 ± 0,6 х X Ю~'2 А, для кальция t = 0,1 X X Ю-12 A) [43J
50нс
Рис. 9.3. N-образная вольт-ам-перная характеристика мембраны трабекул предсердия лягушки [35]
Рнс. 9.2. Зависимость флюктуации (М ± т) напряжения V от плотности тока /, пропускаемого через мышечную ткань наружной стороны левого предплечья при расстоянии между электродами 2—3 см и нх площади
0,126 см2 [20]
объяснения механизма действия электромагннтиых волн различных диапазонов иа биообъекты [56, 92].
Явление отрицательной проводимости (отрицательного сопротивления, N-образной вольт-амперной характеристики) характерно для структур, обладающих вольт-амперной характеристикой, содержащей участок с отрицательной дифференциальной проводимостью. Структуры с такой характеристикой способны к преобразованию энергии источника питания постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний [17, 32]. Такие биополимеры, как желатин, яичный альбумин, гемоглобин и плазма крови человека, в 10—30 % -ных растворах на депонированной воде имеют N-образную вольт-амперную характеристику [75]. Образцы биополимеров в виде пленок толщиной 8—10 мкм способны к генерации электрических колебаний в диапазоне частот 0,5—910 Гц[75]. Отрицательная проводимость обнаруживается у сухих и набухших зереи пшеницы [65], в биологических (рис. 9.3) и искусственных мембранах [II, 22, 25, 35, 61, 89],
