§ 8. Электрофорез в медико-биологических исследованиях

Метод электрофореза широко используется в медицинских и биологических исследованиях в виде двух методик — макро-и микроэлектрофореза. Макрометод заключается в следующем. Исследуемую дисперсную систему помещают на дно U-образ-ной трубки и наливают сверху в боковые колена буферный раствор, т. е. электрофорез ведут при постоянном значении рН. Между исследуемой системой и буфером должна быть видимая граница раздела. В оба колена трубки опускают электроды, которые подключают к источнику постоянного тока. Создава­емое электрическое поле вызывает движение частичек дисперс­ной фазы, которое можно наблюдать по перемещению границы раздела между исследуемым раствором и буфером с помощью оптических приспособлений. Если исследуемая смесь содер­жит несколько компонентов, то каждый компонент движется со скоростью, пропорциональной величине ^-потенциала. В результате смесь разделяется на ряд фракций. При реги­страции получают кривую с несколькими пиками; высота пиков служит количественным показателем содержания каж­дой фракции.

С помощью описанного метода удается выделить и иссле­довать отдельные фракции белков плазмы крови. Этот метод получил широкое распространение для диагностики многих заболеваний. Электрофореграммы плазмы крови в норме для всех людей почти одинаковы. При патологии они имеют ха­рактерный, причем специфический для каждого заболевания, вид. Следовательно, электрофореграммы могут быть успеш­но использованы как для диагноза, так и для контроля за ходом болезни и нормализацией белкового состава крови (рис. 60).

Метод электрофореза широко используют также для раз­деления аминокислот, антибиотиков, ферментов, антител и других объектов.

Микроэлектрофорез заключается в определении скорости движения отдельных дисперсных частичек, наблюдаемых под микроскопом, снабженным окулярным микрометром.

В настоящее время часто применяется менее точный, но более простой метод электрофореза на бумаге. На полоску специальной фильтровальной бумаги, смоченной буферным раствором, наносят определенное количество исследуемого раствора (рис. 61). Концы этой полоски соединяют через ван­ночки, заполненные буфером, с электродами и источником постоянного тока. При включении тока происходит электрофо-ретическое перемещение компонентов исследуемой смеси. Пос­ле окончания опыта исследуемые вещества в зависимости от величины электрофоретической подвижности и взаимодейст­вия с бумагой располагаются на различном расстоянии от линии нанесения — линии старта. Бумагу высушивают и окра­шивают красителем, проявляющим исследуемые вещества. В дальнейшем разделенные компоненты подвергают количест­венному анализу путем фотометрирования.

Электрофорез на бумаге относится к зональному типу электрофореза. Кроме бумаги в настоящее время использу­ются различные гели — крахмальный или поли акрил амид-ный. Электрофорез в полиакриламидном геле применяется для разделения белков и нуклеиновых кислот.

С помощью методов электрофореза получены важные дан­ные, характеризующие электрохимические свойства биологи­ческих систем. На основании результатов многочисленных экспериментов установлено, что живая протоплазматическая поверхность всегда заряжена отрицательно, т. е. все биологи­ческие поверхности обладают отрицательным электрокине­тическим потенциалом.

Величина ^-потенциала может иметь различные значения для разных клеток. Большое количество работ посвящено изу­чению ^-потенциалов эритроцитов. Для различных млекопи­тающих при рН — 7,4 величина ^-потенциала эритроцитов колеблется от —7 до —22 мВ. У человека она равна —16,3 мВ и является величиной стабильной. Электрохимические свой­ства поверхности эритроцитов отличаются большой стойко­стью. Низкое значение изоэлектрической точки эритроцитов (рНиэт = 1,7), постоянное отрицательное значение ^-потен­циала можно объяснить диссоциацией кислотных групп фос-фолипидов, но не адсорбцией белков и ионов.

Рис. 60. Электрофореграмма плазмы крови:

а — в норме; б — при нефрите.

Рис. 61. Аппарат для низко­вольтного электрофореза на бумаге:

1 — крышка; 2 — бумага для электрофореза; 3 — вода для под­держания влажности; 4 — буфер­ный раствор.

Другие форменные элементы крови изучены значительно меньше. Лейкоциты также имеют отрицательный ^-потенци­ал, однако их электрофоретическая подвижность в два раза ниже, чем у эритроцитов.

По мнению Г. Абрамсона, явление электрофореза наблю­дается при миграции лейкоцитов в воспалительные очаги. При воспалительных процессах происходит разрушение струк­тур с образованием продуктов кислотного характера, в этом случае поверхности тканей приобретают положительный за­ряд и между ними и лейкоцитами возникает значительная раз­ность потенциалов, ускоряющая движение лейкоцитов к вос­палительным участкам.

Большое количество работ посвящено изучению электро-, кинетических свойств бактериальных клеток, ^-потенциал которых изменяется в широком диапазоне —от нуля до не­скольких десятков милливольт. Благодаря изучению зависи­мости ^-потенциала бактерий от рН среды их удалось раз­делить на две группы. К первой относятся бактерии, поверх­ность которых имеет белковую природу, электрокинетический потенциал этих клеток зависит от рН среды; ко второй — бак­терии, поверхность которых состоит из полисахаридов. Заряд клеток в этих случаях обусловлен адсорбцией заряженных частичек. Электрофоретическая подвижность таких клеток практически не зависит от рН среды.

Однако такое деление довольно условно, поскольку свой­ства поверхности бактериальных клеток могут изменяться при изменении внешних условий существования. Так, например, ^-потенциал золотистого стафилококка при обычных условиях культивирования остается постоянным при изменении рН среды.

В последнее время разрабатываются и внедряются в практи­ку различные виды электрофореза — иммуноэлектрофорез, диск-электрофорез, изотахофорез и др. Эти разновидности электрофореза помогают решать многие медико-биологические задачи как препаративного, так и аналитического характера.

УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ