1.1

Биологиялық мембрананың қызметтері және негізгі қасиеттері.

Жасуша құрамындағы  заттар сыртқы ортадан биологиялық мембрана арқылы бөлінеді.  Жалпы, биологиялық мембрананың не екеніне тоқталмас бұрын мембрана жөнінде түсінік беріп кетейін. Мембрана (лат. membrana – қабықша) - цитоплазманың тірі бөлігі. Ол протопластты жасушаны қоршайтын ортадан бөліп тұрады, органеллалардың сыртқы шекарасын және олардың ішкі құрылымын түзеді. Барлық мембраналарға тән қасиет – олардың тұтастығы, тұйықтылығы. Цитоплазмадағы мембраналық элементтердің мөлшері клетканың типіне, атқаратын қызметіне қарай сипатталады. Кейбір жағдайда мембрана цитоплазманың құрғақ затының 90%-ын түзеді.   Биологиялық мембраналардың негізгі қасиеттерінің бірі – олардың жартылай өткізгіштігі. Кейбір заттар олардан өте баяу, ал кейбіреулері ерітіндінің қоюлығына қарамастан жеңіл өтеді. Мембраналар  суда жақсы еритін заттардың көпшілігінің клеткаға еркін өтуіне кедергі жасайды. Сөйтіп, цитоплазманың және оның органеллаларының химиялық құрамын сақтайды. Мембраналар жеке ферменттердің және олардың кешендерінің цитоплазмада қалыптасып, клетканың тіршілігіне қажетті ең негізгі үрдіс – химиялық реакциялардың ретімен жүруін қамтамасыз етеді. Заттардың белсенді тасымалдануы, иондар мен молекулалардың жасушаға биологиялық мембрана арқылы өтуі энергияның жұмсалуы арқылы жүреді. Оны арнайы тасымалдаушы нәруыздар жүзеге асырады.

Биологиялық мембрананың  атқаратын қызметін түсіну үшін, оның құрылысы жөнінде айта кетейін. Жасуша  сыртқы ортадан биологиялық мембрана қабатымен қорғалған. Сыртқы мембранасының (75 А° шамасындай) сыртқы және ішкі екі қабаты белоктардан, ал үшінші ортаңғы қабаты майлардан құралған саңылаулармен бөлінген. Гликолипидтер, фосфолипидтер, сульфолипидтер және изопреноидтар (каротин мен ксантофилл) — өсімдіктердің клетка мембранасының липидтері болып табылады. Едәуір мөлшерде стериндер де кездеседі. Хлоропластарда галактолипидтер мен фосфатидилглицериннің болатындығы анықталған. Өсімдік мембраналарындағы белоктар аз зерттелген. Плазмалемманың  атқаратын қызметі су мен басқа  да заттардың клеткаға енуін және одан шығарылуын реттеу болып табылады. Плазмалемма арқылы судың сіңірілуі  және шығарылуы пиноцитоз жолымен жүзеге асады. Заттардың ірі макромолекулалары эндоцитоз жолымен енеді.

  Эритроциттік мембраналар гемоглобин құрамындағы оттегіні өкпеге, теріге, альвеолдарға тасымалдайды. Оның маңызды қызметі эритроцит массасының 95 % ы гемоглоьиннен тұратынына тығыз байланысты. Мембраналарының әсерінен эритроциттер диаметрі 3 мкм болатын жіңішке капиллярлардан оңай өтеді.

Эритроцит мембранасы диск тірізді болып келеді. Оның формасы мен серпімділігі липидтердің,оның ішінде фосфолипидтер ), гликолипидтер және  и холестерин, сонымен қатар, ақуыздармен байланысты. Эритроцит мембранасы құрамына спектрин ақуызы кіреді. Мембрананың негізі  интегралды ақуызбен қоршалған липидті биқабат. Мембрананың 52 % ы олигосахаридтермен қан тобының антигенін түзетін гликопротейн ақуыздырынан  тұрады. Мембрана гликопротеинында сиал қыщқылы кездеседі.  

1.2

Спектрофотометрия. Спектрофотометрлік әдісте аса күрделі құралдар- спектрофотометрлер қолданылады. Осындай құралдар түсті де, түссіз де қосылыстарды талдауға мүмкіндік береді. Бұл әдіс тек қана Бугер- Ламберт- Бер заңы жұту коэффициентінің зерттелуші заттардың концентрациясына тәуелсіздігі заңдылығы толығымен орындалғанда қолданылады.

1.3

Бұлшықеттің биомеханикасы. Бұлшықетті тұтас орта деп қарастыруға болады, яғни бір- бірімен соғылыспай өзара әсерлесетін, сыртқы өрісте болатын, элементтердің көп санынан тұратын орта деп қарастыруға болады. Бұлшықет бір мезгілде серпімділік және тұтқырлық қасиетке ие, яғни тұтқырлы- серпімді орта болып табылады. Осындай орта үшін классикалық механика заңдары қолданылады.

Тұтас орталар механикасының фундаментальді ұғымдары болып табылады: деформация, күштену (ширығу), серпімділік, тұтқырлық, және де энергия мен температура.

а) Серпімділік- күштердің әсерінен денелердің өлшемдері мен пішінін өзгерте алу қасиеті және осыларды сыртқы әсер тоқтағаннан кейін өз еркімен қалпына келтіре алу қасиеті. Денелердің серпімділігі олардың атомдары мен молекулаларының өзара әсерлесу күштерімен анықталады. Сыртқы әсер тоқтағаннан кейін, дене өз еркімен бастапқы қалпына келеді.

б) Тұтқырлық- ортаның ішкі үйкелісі.

в) Тұтқырлы- серпімді- қатты денелер материалының серпімділік пен тұтқырлық қасиеттерін үйлестіруі.

г) Деформация – ұзындықтың салыстырмалы өзгерісі: ,

мұндағы - бастапқы ұзындық, - ұзару мәні, таңбасын өзгертуі мүмкін.

д) Механикалық күштену (ширығу)- материалдың деформациясы кезінде пайда болатын ішкі күштердің өлшемі. Біртекті өзекше үшін : , мұндағы S ~ қима ауданы, F –өзекшеге түсірілген күш.

Серпімді деформация жүктемемен бір мезгілде пайда болып, жоғалып кетеді және ол кезде энергия сәулеленбейді. Серпімді деформация үшін Гук заңы орындалады:

мұндағы Е - Юнг модулі, ол заттың табиғатымен анықталады. Түрлі материалдардың ұзаруы кезінде, жалпы жағдайда . Кішкене ұзаруларда Е=const.

2.1

Мембрана  арқылы заттардың  тасымалдануы. Мембрананың құрылысы.  Мембрана (лат. membrana – жарғақ, үлпек)қалыңдығы 6-11нм жасушаны ішкі ортадан бөліп тұратын майысқақ құрылым. Бұл туралы алғашқы болжамды Дж. Даниели мен Х. Давсон жасады. Ол болжам бойынша, мембрана екі жағынан белокпен қапталған («сэндвич») қосқабат липидтен тұрады. Кейін Дж. Робертсон (1953) ішкі және сыртқы мембраналардың құрылысы бірдей екендігін көрсетті. Қазіргі кезде, көпшілік мақұлдаған, биологиялық мембрананың С. Дж. Сингер және Г.Л. Никелсон (1972) ұсынған сұйықтау – өрнекті үлгісі кеңінен тараған. Бұл модел бойынша мембрананың негізін екі фосфолипидтер құрады, олардың суды сүйетін (гидрофилді) бастары сыртқа, ал судан сескенетін (гидрофобты) құйрықтары ішіне қарай бағытталған.   Мембрананың майлы қабатының 40-90%-ын глицерин немесе сфингозин туындылары, фосфолипидтер алып жатады. Олардың судан сескенетін бастары липид құрамындағы көмірсулар тізбектерін қабаттастырып және ретке келтіріп қатарластырып тұрады. Бұлар сұйық күйде болғандықтан кейбір белоктар (шеткейлі түрлері) қалқып немесе малынып (бірлестіруші түрлері), мембрананың екі бетіне ұштары шығып тұрады. Шеткейлік белоктардың бәрі түгелдей энзимдік (ферменттік) қызмет атқарады. Мембрананың қабылдағыштары мен антитектері бірлестіруші және шеткейлік белоктардан құралған.

Жасушаның ішкі жағынан мембранаға жабысқан белоктар цитоскелет құрамына кіреді. Бірлестіруші  белоктар – ірі молекулалар мен  иондарды іріктеп өткізетін арналардың қабырғасын жасайды. Бұларда мембрана арқылы өтетін тасымалды энергиямен қамтамасыз ететін АТФ-аза ферменті де болады. Белоктар  әртүрлі қызмет атқарады: мембрананың  құрылысын сақтайды, қоршаған ортадан  сигналдар қабылдайды және оларды өзгертеді, биохимиялық реакцияларды бағыттап жүргізеді.

2.2

. Жарықтың шашырауы Жарықтың шашырауы дегеніміз түскен жарықтың әртүрлі бағытта таралуы. Немесе жарықтың шашырауының мәні мынада: ұсақ бөлшектер, молекулалар мен электрондарға шейін, жарықтың әсерінен 2-ші ретті сәулелер сәулелендіре бастайды.

2.3

Өкпелердің вентиляциясын (ауа алмастыруын) қамтамасыз ететін биофизикалық үрдістердің тізбектілігін мынадай сызба түрінде көрсетуге болады:

- дем тарту (алу) сәті: жүйке импульсінің тыныс алу бұлшықеттеріне келуі синапсты (жүйке-бұлшықетті) берілу тыныс алу бұлшықеттерінің қысқаруы кеуде (көкірек) қуысы көлемінің артуы өкпелер көлемінің артуы өкпелердегі қысымның төмендеуі (Бойль—Мариотт заңы бойынша) атмосферадан өкпелерге ауаның сорылуы;

Дем шығару сәті: тыныс алу бұлшықеттерінің босаңсуы (дем тарту кезіндегі қысқарудың ізінше) кеуде (көкірек) қуысы көлемінің кемуі өкпелер көлемінің кемуі өкпелердегі қысымның артуы (Бойль—Мариотт заңы бойынша) өкпелерден атмосфераға ауаның сығып шағарылуы.

3.1

МЕМБРАНАНЫ ЗЕРТТЕУДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ ӘДІСТЕРІ. Оптикалық микроскопия. Жасушаның құрылымын зерттеу оптикалық микроскопты қолданылуымен басталды.

Кәдімгі жарық микроскопиясымен қатар қараңғы өрісті, интерференциялы, фазалы- контрасты, поляризациялық, ультракүлгін, электрондық микроскопия және т.б. кең түрде қолданылады.

Жарық жұмыс істеу принципі жарықтың сыну құбылысына және линзалардың оптикалық жүйесінің көмегімен кескіннің қалыптасуына негізделген. Микроскоптың айыру қабілеттілігі жарықтың толқын ұзындығына, объектив линзаларының сандық апертурасына байланысты болады.

Мембрананың құрылысын кәдімгі оптикалық микроскоппен көру мүмкін емес. Оны түсіну үшін құралдың айыру шегін Z еске түсірейік. Айыру шегі дегеніміз кескіндерін жеке көре алатындай екі нүктенің ең кіші арақашықтығы. Шынында Z тым кіші болса, соғұрлым құрал сапалы болады да, ол өте ұсақ құрылымдарды көруге мүмкіндік береді. Оптикалық микроскоптың айыру шегін өрескел бағалау үшін мына қатынасты пайдаланамыз: ;

Формуладағы орнына көрінетін жарықтың толқын ұзындығының ең кіші мәнін ( ) қойып, айыру шегін аламыз: Z =200 нм.

Бұл шама мембрананың қалыңдығынан 20 есе артық, сондықтан оптикалық микроскоппен мембрананы бақылаудың мәні жоқ. Бұл жарық микроскопының бір кемшілігі.

Сонымен қатар микропроекция мен микрофотография да қолданылуы мүмкін. Осы әдістерде микроскопиялық кескінді алу адамның қатысуымен орындалады және көзде нақты (дәл) кескін алынады. Әдетте кәдімгі микроскоп өздігінен нақты кескін бере алмайды. Бірақ объектіні суретке түсіру (микрофотография) үшін және экранда оның микроскопиялық кескінін проекциялау (микропроекция) үшін нақты кескін алыну керек. Ол үшін объектив (Об) беретін кескінді окулярдың (Ок) фокус аралығынан тыс алысырақ орналастыру керек

Кәдімгі микроскоптың тағы бір кемшілігі оның жеткілікті контрасты кескін бере алмауы.

Ондай кескін алу үшін бекітілмеген жасушаларды зерттеуге мүмкіндік беретін микроскопияның фазалы- контрасты және интерференциялы әдістері қолданылады.

Бекітілген және боялған препараттарды өтетін жарықта бақылау оптикалық микроскопияның кең тараған әдістерінің бірі болып табылады. Осы әдіс жарық өріс әдісі деп аталады (сурет 2 а).

Соңғы уақытта практикаға бекітілмеген және боялмаған объектілерді микроскопиялау әдісі кең түрде енуде. Осындай объектілерді өтетін жарықта бақылау объектінің құрылымдарының элементтері арасында және объект мен қоршаған орта арасында контрастылықтың болмауынан қажетті нәтиже бермейді. Осындай жағдайларда қараңғы өрісте бақылау әдісі қолданылады Қараңғы өрісті микроскопия оптикалық қасиеттері бойынша қоршаған ортадан айырмашылығы бар, жарықты жұтпайтын, жарық өріс әдісімен көрінбейтін мөлдір объектілерді микроскопиялық зерттеу әдісі болып табылады. Осындай объектілерге биообъектілер жатады. Осы әдістің принципінің мәні мынада: объект қисық не қырынан жарық шоғырымен жарықтандырылады. Фазалы – контрасты әдіс. Фазалы- контрасты микроскопия кескіннің контрастылығын күшейтуге негізделген, мөлдір, жарықты жұтпайтын объектілерді микроскопиялық зерттеу әдісі. Бұл әдіс аз контрасты объектілерді бақылау үшін қолданылады. Оның мәні мынада: объект арқылы өткен ауытқымаған жарық фазалы сақина арқылы өтеді, осы сақина объектив линзаларының біріне орналастырылады.

Осы әдіс зерттелетін объектінің түрлі құрылымдары арқылы жарықтың өтуі кезінде пайда болатын фазалар айырмасын қолдануға негізделген. Мөлдір объект арқылы өтетін жарық толқынының интенсивтілігі өзгермейді, бірақ объектінің қалыңдығына, оның сыну көрсеткішіне байланысты болатын фазалар өзгеріске ұшырайды. Мөлдір объектілер дефазаланатын деп аталады. Осындай объектілердің бөліктерін кәдімгі жағдайда көру мүмкін емес. Биофизикалық зерттеулерде

Фазалы-контрасты қондырғылар (пластинкалар, конденсорлар) микроскопқа қосымша қондырғылар болып табылады. Бұл әдісте бояу қолданылмайды, өйткені бояу объектілерге қауіпті әсер етеді.

Ультрамикроскопия Қараңғы өрісті микроскопияның дербес варианты- ультрамикроскопия болып табылады. Өлшемдері микроскоптың айыру шегінен тыс бөлшектерді бақылау үшін осы әдіс қолданылады. Осы әдіспен жұмыс жасайтын микроскоптар ультрамикроскоп деп аталады. Осы кезде объектінің ұсақ бөлшектері жарық шоғырымен қырынан (жанынан, қиғаш) жарықтандырылады, соның арқасында субмикроскопиялық бөлшектер қараңғы фонда жарық нүктелер түрінде көрінеді. Электронды микроскопия (ЭМ) - электрондар ағынының көмегімен объектілердің құрылымын макромолекулалық және жасушааралық деңгейлерде зерттеуге мүмкіндік беретін, морфологиялық зерттеу әдісі болып табылады. ЭМ морфологияда, микробиологияда, вирусологияда, биохимияда, онкологияда, медициналық генетикада, иммунологияда кең түрде қолданыс тапқан.

Мембраналардың құрылысын зерттеу үшін электронды микроскоп қолданылады, оның айыру шегі жоғары жылдамдықпен қозғалатын электрон үшін де Бройль толқынының ұзындығымен анықталады: ;

мұндағы h – Планк тұрақтысы; m – электрон массасы; - электрон жылдамдығы.

Электронды микроскоптың айыру шегі жетуі мүмкін. Электронды микроскоптың айыру қабілеттілігі жарық микроскопынан әлдеқайда үлкен. Жарық және электронды микроскоптардағы сәулелер жолы жалпы бірдей. Бірақ электронды микроскоптарда жарық шоғырының орнына электрондар ағыны қолданылады, ал линзалардың ролін- электростатикалық және электромагниттік өріс атқарады.

Мембраналарды зерттеу үшін мұздату (қатыру)- кесу және мұздату- уландыру әдістері қолданылады. Жіңішке кесілген бөлік алу кезіндегідей, препараттарды (ұлпа тілімін) қандайда бір зақымданушы әсерге шалдықтырмай, жылдам қатырады. Препараттарды дайындау бірнеше бөліктен тұрады.

Ұлпа тілімін мұздатылған суық агенттерге салады (пропан, изопентан не фреон). Терең вакуумде жасушаның суспензиясы болып табылатын үлгіні пышақтың көмегімен төменгі температурада (-100 ⁰С) кеседі. Пышақтар шыныдан не алмаздан жасалады. Алмазды пышақтарды ұзақ қолдануға болады, бірақ қымбат тұратындықтан олардың орнына шыны пышақтар қолданылады. Кескен кезде үлгі арқылы өтетін кесік пайда болады. Кесіктің жазықтығы мембрана арқылы өткенде, мембрана орта бөлігінен екі бөлікке бөлінгендігі байқалған. Кесіктің пайда болған жазықтықтарында мембрананың ішкі бөлігі көрінген

3.2

Жарықтың жұтылуы. Бугер заңы

Жарықтың жұтылуы дегеніміз түскен жарықтың энергиясының энергияның басқа түріне айналуы нәтижесінде жарық интенсивтілігінің әлсіреуі

3.3

Дем шығарған кезде өкпелерді бәсеңсуге мәжбүр ететін өкпелердегі серпімділік күші өкпелердің созылғыштық күші (ӨСК) деп аталады. Оның екі негізгі құраушысы бар.

Біріншіден, өкпе тіндеріне серпімділік қасиеттер тән (олар тек құраушылардың серпімділік коэффициентіне ғана байланысты емес, сонымен қатар өкпелердің қанмен толу дәрежесіне, бірыңғай салалы бұлшықет талшықтарының тонусына т.б. байланысты).

ӨСТ-ң екінші құраушысы беттік керілу күші болып табылады, ол альвеолды газ қоспасы мен сұйықтық қабатымен жайылған альвеолалардың ішкі бетінің арасындағы шекарада пайда болады. Беттік керілумен жасалған қысым Лаплас формуласымен есептеледі: ,

мұндағы r - альвеоланың радиусы; - беттік керілу коэффициенті.

Осы қысымның әсерінен альвеоладағы сығылған газдар альвеоланы тастап кетуге және тыныс алу жолдары арқылы сыртқа шығуға тырысады. Альвеоланың орташа радиусы 100—150 мкм- ді құрайды, ал дем тартқандағы беттік керілу коэффициенті ( ) шамамен құрайды.

Ендеше беттік керілумен анықталатын қысым дем тартқанда 800 Па-ға жетеді. Дем шығарудың барлық энергиясының 50%-дан 70%-ға дейінгі шамасын осы қысым қамтамасыз етеді. Екінші бөлігі (30—50%) өкпе паренхимасының (тін), ауа жолдарының, кеуде тіндерінің деформациясы кезінде пайда болатын серпімділік күшіне келеді. Өкпе паренхимасының (тін), ауа жолдары қабырғаларының, кеуде тіндерінің деформациясы кезінде пайда болатын серпімділік күшінің деформация шамасына тәуелділігі сызықтық функциялармен өрнектеледі. Серпімділік көбінесе тыныс алу (дем алу) кезінде өкпе паренхимасында созылатын созылғыш талшықтармен анықталады. Осы жағдайда толқын түрінде босаңдау орналасқан коллаген талшықтары созылмайды, тек қана түзеледі. Олардың міндеті беріктілікті қамтамасыз ету (өкпе тінінің қатты созылуы кезінде).

Өкпенің құрғақ массасы 20% коллагеннен және 5 —12% эластиннен тұрады. Өкпе паренхимасының минимал бұзушы кернеуі Па-ды құрайды, ал қақыштық шегі Па.

Өкпелер өздерін пластикалық денелер сияқты ұстайды.

Қысқарушы тыныс алу бұлшықеттерінің энергиясы кеуде мен өкпенің созылғыштық кедергісін жеңу үшін ғана жұмсалмайды. Тыныс алу жолдарымен ауаның қозғалуына кедергі күштерді жеңу үшін едәуір энергия жұмсалады. Олар ауа ағынының сипатына байланысты болады. Ламинарлы қозғалыс кезінде кедергі күштері бірлік уақытта орын ауыстыратын ауаның көлеміне пропорционал болады, ал турбулентті қозғалыста осы көлемнің квадратына пропорционал болады. Салмақты тыныс алу кезінде бронхыларда ламинарлы ауа ағыны басымырақ болады. Өкпенің ауа алмастыруы күшейгенде (мысалы, дене еңбегі кезінде) не бронхылар тарылғанда, ауаның қозғалысы турбулентті болуы мүмкін.Бұл тыныс алумен байланысты болатын энергияның жұмсалуын арттыруға әкеледі.

4.1

Рентген сәулесінің дифракциясы әдісі.

Жасушалар мен макромолекулалардың құрылысын оқып- зерттеуде рентгенді құрылымды талдау әдісінің мәні зор.

Рентгенді құрылымды талдау зерттелетін затта электромагниттік сәулелердің (дифракциясы) шашырау құбылысына негізделген объектілер құрылымын анықтау әдісі.

Сәулелер жолында өлшемдері осы сәулелердің толқын ұзындығындай болатын бөгеттер болған кезде ғана дифракция байқалады. Дифракция суреті фотопленкада не иондаушы сәулелер счетчигімен тіркеледі (рентгенограмма, рентгенография).

Осы әдіс кезінде зерттелетін объектіге рентген сәулесінің параллель шоғыры бағытталады. Объектіден алысырақ рентген сәулесінің дифракция суреті тіркелетін фотопленка қойылады. Рентгенограммада дифракцияланған сәулелердің интерференциясы нәтижесінде пайда болатын көптеген дақтарды (дифракциялық максимумдарды) байқауға болады.

Мембрана құрылысын талдау үшін рентген сәулесін қолдану дифракцияның пайда болуының ең негізгі шарттарының бірімен байланысты, ал осы шарттың мәні рентген сәулесі бағытталған объектінің өлшемдерінің осы сәуленің толқын ұзындығымен салыстырылатындығында болып табылады. Нанометрлі диапазондағы объектілерді талдау үшін рентген сәулесі қажет (оның толқын ұзындықтарының диапазоны 10 ^-5 - 80 нм- ге дейін).

Мембрананы зерттеудің люминесцентті әдістері.

Люминесценция «суық жарқырау», жарықтың сәулеленуі басқа үрдістермен анықталады. Тірі табиғатта кең тараған люминесценция- биолюминесценция. Жарқырауды туғызатын факторларға байланысты люминесценция бірнеше түрге бөлінеді: фото люминесценция, электролюминесценция, пьезолюминесценция, хемилюминесценция және т.б. Биологиялық объектілердің люминесценциясы меншікті (бірінші ретті) болуы мүмкін не талданатын жүйеге арнайы заттарды қосу есебінен (екінші ретті) пайда болуы мүмкін. Қарапайым ақуыздардың меншікті люминесценциясы триптофан мен тирозиннің амин қышқылдарының бар болуымен анықталады.

Меншікті люминесценциясы болмайтын көптеген қосылыстар сәйкес химиялық өңдеу кезінде люминесценциялана бастайды. Бұл екінші ретті люминесценция деп аталады. Оны ауруды диагностикалауда қолданады.

Биологиялық мембраналардың құрылымы мен қызметтерін, ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының макромолекулаларының құрылымдық ұйымдасуын оқып- зерттеуде қосылыстардың флюоресцентті зондтар деп аталатын екінші ретті люминесценциясын кең түрде қолданады. Осындай зондтар ретінде люминесценция параметрлері қоршаған ортаның сипаттамаларына (полярлығы, тұтқырлығы, беттік заряды т.б.) тәуелді күрт өзгеретін заттар таңдап алынады. Зондтар үш түрлі болады:

1) зарядталған;

2) зарядталмаған, бірақ біршама дипольдік моменті болатын;

3) заряды да, біршама дипольдік моменті де болмайтын.

Флюоресцентті зондтар ретінде суда флюоресценттелмейтін, ал биологиялық мембраналармен не ақуыздармен байланысқанда люминесценциясы ондаған есе артатын молекулалар қолданылады.

Медициналық техникада люминофорлар кең таралған. Люминофорлар дегеніміз фото- рентген- катодолюминесценцияға және т.б. қабілетті заттар.

Люминесцентті талдау- түрлі объектілерді (соның ішінде биологиялық) олардың люминесценциясын байқау арқылы зерттеу әдісі.

Медициналық зерттеулерде объектілердің меншікті, алғашқы флуоресценциясы, арнайы бояғыштардың (флюорохромдар) есебінен пайда болатын екінші ретті флуоресценциясы өлшенеді.

Ультрахимия әдісі.

Бұл әдіс жасушаның химиялық құрамын зерттеуде қолданылады. Осы әдіс жасушадан, оның жеке бөліктерінен және органоидтерден өте аз мөлшерде заттарды алуға негізделген. Кейіннен арнайы химиялық әдістермен алынған заттарды сапалық және мөлшерлік талдау жүргізіледі.

ЯМР- ты және ЭПР-ты зерттеулер.

Липидті биқабаттың агрегаттық күйі туралы толық мағлұматтарды радиоспектроскопияның ЭПР және ЯМР әдістері береді.

Ядролық магнитті резонанс (ЯМР) деп толқынның резонансты жиілігі кезінде сыртқы магнит өрісіне енгізілген, магнит моменттері бар атом ядролары жүйесінің электромагнитті толқындардың энергиясын жұтуының кенет арту құбылысын айтады.

Ядролық магнитті резонанс (ЯМР) дегеніміз тұрақты магнит өрісіндегі атом ядроларының магнит моменттері бағыттарының өзгеруімен айқындалатын, заттың электромагниттік сәулелерді таңдамалы жұтуы.

Бұл құбылыс көптеген химиялық элементтердің атом ядроларының (протондар мен нейтрондар саны жұп болатын ядролардан басқасы) спиндері болатындығына негізделген. Спин дегеніміз ядролардың тұрақты магнит моменттерімен айқындалатын қозғалыс мөлшерінің моменті.

Электронды парамагнитті резонанс (ЭПР) – толқынның резонансты жиілігі кезінде сыртқы магнит өрісіне енгізілген парамагнитті бөлшектер жүйесінің (орны толтырылмаған спиндері бар электрондар) электромагнитті толқындардың энергиясын жұтуының кенет арту құбылысы. ЭПР- қа негізделген әдістер зертханалық тәжірибеде кең қолданылады. ЭПР радиоспектроскопия әдістеріне жатады, өйткені оны бақылау үшін электромагниттік толқындардың радиожиілікті диапазонындағы сәулеленулер қолданылады. ЭПР арнайы құралдар – радиоспектрометрлер көмегімен тіркеледі.

4.2

Бугер-Ламберт- Бер заңы. Оптикалық тығыздық және заттың өткізгіштік коэффициенті.

; (1) - Бугер-Ламберт-Бер заңы

(2) - шамасы жарықты жұтатын заттың оптикалық тығыздығы деп аталады, ол кезкелген оң мәнге (0 ) ие болады, бірақ қазіргі кездегі құралдар тек -3 мәндерін өлшей алады.

4.3

Қанағысының жылдамдығын анықтау.

Қанағысының жылдамдығын анықтаудың бірнеше тәсілдері бар. Соның екі түрінің физикалық негіздерін қарастырайық..

1) Ультрадыбыстық әдіс (ультрадыбыстық расходометрия) Доплер эффектісіне негізделген.

Ультрадыбыстық (УД) жиіліктегі электрлік тербелістер (1) генераторынан сигнал УД сәулелендіргіш пен жиіліктерді салыстыру қондырғысына (3) түседі.УД толқын (4) қантамырына (5) еніп, қозғалыстағы эритроциттерден (6) шағылысады. Шағылған УД толқын (7) қабылдағышқа (8) келіп түсіп, электрлік тербеліске түрленеді де, күшейтіледі. Күшейтілген электр тербелісі (3) қондырғыға келіп түсенді. Осында түскен және шағылған толқындардың сәйкес тербелістері салыстырылып, электрлік тербеліс түріндегі жиіліктің доплерлік ығысуы айқындалады:

U=U_ocos2πν_Дt Осы формуладан эритроциттердің жылдамдығын анықтауға болады: ;

Ірі тамырлардағы эритроциттердің жылдамдығы олардың оське салыстырмалы орналасуына байланысты әртүрлі болады: осьтің маңайындағы эритроциттер жоғары жылдамдықпен қозғалады, ал қабырға маңайындағылар- кіші жылдамдықпен. УД толқын түрлі эритроциттерден шағылуы мүмкін, сондықтан доплерлік ығысу бір жиілік түрінде емес, жиіліктер интервалы түрінде алынады.Сөйтіп, Доплер эффектісі қанағысының тек орташа жылдамдығын ғана емес, қанның түрлі қабаттарының қозғалу жылдамдығын да анықтауға мүмкіндік береді.

2) Электромагнитті әдіс (электромагниттік расходометрия) қозғалыстағы зарядтардың мангит өрісінде ауытқуына негізделген. Қан электрлі нейтралды жүйе болғандықтан, оң және теріс иондардан тұрады. Ендеше қозғалатын қан жылдамдықпен орын ауыстыратын зарядталған бөлшектердің ағыны болып табылады. Қозғалыстағы электр зарядына q индукциясы В болатын магнит өрісінде мынадай күш әсер етеді: F=q В

5.1

Тыныштық потенциалы.

Тірі ұлпаларда пайда болатын электрлік құбылыстарды оқып- зерттеудің басы 18 ғасырдың 2-ші жартысына келеді. Ағзаның тіршілік етуіндегі барлық үрдістер жасушалар мен ұлпаларда ЭҚК-ң пайда болуымен қатар жүреді. Биоэлектрлік құбылыстар маңызды физиологиялық үрдістерде үлкен роль атқарады: жасушалардың қозуы және жүйке талшықтары арқылы қозудың берілуі, қаңқа, бірыңғай салалы бұлшықет және жүрек бұлшықет талшықтарының жиырылуы. Тірі ағзада биоэлектрлік құбылыстармен байланысты болмайтын физиологиялық үрдістер кемде- кем.

Кезкелген тірі ағзаны сұйықтықтар мен түрлі химиялық қосылыстардың күрделі қоспасы ретінде қарастыруға болады. Осы қосылыстардың көпшілігі (ас түрінде түсетін қосылыстар да, одан зат алмасу үрдісі кезінде бөлінген қосылыстар да, осы кездегі аралық заттар да) ағзада оң және теріс зарядталған бөлшектер- иондар түрінде болады. Иондардың үлестірілуі және тіршілік үрдісі бойы үнемі жүретін олардың тасымалы – биоэлектрлік құбылыстардың (Б.қ.) пайда болуының себебі болып табылады. Электрлік потенциалдың өндірілуі мен таралуы- тірі ұлпалар мен ағзалардағы маңызды физикалық құбылыс болып табылады, ол жасушаның қозғыштығының, жасуша ішіндегі үрдістердің реттелуінің, жүйке жүйесінің жұмысының, бұлшықет жиырылуының негізі болып табылады.

Практикада Б.құбылыстар тірі ұлпаның екі нүктесінің арасындағы потенциалдар айырмасымен анықталады және оны күшейткіш аппаратурамен қосылған арнайы электр құралдарымен тіркеуге болады. Микроэлектродтар көмегімен мысалы, жасуша қабықшасының (мембарананың) ішкі және сыртқы жағындағы потенциалдар айырмасын өлшеуге болады. Осы айырма тыныштық потенциалы не мембраналы потенциал деп аталады. Оның пайда болуы жасушаның іші (цитоплазмадағы) мен оны қоршаған ортада иондар мөлшерінің (әсіресе натрий мен калий иондарының) бірдей болмауымен, жасуша мембранасының түрлі иондарға өтімділігінің әртүрлі болуымен байлансты. Басқаша айтқанда тыныштықтағы, қалыпты жұмыс істеп тұрған тірі жасушада әрқашан цитоплазма мен оны қоршаған орта арасында потенциалдар айырмашылығы болады, оны тыныштық потенциалы деп атайды.

5.2

.Ерітінділердің концентрациясын анықтау әдістері. Графикті калибрлеу әдісі және салыстыру әдісі.

Ерітіндідегі қандайда болмасын бір заттың концентрациясын анықтауға арналған сандық абсорбциялық талдау екі әдіске бөлінеді:

1. Графикті калибрлеу әдісі.

2. Салыстыру әдісі

1. Графикті калибрлеу әдісі.

Концентрациялары белгілі әртүрлі ерітінділер дайындап, олардың оптикалық тығыздықтарын өлшейді. Өлшеу нәтижелерін пайдаланып, калибрлеу графигі салынады: OY осі бойына оптикалық тығыздық мәндерін, 0Х – сәйкес концентрация мәндерін.

Концентрациясы белгісіз ерітінділердің оптикалық тығыздығын анықтап, графиктен олардың концентрациясын табады (сурет 3). Бұл әдіс Бугер-Ламберт-Бер заңының орындалуын тексеру болып

табылады.

2.Салыстыру әдісі.

Стандарт (концентрациясы белгілі ) және зерттелуші ерітіндінің оптикалық тығыздықтарын бірдей қалыңдықта өлшейді. Жарықты жұтудың негізгі заңын қолданып, мынаны аламыз:

; (3) 5.3

Сұйық тұтқырлығын анықтаудың бірнеше тәсілдері бар: тұтқырлықтың абсолют шамасын анықтау- Стокс әдісі және тұтқырлықтың салыстырмалы шамасын анықтау әдісі- вискозиметрлік әдіс. Практикада сұйықтың тұтқырлығы салыстырмалы тұтқырлықпен ( ) сипатталады, ол дегеніміз берілген сұйықтың тұтқырлық коэффициентінің ( ) сол температурадағы судың тұтқырлық коэффициентіне ( ) қатынасын айтады: ;

Көптеген сұйықтарда (су, төменгі молекулалық органикалық қосылыстар, нақты ерітінділер, балқыған металдар мен олардың тұздары) тұтқырлық коэффициенті тек сұйықтың табиғаты мен температурасына ғана байланысты болады (температура жоғарылаған сайын тұтқырлық коэффициенті кемиді). Осындай сұйықтар ньютондық деп аталады. Кейбір сұйықтарда, көбінесе жоғары молекулалық (мысалы, полтмерлер ерітінділері) не дисперсті жүйелер (суспензиялар, эмульсиялар) болып табылатын сұйықтарда тұтқырлық коэффициенті ағынның тәртібіне - қысым мен жылдамдық градиентіне байланысты болады. Олар артқанда, сұйықтың тұтқырлығы сұйық ағынының ішкі құрылымының бұзылуы салдарынан, кемиді. Осындай сұйықтар құрылымды тұтқырлы деп не ньютондық емес деп аталады. Олардың тұтқырлығын тұтқырлықтың шартты коэффициенті деп аталатын коэффициентпен сипаттайды, осы коэффициент сұйық ағынының белгілі бір шарттарына қатысты болады ( қысым, жылдамдық).

Қан- ақуыз ерітіндісіндегі, яғни плазмадағы пішінді элементтердің суспензиясы болып табылады. Плазма- ньютондық сұйық. Пішінді элементтердің 93%-ын эритроциттер құрайтындықтан,, ықшамдап қарағанда қан физиологиялық ерітіндідегі эритроциттер суспензиясы деп айтуға болады. Сондықтан қатаң айтқанда қан ньютондық емес сұйыққа жату керек.Сонымен қатар қантамырларымен қанның ағысы кезінде тұтқырлығы артатын ағынның орталық бөлігінде пішінді элементтердің мөлшері артатындығы байқалады. Қанның тұтқырлығы соншалықты үлкен болмайтындықтан, осы құбылысты ескермей, оның тұтқырлық коэффициентін тұрақты шама деп есептейді.

Қанның салыстырмалы тұтқырлығы қалыпты шамасы 4,2—6. Патологиялық жағдайларда ол 2-3-ке дейін (анемия кезінде) төмендеуі мүмкін не 15- 20-ға дейін артуы (полицитемия кезінде) мүмкін, бұл эритроциттердің тұну жылдамдығына (СОЭ) әсер етеді. Қанның тұтқырлығының өзгеруі эритроциттердің тұну жылдамдығының (СОЭ) өзгеру себептерінің бірі. Қанның тұтқырлығының диагностикалық мәні бар. Кейбір жұқпалы аурулар қанның тұтқырлығын арттырады, ал кейбіреулері, мысалы, іш сүзегі мен туберкулез- төмендетеді.

Қанның сарысуының салыстырмалы тұтқырлығының қалыпты шамасы 1,64—1,69, ал патология кезінде- 1,5—2,0. Кезкелген сұйық сияқты, қанның тұтқырлығы температура төмендегенде- артады. Эритроцитті мембрананың қатаңдығы артқанда, мысалы, атеросклероз кезінде, қанның тұтқырлығы артады, ол жүрекке түсірілетін жүктеменің артуына әкеліп соғады. Қанның тұтқырлығы кең және ұсақ тамырларда бірдей емес, қантамырының диаметрінің тұтқырлыққа әсері 1 мм-ден кіші саңылауда біліне бастайды. 0,5 мм-ден жіңішке тамырларда тұтқырлық диаметрдің қысқаруына тура пропорционал кемиді, өйткені олардағы эиртроциттер ось бойымен жыланға ұқсас тізбекті орналасады және осы «жыланды» плазма қабаты қантамырлар қабырғасынан оқшаулап, қоршап тұрады.

Ламинарлы ағыс қабырғалары тегіс, көлденең қимасының кенет өзгерісі болмағанда, кенеттен майысуы болмағанда, көптеген тармақтары болмаған жағдайдағы құбырларда орындалады. Осы шарттар бұзылғанда, әсіресе үлкен жылдамдықта сұйықтың ағыны турбуленттіге ауысады: осы кезде сұйық бөлшектерінің жылдамдығы ретсіз өзгеріп, жергілікті құйындар пайда болады- сұйық бөлшектерінің араласуы орындалады.

Турбулентті ағысқа тән сипат- бөлшектердің тербелмелі қозғалысын тудыратын сұйықтағы қысымның жергілікті өзгерісі болып табылады. Осы тербелмелі қозғалыс дыбыстық құбылыстарымен сүйемелденеді (сыбдыр, шу т.б.). Осының салдарынан турбулентті ағысты оңай байқалады. Турбулентті ағыс сұйықтың қозғалысы кезінде энергияның қосымша шығындалуымен байланысты. Сондықтан қанайналым жүйесінде бұл жүрекке қосымша жүктеменің түсуіне әкеліп соғуы мүмкін. Қанның турбулентті ағысы кезінде пайда болатын шу ауруды диагностикалауда пайдаланылуы мүмкін. Жүрек қақпашаларының жарақаттануы кезінде, қанның турбулентті ағысы тудыратын жүрек шулары пайда болады. Аортадағы қанның турбулентті ағысы ең алдымен, аортаға енетін жердегі қанның турбуленттілігінен тууы мүмкін: қанның қарыншадан аортаға ығыстырыуы кезінде, ағыстың құйындары бар болады. Тамырлардың тармақталу жерлерінде, қан ағысының жылдамдығы артқанда, артериялардағы ағыс

турбулентті болуы мүмкін. Турбулентті ағыс қантамырының тарылу жерінде пайда болуы мүмкін, мысалы, тромбтың пайда болуы кезінде.

6.1

Мембраналы потенциалдың шамасы әртүрлі болады. Әрбір тірі жасушаның мембраналық потенциалы болады. Жасушаның тіршілігі тоқтаған сәтте ол жойылады. Жүйке жасушалары, бұлшықет жасушалары қозған кезде жасуша ішіндегі орта мен сыртқы орта арасындағы мембраналы потенциал өзгереді, ол өшетін тербеліс сияқты болады және әрекет потенциалы деп аталады. Немесе белгілі бір тінде тітіркендіргіштің әсерінен қозу үрдісі пайда болған сәтте туатын потенциал әрекет потенциалы деп аталады. Қозу үрдісінің туғанын әрекет потенциалының пайда болуынан білуге болады, осы кезде ұлпа тыныштық қалпынан қызмет жағдайына көшеді, оның белсенділігі жоғарылайды. Оның тыныштық потенциалынан айырмашылығы, ол қозу толқыны түрінде жасуша бетімен секундына бірнеше ондаған метрге дейін жылдамдықпен таралады. Әрбір қозған бөлікте потенциал кері таңбаға ие болады. Әрекет потенциалының пайда болуы жасуша мембранасының натрий иондарына өтімділігінің таңдамалы артуымен байланысты. Әрекет потенциалы пайда болған мезетте плазмолеммада поляризация инверсиясы байқалады: цитоплазманың қозған бөлігі өзінің теріс потенциалын жасушааралық ортамен салыстырғанда оң потенциалға өзгертеді. Осындай күй деполяризация деп аталады, ал алдыңғы поляризацияға қайтып келу- реполяризация деп аталады.

Тірі ағза тек биопотенциалдардың генераторы (өндірушісі) ғана емес, сонымен қатар электр тогын өткізгіш болып табылады. Биоэлектрлік құбылыстардың ерекше түрі электрокинетикалық потенциал болып табылады. Ол мысалы, қанның тамырлар бойымен қозғалуы кезінде пайда болады. Осы кезде тамыр қабырғасы мен қозғалған қан арасында потенциалдар айырмасы пайда болады. Кейбір патологиялық жағдайларда осы потенциал шамасы өзгереді, сондықтан оны диагностикалық мақсатта қолдануға болады.

Тірі ағзада ұлпаларды «қозғыш», «қозбайтын» деп екі топқа бөледі. Қозғыш тіндерге жүйке, бұлшықеттер, сөл бөлетін бездер,, ал екінші топқа дәнекер тін, шеміршек, терінің беткей тіндер эпителийлері жатады

6.2Жарықтың поляризациясы. Табиғи және поляризацияланған жарық.

Егер тербеліс бағыты ретсіз өзгеретін болса, бірақ олардың амплитудалары барлық бағытта бірдей болса, ондай толқындар (сурет 1,а) табиғи деп аталады. Егер тербелістер тек тұрақты бір бағытта таралса, ондай толқындар сызықты поляризацияланған деп аталады («сызықты» деген сөз алып тасталынады.

6.3

Ағза тіндері тек тұрақты токты ғана емес, айнымалы токты да өткізеді. Ағзада индуктивтілік катушкасына ұқсас жүйелер болмайды, сондықтан оның индуктивтілігі 0-ге жуық. Биомембраналардың, ендеше барлық ағзаның сыйымдылық қасиеттері болады, осыған байланысты ағза тіндерінің импедансы (толық кедергісі) тек омдық пен сыйымдылық кедергілермен ғана анықталады. Биологиялық тіндердің омдық және сыйымдылық кедергілерін эквивалентті электрлік сызбаларды қолданып, үлгілеуге болады. Солардың бірнешеуін қарастырайық. а- суретте көрсетілген сызба үшін, импеданстың жиілікке тәуелділігі L = 0 болғанда, мынаған тең:

Эквивалентті электрлік сызбаның (суретте ) тәжірибеден айырмашылығы бар.

Шындығында, жоғары жиілікте биохимиялық тіндердің бәрібір кедергісі болады. Алғашқы екі үлгіні үйлестіретін аса жақсы эквивалентті электрлік сызба сурет е-де көрсетілген. Импеданстың жиілікке тәуелділігі тіндер мен мүшелерді ауыстыруда (транс­плантациялау) өте маңызды болатын ағза тіндерінің тіршілік ету қабілетін бағалауға мүмкіндік береді. Өлі тінде мембраналар («тірі конденсаторлар») бұзылған, ол кезде тіннің тек омдық кедергісі болады. Импеданстың жиілікке тәуелділігінің айырмашылығы сау және ауру тін жағдайында да болады.

Тіндер мен мүшелердің импедансы олардың физиологиялық күйлеріне де байланысты болады. Тамырлар қанмен толған кезде, импеданс жүрек- қантамырлар қызметінің күйіне байланысты өзгереді.

Жүректің қызметі барысында тіндердің импедансының өзгерісін тіркеуге негізделген диагностикалық әдіс реография (импеданс-плетизмография) деп аталады. Осы әдістің көмегімен бас миының реограммасы (реоэнцефалограмма), жүректің реограммасы (реокардиограмма), магистральді қантамырларының, өкпелердің, бауырдың, аяқ- қолдардың реограммасы алынады. Өлшеулер әдетте 30 кГц жиілікте жүргізіледі. Реография бас миының, аяқ- қолдардың, өкпелердің, жүректің, бауырдың және т.б. қантамырларының түрлі бұзылуын диагностикалауда қолданылады. Аяқ- қолдардың реографиясы шеткі қантамырларының тонусының, созылғыштығының өзгеруімен, артерияның тарылуымен, толық бітеліп қалуымен сүйемелденетін ауруларда қолданылады. Реограмманы жазу аяқ- қолдардың симметриялы бөліктерінен жүргізіледі, оларға аудандары бірдей, ені 1020 мм болатын екі электрод орналастырады. Қантамырлар жүйесінің бейімділік мүмкіндігін анықтау үшін нитроглицеринмен, дене жүктемесімен, суықпен байқауларжүргізіледі.

7.1

Биомеханика- тірі тіндер мен мүшелердің механикалық қасиеттерін, тіршілік бойы оларда жүретін механикалық үрдістерді зерттейтін биофизиканың бөлімі.

Механикалық қасиеттер- материалдардың сырттан түсетін күштерге қарсылық ету қабілеті, олардың қатарына беріктік, қаттылық, созылғыштық және серпімділік жатады.

Механикалық әсердің (табиғи және жасанды ықпал) нәтижесінде биологиялық тіндерде, мүшелер мен жүйелерде механикалық қозғалыс пайда болады, толқындар таралып, деформация мен кернеулік пайда болады. Биологиялық тіндер мен сұйықтықтардың осы факторларға физиологиялық реакциясы олардың (биологиялық тіндер мен сұйықтықтардың) механикалық қасиеттеріне байланысты. Тіндер мен мүшелерде осы реакциялардың қалай өзгеретінін, тіндер мен мүшелердің қасиеттерінің қалай өзгеретінін білу аурудың алдын алу, ағзаның қорғанысы үшін, жасанды мүшелер мен тіндерді қолдану үшін, олардың физиологиясы мен патологиясын түсіну үшін өте маңызды.