6. Методы изучения структуры веществ

Рентгеноструктурный анализ: 1)По дифракционным картинам, получаемым при прохождении через кристалл рентгеновского пучка, определяют межатомные расстояния и устанавливают структуру кристалла; 2)Широко применяется для определения структуры молекул белков и нуклеиновых кислот; 3)Длины и углы связей, точно установленные для малых молекул, используются как стандартные значения в предположении, что они сохраняются такими же и в более сложных полимерных структурах; 4)Одним из этапов определения структуры белков и нуклеиновых кислот является построение молекулярных моделей полимеров, согласующихся с рентгеновскими данными и сохраняющих стандартные значения длин связей и валентных углов

Ядерный магнитный резонанс: 1)В основе – поглощение электромагнитных волн в радиочастотном диапазоне ядрами атомов, обладающими магнитным моментом; 2)Поглощение кванта энергии происходит, когда ядра находятся в сильном магнитном поле ЯМР-спектрометра; 3)Различные по химическому окружению ядра поглощают энергию в несколько отличающемся по напряжению магнитном поле (или, при постоянном напряжении, несколько отличающиеся по частоте радиочастотные колебания); 4)В результате получается спектр ЯМР вещества, в котором магнитно несимметричные ядра характеризуются определенными сигналами – «химическими сдвигами» по отношению к какому-либо стандарту; 5)Спектры ЯМР дают возможность определить число атомов данного элемента в соединении и число и характер других атомов, окружающих данный

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР): 1)Используется резонансное поглощение излучения электронами

Электронная микроскопия: 1)Используют электронный микроскоп, увеличивающий объекты в миллионы раз; 2)Первые электронные микроскопы появились в 1939 г.; 3)Обладая разрешением ~0,4 нм, электронный микроскоп позволяет «увидеть» молекулы белков и нуклеиновых кислот, а также детали строения клеточных органелл; 4)В 1950 г. были сконструированы микротомы и ножи, позволяющие делать ультратонкие (20–200 нм) срезы тканей, предварительно залитых в пластмассу

Методы выделения и очистки белков: После того, как выбран источник выделения белка, следующим шагом является экстракция его из ткани. Если экстракт, содержащий значительную часть исследуемого белка, получен, из него удалены частицы и небелковый материал, можно приступать к очистке белка. Концентрирование. Его можно проводить путем осаждения белка с последующим растворением осадка в меньшем объеме. Обычно при этом используют сульфат аммония или ацетон. Концентрация белка в исходном растворе должна быть не меньше 1 мг/мл. Тепловая денатурация. На начальном этапе очистки для разделения белков иногда используют тепловую обработку. Она эффективна, если белок относительно устойчив в условиях нагревания, в то время как сопутствующие белки денатурируют. При этом варьируют рН раствора, продолжительность обработки и температуру. Для выбора оптимальных условий предварительно проводят серию небольших опытов. После проведения первых этапов очистки белки далеки от гомогенного состояния. В полученной смеси белки отличаются друг от друга растворимостью, молекулярной массой, величиной суммарного заряда молекулы, относительной стабильностью и т.д. Осаждение белков органическими растворителями. Это один из старых методов. Он играет важную роль при очистке белков в промышленных масштабах. Чаще всего используют такие растворители как этанол и ацетон, реже – изопропанол, метанол, диоксан. Основной механизм процесса: по мере возрастания концентрации органического растворителя снижается способность воды к сольватации заряженных гидрофильных молекул фермента. Происходит снижение растворимости белков до уровня, при котором начинается агрегация и осаждение. Важным параметром, влияющим на осаждение, является размер молекулы белка. Чем больше молекула, тем ниже концентрация органического растворителя, вызывающая осаждение белка. Гельфильтрация С помощью метода гельфильтрации можно быстро разделить макромолекулы в соответствии с их размерами. Носителем для хроматографии является гель, который состоит из поперечно-сшитой трехмерной молекулярной сетки, сформированной в виде шариков (гранул) для удобства наполнения колонок. Так сефадексы - это поперечно-сшитые декстраны (α-1→6-глюканы микробиального происхождения) с заданными размерами пор. Сшиты цепи декстрана трехуглеродными мостиками с помощью эпихлоргидрина. Чем больше поперечных сшивок, тем меньше размеры отверстий. Полученный таким образом гель играет роль молекулярного сита. При пропускании раствора смеси веществ через колонку, наполненную набухшими гранулами сефадекса, крупные частицы, размер которых превышает размер пор сефадекса, будут двигаться быстро. Мелкие молекулы, например, соли, будут двигаться медленно, поскольку в процессе движения они проникают внутрь гранул. Электрофорез

Физический принцип метода электрофореза заключается в следующем. Молекула белка в растворе при любом рН, отличающемся от её изоэлектрической точки, имеет некий средний заряд. Это приводит к тому, что белок движется в электрическом поле. Движущая сила определяется величиной напряженности электрического поля Е умноженной на суммарный заряд частицы z. Этой силе противостоят силы вязкости среды, пропорциональные коэффициенту вязкости η, радиусу частицы r (стоксовскому радиусу) и скорости v.; Е ·z = 6πηrv.

Определение молекулярной массы белка. Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ) — метод исследования вещества путём определения отношения массы к заряду. Белки способны приобретать множественные положительные и отрицательные заряды. Атомы химических элементов имеют специфическую массу. Таким образом, точное определение массы анализируемой молекулы, позволяет определить её элементный состав (см.: элементный анализ). Масс-спектрометрия также позволяет получить важную информацию об изотопном составе анализируемых молекул.

Методы выделения и очистки ферментов Выделение ферментов из биологического материала – единственный реальный способ получения ферментов. Источники фермента: ткани; бактерии, выращенные на среде, содержащей соответствующий субстрат; клеточные структуры (митохондрии и др.). Необходимо сначала выделить нужные объекты из биологического материала.

Методы выделения ферментов: 1)Экстракция (перевод в раствор):буферным раствором (предупреждает подкисление); высушивание ацетоном; обработка материала смесью бутанола с водой; экстракция различными органическими растворителями, водными растворами детергентов; обработка материала перхлоратами, гидролитическими ферментами (липазами, нуклеазами, протеолитическими ферментами)

Бутанол разрушает липопротеиновый комплекс, а фермент переходит в водную фазу.

Обработка детергентом приводит к истинному растворению фермента.

Фракционирование. Факторы, влияющие на результаты: рН, концентрация электролитов. Необходимо постоянно измерять активность фермента.

• фракционное осаждение при изменении рН

• фракционная денатурация нагреванием

• фракционное осаждение органическими растворителями

• фракционирование солями – высаливание

фракционная адсорбция (А. Я. Данилевский): адсорбент вносят в раствор фермента, затем каждую порцию отделяют центрифугированием

• если фермент адсорбируется, то его отделяют, затем элюируют с адсорбента

• если фермент не адсорбируется, то обработку адсорбентом используют для отделения балластных веществ

ферментный раствор пропускают через колонку с адсорбентом и собирают фракции

Ферменты адсорбируются избирательно :колоночная хроматография;электрофорез; кристаллизация – получение высокоочищенных ферментов.

15

Клетка как минимальная единица жизни.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения: Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Кл всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятел. и обмену веществ. Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы. Кл – это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самопроизведению.

Строение клетки. размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5—5 мкм, размеры эукариотических — в среднем от 10 до 50 мкм.

Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме. В цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К прокариотам относят бактерии. Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств –растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот. Организмы делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной единственной клетки, выполняющей все функции. Одноклеточными являются все прокариоты.

Эукариоты — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочечных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, Аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.

Биологические мембраны, их свойства и функции Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно. Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов. Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям. Свойства и функции мембран. Все клеточные мембраны представляют собой подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью. Мембраны — структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях. Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознавании факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят друг к другу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание — необходимый этап, предшествующий оплодотворению. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки. Белки участвуют в обеспечении транспорта определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом. Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Диффузия —проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации {из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.

Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na^-/ К^--насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na⁺ наружу, поглощая при этом ионы К^-. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К^- и меньшая Na⁺ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ. В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg^2-и Са²⁺.

При эндоцитозе {эндо... — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо... — наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицел-люлоза и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие: Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.). Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов). Участвуют в преобразовании энергии.

16

«Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем явление жизни»

Белки– высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения, характеризующиеся строго определенным элементарным составом и распадающиеся до аминокислот при гидролизе.

Особенности, отличающие их от других органических соединений

1. Неисчерпаемое многообразие структуры и вместе с тем ее высокая видовая уникальность

2. Огромный диапазон физических и химических превращений

3. Способность в ответ на внешнее воздействие обратимо и вполне закономерно изменять конфигурацию молекулы

4. Склонность к образованию надмолекулярных структур, комплексов с другими химическими соединениями

Полипептидная теория строения белка

только Э. Фишер (1902) сформулировал полипептидную теорию строения. Согласно этой теории, белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями, возникающими при взаимодействии α-карбоксильных СООН- и α-NН₂-групп аминокислот. На примере взаимодействия аланина и глицина образование пептидной связи и дипептида (с выделением молекулы воды) можно представить следующим уравнением:

Наименование пептидов складывается из названия первой N-концевой аминокислоты со свободной NH₂-группой (с окончанием -ил, типичным для ацилов), названий последующих аминокислот (также с окончаниями -ил) и полного названия С-концевой аминокислоты со свободной СООН-группой. Например, пентапептид из 5 аминокислот может быть обозначен полным наименованием: глицил-аланил-серил-цистеинил-аланин, или сокращенно Гли–Ала–Сер–Цис–Ала.

экспериментальные доказательства полипептидной теории строения белка.

1. В природных белках сравнительно мало титруемых свободных СООН- и NH₂-групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии, участвуя в образовании пептидных связей; титрованию доступны в основном свободные СООН- и NН₂-группы у N- и С-концевых аминокислот пептида.

2. В процессе кислотного или щелочного гидролиза белка образуются стехиометрические количества титруемых СООН- и NH₂-групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей.

3. Под действием протеолитических ферментов (протеиназ) белки расщепляются на строго определенные фрагменты, называемые пептидами, с концевыми аминокислотами, соответствующими избирательности действия протеиназ. Структура некоторых таких фрагментов неполного гидролиза доказана последующим химическим их синтезом.

4. Биуретовую реакцию (сине-фиолетовое окрашивание в присутствии раствора сульфата меди в щелочной среде) дают как биурет, содержащий пептидную связь, так и белки, что также является доказательством наличия в белках аналогичных связей.

5. Анализ рентгенограмм кристаллов белков подтверждает полипептидную структуру белков. Таким образом, рентгеноструктурный анализ при разрешении 0,15–0,2 нм позволяет не только вычислить межатомные расстояния и размеры валентных углов между атомами С, Н, О и N, но и «увидеть» картину общего расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи и пространственную ее ориентацию (конформацию).

6. Существенным подтверждением полипептидной теории строения белка является возможность синтеза чисто химическими методами полипептидов и белков с уже известным строением: инсулина – 51 аминокислотный остаток, лизоцима – 129 аминокислотных остатков, рибонуклеазы – 124 аминокислотных остатка . Синтезированные белки обладали аналогичными природным белкам физико-химическими свойствами и биологической активностью.

Структурные особенности пепидной цепи

особенности строения полипептидной цепи. Во-первых, это своеобразие расположения атомов углерода и азота, находящихся примерно в одной плоскости, и атомов водорода и радикалов, направленных к этой плоскости под углом 109°28'. Во-вторых, это своеобразие петидной связи. Расстояние между атомами С и N в пептидной связи (равное 0,132 нм) является промежуточным между простой (ординарной) связью (связь —С—N—, равная 0,147 нм) и двойной связью (связь —C=N—, равная 0,125 нм). Это создает предпосылки для осуществления по месту двойной связи таутомерных перегруппировок и для образования енольной (лактимной) формы. Последняя в свою очередь дает молекуле белка ряд преимуществ (повышение реакционной способности, возникновение дополнительных возможностей вращения и др.):

Наконец, следует указать на своеобразие радикалов, которые являются полифункциональными, несущими свободные NH₂-, СООН-, ОН-, SH-группы и, как было указано, определяют структуру (пространственную) и многообразие функций молекул белка. Взаимодействуя с окружающими молекулами растворителя (Н₂О), функциональные группы (в частности, NH₂- и СООН-группы) ионизируются, что приводит к образованию анионных и катионных центров белковой молекулы. В зависимости от соотношения ионов молекулы белка получают суммарный положительный (+) или отрицательный (–) заряд с определенным значением изоэлектрической точки.

Общая характеристика ферментов. Все Ф. разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка, и двухкомпонентные, состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой. Апофермент двухкомпонентных Ф. называют также белковым носителем, а простетическую группу – активной группой. установлено, что простетические группы многих Ф. представляют собой производные витаминов или нуклеотидов. Т. о. была открыта важнейшая функциональная связь между Ф., витаминами и нуклеотидами, являющимися строительными «кирпичиками» нуклеиновых кислот.  Примером двухкомпонентного Ф. является пируватдекарбоксилаза, катализирующая расщепление пировиноградной кислоты на двуокись углерода и уксусный альдегид: CH₃COCOOH= CH₃CHO + CO₂. Простетическая группа пируватдекарбоксилазы (тиаминнирофосфат) образована молекулой тиамина (витамина B₁) и двумя остатками фосфорной кислоты. Простетические группы ряда важных окислительно-восстановительных Ф. – дегидрогеназ содержат производное амида никотиновой кислоты (ниацина), или же рибофлавина (витамина B₂); в состав простетических группы т. н. пиридоксалевых ферментов, катализирующих перенос аминогрупп (–NH₂) и декарбоксилирование и ряд др. превращений аминокислот, входит пиридоксальфосфат – производное витамина B₆; активная группа Ф., катализирующих перенос остатков различных органических кислот (например, ацетила CH₃CO–), включает витамин пантотеновую кислоту. К двухкомпонентным Ф. относятся также важные окислительные Ф. – каталаза (катализирует реакцию разложения перекиси водорода на воду и кислород) и пероксидаза (окисляет перекисями различные соединения, например полифенолы с образованием соответствующего хинона и воды). Каталитическое действие этих Ф. может быть воспроизведено с помощью ионов трёхвалентного железа. Эти ионы обладают, однако, очень малой каталитической активностью, которая может быть усилена, если атом железа входит в состав гема. Хотя гем обладает уже значительным каталазным действием, его каталитическая активность всё же в несколько миллионов раз меньше активности каталазы, в которой гем в качестве простетической группы этого Ф. связан со специфическ им белком. Гем обладает также слабым пероксидазным действием, однако это действие проявляется в полной мере только после соединения гема со специфическим белком в целостный Ф. пероксидазу. Т. о., соединение простетической группы с белком приводит к резкому возрастанию её каталитической активности. Вместе с тем от природы белка зависит не только каталитическая активность, но и специфичность действия Ф. Прочность связи простетической группы и апофермента различна у разных Ф. У некоторых Ф., например у дегидрогеназ, катализирующих окисление различных субстратов путём отщепления водорода, эта связь является непрочной. Такие Ф. легко диссоциируют (например, при диализе) и распадаются на простетическую группу и апофермент. Простетические группы, легко отделяющиеся от белковой части Ф., называются коферментами.  Многие Ф. содержат металлы, без которых Ф. не активен. Эти металлы называются кофакторами. Так, пероксидаза и каталаза содержат железо, аскорбинатоксидаза, катализирующая окисление аскорбиновой кислоты, – медь, алкогольдегидрогеназа, окисляющая спирты в соответствующие альдегиды, – цинк.

Биологические катализаторы..

Ферменты - это специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов играющие роль биологических катализаторов.

Свойства ферментов.1)является преимущественное осуществление одной из нескольких теоретически возможных реакций. В зависимости от условий ферменты способны катализировать как прямую так и обратную реакцию. Это свойство ферментов имеет большое практическое значение.

2) термолабильность, т. е. высокая чувствительность к изменениям температуры. Так как ферменты являются белками, то для большинства из них температура свыше 70°C приводит к денатурации и потере активности. При увелечении температуры до 10°С реакция ускоряется в 2-3 раза, а при температурах близких к 0° С скорость ферментативных реакций замедляется до минимума.

3)ферменты находятся в тканях и клетках в неактивной форме (проферменте). Классическими его примерами являются неактивные формы пепсина и трипсина. Существование неактивных форм ферментов имеет большое биологическое значение. Если бы пепсин вырабатывался сразу в активной форме, то пепсин "переваривал" стенку желудка, т. е. желудок "переваривал" сам себя.

Классификация ферментов. по типу реакции, катализируемой ими. В названии фермента обязательно присутствует название субстрата, т. е. того соединения, на которое воздействует данный фермент, и окончание -аза. (Аргиназа катализирует гидролиз аргинина и т.д.)

По этому принципу все ферменты были разделены на 6 признаков:

1.Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, например каталаза:

2H2O2→O2↑+2H2O

2.Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос атомов или радикалов.

3.Гидролазы - ферменты, разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды, например фосфатаза:

OH

/

R - O - P + O + H2O → ROH + H3PO4

\

OH

4.Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу без присоединения воды, негидролитическим путем.

Например: отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой:

O O

// /

CH3 - C - C →CO2 + CH3 - C

|| \ \

O OH H

5.Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой:

глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат

6.Синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза.

Сходство и отличия ферментов и традиционных катализаторов Функции ферментов сводятся к ускорению химических реакций, причем ферменты отличаются от других катализаторов тремя уникальными свойствами: высокой эффективностью действия; специфичностью действия; способностью к регуляции;

Механизм действия ферментов 

Акт катализа складывается из трех последовательных этапов. 

1.      Образование фермент-субстратного комплекса при взаимодействии через активный центр.  

2.      Связывание субстрата происходит в нескольких точках активного центра, что приводит к изменению структуры субстрата, его деформации за счет изменения энергии связей в молекуле. Это вторая стадия и называется она активацией субстрата. При этом происходит определенная химическая модификация субстрата и превращение его в новый продукт или продукты.

3.      В результате такого превращения новое вещество (продукт) утрачивает способность удерживаться в активном центре фермента и фермент-субстратный, вернее уже фермент-продуктный комплекс диссоциирует (распадается). Виды каталитических реакций: А+Е = АЕ = БЕ = Е + Б ;А+Б +Е = АЕ+Б = АБЕ = АБ + Е;АБ+Е = АБЕ = А+Б+Е, где Е - энзим, А и Б - субстраты, либо продукты реакции.

Изменение свободной энергии в ферментативных реакциях.

Зависимость между константой равновесия и изменением свободной энергии реагирующих веществ математически принято выражать уравнением ∆G == R•T•lnK, где R газовая постоянная; Т абсолютная температура в Кельвинах; lnК натуральный логарифм константы равновесия; ∆G стандартное изменение свободной энергии, Дж/моль. Из представленного уравнения вытекает, что при Высоком значении К величина ∆G оказывается отрицательной. Подобные реакции сопровождаются уменьшением свободной энергии. При низком значении К величина ∆G оказывается положительной. Если константа равновесия равна единице, то изменение свободной энергии будет равно нулю и реакция легкообратима.

17

Электромагнитные поля – важный фактор среды, влияющий на живые организмы.

Эксперименты над животными и наблюдения за людьми показывают, что электромагнитные поля оказывают несомненное влияние на многие функции живых организмов и практически все живые существа (по тем или иным показателям) чувствительны к действию ЭМП. При взаимодействии поля с биообъектами энергия поля в основном затрачивается на нагревание этих объектов. В низкочастотном диапазоне (до 10 МГц) почти все ткани можно рассматривать как проводящие вещества (tg>-l), и превращение энергии ЭМП в теплоту связано преимущественно с потерями проводимости. При более высоких частотах, т. е. в диапазонах УВЧ и СВЧ, тангенс угла. потерь уменьшается, и ткани уже нельзя рассматривать как проводники. Даже нагревание крови при СВЧ обусловлено диэлектрическими потерями. Глубина проникновения ЭМП в ткани зависит от частоты: чем больше частота, тем меньше проникающая способность электромагнитных волн. Ориентировочно можно считать, что глубина проникновения ЭМП в ткани равна 0,1 длины волны.

К эффектам нетеплового характера относится в основном действие на центральную и вегетативную нервную систему, что, в свою очередь, приводит к функциональным сдвигам других физиологических систем организма. К таким сдвигам относятся нарушения ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т.п. У человека могут нарушаться зрительные, звуковые, осязательные ощущения ЭМП оказывает непосредственное действие на электрическое поле нейронов мозга, в результате чего и возникает ощущение звука.

Шкала электромагнитных и звуковых волн.

Шкала электромагнитных волн

Наименование Длина, м Частота, Гц

Сверхдлинные 106-104 3*102- 3*104

Длинные (радиоволны) 104-103 3*104- 3*105

Средние(радиоволны) 103 -102 3*105- 3*106

Короткие(радиоволны) 102-101 3*106- 3*107

Ультракороткие 101-10-1 3*107- 3*109

Телевидение (СВЧ) 10-1-10-2 3*109- 3*1010

Радиолокация (СВЧ) 10-2-10-3 3*1010- 3*1011

Инфракрасное излучение 10-3-10-6 3*1011- 3*1014

Видимый свет 10-6-10-7 3*1014- 3*1015

Ультрафиолетовое излучение 10-7-10-9 3*1015- 3*1017

Рентгеновское излучение(мягкое) 10-9-10-12 3*1017- 3*1020

Гамма-излучение (жесткое) 10-12-10-14 3*1020- 3*1022

Космические лучи ≤10-14 ≤3*1022

Шкала звуковых волн

Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком.

Классификация частотных интервалов принятая медицине.

Различные электромагнитные волны, в том числе и световые, имеют общую природу. В связи с этим целесообразно представить всевозможные электромагнитные волны в виде единой шкалы.

Эта шкала условно подразделяется на шесть диапазонов: радиоволны (длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-излучения. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, либо возможностью зрительного восприятия их человеком. Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками (макроизлучатели). Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения исходят из атомов, молекул и быстрых заряженных частиц (микроизлучателей). Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах. Гамма-излучение имеет ядерное происхождение.

В медицине принято следующее условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны (табл. 1).

Таблица 1

Условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны

Низкие (НЧ)	До 20 Гц
Звуковые (ЗЧ)	20—30 Гц
Ультразвуковые или надтокальные (УЗЧ)	20-200 кГц
Высокие (ВЧ)	200кГц-3-МГц
Ультравысокие (УВЧ)	30-300 МГц
Сверхвысокие (СВЧ)	Свыше 300 МГц

Деление электромагнитных волн на неионизирующие и ионизирующие излучения с точки зрения их взаимодействия с тканью.

Радиационную опасность могут создавать излучения двух категорий —ионизирующие и неионизирующие. Первые обладают достаточной энергией, чтобы освобождать электроны из атомов. К этой категории относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи. Неионизирующие излучения — микроволны, радиоволны и волны от линий электропередачи — не способны освобождать электроны. Однако эти волны все же могут вызывать тепловое повреждение тканей, а также разрушать клеточные структуры или вызывать рак.

Влияние излучений на здоровье зависит от длины волны. Последствия, которые чаще всего имеют в виду, говоря об эффектах облучения (радиационное поражение и различные формы рака), вызываются только более короткими волнами. Эти типы излучений известны как ионизирующие. В отличие от этого более длинные волны — от ближнего ультрафиолета (УФ) до радиоволн и далее — называют неионизирующим излучением, его влияние на здоровье совершенно иное.

Биологическое действие неионизирующего излучения

Неионизирующее излучение может усиливать тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к повышению температуры ткани и может вызывать вредные последствия, такие, как ожоги и катаракты, а также аномалии развития утробного плода. Не исключена также возможность разрушения сложных биологических структур, например, клеточных мембран.

Большая часть опытных данных по неионизирующим излучениям относится к радиочастотному диапазону. Эти данные показывают, что дозы выше 100 милливатт (мВт) на 1 см2 вызывают прямое тепловое повреждение, а также развитие катаракты в глазу. При дозах от 10 до 100 мВт/см2 наблюдались изменения, обусловленные термическим стрессом, включая врожденные аномалии у потомков. При 1-10 мВт/см2 отмечались изменения в иммунной системе и гематоэнцефалическом барьере. В диапазоне от 100 мкВт/см2 до 1 мВт/см2 не было достоверно установлено почти никаких последствий. При воздействии неионизирующего излучения существенное значение имеют лишь ближайшие последствия, такие, как перегрев

Биологическое действие ионизирующего излучения. рентгеновских, гамма- и космических излучений. Эти излучения обладают достаточной энергией. чтобы освободить электрон из атома, частью которого он был. В результате образуются ионы (почему эти виды излучений и называют ионизирующими). Воздействием этих ионов и обусловлены дальнейшие изменения в облученных клетках.

Общие аспекты применения различных частотных участков электромагнитного излучения в медицине.

Микроволновая терапия.

СВЧ терапия – метод лечения, основанный на использовании энергии микроволн - электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Микроволны (микрорадиоволны, СВЧ- колебания) имеют длину от 1 м до 1 мм, частоту колебаний соответственно от 300 до 300 000 Мгц. В лечебной практике используют микроволны дециметрового (0,1 – 1м) и сантиметрового (1-10 см) диапазонов и в соответствии с этим различают 2 вида СВЧ-терапии, дециметровая (ДМВ-терапия) и сантиметровая (СМВ-терапия).

УВЧ

Ультравысокочастотная (УВЧ) терапия – лечебное использование электрической составляющей переменного электромагнитного поля ультравысокой частоты.

При этом биологическая система помещается между плоскими электродами, которые не касаются тела (рис.). Электроды могут накладываться различными способами, рис..

При УВЧ терапии колебания имеют частоту 40-50 МГц.

СВЧ

Дециметровая терапия (ДМВ-терапия) – метод, при котором с лечебными целями применяют дециметровые волны длиной 69,65 и 33 см (частота электромагнитного поля 433,460 и 915 МГц соответственно). В нашей стране аппаратура работает на частоте 460 МГц, в Западной Европе – 433 МГц, в США – 915 Мгц.

Сантиметроволновая терапия (СМВ-терапия) - метод, при котором с лечебными целями применяют электромагнитные волны длиной 12,6 и 12,2 см (частота 2375 и 2450 МГц). Физические свойства СМВ определяют их действия на организм человека. При СМВ частота ЭМП близка частоте инфракрасной области оптического излучения, поэтому все физические законы, которым подчиняется свет, применимы к этому виду энергии в большей степени, чем при всех других частотах ЭМП.

ММВ(КВЧ)-терапия (милиметроволновая терапия) – метод электролечения, основанный на использовании электромагнитных волн сверхвысокой частоты. Электромагнитные миллиметровые волны (ЭМ ММВ) представляют собой распространяющееся в пространстве, средах и тканях Э.М.П. СВЧ от 30 до 300 МГц, что соответствует длине волны 10-1 мм. В лечебной практике используют нетепловые интенсивности ЭМ ММВ, при которых повышение температуры тканей при локальных воздействиях не превышает 0,1ºС. энергия ЭМ ММВ поглощается молекулами свободной воды, водных растворов, белков, липидов, кислорода, коллагена, мембранами клеток, ДНК. Поглощение энергии ММВ кожей в три раза больше, чем СМВ и ДМВ.

Светолечение. Широкое лечебно-реабилитационное применение имеет светолечение – использование инфракрасного и видимого излучения в лечебных целях. Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Интенсивность и спектральный состав такого излучения определяется температурой нагретого тела. Проникая в ткани, инфракрасные лучи (как и видимые) на месте своего поглощения вызывают образование тепла. Различные слои кожи неодинаково поглощают оптическое излучение разной длины волны.

Видимый свет. Важная регуляторная роль принадлежит видимому свету. Известно, что в пасмурные осенние дни у многих людей возникает синдром «осенней грусти», сопровождающийся психической депрессией и даже приводящей к самоубийствам. Экспериментально доказано, что подобную депрессию можно снять, если человека помещать на несколько часов в течение ряда дней в ярко освещенную комнату.

Красный свет. Используются терапевтические эффекты красного света. Так, установлено, что красный свет ускоряет заживление ран. Издавна замечено, что лечение «рожи» улучшается, если на очаг воспаления наложить повязку из красной ткани.

Синий свет. Синий свет используется в родильных домах для лечения желтухи новорожденных. Это заболевание является следствием резкого повышения в организме концентрации билирубина, придающего коже желтоватый оттенок. Билирубин имеет максимум поглощения в синей области спектра. Он очень легко фотоизомеризуется, и продукты его изомеризации не токсичны. Если новорожденных детей освещать синим светом, то фотоизомеризация билирубина с образованием водорастворимых фотопродуктов происходит прямо в кровеносных сосудах.

Лечебное применение УФ излучения

Фотогемотерапия. При заболеваниях, сопровождающихся повышением вязкости крови, для уменьшения вязкости крови применяется метод фотогемотерапии. Он заключается в том, что у больного берут небольшое количество крови (примерно 2 мл/кг веса), подвергают ее УФ-облучению и вводят обратно в кровеносное русло. Примерно через 5 мин после введения больным 100-200 мл облученной крови наблюдается значительное снижение вязкости во всем объеме (около 5 л) циркулирующей крови.

Длинноволновое облучение (преимущественное эритемное и загарное действие). Оно используется при лечение многих дерматологических заболеваний.

Средневолновое облучение (преимущественно витаминообразующее, антирахитное действие).

Коротковолновое облучение (преимущественно бактерицидное действие). Под его воздействием происходит разрушение структуры микроорганизмов и грибов. Оно создается с использованием ртутно-кварцевых бактерицидных ламп

Лазеры в медицине Длины волн излучения (А) медицинских лазеров лежат в диапазоне 0,2-10 мкм, то есть от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области.

Лазерная сварка тканей. Соединение рассеченных тканей представляет собой необходимый этап многих операций. Лазер могут с успехом использоваться для решения этой задачи. Для сварки тканей используется различные лазеры. Для большинства тканей при сварке целесообразно, чтобы нагревание, ведущее к оплавлению и последующей сварке, происходило по возможности главным образом в наружном, самом прочном слое будущего анастомоза (соустье между сосудами).

Лазерный пробой. Короткоимпульсные лазеры в сочетании со световодами применяют для удаления бляшек в сосудах, камней в желчном пузыре и почках.

Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 м).

Рентгенологическое исследование основано на особом свойстве рентгеновских лучей проникать через плотные непрозрачные среды и поглощаться ими в неодинаковой степени в зависимости от их химического состава и физических свойств. В результате на светочувствительном экране, воспринимающем рентгеновские лучи, прошедшие через участок человеческого тела, получают плоское изображение внутренних органов человека без нарушения целостности кожных покровов. Различные органы и ткани дают на экране тени неодинаковой интенсивности, что и создает возможность отличить их друг от друга.

Электромагнитное излучение человека

Понятие о биомагнетизме

Биомагнетизм занимается проблемами, которые связаны с магнитными свойствами и магнитными полями, создаваемыми биологическими объектами.

Магнитное поле человека создается токами, генерируемыми клетками сердца и коры головного мозга. Оно очень мало: индукция магнитного поля составляет для сердца – 10^-11, для мозга 10^–13 Тл. (ср. с магнитным полем Земли – 10^-5 Тл). Для измерения магнитного поля тела человека используют специальный магнитометр (сокращенное его название СКВИД), который регистрирует сверхмалые магнитные поля до 10^–18 Тл. Метод основан на измерении не самого магнитного поля тела, а его изменения в пространстве.

Биотоки, возникающие в организме в результате сердечной деятельности, являются источником слабых магнитных полей. В некоторых случаях индукцию таких полей можно измерить.

Некоторые медицинские аспекты взаимодействия электромагнитного излучения с биологическими объектами.

Механизм действия микроволн на организм складывается из двух процессов: первичного (непосредственного влияния микроволны на ткани организма) и вторичного – возникающих в ответ на него нейрорефлекторных и нейрогуморальных реакций целостного организма. Первичное влияние проявляется в зоне локального воздействия состоит из теплового и нетеплового компонентов. Тепловой компонент проявляется нагревом тканей за счёт эндогенного тепла, которое образуется в результате трения, возникающего при движениях свободных ионов электролитов тканей и колебаний дипольных молекул вокруг своей оси в процессе ориентировки их по направлению силовых линий электромагнитного поля, а также за счёт выделения тепла молекулами воды при поглощение ими энергии микроволн. Частота колебаний поля молекул воды совпадает с частотой СВЧ-колебаний, поэтому наибольшее образование тепла происходит в тканях, содержащих значительное количество воды,- в крови, лимфе, мышцах, тканях паренхиматозных органов. Нетепловой (экстратермический, осциляторный) компонент механизма действия микроволн заключаются в различных внутримолекулярных физико-химических и электрохимических изменениях и в структурных перестройках, возникающих под влиянием энергии микроволн в сложных биоколлоидных системах (изменение осмотического давления, поверхностного напряжения, проницаемости клеточных мембран, коллоидного состояния цитоплазмы и межклеточной жидкости, ориентирование элементов крови и поляризованных ветвей белковой макромолекул в направление силовых линий электромагнитного поля, резонансное поглощение энергии колебаний отдельными макромолекулами, аминокислотами и др.).

Биологичческое действие ИК злучения

Температура тех слоев кожи, в которых излучение поглощается, повышается, что приводит к раздражению содержащихся в коже рецепторов. В последних возникают потенциалы действия, поступающие в центральную нервную систему, которая управляет механизмом терморегуляции. В результате в месте облучения количество циркулирующей крови возрастает, увеличивается снабжение ткани кислородом, что и ведет к активизации ее биологических функций. Длинноволновое излучение поглощается в верхних слоях тканей и вызывает в них гиперемию, тогда как более коротковолновое излучение проникает в ткани на глубину до 6–8 см, вызывая прогревание внутренних органов. ИК излучение, сильно поглощаясь водой, усиливает испарение и тем самым оказывает высушивающее действие на влажные поверхности. Это свойство находит применение при лечении мокнущих экзем, обмораживании и т. п.

Механизм биологического действия УФ лучей. В основе этого механизма лежат фотохимические реакции, происходящие с биополимерами – белками и нуклеиновыми кислотами. Под действием фотонов, выбивающих из молекул электроны, заряд белковых молекул изменяется, что в конечном счете обусловливает денатурацию белков. Облучение приводит также к фотолизу, т. е. образованию «осколков» крупных молекул, обладающих высокой биологической активностью (гистамин, ацетилхолин и др.). Фотолиз вызывают фотоны с длинами волн преимущественно в эритемной зоне, а денатурацию – с длинами волн в бактерицидной зоне.

Общие сведения об аппаратуре СВЧ, КВЧ и УВЧ диапазонов медицинского назначения.

В лечебной практике используют микроволны дециметрового (0,1 – 1м) и сантиметрового (1-10 см) диапазонов и в соответствии с этим различают 2 вида СВЧ-терапии, дециметровая (ДМВ-терапия) и сантиметровая (СМВ-терапия).

Для проведения ДМВ-терапии отечественная промышленность выпускает аппараты: «Волна - 2», «Ромашка» и т.д.. В ФРГ выпускаются аппараты: «Sirotherm» (фирма Simens), “Erbotherm”(фирма Erbe), в Нидерландах – «DW961»(фирма Philips) и др. Аппарат «Волна-2» стационарный, питается от сети переменного тока, напряжения 220 В. предназначен для проведения местных процедур ДМВ на любой участок тела больного выходит мощность 20-100 Вт. Аппарат имеет кабель, оканчивающийся вилкой для включения в сеть через розетку. Заземление аппараты выполнено по классу I и проходит через специальную заземлённую сетевую розетку. От аппарата выведен коаксиальный кабель, соединяющий магнетрон с излучателем. Аппарат комплектуется двумя излучателями – продолговатым (размером 35х16 см) и цилиндрическим (диаметром 15 см), которые крепятся на держателе. Продолговатый излучатель представляет собой полуволновой диполь, помещённый над экраном эллиптической форсин. Излучатель создаёт поток энергии, направленный в сторону, противоположную экрану, с максимальной активностью в средней части. Цилиндрический излучатель представляет собой два взаимоперпендикулярных полуволновых диполя, которые укреплены над экраном конической формы. Этот излучатель создаёт узкий поток энергии, направленный вперёд, с максимальной интенсивностью в центре. Излучающая поверхность излучателей закрыта крышкой из изоляционного материала. Аппарат эксплуатируется в специальной кабине, изолированной тканью с микропроводом.

Для проведения СМВ-терапии используют аппараты «Луч-58», «Луч-58-1» и «Луч-2». За рубежом для этого вида физиотерапии выпускают аппараты в ФРГ-«Erbotherm 12-240»(фирма Erbe), Jirotherm 2450 (фирма Huttinger). Отечественные аппараты настроены на частоты 2375 Гц, зарубежные – 2450 МГц. Аппараты “Луч-58” и “Луч-58-1” стационарные, питаются от сети переменного тока напряжением 220 В. Предназначены для проведения местных процедур на любой участок тела. Выходная мощность от 16 до 150 Вт. Аппарат “Луч-58-1” по защите выполнен по классу I. В нём заземляющий провод и сетевой шнур помещены в один общий кабель, и заземление аппарата происходит через специальную заземлённую сетевую розетку. От обоих аппаратов выведен коаксиальный кабель, соединяющий магнетрон с излучателем. У аппарата 4 излучателя: 3 цилиндрически (диаметром 90, 110 и 140 мм) и 1 продолговатый (размером 300*90*90 мм), крепятся они на держателе. Каждый излучатель представляет собой отрезок волновода, открытого с одной стороны и закрытого с другой. Волновод возбуждается с помощью штыря, представляющего собой выступающий из конца коаксиального кабеля его центральный проводник. Излучающая поверхность излучателя закрыта крышкой из изоляционного материала. Аппараты эксплуатируются в кабинах изолированных тканью с микропроводом.

Для КВЧ-терапии (крайневысокой частоты или ММВ-терапии) используются установки «ЯВ6-1» с длинами волн 5,6 мм и 7,1 мм (соответственно частоты 53534 и 42194). Плотность мощности облучения 10 мВт/см². Питание установки – от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В. мощность от сети - не более 25 Вт. Установка смонтирована в блоке, который подвешивается на штативе, штатив крепится к столу, это позволяет ориентировать рупор на любую часть поверхности тела больного.

В России в аппаратах УВЧ, в основном, используется частота 40,58 МГц, длина волны 7,37 м, на которой не проводятся никакие радиопередачи. Также используются аппараты с частотой 27,12 МГц (длина волны 11,05 м), которая является международной. Воздействие оказывается на значительную поверхность тела пациента, который находится в ближней зоне источника электромагнитного поля.

Действие электрического поля на организм.

Нарушение регуляции физиологических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит вследствие рефлекторного действия поля, а тормозной эффект - результат прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля. Основным материальным фактором, вызывающим указанные изменения в организме, является индуцируемый в теле ток, а влияние самого электрического поля значительно меньше. Наряду с биологическим действием электрическое поле обуславливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек потенциал. Если человек стоит непосредственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда несколько киловольт. Поляризация диэлектриков в электрическом поле. Поляризацией вещества в электрическом поле называют явление, обусловленное упорядочением в этом веществе связанных электрических зарядов, которые ориентируются так, что образуемое ими дополнительное электрическое поле направлено в сторону, противоположную внешнему полю. Поляризация в диэлектриках связана с существованием в диэлектрике или образованием в нем под действием электрического поля электрических диполей, т. е. систем, состоящих из двух равных, но противоположных по знаку зарядов q, находящихся на расстоянии l друг от друга..

Молекулы некоторых диэлектриков обладают электрической асимметрией даже в отсутствие внешнего электрического поля. Таковы молекулы воды, солей, щелочей и кислот, спиртов, белков и других биополимеров. Вследствие беспорядочного теплового движения дипольные моменты таких молекул ориентированы хаотично и векторная сумма всех дипольных моментов в диэлектрике равна нулю (поля нет). Если поместить диэлектрик в электрическое поле с напряженностью E₀ то диполи будут поворачиваться, стремясь установиться вдоль вектора напряженности поля. Однако этому процессу препятствует тепловое движение. Под действием поля и теплового движения устанавливается равновесие, при котором полярные молекулы приобретают в среднем направленную ориентацию (рис.). Весь же диэлектрик приобретает дипольный момент в направлении поля, что и означает его поляризацию

Электронная поляризация. Отдельные атомы не обладают дипольными моментами. Отсутствуют они и у некоторых молекул, в которых заряды атомных электронов и ядер расположены так, что «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают. Диэлектрик, образованный атомами или такими молекулами, называют нейтральным. Если атомы или нейтральные молекулы попадают в электрическое поле, то электронные оболочки смещаются в сторону, противоположную направлению вектора напряженности поля, электрическая симметрия нарушается и как сами молекулы, так и образованное ими тело приобретают дипольный момент. Этот процесс носит название электронной поляризации. Ионная поляризация. Это процесс, происходящий в кристаллических диэлектриках с кубическими ионными решетками (NaCl, CsCl и др). Под действием электрического поля положительные ионы смещаются в направлении вектора напряженности, а отрицательные – в противоположную сторону. Время релаксации 10^–13–10^–12 с.

Все виды поляризации приводят к тому, что на поверхности диэлектрика в электрическом поле появляются связанные электрические заряды, создающие дополнительное электрическое поле, напряженность которого Е_а направлена противоположно вектору напряженности внешнего поля Е_о. В результате напряженность поля в диэлектрике равна Е = Е_о–Е_п. Степень уменьшения напряженности поля в диэлектрике по сравнению с напряженностью поля в вакууме определяется относительной диэлектрической проницаемостью вещества  = Е₀/Е_п.

Электрические явления на границе между твердым телом и жидкостью. В результате контакта двух фаз - твердой и жидкой- электрические заряды не возникают и не исчезают, они просто перераспределяются. Если, скажем, жидкость на границе с твердым телом электризуется положительно, то слой, непосредственно смачивающий твердое тело,- отрицательно. Таким образом, на межфазной границе возникает система зарядов, которую называют электрическим двойным слоем. Между поверхностью твердого тела и жидкостью существует разность потенциалов. Знак и величина этой разности зависят от свойств фаз. Одно из объяснений появления двойного слоя состоит в следующем. Поверхность твердого тела, омываемого электролитом, поглощает ионы определенного вида (положительные или отрицательные). Эти внедрившиеся или прилипшие ионы, естественно, заряжают тело. Те, которые не впитываются - с противоположным зарядом,- выстраиваются напротив. Это так называемые противоионы. В тонкой приповерхностной зоне (двойном слое) образуются два разноименных отряда ионов. Вдали же от твердой поверхности в жидкости строевого порядка не наблюдается, там хаотически рассредоточены положительные и отрицательные заряды. Расстановку сил в двойном слое можно изменить, взаимно поменяв позиции за счет добавки в жидкость другого раствора. В разбавленных растворах хлористого калия многие пористые диафрагмы принимали отрицательный заряд. Под влиянием разбавленной соляной кислоты все они (кроме диафрагм из целлюлозы) меняли знак заряда на противоположный. Конечно, противоионы не располагаются покоящейся массой. Влекомые к поверхности твердого тела, они совершают тепловое движение, образуя вокруг тела своеобразную атмосферу.

Электрокинетические явления Электрокинетическими называют явления, происходящие в гетерогенных, дисперсных системах. Суть этих явлений заключается или в движении одной фазы относительно другой под действием внешнего электрического поля, или в появлении разности потенциалов в результате перемещения фаз под действием внешних механических сил. К электрокинетическим явлениям относят: электрофорез – движение в жидкости взвешенных в ней твердых частиц, капель инородной жидкости или газовых пузырьков под действием внешнего электрического поля; электроосмос – движение жидкости через капилляры или мембраны под действием внешнего электрического поля; эффект Дорна – возникновение разности потенциалов в жидкости в направлении оседания в ней взвешенных твердых частичек (в поле силы тяжести или в центрифугах) и возникновение разности потенциалов между концами капилляра или поверхностями пористой мембраны при проталкивании через них жидкости внешним давлением.

Электрофорез— Внешнее электрическое поле, действуя на частицу, окруженную двойным электрическим слоем, приводит ее в движение (рис. а). Подвижность частицы зависит от величины дзета-потенциала, коэффициента вязкости жидкости и от напряженности поля. Если размер частицы значительно превышает толщину двойного слоя, то подвижность таких частиц не зависит от их формы и величины. К таким частицам относятся, например, эритроциты, лейкоциты, микроорганизмы. Если же размеры частиц сравнимы с диаметром ионов (например, белковые молекулы), то последний влияет на их электрофоретическую подвижность. Электрофорез широко применяют для разделения смесей некоторых веществ, например для разделения белковых фракций сыворотки крови. Электрофоретическое исследование состава белковых фракций сыворотки крови проводят при диагностике ряда заболеваний.

Проницаемость кожи весьма незначительна, поскольку поры кожи заполнены воздухом, а стенки имеют электрические заряды. Если кожа попадает в электрическое поле, то жидкость из нижележащей ткани под действием поля перемещается наружу (злектроосмос), воздух вытесняется из пор, они заполняются жидкостью, и ионы вещества, находящиеся на поверхности кожи, получают возможность перемещаться внутрь. Если прокладки под электродами, наложенными на кожу, смочить раствором лекарственных веществ, которые диссоциируют на ионы или содержат коллоидные частицы, заряжающиеся при адсорбции на них ионов из раствора, то при пропускании постоянного тока ионы и частицы будут перемещаться внутрь ткани. Одновременно из ткани в прокладку перемещаются ионы веществ, содержащихся во внеклеточных жидкостях.

Двойной электрический слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентировании полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью называются потенциалопределяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами.

ДЭС возникает при контакте двух фаз, из которых хотя бы одна является жидкой. Стремление системы понизить поверхностную энергию приводит к тому, что частицы на поверхности раздела фаз ориентируются особым образом. Вследствие этого контактирующие фазы приобретают заряды противоположного знака, но равной величины, что приводит к образованию двойного электрического слоя.

три механизма образования ДЭС:

1. Переход ионов или электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация). Примером может служить диссоциация поверхностных функциональных групп, принадлежащих одной из фаз (как правило, твердой).

2. Преимущественная адсорбция в межфазном слое ионов одного знака.

3. Ориентирование полярных молекул в поверхностном слое. По этому механизму ДЭС образуется в случае, если вещества, составляющие фазы системы не могут обмениваться зарядами. Для определения знака заряда поверхности использую правило Кёна, гласящее о том, что из двух соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость.

Строение ДЭС

В отсутствии теплового движения частиц, строение двойного электрического слоя подобно строению плоского конденсатора. Но в отличие от идеального случая, ДЭС в реальных условиях имеет диффузное (размытое) строение. Согласно современной теории структуру ДЭС составляют два слоя:

* Слой Гельмгольца или адсорбционный слой, примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Этот слой имеет толщину δ, равную радиусу потенциалопределяющих ионов в несольватированном состоянии.

* Диффузный слой или слой Гуи, в котором находятся противоионы. Толщина диффузного слоя зависит от свойств системы и может достигать больших значений.

Электрической характеристикой ДЭС является потенциал φ. Существует несколько характеристических потенциалов:

* Потенциал диффузного слоя φδ, соответствующий границе адсорбционного и диффузного слоёв. Внутри диффузного слоя потенциал можно рассчитать по уравнению Гуи-Чепмена:

φ=φδe^-אx

* Потенциал φx=λ, меньший, чем δ в e раз и характеризующий толщину диффузного слоя.

* Электрокинетический потенциал или дзета-потенциал. Этот потенциал соответствует плоскости скольжения и является частью потенциала диффузного слоя. Поляризация в растворах электролитов.

Электролитическая поляризация. Если в раствор электролита погрузить два электрода из одинакового металла, то каждый из них приобретает электродный потенциал, определяемый по уравнению Нернста. При подсоединении электродов к внешнему источнику тока потенциал каждого из электродов по отношению к раствору изменяется, что сказывается на динамике перехода ионов из металла в раствор и, следовательно, на структуре приэлектродного двойного слоя: в области катода концентрация положительных ионов в двойном слое увеличится, а в области анода уменьшится и концентрации станут соответственно [с]_а и [с]_к. Это приведет к появлению в межэлектродном пространстве электрического поля, напряженность которого будет направлена противоположно напряженности внешнего поля, создаваемого источником тока, т. е. произойдет поляризация вещества между электродами.

Наличие эдс поляризации приводит к определенным трудностям при измерении сопротивления растворов электролитов, поскольку сила тока в таких цепях, во-первых, меньше той, которую можно было бы ожидать в соответствии с законом Ома для металлов, а во-вторых, она не остается постоянной. Эти трудности отпадают при использовании специальных неполяризующихся электродов, к которым относится, например, часто применяемый при биоэлектрических измерениях хлорсеребряный электрод. Электрод соединяют с исследуемым участком цепи посредством отводной трубки Б, в которой находится раствор хлористого калия, а серебряную проволоку присоединяют к источнику тока или к гальванометру. Если при прохождении тока серебро будет положительным электродом, то на его поверхности из раствора выделяется хлор, который, однако, не приводит к поляризации серебра, так как, соединяясь с ним, образует хлористое серебро, в результате чего лишь увеличивается толщина хлорсеребряного покрытия. Если серебро является отрицательным электродом, то из него выделяются атомы серебра, которые опять-таки не приводят к поляризации электрода. Таким образом, ни при каком направлении тока поляризации электродов не происходит.

Помимо электролитической, в биологических объектах имеют место еще некоторые специфические виды поляризации.

Поверхностная поляризация. Этот вид поляризации происходит в растворах электролитов на телах, поверхности которых обладают связанными электрическими зарядами (например, биологические мембраны). К ним притягиваются из раствора ионы, образующие двойной электрический слой. Во внешнем электрическом поле происходит перераспределение ионов в двойном слое, т. е. явление поляризации. Время релаксации этого процесса от 1 мс до 1 с.

Макросгруктурная поляризация. Возникает в растворах электролитов на объектах, обладающих значительной электрической неоднородностью (например, на клетках или их органеллах). Положительные и отрицательные ионы, перемещаясь под действием внешнего электрического поля в противоположных направлениях, как в цитоплазме, так и во внеклеточной среде, доходят до поверхности мембраны и скапливаются около нее, поскольку мембрана не пропускает многие ионы через себя. В результате клетка и ее органеллы приобретают дипольные моменты. Время релаксации макроструктурной поляризации: 10^–8–10^–3 с. Этот вид поляризации играет наиболее важную роль в биологических объектах по сравнению с другими видами поляризации, поскольку любая ткань состоит из огромного количества клеток. Поэтому диэлектрическая проницаемость биообъектов, измеренная в постоянном электрическом поле, очень велика.

Клеточная мембрана, разделяющая электрические заряды противоположных знаков, представляет собой конденсатор, электроемкость которого определяется поляризационными эффектами. Величины поляризационной емкости, измеренные на постоянном токе, довольно значительны – от 0,1 до 10 кФ на 1 м² поверхности мембраны. Следует отметить, что большая поляризационная емкость – характерное свойство только живых неповрежденных клеток, и при их отмирании она резко уменьшается. К поляризационной емкости добавляется статическая емкость самой биомембраны, образованной липидными слоями с заряженными головками; она достигает величины порядка 1 кФ на 1 м². Статическую и поляризационную емкости в биологических объектах можно считать соединенными последовательно.

Постоянный ток в биологических объектрах.

Величины удельных сопротивлений различных тканей довольно сильно отличаются друг от друга. Лучше всего проводят электрический ток спинномозговая жидкость, кровь, лимфа; несколько хуже – мышцы, печень, легочная ткань. Очень большое сопротивление имеют жировая и костная ткани, кожа. Сопротивление ткани зависит от внешних причин. Например, удельное сопротивление влажной кожи значительно меньше, чем сухой; различные повреждения (ссадины, ожоги) понижают сопротивление кожи.

Органы и ткани неоднородны по своему составу. Так, при наложении электродов на участок тела животного линии тока проходят через кожу, жировую и мышечную ткани, через кровеносные сосуды, причем ток идет преимущественно по тем участкам, сопротивление которых наименьшее (вдоль потоков тканевой жидкости, по кровеносным сосудам, нервным волокнам и т. п.), и судить по таким измерениям о сопротивлении ткани в целом крайне трудно.

Трудности проведение электрических измерений с живыми объектами связаны с тем, что параметры живых существ не остаются постоянными с течением времени. Они изменяются как в связи с физиологическими процессами, протекающими в организме животных, так и под воздействием протекающего через них тока. При измерениях, проводимых на изолированных от организма тканях, необходимо учитывать ионный характер электропроводности тканей и поддерживать в них постоянную влажность. Введение микроэлектродов в клетку не может не оказывать на нее определенного влияния, вследствие чего происходит изменение ее проводимости. Прохождение постоянного тока приводит к диссоциации цитоплазмы, а это ведет к гибели клетки, если диссоциация достаточно велика. Поэтому используют достаточно низкие токи.

После присоединения электродов к источнику напряжения сила тока быстро уменьшается в сотни и даже в тысячи раз, и лишь после этого устанавливается какое-то постоянное значение тока. Резкое уменьшение силы тока в биологических объектах, а следовательно, резкое возрастание их электросопротивления через некоторое время после замыкания электрической цепи объясняется поляризационными эффектами.

Физиологическое действие постоянного тока.

Физиологическое действие постоянного тока в значительной степени связано с процессами, происходящими в электролитах, заполняющих клетки и ткани. Если приложить к поверхности ела два электрода, то даже при слабых токах ощущается жжение, а при увеличении тока на коже появляется ожог. Объясняется это тем, что ионы натрия и хлора, в большом количестве содержащиеся в цитоплазме и в межклеточных жидкостях, в результате вторичных реакций на электродах образуют такие вещества, как НС1 и NaOH, действие которых на ткани и приводит к ожогу. Для предупреждения этого явления при лечении электрическим током и при биоэлектрических измерениях используют неполяризующиеся электроды, а также помещают между металлическими электродами и кожей марлевую прокладку, смоченную физиологическим раствором.

В медицинской практике обычно применяют свинцовые электроды. Пластичные свинцовые пластинки легко принимают форму того органа, к которому их прикладывают. Это существенно, так как если электрод касается тела только в нескольких точках, то плотность тока в этих точках возрастает, что может привести к ожогу. Кроме того, тяжелые ионы свинца обладают малой подвижностью и не проникают в организм при прохождении слабого тока.

Однако и при использовании неполяризующихся электродов увеличение силы тока приводит сначала к слабому, а затем к более сильному раздражению клеток и тканей. Это ведет к болевым ощущениям, шоку и при определенной величине тока – к гибели. Причина раздражения клеток сводится к поляризационным эффектам, так как при прохождении тока на противоположных концах клетки накапливаются разноименно заряженные ионы. Возбуждение клетки происходит тогда, когда концентрация ионов на противоположных поверхностях мембраны достигает определенного предельного значения и происходит «пробой» диэлектрической мембраны. Очевидно, этот процесс будет тем более интенсивным, чем больше плотность тока в ткани. При слабых токах «пробоя» мембраны вообще не будет, так как накапливающиеся на ее поверхностях в небольших количествах ионы будут разбрасываться в стороны тепловым движением. Таким образом, раздражение ткани электрическим током имеет определенный порог, ниже которого действие тока живым организмом не ощущается. Поскольку для достижения порогового значения необходимо накопление на мембране определенного электрического заряда, величина порогового тока должна быть тем больше, чем меньше время действия тока. При малом времени действия тока, т. е. при прохождении через ткань кратковременного импульса, обладающие определенной инерцией ионы практически не успевают прийти в движение, скопление их у мембраны незначительно и раздражение ткани невелико.

. В зависимости от места приложения электродов раздражение передается от кожи по нервам на тот или иной внутренний орган, в котором происходят изменения его обменных и функциональных свойств. В качестве ответной реакции на раздражение рефлекторно расширяются капилляры, изменяется проницаемость клеточных мембран; электролиз в клетках и тканях приводит к возникновению новых веществ с иной физиологической активностью и т. п. Что касается теплового эффекта, то при гальванизации он ничтожно мал, так как при терапевтических процедурах применяют токи, плотность которых не превышает 0,5 мА/см².

Медицинское применение постоянного тока

Франклинизация – лечебное воздействие постоянным электрическим полем высокой напряженности. В аппаратах для франклинизации имеются электроды разной формы с иглами на концах. Постоянное напряжение, создаваемое на концах электродов при общей франклинизации (электростати-ческий душ) достигает 40-50 кВ, при местной составляет 10-20 кВ. Во всех случаях сила тока не превышает 1 мА. При этой процедуре в проводящих тканях человека, помещенного в постоянное электрическое поле, возникают токи проводимости, плотность которых не превышает 5 мА/м².Используется разновидность этого метода – акупунктурная франклинизация, в котором для усиления эффекта воздействия электрическое поле действует на иглы, введенные в биологически активные точки. При этом происходит «стекание» зарядов по иглам, вызывающее раздражение тканей.

Для групповых процедур применяют высоковольтный генератор, электроэффлювиальную лампу Чижевского (аэроионизатор).

Эта система предназначена для получения ионизированного воздуха, в частности ионов кислорода (озона), оказывающих биологическое действие

В медицинской реабилитологии большое применение имеют различные методы физиотерапии, в том числе и электромагнито-терапии.

Плоские электроды. Такие электроды используются при гальванизации, электрофорезе. К телу больного подводят постоянный ток с помощью двух электродов, каждый из которых состоит из свинцовой пластинки (или токопроводящей углеграфитовой ткани) и гидрофильной прокладки.

Гидрофильные прокладки толщиной 1-1,5 см смачивают водой и размещают на соответствующем участке поверхности тела.

При помощи прокладок, создают хороший контакт электрода с телом больного, и его кожа (или слизистые) предохраняются от воздействия продуктов электролиза (кислоты и щелочи). Форма гидрофильной прокладки должна соответствовать форме металлической пластины электрода. Для предотвращения контакта металлической части электрода с кожей больного, гидрофильная прокладка должна выступать со всех сторон за края пластины на 1-2 см. Используют электроды различной формы, площадью от 8-15 см² до 50 см². Наряду с электродами прямоугольной формы для местной процедуры применяют электроды в виде полумаски (для лица), воротника (для верхней части спины и надплечий), в виде круга (для век) или специальные полостные электроды.

Импульсная электротерапия.

Основные виды импульсных токов, используемых при транс-краниальной электроанальгезии

Прямоугольные импульсы используются в следующих методах.

Электросонтерапия – метод лечебного воздействия на структуры головного мозга. Для этой процедуры применяют прямоугольные импульсы с частотой 5-160 имп/с и длительностью 0,2-0,5 мс. Сила импульсного тока составляет 1-8 мА.

Транскраниальная электроанальгезия – метод лечебного воздействия на кожные покровы головы импульсными токами, вызывающими обезболивание или снижение интенсивности болевых ощущений. Для этого метода используются следующие режимы воздействия рис.:

а) прямоугольные импульсы напряжением до 10 В, частотой 60-100 имп/с, длительностью 3,5-4 мс, следующие пучками по 20-50 импульсов;

б), в) прямоугольные импульсы постоянной и переменной скважности продолжительностью 0,15–0,5 мс, напряжением до 20 В, следующие с частотой 150-2000 имп/с. Сила импульсного тока при этом не превышает 1 мА.

Выбор параметров (частоты, длительности, скважности, амплитуды) осуществляется индивидуально для каждого больного.

Основные виды диадинамических токов

Полусинусоидальные импульсы используются в диадинамотерапии. Основные виды таких токов представлены на рис.:

а) однополупериодный непрерывный с частотой 50 Гц;

б) двухполупериодный непрерывный с частотой 100 Гц;

в) однополупериодный ритмический – это прерывистый однополупериодный ток, посылки которого чередуются с паузами равной длительности (1-1,5 с);

г) модулированный разными по длительности периодами. Токи Бернара представляют собой диадинамические токи – импульсы с задним фронтом, имеющим форму экспоненты, частота этих токов 50-100 Гц. Возбудимые ткани организма быстро адаптируются к таким токам.

Основные виды импульсных токов, используемых для электростимуляции

Электростимуляция – метод лечебного применения импульсных токов для восстановления деятельности органов и тканей, утративших нормальную функцию. Основные виды импульсных токов, используемых в этом методе показан на рис.:

а) постоянный ток с прерыванием, б) импульсный ток прямоугольной формы,

в) импульсный ток экспоненциальной формы, г) импульсный ток треугольной остроконечной формы.

Электропунктура – лечебное воздействие импульсных и переменных токов на биологически активные точки (БAT). По современным представлениям такие точки являются морфо-функционально обособленными участками тканей, расположенными в подкожной жировой клетчатке. Они имеют повышенную электропроводность по отношению к окружающим их участкам кожи. На этом свойстве созданы приборы для поиска БАТ и воздействия на них.

19

Вопросы электробезопасности медицинской аппаратуры. Электропроводность тела человека. Поражение электрическим током. Техника электробезопасности при работе с электронной медицинской аппаратурой. Классы защиты условной безопасности и их характеристика применительно к медицинской электронной аппаратуре. Заземление приборов (необходимость и нормативные требования). Об опасности заземления пациента при одновременном применении на нем многих диагностических и лечебных приборов.

Вопросы электробезопасности медицинской аппаратуры Одним из важнейших вопросов, связанных с использованием электронной медицинской аппаратыры, это ее электробезопасность как для пациентов, так и для медицинского персонала. В электрической сети и в технических устройствах обычно задают электрическое напряжение, однако действие на организм или органы оказывает электрический ток, т. Е. заряд протекающий через биологический объект в единицу времени

Электропроводность тела человека.?Сопротивление тела человека между двумя касаниями(электродами) складываются из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Сопротивление внутренних частей организма слабо зависит от общего состояния человека. R(вн)=1кОм для пути ладонь-ступня. Сопротивление кожи существенно зависит от внутренних и внешних причин(потливость, влажность). Кожа имеет разную толщину, а след-но разное сопротивление. Поэтому ее вообще в расчет не принимают и считают І=U/R(вн). Основное и главное требование – сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящейся под напряжением. Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры. Изоляция, называется, основной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возможность случайного проникновения и касания внутренних частей аппаратуры пальцами. Но все это не обеспечивает полной безопасности по двум причинам:

Существование – тока утечки

1) Порча рабочей изоляции, что авызывает эл. Замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом – «пробой на корпус», внешняя часть становиться под напряжением.

Поражение электрическим током.(схема16.2)

Сила тока утечки на корпус, по закону ома зависит от напряжения и сопротивления цепи. Цепь тока утечки схематически показана на рисунке.где 1-корпус аппарата,внутринего трансформатор, первичная обмотка 2 которого подсоеденинак источнику напряжения сети 3. Вторичная обмотка 4 трансформатора соединяется с рабочей частью аппаратуры.Электрическая сеть не зависимо от наличия или отсутствия заземления всегда имеет не высокую проводимость относительно земли, которая определяется активным сопротивлением R изоляции и заземленияи емкостью С проводника сети и земли. Электропроводимость между сетью и корпусом зависит соответственно от омического сопротивления рабочей изоляции и от емкости между внутренними частями аппаратуры, находящимися под напряжением и корпусом.(от R(утечки) и С(утечки). Так как сила тока утечки существенно влияет на безопасность эксплуатации мед.аппаратуры, то при конструировании и изготовлении этих изделий учитывают допустимую силу этого тока как при нормальной работе приборов, так и вслучае единичного нарушения. Под единичным нарушением понимают отказ одного из средств защиты от поражения электрическим током.,оно не создает безопасности для человека. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения электрическим током.

Техника электробезопасности при работе с электронной медицинской аппаратурой.

- не касаться приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями сердца;

- не работать на влажном, сыром полу, на земле;

- не касаться труб, мет конструкции при работе с электроаппаратурой;

-не касаться не касаться одновременно мет частей двух аппаратов.

Классы защиты условной безопасности и их характеристика применительно к медицинской электронной аппаратуре.В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на 4 класса:

А- изделия отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала.Вероятность безотказной работы изделий этого класса должна быть не менее 0.99. К изделиям этого класса относятся –аппараты искусственного дыханияи кровообращения.

Б-изделия отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, приводящей к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала.Аероятность безотказной работы изделий этого класса не менее 0.8. относятся системы следящие за больными, аппараты стимуляции сердечной деятельности.

В- изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс в некритических ситуациях.большая часть диагностической или физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий.

Г-изделия не содержащие отказоспособных частей. Электромед. Оборудование не относится.

Заземление приборов (необходимость и нормативные требования).

При пробое на корпус доступные для касания части аппаратуры оказываются под напряжением. И в этом случае при нарушенных условиях работы изделий следует предусмотреть возможные способы защиты от поражения электрическим током заземление и зануление. Для этого нужно знать как электромедицинская аппаратура подключается к 3фазной системе. Обычно электромедицинская аппаратура присоединяется как однофазная нагрузка к линейному или фазному напряжению.на рисунке (16.4) показано питание линейным напряжением, нейтраль не заземлена. Нейтральный провод имеет относительно земли R(и), если не будет защитного заземления то при пробое и касании человека корпуса напряжение оказалось на нем. Напряжение U(ф) перераспределяется между сопротивлениями тела человека и R(и).и для защиты человека необходимо заземлить корпус. Сопротивление заземления подключается парралельно сопротивлению. Тогда чел будет в безопасности. 3фазные сети с заземленной нейтралью, при этом R(и) мало, напряжение U(Ф) распределиться между сопротивлениями, и между корпусом и землей окажется напряжение, равное 0.5 U(ф). это опасно. Поэтому используют другой вид защиты-защитное зануление, при котором корпус аппаратуры соединяют проводниками с нулевыи проводом сети(16.5) в случае пробоя на корпусе возникнет короткое замыкание, срабатывает предохранитель, и аппаратура отключается от источника напряжения. Нейтраль заземляют в нескольких местах, тк имеется вероятность обрыва нулевого провода. Защитное заземление и зануление должно обеспечивать в установках с изолированной нейтралью безопасную силу тока, проходящего через тело человека при замыкании цепи на заземленные части аппаратуры, в установках с заземленной нейтралью - автоматическое отключение аппаратуры от электрической сети.

Об опасности заземления пациента при одновременном применении на нем многих диагностических и лечебных приборов.Благодаря большому сопротивлению R(и) пробой на корпус не вызовет аварийного тока, и это безопасно. Но если рядом окажется прибор с пробоем на корпус от другого линейного провода, то между корпусами двух приборов появиться линейное напряжение. Одновременное прикосновение к таким корпусам опасно для жизни.