Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Механические и электродинамические свойства эритроцитов в потоках движущейся по сосудам крови

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Механические и электродинамические свойства эритроцитов в потоках движущейся по сосудам крови"

Г Г б од 1 В ЯН8 1998

На правах рукописи

ИГНАТЬЕВ Виталий Васильевич

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭРИТРОЦИТОВ В ПОТОКАХ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПО СОСУДАМ КРОВИ

Специальность 03.00.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Военно-медицинской академии

Научный руководитель: Член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор В.О.Самойлов,

Научный консультант: кандидат физико-математических наук, доцент П.П.Рымкевич.

доктор физико-математических наук, профессор Холмогоров В.Е.

Ведущая организация: Институт аналитического приборостроения РАН.

Защита диссертации состоится "_" января 1998 г. в

_час. на заседании диссертационного совета Д 063.38.23.

при Санкт-Петербургском Государственном Техническом университете по адресу: 195251 С-Пб. ул. Политехническая дом 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Технического университета и в библиотеке ВМедА.

Автореферат разослан "_" декабря 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Сунгуров А.Ю.

физ.мат. наук

0.Л. Власова

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена тем, что она посвящена одной из важнейших проблем современной биофизики - свойствам и особенностям поведения клеток крови при их движении по кровеносным сосудам.

В середине нашего столетия эту проблему сформулировал и разработал выдающийся отечественный биофизик А.Л. Чижевский. Согласно его выкладкам безъядерные эритроциты при их движении по магистральным сосудам организуются в радиально-кольцевые системы, причем не только движутся поступательно, но и вращаются относительно устойчивой оси вращения. Вместе с тем, как полагал А.Л.Чижевский потоки движущейся крови являются конвекционными электрическими токами.

Однако теоретические построения А.Л.Чижевского пока недостаточно уточнены в экспериментах.

Цель и задачи работы. Цель работы состояла в изучении и аналитическом описании механики и электродинамики движущихся в потоках кроЕИ безъядерных эритроцитов, а также в экспериментальной проверке основных следствий, полученных в рамках разработанной математической модели.

Научная новизна. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден эффект ротационного массопереноса компонентов плаэмы крови и их микрофильтрация в движущихся по магистральным сосудам безъядерных эритроцитах.

Экспериментально показано, что потоки движущейся по сосудам организма крови являются конвекционными электрическими токами, создающими в окружающем их пространстве электромагнитные поля.

Разработаны методы расчета и измерения частот колебаний эритроцитов в собственном поле сил их взаимного электростатического отталкивания.

Практическая значимость работы. В процессе выполнения работы были оформлены две заявки на изобретения: - способ очистки жидкостей и газов от взвесей; - ротационный фильтрующий элемент. На обе заявки получены положительные решения о выдаче патентов N 93016177/26 (019560) от 24.11.1994 г. и N 93016176/26 (019559) от 15.01.1996 г. из ВНИИГПЭ. Они используются при создании систем очистки воды в рамках Санкт-Петербургской программы "Чистый город". Результаты диссертационного исследования используются в

учебном процессе при преподавании биофизики в Санкт-Петербургских государственных медицинском и электротехническом университетах.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации выполнен отчет НИР N 26-94-В7, опубликованы три статьи. Результаты исследований были доложены на всероссийской, ряде международных конференций и семинарах в 1993 - 1997 годах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка использованных источников, приложения и содержит 127 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 4 таблицы. Библиография к ней составляет 112 литературных источников.

Положения, выносимые на защиту. 1. Во вращающемся эритроците ir» vivo существует вынужденная диффузия компонентов плазмы крови через него, благодаря которой им присущ эффект микрофильтрации коллоидных частиц. 2. Движущиеся in vivo эритроциты имеют нескомпенсированный отрицательный электрический заряд, то есть потоки движущейся in vivo крови являются переменными конвекционными электрическими токами, генерирующими электромагнитные поля.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Физические свойства и модели подвижных клеточных (зригроци-

тарных) систем (обзор литературы).

В 1959 году был опубликовзн фундаментальный труд А.Л.Чижевского: "Структурный анализ движущейся крови." В нем автор на математических моделях и экспериментально показал,что потоки крови in vivo не являются движущимися совокупностями хаотически объединенных её компонентов, а организованы по определённым правилам. Наиболее важными результатами, полученными им в рамках исследований крови являются: 1. Математическое доказательство симметричного расположения эритроцитов в кровотоке и организация их в радиально-кольцевые системы в магистральных сосудах.

2. Учет влияния на движение крови сил электростатического отталкивания, возникаищих между движущимися её клетками.

Во второй монографии, посвященной электрическим и магнитным свойствам эритроцитов, ему уделось вплотную подойти к пониманию того, что потоки движущейся в организме крови являются конвекционными электрическими токзми, а вращающиеся в них эритроциты должны иметь собственные магнитные моменты. Однако, высказанные

в ней гипотезы не имеют достаточного математического и экспериментального доказательства.

Сейчас известны лишь единичные публикации, посвященные в основном экспериментальной проверке гипотезы А.Л.Чижевского о структурной организации движущейся крови. Из электромеханических свойств суспензий клеток описан только эффект электростатического отталкивания (распора) между ними. Однако, приводимая величина этого параметра сильно отличается у разных авторов. Кроме того, описан эффект возникновения разности потенциалов между сосудистой стенкой и потоком движущейся относительно нее среды.

2. Математические модели электромеханических свойств эритроцитов в потоках движущейся крови, а) Микрофиль трация. Микроскопические наблюдения эритроцитов в норме показывают, что клетки по внешнему виду напоминают дис-котороиды, эллипсоиды и т.п. Другими словами, эритроцит можно в первом приближении представить в виде фигуры вращения.

Предположим, что в поле сил инерции происходит перенос частиц плазмы крови от приосевой области эритроцита в сторону его периферии и сопряженный процесс их микрофильтрации.

Приведем без доказательства выражение определяющее полный поток частиц класса "К" через поверхность вращающегося эритроцита:

Хк5кшг4к К М 0К й

--■ [2(г*)2-г(г*) + 5 X г (г) г сЗгЗ, (1)

(2 - К) !?ГТ г*

М - молярная масса переносимого класса частиц; 1?г- универсальная газоЕзя постоянная. Х^- коэффициент прозрачности областей ротационного массопереноса частиц; 5к~ плотность областей ротационного массопереноса;

Рассмотрим ситуацию, когда микрочастица взвеси (коллоидная частица) попала внутрь эритроцита и в поле сил инерции продолжает свое движение в нем. Предполагая, что данная частица может проходить только через области ротационного массопереноса в плазмолемме эритроцита (микропоры), можно приближенно определить вероятность ее выхода из него:

Рв * 50д / 5 = 5* , (2)

Бод - полная площадь областей ротационного массопереноса; Б - поверхность эритроцита. (5од / 5 * 0,01, значит Рв »»0,01 = 5К)

Найдем количество частиц заданного класса, оседающих ва единицу времени на внутренней поверхности плазмолеммы .эритроцита.

Ок(ос) * 0к(1 - Йк) . (3)

Следует отметить, что вероятность оседания частиц класса "К" в теле эритроцита будет существенно больше, чем (1 - 5),так как в этом процессе, помимо плазмолеммы,принимают участие и все внутренние структуры эритроцита.

б) Электромеханические свойства клеточных систем. Клеточные дисперсные системы имеют особенности отличающие их от неживых грубодисперсных систем:

Одна ив них связана с тем, что отдельно взятая клетка, как частица дисперсной системы, помимо свободной энергии сил поверхностного натяжения, которая на два-три порядка меньше, чем у коллоидной частицы, имеет большой запас свободной энергии, обусловленной работой ее метаболических систем. Так, электростатическая составляющая свободной энергии клетки, определяемая только величиной ее трансмембранной разности потенциалов, равна (сферический случай):

с иПпг2Л££0Г1Г2 Вэ= - иПп =--(4)

2 г2-Г1

гг - га = 1 - толщина плазмоллеммы. Определим приближенно величину Бэ клетки, если иПп * 70мВ, 1* 10 нм, Г1 й> 7 мкм, Емамйраны й 6, тогда 4,3 -104 эВ = = 7,08-Ю-15 Дж. Свободная же энергия, запасаемая в двойном электрическом слое коллоидной частицы, если иПп * 100 мВ, 1*1 нм, Г1 I» 10 нм, а е » 32, равна : (сферический случай) БЭ(К0Л) * 176-Ю-20Дж = 10,88 ЭВ.

Из оценок величин свободной энергии электростатических полей видно, что энергия клетки (иПп * 70мВ) на три порядка больше энергии коллоидной частицы. Однако, если учесть, что объемная плотность коллоидных частиц на три - четыре порядка больше объемной плотности суспензии клеток (эритроцитов), то удельные величины свободной энергии их электростатических полей соизмеримы.

То есть, одним из факторов определяющих формирование внешних ионных оболочек живой клетки может являться не только уход с ее поверхности ионов от групп СООН, как считалось ранее, но и

привлечение из дисперсионной среды ионов, образующее внешнюю обкладку объемного конденсатора, изолятором которого является плазмолемма клетки.

В случае, когда объемный конденсатор (клетка) является сферическим, поверхностные плотности и величины зарядов по обеим сторонам плазмолеммы описываются следующими уравнениями:

г

|б0| = ее0|ипп1

(1-г)1 |дв1 = ^ =

1 =4лее0|иПп|- ,

16,1 = ££0|илп|—-- , 1-г

(1-г)1

(5)

г - внутренний радиус клетки, иПп - трансмембранная разность потенциалов, 1 - толщина плазмолеммы, индексы е и 1 - обозначают внешнюю и внутреннюю стороны плазмолеммы.

Подвижности внутренних и внешних зарядов клетки различны. На ионы, находящиеся вне клетки, действуют только кулоновские силы притяжения. В тоже время ионы, находящиеся внутри клетки, не могут выйти за ее пределы и перемещаются только в ней. Если клетка движется, то они перемещаются вместе с него, составляя единое целое. Еблизи стенки кровеносного сосуда скорость перемещения крови близка к нулю, а на его оси максимальна. Так как эритроцит представляет собой макроскопический объект по сравнению с компонентами жидкой части крови (плазмой), то скорости плазмы вблизи плазмолеммы, обращенной к стенке сосуда и максимально удаленной от нее, различны. Описанное явление будет приводить к деформации "заряженной атмосферы", окружающей клетку. Такое перераспределение плотности внешних зарядов клетки ведет к появлению у нее электрического дипольного момента. Кровеносные сосуды человека и животных с внутренней стороны выстланы клетками эндотелия, которые тоже обладают описанными выше электрическими характеристиками (бв,бьЧе»Ч1).' Тогда на ионное (заряженное) "облако", окружающее движущуюся относительно эндотелия клетку крови (эритроцит), помимо деформирующих его гидродинамических сил, будут действовать электростатические силы притяжения со стороны эндотелиальных клеток. То есть, движущийся эритроцит приобретает нескомпенсированный электрический (отрицательный)

2 ь.43М

заряд. Это ведет к появлению электростатических сил отталкивания между всеми живыми клетками движущейся по сосуду крови, а также между ними и клетками эндотелия. Нетрудно видеть, что в этом случае поток форменных элементов крови становится конвекционным электрическим током.

Определим параметры собственных колебаний структурно организованных по Чижевскому эритроцитов в поле сил взаимного электростатического отталкивания. Если пренебречь деформацией эритроцита в процессе совершения им свободных колебаний, то можно утверждать, что каждый эритроцит в радиально-кольцевой системе обладает пятью степенями свободы.

Для отыскания трех собственных частот колебаний эритроцита, соответствующих его поступательному перемещению в плоскостях X,Y,Z по отдельности, воспользуемся одномерной моделью.

Окончательно спектр собственных частот колебаний эритроцитов в кровотоке можно определить в виде:

Qo / l-rR-yaj* +

w0;¡ = - • /- , (6)

a, v Я££оГПэ

а, = 2aj v (tcnQ), a.j - для плоскости "х" равно 0,374 , а для плоскостей "у" и "г" равно 1 , Q = 0,38, N - концентрация эритроцитов в цельной крови.

По формуле (8) были рассчитаны ожидаемые средние значения собственных частот колебаний "среднего" эритроцита.

(ох = 328,614 кГц , ii)y.2= 125,554 кГц . В рамках одномерной модели не учтено, что соседние эритроциты в радиально-кольцевой системе не параллельны друг другу, то есть

Шу * (i)z.

Другой электродинамической характеристикой потока крови in vivo (конвекционного электрического тока) является мгновенная величина и ориентация вектора напряженности создаваемого им магнитного поля. Она равна:

1 - расстояние от оси цилиндра с током до

Z I коаксиальной цилиндрической поверхности, Н = - , (7) на которой находится точка наблюдения. 1 >

2я 1 а - радиуса цилиндра.

Согласно модели А.Л.Чижевского движущиеся в потоке крови

эритроциты тлеют высокие скорости вращения с устойчивой осью. Это допущение, в сочетании с тем, что эритроциты в кровотоке могут иметь нескомпенсированные электрические заряды, ведет к появлению у них магнитных моментов. Выражение (7) определяет тангенциальную составляющую магнитного поля. Магнитные моменты эритроцитов определяют ортогональную составляющую этого поля. Приведем без вывода окончательное выражение, определяющее мгновенную напряженность ортогональной составляющей магнитного поля.

Р [g-j(da+Ah)J2+h2

H'3S полн.= 6irhPm L —--— + 12irhm •

J-l{ hz- [g- з (d3+Ah) ] 2> 3

(10)

P n i£(d3+Ah)z+[e-j(d3+/ah)]z+hz

•S I-,

i-l i-l(a2(d3+Ah)2+[g-0(ds+Ah)]2+h2>z--C2hCg:-3(d3+ah)]2>2)3

N - номер соседнего сечения потока крови.

Эритроциты, магнитные моменты которых не совпадают с направлением силовых линий внешнего поля, вынуждены ориентироваться по нему. Угол поворота эритроцита по отношению к вектору скорости потока крови определяет, очевидно, величину его "лобового" сопротивления потоку.

Из описанных математических моделей следует.

1. Поле центробежных сил создает условия для ускорения процесса переноса компонентов плазмы крови через эритроцит в плоскости его вращения, что ведет к микрофильтрации частиц, как в углублениях эритроцита, расположенных у оси его вращения, так и на внутренней стороне его плаамодемш, максимально удаленной от оси вращения. Структура потоков вещества, проходящего через вращающийся эритроцит изображена на Рис.1.

2. Движущаяся по сосудам кровь представляет собой поток отрицательно заряженных частиц. Этот электрический ток в окружающем сосудистое русло пространстве, создает переменные электрические и магнитные поля.

3. Собственное электростатическое поле, появляющееся у эритроцитов при движении их по кровеносным сосудам, создает условия появления у эритроцитов электромеханических колебаний.

4. Потоки движущейся по сосудам живого организма крови рез-

co

вход

А - 1,

выход Г J rjj^^g/ - выход

1 - расстояние от оси цилиндра с током до коаксиальной цилиндрической поверхности, на которой находится точка наблюдения. 1 > а - радиуса цилиндра.

гирузот на внешнее электромагнитное поле в соответствии с законами электро- и гидродинамики.

3. Методы и методики проведенных экспериментов.

Для регистрации неспецифических сорбционных свойств движущихся в крови эритроцитов, реакции потоков крови в мелких сосудах человека и животных на воздействие низкочастотных электромагнитных полей, регистрации параметров движения оседающих эритроцитов при действии на них импульсного магнитного поля, определении электрофорегической подвижности эритроцитов в зависимости от времени их инкубации в изоосмотической среде, то есть почти во всех проводившихся экспериментах был применен метод телевизионной микроскопии. Для обнаружения электромагнитных колебаний эритроцитов в рассчитанном диапазоне частот была использована рамочная антенна, геометрические размеры которой много меньше ожидаемой длины волны излучения. При проведении опытов на механических моделях эритроцитов, визуально наблюдали осаждение в них частиц кожевенной пыли из водной взвеси. Методом оптического светорассеивания измеряли коэффициент поглощения водной взвеси пыли до и после взаимодействия ее с моделью эритроцита.

4. Результаты проведенных экспериментов, и их обсуждение.

Проверка первого следствия - микрофильтрации частиц взвеси, движущимися по кровеносным сосудам эритроцитами проводилась на кроликах породы "шиншилла",и на механических моделях эритроцитов.

В первой серии опытов измеряли величину реакции эритроцитов кролика in vitro на действие неоднородного постоянного магнитного поля до и после введения животному коллоидного "загрязнителя" крови - "магнитной жидкости".

> Реакция эритроцитов в исходном состоянии (до введения "магнитной жидкости") на воздействие постоянного магнитного поля максимальной величины отсутствовала. Через два и три часа после

введения животному этой жидкости наблюдалось выраженное смещение эритроцитов в вертикальной плоскости.

0 12 3 1 час. Доказательством того,что частицы "магнитной жидкости" адсорбировались внутри эритроцитов, а не на их поверхности, служило постоянство величин их вертикального смещения в магнитном поле как сразу после разведения крови, так и спустя 45 минут после него.

При проведении опытов на механических моделях эритроцитов, измеряли коэффициент поглощения раствора. Изменение коэффициента поглощения загрязненной жидкости после обработки ее моделью эритроцита с угловой скоростью 2,4 с-1 приведены в Табл. 1. Усредненные значения собственных частот колебании эритроцитов у испытуемых приведены в Табл.2. Анализ осциллограмм в процессе проведения опытов показал, что они соответствуют изображениям модулированных сигнзлов. Эритроциты в крови колеблются синхронно.

В опытах по определен™ действия электромагнитных полей низкочастотного диапазона на микрососуды и капилляры пзродонтз людей и лабораторных животных. Был применён гальванический метод формирования электрического поля в биообъекте. Одним из электродов цепи служили токопроводящие части самого объектива. Другой электрод располагали на плече или бедре испытуемого.

В отсутствие поля измеряли среднюю густоту капилляров, средний диаметр капилляров и их петель.

При подаче импульсного низкочастотного магнитного поля (В -0,5 мТл и более) с частотой 0,5-2 Гц наблюдалось заметное движение петель капилляров, синхронное и пропорциональное изменению величины магнитной индукции воздействующего поля. Капилляры отклонялись полем тем сильнее, чем больше был их диаметр. Аналогич-

12 10 в 6 4

14 1 мкм

Рис.2. Величина подъема нагруженных "магнитной жидкостью" эритроцитов в неоднородном маг магнитном поле Е=97,5 мТл. 1 -высота подъема эритроцитов; t - время экспозиции.

Таблица 1.

Коэффициенты поглощения годной взЕеси кожевенной пыли после очистки ее механической моделью эритроцита в течении 15 минут.(исходный КПогл.= 0,54)

количество измерений коэффициент поглощения

бязевые мембраны нетканые мембраны

9 8 8 среднее 0,22 + 0,01 0,25 ± 0,01 0,23 ± 0,01 0,2(3)± 0,01 0,19 ± 0,01 0,17 ± 0,02 0,18 ± 0,01 0,18 ± 0,01(3)

Таблица 2.

Средние значения измеренных собственных частот колебаний эритроцитов в кровотоке испытуемых.

номер степени свободы 1 2 3 4 5

Первая серия (мужчина) Вторая серия (мужчина) Третья серия (мужчина) Четвертая серия (женщина) 74,1+0,3 кГц 55,5+0,2 кГц 58,8+0,3 кГц 134,7+0,4 кГц 79,7+0,5 кГц 66,6+0,3 кГц 60,9+0,4 кГц 146,8+0,3 кГц 125+0,7 кГц 166,6+0,2 кГц 142,2+0,2 кГц 250,2+0,5 кГц 1,8+0,4 МГц 4,2+0,4 МГц 2,2±0,1 МГц 2,9+0,1 МГц 5,2+0,8 МГц 5,1+0,5 МГц 4,7+0,3 МГц 3,6+0,1 МГц

1,2,3 - степени свободы поступательного движения;

4,5 - степени свободы колебательного движения, но, капилляры равного диаметра, но образующие большие по диаметру петли, отклонялись полем сильнее, (см. Табл.3.).

Действие постоянного магнитного поля на микрососуды паро-донта (и 10 - 20 мкм.) состояло в формировании в них ассоциатов ■эритроцитов. При отключении магнитного поля ассоциаты движущейся крови в этих сосудах исчезали.

Кроме действия магнитного поля на микрососуды пародонта, изучали реакцию потоков крови в них на постоянное электрическое поле. При этом было отмечено изменение скоростей движения эритроцитов в капиллярах в зависимости от его величины и полярности.

Подключение контактного объектива к (-) источника поля с увеличением его силы вело к тому, что кровоток в капиллярах замедлялся, а при плотности тока о = 22,3 - 31,3 мкА/см2 происходила инверсия направления движения эритроцитов в них.

Замена полярности напряжения на противоположную с уиеличе-

Табл.З.

Средние величины отклонения петель капилляров в пародонге человека магнитной составляющей импульсного низкочастотного ЭМП (частота 0,5- 2 Гц).

Диаметр Диаметр Величина Среднее от- число

капилляра, петли, магнитной клонение пет- наблю-

индукции, ли капилляра, дений

мкм. мкм. мТл. мкм. ед.

7,5 ± 0.5 60 ± 0,5 0,5 ± 0,1 6,6 ± 0,7 9

7,5 ± 0,5 60 ± 0,5 1 + 0,1 9 ± 0,4 11

7,5 ± 0,5 60 ± 0,5 1.75 ± 0,1 10,25 Í 0,6 15

8,0 ± 0,5 85 ± 0,5 0,5 ± 0,1 12,6 ± 0,3 9

8,0 ± 0,5 85 ± 0,5 1 ± 0,1 15,2 i 0,5 14

8,0 ± 0,5 85 ± 0,5 1,75 ± 0,1 17,1 ± 0,4 12

8,2 ± 0,5 83 ± 0,5 0,5 ± 0,1 15,6 ± 0,3 11

3,2 ± 0,5 83 ± 0,5 1 ± 0,1 17,2 ± 0,5 10

8,2 ± 0,5 83 ± 0,5 1,75 ± 0,1 21,1 .± 0,3 14

нием разности потенциалов вела к полной остановке кровотока в наблюдаемых капиллярах, а при j = 80 - 100 мкА/см2 в пародонте кроликов хорошо были видны отдельные, вышедшие за пределы капиллярной стенки, эритроциты.

Опыты с оседающими эритроцитами были выполнены для доказательства того, что на внешнее поле реагируют потоки движущейся в живом организме крови, а не только сами сосуды.

Прежде чем приступать к измерениям, проводилась специальная обработка стеклянных капилляров, которая позволяла имитировать в них сосудистый эндотелий.

В эксперименте удалось обнаружить изменения траектории оседающих эритроцитов под действием импульсного магнитного поля (В = 208 мТл). Характерная траектория одного из оседающих в поле сил тяжести эритроцитов до, в момент и после воздействия представлена на Рис.4.

Однообразие отклонения эритроцитов указывает на то, что все они имеют нескомпенсироЕанный отрицательный электрический заряд.

В Табл.4 приведены средние скорости оседания эритроцитов в стеклянном капилляре до приложения поля (I), при действии импульсного магнитного поля (II) и после его снятия (III) (В = 208 мТл).

Синусоидальное низкочастотное магнитное поле так же, как и импульсное, уменьшает скорость оседания эритроцитов. Так, без

его воздействия средняя скорость их оседания была равна 27,6

мкм/с, на частоте 160 Гц (Б=57 мТл) она уменьшалась в 1,47 раза,

а на частоте 500 Гц (В=57 мТл) - в 1,87 раза.

первоначальная скорость оседания 32,2 Смкм/с]

Рис.4.Характерная тра-"5" ектория движения оседающего в поле сил тяжести эритроцита (без воздействия и под воздействием импульсного магнитного поля).

"N"

скорость оседания после первого импульса 24,3 [мкм/с]

"S"

- после второго импульса 16,6 [мкм/с]

Установлено, что подеижность эритроцитов в свежеприготовленных препаратах (2-3 минуты после взятия крови у человека) на порядок больше той, которая приводится в литературе (1,1 -и достигает величин 15 - 18-Ю-8-м2-

г-Ю^-м^с^-В-1)

•с-1-В-1.

Таблица 4.

Средние скорости движения оседающих эритроцитов при свободном падении и под действием импульсного магнитного поля

Интервал наблюдения Скорость движения эритроцитов Расстояние от стенки капилляра

танг.сост. норм.сост. результ.

I II III 0,0 ± 0,5 17,3 ± 0,6 0,0 ± 0,3 34,0 ± 0,4 18,6 ± 0,3 26,2 ± 0,6 34.0 ± 0,3 28.1 ± 0,3 26.2 ± 0,4 126 ± 10 мкм

Обнаруженные экспериментальные факты невозможно объяснить в рамках диссоционного механизма возникновения у эритроцитов потенциала течения (г; - разности потенциалов), то есть у них должен существовать, по крайней мере, ещё один - динамический механизм его появления.

Проведенные исследования вскрывают ряд механизмов поведения эритроцитов в потоках движущейся крови. Они, прежде всего, указывают па неотделимость друг от друга электрических и механических процессов, имеющих место в движущейся ;n vivo крови. Пренебрежение одним из них ведет к серьезным теоретическим заблуждени-

ям, вызывающим трудности в решении ряда задач современной биологии и медицины.

18 16 14 12 10 8 5 4

9

насущных практических

Рис.5. Подвижность эритроцитов в электрическом поле в зависимости от Бремени инкубации их в изо-осмотической среде, обозначения: ц

[lD'V-c^-B-1], t - [102cJ; 1 - 0,9% NaCl; 2 - плазма крови; 3 - "тени" в 0 4,2 18 36 54 72 90 100,8 t 0,9% NaCl.

Исследования реологических свойств крови в настоящее время проводятся в основном in vitro без учета её электрических свойств и времени, прошедшего с момента ее забора.

В самом деле, при извлечении крови в "пробирку" теряется влияние на нее эндотелия кровеносных сосудов, который, как выяснил В.А.Говырия, сильно влияет на электрогенные свойства крови.

В силу существования эффекта неспецифической сорбции все множество циркулирующих в крови эритроцитов можно условно разбить на два подмножества. Подмножество эритроцитов, имеющих малые массы и невысокие скорости вращения, вероятно, выполняет газотранспортную функцию. Подмножество относительно крупных и массивных эритроцитов активно сорбирует компоненты плазмы крови.

Если процесс сорбции связан в основном с грубодисперсными частицами, то при извлечении эритроцитов in vitro высока вероятность образования монетных столбиков.

Стабильность коллоидной частицы в "растворе", как известно, определяется соотношением между ее массой и энергией сил поверхностного натяжения. Эритроциты, как грубодисперсные частицы, имеютде большую массу, не могут быть стабилизированы в крови только за счет энергии сил поверхностного натяжения.

Показано, что движущиеся по сосудам эритроциты, благодаря взаимодействию с их эндотелием, приобретают нескомпенсированный отрицательный электрический заряд (кровь - конвекционный эдект-

рический ток). Между одноименно заряженными клетками крови и клетками эндотелия появляются силы электростатического отталкивания, которые противостоят их агрегации.

Показано, что взаимодействие потоков крови in vivo с импульсными низкочастотными электромагнитными полями вызывает механические перемещения сосудов с движущейся кровью в такт с изменениями этих полей.

Резонансное поглощение эритроцитами движущейся крови внешних электромагнитных полей ведет к увеличению амплитуды их колебаний и может уменьшить текучесть крови.

ВЫВОДЫ

1. Во вращающемся эритроците in vivo в поле ротационных сил существует вынужденная диффузия компонентов плазмы крови череэ него.

2. Эритроцитам присуща функция неспецифической сорбции (микрофильтрации) компонентов плазмы крови.

3. Эритроциты при движении по сосудам приобретают неском-пенсироЕанный отрицательный электрический заряд.

4. Потоки движущейся крови представляют собой переменные конвекционные электрические токи.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Игнатьев В.В., Рымкеьич П.П. Вязкоупругость деформированных живых клеток крови.//Тез.док.Международная конференция "Ньютон и проблемы механики твердых и деформированных тел".-С.Пб.,22-27 марта 1993.-С.8.

2. Кидалов В.Н., Коваль Ю.Ф., Суббота А.Г., Игнатьев В.В. Трансформация эритроцитов, im ультраструктура, изменение в эгустках крови под влиянием инфракрасного лазерного излучения// Теэ.док.на конференции "Оптика лазеров 93" РАН и др.- С.Пб. 1993.- С.610.

3. Игнатьев В.В. Неспецифические сорбционные свойства эритроцитов млекопитающих как основз построения динамических ротационных фильтров очистки жидкостей и газов от взвесей.//Тез. док. Седьмого Всероссийского симпозиума "Эколого-физиологические проблемы адаптации.".- М.1994.-С.134.

4. Игнатьев В.В., Ккдалов В.Н..Самойлов В.0..Суббота А.Г., Суховецкая Н.В.,Сясин В.И. Реакция эритроцитов движущейся кровк шшкопитающих на действие постоянных и импульсных электромагнит-

ных полей низкочастотного диапазона.//Физиологический журнал им. И.М.Сеченове.-1995.-T.81.N 12.- С.155-120.

5. Игнатьев В.В., Кидалов В.Н., Рымкевич П.П. .СалойлоЕ В.О. Массаперенос компонентов плазмы крови через плазмолемму эритроцитов в поле ротационных сил. // Физиологический журнал им. U.M.Сеченова.-1996.-Т.82.N 5-6.- С.72-75.

6. Игнатьев В.В..КидалоЕ В.Н. Образование эхиноцитов как релаксационный процесс.//Тез. док.IV международной конференции "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов." ЭМС-96.-С.П6.1996.- С.493-495.

7. Игнатьев В.В.,Кидалов В.Н. Способ оценки изменений неспецифической резистентности организма по скорости перехода дско-идных эритроцитов в эхиноциты (по релаксации)//Сборник усовершенствования методов и аппаратуры, применяемых в учебном процессе, медико-биологических исследованиях и клинической практике.-С.Пб.ВМедА. 1996.вып.27.- С.39.

"Подписано к печати Ц, ¿аказ,

Формат 60 х84 Чп Объем / пл.

Типография ВМедА