Чижевский электрические магнитные свойства эритроцитов. Структурный анализ движущейся крови. Эритроциты отдают тканям кислород, а из тканей в кровь поступает углекислота

Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:

Можно искать по нескольким полям одновременно:

Логически операторы

По умолчанию используется оператор AND .
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:

исследование разработка

Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:

исследование OR разработка

Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:

исследование NOT разработка

Тип поиска

При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":

$ исследование $ развития

Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:

исследование*

Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:

" исследование и разработка"

Поиск по синонимам

Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "# " перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.

# исследование

Группировка

Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:

Приблизительный поиск слова

Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:

бром~

При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:

бром~1

По умолчанию допускается 2 правки.

Критерий близости

Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:

" исследование разработка"~2

Релевантность выражений

Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^ " в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":

исследование^4 разработка

По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.

Поиск в интервале

Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO .
Будет произведена лексикографическая сортировка.

Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.

Текст статьи

Бочаров Михаил Евгеньевич,Кандидат технических наук, заведующийкафедрой «Электроснабжение сельского хозяйства и теоретических основ электротехники», ФГБОУ ВПО "Волгоградский государственный аграрный университет", г. Волгоград[email protected]

Электрическая составляющая кровообращения

Аннотация.Статья в популярной форме представляет гипотезу механизма кровообращения, в котором основной энергетической составляющей являются силы взаимодействия электрических зарядов. На основе личных исследований автора и анализа известных фактов рассмотрены «электрические» принципы кровообращения и пограничные состояния, такие как, повреждение стенки сосуда или образование тромба. В статье затронуты вопросы взаимодействия электрических зарядов внутри других органов и тканей организма. Работа будет интересна широкому кругу специалистов интересующихся биологией и медициной.Ключевые слова:электростатический коллоид, электропульсация, электрогенез, электрозаряд эритроцита.

Окружающая живой организм природа (земля и воздух) имеет исторически сложившийся отрицательный электрический заряд. В силу эволюционного развития «…все жидкие среды организма (протоплазма клеток, межклеточная жидкость, лимфа и кровь) являются электростатическими коллоидами, т.к. их частицы имеют отрицательный заряд. Такой же заряд имеют плазма и все форменные элементы крови (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты), что создает электрораспор (электроотталкивание изза одноименности зарядов) между ними и препятствует их сталкиванию друг с другом и агрегации (слипаемости), а это создает оптимальные условия для циркуляции крови» . Аналогичный механизм электроотталкивания частиц крови рассмотрен и в работе А.А.Микулина .Гипотеза «Электрические процессы внутри организма» основана на предположении, что взаимным отталкиванием электрическая составляющая процесса кровообращения не заканчивается, при этомсуществующая гидродинамическая модель не в полной мере объясняет механизм кровообращения. Прототипом гипотезы послужили исследования авторапо изучению прохождения ионизированного потока воздуха по воздуховодам. Металлическая поверхность воздуховода поглощает ионы и полностью деионизирует воздушный потокуже через несколько метров. Подавая на металлическую и даже заземленную поверхность воздуховода дополнительный одноименный потенциал был получен эффект сохранения уровня ионизированности воздушного потока .Получаемый эффект объясняется тем, что придание внутренней поверхности воздуховода одноименного с ионным потоком потенциала обеспечивает отталкивание имеющих электрический заряд частиц потока от стенок воздуховода, в соответствии с законом Кулона. Между внутренней поверхностью воздуховода и ионами потока создается деионизированный слой газа, благодаря которому ионный поток электрически изолируется от воздуховода и стабилизируется вдоль оси. Проведем аналогию с системой кровоснабжения.Предположим, что в качестве воздуховодов мы имеем сосуды, по которым циркулирует кровь, состоящая на 92% из воды и содержащая различные элементы, а сами стенки сосудов и элементы крови (преимущественно) имеют отрицательный электрический заряд. Это позволяет элементам крови отталкиваться не только друг от друга, но и от отрицательно заряженной стенки сосуда, создавая деионизированный слой. Этот слой не содержит отрицательно заряженных частиц и обеспечивает электрораспор, тонус сосудов и «смазку», которая позволяет снижать трение и улучшать кровоток. Медицине известны факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. Но, все они вызывают большое сомнение вих энергетических возможностях для обеспечения процесса кровообращения (преодоление трения) и обеспечения капиллярного кровотока (в особенности в мозге). Попробуем добавить недостающее звено, а именно принцип электродинамического продвижения крови за счетклеточной энергии сосудов и электростатическую «смазку», уменьшающую трение частиц крови о стенки сосуда за счет упомянутого принципа действия деионизированного слоя.Рассмотрев единичный сосуд, можно легко представить работу мышц сосуда по проталкиванию крови или картину соотношения давлений, обеспечивающих движение жидкости в капиллярах, межклеточном пространстве и лимфатических сосудах. Принцип единичного сосуда, как правило, переноситься на любой орган, который в своем объеме имеет множество разнонаправленных капилляров, и кровь по которым проходит в разных направлениях. Даже не смотря на слаженную работу сфинктеров предкапиллярных артериол, в такой капиллярной сети присутствуют все виды капиллярного кровотока: от равномернобыстрого до обратного тока. А это, согласно законам гидродинамики, ‬хаос, и неминуемо должно привести к остановке всякого кровотока. Но, ведь на практике этого не происходит. Так широко используемая закономерность про количество протекающей по сосудам крови и скорости её движения в зависимости от разности давления в начале и конце сосуда конечно верна, но только если представить, что сосуд водопроводная труба с жесткими и неподвижными стенками, а разница давлений достаточно высока. В действительности, разница давлений в отдельно взятом сосуде невелика и, кроме того, эластичность стенок или работа мышц полностью нивелируют эту разницу даже в артериях, не говоря уже о капиллярах. Кроме того, факт именно сгибания или даже скручивания, а не «сминания», эритроцитов (7,58,3 мкм) в трубочкупри прохождении по узким капиллярам (47 мкм) с точки зрения гидродинамики вообще необъясним. Скорее можно предположить, что избыточное давление утрамбует эритроциты на сужении сосуда и совсем перекроет кровоток. А теперь давайте представим, что по сосудудвижется кровь, отдельные частички, которой имеют определенный электрический заряд, а сам сосуд окружен поверхностью (базальная мембрана, один из слоев сосуда или окружающие сосуд ткани) имеющей аналогичный по знаку заряд. Этим обеспечивается электрораспор, а заряженные частички крови концентрируются вдоль оси сосуда, чем снижается трение о внутреннюю поверхность сосуда. Кроме того, наличие электрических зарядов у частичек крови предотвращает их слипание и трение между собой и сосудом и соответственно образование тромбов. При этом просвет сосуда, а особенно капилляра, поддерживается в максимально открытом состоянии за счет электрораспора, без дополнительного мышечного напряжения, например, в капиллярах, не имеющих мышц, а также в капиллярах снабжающих стенки средних и крупных артерий и вен кровью. Это особенно важно для сосудосодержащих тканей подверженных механическим воздействиям. Например, при внешних (тесная одежда или различные сдавливания) или внутренних(работа скелетных мышц) давлениях на сосуды, согласно только «гидравлической» теории неминуемо приведет к прекращению или значительному снижению кровотока, чего на самом деле не наблюдается (кроме усилий равных кровоостанавливающемужгуту). Давайте, сравним две силы давления, которые оказывают на руку кровоостанавливающий жгут и манжета устройства по методу измерения кровяного давления основанного на акустической регистрации звуковКороткова. В первом случае кровоснабжение ниже жгута отсутствует полностью, а в случае с манжетой тонометра (сфигмоманометра) кровоснабжение отсутствует в полной мере только в крупных венах и артериях. Соответственно и усилия, оказываемые на руку жгутом и манжетой тонометра различно. Так почему же чтобы остановить капиллярное кровообращение, всетаки необходима сила жгута? Ответ возможно прост. Силы электростатического распора действуют на малых расстояниях и более заметны в сосудах малого сечения ‬в капиллярах. Силе сжатия манжеты тонометра сопротивляется в основном, только гидравлическое давление кровии в основном в крупных сосудах. Это давление меньше чем электрораспор. Для преодоления электрораспора, свойственного больше капиллярам, требуется усилие кровоостанавливающего жгута. Вернемся к факту скручивания эритроцитов при прохождении по капиллярам, и опишем механизм «скручивания» исходя из сил взаимодействия электрических зарядов. Предположим, что при снижении диаметра капилляра до размеров эритроцита каждая из точек поверхности эритроцита будет отталкиваться от внутренних одноименно заряженных стенок. Появятся силы направленные на изгибание приводящие к скручиванию.Причем двояковогнутая форма имеющего электрический заряд эритроцита как нельзя лучше подходит для его электростатического скручивания. Вполне вероятно, что поверхностный электрический заряд эритроцита при этом перераспределяется. Утолщенный край при скручивании располагается ближе к центральной впадине, а обратная зеркальность поверхностей краев и центральной части обеспечивает равноудаленность, что означает равное по силе взаимоотталкивание скрученной поверхности эритроцита. Электростатическое влияние на движение крови увеличивается с уменьшением диаметра сосуда. Электродинамическое продвижение крови по сосудам, основано на изменении величины электрического заряда вдоль сосуда в соответствии с пульсовой волной, что является аналогом мышечного вазомоторного воздействия или потенциала действия связанного с активацией и инактивацией ионных мембранных каналов. Кроме того, наверняка часть проблем электродинамического движения крови в мышечных тканях «возложено» на явление пъезоэффекта, а такжена соматическую нервную систему, с использованием касательных синапсов, организующих в сосудах «волну» потенциала действия, по типу возбуждения распространяемого по нервному волокну или согласно теории «местных токов». Каки электростатика, электродинамическое воздействие оказывает более заметное влияние на периферическую систему кровоснабжения. Действие электрического поля на частички крови, имеющие электрический заряд, аналогично работе устройства под названием линейный электродвигатель, где движение электромагнитного поля по линейному статору перемещает вдоль его корпуса ротор. Причем «бегущее» вдоль сосуда кольцевое электрическое поле оказывает механическое действие не только на электрически заряженные, но и на нейтральные частицы, поляризуя их и вовлекая в движение. Для капиллярного продвижения крови по сосудам может играть роль наклона в разные стороны (по направлению кровотока и против него) расположенных в мембранах клеток стенки капилляра натриевых и калиевых ионных каналов. Но, если принципы электродинамики потенциала в клетках (электрогенез) уже достаточно хорошо изучены, то механизм образования «бегущего» вдоль сосуда электрического поля более сложен и не однозначен. Иногда его нарушения диагностируются как «дефицит пульса». Наряду с известными способами электрическую «бегущую» пульсовую волну сосуда может организовывать и механический градиент потенциала пульсирующей крови, воздействуя непосредственно на потенциалочувствительные ионные каналы стенок. Аналогичные процессы известны на примерах механочувствительных ионных каналов волосковых клеток слухового аппарата и ионных теорий возбуждения (воснове которых лежит предположение отом, чтопричиной возникновения возбуждения является изменение концентрации ионоввнутри ивнеклетки). Процесс организации кровотока в этом случае будет следующим ‬механическийимпульс крови (из более крупного сосуда) запускает механизм, который провоцирует изменение мембранного потенциала (за счет внутренней энергии клетки), а последовательная электропульсация мембран клеток вдоль капилляра обеспечивает и усиливает кровоток по капилляру. Так механическое давление пульсации поступающей крови провоцирует ответную реакцию эндотелиальных клеток по электропульсированию потенциала своей мембраны, обращенной внутрь сосуда. И именно участие внутриклеточной энергии объясняет незначительные энергетические затраты на организацию кровотока на уровне капиллярного кровообращения, в особенности для капилляров безмышечного типа. Получается, что основные энергозатраты на организацию кровотока перекладываются на внутриклеточную энергетику, а не наразницу давлений в конце и начале сосуда или другие факторы известные, как факторы обеспечивающие движение крови. Этот способ дополняет механизмы электроосмоса, электрогенезаи внешнего «бегущего» электрического потенциала, организованного сердцем и нервной системой, для сосудов, не имеющих мускульных слоев и лишенных непосредственного контакта с сосудосуживающими и сосудорасширяющими нервами, и может быть определен как ‬электротаксис крови.Не исключена возможность и обратной связи, а именно спровоцированная пульсацией крови электропульсация клеток сосуда преодолевая потенциальный порог своих внешних (от потока крови) мембран, провоцирует последовательные дополнительные (кроме непосредственного воздействия через сосудорегулирующие нервы) сокращения мышц капилляра (микровибрацию, аналог вибрационная гипотеза Аринчина ). Мышечное сокращение происходит естественно с небольшим временным отставанием от электропульсации, что служит дополнительным продавливающим (скорее додавливающим) фактором движения крови.

По всей видимости, именно этот процесс заметен на добавочной дикротической волне сфигмограммы периферического пульса. Тогда становится ясен процесс взаиморегуляции. Чем сильнее первичный механический импульс с более крупной артерии (например, при резком увеличении нагрузки), чем сильнее вторичный потенциал электропульсации и последующего за ним мышечного сокращения. Здесь необходимо еще раз вернуться к факту сгибания или сворачивания эритроцита при прохождении в тонком капилляре. Тогда можно предположить,что механическое давление края эритроцита при касании стенок вызывает дополнительный ответный отталкивающий электрический импульс внутренней поверхности сосуда(пьезоэффект), направленный на «электростатическое» сгибание или скручивание, а величина этого ответного импульса будет зависеть от силы механического давления эритроцита. Более сложные процессы, с точки зрения взаимодействия электрических зарядов, происходят в поврежденном сосуде при гемостазе с последующим заживлением и регенерацией тканей. Повреждение стенки, а тем более полный разрыв сосуда приводит к нарушению эквипотенциальной поверхности внутренней поверхности его стенок, что естественно резко снижает электрораспор просвета сосуда и приводит к электростатическому притяжению поврежденных его краев. Так как для организации нормального кровообращения созданный отрицательный заряд стенок сосуда (внутренних мембран эндотельных клеток) за счет поляризации обеспечивает нейтральный или даже положительный заряд на внешней стороне клеток эндотелия или базальной мембраны. Разрыв или повреждение сосуда приводит к появлению кулоновских сил взаимодействия между отрицательно заряженными частицами крови (в том числе и тромбоцитами), краем разрыва в эндотелии или положительно заряженными окружающими тканями (т.к. положительный заряд имеют внешние слои кровеносного сосуда). Т.е. возможно,что электрические притяжение тканей имеющих различный электрический заряд «стягивает» края разорванного сосуда. Вероятно, это проявление электротаксиса крови провоцирует спазм сосуда (ангиоспазм).Несмотря на выше приведенные утверждения об общей электроотрицательности крови, фактом остается то, что в крови, а также в отдельных органах, есть и в большом количестве положительные ионы. Но согласно тому, же закону Кулона, единичный положительный ион, находясь внутри отрицательно заряженной окружности (возьмемсрез сосуда малой толщины) будет испытывать притяжение к каждой точке на его внутренней поверхности, что уравновесит силы притяжения от каждой точки окружности. При наличии внутри уже сосуда сконцентрированного вдоль оси отрицательного потока ионов, положительные ионы будут располагаться как внутри потока между отрицательными ионами, так и внутри деионизированного (от отрицательных ионов) слоя плазмы. Ионами в данном случае, также являются все частицы, имеющие определенный электрический заряд (за счет присоединенного или отнятого электрона) или поверхностный электрический заряд нейтральной частицы (за счет объемного перераспределения электрических зарядов). Конечно же, при столкновениях происходит рекомбинация зарядов путем передачи электрона. Кроме того, положительные ионы могут сохранять свой заряд, находясь внутри различных объемно поляризованных молекул, например, того же гемоглобина. Приведенные механизмы достаточно условны, но, тем не менее, благодаря ним положительные ионы сосуществуют и играют свою роль в кровотоке наряду с отрицательными ионами. Это позволяет объяснить общую отрицательность организма и одновременность сосуществования в нем отрицательных и положительно электрически заряженных частиц, что и является принципом электробаланса организма. Так внутри некоторых органов в силу выполняемых ими функций, электроотрицательность может быть ослаблена или полностью отсутствовать, а сам орган или его часть может иметь даже положительный заряд. По всей видимости, это сердце, легкие, потовые и сальные железы, почки, мочевой пузырь и ЖКТ, а также венозная система, в которой описываемые выше механизм кровообращения может на отдельных этапах происходить с обратной полярностью.

Условия принятия или отдачи электрона для ионов Na+, K+, Ca2+ и Mg2+ известны, а вот их направление и интенсивность в организме и его органах могут регулироваться с помощью различных механизмов, в том числе и вегетативной нервной системой. Процесс отдачи электрона (ионизация) может происходить внутри органа, которому необходимы определенные положительные ионы. Например, для деятельности сердца необходимы ионы калия и магния. Вполне вероятно, что атомарный (или в виде доступного для ионизации соединения) калий и магний, попадая внутрь сердца (имеющего положительный электрический заряд)ионизируется, отдавая электрон. Чем больше положительный заряд сердца, тем больше ионов калия и магния может «выделиться» из проходящей через него крови. А что такое увеличение положительного заряда в сердце? Это по какойто причине «попытка» создания «электрического тромба». Т.е. сердечной мышце для преодоления нагрузки необходимы больше K+ и Mg2+ и концентрация этих ионов тут же увеличивается пропорционально увеличению положительного электрического заряда сердца. Таким образом, локальное изменение напряженности электрического поля в органе или в сосуде позволяет «выделять» путем ионизации из крови необходимое количество нужных органу ионов. Особенностью работы сердца является замкнутый электрический принцип работы организованный локализованными электрическими импульсами. Поэтому особенно важно внешне влияние посторонних (для сердца) электрических полей и зарядов. Так действие дефибриллятора основано на деполяризации мембран мышечных клеток (сарколеммы) обеспечивающих при последующих поляризациях их синхронную работу. Иными словами дефибриллятор устраняет «электрический тромб» (локализированное увеличение положительного электрического заряда в области грудном отделе нарушающее установившийся электрообмен между сердцем и легкими, вплоть до остановки сердца) вразличных степенях его проявления, от нарушения ритма, до остановки сердца. Сосуды организма и кровь в большинстве случаев электроотрицательней остальных тканей организма. Но есть и исключения, например, органы выделения, в которых кровь и сосуды могут быть нейтральны или иметь положительный заряд особенно там, где организм сбрасывает положительное «электричество». Такой «сброс» происходит с помощью придания положительного заряда выделяемым из организма веществам. Например, выдыхается положительно заряженный углекислый газ, почки удаляют не только продукты метаболизма и лишнюю воду, но и выделяют положительное «электричество» удаляя Н+ понижая рН. Подтверждением нейтрального или даже положительного электрического заряда почек, может служить применяемый почками способ прокачки крови по капиллярам нефрона, а именно использование своеобразного «ресивера» в виде боуменовой капсулы с различными диаметрами приносящей и выносящей клубочковых артериол. В этом случае почкой может, и не применятся (в виду ее отсутствии) электродинамическая (любого знака) поддержка кровотока, так необходимая для необходимого продвижения крови используется дополнительная гидравлическая поддержка. Такая поддержка обеспечивает локальное повышение давления крови и тем самым обеспечивает кровоток.

Приведенный механизм электростатического и электродинамического действия электрических зарядов на сердечнососудистую систему позволяет по иному представить некоторые известные процессы в кровообращении.

Ссылки на источники1. Скипетров, В.П. Лечение аэроионами кислорода / В.П.Скипетров, Н.Н.Беспалов, А.В.Зорькина. ‬Саранск: «СВМО», 2001. ‬70 с. 2. Микулин, А.А. Активное долголетие / А.А.Микулин. ‬М.: «Физкультура и спорт», 1977. ‬112 с.3. Бочаров,М.Е. Электрические процессы внутри организма: Практическая гипотеза/ М.Е.Бочаров.‬Saarbrucken, Deutschland: LAPLAMBERT, 2015. ‬102 с.4. Бочаров, М.Е. Повышение эффективности аэроионизации птичников с клеточным содержанием: дис. канд. техн. наук: 05.20.02. / Бочаров Михаил Евгеньевич. ‬Москва, 2008. ‬236 с.5. Аринчин, Н.И. Микронасосная деятельность скелетных мышц при их растяжении / Н.И.Аринчин, Г.Ф.Борисевич. ‬Минск: «Наука и техника», 1986. ‬111 с.

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

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.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Сунгуров А.Ю.

физ.мат. наук

0.Л. Власова

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.

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> 3

P n i£(d3+Ah)z+z+hz

i-l i-l(a2(d3+Ah)2+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-

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-

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-

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).

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

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)

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

насущных практических

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

T - }