ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
ФАКУЛЬТЕТ «Экспериментальная и КАФЕДРА «Радиационная физика,
теоретическая физика» биофизика и экология»
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 140307 «Радиационная безопасность ГРУППА Т12-01А
человека и окружающей среды»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ
НА ТЕМУ:
Исследование изменений метаболизма эритроцитов донорской крови после взятия ее из организма
Студент-дипломник группы Т12-01А |
_____________________________
|
Маслова М.Н.
|
Руководитель ВКР, м.н.с. ФИАН |
_____________________________
|
Виноградова М.А.
|
Консультант, с.н.с. ФИАН |
_____________________________ |
Зарицкий А.Р. |
Рецензент, д. ф.-м.н., в.н.с. ФИАН |
_____________________________ |
Баранов С.П.
|
Заведующий кафедрой, доцент, к.ф.-м.н. |
_____________________________ |
Климанов В.А.
|
Москва 2010 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ 3
Цель работы 3
Основные задачи исследования 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
§ 1.1 Система крови 5
§ 1.2 Основные функции крови [1]: 6
§ 1.3 Форма и строение эритроцитов. 8
§ 1.4 Строение и функции гемоглобина. 9
§1.5 Разрушение эритроцитов 12
§1.6 Процессы энергетического метаболизма и основные энергетические параметры эритроцитов. 12
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 15
§ 2.1 Выбор физической модели кинетики энергетического метаболизма. 15
§ 2.2 Факторы, способствующие переходу метаболизма эритроцитов из состояния с высокой концентрацией АТФ в устойчивое состояние с низкой концентрацией АТФ 30
§ 2.3 Постановка экспериментальных задач 35
§ 2.4 Неравновесные процессы, протекающие в плазме пробы крови после ее взятия у донора, приводящие к изменению метаболизма эритроцитов 35
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
§ 3.1 Цели экспериментальных работ 40
§ 3.2 Используемые приборы и установки 42
§ 3.3 Используемые материалы 46
§ 3.4 Методики проведения экспериментальных работ 47
§ 3.5 Результаты экспериментов и их обсуждение 49
§ 3.6 Выводы 63
§ 3.7 Некоторые практически важные замечания 65
Заключение 65
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
Введение
Данная работа посвящена исследованию, имеющему непосредственное отношение к медицинской практике. В этой работе представлен теоретический анализ биохимических и физических процессов, протекающих в пробе крови, взятой из организма, а также представлены результаты соответствующих экспериментов. Значимость таких исследований определяется в настоящее время проблемами, связанными с постепенной утратой функциональных свойств крови по мере ее хранения. Поэтому удлинение сроков хранения донорской крови – актуальнейшая задача.
Основным содержанием данной работы является исследование изменений кинетики метаболизма эритроцитов. Эритроцит, как физическая система, является простой моделью, на которой можно исследовать нюансы таких изменений и других клеток. В этом заключается фундаментальная ценность данной работы. Часто не удается количественно связать изменения в метаболизме клеток с их физиологией, со способностью их к поддержанию гомеостаза, функционированием и жизнеспособностью. К тому же определение количественных зависимостей между скоростями изменения параметров и самими параметрами метаболических систем клетки представляет собой непростую задачу. Однако ее решение может иметь большую значимость для ряда прикладных вопросов. Для эритроцитов, как для наиболее просто устроенных клеток, часто эти трудности преодолимы.
Цель работы
На основе анализа кинетики гомеостатирования основных параметров метаболизма эритроцитов исследовать возможность реализации второго устойчивого состояния эритроцитов, характеризующегося низкой концентрацией АТФ, по сравнению с высокой концентрацией АТФ, реализующейся в эритроцитах in vivo. Переход из одного состояния метаболизма эритроцита в другое может сопровождаться нарушением кислородно-транспортной функции эритроцитов. Причинами такого нарушения могут быть накопление гемоглобина в метформе и изменение неспецифической проницаемости мембран, а также и изменение других параметров, которое обусловлено переходом эритроцитов на новый уровень гомеостатирования параметров.
Основные задачи исследования
Выбор физической модели для теоретического исследования кинетики гомеостатирования основных параметров энергетического метаболизма эритроцитов in vivo с целью выяснения условий существования устойчивых состояний и их числа.
Выяснение условий, при которых может происходить переход метаболизма эритроцитов из одной устойчивой точки в другую.
Выявление процессов, протекающих при взятии крови из организма, способствующих указанным переходам.
Экспериментальная проверка возможности перехода метаболизма эритроцитов из состояния in vivo в другое состояние после взятия крови из организма.
Глава 1. Литературный обзор § 1.1 Система крови
К обобщенной «системе крови» по Л.Ф. Лангу [1] относят:
кровь и лимфу;
органы кроветворения и кроверазрушения - красный костный мозг, тимус, селезенку, лимфатические узлы, а также,
нейрогуморальный аппарат регуляции их деятельности.
Кровь и лимфа вместе с интерстициальной (межклеточной), спинномозговой (ликвором) и синовиальной (межорганной) жидкостью образуют внутреннюю среду организма. Кровь – это жидкая соединительная ткань, находящаяся в постоянном движении, между клетками которой нет механической связи. Кровь состоит из плазмы (жидкого межклеточного вещества) и взвешенных в ней форменных элементов. Плазма составляет 55-60% объема крови, форменные элементы – 40-45% [1]. Отношение объема форменных элементов ко всему объему крови называется показателем гематокрита.
Плазма крови – это электролит, ионный и белковый состав которого подробно описан в работе по реологии крови [2]. В этой работе также освещены механические свойства, оптические характеристики, методы исследования и реологические свойства крови. Приведены данные по ее электро- и теплопроводности. Особенно подробно описаны такие свойства эритроцитов, как их деформируемость и агрегация.
Плазма крови содержит 90% воды, около 6,6-8,5% белков и другие органические и минеральные соединения – промежуточные или конечные продукты обмена веществ, переносимые из одних органов в другие. К белкам плазмы крови относятся [2]:
альбумины, которые связывают и переносят различные вещества крови и обуславливают около 80% общего осмотического давления ее коллоидов;
глобулины, разделяющиеся на α-, β-, γ-фракции, важнейшая роль которых состоит в транспорте липидов и других веществ, нерастворимых в свободном состоянии. γ-глобулины составляют антитела, вырабатываемые иммунной системой;
фибриноген – растворимая форма фибрина, – фибриллярный белок плазмы крови, образующий волокна при повышении свертываемости крови (например, при образовании тромба). Главная роль фибриногена – обеспечение свертываемости крови.
Плазма также содержит варьирующееся число липидов, не только связанных белками (липопротеиды), но и свободных, многие из которых поверхностно-активны. Одним из классов липопротеидов являются хиломикроны – микросферы, диаметром 100 нм, обнаруживаемые, главным образом, после приема жирной пищи [2].
Известно, что постоянство количества клеток (подавляющего большинства их видов) в тканях и органах поддерживается за счет проточного равновесия. При этом скорость деления клеток равна скорости их гибели по одному из двух путей – апоптозу или некрозу. В результате гибели клеток по пути некроза в кровь постоянно поступают белки, входящие ранее в состав цитомембран этих клеток. Кроме того, в плазму крови поступают различные секреты, выделяемые специализированными клетками (например, гормоны и ферменты) и другие вещества, попадающие в организм с пищей.