Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы 14-54
1.1. Механизмы влияния физических полей на живые организмы и перенос молекул и ионов в биологических тканевых структурах 14-27
1.2. Общая характеристика мембран 27-49
1.2.1. Классификация мембран и мембранных процессов 28-33
1.2.2. Диффузия и миграция 33-34
1.2.3. Жидкостные потенциалы 34-36
1.2.4. Доннановский потенциал 36-38
1.2.5. Потенциалы мембраны с ограниченной избирательностью 39-40
1.2.6. Биоэлектрохимический потенциал покоя 40-43
1.2.7. Модель «рыхлого квазикристалла» 44-49
1.3. Методы исследования переноса молекул и ионов в биологических мембранах 49-52
2. Теоретические исследования 55-65
2.1. Модификация модели «рыхлого квазикристалла» применительно к барьеру из мышечной ткани 55-57
2.2. Электроосмотические явления в мышечном барьере 57-65
2.2.1. Вывод уравнения Гельмгольца-Смолуховского 59-61
2.2.2. Электроосмотическое приближение для переноса анионов антибиотиков через поперечные срезы мышц 61 -65
3. Объекты исследования, экспериментальные методики 66-81
3.1. Предварительные исследования - оптимизация эксперимента 66-69
3.1.1, Оборудование и реактивы 66-67
3.1.2. Оптимизация условий проведения измерений концентраций антибиотиков для изучения их диффузионно-осмотической активности 68-69
3.1.3. Методика исследования мешающего влияния биологических жидкостей и частиц ткани на величину измеряемой оптической плотности растворов исследуемых антибиотиков
3.2. Техника проведения эксперимента по изучению диффузионно осмотической миграции анионов антибиотиков через биологические тканевые барьеры 70-75
3.2.1. Ячейка для исследования диффузионно-осмотической миграции антибиотиков через срезы мышечной ткани 70-72
3.2.2. Методика количественного определения антибиотиков в водном и модельном физиологическом растворах 72-74
3.2.3. Техника эксперимента 74-75
3.3. Методика и аппаратура для исследования влияния физических по лей на перенос антибиотиков в мышечных тканях 75-81
3.3.1. Влияние постоянного электрического поля 75-76
3.3.2. Влияние переменного магнитного поля 76-77
3.3.3. Влияние переменного виброакустического поля 77-78
3.3.4. Влияние температуры 79
3.3.5. Влияние СВЧ поля 80-81
4. Влияние малоамплитудных физических полей на осмотическую миграцию анионов антибиотиков через биологические мембраны мышечных тканей 82-126
4.1. Влияние постоянного электрического поля 82-91
4.2. Влияние переменного магнитного поля 91-98
4.3. Влияние переменного виброакустического поля 98-108
4.4. Влияние температуры 109-115
4.5. Влияние СВЧ поля 116-126
5. Оптимизация приборов антибиотиковой физиотерапии на основе двухбарьерно модели миграции анионов антибиотиков, стимули рованной малоамплитудными физическими полями 127-140
Синергетический ускоряющий эффект и компромиссный индекс оптимизации 127
Двухбарьерная модель антибиотической миграции и результаты клинических испытаний оптимизированных аппаратов физиоте рапии на смешанных полевых эффектах 132
Выводы 141
Список литературных источников 144
- Общая характеристика мембран
- Методы исследования переноса молекул и ионов в биологических мембранах
- Техника проведения эксперимента по изучению диффузионно осмотической миграции анионов антибиотиков через биологические тканевые барьеры
- Влияние переменного магнитного поля
Введение к работе
Современная физиотерапия, как вид комплексного лечения использует в своем арсенале весь спектр физических полей и большое количество лекарственных препаратов, вводимых через кожные покровы, слизистые оболочки, с помощью внутримышечных и подкожных инъекций. Роль физических полей, участвующих в процессе лечения сводится не только к их непосредственному лечебному воздействию на биологические ткани, но и к ускорению проникновения лекарственного препарата в зону воспалительного процесса. Такой вариант медикаментозного лечения позволяет эффективно воздействовать на локальный очаг инфекции без снижения общего иммунитета организма [1]. Кроме этого, появляется возможность использования несинтетических и полусинтетических антибиотиков, например, пенициллинового ряда, более мягко переносимых организмом. Создание необходимой терапевтической концентрации антибиотика пенициллинового ряда путем пероральиого введения является очень сложной задачей, так как антибиотик быстро разрушается под действием имеющихся в организме человека Р-лактамаз широкого спектра. Инъекция антибиотика подобного типа вместе с ингибитором р-лактамаз типа клавулиновой кислоты или сулбактама позволяет существенным образом снизить скорость разложения антибиотика [2]. К сожалению, например, клавулиновая кислота может вводиться в организм только внутривенно, что исключает возможность ее локального применения. Таким образом, наиболее эффективным оказывается лечение пациента путем одновременного воздействия антибиотика и физических полей, позволяющих ускорить его проникновение в пораженные ткани до потери его антимикробных свойств.
Для ускорения переноса антибиотиков в лекарственной физиотерапии применяют в основном четыре вида полей: электрическое, магнитное, электромагнитное и акустическое. Согласно [3, 4], можно различать тепловое, силовое, «информационное», сепараторное и санирующее действие физических полей на '9 ткани организма. В нашей работе мы будем затрагивать проблемы воздействия этих полей на транспорт антибиотиков в мышечных тканях, т.е. их форетиче-ские свойства.
Ранее, в период с 1993 по 1999 год, проводились комплексные исследования воздействия различных малоамплитудных физических полей и их комбинаций на процесс диффузии антибиотиков через препарированные плацентарные мембраны [5]. Результатом исследований, кроме практического применения, выраженного в оптимизации процессов лекарственного физиофореза, явилось построение теории трансмембранной диффузии анионов антибиотиков через липидно-белковые барьеры на основании модели «рыхлого квазикристалла» [5]. Также в работе была проведена количественная оценка воздействия физических полей на перенос антибиотиков в модифицированных плацентарных мембранах.
Плацентарные мембраны, используемые в данной работе, способны моделировать лишь часть возможных биологических барьеров [6], встречающихся на пути лекарственных препаратов. На практике физиотерапевт часто сталкивается с глубоко локализованными органами, защищенными протяженными мышечными барьерами, толщина которых может достигать нескольких сантиметров. Таким образом, исследование воздействия физических полей на транспорт антибиотиков в мышечных тканях является весьма важной задачей. Ранее проведенные в работах [7-10] исследования воздействия электрического, переменного магнитного, и акустического поля требуют проверки и дополнительного уточнения построенных математических моделей.
Полученные ускоряющие эффекты переменного магнитного поля [9] создают прецедент для дальнейшего исследования форетических свойств электромагнитных полей СВЧ диапазона.
Все сказанное выше определяет актуальность темы диссертации.
10 Научная новизна. Нами впервые были получены следующие новые научные результаты: выявлены неизвестные ранее эффекты магнитоосмотического, виброакустического и СВЧ - осмотического ускорения переноса анионов антибиотиков (левомицетина, бензилпенициллина, оксациллина) через биологические барьеры мышечных мембран; предложена адекватная эксперименту математическая модель физически стимулированной осмотической миграции, основанная на интерпретации классического уравнения Гельмгольца-Смолуховского с помощью ВАХ Гольдмана при малых временах или приближения модифицированной модели «рыхлого квазикристалла» с расчетом собственного потенциала асимметрии мышечной мембраны по Гольдману-Ходжкин-Катцу с учетом потенциалов Доннана; показано, что проницаемость мышечных тканей по анионам антибиотиков обусловлена их осмотической миграцией через межфибриллярные каналы проводимости, причем диффузия анионов антибиотиков идет посредством замещения дефектов Френкеля в хлорид ной анионной подрешетке «рыхлого квазикристалла» при сосредоточении калиевой катионной подрешетки на внутриканальных «толстых» нитях миозина; выяснено, что режимы работы №1 и №3 аппарата виброакустической физиотерапии «ВИТАФОН» обеспечивают наиболее эффективную стимуляцию осмотической миграции анионов антибиотиков через барьеры мышечных тканей, что объясняется действием потока низкочастотных вибрационных фононов на поток анионов антибиотиков при амплитудах вибрации 2,8-5,4 мкм; обнаружено ускоряющее действие СВЧ излучения на осмотическую миграцию анионов антибиотиков через барьеры мышечных тканей, имеющее нетермическую природу, обусловленную переориентацией дипольных молекул и анионов антибиотиков электрическим вектором поля, создающее в мы- шечном барьере центры сильного связывания анионов хлора, которые вызывают ускоряющий отрицательный сдвиг потенциала асимметрии барьера; построена двухбарьерная математическая модель ускорения ми фации анионов антибиотиков, вызванного стимулированием смешанными синергетиче-скими воздействиями малоамплитудных физических полей, показано, что оптимальное число сочетания полей близко к двум, как для осумкованных липидно-белковыми тканями органов-мишеней, так и для промежуточных мышечных барьеров, причем, если толщина мышечного барьера на порядок и более превышает толщину липидно-белкового защитного барьера, то именно мышечный барьер лимитирует транспорт антибиотика в осумкован-ный инфицированный орган-мишень.
Практическая значимость. Результаты работы внедрены в конструкции аппаратов антибиотической физиотерапии серии «Интрамаг», «Интратерм», «Ласт», «Атос», выпускаемых ООО «ТРИМА» (г. Саратов), представляют интерес для разработчиков приборов серии «ВИТАФОН» (г. Санкт-Петербург), аппаратов «Вера», «Фея», «Маг», «Магафон», «Алмаг», ПГТ-01 Елатомского приборного завода, установок СВЧ, КВЧ, УВЧ терапии, практикующих антибиотическую физиотерапию врачей урологов, стоматологов, имплантологов, офтальмологов. Материалы диссертации используются при чтении лекций по биофизике студентам III курса специальностей БМА и ВМС СГТУ.
Цель работы заключалась в нахождении закономерностей влияния малоамплитудных физических полей (постоянного электрического, переменного магнитного, переменного виброакустического, СВЧ) и температуры на осмотическую миграцию анионов антибиотиков in vitro.
12 Для реализации целей работы были поставлены следующие задачи: разработка методик и изготовление ячеек и установок специальной конструкции для исследования влияния физических полей на перенос антибиотиков в мышечных тканях; исследование кинетики и механизма переноса антибиотиков в мышечных тканях при воздействии различной температуры, электрического, переменного магнитного и переменного виброакустического поля и СВЧ; построение математической модели осмотической миграции антибиотиков в мышечных тканях под действием индивидуальных физических полей и двухбарьерной модели антибиотического транспорта, стимулированного смешанными малоамплитудными полями с определением оптимального числа сочетания полей и лимитирующего барьера; анализ результатов клинических испытаний аппаратов антибиотической физиотерапии с выяснением корреляции между величинами компромиссного индекса оптимизации и относительной терапевтической эффективностью.
Апробация работы. Результаты диссертации доложены и обсуждены на: Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии», посвященной 75-летию химического факультета СГУ (Саратов, СГУ, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов риска, экологической безопасности и управления рисками» (Пенза 10-11 июня 2004 г.), Всероссийском конкурсе среди учащейся молодежи высших учебных заведений РФ на лучшие научные работы по естественным наукам 2004 (Москва МИЭМ, 2004 г), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Саратов, СГТУ, 2005 г.). Материалы диссертации используются при чтении лекций по биофизике студентам III курса специальностей БМА и БМС СГТУ.
13 Публикации, По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 статьи в центральной печати, 6 статей в сборниках работ молодых ученых и материалах международных и российских конференций, 2 статьи депонированы в ВИНИТИ.
Основные положения, выносимые на защиту: математическая модель стимулированной осмотической миграции анионов антибиотиков через барьеры мышечных тканей, уравнения Гельмгольца-Смолуховского-Гольдмана и Гельмгольца-Смолуховского-Гольдмана-Ходжкин-Катца; результаты исследования кинетики осмотической миграции анионов антибиотиков в мышечных тканях: в постоянном электрическом поле; в переменном магнитном поле; в переменном виброакустическом поле; под воздействием температуры; в СВЧ поле; математическая модель ускорения осмотической миграции анионов антибиотиков, стимулированной смешанными синергетическими воздействиями малоамплитудных физических полей; обсуждение клинических результатов испытаний синергетической физиотерапевтической аппаратуры, корреляции между КИО и ОТЭ.
Общая характеристика мембран
Мембранные системы (барьеры) относятся к неравновесным прерывным термодинамическим системам, состоящим в простейшем случае из двух гомогенных подсистем, интенсивность взаимодействия между которыми регулируется некой пропускной системой. Использовать более конкретный термин, чем пропускная система, довольно сложно, поскольку им может быть капилляр, сплошная или пористая перегородка, граница раздела фаз и т.д. Мембранные системы являются прерывными потому, что каждая из подсистем находится во внутреннем термодинамическом равновесии, но при переходе через мембрану, которую можно рассматривать как третью подсистему, интенсивные свойства изменяются скачком. Это означает, что траисмембранные потоки, приводящие к выравниванию интенсивных свойств, малы по сравнению с аналогичными потоками внутри каждой отдельной гомогенной части системы [54]. Движущей силой трансмембранного переноса является разность химических потенциалов в подсистемах с учетом внешних полей, отнесенная к единичной толщине мембраны: Наиболее практически важным случаем внешнего поля, налагаемого на мембранную систему, является электрическое поле, механизм воздействия которого мы рассмотрим ниже. Тогда химический потенциал будет называться электрохимическим и будет зависеть от давления Р, концентрации С, температуры Г и разности потенциалов А р, то есть Dm=f(P,C,T, А(р). Таким образом, обобщенная термодинамическая сила представляет собой сумму сил: где YP=f(D,P) вызывает объемный поток через пористые мембраны, YD=f(D,C) -диффузионный поток, Yq=f(D,T) - тепловой поток, Ye=f(A(p) - поток заряженных частиц, если они есть в системе. Отсюда естественным образом вытекает классификация мембранных процессов, связанная с характером движущих сил электромассопереноса. Процессы подразделяются на: 1. баромембранные, 2. концентрационно-мембранные (обычно их называют диффузионными или диффузионно-мембранными), 3. термомембранные, 4. электромембранные.
При одновременном действии нескольких сил процессы могут быть, например, электробаромембранными (электроосмотическими) и др. Различная природа движущих сил, а также многообразие состояний мембраны и появляющаяся вследствие этого специфика массопереноса, порождают большое число конкретных мембранных процессов, классифицировать которые с еди ных позиций практически невозможно. Более содержательная картина получается при использовании многоступенчатых схем, которые дополняют друг друга. Например, по природе мембран их можно подразделить на биологические (живые), мембраны, состоящие из модифицированных или регенерированных природных веществ, и на синтетические мембраны органического или неорганического происхождения [54]. Строение мышечных мембран Скелетные мышцы состоят из массы мышечных волокон - симпластов, содержащих множество ядер. Длина таких мышечных волокон достигает 40 мм при толщине 0,1 мм - это гигантская структура, содержащая великое множество миофибрилл, которые сокращаются одновременно и синхронно. Зрелое мышечное волокно практически полностью заполнено миофиб-риллами - цилиндрическими образованиями, сформированными из системы перекрещивающихся толстых и тонких нитей, образованных сократительными белками. Миофибрилла состоит из одинаково повторяющихся элементов, так называемых саркомеров. Саркомер ограничен с двух сторон Z-дисками. К этим дискам с обеих сторон прикрепляются тонкие актиновые нити.
Нити актина обладают низкой плотностью и поэтому под микроскопом кажутся более прозрачными и более светлыми (рис. 1.1.). Эта часть саркомера обладает большой плотностью и образует более темную зону - анизотропную зону (или А-зону). В ходе сокращения миозин становится способным взаимодействовать с актином и начинает тянуть нити актина к центру саркомера. Вследствие такого движения уменьшается длина каждого саркомера и всей мышцы в целом. Сигналом для начала мышечного сокращения является повышение концентрации Са + внутри клетки, а источником энергии - гидролиз АТФ. Концентрация кальция в клетке регулируется с помощью кальциевых насосов, встроенных в наружную мембрану и мембраны cap ко плаз мати чес кого ретикулума, который оплетает миофибриллы [55, 56]. Для сокращения к каждой единице сократительного элемента, к каждому саркомеру миофибрилл должно быть доставлено большое количество АТФ. На продольных ультратонких срезах скелетных мышц в электронном микроскопе видны многочисленные округлые мелкие сечения митохондрий, располагающихся в соседстве с саркомерами (рис. 1.2. а). Если же исследовать поперечные срезы мышечных волокон на уровне z-дисков, то видно, что мышечные митохондрии представляют собой не мелкие шарики или палочки, а как бы паукообразные структуры, отростки которых могут ветвиться и простираться на большие расстояния, иногда через весь поперечник мышечного волокна (рис. 1.2. б). При этом разветвления митохондрий окружают каждую миофибрилл у в мышечном волокне, снабжая их АТФ, необходимым для мышечного сокращения.
Следовательно, митохондрии в z-диске представлены типичным митохондри-альным ретикулумом - единой митохондриальной системой. Такой пласт или этаж митохондриального ретикулума повторяется дважды на каждый саркомер, а все мышечное волокно имеет тысячи поперечно расположенных "поэтажных" пластов митохондриального ретикулума. Было обнаружено, что между "этажами" вдоль миофибрилл располагаются нитчатые митохондрии, соединяющие эти митохондриальные пласты. Тем самым создается трехмерная картина митохондриального ретикулума, проходящего через весь объем мышечного волокна.
Методы исследования переноса молекул и ионов в биологических мембранах
В 1962 г. П. Мюллеру и его коллегами удалось получить искусственную бислойную фосфолипидную мембрану - БЛМ. В общем случае методика получения мембраны состоит в получении тонкой пленки фосфолипидов в небольшом отверстии в перегородке, разделяющей два отсека электрохимической ячейки. Такой методикой пользуются и сейчас [64]. В 1972 г. М. Монтал разработал методику получения многослойных мембран [69]. Плоские липидные мембраны, наряду с липосомами, широко используются в качестве моделей для изучения электрических свойств мембраны, их проницаемости для различных веществ, моделирования влияния различных физических факторов и полей на их проницаемость, температурных фазовых переходов. В частности с помощью модельных липидных мембран Львом А.А., Либерманом Е.А. и сотрудниками были изучены свойства антибиотиков-ионофоров (грамицидин, и проч.) [69]. Большую пользу в изучении механизма функционирования мышц и мышечных сокращений, а также для понимания механизма передачи нервного импульса принесли исследования гигантского аксона кальмара, толщина которого доходит до 1 мм. Сущность методики рассмотрена в разделе 1.2.6. Благодаря методу «пенч-кламп», разработанному Неером и Сакманом произошел скачек в исследовании клеточных мембран [67]. Метод заключается в отрывании с помощью тонкого стеклянного капилляра маленького до 1 мкм2 фрагмента клеточной стенки. Благодаря столь малой площади можно выделить единственный ионный канал, функционирование и строение которого можно изучать. Еще более тонкую информацию о строении и поведении клеточных мембран, работе ионных каналов дают современные методы компьютерного кван-тово-химического моделирования. С помощью высокопроизводительных компьютерных платформ и многофункциональных компьютерных программ на данный момент можно изучать динамику различных смоделированных фрагментов клеточных стенок, пример такой модели представлен на рис. 1.6.
Квантовохимические модели позволили раскрыть механизм функционирования ионных каналов, обзор работ в этом направлении изложен в работе [68]. Несмотря на то, что современные методы исследования и компьютерное моделирование позволяют получать информацию о механизмах переноса ионов и молекул в клетках и их органеллах, в практике часто требуются знания о непосредственном поведении микрочастиц в естественных биологических тканях. Свойства реальных биологических тканей имеющих сложное многоуровневое строение, как оказалось, сильно отличаются от модельных липидных мембран. К примеру, удельное сопротивление модельной липидной мембраны со Q ставляет порядка 10 Ом-см [69], когда полученные в работе [5] удельные сопротивления плацентарных мембран 4,5 - 5-10 Ом-см. Кроме того, большое значение имеет тот факт, что перенос, например, лекарственных препаратов может осуществляться не непосредственно через клеточные стенки, а по межклеточной жидкости и между структурными волокнами тканей организма. Высокую эффективность применения в качестве объекта исследования реального биологического объекта - плацентарной мембраны демонстрирует работа [5]. В данной работе использовались базальные части ювенильных (абортных) плацентарных мембран. Предварительно они были тщательно очищены и препарированы в формальдегиде.
Средняя толщина мембран составляла 0,1 мм, что было определено с помощью лазерного интерферометра. Элек тролитом служил 0,9% раствор NaCl с добавкой 0,2 % левомицетина, бензилпе-нициллина и оксациллина соответственно. Мембрана разделяла объем раствора на две части, причем ниже мембранной перегородки находился чистый раствор NaCl, а выше — раствор NaCl с добавкой антибиотика (рис. 1.7.). По истечении определенного промежутка времени из нижней части отбирались пробы, и фотоколориметрическим методом определялась концентрация антибиотика. На основании проведенных экспериментов была построена математическая модель переноса антибиотиков в биологических тканях, а также практическим результатом данной работы явилась оптимизация физиотерапевтических методов лечения различных заболеваний. В дальнейшем в нашей работе мы использовали видоизмененную методику проведения эксперимента, представленную в работе [5]. Резюмируя все вышеизложенное можно сделать вывод, что при изучении таких сложных биологических процессов каким является перенос веществ в мышечных и белково-липидных тканях наибольшего эффекта можно достигнуть в случае применения комплексного подхода, позволяющего исследовать данный процесс как на микромолекулярном уровне, исследуя свойства диффундирующих молекул и ионов, так и на уровне получения термодинамических параметров, не вникая в сущность микропроцессов.
Техника проведения эксперимента по изучению диффузионно осмотической миграции анионов антибиотиков через биологические тканевые барьеры
Общий вид ячейки, предназначенной для исследования диффузионно-осмотического переноса анионов антибиотиков в мышечной ткани, представлен на рис. 3.1. Ячейка может быть исполнена как с внешним контуром, для поддержания постоянных температурных режимов, так и без внешней рубашки, тем самым, добиваясь отсутствия «парникового эффекта», что важно при исследовании нетермического эффекта влияния СВЧ генерируемого поля.
Ячейка для исследования переноса антибиотиков через тканевые барьеры (рис. 3.2.) представляет собой параллелепипед 1 с внешней водяной рубашкой 2. Вся конструкция изготовлена из плексигласовых пластин, соединенных водостойким, прозрачным клеем «Момент-кристалл». Через штуцеры 3 и 4 внешняя рубашка ячейки соединяется с помпой термостата. Ячейка снабжена магнитной мешалкой 12 и термометром 10 в верхней крышке 9 имеются крон штейны для крепления графитовых электродов. Две камеры ячейки 5 и 6 разделяются мембраной 8, края которой зажимаются между двух плексигласовых рамок 7, что создает возможность поддерживать герметичность между камерами и постоянную величину поверхности мембраны.
Метод закрепления среза мышечной ткани подробно представлен на рис. 3.3. На внешней поверхности одной из рамок 4 для большей герметичности приклеена прокладка из вакуумной резины, 6 - мембрана, зажатая между рамками 3 и 5 на вакуумной смазке, плотно с усилием вставляется по принципу пенала в специальный зажим, состоящий из двух П-образных пластин 1 и 2, рас-положенный на границе двух камер ячейки площадью более 12,5 см . Конструкция позволяет реализовать диффузию ионов исключительно только сквозь поверхность мембраны и исключает их проникновение через соединительные швы.Установка для проведения исследований состоит из измерительных ячеек, термостата с питанием4 внешнего водяного контура, магнитной мешалки штатива, на котором крепится ячейка.
В случае исследования воздействия внешнего электрического поля ячейка снабжается крышкой с креплениями для инертных графитовых электродов, 7: расположенных симметрично и на максимальных расстояниях от мембраны и источника постоянного тока.В случае исследования воздействия акустического поля используется дополнительный кронштейн с закрепленными на нем излучателями прибора «ВИТАФОН». При изучении воздействия СВЧ поля используется строенная двухкамерная ячейка без внешнего контура. 3.2.2. Методика количественного определения антибиотиков в водном и модельном физиологическом растворах Построение калибровочной характеристики для определения концентрации антибиотиков В колбу на 200 мл помещают навеску антибиотика массой 400 мг и доводят до метки 0,9% раствором NaCl, таким образом, получается 0,2% раствор. Затем из этой колбы пипеткой отбирается 5 мл (бензилпенициллин, левомице-тин, оксациллин) раствора и переносится в колбу на 100 мл, она доводится до метки 0,9% NaCl. После перемешивания получается раствор антибиотиков соответственно 0,01% и 0,005%. Путем последовательного разбавления в 2, 4, ..., п раз получаются две серии растворов с массовыми концентрациями 0,01; 0,005; 0,0025; 0,00125; 0,000625 % и 0,004; 0,002; 0,001; 0,0005; 0,00025%. Про веденный спектрофотометрический анализ растворов антибиотиков в интервале от 200 до 1200 нм дает однозначные максимальные пики оптической плотности при 280 нм для левомицетина, 205 нм для оксациллина и 215 нм для бензилпе нициллина, что соответствует литературным данным для чистых веществ [76]. J Следует отметить, что присутствие хлорида натрия, ни каким образом не ска зывается на смещении пиков максимумов оптической плотности. Строится график зависимости оптическая плотность (А)- концентрация (С, %). Фрагмент замороженной при - 20С мышечной ткани в форме параллелепипеда со сторонами 4 и 7 см помещается в устройство для нарезки, с помощью которого нарезаются пластины толщиной от 1 до 2 мм. Затем толщина каждой пластины измеряется с помощью микрометра в четырех углах и по центру, за толщину мембраны берется средняя величина по пяти измерениям. Заморожен J ная пластина помещается под стекло и медленно размораживается (во избежа ние механических повреждений мембраны не следует зажимать ее между кре h пежных рамок до размораживания и появления достаточной эластичности, не следует совсем размораживать мембрану, т.к. при ее фиксации возможно растяжение и изменение толщины). Далее мембрана помещается между зажимающими пластинами-рамками, таким образом, чтобы не растянуть и повредить ее
Влияние переменного магнитного поля
Магнитные поля создают в естественных структурах тканей организма самые разнообразные электрические явления: магнитофоретический потенциал лоренцевых сил, потенциал фарадеевской индукции, э. д. с. Холла, эффекты «омагничивания» физиологических электролитов (уменьшение электропроводности, увеличение плотности, вязкости и поверхностного натяжения), пондеро-моторные взаимодействия с периодическими ионными осцилляторами и т. д. [5]. Поэтому эти магнитоэлектрические процессы используются в современной магнитотерапии, основанной на многочисленных системных реакциях нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, кровеносной, иммунной и обменной структур организма человека [78-79]. Полезно учесть и практически полную «прозрачность» биологических объектов для низкочастотных магнитных полей. Следует отметить, очень слабое подавление их интенсивности, поэтому магнитные поля взаимодействуют сразу со всеми иерархическими структурами организма, находящимися в пределах индикатрисы распределения замкнутых силовых линий, зависящей от линейных размеров магнитного источника и если они достаточно велики, то магнитное поле оказывает комплексное терапевтическое воздействие [5]. Одной из компонент этого комплексного воздействия является магнитное ускорение ионного переноса в биологических барьерах, в частности, стимулирование переноса анионов антибиотиков в мышцах с применением переменных магнитных полей, которые более эффективны для обработки естественных извилистых структур; из-за периодического изменения вектора магнитной индукции с амплитудой В [5].
Для синусоидального переменного магнитного поля вектор В меняет своё направление с частотой /и вызывает в биологическом барьере изменение потенциала асимметрии [5]: где ц а - собственный потенциал асимметрии барьера, pmN и cp„,s - потенциалы «омагничивания» барьера полем «северной» (N) и «южной» (S) ориентации по отношению к барьеру, го - радиус кругового источника переменного поля. Третье слагаемое выражает влияние потенциала магнитодинамической фарадеевской индукции, а величина магнитофоретического потенциала лорен цевых сил для биологических барьеров пренебрежимо мала, поскольку состав ляет величину порядка 10" В. Потенциал магнитной асимметрии срат вызывает в барьере протекание тока Jm, величина которого может быть определена с помощью приближения Гельмгольца [59]: где Л - толщина биологического барьера, UNa+ и Ucf - подвижности ионов Na и СГ, являющихся основными носителями тока в биологических объектах Слъ+{0) и Сс/(0) - предбарьерные концентрации ионов Na и СГ, С\а\л) и С а (Л) - барьерные концентрации ионов Na+ и СГ, д (рат - сра1„ - ра, R = 8,314 Дж/(моль К) и -96500 Кл/моль. Поскольку для мышечных барьеров (рат « RT/F, то выражение (4.13) может быть линеаризовано по экспонентам, и принять вид: Согласно этому уравнению сила магнитостимулированного тока через биологический барьер линейно зависит от д рат. Если барьер разделяет два одинаковых NaCl электролита, в одном из которых растворен анион антибиотика, то переменное магнитное поле индуциру ет магнитоосмотический перенос аниона антибиотика согласно следующей модификации классического уравнения Гельмгольца-Смолуховского [8! ](разд, 2.2.2.): где т0 - масса антибиотика, первоначально растворенного в изотоническом электролите 0,15 М NaCl, М- молекулярная масса аниона антибиотика, Со и С; - исходная предбарьерная и текущая барьерная концентрации аниона антибиотика, %- потенциал плоскости скольжения в диффузионной части двойного электрического слоя (ДЭС), распределенного в каналах барьерной проводимости, т],х,с - вязкость, удельная электропроводность, относительная диэлектрическая проницаемость электролита, є о - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, г - время магнитоосмоса. Подставляя в (4.15) значение J„, из (4.14) получаем новое магнитоосмоти-ческое уравнение Гельмгольца-Смолуховского-Гольдмана (ГСГ) в виде: С = - TtnXnfF-Zrr\ (с« 0 + С«- 0)"Iе + С„_(Л)] (1 -/Ї")} х ce0MC0(JJNil+ + Va_) [ \ Как это видно из (4.16) что Q- потенциал определяется экспериментальными величинами д (ращ и д(Сл /(С0 -Сл))/дг. Аппаратура и методика эксперимента детально описаны в главе 3. Как это видно из экспериментальных данных рис. 4.5. величины относительной скорости магнитоосмотического переноса д(Сл/{С 3 -Сл))/дт при малых г максимальны, а при больших г они постепенно уменьшаются. При т 5 мин зависимости Сх1{Сй -Сх)-тможно считать линейными, а при т 5 мин эти зависимости хорошо аппроксимируются эмпирическим выражением: 1 О Л 0.005 где Л - толщина биологического барьера, U a+ и Ua - подвижности ионов Na и СГ, являющихся основными носителями тока в биологических объектах Cv«+(0) и Са(0) - предбарьерные концентрации ионов Na+ и СГ, C,v/( Д) и Сг/ (Д) - барьерные концентрации ионов Net и СГ, Л=8,314 Дж/(моль-К) и F=96500 Кл/моль. Если барьер разделяет два одинаковых NaCl электролита, в одном из которых растворен А щ, то переменное акустическое поле индуцирует акустоос-мотический перенос А щ согласно следующей модификации классического уравнения
Гельмгольца-Смолуховского (разд. 2.2.2.): где Wo — масса антибиотика, первоначально растворенного в предбарьерном электролите 0,15 М NaCl, М - молекулярная масса A aq, Со и Q - исходная предбарьерная и текущая забарьерная концентрации A aqy С- потенциал плоскости скольжения в диффузионной части двойного электрического слоя (ДЭС), распределенного в каналах барьерной проводимости, iux- c - вязкость, удельная электропроводность, относительная диэлектрическая проницаемость электролита, є о — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, г - время акустоосмоса. Подставляя в (4.25) значение Js из (4.24) получаем новое акустоосмотиче-ское уравнение Гельмгольца-Смолуховского-Гольдмана (ГСГ) в виде: Как это видно из (4.26) - потенциал определяется экспериментально измеряемыми величинами л рад. и д(сл/(С0 Ся))/дт. В качестве источника акустических колебаний применялся прибор виброакустической терапии «ВИТАФОН». Остальная аппаратура и экспериментальные методики подробно описаны в главе 3. Как это видно из данных рис. 4.9. (а) зависимости С, /(С0 -С,)-г для акустоосмоса аниона левомицетина во всех четырех режимах работы аппарата «ВИТАФОН» линейны вплоть до т 30 мин, а при больших временах они могут быть достаточно удачно спрямляемы в координатах In(Q/(C0-Сл))-т рис. 4.9. (б), что соответствует эмпирической аппроксимации:
