Биологиялық ұлпалардың пассивті механиқалық қасиеттері

«Астана Медициналық Университеті» АҚ

«Медициналық биофизика және тіршілік қауіпсіздік негіздері» кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

   Реферат

 

Тақырыбы: Биологиялық ұлпалардың пассивті механиқалық қасиеттері

 

 

 

    

                                                                   Орындаған: Айтқұлова А.Е.

                                                                           Тобы: 110 ОМ

                                                                           Тексерген: Шакерхан Н.Ш.

                                                                              

 

                                                         Астана 2015

 

 

Жоспар:

 

1. Биологиялық ұлпалардың механикалық  қасиеттері
2. Жануар және адам ұлпаларының механикалық қасиеттері
3. Биологиялық ұлпалардың механикалық қасиеттерінің түрлері:активті және пассивті
4. Люминосценттік талдау
5. Флуоресценциялық спектірлер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Кіріспе

    

    Люминесценция  – суық жарық шығару. Ол жылулық  жарық шығаруға қарағанда басқа  шарттарға негізделген жарық  шығару түрі болып табылады. Оған  әсер ететін факторларға байланысты  фотолюминесценция, электролюминесценция, пьезолюминесценция, хемилюминесценция, биолюминесценция жәнет.б. түрлерге  ажыратылады.

    Фотолюминесценция  – бір затта жұтылған жарық  сәулесінің энергиясы сол заттан  суық жарық шығарады.

    Биолюминесценция  – тірі ағзада жүретін биохимиялық  реакциялардың нәтижесінде жүзеге  асады.

    Люминесценттік сорғылар мен таңбалардың медицина мен биологиядағы маңызы өте зор.

Люминесценция

 

       Қызған  денелер жарық шығарады. Олардың  атомдары мен молекулаларының  жылулық қозғалыстары жарық сәулесінің  энергиясына айналады. Жылулық сәуле  шығарумен қатар энергияның түрлену  нәтижесінде басқадай жарық шығарады. Ол жарықтар – суық жарықтар, оларды люминесценция (латын сөзінен luminis – жарық) дейді. Суық жарық  оны тудыратын энергияның түріне байланысты хемилюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция деп бөлінеді. Мысалы, шіріген ағаштардың түбінде, сүйектердің жатқан жерінде ұзақ уақыт ішінде баяу өтетін тотығу реакциясы нәтижесінде болатын жарықты – хемилюминесценция дейді. Электр заряды кезінде электр өрісінде қозғалған иондар мен электрондардың соқтығысы нәтижесінде пайда болған жарықты – электролюминесценция дейді.  

Фотолюминесценцияда бір затта жұтылған жарық сәулесінің энергиясы сол заттан суық жарық шығарады. Шыққан сәуленің толқын ұз ындығы жұтылған сәуленің ұзындығынан ұзын болады. Көп заттарда, мысалы газдарда, сұйықтарда, әсер етуші жарық өшкен кезде суық жарық шығару да бірден тоқталады. Осындай жарық шығаруды флюоросценция (латын сөзінен fluor – ағын) дейді. Ал кейбір қатты денелер әсер етуші жарық өшкеннен кейін де ұзақ уақыт жарық шығара береді. Ондай жарық шығару кейде бірнеше сағатқа созылуы мүмкін. Осындай жарық шығаруды фосфоросценция (грек сөзінен phos – тасымалдаушы) дейді.

Фотолюминесценция бір затта жұтылған фотонның энергиясының бір бөлігі түрліше молекулааралық процеске беріледі. Сондықтан сол заттың ішінде жұмыс атқарылады. Шыққан фотонның энергиясы келіп түскен фотонның энергиясынан аз болады   ħν = ħν0 - A

 

          Әдетте А > 0, яғни ν < ν0 және λ < λ0. Осы ережені Стокс ережесі деп былай қорытындылаймыз: бір затқа келіп түскен сәуленің әсерінен пайда болған люминесценцияның спектрі ұзын толқын жаққа қарай ығысады. Сондықтан келіп түскен сәуленің энергиясы пайда болған сәуленің энергиясынан көп болады. Энергияның көп бөлігі сол затта жұтылады. Жұтылған энергияның шамасы мынаған тең:

 

                                                    ∆E = E1 – E2

 

                    

 

            Күнделікті өмірде қолдану үшін  затқа түскен жарық энергиясының  қандай бөлігі люминесценттік  жарық беретінін білу өте қажет. Осы мәселені С.И.Вавилов терең зерттеді. Фотолюминесценция кезінде бөлініп шыққан энергияның жұтылған жарықтың энергиясына қатынасын фотолюминесценцияның энергетикалық шығымы дейді.

 С.И.Вавиловтың заңы  бойынша фотолюминесценцияның энергетикалық  шығымы келіп түскен жарықтың толқын ұзындығына тәуелді, яғни бастапқы кезде  толқын ұзындығы артқан сайын энергетикалық шығымы да артады, белгілі бір толқын аралығында тұрақты болып, кейін кенет азаяды. 

 

 

Флюоросценция. Фосфоросценция

 

          Жарықтың жұтылуынан пайда болатын  флюоросценттік процесс толығымен  молекула ішінде өтеді. Люминесценттік  жарық шығару түскен сәуленің әсерінен қозған күйге өткен электронның бастапқы қалыпты энергетикалық деңгейге өту процесінде болады. Молекулалардың флюоросценциясы кезінде фотон нақты жұтылады және фотонды жұту және сәуле шығару арасында, аздаған болса да, уақыт өтеді.

 

          Флюоросценциялық жарық шығару  сол заттың молекуласының ғана  қасиеті және ол сыртқы әсерге тәуелді емес деуге болады. Осындай заттарды қыздырғанда жылу әсерінен қозған молекулалар саны артып, Стокс заңына қарсы келетін сызықтардың пайда болуын жеңілдетеді. Молекулалардың флюоросценттік спектрін зерттеу сол молекулалардың құрамын және қасиетін анықтауға мүмкіншілік береді. Кейбір газдар мен сұйықтардың фотолюминесценциясының, арнайы аспаптарсыз-ақ байқауға болады. Мысалы, бояудың ерітіндісінен (керосин, хинин ерітіндісі және т.б.) жарық сәулесі өткенде ерітінді ішінде жарықтың “ізі” жақсы көрінеді. Бұл құбылыс жарықтың шашырауына байланысты емес. Олай болса ерітіндінің өзі сол жарықтың әсерінен флюоросценттік жарық шығара бастайды. Осындай флюоросценция кезінде ерітіндіге келіп түскен жарық екі түрлі болады. Осы айырмашылықты жай көзбен де көруге болады.

 

          Фосфоросценция құбылысы өтетін  кристаллдарда (оларды фосфор дейді), келіп түскен жарықтың әсерінен электрон жарықталу центрінен бөлініп шығады. Жарықталу центрлері иондар, атомдар, иондар жиынтығы немесе атомдар маңында топтасқан басқа да заттар болуы мүмкін. Оларды белсендірушілер (активаторлар) дейді. Бөлініп шыққан электрон өзінің орнына қайтып келгенде немесе сол орынға басқа бір электрон келгенде жарық бөлініп шығады. Кристаллдарда электрондардың қозғалғыштық қабілеті өте аз, содықтан олардың қозу уақыты да аз болады. Температура өскенде осы уақыт қысқара береді.

 

         Люминесценция құбылысы көптеген  сұйықтарда және қатты денелерде  байқалады. Заттың табиғатын және  құрамын люминесценциялық спектрі  арқылы анықтауды люминесценциялық  анализ дейді. Мысалы, люминесценциялық  анализбен ерітіндідегі заттың 10-4  кг/м3 қоспасын және массасы 1 тонна  қатты денедегі қосынды заттың  мөлшерін 10-13 кг шамасында анықтауға болады. Сондықтан осы әдіс ғылым мен техникада кеңінен қолданылады. Атап айтқанда геологиялық барлауда, өнімдерді іріктеуде, палеонтологияда және т.б. салаларда өте маңызды роль атқарады.

Көптеген органикалық қосылыстар (қышқылдар, эфирлер, майлар, алкалоидтар және т.б.) қалыпты жағдайда немесе ультракүлгін сәулемен әсер еткенде өзіне тән люминесценттік жарық шығарады. Міне осы жарықтың спектрлік құрамын талдай келіп тағамдардың, дәрі-дәрмектердің, тіннің, терінің және т.б. қоспаларын анықтайды. Ультракүлгін сәуленің әсерінен ағзаның көптеген тіндері, мысалы, тырнақ, тіс, боялмаған шаш, көздің қасаң қабығы, көз бұршағы және т.б. флюоросценттік жарық шығарады. Сол жарықтың спектрін анықтау диагностикада қолданылады. Осы мақсатта қолданылатын құралды флюорометр дейді. Флюорометрдің басты бөлігі сынапты шам. Оны кварцты шам деп те атайды.

 

          Сынапты шам – ішінен ауасы  жоғарғы вакуумға дейін сиретілген  кварц түтігінен тұрады. Түтіктің іші аргон газымен толтырылып, оған бірнеше тамшы сынап қосады. Түтіктің екі басына электрод орналастырылған. Осындай шамды ток көзіне қосқанда, аргоннның жеке иондары мен электрондарының әсерінен солғын разряд пайда болады. Газдың иондары мен электрондары түтіктің ішіндегі электродтарымен соқтығысып, оларды қыздырады. Қызған электродтардың бетінен электрондар бөлініп шығады. 

 

 

 

          Шам қызады да оның ішіндегі  сынап буланады. Сынап буларының  арасында доғалық разряд пайда  болып, түтіктің ішіндегі газ қысымы    артады – шам ультракүлгін сәуле шығарады.

Флюоросценттік заттарды немесе флюоросценттік бояумен боялған гистологиялық препараттарды зерттеу үшін люминесценттік анализ  кеңінен қолданылады. Ол үшін люминесценттік микроскоп қолданылады (5сур). Ол сынапты шамы бар арнайы жарық көзінен, толқын ұзындығы 320-400 нм ультракүлгін сәулені ғана өткізетін жарық сүзгішінен, кварц призмасынан және кварцты линзасы бар конденсордан тұрады. Препарат ультракүлгін сәуле өткізетін арнайы шынының үстіне қойылады. Микроскоптың оптикалық жүйесі  - қарапайым оптикалық жүйеден тұрады.

 

Хемилюминесценция

 

          Химиялық реакция нәтижесінде  пайда болатын суық жарықты  хемилюминесценция деп атайды. Осындай жарықталынудың болуы химиялық реакцияға қатысатын кейбір заттардың электрондық – қозған күйге өтуінен болады.

 

          Мысалы,                    А + В → Р* + басқа заттар;

 

                                            Р* → Р + ħν (хемилюминесценция)

 

          Химиялық реакциялар шексіз көп, бірақ солардың ішінде кейбіреулері ғана көрінетін жарық немесе ультракүлгін сәуле шығарады. Мысалы, биолюминесценция – кейбір бактериялардың, құрттардың, балықтардың және т.б. биологиялық заттардың қарапайым көзге көрінетін люминесценттік жарық шығаруын айтады.

Хемилюминесценция, әдетте, органикалық қосылыстардың тотығу процесімен қатар жүреді. Липидтердің пероксидті тотығуы тіндердің, гомогенаттардың, қанықпаған майлы қышқылдар суспензияларының өте әлсіз жарық шығаруымен қатар жүреді.

 Физикалық фактордың  әсерінен пайда болған бос  радикалдардың хемилюминесценциясы  мынадай түрлерге бөлінеді: радиолемилюминесценция (иондағыш сәуленің әсерінен); фотохемилюминесценция (көрінетін жарық немесе ультракүлгін сәуле әсерінен); электрохемилюминесценция (ерітіндіден электр тогын өткізгенде); сонолюминесценция (ультрадыбыстың әсерінен); триболюминесценция (ерітінділер қозғанда) және т.б.

 

        Қатты  фазадағы затқа жарық түскенде бос радикалдардың қозғалғыштығы кенет шектеледі. Егер осы заттың температурасы немесе олардың тығыздығы азайса, онда олардың реакцияға түсуі хемилюминесценцияның белсенді фазасына өтуі артады. Осындай жарық шығаруды термолюминесценция дейді.

Хемилюминесценцияны қадағалау – люминесценттік жарық шығаратын химиялық реакцияның өту процесін  бақылауға мүмкіншілік береді. Бос радикалдарды тіркеу үшін де хемилюминесценцияның маңызы аса зор. Адам қанының плазмасынан екі валентті темір иондарын шығарғандағы хемилюминесценцияның графигі суретте көрсетілген. Темір иондары липидтердің пероксидті тотығуын күшейтеді.

Хемилюминесценция кванттары пероксидті бос радикалдардың әсерінен триплетті қозған кетондардың әсерінен болады:

 

            ROO· + ROO + H+ → RO* + ROH + O2;

 

                              

 

                               RO* → RO + ħν

         Фагоцидті қан жасушаларына өндіріс шаңдары, газдары және т.б. жеңіл заттар араласқанда хемилюминесценцияның спектрі өзгереді. Соған қарап шаңның тегін анықтауға болады. Улы газдар супероксидті және гидроксилді радикалдарын және оттегінің басқадай формаларын тудырып, ұлпаның ферментативтік жүйесін арттырады. Мысалы жүректің ишемиялық науқасында, миокарда инфарктісінде ұлпалардың фагоциттік белсенділігі кенет өзгереді. Осы өзгеріс диагностикалық тәсіл ретінде қолданылады.

Фотолюминесценция көрінетін немесе ультракүлгін электромагниттік сәулеленудің әсерінен байқалады. Оны зерттей отырып, 1852 жылы Д. Стокс люминесценциялық сәулеленудің толқын ұзындығы әрқашан оны тудырған жарық толқынының ұзындығынан артық болатынын тағайындады. Бұл Стокс ережесі деп аталады, оны энергияның сақталу заңы мен кванттық теория тұрғысынан оңай түсіндіруге болады. Түскен жарық квантының энергиясы фотолюминесценциямен қоса басқа да оптикалық емес процестерге (мысалы, ортаны қыздыруға) жұмсалады:

hυ =Е + hυ

Бұдан hυ>hυлюм немесе λ<λлюм, яғни Стокс ережесі шығады. Кейбір жағдайда Стокс ережесі бұзылып, фотолюминесценттік жарықтыңтолқын ұзындығы оны тудырған жарықтың толқын ұзындығынан аз болады. Мұны антикстік сәулелену дейді. Бұл сәулелену кезінде қоздырушы сәулелену квантының hυ энергиясына люминесценцияланатын зат атомдарының жылулық қозғалыс энергиясы қосылады υлюм>υ болады.

Табиғатта люминесценцияны кейбір жәндіктердің түнде жарқырауы, шіріген ағаштардың, минералдардың жарық шығаруы, солтүстік шұғыла (полюстік шұғыла) құбылыстарында бақылауға болады.

Зат кұрамының люминесценттік анализін жасау тәсілі люминесценция құбылысына негізделген. Бұл — дәлдігі өте жоғарғы тәсіл. Люминесценцияның спектрлік сызықтарының интенсивтігі бойынша зерттеліп отырған 1 г заттың құрамындағы 10-11 г қоспаны айыруға болады.

Химиялық люминесценттік сапалық зерделеу тәсілі арқылы қоспаның құрамындағы заттарды анықтайды.

Люминесценттік жарқырау сипаты бірдей болып көрінетін нәрселерді бір-бірінен айырып алуға мүмкіндік береді. Бұл — іріктеу люминисценттік анализ тәсілі. Осы тәсілмен медицинада аурудың диагнозын қояды. Ал ауыл шаруашылығында тұқымның сапасын зерттейді, сол сияқты мұнайдың құрамын анықтап, алмаздарды іріктейді.[2]

 

 

Люминесценттік  сорғылар мен таңбалар

 

        Биологиялық объектілердің люминесценциясы меншікті немесе анализденуші жүйеге арнайы заттардың қосылуымен жүруі мүмкін.

Жай белоктардың меншікті люминесценциясы триптофан мен тирозин аминқышқылдарының болуымен шартталған. Триптофанның максимум флюоросценциясы 330-350 нм аралығында болады, ол триптофанның белок молекуласындағы локализациясына байланысты

Күрделі белоктардағы кейбір коферменттер меншікті люминесценцияға ие. Мысалы, флавин, қалпына келген пиридиннуклеотидтер т.б. Қалпына келген пиридиннуклеотидтерді УФ-пен қоздырғанда, ол спектрдің көк аймағында флюоросценцияланады (440 нм), ал қышқылдандырылғандар – флюоросценцияланбайды. Бұл клеткадағы, тіндердегі, митохондриядағы электрон тізбегін тасымалдану жұмысының молекулалық механизмін және биохимиялық реакцияның кинетикасын зерттеуге мүмкіндік береді. Басқа әдістерді қолдану қиынға соққанда, қалпына келген пиридиннуклеотидтердің және басқа да флюорециялайтын коферменттердің бір клетканың әр түрлі аймағындағы өзгерістердің кинетикасын микрофлюорометриялық тіркеуге болады. Меншікті люминесценция А, В6, Е және т.б.дәрумендерде, көпшілік дәрі-дәрмектерде (хинин, гризеофульвин т.б.) байқалады. Оның көмегімен өте үлкен сезімталдықпен, специфиакалықпен канцерогенді көмірсуларды – бензапирен, дибензантрацен т.б. қала ауасында, темекі түтінінде және т.б. анықтайды. Біріншілік люминесценция диагностикалық мақсатта қолданылады: адамдағы саңырауқұлақтық инфекция және жануарлардағы толқын ұзындығы 365 нм болатын УФ-пен қоздырылған жасыл-сары флюоросценциямен зақымдалған түктердегі белгілері арқылы дерматомикоздарды анықтайды. Меншікті люминесценция арқылы азық-түлік сапасына бақылау жүргізіледі. Сүт пен қаймақ көп сақталған уақытта рибофлавин люмихромға қышқылданады, бұл кезде флюоросценция түсі жасыл-сарыдан көкке өзгереді. Pseudomanos бактерияларымен зақымдалған жұмыртқалар УФ жарығымен қоздырылған кезде жиі флюоросценцияланады (бактериямен туындалатын пиовердиннің пигменттері арқылы).