ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ...

3
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 2010 Т. ХVII, 4 – С. 30 отделов мочевыводящих путей. Выделение цитокинов. Непосредственное повреждающее действие проявляет CNF-1 и Ca2+ -зависимый α-гемолизин. CNF- 1 имеет генетическое и антигенное родство с α-гемолизином протеев и играет ведущую роль в повреждающем действии на эпителий мочевыводящих путей, индуцируя полимеризацию F- актина в эпителиоцитах. В результате на цитоплазматической мембране образуются складки, что способствует формированию благоприятных условий для развития восходящего не обструк- тивного пиелонефрита. α-гемолизин реализует свое патогенное действие в трех направлениях: прямое повреждение эпителия, повреждение и\или подавление функциональной активности фагоцитирующих клеток, усиление высвобождения Fe3+ из эрит- роцитов, необходимого для роста E. сoli. Вакуолизирующий ток- син Sat из группы сериновых протеазаутотранспортеров SPATE, вызывает дегенерацию и нарушение межклеточных связей в по- чечном эпителии и переходном эпителии мочевого пузыря. Бак- териальный липополисахарид через систему простагландинов вызывает спазм гладкой мускулатуры мочеточников. Развиваю- щаяся «физиологическая» обструкция приводит к формированию рефлюкса мочи. Развитие местной воспалительной реакции. Син- тез простагландинов в совокупности с адгезией бактерий и по- следующим повреждением эпителия способствует развитию местного воспалительного ответа. Существенное значение на этом этапе играет синтез эпителиоцитами цитокинов (ИЛ-6 и ИЛ- 8, фактора некроза опухоли и фактора роста тромбоцитов). Эшерихии способны продуцировать аэробактин, образовы- вать капсулу (К1 и К2 антигены), изменять антигенный состав поверхности антигенный шифт»), ингибировать факторы защи- ты хозяина (антилизоцимный, антикомплементный, антидефен- синовый признаки, продукция Ig A протеаз) и транспортировать- ся в L-формы [6,8]. Таким образом, современный уровень представлений об уропатогенности кишечной палочки в составе биопленок, откры- вает перспективы повышения эффективности бактериологиче- ской диагностики данной патологии, связанные с комплексным подходом к анализу биологических свойств уроизолятов и их интегральной оценкой. Литература 1. Бондаренко В.М. Факторы патогенности бактерий и их роль в развитии инфекционного процесса. Журн. Микробиол., 1999, 5, С. 34–39. 2. Гриценко В.А., Дерябин Д.Г., Брудастов Ю.А., Бухарин О.В. Механизмы уропатогенности бактерий. Журн. Микробиол., 1998, 6, С. 93–98. 3. Поздеев О.К., Федоров Р.В. Энтеробактерии: руководство для врачей. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. 720 с. 4. Сидоренко С.В. Инфекционный процесс как «диалог» между хозяином и паразитом. http://www.antibiotic.ru 5. Тец В.В., Артеменко Н.К., Заславская Н.В, Тец Г.В. Осо- бенности действия азитромицина на бактериальные биопленки возбудителей пневмоний.// Антибиотики и химиотерапия.- 2007, 52; 6. С. 9–12. 6. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms.Clin.Microbiol.Rev. 2002: 15. С. 93–167. 7. Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М., Эль- Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М., Медицина, 2005, 367 С. 8. Грузина В.Д. Коммуникативные сигналы бактерий. http://www.antibiotic.ru 9. Маянский А.Н. Патогенетическая микробиология. Н.Новгород: Издательство Нижегородской государственной ме- дицинской академии, 2006. С.18. THE PECULIARITIES OF BACTERIUM EXISTENCE IN BIOFILM BY THE EXAMPLE OF URINARY PATHOGENIC BACILLUS T.V. CHESTNOVA, N.V. SERYOGINA Tula State University, Medical Institute Studying of colon bacillus in the structure of biofilms at urinary infections has been carried out with the aim to examine the mechanisms of urinopathogenicity at infections of urinary tracts of various localizations. Key words: biofilm, infection of urogenital system, pathogenic potential. УДК 612.014.421.4 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ М.А. ИВАНОВ* В работе изложены результаты экспериментальных исследований воздействия импульсов электрического тока с различными парамет- рами на организм. Исследовали время появления физиологической реакции крыс при воздействии импульсов электрического тока раз- личной формы (прямоугольный импульс, синусоидальный, двухпо- лярный пилообразный, однополярный пилообразный импульс) при одинаковых амплитуде напряжения и длительности. Предложена методика оценки эффективности воздействия электрического тока по критерию минимизации затрачиваемой мощности на формирова- ние импульсов в единицу времени. Ключевые слова: электрический импульс, ноцицептивная реакция, воздействие электрического тока. В настоящее время вопросы влияния электрического тока на организм применительно к решению задач электробезопасно- сти детально не изучены. Известные виды воздействия электри- ческого тока на организм, такие как: термическое, электролити- ческое, биологическое, механическое изучались, в основном, при воздействии на организм электрического тока промышленной частоты. Известные в настоящее время результаты исследований воздействия электрического тока на организм не дают полного ответа на вопрос о зависимости физиологической реакции орга- низма от таких параметров импульса электрического тока, как амплитуда, длительность и форма. В связи с этим, представляется актуальной задача изучения физиологической реакции организма при действии импульсов основных видов, применяемых в процессе эксплуатации электро- технического оборудования. Целью исследования проведение анализа зависимости поведения крысы от формы импульса при заданной амплитуде и длительности. Материалы и методы исследования. Для проведения ис- следований смонтирована экспериментальная установка. Выход- ной сигнал генератора сигналов специальной формы усиливался усилителем до дискретных величин амплитуды напряжения 5; 10; 15; 20; 25 В. Напряжение с выходных зажимов усилителя по двухполюсной схеме подавалось на решетку из стальных элек- тродов короба, выполненного из оргалитового стекла размером 420х210х180 мм (рис. 1). Влияние электрических импульсов различных параметров на организм. Рис. 1. Схема лабораторной установки. В нижней части короба смонтированы стальные электроды диаметром 3 мм каждый, расположенные поперек большей сто- роны короба, расстояние между электродами – 13 мм. Область 1 отделена от области 2 перегородкой с прямоугольным отверсти- ем размером 80х60 мм. Исследования проводились на белых крысах-самцах линии Вистар, содержавшихся в стандартных лабораторных условиях, в период времени с 12.00 до 17.00. На металлическую сетку, вы- полненную из стальных электродов, по двухполюсной схеме подавалось напряжение одной из четырех форм: 1 – прямоуголь- ник, 2 – синусоида, 3 – пилообразный двухполюсный, 4 – пило- образный однополюсный (рис. 2). Параметры импульсов контро- * Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая ака- демия Российской Федерации Вооруженных Сил Российской Федерации»

Post on 05-Apr-2017

235 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ – 2010 Т. ХVII, № 4 – С. 30

отделов мочевыводящих путей. Выделение цитокинов. Непосредственное повреждающее

действие проявляет CNF-1 и Ca2+ -зависимый α-гемолизин. CNF-1 имеет генетическое и антигенное родство с α-гемолизином протеев и играет ведущую роль в повреждающем действии на эпителий мочевыводящих путей, индуцируя полимеризацию F-актина в эпителиоцитах. В результате на цитоплазматической мембране образуются складки, что способствует формированию благоприятных условий для развития восходящего не обструк-тивного пиелонефрита. α-гемолизин реализует свое патогенное действие в трех направлениях: прямое повреждение эпителия, повреждение и\или подавление функциональной активности фагоцитирующих клеток, усиление высвобождения Fe3+ из эрит-роцитов, необходимого для роста E. сoli. Вакуолизирующий ток-син Sat из группы сериновых протеазаутотранспортеров SPATE, вызывает дегенерацию и нарушение межклеточных связей в по-чечном эпителии и переходном эпителии мочевого пузыря. Бак-териальный липополисахарид через систему простагландинов вызывает спазм гладкой мускулатуры мочеточников. Развиваю-щаяся «физиологическая» обструкция приводит к формированию рефлюкса мочи. Развитие местной воспалительной реакции. Син-тез простагландинов в совокупности с адгезией бактерий и по-следующим повреждением эпителия способствует развитию местного воспалительного ответа. Существенное значение на этом этапе играет синтез эпителиоцитами цитокинов (ИЛ-6 и ИЛ-8, фактора некроза опухоли и фактора роста тромбоцитов).

Эшерихии способны продуцировать аэробактин, образовы-вать капсулу (К1 и К2 антигены), изменять антигенный состав поверхности («антигенный шифт»), ингибировать факторы защи-ты хозяина (антилизоцимный, антикомплементный, антидефен-синовый признаки, продукция Ig A протеаз) и транспортировать-ся в L-формы [6,8].

Таким образом, современный уровень представлений об уропатогенности кишечной палочки в составе биопленок, откры-вает перспективы повышения эффективности бактериологиче-ской диагностики данной патологии, связанные с комплексным подходом к анализу биологических свойств уроизолятов и их интегральной оценкой.

Литература

1. Бондаренко В.М. Факторы патогенности бактерий и их роль в развитии инфекционного процесса. Журн. Микробиол., 1999, №5, С. 34–39.

2. Гриценко В.А., Дерябин Д.Г., Брудастов Ю.А., Бухарин О.В. Механизмы уропатогенности бактерий. Журн. Микробиол., 1998, №6, С. 93–98.

3. Поздеев О.К., Федоров Р.В. Энтеробактерии: руководство для врачей. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. 720 с.

4. Сидоренко С.В. Инфекционный процесс как «диалог» между хозяином и паразитом. http://www.antibiotic.ru

5. Тец В.В., Артеменко Н.К., Заславская Н.В, Тец Г.В. Осо-бенности действия азитромицина на бактериальные биопленки возбудителей пневмоний.// Антибиотики и химиотерапия.- 2007, 52; 6. С. 9–12.

6. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms.Clin.Microbiol.Rev. 2002: 15. С. 93–167.

7. Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М., Медицина, 2005, 367 С.

8. Грузина В.Д. Коммуникативные сигналы бактерий. http://www.antibiotic.ru

9. Маянский А.Н. Патогенетическая микробиология. Н.Новгород: Издательство Нижегородской государственной ме-дицинской академии, 2006. С.18.

THE PECULIARITIES OF BACTERIUM EXISTENCE IN BIOFILM BY

THE EXAMPLE OF URINARY PATHOGENIC BACILLUS

T.V. CHESTNOVA, N.V. SERYOGINA

Tula State University, Medical Institute

Studying of colon bacillus in the structure of biofilms at urinary infections has been carried out with the aim to examine the mechanisms of urinopathogenicity at infections of urinary tracts of

various localizations. Key words: biofilm, infection of urogenital system, pathogenic

potential.

УДК 612.014.421.4

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ

М.А. ИВАНОВ*

В работе изложены результаты экспериментальных исследований воздействия импульсов электрического тока с различными парамет-рами на организм. Исследовали время появления физиологической реакции крыс при воздействии импульсов электрического тока раз-личной формы (прямоугольный импульс, синусоидальный, двухпо-лярный пилообразный, однополярный пилообразный импульс) при одинаковых амплитуде напряжения и длительности. Предложена методика оценки эффективности воздействия электрического тока по критерию минимизации затрачиваемой мощности на формирова-ние импульсов в единицу времени. Ключевые слова: электрический импульс, ноцицептивная реакция, воздействие электрического тока.

В настоящее время вопросы влияния электрического тока

на организм применительно к решению задач электробезопасно-сти детально не изучены. Известные виды воздействия электри-ческого тока на организм, такие как: термическое, электролити-ческое, биологическое, механическое изучались, в основном, при воздействии на организм электрического тока промышленной частоты. Известные в настоящее время результаты исследований воздействия электрического тока на организм не дают полного ответа на вопрос о зависимости физиологической реакции орга-низма от таких параметров импульса электрического тока, как амплитуда, длительность и форма.

В связи с этим, представляется актуальной задача изучения физиологической реакции организма при действии импульсов основных видов, применяемых в процессе эксплуатации электро-технического оборудования.

Целью исследования – проведение анализа зависимости поведения крысы от формы импульса при заданной амплитуде и длительности.

Материалы и методы исследования. Для проведения ис-следований смонтирована экспериментальная установка. Выход-ной сигнал генератора сигналов специальной формы усиливался усилителем до дискретных величин амплитуды напряжения 5; 10; 15; 20; 25 В. Напряжение с выходных зажимов усилителя по двухполюсной схеме подавалось на решетку из стальных элек-тродов короба, выполненного из оргалитового стекла размером 420х210х180 мм (рис. 1). Влияние электрических импульсов различных параметров на организм.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

В нижней части короба смонтированы стальные электроды диаметром 3 мм каждый, расположенные поперек большей сто-роны короба, расстояние между электродами – 13 мм. Область 1 отделена от области 2 перегородкой с прямоугольным отверсти-ем размером 80х60 мм.

Исследования проводились на белых крысах-самцах линии Вистар, содержавшихся в стандартных лабораторных условиях, в период времени с 12.00 до 17.00. На металлическую сетку, вы-полненную из стальных электродов, по двухполюсной схеме подавалось напряжение одной из четырех форм: 1 – прямоуголь-ник, 2 – синусоида, 3 – пилообразный двухполюсный, 4 – пило-образный однополюсный (рис. 2). Параметры импульсов контро-

* Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая ака-демия Российской Федерации Вооруженных Сил Российской Федерации»

Page 2: ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ – 2010 Т. ХVII, № 4 – С. 31

лировались осциллографом.

Рис. 2. Параметры исследуемых импульсов.

Измерялись следующие параметры: время начала проявле-ния физиологической реакции (учащение дыхания, пилоэрекция, вокализация, реакция избегания, выражающаяся в перемещении из области 1 в область 2) ta (c), время окончания проявления физиологической реакции tb (с), время начала второй фазы фи-зиологической реакции tс (с) (рис. 3).

Рис. 3. Схема проведения опытов.

В область 1 короба (рис. 1) помещается испытуемая крыса и накрывается крышкой. При заданной форме импульса и пошаго-вом повышении напряжения, подаваемого на электроды по двух-полюсной схеме, фиксируется значение измеряемых параметров (ta (c), tb (c), tc (c)), после чего происходит снятие подаваемого напряжения. Через время восстановления физиологического состояния крысы проводился следующий опыт с сохранением формы и длительности импульса, но с увеличением амплитуды на величину равной 5 В. после проведения измерений при повы-шении амплитуды напряжения до 25 В, форма импульса изменя-лась последовательно: прямоугольник, синусоида, двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный, после чего опыты повторяются в той же последовательности с повышением напря-жения от 5 В до 25 В.

Для оценки состояния испытуемой крысы использовались методы визуального наблюдения за поведенческими реакциями на воздействие импульса электрического тока.

Результаты и их обсуждение. Результаты эксперимента (рис. 4) показывают, что наиболее быстро испытуемые животные реагировали на прямоугольный импульс напряжения, медленнее всего – на импульс синусоидальной формы.

После подачи импульса напряжения на металлическую ре-шетку в момент времени ta (с) у животного начинает проявляться физиологическая реакция, которая протекает до момента tb (c) (фаза А), далее организм перестает реагировать, оставаясь под воздействием импульса (фаза В), с наступлением момента време-ни tc (c) (начало фазы С) организм снова проявляет физиологиче-скую реакцию. Время наблюдения в каждом опыте составляло 60 секунд.

Для проведения количественно-качественной оценки воз-действия электрического импульса в качестве критерия выберем минимальную величину электрической мощности, затрачиваемой на формирование импульса той или иной формы.

Будем считать, что наибольший физиологический эффект выражается в максимальной площади, ограниченной графиком

функции ))(,,,( tutUtfFR иm= (рис.5) за единицу времени наблюдения (площади фаз А и С).

В результате эксперимента выявлено наличие трех фаз про-явления физиологической реакции при воздействии на организм импульсов электрического тока (рис.5)

Рис. 4. Время начала проявления физиологической реакции (реакции избегания) при Uимп=25 В: 1 – прямоугольный импульс; 2 – синусоидаль-ный импульс; 3 – двухполярный пилообразный, однополярный пилообраз-ный. Достоверность отличия времени начала реакции при синусоидальном

сигнале от времени начала реакции при прямоугольном сигнале: * – р<0,05.

Рис. 5. Временные фазы физиологической реакции на действие электрического тока (объяснение в тексте).

Представим зависимость физиологической реакции от па-

раметров воздействующего импульса электрического тока как функцию времени и совокупности параметров самого импульса (1):

)),(,,,( tutUtfFR иm= (1) где: Um – амплитуда импульса (В); tи – длительность им-

пульса (с); u(t) – функция напряжения от времени, характери-зующая форму импульса.

Рис. 6. Среднее время складывания продолжительности фазы В при Uимп=25 В: 1 – прямоугольный импульс; 2 – синусоидальный импульс;

3 – двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный.

Достоверность отличия средней продолжительности фазы В при синусоидальном сигнале от средней продолжительности при прямоугольном сигнале: * – р<0,05.

Амплитуда напряжения, подаваемого на металлическую решетку пропорциональна длительности импульсов этого напря-жения. В свою очередь мощность, расходуемая на формирование импульсов разной длительности определяется:

,)(2

ntR

tuР имп= (2)

где: tимп – длительность импульса (с), n – частота следова-ния импульсов (с-1), u(t) – напряжение на электродах (В), R –

Page 3: ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ – 2010 Т. ХVII, № 4 – С. 32

сопротивление тела крысы (Ом). Представим отношение мощностей, затрачиваемых на

формирование импульсов различной формы как отношения инте-гралов функции u(t) по времени при равных tимп, R, n (3):

∫ ∫ ∫ ∫= ,)/()/()/()(/// 224

223

22

214321 dtudtudtudtuPPPP (3)

Интеграл напряжения по времени есть площадь, ограни-ченная графиком функции напряжения от времени (рис. 6). При-няв за единицу площадь прямоугольного импульса напряжения, исходя из соотношения геометрических фигур ограниченных графиками функций u(t), получим соотношение (4):

,125,0/5,0/67,0/1////// 43214321ОТНР

SSSSPPPP === (4)

Рис. 7. Время работы воздействующих импульсов в течение первых 60 секунд после начала воздействия: 1 – прямоугольный импульс;

2 – синусоидальный импульс; 3 – двухполярный пилообразный, однопо-лярный пилообразный. Достоверность отличия времени полезной работы в течение 1 минуты при синусоидальном сигнале от времени полезной рабо-

ты при прямоугольном импульсе: * – р<0,05.

Рис. 8. Относительная эффективность воздействия электрического тока на организм: 1 – прямоугольный импульс; 2 – синусоидальный импульс;

3 – двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный Достоверность отличия относительной эффективности воздействия при синусоидальном сигнале от относительной эффективности воздействия

при двухполярном пилообразном импульсе: * – р<0,05.

Таким образом, предлагается ввести относительный показа-тель эффективности воздействия электрического тока на живой организм по критерию минимальной расходуемой мощности, на формирование импульса напряжения в единицу времени, выра-жаемый как отношение времени проявления физиологической реакции к условному показателю величины расходуемой мощно-сти, приведенной к мощности, расходуемой на формирование прямоугольного импульса напряжения (5):

,

)(

ОТНОТН P

dttFRW ∫=

(5) Время работы электрического импульса (время проявления

физиологической реакции) tпр (с) определено как разность между временем наблюдения (60 с) и длительностью фазы В (рис. 4). Расчетные значения tпр (с) представлены на рис. 7.

Выводы. Таким образом, результаты обработки экспери-ментальных исследований показали, что:

1) наблюдаемая физиологическая реакция организма на воздействие импульсов электрического тока разбивается на фазы;

2) представляется, что наличие фазы В (рис.5) обусловлено складыванием функциональной системы, основной биологиче-ской потребностью которой является стремление крысы избежать воздействия электрического тока.

3) из всех исследованных форм электрического импульса по выбранному критерию количественно-качественной оценки степени воздействия наиболее сильное воздействие оказывает однополярный пилообразный импульс.

Литература

1. Бигдай Е. В. Биофизика сенсорных систем: учебное по-

собие для студентов вузов. СПб.: Изд-во Политехнического уни-верситета, 2005.

2. Судаков К.В. Боксер О.Я., Умрюхин Е.А. «Системокванты жизнедеятельности физических процессов. Вестник Санкт-Петербургского отделении РАЕН. 1999. № 3 (4). С. 404–417.

3. Физиология. Основы и функциональные системы. Курс лекций. Под ред. К.В. Судакова. М.: Медицина, 2000. 780 с.

4. Физиология сенсорных систем и высшей нервной дея-тельности: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальностям психологии: в 2 частях. Под ред. Я. А. Альтмана и Г. А. Куликова. Физиология сенсорных систем и высшей нервной деятельности. М.: Акаде-мия, 2009.

5. Ноздрачев А.Н. Большой практикум по физиологии чело-века и животных: Т. 1: в двух томах. М.: Академия, 2007.

6. Королев В.Ю. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Проспект, 2006. 159 с.

ELECTRIC IMPULSES WITH DIFFERENT PARAMETERS AND THEIR

EFFECTS ON THE ORGANISM

M.A. IVANOV

Military Educational and Scientific Centre of Land Forces, General Academy of the Russian Federation Armed Forces

In the article the data about electric impulses with different

parameters effects on the organism are presented. We investigated the appearance moment of biological reaction under electric impulses of various forms (rectangular, sinusoidal, bipolar saw-toothed, unidirectional saw-toothed pulses) with identical amplitude and impulse duration at rats. We propose a new method of estimating electric impulse effect using the criterion of minimizing electric power for electric impulse generation at a unit time.

Key words: electric impulse, nociceptive response, effect of electric impulse on the organism.