WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 29 |

Однако, идущая по сердцу волна возбуждения служит не для передачи информации, как в случае нервных волокон, а для запуска ряда биохимических процессов, инициирующих сокращение сердечной мышцы, на режиме которого отражается изменение в распространении автоволн возбуждения (сравните рис 4.8 а и б ) Рис 4.8 – Автоволны в предсердии а – волны электрического возбуждения, запускающая нормальное сокращения здорового сердца;

б – вращения автоволны во время пароксизмальной тахикардии, М.А.

Аллексия, Ф. Бонк, Ф. Шопман.

Положение автоволны указаны жирной линией; цифры – время (в миллисекундах) после возникновения волны В возбудимых клетках высокоэнергетическое состояние определяется большей разностью энергетических потенциалов (-0,08 В), а низкоэнергетическое – малой их разностью (+0,04 В). До возвращения системы в высокоэнергетическое состояние элемент среды обычно невозбудим.

4.4 Виды автоволн Классифицируются они по сходству их формы и механизму возникновения. Например, различают волны концентрические (пейсмекеры), спиральные (ревербераторы), ячеистые волны и др.

На рисунке 4.6 показана картина концентрических автоволн (автоволны в химически активной среде). Они возникают в неоднородных активных средах, имеющих области, элементы которых работают в автоколебательном режиме. Эти области являются источниками периодически расходящихся концентрических волн. На рисунке 4.8 а изображены последовательные положения фронта концентрической волны возбуждения на поверхности сердца. Такие волны испускаются с частотой сердечного ритма (в нормальных условиях один раз в секунду) синусовым узлом состоящим из группы клеток, работающих в автоколебательном режиме.

На рисунках 4.5, 4.8 б воспроизведены спиральные автоволны. Ревербераторы появляются в неоднородных средах, в которых волны при распространении могут разрываться. Ревербератор может существовать в среде, где нет автоколебательных элементов. Он не связан с локальным участком среды и может мигрировать по ней. Это просто вращающаяся волна.

На рисунке 4.9 приведены ячеистые структуры в физической и биологической активных средах. Появление ячеистых автоволн имеет разный механизм, зависящий от способа накачки энергии в среду, физических свойств активной среды и пространственного распределения энергии в ней.

Рисунок 4.9 – Ячеистые структуры в физической и биологической активных средах Слева – ячейки Бенара в системе с подогревом; справа – ячеистая структура, создаваемая инфузориями – тетрахиминами; внизу – биоконвекция тетрахимен в вертикальном сечении объема. В центре длинными стрелками показан канал, по которому тетрахимены падают вниз с большой скоростью; по бокам они медленно поднимаются к поверхности и вновь падают по каналу вниз (Э.М. Швирст, В.И. Кринский, Г.Р. Иваницкий) Рассмотрим получение ячеистой структуры на примере ячеек Бенара (французский физик, описавший это явление еще в 1900г.) (см. рисунок 4.9 слева).

В мелкий сосуд с плоским дном наливают жидкость. Затем начинают его снизу равномерно подогревать. Нижний слой жидкости будет расширяться, плотность его падать. Он будет всплывать наверх. На его место будут опускаться более холодные слои. При увеличении скорости нагрева жидкость распадется на отдельные ячейки. Этот процесс относят к автоволновым: активная среда – это нагреваемый плоский сосуд с определенным объемом жидкости, придонный слой за счет нагрева находится в высокоэнергетическом состоянии, а поверхностный слой – в низкоэнергетическом. Между высокоэнергетическим и низкоэнергетическим состояниями жидкости непрерывно циркулируют конвекционные потоки.

Подобные структуры возникают и в активных средах с другой физической природой – при перемещении со дна водоемов на его поверхность и обратно инфузорий – тетрахимен. Здесь активная среда – водоем, высокоэнергетическое состояние которого соответствует верхнему слою водоема, богатому кислородом, а низкоэнергетическое – придонному слою (см. рисунок 4.9 справа). Здесь ячеистая структура поддерживается за счет вертикальной биоконвекции (перемещение тетрахимен).

4.5 Использование автоволновых процессов в технике Использование автоволновых процессов в технике рассмотрим на примере самораспространяющегося высокотемпературного синтеза веществ (СВС). К настоящему времени разработано достаточно большое количество технологических приемов производства различных материалов с использованием процессов СВС.

СВС представляет собой автоволновую реакцию горения смеси веществ. В настоящее время, используя процесс СВС, получают жаропрочные и специальные материалы, твердые сплавы, различные покрытия на поверхностях деталей машин.

Идея СВС такова. Составляют смесь из требуемых порошков с необходимыми добавками и прессуют, придавая ей нужную форму. Затем заготовку помещают в герметичную камеру с определенной средой и давлением. После чего заготовка поджигается вольтовой дугой или лазером. Возникает автоволна горения, которая распространяется по заготовке и в конце ее затухает, создавая необходимое изделие (см. рисунок 4.10).

Рис 4.10 – Распространение автоволны горения по цилиндрическому образцу (никель + алюминий) при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе веществ (Я.Б. Зельдович, В.Б. Либрович, А.Г. Мержанов) В этом случае активной средой является заготовка (высококалорийный порошковый состав), находящаяся в высокоэнергетическом состоянии. После пробега автоволны заготовка переходит в низкоэнергетическое состояние без возможности восстановления запаса энергии.

4.6 Автоволновые процессы в возбудимых биологических тканях В определенных случаях изменение характера автоволновых процессов вызывает нарушение функционирования органов, состоящих из возбудимых тканей.

Как было сказано выше, в нормальных условиях сокращениями сердечной мышцы управляет источник концентрических волн возбуждения – синусовый узел.

Ритмичность работы сердца может нарушится при возникновении в нем по каким- либо причинам ревербераторов (спиральных автоволн), которые подавляют активность синусового узла и сбивают с нормального ритма сокращения сердечной мышцы. Экспериментами установлено, что пароксимальная тахикардия – тяжелая сердечная аритмия возникает в связи с возникновением и циркуляцией спиральной волны возбуждения (см. рисунок 4.б). Стремительное размножение ревербераторов на неоднородных участках сердечной ткани является причиной фибрилляции желудочков сердца, приводящей к неспособности сердца перекачивать кровь.

Для борьбы с этим недугом в медицинской практике используются дефибрилляторы, дающие на тело пациента короткий электрический импульс высокого напряжения. Этим способом часто удается восстановить нормальный ритм сердца. Механизм такого воздействия заключается в том, что при воздействии короткого электрического импульса клетки сердца одновременно переводятся в возбужденное состояние. После прекращения импульса они синхронно возвращаются в состояние покоя и ткань сердца вновь может проводить волны возбуждения от синусового узла. Однако дефибрилляция часто вызывает повреждение сердечной ткани.

Исходя из теории автоволн специалисты утверждают, что возможна дефибрилляция без применения больших токов. Они исходят из того, что частота следования спиральных волн всегда ниже, чем максимальная частота пропускания волн активной средой. Исходя из эффекта синхронизации предлагается вытеснять из среды спиральные волны путем приложения к ней внешнего высокочастотного источника концентрических волн (см. рисунок 4.11). При этом источник должен быть маломощным, т.к. в этом случае энергия расходуется только на возбуждение концентрических автоволн, вытесняющих ревербераторы.

Рис 4.11 – Вынужденный дрейф ревербератора под действием высокочастотного периодического источника(В.И. Кринский, К.А. Агладзе) а – на ревербератор набегает (снизу) высокочастотная последовательность волн; б – ревербератор превращается в два близкорасположенных разрыва; в – ревербератор дрейфует вверх и вправо.

Ревербераторы возникают не только в сердечной мышце. Они могут возникнуть и возбудимых тканях желудка, кишечника и др. Воспалительные процессы, рубцы и другие изменения в желудке или кишечнике при обильном употреблении трудноперевариваемой пищи могут привести к появлению ревербераторов и хаотичному сокращению их мышц, вызывая приступы резких болей.

Вынесенный на периферию кусочек мозга – сетчатка глаза, как и нейронная ткань мозга способна проводить волны распространяющейся корковой депрессии (волна медленного сдвига внутриклеточного электрического потенциала нейронов головного мозга), меняющей оптические свойства сетчатки из-за реверберации. В случае возникновения ревербератора его можно сфотографировать (см. рисунок 4.12).

Рис 4.12 – Спиральная волна распространяющейся депрессии в сетчатке глаза цыпленка а – препарат (задняя полусфера глаза), автоволна отмечена стрелкой (Я.

Буреш, Н.А. Горелова); б – схема движения автоволны Таким образом, ревербераторы вносят дестабилизацию в нормальное течение функционирования того или иного органа. Такой ход событий в возбудимых тканях органов должен быть устранен.

Установлено, что автоволны, распространяющиеся в различных возбудимых тканях, обладают общими особенностями, и при этом возникают одни и те же локальные источники таких волн. Механизмы появления этих источников, их взаимодействия и размножения одинаковы и не зависят от природы активной среды. По мнению специалистов это обстоятельство позволяет переносить закономерности, установленные при изучении автоволн в какойлибо активной среде, на широкий класс других активных сред и, через понимание общих механизмов автоволновых процессов находить способы их конкретного практического использования.

Список использованных источников.

1. Иваницкий Г.Р. Автоволны вокруг и внутри нас.

2. Ежегодник "Наука и человечество" изд. "Знание" 1989г. с.211-3. Популярная медицинская энциклопедия. 2ое переработанное и дополненное издание. Ташкент, 1989г.

4. Большая Советская Энциклопедия. Третье издание. Т. 3 и 22.

5 Холод 5.1 Общие сведения В обыденной жизни нам часто приходится оперировать словосочетаниями, связанными со словами "тепло" и "холод".

Оценивая состояние, например, воздуха, мы употребляем выражения:

потеплело, похолодало, становится теплее или холоднее и т.д. Зимой мы можем сказать: сегодня потеплело; а летом: "стало прохладнее" или "что-то стало холодать".

Все подобные выражения носят относительный характер и определяют состояние погоды в зависимости от предыдущего короткого периода ее состояния. Хотя эти понятия и связаны с субъективными восприятиями состояния атмосферы, но как-то привязаны к показаниям привычных нам бытовых термометров – температуры.

Температура (с лат. нормальное состояние, соразмерность) характеризует состояние тела независимо от его массы и химического состава. Так, например, большой камень и маленький кусочек стали могут иметь одно и тоже значение температуры.

Она характеризует интенсивность беспорядочного теплового движения атомов, молекул и других частиц тела, то есть его тепловое состояние.

С молекулярно – кинетической точки зрения температура – мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул.

5.1.1 Измерение температуры Измерение температуры тел производится термометрами- приборами для ее измерения посредством контакта с исследуемой средой. Нагревание или охлаждение тел влияет на их физические свойства.

Изменение их температуры приводит к изменению линейных размеров, упругих свойств, электропроводности тел и т.д. В принципе, любое из этих изменений может быть использовано для измерения температуры. Но исторически сложилось так, что наиболее широко утвердился метод измерения температур по изменению объема ртути с помощью ртутных термометров.

Однако градуировка ртутного термометра, производимая между двумя реперными (исходными) точками, устанавливаемыми международным соглашением (между точкой плавления льда – 0 и точкой кипения воды – 100), сводится к делению шкалы на равные части между ними.

При этом предполагается, что объем ртути меняется с температурой линейно. Если заполнить этот термометр другой жидкостью (например, спиртом) и совместить для него указанные реперные точки с ртутным термометром, а затем разделить шкалу на равные части, то показания такого термометра для средних температур несколько разойдутся с показаниями ртутного термометра (рисунок 5.1).

Рис 5.1 – Сравнение шкал ртутного и спиртового термометров Термометры, изготовленные с разными расширяющими телами с одинаковыми реперными точками, будут иметь некоторые расхождения в их показаниях, несмотря на то, что в исходных точках они будут совпадать.

Если же изготовить водяной термометр и, охладив его до 0С, положить на нагреватель, то "водяная температура" сначала бы падала, а затем росла. Это объясняется тем, что вода при нагревании уменьшает свой объем (рисунок 5.2), а потом в процессе нагревания – увеличивает.

Рис 5.2 – Зависимость объема воды от температуры для небольшого интервала около 0°С Таким образом, установленная шкала температур находится в зависимости от того тела по изменению объема которого мы измеряем температуру.

В принципе, случайный выбор расширяющегося (термометрического) тела для термометра приведет к появлению случайной шкалы температур и, в конечном счете, к тупику.

Считается, что в качестве термометрического тела следует выбирать такое тело, свойства которого подчиняются наиболее простым закономерностям. В качестве такого тела может быть выбран газ, для которого при постоянной температуре выполняется равенство PV=const (закон Бойля-Мариотта).

Таким термометрическим телом оказался идеальный газ, у которого отсутствует взаимодействие частиц, представляющих собой материальные точки, и потому, изучая его расширение, мы изучаем, как меняется движение его молекул. Он характеризуется значениями термических коэффициентов давления и объёмного расширения, примерно равным 1/273, то есть давление и объем идеального газа при повышении температуры на 1 0С увеличивается на 1/273 от значения при 0 0С.

Известно, что азот, водород и любой другой газ в состоянии разряжения (состояние близкое к идеальному газу) расширяются при нагревании практически одинаково.

По этой причине идеальный газ является совершенным термометрическим телом для термометров.

Ввиду того, что молекулы идеального газа обладают лишь кинетической энергией, внутренняя энергия такого газа не зависит от занимаемого объема.

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 29 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.