Gurdjieff. Wet van Drie

Laten we ermee instemmen een lichaam vrij te noemen als zijn bewegingen door niets worden beperkt. Een lichaam waarvan de bewegingen worden beperkt door andere lichamen, wordt niet-vrij genoemd, en lichamen die bewegingen beperken gegeven lichaam, verbindingen. Zoals reeds vermeld, ontstaan ​​er op de contactpunten interactiekrachten tussen het gegeven lichaam en de verbindingen. De krachten waarmee bindingen op een bepaald lichaam inwerken, worden reacties van bindingen genoemd.

Krachten die niet afhankelijk zijn van verbindingen worden actieve krachten (gegeven) genoemd, en reacties van verbindingen worden passieve krachten genoemd.

In de mechanica wordt het volgende standpunt aanvaard, ook wel het bevrijdingsprincipe genoemd: elk niet-vrij lichaam kan als vrij worden beschouwd als de acties van de bindingen worden vervangen door reacties die op het gegeven lichaam worden toegepast.

In de statica kunnen de reacties van bindingen volledig worden bepaald met behulp van de omstandigheden of evenwichtsvergelijkingen van het lichaam, die later zullen worden vastgesteld, maar hun richtingen kunnen in veel gevallen worden bepaald door de eigenschappen van de bindingen in ogenschouw te nemen:

Belangrijkste soorten verbindingen:

1. Als een vast lichaam op een ideaal glad (zonder doornen) oppervlak rust, kan het contactpunt van het lichaam met het oppervlak vrij langs het oppervlak glijden, maar kan het niet in de richting langs de normaal naar het oppervlak bewegen. De reactie van een ideaal glad oppervlak is gericht langs de gemeenschappelijke normaal op de contactoppervlakken.

Als het lichaam een ​​glad oppervlak heeft en op een punt rust, wordt de reactie normaal op het oppervlak van het lichaam zelf gericht.

2. Bolvormig scharnier.

3. Een cilindrisch scharnier is een vaste steun. De reactie van een dergelijke steun gaat door zijn as en de richting van de reactie kan elke richting zijn (in een vlak evenwijdig aan de as van de steun).

4. Cilindrische gelede en beweegbare steun.

BELANGRIJKSTE TAKEN VAN STATICA.

1. Het probleem van het invoeren van een systeem van krachten: hoe kan dit systeem worden vervangen door een ander, en vooral het eenvoudigste, equivalent ervan?

2. Evenwichtsprobleem: aan welke voorwaarden moet een systeem van krachten die op een bepaald lichaam worden uitgeoefend voldoen om een ​​evenwichtig systeem te zijn?

De eerste hoofdtaak is niet alleen belangrijk in de statica, maar ook in de dynamiek. Het tweede probleem doet zich vaak voor in gevallen waarin bekend is dat er evenwicht bestaat. In dit geval brengen de evenwichtsomstandigheden een relatie tot stand tussen alle krachten die op het lichaam worden uitgeoefend. In veel gevallen is het met behulp van deze omstandigheden mogelijk de steunreacties te bepalen. Hoewel de reikwijdte van de belangen van de statica van vaste lichamen hiertoe niet beperkt is, moet er rekening mee worden gehouden dat de bepaling van bindingsreacties (extern en intern) noodzakelijk is voor de daaropvolgende berekening van de sterkte van constructies.

Met geweld wordt een maat genoemd voor de mechanische interactie van materiële lichamen.

Kracht F- vectorhoeveelheid en het effect ervan op het lichaam worden bepaald:

• module of numerieke waarde krachten (F);
• richting kracht (ortom e);
• punt van toepassing krachten (punt A).

De rechte lijn AB waarlangs de kracht wordt gericht, wordt de werklijn van de kracht genoemd.

De sterkte kan worden ingesteld:

• geometrisch, dat wil zeggen als een vector met een bekende module F en een bekende richting bepaald door de eenheidsvector e ;
• analytisch, dat wil zeggen de projecties F x, F y, F z op de assen van het geselecteerde coördinatensysteem Oxyz.

Het krachtaangrijpingspunt A moet worden gespecificeerd door de coördinaten x, y, z.

Krachtprojecties zijn gerelateerd aan de modulus en richting cosinussen(cosinussen van hoeken , , , die de kracht vormt met de coördinatenassen Ox, Oy, Oz) met de volgende relaties:

F=(Fx2+Fy2+Fx2) ; e x = cos = F x /F; e y =cos =F y /F; ez =cos =Fz/F;

Kracht F, inwerkend op een absoluut stijf lichaam, kan worden beschouwd als toegepast op elk punt op de werklijn van de kracht (zo'n vector wordt genoemd glijden). Als een kracht op een vast vervormbaar lichaam inwerkt, kan het aangrijpingspunt ervan niet worden overgedragen, omdat bij een dergelijke overdracht de interne krachten in het lichaam veranderen (deze vector wordt genoemd bijgevoegd).

De SI-eenheid van kracht is Newton (N); Er wordt ook een grotere eenheid van 1kN=1000N gebruikt.

Materiële lichamen kunnen op elkaar inwerken door direct contact of op afstand. Afhankelijk hiervan kunnen krachten in twee categorieën worden verdeeld:

• oppervlakkig krachten die op het lichaamsoppervlak worden uitgeoefend (bijvoorbeeld drukkrachten op het lichaam vanaf de zijkant). omgeving);
• volumetrisch (massa) krachten die worden uitgeoefend op een bepaald deel van het lichaamsvolume (bijvoorbeeld zwaartekracht).

Oppervlakte- en volumetrische krachten worden genoemd gedistribueerd krachten. In sommige gevallen kunnen krachten worden beschouwd als verdeeld langs een bepaalde curve (bijvoorbeeld de gewichtskrachten van een dunne staaf). Gedistribueerde krachten worden gekenmerkt door hun intensiteit (dichtheid), dat wil zeggen de totale hoeveelheid kracht per lengte-, oppervlakte- of volume-eenheid. De intensiteit kan constant zijn ( gelijk verdeeld kracht) of variabele waarde.

Als de kleine afmetingen van het actiegebied van verdeelde krachten kunnen worden verwaarloosd, overwegen we dit geconcentreerd kracht die op een bepaald punt op een lichaam wordt uitgeoefend (een voorwaardelijk concept, aangezien het praktisch onmogelijk is om kracht op één punt van het lichaam uit te oefenen).

De krachten die op het beschouwde lichaam worden uitgeoefend, kunnen worden onderverdeeld in: extern en intern. Extern zijn de krachten die vanuit andere lichamen op dit lichaam inwerken, en intern zijn de krachten waarmee de delen van dit lichaam met elkaar interageren.

Als de beweging van een bepaald lichaam in de ruimte wordt beperkt door andere lichamen, wordt dit genoemd onvrij. Lichamen die de beweging van een bepaald lichaam beperken, worden genoemd verbindingen.

Axioma van verbindingen: verbindingen kunnen mentaal worden weggegooid en het lichaam als vrij worden beschouwd als de werking van verbindingen op het lichaam wordt vervangen door overeenkomstige krachten, die reacties van verbindingen.

De reacties van bindingen zijn van nature verschillend van alle andere krachten die op het lichaam worden uitgeoefend en die geen reacties zijn, die gewoonlijk worden genoemd actief krachten. Dit verschil is dat de reactie van de binding niet volledig wordt bepaald door de binding zelf. De omvang en soms de richting ervan hangt af van de actieve krachten die op een bepaald lichaam inwerken, die meestal van tevoren bekend zijn en niet afhankelijk zijn van andere krachten die op het lichaam worden uitgeoefend. Bovendien kunnen actieve krachten, die op een lichaam in rust inwerken, het een of andere beweging geven; bindingsreacties hebben deze eigenschap niet, daarom worden ze ook wel genoemd passief krachten.

4. Methode van secties. Interne machtsfactoren.
Om extra krachten in een sectie van een ligger te bepalen en vervolgens te berekenen, gebruiken we de methode van secties. De essentie van de sectiemethode is dat de balk mentaal in twee delen wordt gesneden en dat het evenwicht van elk van deze delen wordt overwogen, onder invloed van alle externe en interne krachten die op dit deel worden uitgeoefend. Omdat ze interne krachten zijn voor het hele lichaam, spelen ze de rol van externe krachten voor het geselecteerde deel.

Laat het lichaam onder invloed van krachten in evenwicht zijn: (Figuur 5.1, a). Laten we het snijden met een vliegtuig S en gooi de rechterkant weg (Figuur 5.1, b). De wet van de verdeling van interne krachten over een dwarsdoorsnede is in het algemeen onbekend. Om het in elke specifieke situatie te vinden, is het noodzakelijk om te weten hoe het lichaam in kwestie wordt vervormd onder invloed van externe krachten.

De sectiemethode maakt het dus mogelijk om alleen de som van de interne krachten te bepalen. Gebaseerd op de hypothese van een continue structuur van het materiaal, kunnen we aannemen dat interne krachten op alle punten van een bepaalde sectie een verdeelde belasting vertegenwoordigen.

Laten we het systeem van interne krachten in het zwaartepunt terugbrengen tot de hoofdvector en het hoofdmoment (Figuur 5.1, c). Projecteren en op de coördinatenassen krijgen we Grote foto spanning-rektoestand van de beschouwde balksectie (Figuur 5.1, d).

5. Axiale spanning - compressie

Onder uitrekken (compressie) Begrijp dit type belasting waarbij alleen longitudinale krachten optreden in de dwarsdoorsneden van de staaf en andere krachtfactoren gelijk zijn aan nul.

Longitudinale kracht– interne kracht gelijk aan de som van de projecties van alle externe krachten, genomen vanaf één kant van de sectie, naar de as van de staaf. Laten we het volgende accepteren tekenregel voor longitudinale kracht : de trekkracht in de lengterichting is positief, de drukkracht is negatief

Het principe van bevrijding.
Verbindingen en reacties van verbindingen

Zoals al in eerdere artikelen vermeld, bestudeert de statica de omstandigheden waaronder lichamen en materiële punten zich in een evenwichtstoestand bevinden. Het lijkt erop dat dankzij de axioma's van de statica, die de fundamentele eigenschappen van de krachtinteractie tussen lichamen beschrijven, het oplossen van problemen van het evenwicht van lichamen geen problemen zou mogen opleveren - onbekende krachten kunnen worden gevonden, wetende dat ze in evenwicht moeten worden gebracht door bekende krachten, vandaar de sleutel tot de oplossing.
De grootste moeilijkheid bij berekeningen is echter dat krachten vectorgrootheden zijn, en om problemen op te lossen is het noodzakelijk om niet alleen hun scalaire dimensies (modules) te kennen, maar ook de richting in de ruimte, evenals de toepassingspunten. Als gevolg hiervan blijkt dat elke onbekende kracht drie vragen bevat: waar wordt ze op gericht, waar wordt ze toegepast en wat is de dimensie ervan?

Analyse van verbindingen tussen lichamen helpt enkele onbekende componenten van krachten te elimineren. Zoals we al weten, zijn alle lichamen en materiële punten verdeeld in vrij en gebonden (niet-vrij). In de statica moet men meestal problemen oplossen waarbij rekening wordt gehouden met de evenwichtstoestand van gebonden lichamen, dat wil zeggen het hebben van enkele (of volledige) beperkingen op de beweging in de ruimte ten opzichte van andere lichamen.
Deze beperkingen worden genoemd verbindingen.

Voorbeelden van verbindingen die de beweging van een lichaam beperken kunnen het oppervlak of elke steun zijn waarop het lichaam ligt, de stijve inbedding van een deel van het lichaam in een array, waardoor elke beweging wordt uitgesloten, evenals flexibele en gelede verbindingen, die beperken gedeeltelijk het vermogen van het lichaam om in de ruimte te bewegen.
Door analyse van dergelijke verbindingen kunnen we begrijpen welke krachtfactoren daarin optreden bij het tegenwerken van de beweging van een verbonden lichaam. Deze krachtfactoren worden genoemd reactie krachten of reacties van verbindingen (meestal worden ze eenvoudigweg genoemd reacties) .
De krachten die een lichaam uitoefent (drukt) op bindingen worden genoemd druk krachten .
Opgemerkt moet worden dat er reactiekrachten en -drukken op worden uitgeoefend verschillende lichamen Daarom vertegenwoordigen ze geen krachtenstelsel.

De krachten die op elk lichaam inwerken, kunnen worden onderverdeeld in actief en reactief.
Actieve krachten hebben de neiging om het lichaam waaraan ze zijn vastgemaakt in de ruimte te verplaatsen, en reactieve krachten - verhinder deze beweging. Bond-reactiekrachten worden geclassificeerd als reactieve krachten.
Het fundamentele verschil tussen actieve krachten en reactieve krachten is dat de omvang van reactieve krachten afhangt van de omvang van de actieve krachten, maar niet andersom. Actieve krachten worden vaak genoemd.

Bij het oplossen van de meeste statische problemen wordt een niet-vrij lichaam conventioneel afgebeeld als vrij met behulp van de zogenaamde bevrijdingsprincipe, dat als volgt is geformuleerd: elk onvrij (gebonden) lichaam kan als vrij worden beschouwd als we verbindingen verwerpen en vervangen door reacties.

Typische verbindingen tussen lichamen en hun reacties

Laten we eens kijken naar de meest voorkomende verbindingen, evenals de reacties die daarin optreden wanneer er belastingen worden toegepast.

Perfect glad vlak

De reactie van een ideaal glad vlak is loodrecht op het referentievlak naar het lichaam gericht, omdat een dergelijke verbinding verhindert dat het lichaam slechts in één richting beweegt: naar het referentievlak, d.w.z. loodrecht daarop (zie figuur 1,a).
Als het lichaam zich op een hellend vlak bevindt, dan is de zwaartekracht van toepassing G kan worden opgesplitst in twee componenten, waarvan er één evenwijdig aan het vlak zal zijn gericht (Xa), de andere staat er loodrecht op (Ja). In dit geval zal de eerste kracht de neiging hebben om het lichaam langs het vlak naar de helling te bewegen, en de tweede zal het tegen het vlak drukken (zie figuur 1, b).
De reactie van het hellende vlak zal in grootte gelijk zijn aan de component loodrecht op het vlak en gericht in de richting tegengesteld aan deze component, waardoor deze in evenwicht wordt gebracht. Als een lichaam met één punt een vlak raakt (bijvoorbeeld bal of hoek), dan wordt de reactie op dit punt van het lichaam toegepast.
In andere gevallen, wanneer een lichaam een ​​vlak met een bepaald oppervlak raakt, vindt interactie plaats via een belasting die over dit oppervlak wordt verdeeld (verdeelde belasting).

Perfect glad oppervlak

Perfect glad oppervlak (verschilt van een vlak door kromlijnigheid) reageert loodrecht op het raakvlak, dat wil zeggen loodrecht op het steunvlak richting het lichaam, aangezien de normaal de enige bewegingsrichting van het lichaam is die deze verbinding niet toestaat (zie figuur 1, c).

Verankerd punt of hoekrand

Als de beweging van een lichaam wordt beperkt door een vast punt of een rand van een hoek, is de reactie van de verbinding loodrecht op het oppervlak van een idealiter glad lichaam naar het lichaam gericht, aangezien de normaal op het oppervlak van het lichaam de enige richting waarin beweging wordt beperkt door dit type verbinding (zie figuur 1, G) .

Flexibele communicatie

De reactie van de flexibele verbinding (flexibele draad) verhindert dat het lichaam van het ophangpunt af beweegt en wordt daarom langs de verbinding van het lichaam naar het ophangpunt geleid, d.w.z. het aangrijpingspunt van de reactie van de flexibele verbinding en de richting ervan is bekend. Figuur 2 toont een flexibele verbinding die dient als verbinding tussen twee stangen en het lichaam.

In structuren zijn verbindingen die scharnieren worden genoemd wijdverbreid. Een scharnier is een beweegbare verbinding van twee lichamen (delen), waardoor alleen rotatie mogelijk is gemeenschappelijk punt(kogelgewricht) of rond een gemeenschappelijke as (cilindrisch scharnier). Laten we eens kijken welke reacties optreden wanneer een lichaam wordt vastgebonden met behulp van scharnieren.

Perfect gladde cilindrische verbinding

Wanneer een lichaam is verbonden met een cilindrisch scharnier, kan het langs de scharnieras bewegen en roteren ten opzichte van deze as. De reactie van een cilindrisch scharnier bevindt zich in een vlak loodrecht op zijn as en snijdt deze as. De richting van de reactievector van het scharnier op dit vlak hangt af van de richting van de belastingsvector.
Een voorbeeld van een cilindrisch scharnier is een gewoon wentellager.

Perfect glad kogelgewricht

In dit geval is het enige dat vooraf bekend is dat de reactie door het midden van het scharnier gaat, aangezien een lichaam dat is verbonden door een kogelgewricht in elke richting kan draaien ten opzichte van de scharnieras, maar geen lineaire bewegingen in de ruimte kan maken. d.w.z. ga weg van het midden van het scharnier of benader hem.

Perfect soepel druklager

Het druklager kan worden beschouwd als een combinatie van een cilindrisch scharnier en een steunvlak, daarom wordt aangenomen dat de reactie van het druklager uit twee componenten bestaat: X een En Ja. In dit geval zal een van de reacties langs de normaal op de steun naar het lichaam gericht zijn (zoals op het referentievlak), de andere - loodrecht op de as van het druklager (zoals een cilindrisch scharnier).
De totale reactie van het druklager zal gelijk zijn aan de vectorsom van deze componenten: R een = X een +Y een.

Scharnierende staaf

Een staaf, aan twee uiteinden bevestigd in perfect gladde scharnieren en aan de uiteinden belast (Fig. 2), reageert alleen langs de lijn die de assen van de scharnieren verbindt, d.w.z. langs zijn as (volgens het III-axioma van de statica). In dit geval kan de reactie van de staaf naar het midden van het scharnier worden gericht (aangrijpingspunt), en van hem (afhankelijk van de belastingsrichting), omdat dit type verbinding het lichaam op een vaste afstand houdt, waardoor het niet kan wegbewegen of naderen. Dit onderscheidt de staaf fundamenteel van een flexibele verbinding, waarbij de reactie altijd van het bevestigingspunt naar de verbinding gericht is (flexibele verbinding zorgt er alleen voor dat het lichaam niet weg beweegt, zonder te voorkomen dat het het bevestigingspunt nadert).

Harde afdichting

Dit type verbinding ontneemt het lichaam volledig de mogelijkheid om in elke richting te bewegen en te roteren ten opzichte van elke as of punt.
Wanneer een lichaam stevig is ingebed (Fig. 3), ontstaat er niet alleen een reactiekracht RA in de ondersteuning, maar ook een reactief moment M A.
Een rigide inbedding is een "donker paard" in berekeningen, omdat aanvankelijk noch de richting van de reacties, noch hun omvang bekend zijn, vooral als de belasting wordt weergegeven door een systeem van krachten. Niettemin is het mogelijk om consistent te bepalen door de ontleding van actieve krachten in componenten te gebruiken reactieve kracht R A en reactief moment M A dat in een stijve afdichting werkt.
Als het lichaam niet alleen door een starre verbinding is verbonden, maar ook door een ander type verbinding, wordt het probleem onoplosbaar met conventionele staticamethoden, aangezien er meer onbekende reacties zijn dan het mogelijke aantal evenwichtsvergelijkingen.

Een voorbeeld van het oplossen van het probleem van het bepalen van rigide inbeddingsreacties wordt op deze pagina gegeven.

Het concept van hout en balken in de technische mechanica

In de statica is het vaak nodig om problemen op te lossen met betrekking tot de evenwichtstoestand van structurele elementen die balken worden genoemd.
Brus Het is algemeen aanvaard om een ​​massief lichaam te beschouwen waarvan de lengte aanzienlijk groter is dan de dwarsafmetingen. De as van een balk wordt beschouwd als de geometrische locatie (verzameling) van de zwaartepunten van alle dwarsdoorsneden van deze balk.
Een balk met een rechte as, geplaatst op steunen en gebogen door erop uitgeoefende belastingen, wordt genoemd straal.

Weergave: dit artikel is 64013 keer gelezen

Pdf Taal selecteren... Russisch Oekraïens Engels

Korte beoordeling

Het volledige materiaal wordt hierboven gedownload, na het selecteren van de taal

Technische mechanica

Moderne productie, gedefinieerd door hoge mechanisatie en automatisering, biedt het gebruik grote hoeveelheid verschillende machines, mechanismen, instrumenten en andere apparaten. Het ontwerpen, vervaardigen en bedienen van machines is onmogelijk zonder kennis op het gebied van mechanica.

Technische mechanica - een discipline die de mechanische basisdisciplines omvat: theoretische mechanica, sterkte van materialen, theorie van machines en mechanismen, machineonderdelen en ontwerpfundamenten.

Theoretische mechanica - een discipline die algemene wetten bestudeert mechanische beweging en mechanische interactie van materiële lichamen.

Theoretische mechanica behoort tot de fundamentele disciplines en vormt de basis van veel ingenieursdisciplines.

De theoretische mechanica is gebaseerd op wetten die de wetten van de klassieke mechanica of de wetten van Newton worden genoemd. Deze wetten komen tot stand door de resultaten van een groot aantal waarnemingen en experimenten samen te vatten. Hun geldigheid is geverifieerd door eeuwen van praktische menselijke activiteit.

Statica - gedeelte theoretische mechanica. waarin krachten worden bestudeerd, worden methoden voor het transformeren van krachtsystemen in gelijkwaardige systemen, en worden voorwaarden voor het evenwicht van krachten op vaste lichamen vastgelegd.

Materieel punt - een fysiek lichaam met een bepaalde massa, waarvan de afmetingen kunnen worden verwaarloosd bij het bestuderen van de beweging ervan.

Materiaalpuntsysteem of mechanisch systeem - dit is een verzameling materiële punten waarbij de positie en beweging van elk punt afhangen van de positie en beweging van andere punten van dit systeem.

Stevig is een systeem van materiële punten.

Absoluut stijf lichaam - een lichaam waarin de afstanden tussen twee willekeurige punten ervan onveranderd blijven. Omdat ze lichamen als absoluut solide beschouwen, houden ze geen rekening met de vervormingen die in echte lichamen optreden.

Kracht F- een grootheid die een maat is voor de mechanische interactie van lichamen en de intensiteit en richting van deze interactie bepaalt.

De SI-eenheid van kracht is Newton (1 N).

Zoals bij elke vector kun je voor een kracht de projectie van de kracht op de coördinaatassen vinden.

Soorten krachten

Door interne krachten noem de krachten van interactie tussen punten (lichamen) van een bepaald systeem

Door externe krachten worden krachten genoemd die inwerken op materiële punten (lichamen) van een bepaald systeem vanuit materiële punten (lichamen) die niet tot dit systeem behoren. Externe krachten (belasting) zijn actieve krachten en koppelingsreacties.

Ladingen zijn verdeeld in:

• volumetrisch- verdeeld over het volume van het lichaam en toegepast op elk van zijn deeltjes (het eigen gewicht van de structuur, magnetische aantrekkingskrachten, traagheidskrachten).
• oppervlakkig- toegepast op delen van het oppervlak en karakteriserend de directe contactinteractie van het object met omringende lichamen:
  • geconcentreerd- belastingen die inwerken op een platform waarvan de afmetingen klein zijn in vergelijking met de afmetingen van het structurele element zelf (wielvelgdruk op de rail);
  • gedistribueerd- belastingen die op het platform inwerken, waarvan de afmetingen niet klein zijn in vergelijking met de afmetingen van het structurele element zelf (trekkersporen drukken op de brugbalk); de intensiteit van de belasting verdeeld over de lengte van het element, Q N/m.

Axioma's van de statica

Axioma's weerspiegelen de eigenschappen van krachten die op een lichaam inwerken.

1.Axioma van traagheid (wet van Galileo).
Onder invloed van onderling uitgebalanceerde krachten is een materieel punt (lichaam) in rust of beweegt het gelijkmatig en rechtlijnig.

2.Axioma van evenwicht tussen twee krachten.
Twee krachten die op een vast lichaam worden uitgeoefend, zullen alleen in evenwicht zijn als ze even groot zijn en langs dezelfde rechte lijn in de tegenovergestelde richting zijn gericht.

Het tweede axioma is de voorwaarde voor het evenwicht van een lichaam onder de werking van twee krachten.

3.Axioma van het toevoegen en weggooien van evenwichtige krachten.
De werking van een bepaald krachtensysteem op een absoluut stijf lichaam zal niet veranderen als er een gebalanceerd krachtensysteem aan wordt toegevoegd of verwijderd.
Gevolg. Zonder de toestand van een absoluut stijf lichaam te veranderen, kan een kracht langs de actielijn naar elk punt worden overgebracht, waarbij de modulus en richting onveranderd blijven. Dat wil zeggen, de kracht die op een absoluut stijf lichaam wordt uitgeoefend, is een glijdende vector.

4. Axioma van parallellogram van krachten.
De resultante van twee krachten die elkaar op één punt kruisen, wordt toegepast op het punt van hun dwarsdoorsnede en wordt bepaald door de diagonaal van een parallellogram dat op deze krachten als zijden is geconstrueerd.

5. Axioma van actie en reactie.
Elke actie komt overeen met een reactie van gelijke omvang en tegengestelde richting.

6. Axioma van het evenwicht van de krachten die tijdens het stollen op een vervormbaar lichaam worden uitgeoefend (hardingsprincipe).
Het evenwicht van de krachten die op een vervormbaar lichaam worden uitgeoefend (veranderlijk systeem) blijft behouden als het lichaam als gestold wordt beschouwd (ideaal, onveranderlijk).

7. Axioma van de bevrijding van het lichaam van banden.
Zonder de toestand van het lichaam te veranderen, kan elk niet-vrij lichaam als vrij worden beschouwd als verbindingen worden weggegooid en hun acties worden vervangen door reacties.

Verbindingen en hun reacties

Gratis lichaam is een lichaam dat willekeurige bewegingen in de ruimte in elke richting kan uitvoeren.

Verbindingen worden lichamen genoemd die de beweging van een bepaald lichaam in de ruimte beperken.

Een vrij lichaam is een lichaam waarvan de beweging in de ruimte wordt beperkt door andere lichamen (verbindingen).

Reactie van verbinding (ondersteuning) is de kracht waarmee een binding op een bepaald lichaam inwerkt.

De reactie van de verbinding is altijd gericht tegengesteld aan de richting waarin de verbinding de mogelijke beweging van het lichaam tegenwerkt.

Actieve (ingestelde) kracht , dit is een kracht die de werking van andere lichamen op een bepaald lichaam karakteriseert, en een verandering in de kinematische toestand ervan veroorzaakt of kan veroorzaken.

Reactieve kracht - een kracht die de werking van bindingen op een bepaald lichaam karakteriseert.

Volgens het axioma over het bevrijden van het lichaam van banden, kan elk niet-vrij lichaam als vrij worden beschouwd door het te bevrijden van banden en hun acties te vervangen door reacties. Dit is het principe van bevrijding van verbindingen.

Systeem van convergerende krachten

Systeem van convergerende krachten − is een systeem van krachten waarvan de werkingslijnen elkaar op één punt kruisen.

Een systeem van convergerende krachten gelijk aan één kracht - resulterend , wat gelijk is aan de vectorsom van krachten en toegepast op de dwarsdoorsnede van de lijnen van hun actie.

Methoden voor het bepalen van het resulterende systeem van convergerende krachten.

1. Methode van parallellogrammen van krachten - Gebaseerd op het axioma van het parallellogram van krachten, worden elke twee krachten van een bepaald systeem achtereenvolgens gereduceerd tot één kracht - de resultante.
2. Constructie van een vectorkrachtpolygoon - Opeenvolgend, door parallelle overdracht van elke krachtvector naar het eindpunt van de vorige vector, wordt een polygoon geconstrueerd waarvan de zijden de krachtvectoren van het systeem zijn, en de sluitende zijde de vector van het resulterende systeem van convergerende krachten.

Voorwaarden voor het evenwicht van een systeem van convergerende krachten.

1. Geometrische voorwaarde voor het evenwicht van een convergerend krachtenstelsel: voor het evenwicht van een systeem van convergerende krachten is het noodzakelijk en voldoende dat de op deze krachten gebouwde vectorkrachtpolygoon gesloten is.
2. Analytische voorwaarden voor het evenwicht van een systeem van convergerende krachten: voor het evenwicht van een systeem van convergerende krachten is het noodzakelijk en voldoende dat de algebraïsche sommen van de projecties van alle krachten op de coördinaatassen gelijk zijn aan nul.

Taal: Russisch, Oekraïens

Formaat: pdf

Grootte: 800KV

Rekenvoorbeeld van een tandwiel
Een voorbeeld van het berekenen van een tandwiel. De materiaalkeuze, berekening van toelaatbare spanningen, berekening van contact en buigsterkte zijn uitgevoerd.

Een voorbeeld van het oplossen van een probleem met het buigen van een balk
In het voorbeeld zijn diagrammen van dwarskrachten en buigmomenten gemaakt, is een gevaarlijke doorsnede gevonden en is er gekozen voor een I-balk. Het probleem analyseerde de constructie van diagrammen met behulp van differentiële afhankelijkheden en voerde een vergelijkende analyse uit van verschillende dwarsdoorsneden van de balk.

Een voorbeeld van het oplossen van een astorsieprobleem
De taak is om de sterkte van een stalen as te testen bij een gegeven diameter, materiaal en toegestane spanning. Tijdens de oplossing worden diagrammen van koppels, schuifspanningen en torsiehoeken gemaakt. Er wordt geen rekening gehouden met het eigengewicht van de as

Een voorbeeld van het oplossen van een probleem van spanning-compressie van een staaf
De taak is om de sterkte van een stalen staaf te testen bij gespecificeerde toelaatbare spanningen. Tijdens de oplossing worden diagrammen van longitudinale krachten, normaalspanningen en verplaatsingen geconstrueerd. Er wordt geen rekening gehouden met het eigen gewicht van de hengel

Toepassing van de stelling over behoud van kinetische energie
Een voorbeeld van het oplossen van een probleem met behulp van de stelling over het behoud van kinetische energie van een mechanisch systeem

Stuur uw goede werk naar de kennisbank is eenvoudig. Gebruik onderstaand formulier

Studenten, promovendi en jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.

geplaatst op http://www.allbest.ru/

geplaatst op http://www.allbest.ru/

1. Celmembraan: definitie, membraanfuncties, fysische eigenschappen

Het celmembraan is een ultradunne film op het oppervlak van een cel of cellulair organel, bestaande uit een bimoleculaire laag lipiden met ingebedde eiwitten en polysachariden.

Membraanfuncties:

· Barrière - zorgt voor gereguleerde, selectieve, passieve en actieve stofwisseling met de omgeving. Het peroxisoommembraan beschermt bijvoorbeeld het cytoplasma tegen peroxiden die gevaarlijk zijn voor de cel. Selectieve permeabiliteit betekent dat de permeabiliteit van het membraan voor verschillende atomen of moleculen afhangt van hun grootte, elektrische lading en chemische eigenschappen. Selectieve permeabiliteit zorgt ervoor dat de cel en cellulaire compartimenten worden gescheiden van de omgeving en worden voorzien van de benodigde stoffen.

· Transport - transport van stoffen in en uit de cel vindt plaats via het membraan. Transport door membranen zorgt voor: levering voedingsstoffen, verwijdering van metabolische eindproducten, uitscheiding van verschillende stoffen, creatie van ionengradiënten, behoud van optimale pH en ionenconcentraties in de cel, die nodig zijn voor het functioneren van cellulaire enzymen. Deeltjes die om welke reden dan ook niet in staat zijn de fosfolipidedubbellaag te passeren (bijvoorbeeld vanwege hydrofiele eigenschappen, omdat het membraan binnenin hydrofoob is en geen hydrofiele stoffen doorlaat, of vanwege hun grote omvang), maar noodzakelijk zijn voor de cel , kan het membraan binnendringen via speciale dragereiwitten (transporters) en kanaaleiwitten of door endocytose. Bij passief transport passeren stoffen de lipidedubbellaag zonder energie te verbruiken langs een concentratiegradiënt door diffusie. Een variant van dit mechanisme is gefaciliteerde diffusie, waarbij een specifiek molecuul een stof door het membraan helpt passeren. Dit molecuul kan een kanaal hebben waar slechts één type stof doorheen kan. Actief transport vereist energie omdat het plaatsvindt tegen een concentratiegradiënt. Op het membraan zitten speciale pompeiwitten, waaronder ATPase, die actief kaliumionen (K+) de cel in pompt en natriumionen (Na+) eruit pompt.

· matrix - zorgt voor een bepaalde relatieve positie en oriëntatie van membraaneiwitten, hun optimale interactie.

· mechanisch - zorgt voor de autonomie van de cel, de intracellulaire structuren ervan, evenals de verbinding met andere cellen (in weefsels). Een grotere rol bij het waarborgen mechanische functie hebben celwanden en bij dieren - intercellulaire substantie.

· energie - tijdens fotosynthese in bladgroenkorrels en cellulaire ademhaling in mitochondriën werken energieoverdrachtssystemen in hun membranen, waaraan ook eiwitten deelnemen;

· receptor - sommige eiwitten in het membraan zijn receptoren (moleculen met behulp waarvan de cel bepaalde signalen waarneemt). Hormonen die in het bloed circuleren, werken bijvoorbeeld alleen op doelcellen die receptoren hebben die overeenkomen met deze hormonen. Neurotransmitters (chemicaliën die zorgen voor de geleiding van zenuwimpulsen) binden zich ook aan speciale receptoreiwitten in doelcellen.

· enzymatisch - membraaneiwitten zijn vaak enzymen. De plasmamembranen van darmepitheelcellen bevatten bijvoorbeeld spijsverteringsenzymen.

· implementatie van het genereren en geleiden van biopotentialen. Met behulp van het membraan wordt een constante concentratie van ionen in de cel gehandhaafd: de concentratie van het K+-ion in de cel is veel hoger dan daarbuiten, en de concentratie van Na+ is veel lager, wat erg belangrijk is, omdat dit zorgt voor het behoud van het potentiaalverschil op het membraan en het genereren van een zenuwimpuls.

· celmarkering - er bevinden zich antigenen op het membraan die als markers fungeren - 'labels' waarmee de cel kan worden geïdentificeerd. Dit zijn glycoproteïnen (dat wil zeggen eiwitten waaraan vertakte oligosacharidezijketens zijn bevestigd) die de rol van “antennes” spelen. Vanwege de talloze configuraties van zijketens is het mogelijk om voor elk celtype een specifieke marker te maken. Met behulp van markers kunnen cellen andere cellen herkennen en daarmee samenwerken, bijvoorbeeld bij de vorming van organen en weefsels. Dit maakt het ook mogelijk immuunsysteem vreemde antigenen herkennen.

Sommige eiwitmoleculen diffunderen vrijelijk in het vlak van de lipidelaag; in de normale toestand veranderen delen van eiwitmoleculen die aan verschillende kanten van het celmembraan verschijnen niet van positie.

De bijzondere morfologie van celmembranen bepaalt hun elektrische kenmerken, waarvan de belangrijkste capaciteit en geleidbaarheid zijn.

Capacitieve eigenschappen worden voornamelijk bepaald door de fosfolipidedubbellaag, die ondoordringbaar is voor gehydrateerde ionen en tegelijkertijd dun genoeg (ongeveer 5 nm) om efficiënte ladingsscheiding en opslag mogelijk te maken, en elektrostatische interactie van kationen en anionen. Bovendien zijn de capacitieve eigenschappen van celmembranen een van de redenen die de tijdskarakteristieken bepalen van elektrische processen die plaatsvinden op celmembranen.

Geleidbaarheid (g) is het omgekeerde van elektrische weerstand en is gelijk aan de verhouding van de totale transmembraanstroom voor een bepaald ion tot de waarde die het transmembraanpotentiaalverschil bepaalde.

Verschillende stoffen kunnen door de fosfolipidedubbellaag diffunderen, en de mate van permeabiliteit (P), dat wil zeggen het vermogen van het celmembraan om deze stoffen door te laten, hangt af van het verschil in concentraties van de diffunderende stof aan beide zijden van het membraan, de oplosbaarheid ervan. in lipiden en de eigenschappen van het celmembraan. De diffusiesnelheid van geladen ionen onder constante veldomstandigheden in een membraan wordt bepaald door de mobiliteit van ionen, de dikte van het membraan en de verdeling van ionen in het membraan. Voor niet-elektrolyten heeft de permeabiliteit van het membraan geen invloed op de geleidbaarheid ervan, aangezien niet-elektrolyten geen ladingen dragen, dat wil zeggen dat ze geen elektrische stroom kunnen transporteren.

De geleidbaarheid van een membraan is een maatstaf voor de ionische permeabiliteit. Een toename van de geleidbaarheid duidt op een toename van het aantal ionen dat door het membraan gaat.

Een belangrijke eigenschap van biologische membranen is vloeibaarheid. Alle celmembranen zijn mobiele vloeistofstructuren: de meeste hun samenstellende moleculen van lipiden en eiwitten kunnen vrij snel in het vlak van het membraan bewegen

2. Vloeibaarkristalmodel van het membraan. Functies van membraaneiwitten, lipiden, koolhydraten. Laterale diffusie en flip-flop-overgang van lipiden. Kunstmatige membranen. Liposomen

Het vloeibare-kristalmodel wordt momenteel erkend als het organisatiemodel. Het werd voor het eerst voorgesteld door Singer en Nicholson in 1972. Volgens dit model is de basis van elk membraan een fosfolipidedubbellaag. Fosfolipidemoleculen zijn zo georiënteerd dat hun hydrofiele koppen naar buiten uitsteken en de buiten- en binnenoppervlakken van het membraan vormen, en hun hydrofobe staarten naar het midden van de bimoleculaire laag zijn gericht. Eiwitten lijken in de lipidenlaag te zweven. Oppervlakte-eiwitten bevinden zich op de buiten- en binnenoppervlakken van het membraan en worden voornamelijk vastgehouden door elektrostatische krachten. Integrale eiwitten kunnen dwars door de dubbele laag heen dringen. Dergelijke eiwitten zijn de belangrijkste component die verantwoordelijk is voor de selectieve permeabiliteit van cellen. membranen.

Naast fosfolipiden en eiwitten bevatten biologische membranen ook andere chemicaliën. verbindingen (cholesterol, glycolipiden, glycoproteïnen).

Functies van membraaneiwitten. Sommige membraaneiwitten zijn betrokken bij het transport van kleine moleculen door het celmembraan, waardoor de permeabiliteit ervan verandert. Membraantransporteiwitten kunnen worden onderverdeeld in kanaaleiwitten en dragereiwitten. Kanaaleiwitten bevatten interne met water gevulde poriën waardoor ionen (via ionkanalen) of watermoleculen door het membraan kunnen bewegen. Veel ionenkanalen zijn gespecialiseerd in het transporteren van slechts één ion; Kalium- en natriumkanalen maken dus vaak onderscheid tussen deze soortgelijke ionen en laten slechts één ervan door. Dragereiwitten binden elk getransporteerd molecuul of ion en kunnen actief transport uitvoeren met behulp van de energie van ATP. Eiwitten spelen ook een belangrijke rol in celsignaleringssystemen, in de immuunrespons en in cellen. fiets.

Functies van membraankoolhydraten. Het koolhydraatgedeelte van de glycolipiden en glycoproteïnen van het plasmamembraan bevindt zich altijd op het buitenoppervlak van het membraan, in contact met de intercellulaire substantie. Polysachariden fungeren, samen met eiwitten, als antigenen tijdens de celontwikkeling. immuniteit. Ze nemen deel aan het transport van glycoproteïnen en sturen ze naar hun bestemming in de cel of op het oppervlak ervan.

De belangrijkste functie van membraanlipiden is dat ze een dubbellaagse matrix vormen waarmee eiwitten interageren.

Laterale diffusie is de chaotische thermische beweging van lipide- en eiwitmoleculen in het vlak van het membraan. Tijdens laterale diffusie veranderen nabijgelegen lipidemoleculen abrupt van plaats en als resultaat van dergelijke opeenvolgende sprongen van de ene plaats naar de andere beweegt het molecuul langs het oppervlak van het membraan. De gemiddelde vierkante beweging van moleculen tijdens diffusie gedurende tijd t kan worden geschat met behulp van de formule van Einstein: Sq = 2cor(Dt), waarbij D de coëfficiënt is. lat. diffusie van moleculen.

De laterale diffusie van integrale eiwitten in het membraan is beperkt, dit komt door hun grote omvang en interactie met andere membranen. eiwitten. Membraaneiwitten bewegen niet van de ene kant van het membraan naar de andere ("flip-flop" -sprongen), zoals fosfolipiden.

De beweging van moleculen langs het oppervlak van het celmembraan in de loop van de tijd t werd experimenteel bepaald door de methode van fluorescerende labels - fluorescerende moleculaire groepen. Het bleek dat de gemiddelde vierkante beweging van een fosfolipidemolecuul per seconde langs het oppervlak van het erytrocytmembraan overeenkomt met een afstand van 5 micron, wat vergelijkbaar is met de grootte van de cellen. Een vergelijkbare waarde voor eiwitmoleculen was 0,2 µm per seconde.

Coëfficiënten berekend met behulp van de formule van Einstein. diffusie voor lipiden is 6 * 10 (v -12 st) kV.m/s, voor eiwitten - ongeveer 10 (v - 14 st) kV.m/s.

De frequentie van sprongen van een molecuul van de ene plaats naar de andere als gevolg van lat. diffusie kan worden gevonden met de formule: v = 2cor(3D/f), waarbij f het gebied is dat wordt ingenomen door één molecuul op het membraan.

Een kunstmatig membraan is gewoonlijk een stijve, selectief permeabele scheidingswand die het massaoverdrachtapparaat in twee werkzones verdeelt, waarin verschillende drukken en samenstellingen van het te scheiden mengsel worden gehandhaafd. Membranen kunnen worden gemaakt in de vorm van vlakke platen, buizen, capillairen en holle vezels. Membranen zijn gerangschikt in membraansystemen. De meest voorkomende kunstmatige membranen zijn polymeermembranen. Onder bepaalde omstandigheden kunnen keramische membranen met voordeel worden gebruikt. Sommige membranen worden gebruikt in een breed scala aan membraanbewerkingen, zoals microfiltratie, ultrafiltratie, omgekeerde osmose, pervaporatie, gasscheiding, dialyse of chromatografie. De toepassingsmethode hangt af van het type functionaliteit dat in het membraan zit, wat gebaseerd kan zijn op dimensionele isolatie, chemische affiniteit of elektrostatica.

Liposomen. of fosfolipideblaasjes (blaasjes), worden meestal verkregen door droge fosfolipiden in water te laten zwellen of door een oplossing van lipiden in water te injecteren. In dit geval vindt zelfassemblage van een bimoleculair lipidemembraan plaats. In dit geval bevinden alle niet-polaire hydrofobe staarten zich in het membraan en komt geen van hen in contact met polaire watermoleculen, maar vaker worden bolvormige multilamellaire liposomen verkregen, bestaande uit verschillende bimoleculaire lagen - meerlaagse liposomen.

De individuele bimoleculaire lagen van een meerlaags liposoom worden gescheiden door een waterig medium. De dikte van de lipidelagen is, afhankelijk van de aard van de lipiden, 6,5 - 7,5 nm, en de afstand daartussen is 1,5 - 2 nm. De diameter van meerlaagse liposomen varieert van 60 nm tot 400 nm of meer. Enkellaagse liposomen kunnen worden bereid verschillende methoden bijvoorbeeld uit een suspensie van meerlaagse liposomen, als ze worden behandeld met echografie. De diameter van enkellaagse liposomen is 25 - 30 nm. Liposomen zijn in zekere zin een prototype van een cel. Ze dienen als model voor het bestuderen van verschillende eigenschappen van cellen. membranen Liposomen hebben directe toepassing gevonden in de geneeskunde (fosfolipidemicrocapsule voor medicijnafgifte aan bepaalde organen en weefsels). Liposomen zijn niet giftig en worden volledig door het lichaam opgenomen.

3. Transport van niet-elektrolyten door celmembranen. Eenvoudige verspreiding. De vergelijking van Fick. Gefaciliteerde diffusie: transportmechanismen (mobiele, vaste dragers), verschil met eenvoudige diffusie

Het transport van niet-elektrolyten (suikers, aminozuren en nucleotiden, water) door celmembranen wordt uitgevoerd met behulp van poriën gevormd door transporteiwitten of lipiden die in het membraan zijn ondergedompeld.

Eenvoudige diffusie is de spontane beweging van een stof van plaatsen met een hogere concentratie naar plaatsen met een lagere concentratie van een stof als gevolg van de chaotische thermische beweging van moleculen. Diffusie van een stof door een lipidedubbellaag wordt veroorzaakt door een concentratiegradiënt in het membraan

Fick's vergelijking:

J m = - D dC/dx

J m is de stroomdichtheid van de stof.

dC/dx - concentratiegradiënt

D-diffusiecoëfficiënt

“-” - diffusie wordt gericht van een plaats met een hogere concentratie naar een plaats met een lagere concentratie

Pagina 214- Antonov.

Fick-fluxdichtheid

J m = -DdC/dx = -D(C m 2 - C m 1)/1 = D(C m 1 - C m 2)/L

C m - concentratie van een stof nabij elk oppervlak

L is de dikte van het membraan.

Er is een ander type diffusie ontdekt in biologische membranen: gefaciliteerde diffusie. Gefaciliteerde diffusie vindt plaats met de deelname van dragermoleculen. Gefaciliteerde diffusie vindt plaats van plaatsen met een hogere concentratie van de overgedragen stof naar plaatsen met een lagere concentratie. Blijkbaar verklaart gefaciliteerde diffusie ook de overdracht van aminozuren, suikers en andere biologisch belangrijke stoffen door biologische membranen.

Verschillen tussen gefaciliteerde diffusie en eenvoudige diffusie:

1) de overdracht van een stof met deelname van een drager vindt veel sneller plaats;

2) gefaciliteerde diffusie heeft de eigenschap van verzadiging: bij toenemende concentratie aan één kant van het membraan neemt de fluxdichtheid van de stof slechts tot een bepaalde limiet toe, wanneer alle dragermoleculen al bezet zijn;

3) bij gefaciliteerde diffusie wordt concurrentie tussen getransporteerde stoffen waargenomen in gevallen waarin de vervoerder verschillende stoffen vervoert; Bovendien worden sommige stoffen beter verdragen dan andere, en bemoeilijkt de toevoeging van sommige stoffen het transport van andere;

4) er zijn stoffen die gefaciliteerde diffusie blokkeren - ze vormen een sterk complex met dragermoleculen.

Een vorm van gefaciliteerde diffusie is transport met behulp van onbeweeglijke dragermoleculen die op een bepaalde manier door het membraan zijn gefixeerd. In dit geval wordt een molecuul van de getransporteerde stof overgedragen van het ene dragermolecuul naar het andere, alsof het een estafetterace betreft.

4. Transport van ionen door celmembranen. Elektrochemisch potentieel. Tiorell-vergelijking. Nerst-Planck-vergelijking. Betekenis van de vergelijking

Levende systemen op alle organisatieniveaus - open systemen Daarom is het transport van stoffen door biologische membranen een noodzakelijke voorwaarde voor het leven. Groot belang om het transport van stoffen te beschrijven heeft het concept van elektrochemisch potentieel.

Het chemische potentieel van een bepaalde stof is een waarde die numeriek gelijk is aan de Gibbs-energie per 1 mol van deze stof.

Wiskundig gezien wordt het chemische potentieel gedefinieerd als de partiële afgeleide van de Gibbs-energie G met betrekking tot de hoeveelheid van de k-de stof, bij constante temperatuur T, druk P en de hoeveelheden van alle andere stoffen m1:

m (mu) = (dG/dmk)P,T,m1

Voor een verdunde oplossing:

m = m0 +RTlnC,

waarbij m0 het standaard chemische potentieel is, numeriek gelijk aan het chemische potentieel van een bepaalde stof bij een concentratie van 1 mol/l in oplossing.

Elektrochemische potentiaal (mu met een streepje) is een waarde die numeriek gelijk is aan de Gibbs-energie G per 1 mol van een bepaalde stof die in een elektrisch veld wordt geplaatst.

Voor verdunde oplossingen

m (mu met een streepje) = m0 + RTlnC + zFф(phi),

waarbij F = 96500 C/mol het Faraday-getal is, en z de lading van het elektrolytion is.

Het transport van stoffen door biologische membranen kan worden onderverdeeld in 2 hoofdtypen: passief en actief.

Passief transport is de overdracht van een stof van plaatsen met een hoog elektrochemisch potentieel naar plaatsen met een lagere waarde. Passief transport vindt plaats met een afname van de Gibbs-energie, en daarom kan dit proces spontaan plaatsvinden zonder energieverbruik. Typen: osmose, filtratie, diffusie (eenvoudig en lichtgewicht).

Actief transport is de overdracht van materie van plaatsen met een lagere waarde van het elektrochemische potentieel naar plaatsen met een hogere waarde. Vergezeld van een toename van de Gibs-energie kan dit niet spontaan gebeuren, maar alleen met de besteding van ATP.

De stoffluxdichtheid jm tijdens passief transport voldoet aan de Theorell-vergelijking:

Jm = -UCdm(mu met lijn)/dx,

waarbij U de mobiliteit van deeltjes is, is C de concentratie. Het minteken geeft aan dat de overdracht plaatsvindt in de richting van afnemende elektrochemie. potentieel.

De fluxdichtheid van een stof is een waarde die numeriek gelijk is aan de hoeveelheid stof die per tijdseenheid wordt overgedragen door een oppervlakte-eenheid loodrecht op de overdrachtsrichting:

jm = m/S*t (mol/kV.m*s)

Door de uitdrukking voor het elektrochemische potentieel te vervangen, verkrijgen we de Nernst-Planck-vergelijking voor verdunde oplossingen bij m0 = const:

jm = -URTdC/dx - UczFdф(phi)/dx.

De Nernst-Planck-vergelijking beschrijft het proces van passief transport van ionen op het gebied van elektrochemisch potentieel. De stroom geladen ionen is evenredig met de elektrochemische potentiaalgradiënt in de x-asrichting en hangt af van de mobiliteit en concentratie van ionen:

Waar F het Faraday-getal is, is Z de valentie van het ion, en T is absolute temperatuur De R-gasconstante is de elektrische potentiaal op het membraan.

Er kunnen dus twee redenen zijn voor de overdracht van materie tijdens passief transport: de concentratiegradiënt dC/dx en de elektrische potentiaalgradiënt df/dx.

De mintekens vóór de gradiënten geven aan dat de concentratiegradiënt de overdracht van een stof veroorzaakt van plaatsen met een hogere concentratie naar plaatsen met een lagere concentratie, en dat de elektrische potentiaalgradiënt de overdracht van positieve ladingen veroorzaakt van plaatsen met een hogere naar plaatsen met een lagere potentiaal. .

5. Ionenkanalen. Definitie. Moleculair ontwerp. Selectief filteren. Mechanisme van ionentransport door een ionenkanaal

Ionenkanalen zijn porievormende eiwitten (enkele of hele complexen) die het potentiaalverschil in stand houden dat bestaat tussen de buiten- en binnenkant van het celmembraan van alle levende cellen. Ze behoren tot transporteiwitten. Met hun hulp bewegen ionen volgens hun elektrochemische gradiënten door het membraan.

IC's bestaan ​​uit eiwitten met een complexe structuur. IR-eiwitten hebben een zekere bevestiging, vormen een transmembraanporie en worden in de lipidelaag van het membraan ‘genaaid’. Een kanaaleiwitcomplex kan bestaan ​​uit één eiwitmolecuul of uit meerdere eiwitsubeenheden, identiek of verschillend qua structuur. Deze subeenheden kunnen door verschillende genen worden gecodeerd, afzonderlijk op ribosomen worden gesynthetiseerd en vervolgens tot een compleet kanaal worden samengevoegd. Domeinen zijn individuele, compact gevormde delen van een kanaaleiwit of subeenheden. Segmenten zijn delen van een kanaalvormend eiwit die opgerold zijn en het membraan hechten. Bijna alle IC's bevatten regulerende domeinen in hun subeenheden die in staat zijn zich te binden aan verschillende controlestoffen (regulerende moleculen) en daardoor de toestand of eigenschappen van het kanaal te veranderen. Bij potentieel geactiveerde IR bevat een van de transmembraansegmenten een speciale set aminozuren met positieve lading en werkt als sensor voor de elektrische potentiaal van het membraan. IC kan ook hulpsubeenheden bevatten die modulerende, structurele of stabiliserende functies uitvoeren. Eén klasse van dergelijke subeenheden is intracellulair en bevindt zich volledig in het cytoplasma, en de tweede is membraangebonden ze hebben transmembraandomeinen die het membraan overspannen.

Eigenschappen van ionkanalen:

1) Selectiviteit is een selectieve verhoogde permeabiliteit van IR voor bepaalde ionen. Voor andere ionen is de permeabiliteit verminderd. Deze selectiviteit wordt bepaald door het selectieve filter - het smalste punt van de kanaalporie. Het filter kan, naast zijn smalle afmetingen, ook een lokale elektrische lading hebben. Kationselectieve kanalen hebben bijvoorbeeld gewoonlijk negatief geladen aminozuurresiduen in het eiwitmolecuul in de regio van hun selectieve filter, die positieve kationen aantrekken en negatieve anionen afstoten, waardoor ze niet door de porie kunnen gaan.

2) Gecontroleerde permeabiliteit is het vermogen om te openen of te sluiten onder bepaalde controle-invloeden op het kanaal.

3) Inactivatie is het vermogen van een ionenkanaal, enige tijd na de opening ervan, om automatisch de permeabiliteit ervan te verminderen, zelfs in het geval dat de activerende factor die het kanaal heeft geopend, blijft werken.

4) Blokkeren is het vermogen van een ionkanaal, onder invloed van stoffen - blokkers, om een ​​van zijn toestanden te fixeren en niet te reageren op gewone controle-invloeden. De blokkering wordt veroorzaakt door stoffen die blokkers worden genoemd en die antagonisten, blokkers of lytica kunnen worden genoemd.

5) Plasticiteit is het vermogen van een ionkanaal om zijn eigenschappen en kenmerken te veranderen. Het meest voorkomende mechanisme dat voor plasticiteit zorgt, is de fosforylering van aminozuren van kanaaleiwitten binnen membranen met proteïnekinase-enzymen.

Ionenkanalen werken:

Ligand-gated ionenkanalen

Deze kanalen gaan open wanneer een zender zich bindt aan hun buitenste receptorplaatsen en hun bevestiging verandert. Wanneer ze opengaan, laten ze ionen binnen, waardoor de membraanpotentiaal verandert. Ligand-gated kanalen zijn vrijwel ongevoelig voor veranderingen in membraanpotentiaal. Ze genereren een elektrisch potentieel, waarvan de sterkte afhangt van de hoeveelheid zender die de synaptische spleet binnengaat en de tijd dat deze daar blijft.

Potentiaalafhankelijke ionkanalen

Deze kanalen zijn verantwoordelijk voor de voortplanting van actiepotentialen en openen en sluiten als reactie op veranderingen in het membraanpotentieel. Bijvoorbeeld natriumkanalen. Als de membraanpotentiaal op het rustpotentiaal wordt gehouden, zijn de natriumkanalen gesloten en is er geen natriumstroom. Als de membraanpotentiaal verschuift naar positieve kant Dan gaan de natriumkanalen open en beginnen natriumionen de cel binnen te dringen langs een concentratiegradiënt. 0,5 ms nadat de nieuwe membraanpotentiaal is vastgesteld, zal deze natriumstroom een ​​maximum bereiken. En na een paar milliseconden zakt het naar bijna nul. Dit betekent dat de kanalen na enige tijd sluiten als gevolg van inactivatie, zelfs als het celmembraan gedepolariseerd blijft. Maar nadat ze gesloten zijn, verschillen ze van de toestand waarin ze zich bevonden voordat ze opengingen; nu kunnen ze niet meer openen als reactie op de depolarisatie van het membraan, dat wil zeggen dat ze worden geïnactiveerd. Ze zullen in deze toestand blijven totdat het membraanpotentieel terugkeert naar zijn oorspronkelijke waarde en voorbijgaat herstel periode, wat een paar milliseconden duurt.

6. Actief transport van ionen. Diafragma pomp. Definitie. Moleculair ontwerp van de natrium-kaliumpomp

Actief transport is de overdracht van een stof van plaatsen met een lager elektrochemisch potentieel naar plaatsen met een hogere waarde. Actief transport in het membraan gaat gepaard met een toename van de Gibbs-energie; het kan niet spontaan plaatsvinden, maar alleen vergezeld van het proces van ATP-hydrolyse, dat wil zeggen als gevolg van het verbruik van energie die is opgeslagen in hoogenergetische bindingen van ATP. Actief transport van stoffen over biologische membranen is van groot belang. Door actief transport ontstaan ​​in het lichaam concentratiegradiënten, elektrische potentiaalgradiënten, drukgradiënten etc., die levensprocessen ondersteunen.

Een membraanpomp is een volumetrische pomp, waarvan het werkelement een flexibele plaat (membraan, membraan) is die aan de randen is bevestigd; de plaat buigt onder invloed van een hefboommechanisme (mechanische actuator) of als gevolg van veranderingen in luchtdruk (pneumatische actuator) of vloeistof (hydraulische actuator), waardoor een functie wordt uitgevoerd die gelijkwaardig is aan die van een zuiger in een zuigerpomp.

Onder de voorbeelden van actief transport tegen een concentratiegradiënt is de natrium-kaliumpomp het best bestudeerd. Tijdens de werking ervan worden voor elke twee positieve K-ionen drie positieve Na+-ionen vanuit de cel naar de cel overgebracht. Dit werk gaat gepaard met de accumulatie van een elektrisch potentiaalverschil op het membraan. Tegelijkertijd wordt ATP afgebroken, wat energie oplevert. Jarenlang bleef de moleculaire basis van de natrium-kaliumpomp onduidelijk. Er is nu vastgesteld dat het Na/K-transporteiwit een ATPase is. Aan de binnenkant van het membraan breekt het ATP af in ADP en fosfaat. De energie van één ATP-molecuul wordt gebruikt om drie natriumionen uit de cel en tegelijkertijd twee kaliumionen de cel in te transporteren, d.w.z. in totaal wordt in één cyclus één positieve lading uit de cel verwijderd. De Na/K-pomp is dus elektrogeen (produceert een elektrische stroom door het membraan), wat resulteert in een toename van de elektronegativiteit van de membraanpotentiaal met ongeveer 10 mV. Het transporteiwit voert deze bewerking uit hoge snelheid: 150 tot 600 natriumionen per seconde. De aminozuursequentie van het transporteiwit is bekend, maar het mechanisme van dit complexe metabolische transport is nog niet duidelijk. Dit proces wordt beschreven met behulp van energieprofielen van de overdracht van natrium- of kaliumionen door eiwitten (Fig. 1.5,-6). Door de aard van de veranderingen in deze profielen, geassocieerd met constante veranderingen in de conformatie van het transporteiwit (een proces dat energie vereist), kan men de stoichiometrie van de uitwisseling beoordelen: twee kaliumionen worden uitgewisseld voor drie natriumionen.

Naast de Na/K-pomp plasma membraan bevat elk ten minste een andere pomp is calcium; Deze pomp pompt calciumionen (Ca2+) uit de cel en zorgt ervoor dat de intracellulaire concentratie ervan op een extreem laag niveau blijft. De calciumpomp is aanwezig met een zeer hoge dichtheid in het sarcoplasmatisch reticulum van spiercellen, dat calciumionen ophoopt als gevolg van de afbraak van ATP-moleculen

7. Membraanpotentieel, definitie, waarde. Methoden voor het meten van MP. Voorwaarden voor het optreden van MP. De rol van passieve en actieve krachten

Membraanpotentiaal is het verschil in elektrische potentiaal tussen de buiten- en binnenoppervlakken van een biologisch membraan, veroorzaakt door ongelijke concentraties van ionen, voornamelijk Na en K.

MP (rustpotentiaal) wordt geregistreerd tussen de buiten- en binnenkant van een levende cel. De aanwezigheid ervan is te wijten aan de ongelijke verdeling van ionen. De binnenkant van het membraan is negatief geladen ten opzichte van de buitenkant. De grootte van de MP is verschillend in verschillende cellen: zenuwcel - 60-80 mV, dwarsgestreepte spiervezels - 80-90 mV, hartspier - 90-95 mV. Met constante functionele staat het rustpotentieel van de cel verandert niet; het handhaven van de constante waarde ervan wordt verzekerd door het normale verloop van het cellulaire metabolisme. Onder invloed van verschillende factoren kan de omvang van het MP veranderen.

MP-onderzoek heeft brede toepassing gevonden in biomedische laboratoria en in de klinische praktijk voor diagnostiek. verschillende ziekten Centraal zenuwstelsel, cardiovasculair systeem en spierstelsel. Bij het ontladen van de totale bio-elektronen. potentiëlen uit de zenuwbanen van spieren, hersenen, hart en andere organen, worden oppervlakte-macro-elektroden gebruikt. In sommige gevallen worden intracavitaire elektroden gebruikt of elektroden die rechtstreeks in het weefsel worden ingebracht. Voor het registreren van MP-metingen individuele cellen Meestal worden intracellulaire en extracellulaire puntmicro-elektroden gebruikt. De elektroden zijn aangesloten op een DC-versterker of wisselstroom. De versterker kan worden aangesloten op een apparaat voor geautomatiseerde verwerking van bio-elektrische signalen. Het mechanisme van optreden hangt samen met de aanwezigheid van bepaalde fysisch-chemische stoffen. gradiënten tussen individuele weefsels van het lichaam, tussen de vloeistof die de cel omgeeft en zijn cytoplasma, tussen individuele cellulaire elementen. Het voorkomen in levende cellen is te wijten aan de ongelijkmatige concentratie van ionen op de binnen- en buitenoppervlakken van het membraan en de verschillende permeabiliteit ervan.

8. Nerst-vergelijking. Nerst's potentieel, zijn aard. Steady-state membraanpotentiaal. Goldman-Hodgkin-vergelijking

Actiepotentiaal is een elektrische impuls die optreedt tussen de binnen- en buitenkant van het membraan en wordt veroorzaakt door veranderingen in de ionische permeabiliteit van het membraan.

Fasen Pd.

1) Depolarisatiefase-

Depolarisatiefase. Wanneer een depolariserende stimulus bijvoorbeeld op een cel inwerkt, elektrische stroom vindt de initiële gedeeltelijke depolarisatie van het celmembraan plaats zonder de permeabiliteit ervan voor ionen te veranderen. Wanneer de depolarisatie ongeveer 50% van de drempelwaarde (50% van de drempelpotentiaal) bereikt, neemt de permeabiliteit van het celmembraan voor Na+ toe, en aanvankelijk relatief langzaam. Uiteraard is de snelheid waarmee Na+ de cel binnendringt laag. Tijdens deze periode, zoals tijdens de gehele eerste fase (depolarisatie), zijn de concentratie- en elektrische gradiënten de drijvende kracht die ervoor zorgt dat Na+ de cel binnenkomt.

Laten we niet vergeten dat de binnenkant van de cel negatief geladen is (tegengestelde ladingen trekken elkaar aan) en dat de concentratie Na+ buiten de cel 10-12 keer groter is dan binnen de cel. De voorwaarde die ervoor zorgt dat Na+ de cel binnendringt, is een toename van de permeabiliteit van het celmembraan, die wordt bepaald door de toestand van het poortmechanisme van Na-kanalen (in sommige cellen, vooral in hartspiercellen, in gladde spiervezels, gecontroleerde kanalen voor Ca2+ spelen een belangrijke rol bij het optreden van AP). De verblijfsduur van het elektrisch gestuurde kanaal in open toestand hangt af van de waarde van de membraanpotentiaal. De totale ionenstroom op elk moment wordt bepaald door het aantal open kanalen in het celmembraan. Het deel van het ionkanaal dat naar de extracellulaire ruimte is gericht, verschilt van het deel van het kanaal dat naar de cellulaire omgeving is gericht (P.G. Kostyuk).

Het poortmechanisme van Na-kanalen bevindt zich aan de buiten- en binnenkant van het celmembraan, het poortmechanisme van K-kanalen bevindt zich aan de binnenkant (K+ beweegt de cel uit). De kanalen voor Na+ hebben activerings-m-poorten, die zich bevinden buiten celmembraan (Na+ beweegt de cel binnen tijdens zijn excitatie) en inactivatie /g-poort aan de binnenkant van het celmembraan. Onder rustomstandigheden is de activerings-w-poort gesloten, de inactivatie-/r-poort is overwegend (ongeveer 80%) open; De kalium-activeringspoort is ook gesloten; er is geen inactivatiepoort voor K+. Sommige auteurs noemen w-poorten snel en m-poorten langzaam, omdat ze later reageren dan m-poorten tijdens celexcitatie. De latere m-gate-reactie gaat echter gepaard met een verandering in de cellading, evenals de m-gate, die opengaat tijdens depolarisatie van het celmembraan. De r-poort sluit tijdens de inversiefase, wanneer de lading in de cel positief wordt, wat de reden is voor de sluiting ervan. In dit geval stopt de toename van de AP-piek. Daarom is het beter om m-gates vroeg op te roepen, en A-gates laat.

Wanneer de celdepolarisatie een kritische waarde bereikt (Ecr, critical level of depolarization - KUD), die meestal -50 mV is (andere waarden zijn mogelijk), neemt de permeabiliteit van het membraan voor Na+ scherp toe: een groot aantal spanningsafhankelijke I-poorten van Na-kanalen en Na+-openingen stormen als een lawine de kooi binnen. In 1 ms passeren maximaal 6000 ionen door één open Na-kanaal. Als gevolg van de intense Na+-stroom in de cel vindt het depolarisatieproces zeer snel plaats. De zich ontwikkelende depolarisatie van het celmembraan veroorzaakt een extra toename van de permeabiliteit ervan en, uiteraard, van de Na+ geleidbaarheid: steeds meer activerings-w-poorten van Na-kanalen gaan open, waardoor de Na+-stroom in de cel het karakter krijgt van een regeneratief proces. Als gevolg hiervan verdwijnt de PP en wordt deze gelijk aan nul. De depolarisatiefase eindigt hier.

2) Repolarisatiefase.

In deze fase is de permeabiliteit van het celmembraan voor K+-ionen nog steeds hoog en blijven K+-ionen de cel snel verlaten afhankelijk van de concentratiegradiënt. De cel heeft weer een negatieve lading aan de binnenkant en een positieve lading aan de buitenkant, dus de elektrische gradiënt verhindert dat K* de cel verlaat, waardoor de geleidbaarheid afneemt, ook al blijft hij de cel verlaten. Dit wordt verklaard door het feit dat het effect van de concentratiegradiënt veel sterker is dan het effect van de elektrische gradiënt. Het gehele dalende deel van de AP-piek is dus het gevolg van het vrijkomen van het K+-ion uit de cel. Vaak wordt aan het einde van AP een vertraging van de repolarisatie waargenomen, wat wordt verklaard door een afname van de permeabiliteit van het celmembraan voor K + -ionen en een vertraging in hun uitgang uit de cel als gevolg van de sluiting van het K-kanaal hek. Een andere reden voor de vertraging van de stroom van K + -ionen houdt verband met een toename van de positieve potentiaal van het buitenoppervlak van de cel en de vorming van een tegengesteld gerichte elektrische gradiënt. De hoofdrol bij het optreden van AP wordt gespeeld door het Na+-ion, dat de cel binnendringt wanneer de permeabiliteit van het celmembraan toeneemt en het gehele stijgende deel van de AP-piek verzorgt. Bij vervanging van het Na+-ion in het medium door een ander ion, bijvoorbeeld choline, of bij het blokkeren van Na-kanalen met tetrodotoxine, ontstaat er geen AP in de zenuwcel. Maar ook de permeabiliteit van het membraan voor het K+-ion speelt een belangrijke rol. Als de toename van de permeabiliteit voor het K + -ion wordt voorkomen door tetraethylammonium, wordt het membraan, na de depolarisatie ervan, veel langzamer gerepolariseerd, alleen als gevolg van langzame ongecontroleerde kanalen (ionenlekkanalen), waardoor K + de cel zal verlaten. De rol van Ca 2+-ionen bij het optreden van AP in zenuwcellen is onbeduidend; in sommige neuronen is deze significant, bijvoorbeeld in de dendrieten van Purkinje-cellen in het cerebellum.

9. Ionisch mechanisme voor het optreden van actiepotentialen

Het actiepotentiaal is gebaseerd op veranderingen in de ionische permeabiliteit van het celmembraan die zich in de loop van de tijd opeenvolgend ontwikkelen. Wanneer een cel wordt blootgesteld aan een irriterend middel, neemt de permeabiliteit van het membraan voor Na+-ionen (Fig. 1) sterk toe als gevolg van de activering (opening) van natriumkanalen. In dit geval variëren de Na+-ionen in concentratie.

Rijst. 1

Tegelijkertijd Na-ionen+ intensief bewegen langs de concentratiegradiënt van buiten naar de intracellulaire ruimte. Het binnendringen van Na+-ionen in de cel wordt ook vergemakkelijkt door elektrostatische interactie. Als resultaat wordt de permeabiliteit van het membraan voor Na+ 20 keer groter dan de permeabiliteit voor K+-ionen.

Omdat de stroom van Na+ de cel in begint te gaan boven de kaliumstroom uit de cel, vindt er een geleidelijke afname van het rustpotentieel plaats, wat leidt tot een omkering: een verandering in het teken van het membraanpotentiaal. In dit geval wordt het binnenoppervlak van het membraan positief ten opzichte van het buitenoppervlak. Deze veranderingen in membraanpotentiaal komen overeen met de stijgende fase van het actiepotentiaal (depolarisatiefase).

Het membraan wordt gekenmerkt verhoogde doorlaatbaarheid alleen voor Na+-ionen zeer een korte tijd 0,2 - 0,5 ms. Hierna neemt de permeabiliteit van het membraan voor Na+-ionen weer af en voor K+ toe. Als gevolg hiervan wordt de stroom van Na+ naar de cel sterk verzwakt en neemt de stroom van K+ uit de cel toe (Fig. 2.).

Tijdens een actiepotentiaal komt een aanzienlijke hoeveelheid Na+ de cel binnen en verlaten K+-ionen de cel. Het herstel van de cellulaire ionenbalans wordt uitgevoerd dankzij het werk van de Na +, K + - AT-fasepomp, waarvan de activiteit toeneemt met een toename van de interne concentratie van Na + -ionen en een toename van de externe concentratie van K + ionen. Dankzij de werking van de ionenpomp en de verandering in membraanpermeabiliteit voor Na+ en K+ wordt hun initiële concentratie in de intra- en extracellulaire ruimte geleidelijk hersteld.

Het resultaat van deze processen is membraanrepolarisatie: de interne inhoud van de cel krijgt opnieuw een negatieve lading ten opzichte van het buitenoppervlak van het membraan.

10. Mechanische hartcyclus. Het hart is als een zeskamerpomp. Bloedvolume in shockminuut. Werk, hartkracht

Mechanisch werk van het hart. Hartcyclus.

Het mechanische werk van het hart houdt verband met de samentrekking van het myocardium. De arbeid van de rechter hartkamer is driemaal minder dan de arbeid van de linker hartkamer. Vanuit mechanisch oogpunt is het hart een pomp van ritmische actie, die wordt vergemakkelijkt door het klepapparaat. De ritmische samentrekkingen en ontspanningen van het hart zorgen voor een continue bloedstroom. De samentrekking van de hartspier wordt systole genoemd, de ontspanning ervan wordt diastole genoemd. Bij elke ventriculaire systole wordt bloed uit het hart naar de aorta en de longstam geduwd. Onder normale omstandigheden zijn systole en diastole duidelijk in de tijd gecoördineerd. De periode inclusief één samentrekking en daaropvolgende ontspanning van het hart vormt de hartcyclus. De duur bij een volwassene is 0,8 seconden met een samentrekkingsfrequentie van 70 - 75 keer per minuut. Het begin van elke cyclus is de atriale systole. Het duurt 0,1 seconde. Aan het einde van de atriale systole begint de atriale diastole, evenals de ventriculaire systole. Ventriculaire systole duurt 0,3 seconden. Op het moment van de systole neemt de bloeddruk in de ventrikels toe en bereikt deze 25 mm Hg in de rechterventrikel. Art., en links - 130 mm Hg. Kunst. Aan het einde van de ventriculaire systole begint een algemene ontspanningsfase, die 0,4 seconden duurt. Over het algemeen bedraagt ​​de ontspanningsperiode van de atria 0,7 seconden, en die van de ventrikels 0,5 seconden. De fysiologische betekenis van de relaxatieperiode is dat gedurende deze tijd het myocardium ondergaat metabolische processen tussen cellen en bloed, d.w.z. de werking van de hartspier wordt hersteld.

Basisindicatoren van de hartfunctie

Het systolische (slag)volume is het bloedvolume dat in één systole uit het hart wordt geduwd. Gemiddeld is dit bij een volwassene in rust 150 ml (75 ml voor elk ventrikel). Door het systolische volume te vermenigvuldigen met het aantal weeën per minuut, kunt u het minuutvolume achterhalen. Deze bedraagt ​​gemiddeld 4,5 - 5,0 liter. Systolische en minuutvolumes zijn niet constant; ze veranderen sterk afhankelijk van fysieke en emotionele stress.

Werk van het hart

Ac=Alzh+Apzh

Apzh=0,2Alzh

Alzh=P*Vud+ (mv 2 /2)

m=dichtheid per impactvolume

Ac=1,2Vsp (P+ dichtheid* v 2/2)

De arbeid van het hart tijdens 1 samentrekking is ongeveer gelijk aan 1 J

Hartkracht N=Ac

11. Het mechanisme voor het omzetten van de gepulseerde uitstoot van bloed uit het hart in een continue bloedstroom in de arteriële bloedvaten. De theorie van de pulserende kamer. Puls, pulsgolf. Perifeer hart

Omdat het bloed in afzonderlijke delen door het hart wordt uitgestoten, heeft de bloedstroom in de slagaders een pulserend karakter, waardoor de lineaire en volumetrische snelheden voortdurend veranderen: ze zijn maximaal in de aorta en de longslagader op het moment van hartinfarct. ventriculaire systole en afname tijdens diastole. In haarvaten en aderen is de bloedstroom constant, dat wil zeggen dat de lineaire snelheid constant is. De eigenschappen van de arteriële wand zijn van belang bij de transformatie van een pulserende bloedstroom naar een constante bloedstroom. De continue bloedstroom door het vasculaire systeem wordt bepaald door de uitgesproken elastische eigenschappen van de aorta en grote slagaders. In het cardiovasculaire systeem wordt een deel van de kinetische energie die door het hart wordt ontwikkeld tijdens de systole besteed aan het strekken van de aorta en de grote slagaders die daaruit voortkomen.

Deze laatste vormen een elastische of compressiekamer waarin een aanzienlijk volume bloed binnendringt, waardoor het wordt uitgerekt; in dit geval wordt de door het hart ontwikkelde kinetische energie omgezet in de energie van de elastische spanning van de slagaderwanden. Wanneer de systole eindigt, hebben de uitgerekte arteriële wanden de neiging te ontsnappen en bloed in de haarvaten te duwen, waardoor de bloedstroom tijdens de diastole behouden blijft.

De arteriële puls is de ritmische oscillatie van de slagaderwand veroorzaakt door een toename van de druk tijdens de systole.

De pulsgolf, of oscillerende veranderingen in de diameter of het volume van arteriële bloedvaten, wordt veroorzaakt door een golf van verhoogde druk die optreedt in de aorta op het moment dat bloed uit de ventrikels wordt verdreven. Op dit moment stijgt de druk in de aorta sterk en strekt de wand zich uit. Golf hoge bloeddruk en de trillingen van de vaatwand die door dit uitrekken worden veroorzaakt, planten zich met een bepaalde snelheid voort van de aorta naar de arteriolen en haarvaten, waar de pulsgolf uitsterft.

Perifeer hart

Bij verschillende samentrekkingen werken spiervezels op de spiervezels die zich evenwijdig aan hen bevinden aderen En in de vorm van talloze unieke intramusculaire micropompen zuigen ze arterieel bloed aan bij de ingang van de spier, waardoor het pompwerk van het hart wordt vergemakkelijkt, dit bloed door de intramusculaire bloedvaten wordt geduwd en uit de skeletspier wordt gepompt. zuurstofarm bloed naar het hart met energie die de maximale bloeddruk 2-3 keer overschrijdt. Als het hart, zoals we weten, pompt arterieel bloed met een druk van 120 mm Hg. Art., dan is de skeletspier in staat veneus bloed te pompen met een kracht van 200, 250 en zelfs 300 mm Hg. Art., het terugbrengen naar het hart om het te vullen.

Een spier die volledig geïsoleerd is van het lichaam en ingesloten is in een kunstmatige bloedcirculatiecirkel, is in staat om zelfstandig bloed door deze cirkel te bewegen tijdens samentrekking in het beeld en de gelijkenis van het hart. Daarom kan het het “perifere hart” (PS) worden genoemd. Het is uiterst belangrijk dat deze talrijke ‘perifere harten’ – en er zijn er meer dan 1000 in termen van het aantal skeletspieren bij mensen – onafhankelijk werken als zuig- en afvoermicropompen, niet alleen tijdens verschillende soorten contracties: ritmisch, aritmisch, tonisch, tetanisch, auxotonisch, enz., maar ook tijdens het strekken. Anders kunnen we zeggen dat ze geen “stationair toerental” hebben.

12. Hemodynamica in één enkel vat. De vergelijking van Pausel. Hydraulische weerstand. Wetten van systeembrede hemodynamiek

Hemodynamica is de beweging van bloed door de bloedvaten als gevolg van het verschil in hydrostatische druk in de bloedvaten verschillende gebieden bloedsomloop(bloed stroomt uit het gebied hoge druk naar het lage gedeelte).

We beschouwen een enkel vat als een buis met een cirkelvormige dwarsdoorsnede, verlengd in vergelijking met zijn dwarsafmetingen. De elasticiteit van de wanden verwijst naar de mogelijkheid om de doorsnede van bloedvaten onder invloed van druk te veranderen.

Poisel heeft experimenteel vastgesteld dat de gemiddelde snelheid van laminaire vloeistofstroom door een smalle horizontale cirkelvormige pijp met constante doorsnede direct evenredig is met het drukverschil P1 en P2 bij de inlaat en uitlaat van de pijp, het kwadraat van de straal van de pijp, en omgekeerd evenredig op de buislengte l en viscositeit n.

Vav = (R (in kV) / 8n)*(P1 - P2)/l

Hydraulische weerstand, weerstand tegen de beweging van vloeistoffen (en gassen) door leidingen, kanalen, enz., vanwege hun viscositeit.

w = 8nl/pi r (in 4 st)

De waarde w wordt hydraulische weerstand genoemd. Het is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de straal en neemt daarom aanzienlijk toe met afnemende buisradius.

De kracht die druk in het vasculaire systeem creëert, is het hart. Bij een persoon van middelbare leeftijd wordt bij elke samentrekking van het hart 60-70 ml bloed (systolisch volume) of 4-5 l/min (minuutvolume) in het vasculaire systeem geduwd. Drijvende kracht bloed wordt gegenereerd door het drukverschil dat optreedt aan het begin en einde van de buis.

Bijna op alle afdelingen vasculaire systeem de bloedstroom is laminair van aard: het bloed beweegt in afzonderlijke lagen parallel aan de as van het vat. In dit geval blijft de laag grenzend aan de wand van het vat vrijwel bewegingloos, de tweede laag glijdt langs deze laag, en daarlangs, op zijn beurt, de derde, enz. De gevormde elementen van bloed vormen de centrale, axiale stroming, het plasma beweegt dichter naar de wand van het vat. Hoe kleiner de diameter van het vat, hoe dichter de centrale lagen zich bij de muur bevinden en hoe meer de snelheid van hun beweging wordt vertraagd als gevolg van de viskeuze interactie met de muur. Over het algemeen betekent dit dat de bloedstroomsnelheid in kleine bloedvaten lager is dan in grote bloedvaten. Het is gemakkelijk om de juistheid van deze positie te verifiëren door de bloedstroomsnelheden in verschillende delen van het vaatbed te vergelijken. In de aorta is het 50-70 cm/s, in slagaders - van 40 tot 10, arteriolen - 10-0,1, haarvaten - minder dan 0,1, venulen - minder dan 0,3, aderen - 0,3--5,0, vena cava - - 5--20 cm/s.

Naast laminaire beweging in het vasculaire systeem is er sprake van turbulente beweging met een karakteristieke turbulentie van het bloed. Bloeddeeltjes bewegen niet alleen evenwijdig aan de as van het vat, zoals bij laminaire bloedstroom, maar ook loodrecht daarop. Het resultaat van een dergelijke complexe beweging is een aanzienlijke toename van de interne wrijving van de vloeistof. In dit geval zal de volumetrische snelheid van de bloedstroom niet langer evenredig zijn met de drukgradiënt, maar ongeveer gelijk zijn aan de vierkantswortel ervan. Turbulente bewegingen komen meestal voor in gebieden met vertakkingen en vernauwing van slagaders, in gebieden met scherpe bochten van bloedvaten.

Bloed is een suspensie van gevormde elementen in een colloïdale zoutoplossing; het heeft een bepaalde viscositeit, die geen constante waarde is. Wanneer bloed door een capillair stroomt waarvan de diameter kleiner is dan 1 mm, neemt de viscositeit af. De daaropvolgende verkleining van de diameter van het capillair vermindert de viscositeit van het stromende bloed verder. Deze hemodynamische paradox wordt verklaard door het feit dat tijdens de beweging van bloed de rode bloedcellen geconcentreerd zijn in het midden van de bloedstroom. De bijna-wandlaag bestaat uit puur plasma met een veel lagere viscositeit, waarlangs gevormde elementen gemakkelijk glijden. Als gevolg hiervan verbeteren de omstandigheden van de bloedstroom en nemen de drukdalingen af, wat in het algemeen de toename van de bloedviscositeit en de afname van de stroomsnelheid in kleine slagaders compenseert. De overgang van laminaire naar turbulente bloedstroom gaat gepaard met een aanzienlijke toename van de weerstand tegen de bloedstroom.

De relatie tussen de aard van de vloeistofstroom in starre buizen en de druk wordt meestal bepaald met behulp van de Poiseuille-formule. Met behulp van deze formule kunt u de weerstand R tegen de bloedstroom berekenen, afhankelijk van de viscositeit R, de lengte l en de straal r van het bloedvat:

Het vasculaire systeem als geheel kan worden weergegeven als in serie en parallel verbonden buizen van verschillende lengtes en diameters. Bij een serieschakeling is de totale weerstand de som van de weerstanden van de afzonderlijke vaten:

R = R 1 + R 2 + … + R n.

Bij een parallelle verbinding wordt de weerstandswaarde berekend met een andere formule:

1/R = 1/R 1 + 1/R 2 + ... + + 1/Rn.

Gezien de complexiteit van de geometrie van de bloedvaten van het hele organisme, de variabiliteit ervan, afhankelijk van het openen en sluiten van shunts, collateralen, de mate van samentrekking van gladde spieren, elasticiteit van de wanden, veranderingen in de viscositeit van het bloed en andere redenen, in echte omstandigheden Het is moeilijk om de waarde van vasculaire weerstand te berekenen. Daarom wordt het gewoonlijk gedefinieerd als het quotiënt van de bloeddruk P gedeeld door het minuutbloedvolume Q:

Voor het gehele vasculaire systeem van het lichaam als geheel is deze formule alleen van toepassing op voorwaarde dat aan het einde van het systeem, dat wil zeggen in de vena cava nabij de plaats waar ze in het hart uitmonden, de druk dichtbij is. nul. Dienovereenkomstig, als het nodig is om de weerstand van een afzonderlijk deel van het vasculaire systeem te berekenen, heeft de formule de vorm

R=P 1 --P 2 /Q

De waarden van P 1 en P 2 weerspiegelen de druk aan het begin en einde van het bepaalde gedeelte.

De belangrijkste kinetische energie die nodig is voor de bloedbeweging wordt tijdens de systole door het hart doorgegeven. Een deel van deze energie wordt besteed aan het voortstuwen van bloed, het andere wordt omgezet in potentiële energie van de elastische wand van de aorta, grote en middelgrote slagaders, uitgerekt tijdens de systole. Hun eigenschappen zijn afhankelijk van de aanwezigheid van elastische en collageenvezels, waarvan de rek ongeveer zes keer hoger is dan bijvoorbeeld rubberen draden van dezelfde dikte. Tijdens diastole wordt de energie van de aortawand en bloedvaten omgezet in kinetische energie van de bloedbeweging.

Naast elasticiteit en rekbaarheid, d.w.z. passieve eigenschappen, hebben bloedvaten ook het vermogen om actief te reageren op veranderingen in de bloeddruk daarin. Naarmate de druk toeneemt, trekken de gladde spieren van de wanden samen en neemt de diameter van het vat af. De pulserende bloedstroom die wordt gecreëerd door de functie van het hart, als gevolg van de kenmerken van de aorta en grote bloedvaten, wordt dus geëgaliseerd en wordt relatief continu.

De belangrijkste indicatoren van de hemodynamiek zijn de volumetrische snelheid, de bloedcirculatiesnelheid en de druk in verschillende delen van het vasculaire systeem.

De volumetrische snelheid van de bloedbeweging karakteriseert de hoeveelheid (in milliliter) die per tijdseenheid (1 min) door de dwarsdoorsnede van een bloedvat stroomt. De volumetrische snelheid van de bloedstroom is direct evenredig met het drukverschil aan het begin en einde van het vat en omgekeerd evenredig met de weerstand ervan tegen de bloedstroom. In het lichaam komt de uitstroom van bloed uit het hart overeen met de instroom ervan. Dit betekent dat het bloedvolume dat per tijdseenheid door het gehele arteriële en veneuze systeem van de systemische en pulmonale circulatie stroomt hetzelfde is.

De lineaire snelheid van de bloedbeweging (v) karakteriseert de bewegingssnelheid van de deeltjes ervan langs het vat tijdens laminaire stroming. Het wordt uitgedrukt in centimeters per seconde en wordt gedefinieerd als de verhouding van de volumetrische bloedstroomsnelheid Q tot het dwarsdoorsnedeoppervlak van het vat pr 2:

De op deze manier verkregen waarde is een puur gemiddelde indicator, omdat volgens de wetten van laminaire beweging de snelheid van de bloedbeweging in het midden van het vat maximaal is en afneemt in de lagen grenzend aan de vaatwand.

De lineaire snelheid van de bloedstroom is ook verschillend in individuele delen van het vaatbed langs de vaatboom. Het hangt af van de totale oppervlakte van de lumens van vaten van dit kaliber in het beschouwde gebied. De aorta heeft de kleinste doorsnede en daarom is de snelheid van de bloedbeweging daarin het hoogst: 50-70 cm/s. Haarvaten hebben het grootste totale dwarsdoorsnedeoppervlak; bij zoogdieren is dit ongeveer 600-800 keer zo groot als meer oppervlakte dwarsdoorsnede van de aorta. Dienovereenkomstig bedraagt ​​de bloedsnelheid hier ongeveer 0,05 cm/s. In slagaders is dit 20-40 cm/s, in arteriolen is dit 0,5 cm/s. Vanwege het feit dat wanneer de aderen samenvloeien, hun totale lumen afneemt, neemt de lineaire snelheid van de bloedstroom weer toe en bereikt 20 cm/s in de vena cava (Fig. 9.30).

Het bloed wordt in afzonderlijke porties naar buiten geduwd, zodat de bloedstroom in de aorta en slagaders pulseert. Tegelijkertijd neemt de lineaire snelheid ervan toe tijdens de systolefase en neemt af tijdens de diastole. In het capillaire netwerk verdwijnen, als gevolg van de structurele kenmerken van de daaraan voorafgaande slagaders, pulsimpulsen en wordt de lineaire snelheid van de bloedstroom constant.

Soortgelijke documenten

Fysieke basis van het gebruik van lasertechnologie in de geneeskunde. Soorten lasers, werkingsprincipes. Interactiemechanisme laserstraling met biologische weefsels. Veelbelovend laser methoden in geneeskunde en biologie. Seriematig geproduceerde medische laserapparatuur.

samenvatting, toegevoegd op 30-08-2009


Bipolaire afleidingen van elektrocardiografie (volgens Einthoven). Plaatsing van borstelektroden voor ECG. Precordiale cartografie. Vorming van de elektrische as van het hart, extrasystole. Het mechanisme van het optreden van de P- en T-golven, P-Q- en ST-segmenten en het QRS-complex.

presentatie, toegevoegd 01/08/2014


Het concept van metrologie en standaardisatie, geschiedenis en belangrijkste ontwikkelingsfasen, regelgevingsdocumenten en legale basis. Het belang van elektrocardiografie in de moderne geneeskunde, het mechanisme van de implementatie ervan. Rechtvaardiging en optimalisatie van elektrocardiograafverificatie.

proefschrift, toegevoegd op 15-02-2014


De energiebron die nodig is voor de beweging van bloed door de bloedvaten. Basisfunctie van het hart. Locatie van het hart borstholte. Gemiddelde hartgrootte van een volwassene. Het werk van de linker- en rechterventrikel, mitralis- en aortakleppen.

presentatie, toegevoegd op 25-12-2011


Fysiologische basis van elektrocardiografie. Apex-slag van het hart. Basismethoden voor het bestuderen van hartgeluiden, een diagram van de belangrijkste punten om ernaar te luisteren. De belangrijkste componenten van een normaal en abnormaal elektrocardiogram (golven, intervallen, segmenten).

presentatie, toegevoegd 01/08/2014


De ontdekking van röntgenstralen door Wilhelm Roentgen, de geschiedenis en betekenis van dit proces in de geschiedenis. De structuur van een röntgenbuis en de relatie tussen de belangrijkste elementen, werkingsprincipes. Eigenschappen van röntgenstraling, de biologische effecten ervan, rol in de geneeskunde.

presentatie, toegevoegd op 21-11-2013


Geschiedenis van de ontdekking van röntgenstraling. Het mechanisme voor de productie ervan met behulp van een kathodebuis. Biologische effecten van röntgenstraling. De toepassingen ervan in de geneeskunde en de wetenschap. Elektronenbundeltomograaf. De invloed van artefacten op de beeldkwaliteit tijdens het scannen.

presentatie, toegevoegd op 29-03-2016


Formules voor het berekenen van het hartminuutvolume of het slagvolume. Factoren die het minuutbloedvolume verhogen. Mechanische activiteit van het hart en het principe van polycardiografie. Algemene indicatoren van de mechanische activiteit van het hart. Soorten regulerende effecten op het hart.

presentatie, toegevoegd op 13-12-2013


fysieke eigenschappen geluid. Het concept van echografie en het werkingsprincipe van elektromechanische zenders. Biomedische toepassingen van echografie. Diagnostische en onderzoeksmethoden: tweedimensionale en Doppler-echoscopie, harmonische beeldvorming.

presentatie, toegevoegd op 23-02-2013


Organisatie van membranen. Transport van stoffen door membranen. Het centrale mechanisme voor het reguleren van de ademhalingsorganen. Nefron is de structurele en functionele eenheid van de nier. Functionele verbindingen van de hypothalamus met de hypofyse. Het probleem van lokalisatie van functies in de hersenschors.