Gurdżijew. Prawo Trzech

Zgódźmy się nazwać wolnym ciało, jeśli jego ruchy nie są niczym ograniczone. Ciało, którego ruchy są ograniczone przez inne ciała, nazywamy niewolnymi, a ciałami ograniczającymi ruchy dane ciało, połączenia. Jak już wspomniano, w punktach styku powstają siły oddziaływania pomiędzy danym ciałem a połączeniami. Siły, z którymi wiązania działają na dane ciało, nazywane są reakcjami wiązań.

Siły niezależne od połączeń nazywane są siłami czynnymi (danymi), a reakcje połączeń nazywane są siłami pasywnymi.

W mechanice przyjmuje się następujące stanowisko, zwane czasem zasadą wyzwolenia: każde ciało niewolne można uznać za swobodne, jeśli działania wiązań zastąpimy reakcjami zachodzącymi na dane ciało.

W statyce reakcje wiązań można w całości wyznaczyć korzystając z warunków lub równań równowagi ciała, które zostaną ustalone później, jednak ich kierunki w wielu przypadkach można wyznaczyć biorąc pod uwagę właściwości wiązań:

Główne typy połączeń:

1. Jeżeli ciało stałe spoczywa na idealnie gładkiej (bez kolców) powierzchni, to punkt styku ciała z powierzchnią może swobodnie przesuwać się po powierzchni, ale nie może poruszać się w kierunku prostopadłym do powierzchni. Reakcja idealnie gładkiej powierzchni jest skierowana wzdłuż wspólnej normalnej do stykających się powierzchni.

Jeśli ciało ma gładką powierzchnię i opiera się na czubku, wówczas reakcja jest skierowana prostopadle do powierzchni samego ciała.

2. Złącze sferyczne.

3. Zawias cylindryczny jest podporą stałą. Reakcja takiej podpory przebiega przez jej oś, a kierunek reakcji może być dowolny (w płaszczyźnie równoległej do osi podpory).

4. Podpora przegubowa cylindryczna i ruchoma.

GŁÓWNE ZADANIA STATYKI.

1. Problem doprowadzenia układu sił: w jaki sposób można zastąpić ten układ innym, zwłaszcza najprostszym, mu równoważnym?

2. Problem równowagi: jakie warunki musi spełniać układ sił przyłożonych do danego ciała, aby był układem zrównoważonym?

Pierwsze główne zadanie jest ważne nie tylko w statyce, ale także w dynamice. Drugi problem pojawia się często w przypadkach, gdy wiadomo, że istnieje równowaga. W tym przypadku warunki równowagi ustalają związek pomiędzy wszystkimi siłami przyłożonymi do ciała. W wielu przypadkach, wykorzystując te warunki, można wyznaczyć reakcje podporowe. Choć zakres zainteresowań statyki ciał stałych nie ogranicza się do tego, należy mieć na uwadze, że wyznaczenie reakcji wiązań (zewnętrznych i wewnętrznych) jest niezbędne do późniejszego obliczenia wytrzymałości konstrukcji.

Siłą nazywa się miarą mechanicznego oddziaływania ciał materialnych.

Siła F- określa się wielkość wektora i jego wpływ na ciało:

• moduł Lub wartość numeryczna siły (F);
• kierunek siła (ortom mi);
• punkt zastosowania siły (punkt A).

Prostą AB, wzdłuż której skierowana jest siła, nazywamy linią działania siły.

Siłę można ustawić:

• geometrycznie, czyli jako wektor o znanym module F i znanym kierunku określonym przez wektor jednostkowy mi ;
• analitycznie, czyli jego rzuty F x, F y, F z na osie wybranego układu współrzędnych Oxyz.

Punkt przyłożenia siły A należy określić za pomocą jego współrzędnych x, y, z.

Projekcje siły są powiązane z jej modułem i cosinusy kierunkowe(cosinusy kątów , , , które siła tworzy z osiami współrzędnych Ox, Oy, Oz) z następującymi zależnościami:

F=(F x 2 +F y 2 +F x 2) ; mi x = cos =F x /F; e y = cos = F y /F; e z =cos =F z /F;

Wytrzymałość F, działający na ciało absolutnie sztywne, można uznać za przyłożone do dowolnego punktu na linii działania siły (taki wektor nazywa się przesuwny). Jeżeli na ciało stałe odkształcalne działa siła, to nie można przenieść jej punktu przyłożenia, gdyż przy takim przeniesieniu zmieniają się siły wewnętrzne w ciele (wektor ten nazywa się przyłączony).

Jednostką siły w układzie SI jest niuton (N); Stosowana jest również większa jednostka 1kN=1000N.

Ciała materialne mogą oddziaływać na siebie poprzez bezpośredni kontakt lub na odległość. W zależności od tego siły można podzielić na dwie kategorie:

• powierzchowny siły przyłożone do powierzchni ciała (na przykład siły nacisku na ciało z boku środowisko);
• objętościowy (masowy) siły przyłożone do danej części objętości ciała (na przykład siły grawitacyjne).

Nazywa się siły powierzchniowe i objętościowe Rozpowszechniane siły. W niektórych przypadkach można uznać, że siły są rozłożone wzdłuż określonej krzywej (na przykład siły ciężaru cienkiego pręta). Siły rozproszone charakteryzują się intensywność (gęstość), czyli całkowita ilość siły na jednostkę długości, powierzchni lub objętości. Intensywność może być stała ( równomiernie siła) lub zmienna wartość.

Jeśli można zaniedbać małe wymiary obszaru działania sił rozproszonych, wówczas rozważamy stężony siła przyłożona do ciała w jednym punkcie (pojęcie warunkowe, ponieważ praktycznie niemożliwe jest przyłożenie siły do ​​jednego punktu ciała).

Siły przyłożone do rozważanego ciała można podzielić na zewnętrzny i wewnętrzny. Zewnętrzne to siły działające na to ciało z innych ciał, a wewnętrzne to siły, z którymi części tego ciała oddziałują ze sobą.

Jeżeli ruch danego ciała w przestrzeni jest ograniczony przez inne ciała, wówczas nazywa się to niewolny. Nazywa się ciała, które ograniczają ruch danego ciała znajomości.

Aksjomat połączeń: połączenia można mentalnie odrzucić, a ciało uznać za wolne, jeśli działanie połączeń na ciało zostanie zastąpione odpowiednimi siłami, zwanymi reakcje połączeń.

Reakcje wiązań mają inny charakter niż wszystkie inne siły działające na ciało, które nie są reakcjami, jak to się zwykle nazywa aktywny siły. Różnica polega na tym, że reakcja wiązania nie jest całkowicie zdeterminowana przez samo wiązanie. Jego wielkość, a czasami i kierunek, zależą od sił czynnych działających na dane ciało, które są zwykle znane z góry i nie zależą od innych sił przyłożonych do ciała. Ponadto siły czynne, działające na ciało w spoczynku, mogą nadać mu taki lub inny ruch; Reakcje wiązań nie mają tej właściwości, dlatego są również nazywane bierny siły.

4. Metoda przekrojów. Wewnętrzne współczynniki mocy.
Aby określić, a następnie obliczyć dodatkowe siły w dowolnym przekroju belki, stosujemy metodę przekrojów. Istota metody przekroju polega na tym, że belkę przecina się mentalnie na dwie części i rozważa się równowagę dowolnej z nich pod wpływem wszystkich sił zewnętrznych i wewnętrznych przyłożonych do tej części. Będąc siłami wewnętrznymi dla całego ciała, pełnią rolę sił zewnętrznych dla wybranej części.

Niech ciało będzie w równowadze pod wpływem sił: (rysunek 5.1, a). Przetnijmy to samolotem S i odrzuć prawą stronę (rysunek 5.1, b). Prawo rozkładu sił wewnętrznych na przekroju poprzecznym jest w ogólnym przypadku nieznane. Aby je znaleźć w każdej konkretnej sytuacji, należy wiedzieć, jak dane ciało ulega deformacji pod wpływem sił zewnętrznych.

Zatem metoda przekroju umożliwia wyznaczenie jedynie sumy sił wewnętrznych. Opierając się na hipotezie ciągłej struktury materiału, można założyć, że siły wewnętrzne we wszystkich punktach danego przekroju reprezentują obciążenie rozłożone.

Sprowadźmy układ sił wewnętrznych w środku ciężkości do wektora głównego i momentu głównego (rysunek 5.1, c). Rzutując i na osi współrzędnych, otrzymujemy Duży obraz stan naprężenia-odkształcenia rozważanego przekroju belki (rysunek 5.1, d).

5. Rozciąganie osiowe – ściskanie

Pod rozciąganie (kompresja) zrozumieć ten rodzaj obciążenia, w którym w przekrojach pręta powstają tylko siły podłużne, a pozostałe współczynniki sił są równe zeru.

Siła wzdłużna– siła wewnętrzna równa sumie rzutów wszystkich sił zewnętrznych, pobrane z jednej strony przekroju, do osi pręta. Przyjmijmy co następuje reguła znaku dla siły wzdłużnej : siła wzdłużna rozciągająca jest dodatnia, siła ściskająca jest ujemna

Zasada wyzwolenia.
Połączenia i reakcje połączeń

Jak już wspomniano w poprzednich artykułach, statyka bada warunki, w jakich ciała i punkty materialne znajdują się w stanie równowagi. Wydawać by się mogło, że dzięki aksjomatom statyki, które opisują podstawowe właściwości oddziaływania sił pomiędzy ciałami, rozwiązywanie problemów równowagi ciał nie powinno nastręczać trudności – można znaleźć nieznane siły, wiedząc, że muszą być równoważone znanymi siłami, stąd klucz do rozwiązania.
Główną trudnością w obliczeniach jest jednak to, że siły są wielkościami wektorowymi i do rozwiązywania problemów konieczna jest znajomość nie tylko ich wymiarów skalarnych (modułów), ale także kierunku w przestrzeni, a także punktów przyłożenia. W rezultacie okazuje się, że każda nieznana siła zawiera w sobie trzy pytania: dokąd jest skierowana, gdzie jest stosowana i jaki jest jej wymiar?

Analiza połączeń pomiędzy ciałami pozwala wyeliminować pewne nieznane składowe sił. Jak już wiemy, wszystkie ciała i punkty materialne dzielą się na wolne i związane (niewolne). W statyce najczęściej trzeba rozwiązywać problemy, w których uwzględnia się stan równowagi ciał związanych, czyli posiadanie pewnych (lub całkowitych) ograniczeń ruchu w przestrzeni względem innych ciał.
Ograniczenia te nazywane są znajomości.

Przykładami połączeń ograniczających ruch ciała może być powierzchnia lub podpora, na której leży ciało, sztywne osadzenie części ciała w układzie wykluczającym jakikolwiek ruch, a także połączenia elastyczne i przegubowe, które częściowo ograniczają zdolność ciała do poruszania się w przestrzeni.
Analiza takich połączeń pozwala zrozumieć, jakie czynniki siłowe powstają w nich, przeciwdziałając ruchowi połączonego ciała. Te czynniki siły nazywane są siły reakcji Lub reakcje połączeń (zwykle nazywa się je po prostu reakcje) .
Siły, jakie ciało wywiera (naciska) na wiązania, nazywane są siłami siły nacisku .
Należy zauważyć, że przykładane są siły reakcji i ciśnienia różne ciała, dlatego nie reprezentują układu sił.

Siły działające na dowolne ciało można podzielić na czynne i reaktywne.
Siły aktywne mają tendencję do poruszania w przestrzeni ciała, do którego są przyczepione, oraz siły reakcji - zapobiegać temu ruchowi. Siły reakcji wiązania są klasyfikowane jako siły reakcji.
Podstawowa różnica między siłami aktywnymi a siłami reaktywnymi polega na tym, że wielkość sił reaktywnych zależy od wielkości sił czynnych, ale nie odwrotnie. Często nazywane są siły aktywne.

Przy rozwiązywaniu większości problemów statycznych ciało niewolne jest konwencjonalnie przedstawiane jako swobodne przy użyciu tzw zasada wyzwolenia, który jest sformułowany w następujący sposób: każde niewolne (związane) ciało można uznać za wolne, jeśli odrzucimy połączenia i zastąpimy je reakcjami.

Typowe połączenia między ciałami i ich reakcje

Rozważmy najczęstsze połączenia, a także reakcje zachodzące w nich pod wpływem przyłożonych obciążeń.

Idealnie gładka płaszczyzna

Reakcja idealnie gładkiej płaszczyzny jest skierowana prostopadle do płaszczyzny odniesienia w stronę ciała, ponieważ takie połączenie zapobiega ruchowi ciała tylko w jednym kierunku - w stronę płaszczyzny odniesienia, tj. prostopadle do niej (patrz rysunek 1, a).
Jeśli ciało znajduje się na pochyłej płaszczyźnie, to siła jego ciężkości G można rozłożyć na dwie składowe, z których jedna będzie skierowana równolegle do płaszczyzny (Xa), drugi jest do niego prostopadły (Tak). W takim przypadku pierwsza siła będzie miała tendencję do przesuwania ciała wzdłuż płaszczyzny w kierunku zbocza, a druga będzie dociskać je do płaszczyzny (patrz rysunek 1, b).
Reakcja nachylonej płaszczyzny będzie równa składowej prostopadłej do płaszczyzny i skierowanej w kierunku przeciwnym do tej składowej, równoważąc ją. Jeżeli ciało dotyka płaszczyzny jednym punktem (np. piłka lub róg), wówczas reakcja zostanie zastosowana do tego punktu ciała.
W innych przypadkach, gdy ciało styka się z płaszczyzną o jakiejś powierzchni, interakcja następuje poprzez obciążenie rozłożone na tej powierzchni (obciążenie rozproszone).

Idealnie gładka powierzchnia

Idealnie gładka powierzchnia (różni się od płaszczyzny krzywoliniowością) reaguje prostopadle do płaszczyzny stycznej, tj. prostopadle do powierzchni nośnej w kierunku ciała, ponieważ normalny jest jedynym kierunkiem ruchu ciała, na który to połączenie nie pozwala (patrz rysunek 1, c).

Punkt zakotwiczenia lub krawędź narożnika

Jeżeli ruch ciała jest ograniczony punktem stałym lub krawędzią kąta, reakcja połączenia skierowana jest prostopadle do powierzchni idealnie gładkiego ciała w stronę ciała, gdyż normalna do powierzchni ciała to jedyny kierunek, w którym ruch jest ograniczony przez tego typu połączenie (patrz rysunek 1, G).

Elastyczna komunikacja

Reakcja połączenia elastycznego (gwint elastyczny) zapobiega oddalaniu się nadwozia od punktu zawieszenia i dlatego jest skierowana wzdłuż połączenia od nadwozia do punktu zawieszenia, czyli punktu przyłożenia reakcji połączenia elastycznego i znany jest jego kierunek. Rysunek 2 przedstawia elastyczne połączenie, które służy jako łącznik pomiędzy dwoma prętami a korpusem.

W konstrukcjach powszechne są połączenia zwane zawiasami. Zawias to ruchome połączenie dwóch korpusów (części), umożliwiające jedynie obrót wokół wspólny punkt(przegub kulowy) lub wokół wspólnej osi (zawias cylindryczny). Zastanówmy się, jakie reakcje zachodzą, gdy ciało jest wiązane za pomocą zawiasów.

Idealnie gładkie połączenie cylindryczne

Kiedy korpus jest związany zawiasem cylindrycznym, może poruszać się wzdłuż osi zawiasu i obracać się względem tej osi. Reakcja zawiasu cylindrycznego przebiega w płaszczyźnie prostopadłej do jego osi i przecina tę oś. Kierunek wektora reakcji przegubu na tej płaszczyźnie zależy od kierunku wektora obciążenia.
Przykładem zawiasu cylindrycznego jest zwykłe łożysko toczne.

Idealnie gładki przegub kulowy

W tym przypadku wiadomo z góry, że reakcja przechodzi przez środek zawiasu, gdyż korpus połączony przegubem kulowym może obracać się w dowolnym kierunku względem osi zawiasu, ale nie może wykonywać żadnych liniowych ruchów w przestrzeni, tj. odsuń się od środka zawiasu lub podejdź do niego.

Idealnie gładkie łożysko oporowe

Łożysko oporowe można rozpatrywać jako połączenie przegubu cylindrycznego i płaszczyzny podparcia, dlatego uważa się, że reakcja łożyska oporowego składa się z dwóch elementów: Xa I Tak. W tym przypadku jedna z reakcji będzie skierowana wzdłuż normalnej do podpory w stronę korpusu (jak w płaszczyźnie odniesienia), druga - prostopadle do osi łożyska oporowego (jak zawias cylindryczny).
Całkowita reakcja łożyska oporowego będzie równa sumie wektorów tych składników: R za = X za + Y za.

Pręt zawiasowy

Pręt umocowany na dwóch końcach w idealnie gładkich przegubach i obciążony na końcach (rys. 2), reaguje tylko wzdłuż linii łączącej osie przegubów, czyli wzdłuż swojej osi (zgodnie z III aksjomatem statyki). W takim przypadku reakcję pręta można skierować w stronę środka zawiasu (punkt mocowania) i od niego (w zależności od kierunku obciążenia), ponieważ tego typu połączenie utrzymuje ciało w stałej odległości, zapobiegając jego oddalaniu się lub zbliżaniu. To zasadniczo odróżnia pręt od połączenia elastycznego, w którym reakcja jest zawsze skierowana od punktu mocowania w stronę połączenia (elastyczne połączenie zapobiega jedynie oddalaniu się ciała, nie uniemożliwiając mu zbliżenia się do punktu mocowania).

Twarde uszczelnienie

Ten rodzaj połączenia całkowicie pozbawia ciało możliwości poruszania się w dowolnym kierunku i obracania się względem dowolnej osi lub punktu.
Kiedy ciało jest sztywno osadzone (rys. 3), w podporze powstaje nie tylko siła reakcji R A, ale także moment reakcji M A.
Sztywne osadzenie jest „czarnym koniem” w obliczeniach, ponieważ początkowo nie jest znany ani kierunek reakcji, ani ich wielkość, zwłaszcza jeśli obciążenie jest reprezentowane przez układ sił. Niemniej jednak, stosując rozkład sił czynnych na składowe, możliwe jest spójne wyznaczenie siła reakcji RA i moment reakcji M A działający w uszczelnieniu sztywnym.
Jeśli ciało jest połączone nie tylko połączeniem sztywnym, ale także innym rodzajem połączenia, problem staje się nierozwiązywalny konwencjonalnymi metodami statyki, ponieważ nieznanych reakcji jest więcej niż możliwej liczby równań równowagi.

Na tej stronie podano przykład rozwiązania problemu wyznaczania reakcji osadzania sztywnego.

Pojęcie drewna i belek w mechanice technicznej

W statyce często konieczne jest rozwiązywanie problemów dotyczących stanu równowagi elementów konstrukcyjnych zwanych belkami.
Brus Ogólnie przyjmuje się, że ciało stałe ma długość znacznie większą niż jego wymiary poprzeczne. Za oś belki uważa się geometryczne położenie (zestaw) środków ciężkości wszystkich przekrojów tej belki.
Nazywa się belkę o prostej osi, umieszczoną na podporach i wyginaną pod wpływem przyłożonych do niej obciążeń Belka.

Pogląd: ten artykuł został przeczytany 64013 razy

Pdf Wybierz język... Rosyjski Ukraiński Angielski

Krótka recenzja

Całość materiału pobiera się powyżej, po wybraniu języka

Mechanika techniczna

Nowoczesna produkcja, charakteryzująca się wysoką mechanizacją i automatyzacją, oferuje zastosowanie duża ilość różne maszyny, mechanizmy, instrumenty i inne urządzenia. Projektowanie, produkcja i obsługa maszyn nie jest możliwa bez wiedzy z zakresu mechaniki.

Mechanika techniczna - dyscyplina obejmująca podstawowe dyscypliny mechaniczne: mechanikę teoretyczną, wytrzymałość materiałów, teorię maszyn i mechanizmów, części maszyn oraz podstawy projektowania.

Mechanika teoretyczna - dyscyplina badająca prawa ogólne ruch mechaniczny i mechaniczne oddziaływanie ciał materialnych.

Mechanika teoretyczna należy do dyscyplin podstawowych i stanowi podstawę wielu dyscyplin inżynierskich.

Mechanika teoretyczna opiera się na prawach zwanych prawami mechaniki klasycznej lub prawami Newtona. Prawa te ustala się poprzez podsumowanie wyników dużej liczby obserwacji i eksperymentów. Ich aktualność została zweryfikowana przez wieki praktycznej działalności człowieka.

Statyka - część mechaniki teoretycznej. w którym bada się siły, ustala się metody przekształcania układów sił w równoważne oraz warunki równowagi sił przyłożonych do ciał stałych.

Punkt materialny - ciało fizyczne o określonej masie, którego wymiary można pominąć badając jego ruch.

System punktów materialnych lub system mechaniczny - jest to zbiór punktów materialnych, w którym położenie i ruch każdego punktu zależą od położenia i ruchu innych punktów tego układu.

Solidny jest układem punktów materialnych.

Absolutnie sztywny korpus - ciało, w którym odległości pomiędzy dwoma jego dowolnymi punktami pozostają niezmienione. Uznając ciała za absolutnie stałe, nie uwzględniają odkształceń zachodzących w ciałach rzeczywistych.

Siła F- wielkość będąca miarą mechanicznego oddziaływania ciał i określająca intensywność i kierunek tego oddziaływania.

Jednostką siły w układzie SI jest niuton (1 N).

Jak w przypadku każdego wektora, dla siły można znaleźć rzut siły na osie współrzędnych.

Rodzaje sił

Przez siły wewnętrzne nazwać siły oddziaływania pomiędzy punktami (ciałami) danego układu

Przez siły zewnętrzne nazywane są siłami działającymi na punkty materialne (ciała) danego układu od punktów materialnych (ciał), które nie należą do tego układu. Siły zewnętrzne (obciążenie) to siły czynne i reakcje sprzęgające.

Masa Są podzielone na:

• wolumetryczny- rozmieszczone w całej objętości ciała i przyłożone do każdej z jego cząstek (własny ciężar konstrukcji, siły przyciągania magnetycznego, siły bezwładności).
• powierzchowny- stosowane do obszarów powierzchni i charakteryzujące bezpośrednie oddziaływanie kontaktowe obiektu z otaczającymi ciałami:
  • stężony- obciążenia działające na platformę, której wymiary są małe w porównaniu z wymiarami samego elementu konstrukcyjnego (nacisk obręczy koła na szynę);
  • Rozpowszechniane- obciążenia działające na platformę, których wymiary nie są małe w porównaniu z wymiarami samego elementu konstrukcyjnego (gąsienice ciągnika naciskają na belkę mostu); intensywność obciążenia rozłożonego na długości elementu, Q N/m.

Aksjomaty statyki

Aksjomaty odzwierciedlają właściwości sił działających na ciało.

1.Aksjomat bezwładności (Prawo Galileusza).
Pod wpływem wzajemnie równoważących się sił punkt materialny (ciało) pozostaje w spoczynku lub porusza się równomiernie i prostoliniowo.

2.Aksjomat równowagi dwóch sił.
Dwie siły przyłożone do ciała stałego zostaną zrównoważone tylko wtedy, gdy będą równej wielkości i skierowane wzdłuż tej samej linii prostej w przeciwnym kierunku.

Drugi aksjomat jest warunkiem równowagi ciała pod działaniem dwóch sił.

3.Aksjomat dodawania i odrzucania sił zrównoważonych.
Działanie danego układu sił na ciało absolutnie sztywne nie ulegnie zmianie, jeśli dodamy lub odejmiemy od niego jakikolwiek zrównoważony układ sił.
Konsekwencja. Bez zmiany stanu ciała absolutnie sztywnego, siłę można przenieść wzdłuż jego linii działania do dowolnego punktu, zachowując niezmieniony moduł i kierunek. Oznacza to, że siła przyłożona do absolutnie sztywnego ciała jest wektorem ślizgowym.

4. Aksjomat równoległoboku sił.
Wypadkowa dwóch sił przecinających się w jednym punkcie przykładana jest w punkcie ich przekroju i wyznaczana przez przekątną równoległoboku zbudowanego na tych siłach jako boki.

5. Aksjomat akcji i reakcji.
Każdej akcji odpowiada reakcja o jednakowej wielkości i przeciwnym kierunku.

6. Aksjomat równowagi sił działających na ciało odkształcalne podczas jego krzepnięcia (zasada utwardzania).
Równowaga sił działających na ciało odkształcalne (układ zmienny) zostaje zachowana, jeśli ciało uznamy za zestalone (idealne, niezmienne).

7. Aksjomat wyzwolenia ciała z więzów.
Nie zmieniając stanu ciała, każde niewolne ciało można uznać za wolne, jeśli odrzuci się połączenia, a ich działania zastąpią reakcjami.

Połączenia i ich reakcje

Wolne ciało to ciało, które może wykonywać dowolne ruchy w przestrzeni w dowolnym kierunku.

Znajomości nazywane są ciałami, które ograniczają ruch danego ciała w przestrzeni.

Ciało swobodne to ciało, którego ruch w przestrzeni jest ograniczony przez inne ciała (połączenia).

Reakcja połączenia (wsparcie) jest siłą, z jaką wiązanie działa na dane ciało.

Reakcja połączenia jest zawsze skierowana przeciwnie do kierunku, w którym połączenie przeciwdziała ewentualnemu ruchowi ciała.

Aktywna (ustawiona) siła , jest to siła, która charakteryzuje działanie innych ciał na dane ciało i powoduje lub może powodować zmianę jego stanu kinematycznego.

Siła reakcji - siła charakteryzująca działanie wiązań na dane ciało.

Zgodnie z aksjomatem o uwolnieniu ciała z więzów, każde ciało niewolne można uznać za wolne, uwalniając je z więzów i zastępując ich działania reakcjami. To jest zasada wyzwolenia z powiązań.

Układ zbiegających się sił

Układ zbiegających się sił − jest układem sił, których linie działania przecinają się w jednym punkcie.

Układ zbieżnych sił równoważny jednej sile - wynikowy , która jest równa sumie wektorów sił i przyłożonych w przekroju linii ich działania.

Metody wyznaczania wypadkowego układu sił zbieżnych.

1. Metoda równoległoboków sił - W oparciu o aksjomat równoległoboku sił każde dwie siły danego układu są sukcesywnie redukowane do jednej siły - wypadkowej.
2. Konstrukcja wielokąta wektorów sił - Kolejno, poprzez równoległe przeniesienie każdego wektora siły na punkt końcowy poprzedniego wektora, konstruuje się wielokąt, którego boki są wektorami sił układu, a strona zamykająca jest wektorem wynikowy układ zbiegających się sił.

Warunki równowagi układu sił zbieżnych.

1. Warunek geometryczny równowagi zbieżnego układu sił: dla równowagi układu zbieżnych sił konieczne i wystarczające jest, aby zbudowany na tych siłach wielokąt wektorowy sił był domknięty.
2. Analityczne warunki równowagi układu zbieżnych sił: dla równowagi układu zbieżnych sił konieczne i wystarczające jest, aby sumy algebraiczne rzutów wszystkich sił na osie współrzędnych były równe zeru.

Język: rosyjski, ukraiński

Format: pdf

Rozmiar: 800 KV

Przykład obliczeń koła zębatego czołowego
Przykład obliczenia koła zębatego czołowego. Dokonano doboru materiału, obliczenia dopuszczalnych naprężeń, obliczenia wytrzymałości stykowej i zginającej.

Przykład rozwiązania problemu zginania belki
W przykładzie skonstruowano wykresy sił poprzecznych i momentów zginających, znaleziono niebezpieczny przekrój i wybrano dwuteownik. W zadaniu dokonano analizy konstrukcji diagramów wykorzystując zależności różniczkowe oraz przeprowadzono analizę porównawczą różnych przekrojów belki.

Przykład rozwiązania problemu skręcania wału
Zadanie polega na badaniu wytrzymałości wału stalowego przy zadanej średnicy, materiale i dopuszczalnym naprężeniu. Podczas rozwiązywania konstruowane są wykresy momentów obrotowych, naprężeń ścinających i kątów skręcenia. Ciężar własny wału nie jest brany pod uwagę

Przykład rozwiązania problemu rozciągania-ściskania pręta
Zadanie polega na badaniu wytrzymałości pręta stalowego przy określonych naprężeniach dopuszczalnych. Podczas rozwiązywania konstruowane są wykresy sił podłużnych, naprężeń normalnych i przemieszczeń. Ciężar własny wędki nie jest brany pod uwagę

Zastosowanie twierdzenia o zachowaniu energii kinetycznej
Przykład rozwiązania zadania z wykorzystaniem twierdzenia o zachowaniu energii kinetycznej układu mechanicznego

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

1. Błona komórkowa: definicja, funkcje błony, właściwości fizyczne

Błona komórkowa to ultracienka warstwa na powierzchni komórki lub organelli komórkowej, składająca się z dwucząsteczkowej warstwy lipidów z osadzonymi białkami i polisacharydami.

Funkcje membrany:

· Bariera – zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem. Na przykład błona peroksysomowa chroni cytoplazmę przed nadtlenkami niebezpiecznymi dla komórki. Przepuszczalność selektywna oznacza, że ​​przepuszczalność membrany dla różnych atomów lub cząsteczek zależy od ich wielkości, ładunku elektrycznego i właściwości chemiczne. Selektywna przepuszczalność zapewnia, że ​​komórka i przedziały komórkowe są oddzielone od środowiska i zaopatrzone w niezbędne substancje.

· Transport – transport substancji do i z komórki odbywa się poprzez błonę. Transport przez membrany zapewnia: dostawę składniki odżywcze, usuwanie końcowych produktów metabolizmu, wydzielanie różnych substancji, tworzenie gradientów jonowych, utrzymanie optymalnego pH i stężenia jonów w komórce, niezbędnych do funkcjonowania enzymów komórkowych. Cząsteczki, które z jakiegokolwiek powodu nie są w stanie przejść przez dwuwarstwę fosfolipidową (na przykład ze względu na właściwości hydrofilowe, ponieważ wewnętrzna błona jest hydrofobowa i nie przepuszcza substancji hydrofilowych lub ze względu na ich duży rozmiar), ale niezbędne dla komórki , mogą przenikać przez błonę poprzez specjalne białka nośnikowe (transportery) i białka kanałowe lub poprzez endocytozę. W transporcie pasywnym substancje przenikają przez dwuwarstwę lipidową bez wydatkowania energii zgodnie z gradientem stężeń w wyniku dyfuzji. Odmianą tego mechanizmu jest dyfuzja ułatwiona, w której określona cząsteczka pomaga substancji przejść przez membranę. Cząsteczka ta może mieć kanał, przez który przechodzi tylko jeden rodzaj substancji. Transport aktywny wymaga energii, ponieważ zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Na błonie znajdują się specjalne białka pompujące, w tym ATPaza, która aktywnie pompuje jony potasu (K+) do komórki i wypompowuje z niej jony sodu (Na+).

· matrix – zapewnia określone względne położenie i orientację białek błonowych, ich optymalne oddziaływanie.

· mechaniczny – zapewnia komórce autonomię, jej struktury wewnątrzkomórkowe, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach). Większa rola w zapewnianiu funkcja mechaniczna mają ściany komórkowe, a u zwierząt - substancję międzykomórkową.

· energia – podczas fotosyntezy w chloroplastach i oddychania komórkowego w mitochondriach w ich błonach działają systemy przenoszenia energii, w których uczestniczą także białka;

· receptor – niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały). Na przykład hormony krążące we krwi działają tylko na komórki docelowe, które mają receptory odpowiadające tym hormonom. Neuroprzekaźniki (substancje chemiczne zapewniające przewodzenie impulsów nerwowych) wiążą się również ze specjalnymi białkami receptorowymi w komórkach docelowych.

· enzymatyczny – białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.

· realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów. Za pomocą membrany w komórce utrzymuje się stałe stężenie jonów: stężenie jonu K + wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, a stężenie Na + jest znacznie niższe, co jest bardzo ważne, ponieważ zapewnia to utrzymanie różnicy potencjałów na błonie i wygenerowanie impulsu nerwowego.

· znakowanie komórki – na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „etykiet” pozwalających na identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. To również pozwala układ odpornościowy rozpoznaje obce antygeny.

Niektóre cząsteczki białka dyfundują swobodnie w płaszczyźnie warstwy lipidowej; w stanie normalnym części cząsteczek białka pojawiające się po różnych stronach błony komórkowej nie zmieniają swojego położenia.

Specjalna morfologia błon komórkowych determinuje ich Parametry elektryczne, wśród których najważniejsze to pojemność i przewodność.

O właściwościach pojemnościowych decyduje głównie dwuwarstwa fosfolipidowa, która jest nieprzepuszczalna dla uwodnionych jonów, a jednocześnie na tyle cienka (ok. 5 nm), aby zapewnić skuteczną separację i magazynowanie ładunku oraz elektrostatyczne oddziaływanie kationów i anionów. Ponadto właściwości pojemnościowe błon komórkowych są jedną z przyczyn determinujących charakterystykę czasową procesów elektrycznych zachodzących na błonach komórkowych.

Przewodność (g) jest odwrotnością oporu elektrycznego i jest równa stosunkowi całkowitego prądu transbłonowego dla danego jonu do wartości, która określiła jego transbłonową różnicę potencjałów.

Przez dwuwarstwę fosfolipidową mogą dyfundować różne substancje, a stopień przepuszczalności (P), czyli zdolność błony komórkowej do przepuszczania tych substancji, zależy od różnicy stężeń substancji dyfundującej po obu stronach membrany, jej rozpuszczalności w lipidach i właściwościach błony komórkowej. Szybkość dyfuzji naładowanych jonów w stałych warunkach pola w membranie jest określona przez ruchliwość jonów, grubość membrany i rozmieszczenie jonów w membranie. W przypadku nieelektrolitów przepuszczalność membrany nie wpływa na jej przewodność, ponieważ nieelektrolity nie przenoszą ładunków, tj. Nie mogą przewodzić prądu elektrycznego.

Przewodność membrany jest miarą jej przepuszczalności jonowej. Wzrost przewodności wskazuje na wzrost liczby jonów przechodzących przez membranę.

Ważną właściwością błon biologicznych jest płynność. Wszystkie błony komórkowe są ruchomymi strukturami płynnymi: większość ich cząsteczki składowe, lipidy i białka, są zdolne do dość szybkiego poruszania się w płaszczyźnie błony

2. Model ciekłokrystaliczny membrany. Funkcje białek błonowych, lipidów, węglowodanów. Dyfuzja boczna i przejście lipidów typu flip-flop. Sztuczne membrany. Liposomy

Model ciekłokrystaliczny jest obecnie uznawany za model organizacji. Został on po raz pierwszy zaproponowany przez Singera i Nicholsona w 1972 roku. Według tego modelu podstawą każdej membrany jest dwuwarstwa fosfolipidowa. Cząsteczki fosfolipidów są zorientowane tak, że ich hydrofilowe głowy rozciągają się na zewnątrz i tworzą zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnię membrany, a ich hydrofobowe ogony są skierowane w stronę środka warstwy dwucząsteczkowej. Białka wydają się unosić w warstwie lipidowej. Białka powierzchniowe znajdują się na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni membrany i są utrzymywane głównie przez siły elektrostatyczne. Białka integralne mogą przenikać przez podwójną warstwę. Białka takie są głównym składnikiem odpowiedzialnym za selektywną przepuszczalność komórek. membrany.

Oprócz fosfolipidów i białek błony biologiczne zawierają także inne substancje chemiczne. związki chemiczne (cholesterol, glikolipidy, glikoproteiny).

Funkcje białek błonowych. Niektóre białka błonowe biorą udział w transporcie małych cząsteczek przez błonę komórkową, zmieniając jej przepuszczalność. Białka transportujące błonę można podzielić na białka kanałowe i białka nośnikowe. Białka kanałowe zawierają wewnętrzne pory wypełnione wodą, które umożliwiają jonom (poprzez kanały jonowe) lub cząsteczkom wody przemieszczanie się przez błonę. Wiele kanałów jonowych specjalizuje się w transporcie tylko jednego jonu; Zatem kanały potasowe i sodowe często rozróżniają te podobne jony i pozwalają na przejście tylko jednego z nich. Białka nośnikowe wiążą każdą transportowaną cząsteczkę lub jon i mogą przeprowadzać transport aktywny wykorzystując energię ATP. Białka odgrywają również ważną rolę w komórkowych układach sygnalizacyjnych, odpowiedzi immunologicznej i komórkach. cykl.

Funkcje węglowodanów błonowych. Część węglowodanowa glikolipidów i glikoprotein błony komórkowej jest zawsze zlokalizowana na zewnętrznej powierzchni błony, w kontakcie z substancją międzykomórkową. Polisacharydy wraz z białkami działają jako antygeny podczas rozwoju komórek. odporność. Uczestniczą w transporcie glikoprotein, kierując je do miejsca przeznaczenia w komórce lub na jej powierzchni.

Główną funkcją lipidów błonowych jest tworzenie dwuwarstwowej matrycy, z którą oddziałują białka.

Dyfuzja boczna to chaotyczny ruch termiczny cząsteczek lipidów i białek w płaszczyźnie błony. Podczas dyfuzji bocznej pobliskie cząsteczki lipidów gwałtownie zmieniają miejsca i w wyniku takich kolejnych skoków z miejsca na miejsce cząsteczka przemieszcza się po powierzchni błony. Średni kwadratowy ruch cząsteczek podczas dyfuzji w czasie t można oszacować za pomocą wzoru Einsteina: Sq = 2cor(Dt), gdzie D jest współczynnikiem. łac. dyfuzja cząsteczek.

Boczna dyfuzja białek integralnych w błonie jest ograniczona, wynika to z ich dużych rozmiarów i interakcji z innymi błonami. białka. Białka błonowe nie przemieszczają się z jednej strony błony na drugą („przeskakiwanie typu flip-flop”), podobnie jak fosfolipidy.

Ruch cząsteczek wzdłuż powierzchni błony komórkowej w czasie t określono doświadczalnie metodą znaczników fluorescencyjnych – fluorescencyjnych grup molekularnych. Okazało się, że średni kwadratowy ruch cząsteczki fosfolipidu na sekundę po powierzchni błony erytrocytów odpowiada odległości 5 mikronów, co jest porównywalne z rozmiarem komórek. Podobna wartość dla cząsteczek białka wynosiła 0,2 µm na sekundę.

Współczynniki obliczone ze wzoru Einsteina. dyfuzja dla lipidów wynosi 6 * 10 (v -12 st) kV.m/s, dla białek - około 10 (v - 14 st) kV.m/s.

Częstotliwość skoków cząsteczki z jednego miejsca na drugie ze względu na łac. dyfuzję można obliczyć ze wzoru: v = 2cor(3D/f), gdzie f jest obszarem zajmowanym przez jedną cząsteczkę na membranie.

Sztuczna membrana to zazwyczaj sztywna, selektywnie przepuszczalna przegroda dzieląca aparat przenoszenia masy na dwie strefy robocze, w których utrzymywane są różne ciśnienia i składy rozdzielanej mieszaniny. Membrany mogą być wykonane w postaci płaskich arkuszy, rur, kapilar i włókien pustych. Membrany są ułożone w systemy membranowe. Najpopularniejszymi sztucznymi membranami są membrany polimerowe. W pewnych warunkach można korzystnie zastosować membrany ceramiczne. Niektóre membrany działają w szerokim zakresie operacji membranowych, takich jak mikrofiltracja, ultrafiltracja, odwrócona osmoza, perwaporacja, separacja gazów, dializa lub chromatografia. Sposób aplikacji zależy od rodzaju funkcjonalności zawartej w membranie, która może opierać się na izolacji wymiarowej, powinowactwie chemicznym lub elektrostatyce.

Liposomy. lub pęcherzyki fosfolipidowe (pęcherzyki), zwykle otrzymuje się przez spęcznianie suchych fosfolipidów w wodzie lub przez wstrzykiwanie roztworu lipidów do wody. W tym przypadku następuje samoorganizacja dwucząsteczkowej błony lipidowej. W tym przypadku wszystkie niepolarne ogony hydrofobowe znajdują się wewnątrz membrany i żaden z nich nie ma kontaktu z polarnymi cząsteczkami wody, częściej jednak otrzymuje się sferyczne liposomy wielolamelarne, składające się z kilku warstw bimolekularnych – liposomów wielowarstwowych.

Poszczególne warstwy dwucząsteczkowe wielowarstwowego liposomu oddziela się za pomocą ośrodka wodnego. Grubość warstw lipidowych wynosi w zależności od charakteru lipidów 6,5 - 7,5 nm, a odległość między nimi wynosi 1,5 - 2 nm. Średnica wielowarstwowych liposomów mieści się w zakresie od 60 nm do 400 nm lub więcej. Można wytwarzać liposomy jednowarstwowe różne metody na przykład z zawiesiny wielowarstwowych liposomów, jeśli poddaje się je działaniu ultradźwięków. Średnica jednowarstwowych liposomów wynosi 25 – 30 nm. Liposomy są w pewnym sensie prototypem komórki. Służą jako model do badania różnych właściwości komórek. membrany Liposomy znalazły bezpośrednie zastosowanie w medycynie (mikrokapsułki fosfolipidowe do dostarczania leków do określonych narządów i tkanek). Liposomy są nietoksyczne i całkowicie wchłaniane przez organizm.

3. Transport nieelektrolitów przez błony komórkowe. Prosta dyfuzja. Równanie Ficka. Dyfuzja ułatwiona: mechanizmy transportu (nośniki mobilne, stacjonarne), różnica w stosunku do dyfuzji prostej

Transport nieelektrolitów (cukrów, aminokwasów i nukleotydów, wody) przez błony komórkowe odbywa się za pomocą porów utworzonych przez zanurzone w błonie białka transportowe lub lipidy.

Prosta dyfuzja to spontaniczny ruch substancji z miejsc o wyższym stężeniu do miejsc o niższym stężeniu substancji w wyniku chaotycznego ruchu termicznego cząsteczek. Dyfuzja substancji przez dwuwarstwę lipidową spowodowana jest gradientem stężeń w błonie

Równanie Ficka:

J m = - D dC/ dx

J m jest gęstością przepływu substancji.

dC/dx - gradient stężeń

D- współczynnik dyfuzji

„-” - dyfuzja kierowana jest z miejsca o większym stężeniu do miejsca o niższym stężeniu

Strona 214- Antonow.

Gęstość strumienia Ficka

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

C m - stężenie substancji w pobliżu każdej powierzchni

L to grubość membrany.

W błonach biologicznych odkryto inny rodzaj dyfuzji - dyfuzję ułatwioną. Dyfuzja ułatwiona zachodzi przy udziale cząsteczek nośnikowych. Ułatwiona dyfuzja zachodzi z miejsc o większym stężeniu przenoszonej substancji do miejsc o niższym stężeniu. Najwyraźniej ułatwiona dyfuzja wyjaśnia również przenoszenie aminokwasów, cukrów i innych biologicznie ważnych substancji przez błony biologiczne.

Różnice między dyfuzją ułatwioną a dyfuzją prostą:

1) transfer substancji przy udziale nośnika następuje znacznie szybciej;

2) dyfuzja ułatwiona ma właściwość nasycenia: wraz ze wzrostem stężenia po jednej stronie membrany gęstość strumienia substancji wzrasta tylko do pewnej granicy, gdy wszystkie cząsteczki nośnika są już zajęte;

3) przy ułatwionej dyfuzji obserwuje się konkurencję pomiędzy transportowanymi substancjami w przypadku, gdy przewoźnik przewozi różne substancje; Co więcej, niektóre substancje są lepiej tolerowane niż inne, a dodatek niektórych substancji komplikuje transport innych;

4) istnieją substancje blokujące dyfuzję ułatwioną - tworzą silny kompleks z cząsteczkami nośnika.

Rodzajem dyfuzji ułatwionej jest transport za pomocą nieruchomych cząsteczek nośnika, utrwalonych w określony sposób przez membranę. W tym przypadku cząsteczka transportowanej substancji jest przenoszona z jednej cząsteczki nośnika na drugą, niczym w sztafecie.

4. Transport jonów przez błony komórkowe. Potencjał elektrochemiczny. Równanie Tiorella. Równanie Nersta-Plancka. Znaczenie równania

Żywe systemy na wszystkich poziomach organizacji - systemy otwarte Dlatego transport substancji przez błony biologiczne jest warunkiem koniecznym życia. Bardzo ważne do opisu transportu substancji służy pojęcie potencjału elektrochemicznego.

Potencjał chemiczny danej substancji jest wartością liczbową równą energii Gibbsa przypadającej na 1 mol tej substancji.

Matematycznie potencjał chemiczny definiuje się jako pochodną cząstkową energii Gibbsa G względem ilości k-tej substancji, w stałej temperaturze T, ciśnieniu P i ilości wszystkich pozostałych substancji m1:

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

Dla rozcieńczonego roztworu:

m = m0 +RTlnC,

gdzie m0 jest standardowym potencjałem chemicznym, liczbowo równym potencjałowi chemicznemu danej substancji przy jej stężeniu 1 mol/l w roztworze.

Potencjał elektrochemiczny (mu z kreską) to wartość liczbowa równa energii Gibbsa G na 1 mol danej substancji umieszczonej w polu elektrycznym.

Do rozcieńczonych roztworów

m (mu z myślnikiem) = m0 + RTlnC + zFф(phi),

gdzie F = 96500 C/mol to liczba Faradaya, z to ładunek jonu elektrolitu.

Transport substancji przez błony biologiczne można podzielić na 2 główne typy: pasywny i aktywny.

Transport pasywny polega na przenoszeniu substancji z miejsc o większym potencjale elektrochemicznym do miejsc o niższej wartości. Transport pasywny zachodzi wraz ze spadkiem energii Gibbsa, dlatego proces ten może zachodzić samoistnie, bez zużycia energii. Rodzaje: osmoza, filtracja, dyfuzja (prosta i lekka).

Transport aktywny polega na przenoszeniu materii z miejsc o niższej wartości potencjału elektrochemicznego do miejsc o wyższej wartości. Towarzyszące wzrostowi energii Gibsa nie może nastąpić samoistnie, ale jedynie przy wydatku ATP.

Gęstość strumienia substancji jm podczas transportu pasywnego jest zgodna z równaniem Theorella:

Jm = -UCdm(mu z linią)/dx,

gdzie U jest ruchliwością cząstek, C jest stężeniem. Znak minus wskazuje, że transfer następuje w kierunku malejącym elektrochemicznym. potencjał.

Gęstość strumienia substancji jest wartością liczbową równą ilości substancji przeniesionej w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku przenoszenia:

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

Zastępując wyrażenie na potencjał elektrochemiczny, otrzymujemy równanie Nernsta-Plancka dla roztworów rozcieńczonych przy m0 = const:

jm = -URTdC/dx - UczFdф(phi)/dx.

Równanie Nernsta-Plancka opisuje proces biernego transportu jonów w polu potencjału elektrochemicznego. Przepływ naładowanych jonów jest proporcjonalny do gradientu potencjału elektrochemicznego w kierunku osi x i zależy od ruchliwości i stężenia jonów:

Gdzie F jest liczbą Faradaya, Z jest wartościowością jonu, T jest temperatura absolutna, stała R-gazu, to potencjał elektryczny na membranie.

Zatem mogą istnieć dwie przyczyny przenoszenia materii podczas transportu pasywnego: gradient stężenia dC/dx i gradient potencjału elektrycznego df/dx.

Znaki minus przed gradientami wskazują, że gradient stężenia powoduje przeniesienie substancji z miejsc o większym stężeniu do miejsc o niższym stężeniu, a gradient potencjału elektrycznego powoduje przeniesienie ładunków dodatnich z miejsc o wyższym potencjale do miejsc o niższym potencjale .

5. Kanały jonowe. Definicja. Projekt molekularny. Filtr selektywny. Mechanizm transportu jonów przez kanał jonowy

Kanały jonowe to białka tworzące pory (pojedyncze lub całe kompleksy), które utrzymują różnicę potencjałów istniejącą pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną stroną błony komórkowej wszystkich żywych komórek. Należą do białek transportowych. Za ich pomocą jony przemieszczają się przez membranę zgodnie ze swoimi gradientami elektrochemicznymi.

ICs składają się z białek o złożonej strukturze. Białka IR mają pewne potwierdzenie, tworząc por transbłonowy i są „wszyte” w warstwę lipidową membrany. Kompleks białek kanałowych może składać się z jednej cząsteczki białka lub kilku podjednostek białka o identycznej lub różnej strukturze. Podjednostki te mogą być kodowane przez różne geny, syntetyzowane oddzielnie na rybosomach, a następnie składane w kompletny kanał. Domeny to pojedyncze, zwarte części białka kanałowego lub podjednostek. Segmenty to części białka tworzącego kanał, które są zwinięte i zszywają błonę. Prawie wszystkie układy scalone zawierają w swoich podjednostkach domeny regulatorowe, które są zdolne do wiązania się z różnymi substancjami kontrolnymi (cząsteczkami regulatorowymi), zmieniając w ten sposób stan lub właściwości kanału. W podczerwieni aktywowanej potencjałowo jeden z segmentów transbłonowych zawiera specjalny zestaw aminokwasów o ładunkach dodatnich i działa jako czujnik potencjału elektrycznego błony. Układ scalony może zawierać także podjednostki pomocnicze, które pełnią funkcje modulacyjne, strukturalne lub stabilizujące. Jedna klasa takich podjednostek jest wewnątrzkomórkowa, zlokalizowana całkowicie w cytoplazmie, a druga jest związana z błoną, ponieważ mają domeny transbłonowe rozciągające się przez błonę.

Właściwości kanałów jonowych:

1) Selektywność to selektywna zwiększona przepuszczalność podczerwieni dla niektórych jonów. W przypadku innych jonów przepuszczalność jest zmniejszona. O tej selektywności decyduje filtr selektywny – najwęższy punkt porów kanału. Filtr oprócz swoich wąskich wymiarów może posiadać również miejscowy ładunek elektryczny. Na przykład kanały kationo-selektywne zwykle mają ujemnie naładowane reszty aminokwasowe w cząsteczce białka w obszarze swojego filtra selektywnego, które przyciągają kationy dodatnie i odpychają aniony ujemne, uniemożliwiając im przejście przez pory.

2) Kontrolowana przepuszczalność to zdolność do otwierania lub zamykania pod pewnymi wpływami kontrolnymi na kanał.

3) Inaktywacja to zdolność kanału jonowego do automatycznego zmniejszenia jego przepuszczalności po pewnym czasie od jego otwarcia, nawet jeśli czynnik aktywujący, który je otworzył, nadal działa.

4) Blokowanie to zdolność kanału jonowego pod wpływem substancji - blokerów do utrwalenia jednego ze swoich stanów i nie reagowania na zwykłe wpływy kontrolne. Blokowanie jest spowodowane przez substancje zwane blokerami, które można nazwać antagonistami, blokerami lub lekami litycznymi.

5) Plastyczność to zdolność kanału jonowego do zmiany jego właściwości, jego właściwości. Najczęstszym mechanizmem zapewniającym plastyczność jest fosforylacja aminokwasów białek kanałowych wewnątrz błony z enzymami kinaz białkowych.

Kanały jonowe działają:

Kanały jonowe bramkowane ligandem

Kanały te otwierają się, gdy nadajnik wiąże się z ich zewnętrznymi miejscami receptorowymi i zmienia ich potwierdzenie. Kiedy się otwierają, wpuszczają jony, zmieniając w ten sposób potencjał błony. Kanały bramkowane ligandem są prawie niewrażliwe na zmiany potencjału błonowego. Generują potencjał elektryczny, którego siła zależy od ilości transmitera wchodzącego do szczeliny synaptycznej i czasu w nim przebywania.

Kanały jonowe zależne od potencjału

Kanały te odpowiadają za propagację potencjałów czynnościowych oraz otwierają się i zamykają w odpowiedzi na zmiany potencjału błonowego. Na przykład kanały sodowe. Jeśli potencjał błonowy utrzymuje się na poziomie spoczynkowym, kanały sodowe są zamknięte i nie ma prądu sodowego. Jeśli potencjał błony zmieni się na pozytywna strona, wówczas kanały sodowe otworzą się i jony sodu zaczną napływać do komórki zgodnie z gradientem stężeń. 0,5 ms po ustaleniu nowego potencjału błony, ten prąd sodowy osiągnie maksimum. A po kilku milisekundach spada prawie do zera. Oznacza to, że kanały zamykają się po pewnym czasie w wyniku inaktywacji, nawet jeśli błona komórkowa pozostaje depolaryzowana. Ale po zamknięciu różnią się od stanu, w jakim były przed otwarciem, teraz nie mogą się otworzyć w odpowiedzi na depolaryzację błony, to znaczy są inaktywowane. Pozostaną w tym stanie, dopóki potencjał błony nie powróci do swojej pierwotnej wartości i nie minie czas wyzdrowienia, co zajmie kilka milisekund.

6. Aktywny transport jonów. Pompa membranowa. Definicja. Konstrukcja molekularna pompy sodowo-potasowej

Transport aktywny polega na przenoszeniu substancji z miejsc o niższym potencjale elektrochemicznym do miejsc o wyższej wartości. Transportowi aktywnemu w błonie towarzyszy wzrost energii Gibbsa, nie może on nastąpić samoistnie, a jedynie towarzyszy procesowi hydrolizy ATP, czyli na skutek wydatku energii zmagazynowanej w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP. Duże znaczenie ma aktywny transport substancji przez błony biologiczne. W wyniku aktywnego transportu w organizmie powstają gradienty stężeń, gradienty potencjału elektrycznego, gradienty ciśnienia itp., wspierając procesy życiowe.

Pompa membranowa to pompa objętościowa, której elementem roboczym jest elastyczna płyta (membrana, membrana) zamocowana na krawędziach; płyta ugina się pod działaniem mechanizmu dźwigniowego (siłownik mechaniczny) lub w wyniku zmian ciśnienia powietrza (siłownik pneumatyczny) lub płynu (siłownik hydrauliczny), pełniąc funkcję równoważną tłokowi w pompie tłokowej.

Spośród przykładów transportu aktywnego wbrew gradientowi stężeń najlepiej zbadaną jest pompa sodowo-potasowa. Podczas jego działania z ogniwa przenoszone są trzy dodatnie jony Na+ na każde dwa dodatnie jony K do wnętrza ogniwa. Pracy tej towarzyszy kumulacja różnicy potencjałów elektrycznych na membranie. Jednocześnie ATP ulega rozkładowi, dostarczając energii. Przez wiele lat molekularne podłoże pompy sodowo-potasowej pozostawało niejasne. Obecnie ustalono, że białkiem transportującym Na/K jest ATPaza. Na wewnętrznej powierzchni błony rozkłada ATP na ADP i fosforany. Energia jednej cząsteczki ATP wykorzystywana jest do transportu trzech jonów sodu z komórki i jednocześnie dwóch jonów potasu do komórki, czyli łącznie w jednym cyklu usuwany jest z komórki jeden ładunek dodatni. Zatem pompa Na/K jest elektrogeniczna (wytwarza prąd elektryczny przez membranę), co powoduje wzrost elektroujemności potencjału membrany o około 10 mV. Białko transportowe wykonuje tę operację za pomocą wysoka prędkość: 150 do 600 jonów sodu na sekundę. Sekwencja aminokwasów białka transportowego jest znana, ale mechanizm tego złożonego transportu metabolicznego nie jest jeszcze jasny. Proces ten opisano za pomocą profili energetycznych przenoszenia jonów sodu lub potasu przez białka (ryc. 1.5, -6). Ze względu na charakter zmian tych profili, związanych z ciągłymi zmianami konformacji białka transportowego (proces wymagający energii), można ocenić stechiometrię wymiany: dwa jony potasu wymieniane są na trzy jony sodu.

Oprócz pompy Na/K błona plazmatyczna zawiera każde co najmniej inną pompą jest wapń; Pompa ta wypompowuje jony wapnia (Ca2+) z komórki i bierze udział w utrzymaniu ich wewnątrzkomórkowego stężenia na niezwykle niskim poziomie. Pompa wapniowa jest obecna z bardzo duża gęstość w siateczce sarkoplazmatycznej komórek mięśniowych, które w wyniku rozkładu cząsteczek ATP gromadzą jony wapnia

7. Potencjał błonowy, definicja, wartość. Metody pomiaru MP. Warunki wystąpienia MP. Rola sił biernych i czynnych

Potencjał błonowy to różnica potencjałów elektrycznych pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnią błony biologicznej, spowodowana nierównym stężeniem jonów, głównie Na i K.

MP (potencjał spoczynkowy) rejestruje się pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną stroną żywej komórki. Jego obecność wynika z nierównomiernego rozmieszczenia jonów. Wewnętrzna strona membrany jest naładowana ujemnie w stosunku do zewnętrznej. Wielkość MP jest różna w różnych komórkach: komórka nerwowa - 60-80 mV, włókna mięśni poprzecznie prążkowanych - 80-90 mV, mięsień sercowy - 90-95 mV. Ze stałą stan funkcjonalny potencjał spoczynkowy komórki nie ulega zmianie; utrzymanie jej stałej wartości zapewnia prawidłowy przebieg metabolizmu komórkowego. Pod wpływem różnych czynników wielkość MP może się zmienić.

Badania MP znalazły szerokie zastosowanie w laboratoriach biomedycznych oraz w praktyce klinicznej w diagnostyce. różne choroby Centralny układ nerwowy, układ sercowo-naczyniowy i układ mięśniowy. Podczas rozładowywania wszystkich bioelektronów. potencjałów z pni nerwowych mięśni, mózgu, serca i innych narządów wykorzystuje się makroelektrody powierzchniowe. W niektórych przypadkach stosuje się elektrody wewnątrzjamowe lub te wprowadzane bezpośrednio do tkanki. Aby zarejestrować pomiary MP poszczególne komórki Najczęściej stosuje się mikroelektrody wewnątrzkomórkowe i punktowe zewnątrzkomórkowe. Elektrody są podłączone do wzmacniacza prądu stałego lub prąd przemienny. Do wzmacniacza można podłączyć urządzenie służące do automatycznego przetwarzania sygnałów bioelektrycznych. Mechanizm występowania jest związany z obecnością określonych substancji fizyczno-chemicznych. gradienty pomiędzy poszczególnymi tkankami organizmu, pomiędzy płynem otaczającym komórkę a jej cytoplazmą, pomiędzy poszczególnymi elementami komórkowymi. Występowanie w żywych komórkach wynika z nierównomiernego stężenia jonów na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni błony oraz jej różnej przepuszczalności dla nich.

8. Równanie Nersta. Potencjał Nersta, jego natura. Potencjał błonowy w stanie ustalonym. Równanie Goldmana-Hodgkina

Potencjał czynnościowy to impuls elektryczny, który pojawia się pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną membrany i jest spowodowany zmianami przepuszczalności jonowej membrany.

Fazy ​​Pd.

1) Faza depolaryzacji-

Faza depolaryzacji. Kiedy na komórkę działa bodziec depolaryzujący, np. prąd elektryczny, początkowa częściowa depolaryzacja błony komórkowej następuje bez zmiany jej przepuszczalności dla jonów. Gdy depolaryzacja osiągnie około 50% wartości progowej (50% potencjału progowego), przepuszczalność błony komórkowej dla Na+ wzrasta, początkowo stosunkowo powoli. Naturalnie, szybkość przenikania Na+ do komórki jest niska. W tym okresie, podobnie jak w całej pierwszej fazie (depolaryzacji), siłą napędową zapewniającą wejście Na+ do komórki jest stężenie i gradienty elektryczne.

Przypomnijmy, że wnętrze ogniwa jest naładowane ujemnie (przeciwne ładunki przyciągają się), a stężenie Na+ na zewnątrz ogniwa jest 10-12 razy większe niż wewnątrz ogniwa. Warunkiem zapewniającym wniknięcie Na+ do komórki jest wzrost przepuszczalności błony komórkowej, o czym decyduje stan mechanizmu bramkującego kanały Na (w niektórych komórkach, szczególnie w kardiomiocytach, we włóknach mięśni gładkich, kontrolowane kanały dla Ca2+ odgrywają ważną rolę w występowaniu AP). Czas przebywania kanału sterowanego elektrycznie w stanie otwartym zależy od wartości potencjału membranowego. Całkowity prąd jonowy w dowolnym momencie zależy od liczby otwartych kanałów w błonie komórkowej. Część kanału jonowego zwrócona w stronę przestrzeni zewnątrzkomórkowej różni się od części kanału zwróconej do środowiska komórkowego (P. G. Kostyuk).

Mechanizm bramkowy kanałów Na znajduje się po zewnętrznej i wewnętrznej stronie błony komórkowej, mechanizm bramkowy kanałów K znajduje się po wewnętrznej stronie (K+ przemieszcza się z komórki). Kanały dla Na+ posiadają bramki aktywacyjne M, w których znajdują się: poza błona komórkowa (Na+ przedostaje się do komórki podczas jej wzbudzenia) oraz inaktywacja/bramka g znajdująca się po wewnętrznej stronie błony komórkowej. W warunkach spoczynkowych bramka aktywacyjna w jest zamknięta, bramka inaktywacyjna /r jest przeważnie (około 80%) otwarta; Bramka aktywacji potasu jest również zamknięta; nie ma bramki inaktywacji dla K+. Niektórzy autorzy nazywają bramki w szybkimi, a bramki m wolnymi, ponieważ reagują one później niż bramki m podczas wzbudzenia komórki. Jednakże późniejsza reakcja bramki m jest związana ze zmianą ładunku komórki, podobnie jak bramka m, która otwiera się podczas depolaryzacji błony komórkowej. Bramka r zamyka się w fazie inwersji, kiedy ładunek wewnątrz ogniwa staje się dodatni, co jest powodem jego zamknięcia. W tym przypadku wzrost wartości szczytowej AP zatrzymuje się. Dlatego lepiej wcześniej wywołać bramki M, a bramki A późno.

Kiedy depolaryzacja komórki osiąga wartość krytyczną (Ecr, krytyczny poziom depolaryzacji – KUD), która zwykle wynosi -50 mV (możliwe są inne wartości), przepuszczalność błony dla Na+ gwałtownie wzrasta: duża liczba zależnych od napięcia Bramki I kanałów Na i Na+ otwierają się w klatce jak lawina. Do 6000 jonów przechodzi przez jeden otwarty kanał Na w ciągu 1 ms. W wyniku dopływu intensywnego prądu Na+ do komórki proces depolaryzacji zachodzi bardzo szybko. Postępująca depolaryzacja błony komórkowej powoduje dodatkowy wzrost jej przepuszczalności i oczywiście przewodnictwa Na+: otwiera się coraz więcej bramek aktywacyjnych w kanałów Na, co nadaje prądowi Na+ docierającemu do komórki charakter procesu regeneracyjnego. W rezultacie PP znika i staje się równy zero. Faza depolaryzacji kończy się tutaj.

2) Faza repolaryzacji.

W tej fazie przepuszczalność błony komórkowej dla jonów K+ jest nadal wysoka, a jony K+ w dalszym ciągu szybko opuszczają komórkę zgodnie z gradientem stężeń. Ogniwo ponownie ma ładunek ujemny wewnątrz i ładunek dodatni na zewnątrz, więc gradient elektryczny zapobiega opuszczeniu ogniwa przez K*, co zmniejsza jego przewodność, chociaż nadal opuszcza ogniwo. Wyjaśnia to fakt, że wpływ gradientu stężeń jest znacznie silniejszy niż wpływ gradientu elektrycznego. Zatem cała opadająca część piku AP wynika z uwolnienia jonu K+ z komórki. Często pod koniec AP obserwuje się spowolnienie repolaryzacji, co tłumaczy się zmniejszeniem przepuszczalności błony komórkowej dla jonów K + i spowolnieniem ich wyjścia z komórki z powodu zamknięcia kanału K brama. Inną przyczyną spowolnienia prądu jonów K+ jest wzrost dodatniego potencjału zewnętrznej powierzchni ogniwa i powstanie przeciwnie skierowanego gradientu elektrycznego. Główną rolę w występowaniu AP odgrywa jon Na+, który przedostaje się do komórki wraz ze wzrostem przepuszczalności błony komórkowej i zapewnia całą wstępującą część piku AP. Podczas zastępowania jonu Na+ w ośrodku innym jonem, np. choliną, lub w przypadku blokowania kanałów Na tetrodotoksyną, AP nie zachodzi w komórce nerwowej. Jednak przepuszczalność membrany dla jonu K+ również odgrywa ważną rolę. Jeżeli wzrost przepuszczalności dla jonu K+ zapobiegnie tetraetyloamoniowi, wówczas membrana po jej depolaryzacji ulega repolaryzacji znacznie wolniej, jedynie za sprawą powolnych, niekontrolowanych kanałów (kanałów wycieku jonów), przez które K+ będzie opuszczać komórkę. Rola jonów Ca 2+ w występowaniu AP w komórkach nerwowych jest niewielka, w niektórych neuronach istotna, np. w dendrytach móżdżkowych komórek Purkinjego.

9. Jonowy mechanizm powstawania potencjału czynnościowego

Potencjał czynnościowy opiera się na zmianach przepuszczalności jonowej błony komórkowej, które rozwijają się sekwencyjnie w czasie. Kiedy komórka jest wystawiona na działanie czynnika drażniącego, przepuszczalność membrany dla jonów Na + (ryc. 1) gwałtownie wzrasta w wyniku aktywacji (otwarcia) kanałów sodowych. W tym przypadku jony Na + różnią się stężeniem.

Ryż. 1

Jednocześnie jony Na+ intensywnie poruszaj się wzdłuż gradientu stężeń od przestrzeni zewnętrznej do przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Wnikanie jonów Na+ do wnętrza ogniwa ułatwia także oddziaływanie elektrostatyczne. W rezultacie przepuszczalność membrany dla Na + staje się 20 razy większa niż przepuszczalność dla jonów K +.

Ponieważ dopływ Na + do komórki zaczyna przekraczać prąd potasowy z ogniwa, następuje stopniowy spadek potencjału spoczynkowego, co prowadzi do rewersji - zmiany znaku potencjału błonowego. W tym przypadku wewnętrzna powierzchnia membrany staje się dodatnia w stosunku do jej zewnętrznej powierzchni. Te zmiany potencjału błonowego odpowiadają fazie rosnącej potencjału czynnościowego (fazie depolaryzacji).

Charakteryzuje się membraną zwiększona przepuszczalność dla jonów Na+ tylko bardzo Krótki czas 0,2 - 0,5 ms. Następnie przepuszczalność membrany dla jonów Na + ponownie maleje, a dla K + wzrasta. W rezultacie dopływ Na + do komórki jest gwałtownie osłabiony, a przepływ K + z komórki wzrasta (ryc. 2.).

Podczas potencjału czynnościowego znaczna ilość Na + wchodzi do komórki, a jony K + ją opuszczają. Przywrócenie komórkowej równowagi jonowej odbywa się dzięki pracy pompy fazowej Na+,K+-AT, której działanie wzrasta wraz ze wzrostem wewnętrznego stężenia jonów Na+ i wzrostem zewnętrznego stężenia K + jony. Dzięki działaniu pompy jonowej i zmianie przepuszczalności błony dla Na+ i K+ stopniowo przywracane jest ich początkowe stężenie w przestrzeni wewnątrz- i zewnątrzkomórkowej.

Efektem tych procesów jest repolaryzacja błony: wewnętrzna zawartość komórki ponownie uzyskuje ładunek ujemny w stosunku do zewnętrznej powierzchni błony.

10. Mechaniczny cykl serca. Serce jest jak 6-komorowa pompa. Szok-minutowa objętość krwi. Praca, siła serca

Mechaniczna praca serca. Cykl serca.

Mechaniczna praca serca związana jest ze skurczem mięśnia sercowego. Praca prawej komory jest trzy razy mniejsza niż praca lewej komory. Z mechanicznego punktu widzenia serce jest pompą rytmicznego działania, którą ułatwia aparat zastawkowy. Rytmiczne skurcze i rozkurcze serca zapewniają ciągły przepływ krwi. Skurcz mięśnia sercowego nazywa się skurczem, jego rozluźnienie nazywa się rozkurczem. Przy każdym skurczu komory krew jest wypychana z serca do aorty i pnia płucnego. W normalnych warunkach skurcz i rozkurcz są wyraźnie skoordynowane w czasie. Okres obejmujący jeden skurcz i następujące po nim rozluźnienie serca stanowi cykl serca. Jego czas trwania u osoby dorosłej wynosi 0,8 sekundy przy częstotliwości skurczów 70–75 razy na minutę. Początkiem każdego cyklu jest skurcz przedsionków. Trwa 0,1 sekundy. Pod koniec skurczu przedsionków rozpoczyna się rozkurcz przedsionków i skurcz komór. Skurcz komory trwa 0,3 sekundy. W momencie skurczu ciśnienie krwi w komorach wzrasta, w prawej komorze osiąga 25 mm Hg. Art., a po lewej - 130 mm Hg. Sztuka. Pod koniec skurczu komór rozpoczyna się ogólna faza relaksacji, trwająca 0,4 sekundy. Ogólnie rzecz biorąc, okres relaksacji przedsionków wynosi 0,7 sekundy, a komór 0,5 sekundy. Fizjologiczne znaczenie okresu relaksacji polega na tym, że w tym czasie przechodzi mięsień sercowy procesy metaboliczne między komórkami a krwią, co oznacza przywrócenie funkcjonowania mięśnia sercowego.

Podstawowe wskaźniki pracy serca

Objętość skurczowa (udarowa) to objętość krwi wypychana z serca podczas jednego skurczu. Średnio w spoczynku u osoby dorosłej wynosi 150 ml (75 ml na każdą komorę). Mnożąc objętość skurczową przez liczbę skurczów na minutę, możesz obliczyć objętość minutową. Średnio wynosi 4,5 - 5,0 litrów. Objętości skurczowe i minutowe nie są stałe; zmieniają się gwałtownie w zależności od stresu fizycznego i emocjonalnego.

Praca serca

Ac=Alz+Apz

Apzh=0,2Alz

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

m = gęstość na objętość uderzenia

Ac=1,2Vsp (P+ gęstość* v 2/2)

Praca serca podczas 1 skurczu jest w przybliżeniu równa 1 J

Moc serca N=Ac

11. Mechanizm przekształcania pulsacyjnego wyrzutu krwi z serca w ciągły przepływ krwi w naczyniach tętniczych. Teoria komory pulsacyjnej. Puls, fala tętna. Serce obwodowe

Ze względu na to, że krew wyrzucana jest przez serce w oddzielnych porcjach, przepływ krwi w tętnicach ma charakter pulsacyjny, dlatego prędkości liniowe i objętościowe stale się zmieniają: w aorcie i tętnicy płucnej są maksymalne w momencie skurczu komór i zmniejsza się podczas rozkurczu. W naczyniach włosowatych i żyłach przepływ krwi jest stały, to znaczy jej prędkość liniowa jest stała. Właściwości materii ściany tętnicy w przemianie pulsującego przepływu krwi w stały. Ciągły przepływ krwi w układzie naczyniowym zależy od wyraźnych właściwości elastycznych aorty i dużych tętnic. W układzie sercowo-naczyniowym część energii kinetycznej wytwarzanej przez serce podczas skurczu jest zużywana na rozciąganie aorty i odchodzących od niej dużych tętnic.

Te ostatnie tworzą elastyczną lub ściskaną komorę, do której wchodzi znaczna objętość krwi, rozciągając ją; w tym przypadku energia kinetyczna wytworzona przez serce zamienia się w energię napięcia sprężystego ścian tętnic. Kiedy skurcz się kończy, rozciągnięte ściany tętnic mają tendencję do uciekania i wypychania krwi do naczyń włosowatych, utrzymując przepływ krwi podczas rozkurczu.

Tętno tętnicze to rytmiczna oscylacja ściany tętnicy spowodowana wzrostem ciśnienia podczas skurczu.

Fala tętna, czyli oscylacyjne zmiany średnicy lub objętości naczyń tętniczych, spowodowana jest falą zwiększonego ciśnienia, która pojawia się w aorcie w momencie wydalenia krwi z komór. W tym czasie ciśnienie w aorcie gwałtownie wzrasta, a jej ściana rozciąga się. Fala wysokie ciśnienie krwi a drgania ściany naczyń spowodowane tym rozciąganiem rozchodzą się z pewną prędkością od aorty do tętniczek i naczyń włosowatych, gdzie fala tętna zanika.

Serce obwodowe

Przy różnych skurczach włókna mięśniowe działają na te położone równolegle do nich naczynia krwionośne, a w postaci licznych unikalnych mikropomp domięśniowych zasysają krew tętniczą u wejścia do mięśnia, ułatwiając w ten sposób pracę pompującą serca, przepychają tę krew przez naczynia śródmięśniowe i wypompowują ją z mięśnia szkieletowego krew żylna do serca z energią przekraczającą maksymalne ciśnienie krwi 2-3 razy. Jeśli serce, jak dobrze wiemy, pompuje krew tętnicza przy ciśnieniu 120 mm Hg. Art., wówczas mięsień szkieletowy jest w stanie pompować krew żylną z siłą 200, 250, a nawet 300 mm Hg. Art., zwracając go do serca, aby go wypełnić.

Mięsień całkowicie odizolowany od ciała, zamknięty w sztucznym kręgu krążenia, jest w stanie samodzielnie przemieszczać krew przez ten krąg podczas skurczu na obraz i podobieństwo serca. Dlatego można je nazwać „sercem obwodowym” (PS). Niezwykle ważne jest, aby te liczne „serca obwodowe” – a jest ich ponad 1000 pod względem liczby mięśni szkieletowych u człowieka – pracowały samodzielnie jako mikropompy ssąco-wyładowcze nie tylko podczas różnego rodzaju skurczów: rytmicznych, arytmicznych, tonizujący, tężcowy, auksotoniczny itp., ale także podczas rozciągania. W przeciwnym razie możemy powiedzieć, że nie mają „prędkości jałowej”.

12. Hemodynamika w pojedynczym naczyniu. Równanie Pausela. Opór hydrauliczny. Prawa hemodynamiki ogólnoustrojowej

Hemodynamika to ruch krwi w naczyniach wynikający z różnicy ciśnień hydrostatycznych w naczyniach różne obszary układ krążenia(krew wypływa z okolicy wysokie ciśnienie do obszaru niskiego).

Pojedyncze naczynie traktujemy jako rurę o przekroju kołowym, wydłużoną w stosunku do jej wymiarów poprzecznych. Elastyczność ścianek oznacza możliwość zmiany przekroju naczyń krwionośnych pod wpływem ciśnienia.

Poisel ustalił eksperymentalnie, że średnia prędkość laminarnego przepływu płynu przez wąską poziomą rurę kołową o stałym przekroju jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnień P1 i P2 na wlocie i wylocie rury, kwadratu promienia rury i odwrotnie proporcjonalna do długości rury l i lepkości n.

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

Opór hydrauliczny, opór przepływu cieczy (i gazów) przez rury, kanały itp., ze względu na ich lepkość.

w = 8nl/pi r (w 4. o.)

Wartość w nazywana jest oporem hydraulicznym. Jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi promienia i dlatego znacznie wzrasta wraz ze zmniejszaniem się promienia rury.

Siłą wytwarzającą ciśnienie w układzie naczyniowym jest serce. U osoby w średnim wieku przy każdym skurczu serca do układu naczyniowego przedostaje się 60–70 ml krwi (objętość skurczowa) lub 4–5 l/min (objętość minutowa). Siła napędowa Krew powstaje w wyniku różnicy ciśnień występującej na początku i na końcu rurki.

Prawie we wszystkich działach układ naczyniowy przepływ krwi ma charakter laminarny – krew przemieszcza się osobnymi warstwami, równolegle do osi naczynia. W tym przypadku warstwa przylegająca do ściany naczynia pozostaje praktycznie nieruchoma, po niej przesuwa się druga warstwa, a wzdłuż niej trzecia itd. Powstałe elementy krwi tworzą centralny, osiowy przepływ, plazma zbliża się do ściany naczynia. W konsekwencji, im mniejsza jest średnica naczynia, tym bliżej ściany znajdują się warstwy środkowe i tym bardziej spowalnia się prędkość ich ruchu w wyniku oddziaływania lepkiego ze ścianą. Ogólnie oznacza to, że natężenie przepływu krwi jest mniejsze w małych naczyniach niż w dużych naczyniach. Poprawność tej pozycji łatwo sprawdzić porównując prędkości przepływu krwi w różnych częściach łożyska naczyniowego. W aorcie wynosi 50-70 cm/s, w tętnicach - od 40 do 10, tętniczek - 10-0,1, naczyń włosowatych - poniżej 0,1, żyłek - poniżej 0,3, żył - 0,3-5,0, żyły głównej - - 5-20 cm/s.

Wraz z ruchem laminarnym w układzie naczyniowym następuje ruch turbulentny z charakterystyczną turbulencją krwi. Cząsteczki krwi poruszają się nie tylko równolegle do osi naczynia, jak w laminarnym przepływie krwi, ale także prostopadle do niej. Efektem tak złożonego ruchu jest znaczny wzrost tarcia wewnętrznego płynu. W takim przypadku prędkość objętościowa przepływu krwi nie będzie już proporcjonalna do gradientu ciśnienia, ale w przybliżeniu równa jego pierwiastkowi kwadratowemu. Ruch turbulentny występuje zwykle w obszarach rozgałęzień i zwężeń tętnic, w obszarach ostrych zakrętów naczyń krwionośnych.

Krew jest zawiesiną utworzonych pierwiastków w koloidalnym roztworze soli, ma określoną lepkość, która nie jest wartością stałą. Kiedy krew przepływa przez kapilarę o średnicy mniejszej niż 1 mm, lepkość maleje. Późniejsze zmniejszenie średnicy kapilary dodatkowo zmniejsza lepkość przepływającej krwi. Ten paradoks hemodynamiczny tłumaczy się faktem, że podczas ruchu krwi czerwone krwinki koncentrują się w środku przepływu. Warstwa przyścienna składa się z czystej plazmy o znacznie mniejszej lepkości, po której łatwo ślizgają się uformowane elementy. W rezultacie poprawiają się warunki przepływu krwi i zmniejszają się spadki ciśnienia, co generalnie kompensuje wzrost lepkości krwi i spadek prędkości jej przepływu w małych tętnicach. Przejściu z przepływu laminarnego do turbulentnego towarzyszy znaczny wzrost oporu przepływu krwi.

Zależność pomiędzy charakterem przepływu płynu w sztywnych rurkach a ciśnieniem określa się zwykle za pomocą wzoru Poiseuille'a. Korzystając z tego wzoru, można obliczyć opór R przepływu krwi w zależności od jej lepkości R, długości l i promienia r naczynia:

Układ naczyniowy jako całość można przedstawić jako połączone szeregowo i równolegle rurki o różnych długościach i średnicach. W przypadku połączenia szeregowego rezystancja całkowita jest sumą rezystancji poszczególnych naczyń:

R = R 1 + R 2 + … + R n.

W połączeniu równoległym wartość rezystancji oblicza się za pomocą innego wzoru:

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

Biorąc pod uwagę złożoność geometrii naczyń całego organizmu, jej zmienność w zależności od otwarcia i zamknięcia zastawek, zabezpieczeń, stopnia skurczu mięśni gładkich, elastyczności ścian, zmian lepkości krwi i innych przyczyn, w realne warunki Obliczenie wartości oporu naczyniowego jest trudne. Dlatego zwykle definiuje się je jako iloraz ciśnienia krwi P podzielonego przez minutową objętość krwi Q:

Dla całego układu naczyniowego organizmu jako całości wzór ten ma zastosowanie jedynie pod warunkiem, że na końcu układu, czyli w żyle głównej w pobliżu miejsca ich ujścia do serca, ciśnienie będzie zbliżone do zero. Odpowiednio, jeśli konieczne jest obliczenie oporu oddzielnej części układu naczyniowego, wzór przyjmuje formę

R=P 1 --P 2 /Q

Wartości P 1 i P 2 odzwierciedlają ciśnienie na początku i na końcu wyznaczonego odcinka.

Główna energia kinetyczna potrzebna do ruchu krwi jest przekazywana przez serce podczas skurczu. Jedna część tej energii jest zużywana na przepychanie krwi, druga zamieniana jest na energię potencjalną elastycznej ściany aorty, dużych i średnich tętnic, rozciąganych podczas skurczu. Ich właściwości zależą od obecności włókien elastycznych i kolagenowych, których wydłużenie jest około sześciokrotnie większe niż np. nici gumowe o tej samej grubości. Podczas rozkurczu energia ściany aorty i naczyń krwionośnych zamienia się w energię kinetyczną ruchu krwi.

Oprócz elastyczności i rozciągliwości, czyli właściwości pasywnych, naczynia mają także zdolność do aktywnego reagowania na zmiany znajdującego się w nich ciśnienia krwi. Wraz ze wzrostem ciśnienia mięśnie gładkie ścian kurczą się, a średnica naczynia maleje. W ten sposób pulsujący przepływ krwi wytwarzany przez pracę serca, ze względu na charakterystykę aorty i dużych naczyń, wyrównuje się i staje się stosunkowo ciągły.

Głównymi wskaźnikami hemodynamiki są prędkość objętościowa, szybkość krążenia krwi, ciśnienie w różnych obszarach układu naczyniowego.

Objętościowa prędkość przepływu krwi charakteryzuje jej ilość (w mililitrach) przepływającą przez przekrój naczynia w jednostce czasu (1 min). Objętościowa prędkość przepływu krwi jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnień na początku i na końcu naczynia i odwrotnie proporcjonalna do jego oporu wobec przepływu krwi. W organizmie odpływ krwi z serca odpowiada jej dopływowi do niego. Oznacza to, że objętość krwi przepływającej w jednostce czasu przez cały układ tętniczy i żylny krążenia ogólnoustrojowego i płucnego jest taka sama.

Liniowa prędkość ruchu krwi (v) charakteryzuje prędkość ruchu jej cząstek wzdłuż naczynia podczas przepływu laminarnego. Wyraża się go w centymetrach na sekundę i definiuje się jako stosunek objętościowej prędkości przepływu krwi Q do pola przekroju poprzecznego naczynia pr 2:

Uzyskana w ten sposób wartość jest wskaźnikiem czysto średnim, ponieważ zgodnie z prawami ruchu laminarnego prędkość przepływu krwi w środku naczynia jest maksymalna i maleje w warstwach przylegających do ściany naczynia.

Różna jest także prędkość liniowa przepływu krwi w poszczególnych odcinkach łożyska naczyniowego wzdłuż drzewa naczyniowego. Zależy to od całkowitej powierzchni prześwitów naczyń tego kalibru na rozpatrywanym obszarze. Aorta ma najmniejszy przekrój, dlatego prędkość przepływu krwi w niej jest największa i wynosi 50-70 cm/s. Kapilary mają największe całkowite pole przekroju poprzecznego, u ssaków jest to około 600-800 razy większe więcej obszaru przekrój aorty. Odpowiednio, prędkość krwi wynosi tutaj około 0,05 cm/s. W tętnicach wynosi 20-40 cm/s, w tętniczkach 0,5 cm/s. Ze względu na to, że w momencie zlania się żył zmniejsza się ich całkowity prześwit, prędkość liniowa przepływu krwi ponownie wzrasta, osiągając w żyle głównej 20 cm/s (ryc. 9.30).

Krew jest wypychana oddzielnymi porcjami, dzięki czemu przepływ krwi w aorcie i tętnicach pulsuje. Jednocześnie jego prędkość liniowa wzrasta w fazie skurczu i maleje w fazie rozkurczu. W sieci naczyń włosowatych, ze względu na cechy strukturalne poprzedzających ją tętnic, impulsy tętna zanikają, a liniowa prędkość przepływu krwi staje się stała.

Podobne dokumenty

Fizyczne podstawy zastosowania technologii laserowej w medycynie. Rodzaje laserów, zasady działania. Mechanizm interakcji promieniowanie laserowe z tkankami biologicznymi. Obiecujący metody laserowe w medycynie i biologii. Produkowany seryjnie medyczny sprzęt laserowy.

streszczenie, dodano 30.08.2009


Bipolarne elektrody elektrokardiograficzne (wg Einthovena). Umieszczenie elektrod piersiowych do EKG. Kartografia przedsercowa. Tworzenie osi elektrycznej serca, ekstrasystolia. Mechanizm powstawania załamków P i T, odcinków P-Q i ST oraz zespołu QRS.

prezentacja, dodano 01.08.2014


Pojęcie metrologii i normalizacji, historia i główne etapy rozwoju, dokumenty regulacyjne i podstawa prawna. Znaczenie elektrokardiografii we współczesnej medycynie, mechanizm jej realizacji. Uzasadnienie i optymalizacja weryfikacji elektrokardiografu.

praca magisterska, dodana 15.02.2014


Źródło energii niezbędnej do przepływu krwi w naczyniach. Podstawowa funkcja serca. Lokalizacja serca Jama klatki piersiowej. Średnia wielkość serca osoby dorosłej. Praca lewej i prawej komory, zastawek mitralnych i aortalnych.

prezentacja, dodano 25.12.2011


Fizjologiczne podstawy elektrokardiografii. Maksymalne bicie serca. Podstawowe metody badania dźwięków serca, schemat głównych punktów ich słuchania. Główne elementy prawidłowego i nieprawidłowego elektrokardiogramu (fale, interwały, segmenty).

prezentacja, dodano 01.08.2014


Odkrycie promieni rentgenowskich przez Wilhelma Roentgena, historia i znaczenie tego procesu w historii. Budowa lampy rentgenowskiej i wzajemne powiązania jej głównych elementów, zasada działania. Właściwości promieniowania rentgenowskiego, jego działanie biologiczne, rola w medycynie.

prezentacja, dodano 21.11.2013


Historia odkrycia promieni rentgenowskich. Mechanizm jego produkcji za pomocą lampy katodowej. Biologiczne skutki promieniowania rentgenowskiego. Jego zastosowania w medycynie i nauce. Tomograf elektronowy. Wpływ artefaktów na jakość obrazu podczas skanowania.

prezentacja, dodano 29.03.2016


Wzory do obliczania rzutu serca lub objętości wyrzutowej. Czynniki zwiększające minimalną objętość krwi. Czynność mechaniczna serca i zasada polikardiografii. Ogólne wskaźniki mechanicznej aktywności serca. Rodzaje wpływów regulacyjnych na serce.

prezentacja, dodano 13.12.2013


Charakterystyka fizyczna dźwięk. Pojęcie ultradźwięków i zasada działania emiterów elektromechanicznych. Biomedyczne zastosowania ultradźwięków. Metody diagnostyczne i badawcze: echoskopia dwuwymiarowa i dopplerowska, obrazowanie harmoniczne.

prezentacja, dodano 23.02.2013


Organizacja membran. Transport substancji przez błony. Centralny mechanizm regulacji narządów oddechowych. Nefron jest strukturalną i funkcjonalną jednostką nerki. Funkcjonalne połączenia podwzgórza z przysadką mózgową. Problem lokalizacji funkcji w korze mózgowej.