Экспериментальное изучение и проведение сравнения фонофореза и электрофорезаеля)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Экспериментальное изучение и проведение сравнения фонофореза и электрофореза

Сантуева Р.М., Сурова К.В. Тишурова Я.А., студенты

Научный руководитель: Акопян В. Б.,

профессор, доктор биологических наук

Резюме

Данная статья посвящена изучению механизмов электрофореза и фонофореза. В основу статьи легли эксперименты по определению зависимости глубины проникновения ионов йода в ткань образца клубня картофеля от времени, по результатам которых были сделаны выводы о механизмах действия электрофореза и фонофореза и об их принципиальном различии. При провдении экспериментов учитывалась зависимость интенсивности действующего излучения от времени воздействия.

Ключевые слова: Ультразвук, электрофорез, фонофорез.

Summary

электрофорез фонофорез ион ткань

This article is devoted to the study of electrophoresis and phonophoresis mechanisms. Having studied the basic theoretical information concerning the mechanisms of action and differences between electrophoresis and phonophoresis, experiments were carried out to establish the dependence of the depth of penetration of iodine ions into the tissue of a potato tuber sample during electrophoresis depending on time and compared with phonophoresis, followed by comparison with electrophoresis.

Keywords: Ultrasound, electrophoresis, phonophoresis.

Введение

На современном этапе развития медицины большое значение имеет не только разработка новых медицинских технологий, что зачастую связано с серьезными материальными затратами, но и совершенствование известных методов лечения. Среди широко применяемых в клинической практике методов физиотерапии особое место занимают физико-фармакологические методы, в основе которых лежит сочетанное действие физических факторов и вводимых с их помощью лекарственных средств. Наибольшее развитие и распространение получили электрофорез и фонофорез, для которых имеется необходимая аппаратная база практически в каждом кабинете физиотерапии. Благодаря комплексному влиянию на организм физического фактора (постоянного тока или ультразвука) и вводимого с его помощью лекарства удается не только достичь лечебного эффекта при значительно меньших дозировках, но и избежать побочных реакций, которые наблюдаются при других видах медикаментозной терапии[8,9].

Фонофорез - это метод физиотерапии, основанный на сочетании воздействия ультразвука и лекарственных веществ, вводимых с помощью ультразвука.

Электрофорез представляет собой одновременное воздействие постоянного тока и поступающего с ним в организм небольшого количества лекарственного вещества или нескольких лекарственных препаратов.

В данное работе будет проведено сравнение действия на биообъект фонофореза и электрофореза.

Теоретическая часть

Электрофорез и фонофорез занимают промежуточное положение между физиотерапией и фармакотерапией, так как при этих процедурах физические факторы - электрический ток или ультразвук, сами по себе обладающие лечебным действием, обеспечивают доставку лекарственных веществ в организм через неповрежденную кожу и слизистые оболочки.[1]

Электрофорез -- это явление направленного движения ультрамикроскопических и микроскопических частиц под влиянием приложенной извне разности потенциалов, наблюдаемое в суспензиях, эмульсиях, коллоидных растворах, растворах высокомолекулярных соединений (например, белков нуклеиновых кислот, полисахаридов и др.).[6]

Электрофорез объясняется наличием у микроскопических и ультрамикроскопических частиц электрических зарядов, которые возникают в результате избирательной адсорбции частицами ионов из окружающей их дисперсионной среды или вследствие диссоциации ионогенных групп, входящих в состав поверхности частиц. Знак электрического заряда частицы зависит как от природы самих частиц, так и от состава дисперсионной среды. Частицы одного и того же вещества могут заряжаться как положительно, так и отрицательно при изменении состава дисперсионной среды. Так, например, макромолекулы белка в растворах, рН которых меньше изоэлектрической точки данного белка, заряжены положительно и перемещаются в электрическом поле к отрицательному полюсу -- катоду, а в растворах, рН которых больше изоэлектрической точки белка, его макромолекулы заряжены отрицательно и движутся к положительному полюсу -- аноду. Движение частиц к катоду иногда называют катафорезом, к аноду -- анафорезом. [3,7]

Электрофорез, как медицинская процедура, также называется ионофорез, ионотерапия, ионогальванизация или гальваноионотерапия, причем все данные термины означают один и тот же процесс. Применительно к медицинской практике, электрофорез представляет собой метод электротерапии, который основан на эффектах постоянного тока и действии лекарственных препаратов, доставляемых при помощи того же тока. Доставка различных медицинских препаратов при помощи данного метода называется лекарственным электрофорезом. Сегодня в лечебной практике применяется несколько видов электрофореза, в которых используют различные электрические токи.

В основе электрофореза лежит процесс электролитической диссоциации. Химическое вещество, являющееся лекарством, распадается на ионы в водном растворе. При пропускании электрического тока через раствор с медицинским препаратом ионы лекарства начинают перемещаться, проникают через кожу, слизистые оболочки, и попадают в организм человека. Ионы лекарственного вещества проникают в ткани по большей части через потовые железы, но небольшой объем способен проходить и через сальные железы. Лекарственное вещество после проникновения в ткани через кожу равномерно распределяется в клетках и межклеточной жидкости. Электрофорез позволяет доставить лекарственный препарат в неглубокие слои кожи - эпидермис и дерму, откуда он способен всасываться в кровь и лимфу через микрососуды. Попав в кровоток и лимфоток, медицинский препарат доставляется ко всем органам и тканям, но максимальная концентрация сохраняется в области введения лекарства. Количество лекарственного вещества, которое может всосаться в ткани из раствора при проведении процедуры электрофореза, зависит от множества факторов.

Основные факторы, влияющие на степень всасывания лекарства при доставке его электрофорезом:

- степень диссоциации;

- размер и заряд иона;

- свойства растворителя;

- концентрация вещества в растворе;

- плотность электрического тока;

- длительность процедуры;

- возраст человека;

- состояние кожных покровов;

- общее состояние организма.

При фонофорезе физико-химическое действие ультразвука на биологические объекты, прежде всего, связано с морфологией их поверхности. Ультразвук усиливает в тканях проницаемость клеточных мембран и диффузные процессы, изменяет концентрацию водородных ионов в тканях, вызывает расщепление высокомолекулярных соединений, ускоряет обмен веществ. При умеренной и небольшой интенсивности ультразвука в живых тканях явления кавитации практически не выражены и наблюдается лишь пульсация естественных пузырьков в биологических жидкостях и усиление внутриклеточных и внеклеточных микропотоков жидкости, прекращающихся при отключении генератора ультразвука. [2]

Тепловое действие ультразвука происходит вследствие превращения акустической энергии в тепловую в результате поглощения ультразвука. Кроме того, образование тепла обусловлено физическими явлениями, вызывающими так называемый эффект пограничных поверхностей. Сущность его заключается в усилении действия ультразвука на границе разделения двух сред. Особенно это сказывается на тепловом эффекте, который может усиливаться в несколько раз.

Первичный эффект действия ультразвука проявляется влиянием на тканевые и внутриклеточные процессы; изменение процессов диффузии и осмоса, проницаемости клеточных мембран, интенсивности протекания ферментативных процессов, окисления, кислотно-щелочного равновесия, электрической активности клетки. В тканях под действием ультразвука активируются обменные процессы, увеличивается содержание нуклеиновых кислот, и стимулируются процессы тканевого дыхания. Под влиянием ультразвука повышается проницаемость стенок сосудов.

В основе биологического действия ультразвука могут лежать также вторичные физико-химические эффекты. Так, при образовании акустических потоков может происходить перемешивание внутриклеточных структур. Кавитация приводит к разрыву молекулярных связей в биополимерах и других жизненно важных соединениях и к развитию окислительно-восстановительных реакций. Ультразвук повышает проницаемость биологических мембран, вследствие чего происходит ускорение процессов обмена веществ из-за диффузии. Все перечисленные факторы в реальных условиях действуют на биологические объекты в том или ином сочетании совместно, и поэтому трудно, а подчас невозможно раздельно исследовать процессы, имеющие различную физическую природу.[2,4,5]

Стоит отметить, что электрофорез и фонофорез хорошо совмещаются друг с другом.

Экспериментальная часть

Изучение различий в механизмах электрофореза и фонофореза

Различие в механизмах электро- и фонофореза удобно исследовать на модели - ткани клубня картофеля. Эта ткань имеет биологическую природу и клеточное строение, а отсутствие рефлекторных и сосудистых реакций существенно упрощает наблюдаемую картину. В клетках (и только в клетках) клубня картофеля содержится крахмал, который можно использовать как естественный внутриклеточный индикатор на йод.

1. Электрофорез

Для проведения электрофореза цилиндрический образец ткани клубня картофеля помещают между двумя плоскими электродами. Между катодом и образцом помещают пористую прокладку, пропитанную 0,5 М раствором KI. Электрофорез проводят постоянным током, величиной в 25 мА. Использование ткани клубня картофеля позволяет определить некоторые закономерности процессов электрофореза ионов йода в ткань, а также исследовать различия между процессами электро- и фонофореза.

Чтобы провести необходимые исследования использовали установку для проведения электрофореза (Рис.1.)

Рис. 1 Принципиальная лабораторная схема для осуществления электрофореза:

1. - отрицательный контакт питающего устройства;

2. - положительный контакт питающего устройства;

3. - измерительная ячейка:

a - положительный электрод,

b - исследуемый образец,

c - губка, смоченная вводимым раствором (KJ),

d - отрицательный электрод

Введем в ткань картофеля (образцы стандартные, вырубленные штампом, высотой 10 мм) положительные ионы. Поэтому, первым делом, цилиндрический образец был помещен между двумя плоскими электродами. (Рис.2.) Между катодом и образцом была помещена пористая прокладка, пропитанная раствором KI. Именно такой метод введения чаще всего используют в клинической практике - используют гидрофильные прокладки из материалов, легко впитывающих воду (обезжиренные кипячением марля или фланель, бязь). В случаях применения особо ядовитых и сильнодействующих веществ иногда пользуются в качестве гидрофильной прокладки фильтровальной бумагой. Во всех случаях применения гидрофильных прокладок необходимо самым тщательным образом обеспечить чистоту этих прокладок, исключающую поступление паразитарных ионов.

Рис. 2 Прибор для проведения электрофореза

Механизм проявления сводится к тому, что ионы йода, окисляясь, переходят в атомарный йод, который при взаимодействии с крахмалом, находящимся в пластидах внутри клеток, поэтому образец был разрезан и помещен на 10-15 секунд в 1-2% раствор перекиси водорода. В тех местах, где клетки ткани картофеля оказались разрушенными при разрезании, поверхность образца окрасилась в сине-фиолетовый цвет. Это позволяет сделать вывод о том, что в образец при помощи электрофореза были введены ионы йода.

Результаты эксперимента после проявления при помощи фонофореза можно наблюдать на рис. 3.

Рис. 3 Результаты проведенного эксперимента

Затем проведем обработку полученных данных.

T- время проведения измерения, минуты

H - глубина проникновения ионов в картофель, см

Для удобства были выполнены построения графических зависимостей изменения глубины от времени воздействия ультразвука для двух экспериментов и проведена линейная аппроксимация. (Рис.4).

Рис. 4 График изменения глубины введения ионов йода при электрофорезе от времени

Теперь проведем эксперимент по введению ионов калия. Для этого эксперимент проведен с пропитанной KI пористой прокладкой, находящейся между анодом и образцом. Полученные результаты представлены на рис.5.

Рис. 5 Результаты эксперимента по проявлению введенных ионов калия

Как и ожидалось, мы не наблюдаем никаких изменений, поскольку 2% раствор перекиси водорода проявляет только ионы йода, а в клетку смогли попасть лишь ионы калия, которые не дают в комплексе с крахмалом характерной сине-фиолетовой окраски.

2. Фонофорез

Данные для этого эксперимента получены в совместной работе с Черников Е. С., Идрисов А. С., Ильин К. В студенты МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Медико-технические информационные технологии». Для проведения фонофореза ионов йода в ткань клубня картофеля использовался стандартный ультразвуковой аппарат, предназначенный специально для ультразвуковой терапии - УЗТ -1.01. (Рис.6.)

Рис. 6 Ультразвуковой терапевтический аппарат УЗТ -1.01 и кювета для фонофореза

1-исследуемый образец,

2- 0,5 М раствор KJ,

3- излучатель ультразвука,

4- термостатируемая кювета

Для исследования, образцы из клубня картофеля высотой 10 мм помещали в кювету, дном которой служил излучатель ультразвука. Исследуемый образец необходимо предварительно наколоть на спицу и опустить в кювету на фиксированную глубину. (Рис.7).

Рис. 7 Образец, наколотый на тонкую спицу, опущенный на фиксированную глубину в кювету, выполненную из цилиндрического полиэтиленового флакона подходящего размера

В кювету заливают 0,5 М раствор йодистого калия так, чтобы только нижний край образца оказался в контакте с раствором.

После воздействия на образец ультразвуком различной интенсивности, различной длительности, обеспечиваемыми техническими параметрами используемого аппарата, образец обмывают водой, разрезают, и плоскостью среза помещают на несколько секунд в 0,5 - 2% раствор перекиси водорода.

Толщину окрашенного слоя измеряется линейкой с ценой деления 0,5 мм.

Затем проведем обработку полученных данных. (Рис.8.)

T- время проведения измерения, минуты

H - глубина проникновения ионов в картофель, см

Рис. 8 Графики, построенные на основе экспериментальных данных (данные получены совместно с Черников Е. С., Идрисов А. С., Ильин К. В)

Исследования проводились в результате воздействия ультразвуковым излучателем на образцы картофеля, погруженного в 0,5 М раствор йодистого калия, в течение 2, 4 и 6 минут при различных эффективных интенсивностях ультразвуковых колебаний, на которые рассчитан аппарат УЗТ (выбрана 0,7, 1 Вт/см²). После облучения образца ультразвуком его обмывали водой и помещали плоскостью осевого среза на 15 секунд в слабый раствор перекиси водорода. При взаимодействии с H₂O₂ ионы йода окисляются и окрашивают образец.

3. Электро- и фонофорез (совместно)

Для проведения данного эксперимента образец, подвергнутый электрофорезу, был без проявления результатов помещен с установку для фонофореза и был проведен опыт, аналогичный уже описанному. Таким образом была проверена теоретическая информации о возможности успешного сочетания двух методик. (Рис.9)

Рис. 9 Образец, подвергнутый электро- и фонофорезу (по 5 минут)

Выводы

В результате проведенной работы были рассмотрены характерные особенности механизмов проведения и основные принципы фонофореза и электрофореза. Проведенные эксперименты показали, что при электрофорезе, из-за особенностей распространения токов, происходит более глубокое проникновение веществ, однако они остаются в межклеточном веществе, не попадая непосредственно в клетки. Используя фонофорез можно добиться попадания вводимых веществ в клетки, но глубина их проникновения будет меньшей. Таким образом, различия в механизмах электрофореза и фонофореза позволяют вводить в организм разные по своей природе вещества, как в межклеточную жидкость, так и в саму клетку, что существенно расширяет возможности врача, назначающего лечение. При назначении времени и параметров терапии можно в некоторой степени руководствоваться полученными экспериментально зависимостями (хоть и с большим ограничением за счет предельной простоты модельной среды).

Список используемой литературы

1. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М., Из-во МГТУ им. Баумана, 2005, 223 с.

2. Ультразвуковые технологии и аппараты. Воздействие ультразвука на живые системы. [Электронный ресурс]. http://u-sonic.ru/book/export/html/964.

3. Сорока С.А. Влияние акустических колебаний на биологические объекты // Вибрация в технике и технологиях. 2005. № 1. С. 39 - 41.

4. Гайдамака И. И. Физическая характеристика и механизм действия ультразвука http://smham.ru/publ/2-1-0-55/.

5. Применение ультразвука в медицине. Физические основы. Под ред. К. Р. Хилла, Дж.Р Бамбера и Г.Р. тер Хаар. М. Физматлит, 2008. 544 С.

6. Медицинская энциклопедия. Особенности электрофореза. [Электронный ресурс]. http://www.medical-enc.ru/26/electrophoresis.shtml.

7. Боголюбов В.М. Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. Издательство: М. Спб 2006. 480 С.

8. Улащик В.С., Чиркин А.А. Ультразвуковая терапия. Мн., 1983. 253 с.

9. Улащик В.С. Электрофорез лекарственных веществ: руководство для специалистов. Минск, 2010. 404 с.

Размещено на Allbest.ru