Плазма вещество: Вездесущая плазма: четвертое состояние вещества

Содержание

Плазма — 4-е природное государство

Плазму часто называют «четвертым состоянием материи», наряду с твердым, жидким и газовым. Она называется так благодаря своим уникальным свойствам, зеркально отражающим то, как другие состояния способны изменять форму от одного к другому.

Например, твердое вещество при нагревании может расплавиться в жидкость, а жидкость, доведенная до кипения, превращается в газ. При нагревании газа образуется плазма, состоящая из положительно и отрицательно заряженных частиц, известных как ионы.

Поскольку плазма состоит из заряженных ионов, она является электропроводящим веществом, хорошо реагирующим на магнитные и электрические поля — хотя и не имеет собственного заряда. Некоторые плазмы могут иметь общий заряд (положительный или отрицательный), и они будут состоять из чистого электрона, ионов, позитрона или антипротонной плазмы.

Хотя это не всегда так, большинство плазмы создается путем нагревания газа до интенсивной температуры. Ученые на Большом адронном коллайдере ЦЕРН установили в 2012 году рекорд, создав плазму, которая достигла 5,5 триллиона градусов Цельсия (9,9 триллиона градусов по Фаренгейту). Считается, что температура в центре Солнца составляет около 9 миллиардов градусов Цельсия.

Эта плазма, генерирующая тепло, может использоваться в повседневной жизни в самых разных местах, в том числе:

  1. молния
  2. звезды (включая Солнце)
  3. флюоресцентные лампы
  4. неоновая реклама
  5. дуговая сварка

Однако, не каждая плазма горячая.

Холодная плазма состоит из одних и тех же элементов, но температура отдельных частей отличается друг от друга. Электроны всегда имеют чрезвычайно высокую температуру, но нейтральные атомы в этом случае остаются при комнатной температуре. При холодной плазме количество электронов в плазме намного меньше плотности нейтральных атомов, что оставляет общую температуру низкой.

В качестве примера можно привести люминесцентную лампу (состоящую из стандартной плазмы), которая содержит очень горячие электроны (около 20 000 кельвинов). Однако лампа не является горячей на ощупь, потому что количество электронов в лампе намного меньше, чем объем воздуха при комнатной температуре. По этому принципу работает холодная плазма.

Свойства плазмы

  1. Плазма не имеет определенной формы или объема, а формируется, чтобы заполнить размер и форму своего контейнера, как газ.
  2. Плазма проводит электричество, в отличие от газов, которые являются электрическими изоляторами.
  3. Плазма — самая распространенная форма материи в видимой вселенной, составляющая около 99% всей материи.

Для чего используется плазма?

Как уже кратко упоминалось ранее, тепловая плазма используется в неоновых знаках и флуоресцентных лампах, а также в телевизорах.

Холодная плазма имеет широкий спектр применения в различных областях. Она используется для очистки воздуха и воды, а также в производстве и упаковке продуктов питания в пищевой промышленности.

Биомедицина использует плазму для лечения зубов и кожи, а также для стерилизации медицинских инструментов и приборов. Холодная плазма требует лишь очень низкой теплоемкости, что обеспечивает ее постоянное предпочтение в различных отраслях промышленности и применениях.

Что такое очистка холодного плазменного воздуха?

Очистка воздуха — одно из самых популярных и эффективных применений холодной плазмы. Она работает путем разделения ионов на отрицательные и положительные, заряжая их энергией для привлечения их противоположности по законам полярности.

Отправленные в любое пространство, эти ионы будут зацепляться за загрязняющие вещества, переносимые по воздуху, по мере того, как они зацепляются обратно, изменяя их на клеточном уровне, чтобы они больше не были опасны.

Этот процесс чрезвычайно эффективен, нейтрализуя до 99% всех аллергенов, бактерий, вирусов и летучих органических соединений внутри помещений, без вредного образования озона.

Почему это полезно при очищении воздуха?

Общеизвестно, что трудно эффективно очищать воздух в помещении, и что помещения без соответствующей вентиляции, как правило, являются очагом распространения загрязняющих веществ, которые могут нанести вред здоровью и благополучию жителей.

В больших зданиях, заполненных людьми (таких как школы, офисы, больницы и розничные магазины), часто установлены мощные системы кондиционирования воздуха для контроля за климатом и поддержания комфортных условий жизни людей. Но эти системы только усугубляют проблему, циркулируя воздух из комнаты в комнату и эффективно распространяя эти загрязняющие вещества.

Хотя HEPA-фильтры могут быть добавлены в эти системы, чтобы уменьшить количество загрязняющих веществ в воздухе, это не очень эффективно. Фильтр улавливает и удерживает бактерии, вирусы и летучие органические соединения, что затрудняет удаление фильтров, и воздух должен сначала пройти через фильтр, прежде чем его можно будет очистить.

Это означает, что люди, кашляющие, говорящие или привносящие снаружи загрязняющие вещества, способны распространить их по комнате до того, как о них позаботится фильтр.

Холодная плазма является активным способом очистки воздуха, так как когда ионы выходят из прибора и циркулируют в воздухе, они нейтрализуют загрязняющие вещества при контакте и обеспечивают безопасное жизненное пространство для всех находящихся поблизости.                                         

Холодная плазма также безопасна для непрерывного использования в любой среде. Там, где УФ-очистители воздуха известны производством опасного озона и формальдегида в качестве побочных продуктов процесса, генераторы холодных плазменных ионов не производят.

Airius PureAir Plus

Airius PureAir Plus является идеальным очистителем воздуха для больших зданий, сочетая биполярную ионизацию (BPI), целенаправленную форму холодной плазменной очистки, с высокоэффективным вентилятором для быстрого рассеивания ионов по всему помещению, что обеспечивает гораздо более эффективную очистку воздуха.

В Airius есть подход к очищению воздуха, ориентированный на благополучие, создавая процесс, использующий методы холодной плазмы для воссоздания того, как природа очищает воздух. Отрицательные ионы встречаются в природе в таких местах, как горы и океан, и именно для этого чистого, освежающего воздуха и создана серия Airius PureAir в любой среде.

Активный процесс означает, что воздух очищается 24 часа в сутки 7 дней в неделю на постоянной основе, и исследовательские испытания показали, что очиститель не только может поддерживать воздух в чистоте, но и частицы вируса от чиха могут быть остановлены в радиусе трех футов.

Для любого бизнеса, дома или в розничной торговле Airius PureAir Plus является идеальным выбором для управления здоровьем и хорошим самочувствием клиентов, персонала и семьи.

Чтобы узнать больше, или если у вас возникли вопросы, позвоните нам по телефону +359 899-247487 или посетите нас по адресу www.airius.bg. 

Что такое плазма?


Традиционно агрегатные состояния вещества делятся на твердое, жидкое и газообразное. Но, помимо них, в определенных условиях вещество может переходить в еще одно состояние — состояние плазмы.

Любая материя состоит из атомов, которые по сути являются строительными блоками всех привычных нам предметов. Атомы состоят из положительно заряженных протонов, отрицательно заряженных электронов и незаряженных нейтронов. Атомы могут соединяться и образовывать молекулы.

Обычно атомы газа имеют равный отрицательный и положительный заряд, то есть число положительных протонов в ядре атома равняется числу вращающихся вокруг него отрицательных электронов, поэтому в целом атом остается нейтральным.  Плазма образуется, когда при поступлении большого количества тепла (или иного вида энергии) атомы начинают полностью или частично терять свои электроны. В таком случае заряд атомов становится положительным, а отделившиеся от них электроны начинают двигаться независимо. Такие атомы и образовавшийся электрически заряженный газ называют «ионизированными». Когда число ионизированных атомов становится достаточно высоким для изменения электрических характеристик газа, он становится плазмой. Плазма образует и реагирует на электромагнитные поля.

Возьмем для примера молекулу воды H2O. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. На рисунке выше показаны четыре агрегатные состояния H2O: лед в твердой форме, вода в жидкой, пар в газообразной. При воздействии на лед достаточного количества энергии он перейдет из твердой в жидкую форму. Если поступление энергии продолжится, жидкая форма перейдет в газообразную, а затем молекулы пара станут электрически заряженными (ионизированными) и образуют плазму. Термин «плазма» в применении к ионизированному газу впервые был использован в 1929 году американским химиком и физиком доктором Ирвингом Ленгмюром.

Некоторые виды плазмы встречаются в природе, например, Солнце и другие звезды, статическое электричество и молнии.  Также мы каждый день видим и другие, искусственные виды плазмы: неоновые огни, флуоресцентные лампы и плазменные экраны.

Плазма (агрегатное состояние) — это… Что такое Плазма (агрегатное состояние)?

Плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений, включая филаментацию. Свечение плазмы обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией после рекомбинации с ионами. Этот процесс приводит к излучению со спектром, соответствующим возбуждаемому газу.

Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества. Слово «ионизированный» означает, что от значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями. Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году, возможно из-за ассоциации с плазмой крови. Ленгмюр писал:

Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит ионы и электроны практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин «плазма», чтобы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов.

Многие философы античности утверждали, что мир состоит из четырех стихий: земли, воды, воздуха и огня. Это положение с учетом некоторых допущений укладывается в современное научное представление о четырех агрегатных состояниях вещества, причем плазме, очевидно, соответствует огонь.[1] Свойства плазмы изучает физика плазмы.

Формы плазмы

Фазовым состоянием большей части вещества (по массе ок. 99,9 %) во Вселенной является плазма.[2] Все звёзды состоят из плазмы, и даже пространство между ними заполнено плазмой, хотя и очень разреженной (см. межзвездное пространство). К примеру, планета Юпитер сосредоточила в себе практически все вещество Солнечной системы, находящееся в «неплазменном» состоянии (жидком, твердом и газообразном). При этом масса Юпитера составляет всего лишь около 0,1 % массы Солнечной системы, а объем и того меньше — всего 10−15 %. При этом мельчайшие частицы пыли, заполняющие космическое пространство и несущие на себе определенный электрический заряд, в совокупности могут быть рассмотрены как плазма, состоящая из сверхтяжелых заряженных ионов (см. пылевая плазма (англ.)).

Свойства и параметры плазмы

Определение плазмы

Плазма — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.[4] Не всякую систему заряженных частиц можно назвать плазмой. Плазма обладает следующими свойствами:[5][6][7]

  • Достаточная плотность: заряженные частицы должны находиться достаточно близко друг к другу, чтобы каждая из них взаимодействовала с целой системой близкорасположенных частиц, состоящей из многих ионов. Условие считается выполненным, если число заряженных частиц в сфере влияния (сфера радиусом Дебая) достаточно для возникновения коллективных эффектов (подобные проявления — типичное свойство плазмы). Математически это условие можно выразить так:
, где  — концентрация заряженных частиц.
  • Приоритет внутренних взаимодействий: радиус дебаевского экранирования должен быть мал по сравнению с характерным размером плазмы. Этот критерий означает, что взаимодействия, происходящие внутри плазмы более значительны по сравнению с эффектами на ее поверхности, которыми можно пренебречь. Если это условие соблюдено, плазму можно считать квазинейтральной. Математически оно выглядит так:
  • Плазменная частота: среднее время между столкновениями частиц должно быть велико по сравнению с периодом плазменных колебаний. Эти колебания вызываются действием на заряд электрического поля, возникающего из-за нарушения квазинейтральности плазмы. Это поле стремится восстановить нарушенное равновесие. Возвращаясь в положение равновесия, заряд проходит по инерции это положение, что опять приводит к появлению сильного возвращающего поля, возникают типичные механические колебания.[8] Когда данное условие соблюдено, электродинамические свойства плазмы преобладают над молекулярно-кинетическими. На языке математики это условие имеет вид:

Классификация

Плазма обычно разделяется на идеальную и неидеальную, низкотемпературную и высокотемпературную, равновесную и неравновесную, при этом довольно часто холодная плазма бывает неравновесной, а горячая равновесной.

Температура

При чтении научно-популярной литературы, читатель зачастую видит значения температуры плазмы порядка десятков, сотен тысяч или даже миллионов градусов. Для описания плазмы в физике удобно использовать не температуру, а энергию, выраженную в электрон-вольтах (эВ). Для перевода температуры в эВ можно воспользоваться следующим соотношением: 1эВ = 11600 градусов Кельвина. Таким образом становится понятно, что температура в «десятки тысяч градусов» достаточно легко достижима.

В неравновесной плазме электронная температура существенно превышает температуру ионов. Это происходит из-за различия в массах иона и электрона, которое затрудняет процесс обмена энергией. Такая ситуация встречается в газовых разрядах, когда ионы имеют температуру около сотен, а электроны около десятков тысяч градусов.

В равновесной плазме обе температуры равны. Поскольку для осуществления процесса ионизации необходимы температуры, сравнимые с потенциалом ионизации, равновесная плазма обычно является горячей (с температурой больше нескольких тысяч градусов).

Понятие высокотемпературная плазма употребляется обычно для плазмы термоядерного синтеза, который требует температур в миллионы кельвинов.

Степень ионизации

Для того, чтобы газ перешел в состояние плазмы, его необходимо ионизировать. Степень ионизации пропорциональна числу атомов, отдавших или поглотивших электроны, и больше всего зависит от температуры. Даже слабо ионизированный газ, в котором менее 1 % частиц находятся в ионизированном состоянии, может проявлять некоторые типичные свойства плазмы (взаимодействие с внешним электромагнитным полем и высокая электропроводность). Степень ионизации α определяетя как α = ni/(ni + na), где ni — концентрация ионов, а na — концентрация нейтральных атомов. Концентрация свободных электронов в незаряженной плазме ne определяется очевидным соотношением: ne=<Z> ni, где <Z> — среднее значение заряда ионов плазмы.

Для низкотемпературной плазмы характерна малая степень ионизации (до 1 %). Так как такие плазмы довольно часто употребляются в технологических процессах, их иногда называют технологичными плазмами. Чаще всего их создают при помощи электрических полей, ускоряющих электроны, которые в свою очередь ионизируют атомы. Электрические поля вводятся в газ посредством индуктивной или емкостной связи (см. индуктивно-связанная плазма). Типичные применения низкотемпературной плазмы включают плазменную модификацию свойств поверхности (алмазные пленки, нитридирование металлов, изменение смачиваемости), плазменное травление поверхностей (полупроводниковая промышленность), очистка газов и жидкостей (озонирование воды и сжигание частичек сажи в дизельных двигателях).

Горячая плазма почти всегда полностью ионизирована (степень ионизации ~100 %). Обычно именно она понимается под «четвертым агрегатным состоянием вещества». Примером может служить Солнце.

Плотность

Помимо температуры, которая имеет фундаментальную важность для самого существования плазмы, вторым наиболее важным свойством плазмы является плотность. Слово плотность плазмы обычно обозначает плотность электронов, то есть число свободных электронов в единице объема (строго говоря, здесь, плотностью называют концентрацию — не массу единицы объема, а число частиц в единице объема). Плотность ионов связана с ней посредством среднего зарядового числа ионов : . Следующей важной величиной является плотность нейтральных атомов n0. В горячей плазме n0 мала, но может тем не менее быть важной для физики процессов в плазме. Плотность в физике плазмы описывается безразмерным параметром плазмы rs, который определяется как отношение среднего межчастичного состояния к радиусу бора.

Квазинейтральность

Так как плазма является очень хорошим проводником, электрические свойства имеют важное значение. Потенциалом плазмы или потенциалом пространства называют среднее значение электрического потенциала в данной точке пространства. В случае если в плазму внесено какое-либо тело, его потенциал в общем случае будет меньше потенциала плазмы вследствие возникновения дебаевского слоя. Такой потенциал называют плавающим потенциалом. По причине хорошей электрической проводимости плазма стремится экранировать все электрические поля. Это приводит к явлению квазинейтральности — плотность отрицательных зарядов с хорошей точностью равна плотности положительных зарядов (). В силу хорошей электрической проводимости плазмы разделение положительных и отрицательных зарядов невозможно на расстояниях больших дебаевской длины и временах больших периода плазменных колебаний.

Примером неквазинейтральной плазмы является пучок электронов. Однако плотность не-нейтральных плазм должна быть очень мала, иначе они быстро распадутся за счёт кулоновского отталкивания.

Отличия от газообразного состояния

Плазму часто называют четвертым состоянием вещества. Она отличается от трёх менее энергетичных агрегатных состояний материи, хотя и похожа на газовую фазу тем, что не имеет определённой формы или объема. До сих пор идёт обсуждение того, является ли плазма отдельным агрегатным состоянием, или же просто горячим газом. Большинство физиков считает что плазма является чем-то большим чем газ по причине следующих различий:

Свойство Газ Плазма
Электрическая проводимость Очень мала
К примеру, воздух является превосходным изолятором до тех пор, пока не переходит в плазменное состояние под действием внешнего электрического поля напряженностью в 30 киловольт на сантиметр.[9]
Очень высока
  1. Несмотря на то, что при протекании тока возникает хотя и малое, но тем не менее конечное падение потенциала, во многих случаях электрическое поле в плазме можно считать равным нулю. Градиенты плотности, связанные с наличием электрического поля, могут быть выражены через распределение Больцмана.
  2. Возможность проводить токи делает плазму сильно подверженной влиянию магнитного поля, что приводит к возникновению таких явлений как филаментирование, появление слоев и струй.
  3. Типичным является наличие коллективных эффектов, так как электрические и магнитные силы являются дальнодействующими и гораздо сильнее чем гравитационные.
Число сортов частиц Один
Газы состоят из подобных друг другу частиц, которые движутся под действием гравитации, а друг с другом взаимодействуют только на сравнительно небольших расстояниях.
Два, или три, или более
Электроны, ионы и нейтральные частицы различаются знаком эл. заряда и могут вести себя независимо друг от друга — иметь разные скорости и даже температуры, что служит причиной появления новых явлений, например волн и неустойчивостей.
Распределение по скоростям Максвелловское
Столкновения частиц друг с другом приводит к максвелловскому распределению скоростей, согласно которому очень малая часть молекул газа имеют относительно большие скорости движения.
Может быть немаксвелловское

Электрические поля имеют другое влияние на скорости частиц чем столкновения, которые всегда ведут к максвеллизации распределения по скоростям. Зависимость сечения кулоновских столкновений от скорости может усиливать это различие, приводя к таким эффектам, как двухтемпературные распределения и убегающие электроны.

Тип взаимодействий Бинарные
Как правило двухчастичные столкновения, трёхчастичные крайне редки.
Коллективные
Каждая частица взаимодействует сразу со многими. Эти коллективные взаимодействия имеют гораздо большее влияние чем двухчастичные.

Сложные плазменные явления

Хотя основные уравнения, описывающие состояния плазмы, относительно просты, в некоторых ситуациях они не могут адекватно отражать поведение реальной плазмы: возникновение таких эффектов — типичное свойство сложных систем, если использовать для их описания простые модели. Наиболее сильное различие между реальным состоянием плазмы и ее математическим описанием наблюдается в так называемых пограничных зонах, где плазма переходит из одного физического состояния в другое (например, из состояния с низкой степенью ионизации в высокоионизационное). Здесь плазма не может быть описана с использованием простых гладких математических функций или, применяя вероятностный подход. Такие эффекты как спонтанное изменение формы плазмы являются следствием сложности взаимодействия заряженных частиц, из которых состоит плазма. Подобные явления интересны тем, что проявляются резко и не являются устойчивыми. Многие из них были изначально изучены в лабораториях, а затем были обнаружены во Вселенной.

Математическое описание

Плазму можно описывать на различных уровнях детализации. Обычно плазма описывается отдельно от электромагнитных полей. Совместное описание проводящей жидкости и электромагнитных полей даётся в теории магнитогидродинамических явлений или МГД теории.

Флюидная (жидкостная) модель

Во флюидной модели электроны описываются в терминах плотности, температуры и средней скорости. В основе модели лежат: уравнение баланса для плотности, уравнение сохранения импульса, уравнение баланса энергии электронов. В двухжидкостной модели таким же образом рассматриваются ионы.

Кинетическое описание

Иногда жидкостная модель оказывается недостаточной для описания плазмы. Более подробное описание даёт кинетическая модель, в которой плазма описывается в терминах функции распределения электронов по координатам и импульсам. В основе модели лежит уравнение Больцмана. Уравнение Больцмана неприменимо для описания плазмы заряженных частиц с кулоновским взаимодействием вследствие дальнодействующего характера кулоновских сил. Поэтому для описания плазмы с кулоновским взаимодействием используется уравнение Власова с самосогласованным электромагнитным полем, созданным заряженными частицами плазмы. Кинетическое описание необходимо применять в случае отсутствия термодинамического равновесия либо в случае присутствия сильных неоднородностей плазмы.

Particle-In-Cell (частица в ячейке)

Модели Particle-In-Cell являются более подробными чем кинетические. Они включают в себя кинетическую информацию путём слежения за траекториями большого числа отдельных частиц. Плотности эл. заряда и тока определяются путём суммирования частиц в ячейках, которые малы по сравнению с рассматриваемой задачей но тем не менее содержат большое число частиц. Эл. и магн. поля находятся из плотностей зарядов и токов на границах ячеек.

Базовые характеристики плазмы

Все величины даны в Гауссовых СГС единицах за исключением температуры, которая дана в eV и массы ионов, которая дана в единицах массы протона μ = mi / mp; Z — зарядовое число; k — постоянная Больцмана; К — длина волны; γ — адиабатический индекс; ln Λ — Кулоновский логарифм.

Частоты

  • Ларморова частота электрона, угловая частота кругового движения электрона в плоскости перпендикулярной магнитному полю:
  • Ларморова частота иона, угловая частота кругового движения иона в плоскости перпендикулярной магнитному полю:
  • плазменная частота (частота плазменных колебаний), частота с которой электроны колеблются около положения равновесия, будучи смещенными относительно ионов:
  • ионная плазменная частота:
  • частота столкновений электронов
  • частота столкновений ионов

Длины

  • Де-Бройлева длина волны электрона, длина волны электрона в квантовой механике:
  • минимальное расстояние сближения в классическом случае, минимальное расстояние на которое могут сблизиться две заряженных частицы при лобовом столкновении и начальной скорости, соответствующей температуре частиц, в пренебрежении квантово-механическими эффектами:
  • гиромагнитный радиус электрона, радиус кругового движения электрона в плоскости перпендикулярной магнитному полю:
  • гиромагнитный радиус иона, радиус кругового движения иона в плоскости перпендикулярной магнитному полю:
  • размер скин-слоя плазмы, расстояние на которое электромагнитные волны могут проникать в плазму:
  • Радиус Дебая (длина Дебая), расстояние на котором электрические поля экранируются за счёт перераспределения электронов:

Скорости

  • тепловая скорость электрона, формула для оценки скорости электронов при распределении Максвелла. Средняя скорость, наиболее вероятная скорость и среднеквадратичная скорость отличаются от этого выражения лишь множителями порядка единицы:

  • скорость ионного звука, скорость продольных ионно-звуковых волн:

Безразмерные величины

  • квадратный корень из отношения масс электрона и протона:
  • Число частиц в сфере Дебая:
  • Отношение Альфвеновской скорости к скорости света
  • отношение плазменной и ларморовской частот для электрона
  • отношение плазменной и ларморовской частот для иона
  • отношение тепловой и магнитной энергий
  • отношение магнитной энергии к энергии покоя ионов

Прочее

  • Бомовский коэффициент диффузии
  • Поперечное сопротивление Спитцера

Современные исследования

  • Теория плазмы
    • Равновесие и устойчивость плазмы
    • Взаимодействие плазмы с волнами и пучками
    • диффузия, проводимость и другие кинетические явления в плазме
    • Адиабатические инварианты
    • Слой Дебая
    • Кулоновские столкновения
    • типы разрядов
    • магнитогидродинамика
  • Плазма в природе
  • Источники плазмы
  • Диагностика плазмы
  • Применения плазмы

См. также

Ссылки

Примечания

Wikimedia Foundation. 2010.

Четвертое состояние вещества | Научпоп. Наука для всех

Физическое состояние вещества зависит от сочетаний температуры и давления. В зависимости от этих параметров вещество может принимать разные агрегатные состояния, такие как твердое тело, жидкость или газ. Однако существуют и другие фундаментальные состояния вещества. Одно из них — плазма, которая может возникать при определенных условиях.  Термин «плазма» впервые был применен к ионизированному газу в 1929 году Ирвингом Лэнгмюром, американским химиком и физиком.

Источник изображения: soho.nascom.nasa.gov

Источник изображения: soho.nascom.nasa.gov

Агрегатное состояние вещества можно рассматривать как состояние элементарных частиц, составляющих вещество, и прочность связей между ними. Например, в (кристаллическом) твердом теле существуют сильные межмолекулярные связи, удерживающие атомы вместе в решетчатом образовании, придающие ему веществу определенный объем и форму. В жидкости эти силы так слабы, что вещество больше не имеет определенной формы, а в газе они уже настолько незначительны, что атомы или молекулы могут двигаться независимо друг от друга, но они все еще остаются атомами и молекулами. Плазма — это состояние вещества, которое имеет достаточно энергии для отделения электронов от ядра атома.

Пример ионизации атома

Пример ионизации атома

Атомы содержат одинаковое количество как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. Из-за того, что протоны в ядре окружены равным количеством отрицательно заряженных электронов, каждый атом электрически нейтрален.

Плазма образуется, когда под воздействием тепловой или другой энергии ряд атомов высвобождают свои электроны. В результате атомы становятся положительно заряженными (ионами), а высвобожденные электроны могут свободно перемещаться. Когда достаточное количество атомов ионизируется, чтобы существенно повлиять на электрические характеристики газа, он становится плазмой.  Проще говоря, плазма — это горячий ионизированный газ, состоящий примерно из одинакового количества положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов.

Свойства плазмы


Характеристики плазмы значительно отличаются от характеристик обычных нейтральных газов, поэтому плазма считается особым «четвертым состоянием вещества».

В плазменной сфере нити плазмы (потоки электронов и положительные ионы) простираются от центрального электрода к внешнему стеклянному электроду. Источник изображения: .arcohio.com

В плазменной сфере нити плазмы (потоки электронов и положительные ионы) простираются от центрального электрода к внешнему стеклянному электроду. Источник изображения: .arcohio.com

Наиболее важный эффект ионизации заключается в том, что плазма приобретает некоторые электрические свойства, которых неионизированный газ не имеет:

1) появляется электропроводность. Для того чтобы вещество обладало электропроводностью, в нем должны быть свободные заряженные частицы. В металлах эти свободные частицы распределяются между атомами, а электрический ток проявляется в форме направленного движения электронов, переходящих от одного атома к другому. Вещество в состоянии плазмы само по себе состоит из свободных заряженных частиц;

2) плазма реагирует на электрические и магнитные поля. Например, поскольку плазма состоит из электрически заряженных частиц, на нее сильно влияют электрические и магнитные поля, а нейтральные газы — нет. Примером такого влияния является захват энергичных заряженных частиц вдоль линий геомагнитного поля с образованием радиационных поясов Ван Аллена.

Радиационные пояса Ван Аллена. Источник изображения: baomoi.com

Радиационные пояса Ван Аллена. Источник изображения: baomoi.com

Помимо внешних электромагнитных полей, таких как магнитное поле Земли или межпланетное магнитное поле, на плазму воздействуют электрические и магнитные поля, создаваемые в самой плазме посредством локальных концентраций заряда и электрических токов, появляющихся в результате движения ионов и электронов. Силы, оказываемые этими полями на заряженные частицы, из которых состоит плазма, действуют на большие расстояния и придают поведению частиц целостное коллективное качество, которое нейтральные газы не проявляют;

3) несмотря на существование локализованных концентраций заряда и электрических потенциалов, плазма электрически «квазинейтральна», потому что в совокупности содержит примерно равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, распределенных так, что их заряды аннулируются.

Где в природе можно увидеть плазму?


Самый большой сгусток плазмы, который мы постоянно наблюдаем — это Солнце. Огромное количество тепла, выделяемое звездой, отрывает электроны от атомов водорода и гелия, из которых состоит Солнце. Фактически оно, как и другие звезды, представляет собой большой плазменный шар. Увидеть потоки и вспышки солнечной плазмы в высоком разрешении можно в красивейшем видео NASA «Термоядерное искусство» в конце статьи.

Солнце и все другие звезды — это плазма. Источник изображения: hispantv.com

Солнце и все другие звезды — это плазма. Источник изображения: hispantv.com

По оценкам, 99% вещества в наблюдаемой вселенной находится в плазменном состоянии, отсюда и выражение «плазменная вселенная». (Фраза «наблюдаемая вселенная» является важной характеристикой: считается, что примерно 90% массы вселенной содержится в «темной материи», состав и состояние которой неизвестны.) Звезды, звездные и внегалактические струи, и межзвездная среда является примером астрофизической плазмы. В нашей солнечной системе Солнце, межпланетная среда, магнитосферы и / или ионосферы Земли и других планет, а также ионосферы комет и некоторых планетных лун состоят из плазмы.

Пламя огня — это тоже плазма. Источник изображения: pixabay.com

Пламя огня — это тоже плазма. Источник изображения: pixabay.com

Огонь — это самая настоящая плазма. Хотя температура пламени, при горении различных веществ на Земле намного ниже, чем температура на Солнце,  и оно гораздо менее ионизировано, но пламя огня проявляет все основные свойства плазмы. Даже небольшие и относительно холодные виды пламени, такие как пламя свечи, сильно реагируют на электрические поля и даже обладают значительной электропроводностью (большей, чем у воздуха, но меньшей, чем у железа).

Еще в природе плазменным состоянием вещества можно охарактеризовать молнии и искры разрядов статического электричества.

Плазму в природе можно также наблюдать в виде молнии. Источник изображения: pixabay.com

Плазму в природе можно также наблюдать в виде молнии. Источник изображения: pixabay.com

Где и как используется плазма?

Плазма широко используется в газоразрядных лампах для создания искусственного освещения, кроме того, во многих световых рекламных вывесках используется аргоновая или неоновая плазма.

Плазма широко используется в светотехнике. Источник изображения: wikimedia.org

Плазма широко используется в светотехнике. Источник изображения: wikimedia.org

Плазма также используется в сварке и резке металлов, а все газовые лазеры (на диоксиде углерода, гелий-неоновый, криптоновый, и другие) в действительности плазменные: в этих лазерах газовые смеси ионизованы электрическим разрядом.

Потенциально, одно из наиболее важных применений плазмы — это источник энергии ядерного синтеза.

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER). Начало строительства январь 2007 года, планируемый срок запуска 2025 год. Источник изображения:

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER). Начало строительства январь 2007 года, планируемый срок запуска 2025 год. Источник изображения:

Высокотемпературные плазмы настолько горячие, что внутри них могут происходить ядерные реакции. В этих условиях определенные типы атомов с легкими ядрами, такие как изотопы водорода, могут быть объединены в более тяжелые ядра. При этом выделяется большое количество энергии, которую можно было бы использовать для выработки электричества. Проблема в том, что получить настолько горячую и долговечную плазму очень трудно, но прогресс, уже достигнутый учеными, впечатляет.

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Плазма – четвертое состояние вещества

Плазма — наиболее распространенное состояние вещества в природе.

В 1929 г. американские физики Ирвинг Лёнгмюр (1881-1957) и Леви Тонко (1897-1971) назвали плазмой ионизованный газ в газоразрядной трубке.

Английский физик Уильям Крукс (1832-1919), изучавший электрический разряд в трубках с разрежённым воздухом, писал: «Явления в откачанных трубках открывают для физической науки новый мир, в котором материя может существовать в четвёртом состоянии».

В зависимости от температуры любое вещество изменяет своё состояние. Так, вода при отрицательных (по Цельсию) температурах находится в твёрдом состоянии, в интервале от 0 до 100 °С  — в жидком, выше 100 °С-в газообразном. Если температура продолжает расти, атомы и молекулы начинают терять свои электроны — ионизуются и газ превращается в плазму. При температурах более 1 000 000 °С плазма абсолютно ионизована — она состоит только из электронов и положительных ионов. Плазма — наиболее распространённое состояние вещества в природе, на неё приходится около 99 % массы Вселенной. Солнце, большинство звёзд, туманности — это полностью ионизованная плазма. Внешняя часть земной атмосферы (ионосфера) тоже плазма.

Ещё выше располагаются радиационные пояса, содержащие плазму. Полярные сияния, молнии, в том числе шаровые, — всё это различные виды плазмы, наблюдать которые можно в естественных условиях на Земле. И лишь ничтожную часть Вселенной составляет вещество в твёрдом состоянии — планеты, астероиды и пылевые туманности.

Солнечный ветер.

До 1958 года считалось, что магнитное поле Земли представляет собой поле магнитного диполя, которое существует во всем пространстве и исчезает лишь при бесконечно большом удалении от планеты. Однако исследования, проведенные с помощью спутников и космических ракет, показали,  что геомагнитное поле имеет другую  форму.  Его сдувает поток заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем, — солнечный ветер. Это водородная плазма с концентрацией около 10 частиц/см3 , движущаяся скоростью 300 — 500 км/с в межпланетной среде, которая тоже находится в состоянии плазмы с плотностью 100 частиц/см3.

При обтекании солнечным ветром магнитного слоя Земли образуется ударная волна, поэтому форма силовых линий магнитного поля на расстояниях, примерно равных семи — восьми радиусам Земли, существенно отличается от дипольной. Геомагнитное поле образует так называемую магнитосферу. С дневной стороны солнечный ветер ее «сжимает», а с ночной — «вытягивает». Возникает весьма длинный «хвост», начинающийся на расстоянии десяти радиусов Земли.

Плазменное покрывало Земли.

Уже с помощью первых спутников Земли было обнаружено, что в магнитосфере планеты есть области с относительно высокой концентрацией  электронов и ионов больших энергий — радиационные пояса. Выделяют два радиационных пояса. Внутренний, где преобладают протоны, начинается на высоте 500 км от поверхности Земли. И простирается на несколько тысяч километров. Внешний, состоящий в основном из электронов, имеет максимальную плотность частиц на расстоянии около 22 тысяч км от планеты. Частицы, попавшие в радиационные пояса, могут довольно долго удерживаться геомагнитным полем.

С этими частицами связано явление полярного сияния. При вспышках на Солнце усиливается солнечный ветер, что приводит к возникновению сильных магнитогидродинамических волн.

Их распространение вызывает колебания магнитного поля в магнитосфере Земли, а, следовательно, изменение условий удержания частиц в радиационных поясах. Заряженные частицы буквально «высыпаются» в области полюсов Земли.

Сталкиваясь с нейтральными атомами в верхних слоях атмосферы, они переводят их в возбужденное состояние или ионизуют.  Освобождаясь от избытка энергии, возбужденные атомы испускают фотоны, потоки которых наблюдаются как сияние.

Что такое плазма.

Под плазмой в физике понимают газ, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть,  выполнено условие квазинейтральности (поэтому, например, пучок электронов, летящих в вакууме, не плазма: он несет отрицательный заряд).

Чтобы перевести газ в состояние плазмы, нужно оторвать хотя бы часть электронов от атомов, превратив эти атомы в ионы.  Такой отрыв от атомов называют ионизацией. В природе и технике ионизация может производиться различными путями. Самые распространенные  из них:

  • Ионизация теплом.
  • Ионизация излучением.
  • Ионизация электрическим разрядом.
  • Ионизация давлением.

КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА • Большая российская энциклопедия

КОСМИ́ЧЕСКАЯ ПЛА́ЗМА, плаз­ма (пол­но­стью или час­тич­но ио­ни­зо­ван­ный газ) в кос­мич. про­стран­ст­ве и на­се­ляю­щих его объ­ек­тах. К. п. воз­ник­ла в пер­вые мик­ро­се­кун­ды ро­ж­де­ния Все­лен­ной по­сле Боль­шо­го взры­ва и ны­не яв­ля­ет­ся наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ным со­стоя­ни­ем ве­ще­ст­ва в при­ро­де, со­став­ляя 95% от мас­сы Все­лен­ной (без учё­та тём­ной ма­те­рии и тём­ной энер­гии, при­ро­да ко­то­рых по­ка не­из­вест­на). По свой­ст­вам, за­ви­сящим от темп-ры и плот­но­сти ве­ще­ст­ва, и по на­прав­ле­ни­ям ис­сле­до­ва­ния К. п. мож­но раз­де­лить на сле­дую­щие ви­ды: кварк-глю­он­ная (ядер­ная), га­лак­ти­чес­кая (плаз­ма га­лак­тик и га­лак­тич. ядер), звёзд­ная (плаз­ма звёзд и звёзд­ных ат­мо­сфер), меж­пла­нет­ная и маг­ни­то­сфер­ная. К. п. мо­жет на­хо­дить­ся в рав­но­вес­ном и не­рав­но­вес­ном со­стоя­ни­ях, мо­жет быть иде­аль­ной и не­иде­аль­ной.

Возникновение космической плазмы

Возникновение космической плазмы в процессе эволюции Вселенной.

Со­глас­но тео­рии Боль­шо­го взры­ва, 13,7 млрд. лет на­зад ве­ще­ст­во Все­лен­ной бы­ло скон­цен­три­ро­ва­но в очень ма­лом объ­ё­ме и име­ло ог­ром­ную плот­ность (5·1091 г/см3) и темп-ру (1032 К). При чрез­вы­чай­но вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах, ха­рак­тер­ных для ран­них ста­дий рас­ши­рения Все­лен­ной, та­кие час­ти­цы, как, напр., W±— и Z0-бо­зо­ны, от­вет­ст­вен­ные за сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие, бы­ли без­массо­вы­ми, как и фо­то­ны (сим­мет­рия элек­тро­маг­нит­но­го и сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вий). Это оз­на­ча­ет, что сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие яв­ля­лось даль­но­дей­ст­вую­щим, а ана­ло­гом са­мо­со­гла­со­ван­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля бы­ло са­мо­со­гла­со­ван­ное Ян­га – Мил­лса по­ле. Т. о., вся леп­тон­ная ком­по­нен­та ве­ще­ст­ва, уча­ст­вую­щая в сла­бом и эле­кт­ро­маг­нит­ном взаи­мо­дей­ст­ви­ях, на­хо­ди­лась в со­стоя­нии плаз­мы. Рас­пад элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия на элек­тро­маг­нит­ное и сла­бое при Т<1015 К при­вёл к по­яв­ле­нию мас­сы у квар­ков, леп­то­нов и W±-, Z-бо­зо­нов. Ве­ще­ст­во ока­за­лось в со­стоя­нии кварк-глю­он­ной плаз­мы (рис.) – силь­но­взаи­мо­дей­ст­вую­щей ядер­ной ма­те­рии, в ко­то­рой ос­во­бо­ж­дён­ные цвет­ные квар­ки (фун­дам. час­ти­цы ве­ще­ст­ва) и глюо­ны (кван­ты силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия) об­ра­зу­ют не­пре­рыв­ную сре­ду (хро­мо­плаз­му) и мо­гут рас­про­стра­нять­ся в ней как ква­зис­во­бод­ные час­ти­цы, а сла­бые взаи­мо­дей­ст­вия иг­ра­ют роль даль­но­дей­ст­вую­щих сил. При плот­но­стях ве­ще­ст­ва n>1014 г/см3, энер­ги­ях >0,1 ГэВ и ср. рас­стоя­ни­ях ме­ж­ду час­ти­ца­ми мно­го мень­ше 10–13 см та­кая плаз­ма мо­жет быть иде­аль­ной и бес­столк­но­ви­тель­ной (дли­на сво­бод­но­го про­бе­га час­тиц мно­го боль­ше ха­рак­тер­ных раз­ме­ров сис­те­мы). Ох­ла­ж­да­ясь, квар­ки на­ча­ли груп­пи­ро­вать­ся в ад­ро­ны (ад­ро­ни­за­ция, кварк-ад­рон­ный фа­зо­вый пе­ре­ход). Осн. про­цес­са­ми в эру ад­ро­нов бы­ли ро­ж­де­ние гам­ма-кван­та­ми пар час­ти­ца – ан­ти­час­ти­ца и их по­сле­дую­щая ан­ни­ги­ля­ция. К кон­цу ад­рон­ной эры, ко­гда темп-ра сни­зи­лась до 1012 К, а плот­ность ве­ще­ст­ва до 1014 г/см3, рож­де­ние пар ад­рон – ан­ти­ад­рон ста­ло не­воз­мож­ным, а их ан­ни­ги­ля­ция и рас­пад про­дол­жа­лись. Од­на­ко энер­гия фо­то­нов бы­ла дос­та­точ­на для ро­ж­де­ния пар леп­тон – ан­ти­леп­тон (леп­тон­ная эра).

По­сле 1 с от на­ча­ла Боль­шо­го взры­ва на­ча­лись ре­ак­ции нук­лео­син­те­за и про­ис­хо­ди­ло фор­ми­ро­ва­ние совр. К. п. Вы­со­кие плот­ность и темп-ра из­лу­че­ния не по­зво­ля­ли об­ра­зо­вы­вать­ся ней­траль­ным ато­мам; ве­ще­ст­во пре­бы­ва­ло в со­стоя­нии плаз­мы. Че­рез 300 тыс. лет по­сле Боль­шо­го взры­ва, при ох­ла­ж­де­нии до темп-ры ок. 4000 К, на­ча­лось объ­е­ди­не­ние про­то­нов и элек­тро­нов в ато­мы во­до­ро­да, дей­те­рия и ге­лия, а из­лу­че­ние пе­ре­ста­ло взаи­мо­дей­ст­во­вать с ве­ще­ст­вом. Фо­то­ны ста­ли рас­про­стра­нять­ся сво­бод­но. Они на­блю­да­ют­ся ны­не в ви­де рав­но­вес­но­го мик­ро­вол­но­во­го фо­но­во­го из­лу­че­ния (ре­лик­то­вое из­лу­че­ние). Че­рез 150 млн. – 1 млрд. лет по­сле Боль­шо­го взры­ва об­ра­зо­ва­лись пер­вые звёз­ды, ква­за­ры, га­лак­ти­ки, ско­п­ле­ния и сверх­ско­п­ле­ния га­лак­тик. Про­ис­хо­ди­ла по­втор­ная ио­ни­за­ция во­до­ро­да све­том звёзд и ква­за­ров с об­ра­зо­ва­ни­ем га­лак­ти­че­ской и звёзд­ной плаз­мы. Че­рез 9 млрд. лет про­изош­ло об­ра­зо­ва­ние меж­звёзд­но­го об­ла­ка, дав­ше­го на­ча­ло Сол­неч­ной сис­те­ме и Зем­ле.

Виды космической плазмы

За ис­клю­че­ни­ем плаз­мы ядер звёзд и ниж­них сло­ёв око­ло­пла­нет­ной плаз­мы, К. п. яв­ля­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ной. Вслед­ст­вие это­го функ­ции рас­пре­де­ле­ния К. п. час­то от­ли­ча­ют­ся от клас­сич. рас­пре­де­ле­ния Мак­свел­ла, т. е. мо­гут иметь пи­ки, со­от­вет­ст­вую­щие пуч­кам за­ря­жен­ных час­тиц. Для бес­столк­но­ви­тель­ной плаз­мы ха­рак­тер­но не­рав­но­вес­ное со­стоя­ние, при ко­то­ром тем­пе­ра­ту­ры про­то­нов и элек­тро­нов раз­лич­ны. Рав­но­ве­сие в бес­столк­но­ви­тель­ной К. п. ус­та­нав­ли­ва­ет­ся не че­рез столк­но­ве­ния, а че­рез воз­бу­ж­де­ние элек­тро­маг­нит­ных волн, со­гла­со­ван­ных с кол­лек­тив­ным дви­же­ни­ем за­ря­жен­ных час­тиц плаз­мы. Ти­пы волн за­ви­сят от внеш­них маг­нит­ных и элек­трич. по­лей, от кон­фи­гу­ра­ции плаз­мы и по­лей.

Мощ­ность не­рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния кос­мич. объ­ек­тов мо­жет быть мно­го боль­ше мощ­но­сти рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния, а спектр – не­план­ков­ский. Ис­точ­ни­ка­ми не­рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния яв­ля­ют­ся, напр., ква­за­ры и ра­дио­га­лак­ти­ки. В их из­лу­че­нии важ­ную роль иг­ра­ют вы­бро­сы (дже­ты) по­то­ков ре­ля­ти­ви­ст­ских элек­тро­нов или силь­но ио­ни­зо­ван­ной плаз­мы, рас­про­стра­няю­щих­ся в кос­мич. маг­нит­ных по­лях. Не­рав­но­вес­ность маг­ни­то­сфер­ной плаз­мы вбли­зи Зем­ли про­яв­ля­ет­ся так­же в ге­не­ра­ции пуч­ков за­ря­жен­ных час­тиц, что при­во­дит к ра­дио­из­лу­че­нию Зем­ли в диа­па­зо­не ки­ломет­ро­вых длин волн. Не­рав­но­вес­ные плаз­мен­ные яв­ле­ния при­во­дят к ге­не­ра­ции па­ке­тов волн и воз­ник­но­ве­нию мно­го­мас­штаб­ных плаз­мен­ных тур­бу­лент­но­стей в кос­мич. плаз­ме.

Га­лак­ти­че­ская плаз­ма име­ет боль­шую плот­ность в мо­ло­дых га­лак­ти­ках, об­ра­зую­щих­ся из сжи­маю­щих­ся про­то­з­вёзд­ных об­ла­ков ио­ни­зо­ван­но­го га­за и пы­ли. Со­от­но­ше­ние об­ще­го ко­ли­че­ст­ва звёзд­но­го и меж­звёзд­но­го ве­ще­ст­ва в га­лак­ти­ке из­ме­ня­ет­ся по ме­ре эво­лю­ции: из меж­звёзд­ной диф­фуз­ной ма­те­рии об­ра­зу­ют­ся звёз­ды, а они в кон­це сво­его эво­лю­ци­он­но­го пу­ти воз­вра­ща­ют в меж­звёзд­ное про­стран­ст­во толь­ко часть ве­ще­ст­ва; не­ко­то­рая часть его ос­та­ёт­ся в бе­лых кар­ли­ках и ней­трон­ных звёз­дах, а так­же в мед­лен­но эво­лю­цио­ни­рую­щих ма­ло­мас­сив­ных звёз­дах, воз­раст ко­то­рых срав­ним с воз­рас­том Все­лен­ной. Т. о., со вре­ме­нем ко­ли­че­ст­во меж­звёзд­но­го ве­ще­ст­ва в га­лак­ти­ке убы­ва­ет: в «ста­рых» га­лак­ти­ках кон­цен­тра­ция меж­звёзд­ной плаз­мы ни­чтож­на.

Звёзд­ная плаз­ма. Звёз­ды ти­па Солн­ца пред­став­ля­ют со­бой мас­сив­ные плаз­мен­ные ша­ро­об­раз­ные объ­ек­ты. Тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции в яд­ре под­дер­жи­вают вы­со­кие темп-ры, ко­то­рые обес­печи­ва­ют тер­мич. ио­ни­за­цию ве­ще­ст­ва и пе­ре­ход его в со­стоя­ние плаз­мы. Вы­со­кое дав­ле­ние плаз­мы под­дер­жи­ва­ет гид­ро­ста­тич. рав­но­ве­сие. Темп-ра плаз­мы в цен­тре нор­маль­ных звёзд мо­жет дос­ти­гать 109 К. Плаз­ма сол­неч­ной ко­ро­ны име­ет темп-ру ок. 2·106 К и со­сре­до­то­че­на пре­им. в маг­нит­ных ар­ках, труб­ках, соз­да­вае­мых вы­хо­дя­щи­ми в ко­ро­ну маг­нит­ны­ми по­ля­ми Солн­ца.

Не­смот­ря на вы­со­кие плот­но­сти, плаз­ма звёзд обыч­но иде­аль­на за счёт вы­со­ких тем­пе­ра­тур: толь­ко в звёз­дах с ма­лы­ми мас­са­ми [⩾0,5 мас­сы Солн­ца (М)] по­яв­ля­ют­ся эф­фек­ты, свя­зан­ные с не­иде­аль­но­стью плаз­мы. В центр. об­лас­тях нор­маль­ных звёзд дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га час­тиц ма­лы, по­это­му плаз­ма в них столк­но­ви­тель­ная, рав­но­вес­ная; в верх­них сло­ях (осо­бен­но в хро­мо­сфере и ко­ро­не) плаз­ма бес­столк­но­ви­тель­ная.

В мас­сив­ных и ком­пакт­ных звёз­дах плот­ность К. п. мо­жет быть на неск. по­ряд­ков вы­ше, чем в цен­тре нор­маль­ных звёзд. Так, в бе­лых кар­ли­ках плот­ность на­столь­ко ве­ли­ка, что элек­тро­ны ока­зы­ва­ют­ся вы­ро­ж­ден­ны­ми (см. Вы­ро­ж­ден­ный газ). Ио­ни­за­ция ве­ще­ст­ва обес­пе­чи­ва­ет­ся за счёт боль­шой ки­не­тич. энер­гии час­тиц, оп­ре­де­ляе­мой фер­ми-энер­ги­ей; она же яв­ля­ет­ся при­чи­ной иде­аль­но­сти К. п. в бе­лых кар­ли­ках. Вы­ро­ж­ден­ный элек­трон­ный газ про­ти­во­дей­ст­ву­ет си­лам гра­ви­та­ции, обес­пе­чи­вая рав­но­ве­сие звез­ды.

В ней­трон­ных звёз­дах (ко­неч­ных про­дук­тах эво­лю­ции звёзд мас­сой 1,3–2 М) при плот­но­стях ве­ще­ст­ва 3·1014– 2·1015 г/см3, срав­ни­мых с плот­но­стью ве­ще­ст­ва в атом­ных яд­рах, про­ис­хо­дит вы­ро­ж­де­ние не толь­ко элек­тро­нов, но и ней­тро­нов. Дав­ле­ние ней­трон­но­го вы­ро­ж­ден­но­го га­за урав­но­ве­ши­ва­ет си­лу гра­ви­та­ции в ней­трон­ных звёз­дах. Как пра­ви­ло, ней­трон­ные звёз­ды – пуль­са­ры – име­ют диа­мет­ры 10–20 км, бы­ст­ро вра­ща­ют­ся и об­ла­да­ют силь­ным маг­нит­ным по­лем ди­поль­но­го ти­па (по­ряд­ка 1012–1013 Гс на по­верх­но­сти). Маг­ни­то­сфе­ра пуль­са­ров за­пол­не­на ре­ля­ти­ви­ст­ской плаз­мой, ко­то­рая яв­ля­ет­ся ис­точ­ни­ком из­лу­че­ния элек­тро­маг­нит­ных волн.

Совр. тео­рии пред­по­ла­га­ют, что в яд­рах наи­бо­лее мас­сив­ных ней­трон­ных звёзд, воз­мож­но, су­ще­ст­ву­ет кварк-глю­он­ная плаз­ма (т. н. квар­ко­вые, или стран­ные, звёз­ды). При вы­со­ких плот­но­стях ве­ще­ст­ва в цен­трах ней­трон­ных звёзд ней­тро­ны ока­зы­ва­ют­ся рас­по­ло­жен­ны­ми вплот­ную друг к дру­гу (на рас­стоя­нии клас­сич. ра­диу­сов), бла­го­да­ря че­му квар­ки мо­гут сво­бод­но пе­ре­ме­щать­ся по всей об­лас­ти ве­ще­ст­ва. Та­кое ве­ще­ст­во мож­но рас­смат­ри­вать как квар­ко­вый газ или жид­кость.

Меж­пла­нет­ная и маг­ни­то­сфер­ная плаз­ма. Со­стоя­ние око­ло­пла­нет­ной плаз­мы, а так­же струк­ту­ра за­ни­мае­мо­го ею про­стран­ст­ва за­ви­сят от на­ли­чия собств. маг­нит­но­го по­ля у пла­не­ты и её уда­лён­но­сти от Солн­ца, в ко­ро­не ко­то­ро­го есть от­кры­тые (не замк­ну­тые) маг­нит­ные си­ло­вые ли­нии. По ним со ско­ро­стью 300–1200 км/с ис­те­ка­ет сол­неч­ный ве­тер – по­ток ио­ни­зо­ван­ных час­тиц (про­то­ны, элек­тро­ны и яд­ра ге­лия) с плот­но­стью по­ряд­ка 1–10 см–3. Си­ло­вые ли­нии меж­пла­нет­но­го маг­нит­но­го по­ля, соз­дан­но­го то­ка­ми, те­ку­щи­ми внут­ри Солн­ца, мож­но счи­тать вмо­ро­жен­ны­ми в плаз­му сол­неч­но­го вет­ра. Собств. маг­нит­ное по­ле боль­шин­ст­ва пла­нет, как пра­ви­ло, име­ет ди­поль­ную фор­му, что спо­соб­ст­ву­ет за­хва­ту меж­пла­нет­ной плаз­мы и энер­гич­ных сол­неч­ных час­тиц в ес­теств. маг­нит­ные ло­вуш­ки. Об­те­ка­ние сол­неч­ным вет­ром маг­нит­но­го по­ля пла­не­ты при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию маг­ни­то­сфе­ры пла­не­ты – по­лос­ти, за­пол­нен­ной плаз­мой сол­неч­но­го вет­ра и плаз­мой пла­нет­но­го про­ис­хо­ж­де­ния.

При об­те­ка­нии сверх­зву­ко­вым по­то­ком сол­неч­но­го вет­ра маг­нит­но­го по­ля Зем­ли на рас­стоя­нии 13–17 ра­диу­сов Зем­ли от её цен­тра об­ра­зу­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ная удар­ная вол­на, на ко­то­рой про­ис­хо­дит тор­мо­же­ние плаз­мы сол­неч­но­го вет­ра, её на­грев и уве­ли­че­ние плот­но­сти и ам­пли­ту­ды маг­нит­но­го по­ля. Бли­же к пла­не­те рас­по­ла­га­ет­ся маг­ни­то­пау­за – гра­ни­ца маг­ни­то­сфе­ры, где ди­на­мич. дав­ле­ние плаз­мы сол­неч­но­го вет­ра урав­но­ве­ши­ва­ет­ся дав­ле­ни­ем маг­нит­но­го по­ля Зем­ли. Маг­ни­то­сфе­ра Зем­ли сжа­та со сто­ро­ны на­ле­таю­ще­го по­то­ка на днев­ной сто­ро­не и силь­но вы­тя­ну­та в ноч­ном на­прав­ле­нии, фор­мой на­по­ми­ная хвост ко­ме­ты (т. н. маг­ни­то­сфер­ный хвост).

В за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чи­ны маг­нит­ного по­ля маг­ни­то­сфе­ры пла­нет мо­гут иметь разл. строе­ние, ко­то­рое тем ком­пакт­нее, чем мень­ше собств. маг­нит­ное по­ле пла­не­ты. Маг­ни­то­сфе­ра Зем­ли вклю­ча­ет ио­но­сфе­ру (верх­нюю ат­мо­сфе­ру на вы­со­тах от 60 км и вы­ше, где плаз­ма силь­но ио­ни­зо­ва­на под дей­ст­ви­ем сол­неч­но­го ко­рот­ко­вол­но­во­го из­лу­че­ния) с плот­но­стью час­тиц 102–106 см–3, плаз­му ра­диа­ци­он­ных поя­сов Зем­ли с плот­но­стью по­ряд­ка 107 см–3, плаз­мо­сфе­ру с плот­но­стью по­ряд­ка 102–104 см–3 на рас­стоя­ни­ях до не­сколь­ких ра­диу­сов Зем­ли и плаз­му маг­ни­то­сфер­но­го хво­ста со ср. плот­но­стью по­ряд­ка 1 см–3.

Плаз­ма сол­неч­но­го вет­ра про­ни­ка­ет в маг­ни­то­сфе­ру в об­лас­ти «ра­зомк­ну­тых» маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний (по­ляр­ных кас­пов), в об­лас­тях пе­ре­со­еди­не­ния зем­но­го и меж­пла­нет­но­го маг­нит­ных по­лей на маг­ни­то­пау­зе, вслед­ст­вие маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ских (МГД) эф­фек­тов и плаз­мен­ных не­ус­той­чи­во­стей. Часть про­ник­шей в маг­ни­то­сфе­ру плаз­мы по­пол­ня­ет ра­диа­ци­он­ные поя­са пла­не­ты и плаз­мен­ный слой маг­ни­то­сфер­но­го хво­ста. Про­ник­но­ве­ние плаз­мы внутрь маг­ни­то­сфе­ры и её вы­сы­па­ние в верх­ние слои ат­мо­сфе­ры и ио­но­сфе­ры яв­ля­ют­ся при­чи­ной по­ляр­ных сия­ний.

В Сол­неч­ной сис­те­ме маг­ни­то­сфе­ры име­ют­ся прак­ти­че­ски у всех пла­нет. Зем­ля и пла­не­ты-ги­ган­ты (Юпи­тер, Са­турн, Уран, Неп­тун) об­ла­да­ют наи­бо­лее силь­ны­ми собств. маг­нит­ны­ми по­ля­ми, са­мое сла­бое маг­нит­ное по­ле име­ет Марс, у Ве­не­ры и Лу­ны собств. маг­нит­ное поле прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет. Маг­ни­то­сфер­ная плаз­ма пла­нет яв­ля­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ной. Ре­лак­са­ция по энер­ги­ям и им­пуль­сам в та­кой плаз­ме про­ис­хо­дит че­рез воз­бу­ж­де­ние мно­го­об­раз­ных ко­ле­ба­ний и волн. В плаз­ме хво­ста маг­ни­то­сфе­ры Зем­ли от­сут­ст­ву­ет тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сие: элек­трон­ная темп-ра в 3–8 раз мень­ше ион­ной.

Маг­ни­то­сфе­ры пла­нет силь­но из­мен­чи­вы, что свя­за­но с из­мен­чи­во­стью меж­пла­нет­но­го маг­нит­но­го по­ля и по­то­ка энер­гии, по­сту­паю­ще­го из сол­неч­но­го вет­ра внутрь маг­ни­то­сфе­ры бла­го­да­ря пе­ре­со­еди­не­нию маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний на маг­ни­то­пау­зе. Наи­бо­лее силь­ные маг­ни­то­сфер­ные воз­му­ще­ния – маг­нит­ные бу­ри свя­за­ны с при­хо­дом к Зем­ле плаз­мен­ных об­ла­ков при мощ­ных вы­бро­сах плаз­мы из ко­ро­ны Солн­ца.

Методы исследования космической плазмы

К. п. уда­лён­ных объ­ек­тов ис­сле­ду­ет­ся дис­тан­ци­он­ны­ми спек­траль­ны­ми ме­то­да­ми с по­мо­щью оп­тич. те­ле­ско­пов, ра­дио­те­ле­ско­пов, вне­ат­мо­сфер­ных рент­ге­нов­ских и гам­ма-те­ле­ско­пов. С по­мощью при­бо­ров, ус­та­нов­лен­ных на ра­ке­тах, спут­ни­ках и КА, бы­ст­ро рас­ши­ря­ет­ся ко­ли­че­ст­во пря­мых из­ме­ре­ний па­ра­мет­ров К. п. в пре­де­лах Сол­неч­ной сис­те­мы (ис­сле­до­ва­ния Мер­ку­рия, Ве­не­ры, Мар­са, Юпи­те­ра и др. пла­нет). Ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния вклю­ча­ют в се­бя ис­поль­зо­ва­ние зон­до­вых из­ме­ре­ний, вол­но­вой низ­ко- и вы­со­ко­час­тот­ной спек­тро­мет­рии, из­ме­ре­ний маг­нит­ных и элек­трич. по­лей. Ве­дут­ся ис­сле­до­ва­ния ра­ди­ац. поя­сов Зем­ли, сол­неч­но­го вет­ра, бес­столк­но­ви­тель­ной удар­ной вол­ны маг­ни­то­сфе­ры Зем­ли, хво­ста маг­ни­то­сфе­ры, по­ляр­ных сия­ний, ки­ло­мет­ро­во­го из­лу­че­ния Зем­ли и т. д. Совр. кос­мич. тех­ни­ка по­зво­ля­ет про­во­дить т. н. ак­тив­ные экс­пе­ри­мен­ты в кос­мо­се – ак­тив­но воз­дей­ст­во­вать на око­ло­зем­ную К. п. ра­дио­из­лу­че­ни­ем, пуч­ка­ми за­ря­жен­ных час­тиц, плаз­мен­ны­ми сгу­ст­ка­ми и т. п. Эти ме­то­ды ис­поль­зу­ют­ся для ди­аг­но­сти­ки и мо­де­ли­ро­ва­ния ес­теств. про­цес­сов в ре­аль­ных ус­ло­ви­ях.

В зем­ных ус­ло­ви­ях кварк-глю­он­ную плаз­му ста­ло воз­мож­ным ис­сле­до­вать на кол­лай­де­рах при столк­но­ве­нии пуч­ков ре­ля­ти­ви­ст­ских тя­жё­лых ио­нов [ЦЕРН, Швей­ца­рия; RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), США].

Для К. п. ха­рак­тер­но су­ще­ст­во­ва­ние маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. волн, ко­то­рые при боль­ших ам­пли­ту­дах силь­но не­ли­ней­ны и мо­гут иметь фор­му со­ли­то­нов или удар­ных волн. Об­щая тео­рия не­ли­ней­ных волн по­ка от­сут­ст­ву­ет. За­да­ча о вол­нах ма­лой ам­пли­ту­ды ре­ша­ет­ся до кон­ца ме­то­дом ли­неа­ри­за­ции урав­не­ний со­стоя­ния плаз­мы. Для опи­са­ния столк­но­ви­тель­ной К. п. обыч­но ис­поль­зу­ет­ся МГД-при­бли­же­ние (см. Маг­нит­ная гид­ро­ди­на­ми­ка). Рас­про­стра­не­ние волн и мел­ко­мас­штаб­ные струк­ту­ры в бес­столк­но­ви­тель­ной К. п. опи­сы­ва­ют­ся сис­те­ма­ми урав­не­ний Вла­со­ва – Мак­свел­ла для элек­тро­маг­нит­ных по­лей и плаз­мы. Од­на­ко, ко­гда те­п­ло­вое дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц не­суще­ст­вен­но, а мас­шта­бы сис­те­мы ве­ли­ки по срав­не­нию с лар­мо­ров­ским ра­диу­сом (ха­рак­тер­ным мас­шта­бом враще­ния заряженных час­тиц в маг­нитном по­ле), в бес­столк­но­витель­ной плаз­ме так­же ис­поль­зу­ет­ся МГД-при­бли­же­ние.

Физики нагрели воду до 100 000 K за 75 фемтосекунд и рассмотрели тёплое плотное вещество


Примерно через 70 фемтосекунд (квадриллионных долей секунды) большинство молекул воды уже распадается на водород (белый) и кислород (красный). Симуляция: Карл Калман, DESY/Уппсальский университет

Для исследования экзотических свойств материи в экстремальных условиях учёные из немецкого исследовательского центра по физике частиц DESY и Уппсальского университета (Швеция) провели эксперимент по сверхбыстрому нагреванию воды рентгеновским лазером (разером) — и посмотрели, совпадает ли результат с симуляцией.

Обычно нагревание при кипячении воды заключается в передаче молекулам кинетической энергии через вибрацию с помощью конвекции или теплоизлучением. Но в данном случае физики использовали иной метод, где энергия передаётся через ионизацию одиночными фемтосекундными импульсами рентгеновского лазера на свободных электронах. Это вызывает быструю ионизации с появлением экзотического состояния плазмы, известного как тёплое плотное вещество (warm dense matter, WOM).

Тёплое плотное вещество (ТПВ) — агрегатное состояние вещества, которое по своим параметрам находится между твёрдым телом и идеальной плазмой. Оно слишком плотное, чтобы быть описанным как плазма, и слишком горячее, чтобы относиться к физике конденсированных сред. Другими словами, это нечто среднее между плазмой и твёрдым телом. Оно намного плотнее, чем плазма (от 0,01 до 100 г на см³), а в некоторых случаях имеет удельный вес в два раза больше, чем твёрдое вещество, из которого получено. В общем, своеобразное вещество Шрёдингера.

Нынешний эксперимент по получению ТПВ из воды провела группа учёных под руководством Карла Калмана (Carl Caleman) из Центра исследований лазеров на свободных электронах (CFEL) в DESY. Нагрев молекул с одновременным исследованием состояния проводилось с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах в Национальной лаборатории ускорителей SLAC (США). Разер осуществлял чрезвычайно интенсивные сверхкороткие вспышки рентгеновского излучения 6,86 кэВ (более 106 Дж/см²) по струе воды.

«Это явно не обычный способ вскипятить воду, — говорит Калеман. — Обычно при нагревании молекулы просто встряхиваются сильнее и сильнее. Наше нагревание принципиально другое. Энергетические рентгеновские лучи выбивают электроны из молекул воды, тем самым разрушая баланс электрических зарядов. Внезапно атомы испытывают сильную отталкивающую силу и начинают бурно двигаться».

Менее чем за 75 фемтосекунды вода проходит фазовый переход от жидкости к плазме. Плазма — это состояние вещества, в котором электроны удалены из атомов, что приводит к своего рода электрически заряженному газу.

«Но во время превращения жидкости в плазму вода по-прежнему сохраняет плотность жидкости, так как атомы еще не успели значительно переместиться», — объясняет соавтор эксперимента Олоф Йонссон (Olof Jönsson) из Уппсальского университета. Такое экзотическое состояние материи невозможно найти в естественном состоянии на Земле: «У него такие же характеристики, как у некоторых плазм на Солнце и в газовом гиганте Юпитер, но только более низкая плотность. Между тем оно горячее, чем ядро Земли».

Проведение эксперимента именно на воде позволяет лучше узнать о свойствах воды в столь экзотическом состоянии. Это тем более важно, учитывая некоторые действительно уникальные свойства этого вещества: «Вода действительно странная жидкость, и если бы не её особенности, то многие вещи на Земле не были бы такими, как они есть, особенно жизнь», — подчеркнул Йонссон. У воды множество аномальных характеристик и свойств, включая плотность, теплоёмкость и теплопроводность.

В исследовательском центре по физике частиц DESY планируют более внимательно изучить аномалии воды в рамках проектов будущего Центра науки о воде (Centre for Water Science), который планируется открыть в DESY.

Проведённый эксперимент помог отработать методы отслеживания одиночных молекул с помощью рентгеновских лазеров. Учёные говоря, что рентгеновские лазеры на свободных электронах «открывают двери в новую эру структурной биологии, позволяя снимать биомолекулы и отслеживать динамику, недоступную с помощью существующих методов».

Научная статья опубликована 14 мая 2018 года в журнале PNAS (doi: 10.1073/pnas.1711220115, pdf).

Физиология, плазма крови — StatPearls

Введение

Плазма, также известная как плазма крови, имеет светло-желтоватый или соломенный цвет. Он служит жидкой основой для цельной крови. Цельная кровь без эритроцитов (эритроцитов), лейкоцитов (лейкоцитов) и тромбоцитов (тромбоцитов) составляет плазму. Сыворотка, которую иногда ошибочно считают синонимом плазмы, состоит из плазмы без фибриногена. Плазма содержит от 91% до 92% воды и от 8% до 9% твердых веществ. В его состав входят в основном:

  1. Коагулянты, в основном фибриноген, способствующие свертыванию крови

  2. Белки плазмы, такие как альбумин и глобулин, которые помогают поддерживать коллоидно-осмотическое давление на уровне около 25 мм рт.ст.

  3. 4 калий, бикарбонат, хлорид и кальций помогают поддерживать рН крови

  4. Иммуноглобулины помогают бороться с инфекцией и различными другими небольшими количествами ферментов, гормонов и витаминов

Вопросы, вызывающие озабоченность

Извлечение плазмы

Может быть отделен от цельной крови в процессе центрифугирования, т.е.д., центрифугирование цельной крови с антикоагулянтом. Плазма светлее, образуя верхний желтоватый слой, а более плотные клетки крови опускаются на дно. Собранная плазма замораживается в течение 24 часов, чтобы сохранить функциональность различных факторов свертывания крови и иммуноглобулинов; он размораживается перед использованием и имеет срок годности 1 год. Интересно, что в то время как О- является предпочтительным универсальным донором крови, плазма групп крови АВ является наиболее предпочтительной, поскольку их плазма не содержит антител, что делает ее приемлемой для всех, не опасаясь побочных реакций.

Плазма, как и цельная кровь, сначала тестируется для обеспечения безопасности реципиентов. В соответствии с правилами FDA собранная плазма проходит ряд тестов для выявления инфекционных заболеваний, в основном гепатитов А, В и С, а также сифилиса и ВИЧ. В процессе фракционирования отдельные белки плазмы разделяются.[1]

Клеточный

Удельный вес плазмы составляет от 1,022 до 1,026 по сравнению с удельным весом крови, который составляет от 1,052 до 1,061. Плазма составляет 55 %, а эритроциты — 45 % всей крови.Четыре основных продукта, получаемых из плазмы, которые можно использовать, — это свежезамороженная плазма (СЗП), плазма, замороженная в течение 24 часов после кровопускания (FP24), плазма с низким содержанием криопреципитата (CPP) и оттаявшая плазма. FP24, CPP и размороженная плазма содержат различное количество факторов свертывания крови.[2]

Развитие

Белки плазмы, с другой стороны, имеют различные органы, которые производят их в зависимости от индивидуальной стадии развития. В эмбрионе

На эмбриональной стадии мезенхимальные клетки отвечают за производство плазматических клеток.Первым синтезируемым белком является альбумин, затем глобулин и другие белки плазмы.

У взрослых

Ретикулоэндотелиальные клетки печени отвечают за синтез белков плазмы у взрослых. Костный мозг, дегенерирующие клетки крови, клетки общей ткани организма и селезенка также способствуют образованию белков плазмы. Гамма-глобулины происходят из В-лимфоцитов, которые, в свою очередь, образуют иммуноглобулины.

Вовлеченные системы органов

Происхождение плазмы, которая составляет 55% всей крови, интересно, поскольку ни один орган не производит ее.Вместо этого он образуется из воды и солей, всасываемых через пищеварительный тракт.

Функция

Поскольку плазма образует жидкую основу крови, функции, выполняемые плазмой и кровью, частично совпадают. Множество функций включают:

  • Коагуляция : фибриноген играет важную роль в свертывании крови наряду с другими прокоагулянтами, такими как тромбин и фактор X. защита организма от бактерий, вирусов, грибков и паразитов.

  • Поддержание осмотического давления : коллоидно-осмотическое давление поддерживается на уровне около 25 мм рт. ст. за счет белков плазмы, таких как альбумин, синтезируемых печенью.

  • Питание : транспорт питательных веществ, таких как глюкоза, аминокислоты, липиды и витамины, всасываемые из пищеварительного тракта в различные части тела, служат источником топлива для роста и развития.

  • Респирация : транспортировка дыхательных газов, т.е.д., переносящие кислород к различным органам и возвращающие углекислый газ обратно в легкие для выведения.

  • Экскреция : кровь удаляет азотсодержащие отходы, образующиеся после клеточного метаболизма, и транспортирует их в почки, легкие и кожу для экскреции.

  • Гормоны : гормоны выделяются в кровь и транспортируются к органам-мишеням.

  • Регуляция кислотно-щелочного баланса : белки плазмы способствуют кислотно-щелочному балансу благодаря своему буферному действию.

  • Регуляция температуры тела : это поддерживается за счет уравновешивания теплоотдачи и притока тепла в организме.

  • Роль в скорости оседания эритроцитов (СОЭ) : фибриноген, реагент острой фазы, повышается при острых воспалительных состояниях и способствует увеличению СОЭ, что используется в качестве диагностического и прогностического инструмента.[3]

Соответствующее тестирование

Вода составляет около двух третей человеческого тела.У взрослого мужчины весом 70 кг содержание воды в организме составляет около 42 л. Это содержание воды разделено на две основные части:

  • Внутриклеточная жидкость (ВКЖ): составляет около 28 л (около 40% от общей массы тела)

  • Внеклеточная жидкость (ВКЖ): составляет около 14 л ( около 20 % от общей массы тела), из которых 15 % приходится на интерстициальную жидкость и 5 % — на плазму

Плазму можно измерить с помощью маркерных веществ, таких как радиоактивный йод (131 I) и синий Эванса (T-1824).Синий Эванса является широко используемым маркерным веществом (также известным как индикатор), поскольку он прочно связывается с альбумином. Идея использования трассировщика заключается в том, чтобы использовать тот, который хорошо распределен в интересующей области. В отсек вводят известное количество трассера и измеряют объем его распределения. [4]

Объемы отсеков измеряются на основе объема распределения индикатора. При измерении объема плазмы используется индикатор, связанный с альбумином, т. е. синий Эванса. Поскольку альбумин имеет тенденцию к непрерывной утечке из кровотока, концентрацию индикатора измеряют через последовательные интервалы и наносят на логарифмическую кривую.Затем эта кривая экстраполируется для определения «нулевого времени», что позволяет оценить виртуальный объем распределения. Измеренный объем распределения представляет собой объем плазмы.

Патофизиология

Существует множество болезненных процессов, связанных с плазмой:

  1. Тромботическая тромбоцитопеническая пурпура (ТТП): тип микроангиопатической гемолитической анемии, которая проявляется лихорадкой, тромбоцитопенией, гемолитической анемией, почечной дисфункцией и неврологической дисфункцией. Все пять критериев могут присутствовать не у всех пациентов.Это часто связано с дефицитом или ингибированием ADAMTS13, металлопротеиназы, которая расщепляет большие мультимеры фактора фон Виллебранда (vWF). При ТТП эти большие мультимеры фактора Виллебранда не разрушаются и вызывают повышенную адгезию тромбоцитов и тромбоз. Лаборатории часто показывают анемию, тромбоцитопению, шистоциты в мазке периферической крови, повышенный уровень ЛДГ, повышенный креатинин и увеличенное время кровотечения при нормальных ПВ и АЧТВ. Лечение чаще всего включает плазмаферез свежезамороженной плазмой, стероиды и спленэктомию.Тромбоциты не следует вводить, так как это вызывает больший тромбоз. Плазмаферез обеспечивает хороший прогноз у пациентов с ТТП.[5]
  2. Нарушения свертывания крови: дефицит определенных факторов свертывания крови вызывает гемофилию.   Гемофилия А возникает из-за дефицита фактора VIII, а гемофилия В — из-за дефицита фактора IX. Симптомы включают гемартроз и внутримышечные гематомы. Профилактическое переливание концентрата фактора VIII или фактора IX является основным методом лечения детей с тяжелой формой гемофилии; однако со временем это приводит к образованию антител против этих факторов.[6]
  3. Болезнь фон Виллебранда: возникает из-за дефицита или аномального фактора фон Виллебранда (vWF), который является наиболее распространенным нарушением свертываемости крови и наследуется по аутосомно-доминантному типу. vWF необходим для защиты фактора VIII, который имеет решающее значение для вторичного гемостаза. Основная роль vWF заключается в обеспечении взаимодействия тромбоцитов с субэндотелием и агрегации тромбоцитов. Количество кровотечений, наблюдаемых у пациентов, прямо коррелирует с тяжестью дефицита фактора Виллебранда и фактора VIII. Часто наблюдаются кровотечения со слизисто-кожных поверхностей (десны, менструальные кровотечения, легкие кровоподтеки).Поскольку уровень фактора VIII снижается незначительно, такие симптомы, как внутримышечные гематомы или гемартроз, встречаются редко. Что касается лабораторных отклонений, количество тромбоцитов в норме, время кровотечения увеличено, протромбиновое время (ПВ) в норме, активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ) может увеличиваться (в зависимости от дефицита фактора VIII). Для диагностики используется анализ активности кофактора ФВ-ристоцетин. Анализ кофактора ристоцетина фон Виллебранда проверяет способность образца плазмы агглютинировать тромбоциты в присутствии ристоцетина.Скорость агглютинации, вызванной ристоцетином, прямо пропорциональна количеству и активности фактора фон Виллебранда.[7]
  4. Иммунодефицит: антитела или иммуноглобулины играют решающую роль в иммунной системе для борьбы с инфекциями. Существует 5 классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgD и IgE. Дефицит каждого из них может проявляться уникальными симптомами. Неспособность производить какие-либо иммуноглобулины возникает при Х-сцепленной агаммаглобулинемии (болезнь Брутона), что связано с неспособностью пре-В-клеток стать зрелыми В-клетками.Дефицит IgA является основным антителом слизистой оболочки, которое вызывает диарею и респираторные инфекции, если его дефицит. Синдром гипер-IgM возникает, когда неспособность CD40 взаимодействовать с В-клетками приводит к тому, что уровни IgM остаются высокими из-за неспособности превращаться в другие типы антител.[8]

Клиническое значение

Многочисленные клинические применения плазмы лучше всего объясняются при рассмотрении различных форм и компонентов плазмы крови: [9] кровотечения, приводящие к шоку, диссеминированному внутрисосудистому свертыванию крови, ожогам и заболеваниям печени — коагулянты, содержащиеся в плазме, помогают сократить время кровотечения и стабилизируют состояние пациента.Свежезамороженная плазма также играет важную роль в качестве немедленного и эффективного антидота для отмены действия варфарина. Терапией первой линии тромботической тромбоцитопенической пурпуры (ТТП) и гемолитико-уремического синдрома (ГУС) является плазмаферез с введением 40 мл плазмы на кг массы тела. У новорожденных плазма играет роль при обменном переливании плазмы новорожденных с выраженным гемолизом или гипербилирубинемией. Плазма также используется для наполнения оксигенатора при экстракорпоральной мембранной оксигенации у новорожденных.

  • Факторы свертывания крови:  Факторы свертывания крови и фактор фон Виллебранда (vWF), обнаруженные в плазме, играют важную роль в свертывании крови и активируются при повреждении эндотелия, что приводит к обнажению коллагена, находящегося под эндотелием кровеносного сосуда. Люди с нарушениями свертываемости крови, такими как гемофилия и болезнь фон Виллебранда, могут страдать массивными внутренними кровотечениями при незначительной травме. Такие пациенты получают большую пользу от производных белков плазмы, таких как концентрат фактора VIII и концентрат фактора IX.

  • Иммуноглобулины: Иммуноглобулины защищают организм от проникновения бактерий и вирусов и играют ключевую роль в защите организма. Некоторые иммунологические расстройства, такие как врожденный или приобретенный первичный иммунодефицит, возникают, когда организм не может вырабатывать антитела или испытывает неблагоприятные последствия лечения рака, которые повреждают антитела. При обоих заболеваниях в значительной степени помогают инфузии иммуноглобулинов. Иммуноглобулины также играют важную роль в пассивной иммунизации.Противоядия от таких болезней, как ветряная оспа, бешенство, гепатит и столбняк, являются первоначальным лечением после предполагаемого воздействия, чтобы ограничить прогрессирование заболевания. Такие специфические иммуноглобулины получают, когда сдают плазму пациенты, ранее перенесшие заболевание, например, ветряную оспу. Эта плазма содержит большое количество циркулирующих антител против ветряной оспы, которые можно собирать и хранить после фракционирования для использования в качестве постконтактных вакцин против ветряной оспы.

  • Альбумин:  Альбумин является основным белком, который контролирует онкотическое давление и служит переносчиком множества эндогенных и экзогенных веществ (например,г., наркотики) по всему телу. Настой альбумина применяют при лечении ожогов и геморрагического шока. Исследования также показали заметное улучшение прогноза у пациентов с циррозом [10]. У пациентов с циррозом печени инфузии альбумина снижали смертность у пациентов со спонтанным бактериальным перитонитом и улучшали результаты при парацентезе большого объема. Альбумин также полезен при лечении гепаторенального синдрома.
  • Альфа-1-антитрипсин:  Альфа-1-антитрипсин вырабатывается в печени и играет важную роль в легких за счет повышения уровня протеаз, которые противодействуют действию эластаз, вырабатываемых нейтрофилами в ответ на воспаление, такое как курение.Дефицит альфа-1-антитрипсина является наследственным заболеванием, которое может привести к эмфиземе и циррозу печени в раннем взрослом возрасте. Недавние достижения в лечении показали успех в снижении смертности и частоты обострений при внутривенном введении альфа-1-антитрипсина, полученного из плазмы крови человека, один раз в неделю.[13][14]
  • Плазма как лабораторный тест:   Анализ плазмы может диагностировать и подтверждать такие заболевания, как диабет, на основе уровня глюкозы в сыворотке крови или болезни фон Виллебранда.Мониторинг международного нормализованного отношения (МНО) у пациентов, принимающих антикоагулянты, требует серийных измерений уровня протромбина в плазме [15].
  • Плазмаферез:   Плазмаферез — эффективное временное лечение многих аутоиммунных заболеваний. При лечебном плазмаферезе у пациента забирают венозную кровь, отделяют клетки крови и вместо них вливают замещающий коллоидный раствор и клетки крови[16]. В большинстве случаев предпочтительным замещающим раствором является 4-5% раствор альбумина сыворотки человека в физиологическом растворе.Ниже приведены общие условия, в которых используется плазмаферез:
    • Myasthenia Gravis

    • хронические воспалительные демиелинирующие полиневропатия

    • гипервискриповисость в моноклональных гаммопатии

    • тромботизма тромбоцитопений Purpura

    • Guillain-Barre Syndrome

    • Синдром Ламберта-Итона

    • Рассеянный склероз

          8. Обогащенная тромбоцитами плазма (PRP): PRP определяется как аутологичная кровь с концентрацией тромбоцитов выше исходных референтных значений. Традиционно инъекции PRP использовались в течение последних трех десятилетий в челюстно-лицевой и пластической хирургии. В последнее время его использование в ортопедии и спортивной медицине хорошо зарекомендовало себя и вызвало большие споры. Использование инъекций PRP в условиях острой или острой на фоне хронической патологии опорно-двигательного аппарата продолжает оставаться дискуссионным.Одной из наиболее активно обсуждаемых областей использования PRP является лечение умеренного остеоартрита коленного сустава. Артроз коленного сустава поражает значительную часть взрослого населения. Это оказывает непомерно большое влияние на систему здравоохранения, финансовые ресурсы и общую инвалидность как в Соединенных Штатах, так и во всем мире. Недавнее исследование уровня I, в котором приняли участие почти 200 пациентов, рандомизированных между 3 группами (ложный контроль, инъекции гиалуроновой кислоты и инъекции PRP с низким содержанием лейкоцитов), продемонстрировало превосходные оценки боли и функциональных результатов, о которых сообщают пациенты, через 12 месяцев наблюдения у пациентов, получавших PRP. инъекциями, в отличие от группы ложных контрольных инъекций (только физиологический раствор) и групп с инъекциями гиалуроновой кислоты.[21]

    Литература

    1.
    Бюрнуф Т. Современное фракционирование плазмы. Transfus Med Rev. 2007 Apr;21(2):101-17. [Бесплатная статья PMC: PMC7125842] [PubMed: 17397761]
    2.
    Benjamin RJ, McLaughlin LS. Компоненты плазмы: свойства, различия и применение. Переливание. 2012 Май; 52 Дополнение 1:9S-19S. [PubMed: 22578375]
    3.
    Peters T. Внутриклеточные формы-предшественники белков плазмы: их функции и возможное появление в плазме.Клин Хим. 1987 авг; 33 (8): 1317-25. [PubMed: 3301066]
    4.
    Тобиас А., Баллард Б.Д., Мохиуддин С.С. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 9 октября 2021 г. Физиология, водный баланс. [PubMed: 31082103]
    5.
    Стэнли М., Киллин Р.Б., Михальский Дж.М. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 25 сентября 2021 г. Тромботическая тромбоцитопеническая пурпура. [PubMed: 28613472]
    6.
    Loomans JI, Lock J, Peters M, Leebeek FW, Cnossen MH, Fijnvandraat K.[Гемофилия]. Нед Тайдшр Генескд. 2014;158:A7357. [PubMed: 25351381]
    7.
    Флад В.Х., Фридман К.Д., Гилл Дж.К., Моратек П.А., Рен Дж.С., Скотт Дж.П., Монтгомери Р.Р. Ограничения анализа кофактора ристоцетина при измерении функции фактора фон Виллебранда. Джей Тромб Хемост. 2009 ноябрь;7(11):1832-9. [Бесплатная статья PMC: PMC3825106] [PubMed: 19694940]
    8.
    Джастис Вайлант А.А., Рамфул К. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 12 октября 2021 г.Болезнь дефицита антител. [PubMed: 29939682]
    9.
    Heim MU, Meyer B, Hellstern P. Рекомендации по использованию терапевтической плазмы. Курр Васк Фармакол. 2009 апр; 7(2):110-9. [PubMed: 19355994]
    10.
    Гарсия-Мартинес Р., Нуаре Л., Сен С., Мукерджи Р., Джалан Р. Инфузия альбумина улучшает ауторегуляцию почечного кровотока у пациентов с острой декомпенсацией цирроза и острым повреждением почек. Печень инт. 2015 фев; 35 (2): 335-43. [PubMed: 24620819]
    11.
    Гарсия-Мартинес Р., Карасени П., Бернарди М., Хинес П., Арройо В., Джалан Р. Альбумин: патофизиологическая основа его роли в лечении цирроза печени и его осложнений. Гепатология. 2013 ноябрь; 58(5):1836-46. [PubMed: 23423799]
    12.
    Салерно Ф., Навицкис Р.Дж., Уилкс М.М. Инфузия альбумина улучшает исходы у пациентов со спонтанным бактериальным перитонитом: метаанализ рандомизированных исследований. Клин Гастроэнтерол Гепатол. 2013 февраль;11(2):123-30.e1. [PubMed: 23178229]
    13.
    Тракле Дж., Делаваль П., Террио П., Морнекс Дж. Ф. Аугментационная терапия эмфиземы, связанной с дефицитом альфа-1-антитрипсина. Преподобный Мал Респир. 2015 Апрель; 32 (4): 435-46. [PubMed: 25

    1]

    14.
    Wewers MD, Crystal RG. Аугментационная терапия альфа-1-антитрипсином. ХОБЛ. 2013 март; 10 Дополнение 1: 64-7. [PubMed: 23527997]
    15.
    Госселин Р., Хоуз Э., Молл С., Адкок Д. Результаты различных лабораторных анализов при измерении дабигатрана у пациентов, получающих терапевтические дозы: проспективное исследование, основанное на пиковых и минимальных уровнях в плазме.Ам Джей Клин Патол. 2014 г., февраль; 141(2):262-7. [PubMed: 24436275]
    16.
    Маклеод Британская Колумбия. Плазма и производные плазмы в лечебном плазмаферезе. Переливание. 2012 Май; 52 Дополнение 1:38S-44S. [PubMed: 22578370]
    17.
    Hall MP, Band PA, Meislin RJ, Jazrawi LM, Cardone DA. Обогащенная тромбоцитами плазма: современные представления и применение в спортивной медицине. J Am Acad Orthop Surg. 2009 г., 17 октября (10): 602-8. [PubMed: 19794217]
    18.
    Варакалло М., Чакраварти Р., Денехи К., Стар А.Восприятие суставов и удовлетворенность пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов у населения США. Дж Ортоп. 2018 июнь; 15 (2): 495-499. [Бесплатная статья PMC: PMC5889697] [PubMed: 29643693]
    19.
    Варакалло М.А., Герцог Л., Тусси Н., Йохансон Н.А. Десятилетние тенденции и независимые факторы риска незапланированной реадмиссии после планового тотального эндопротезирования суставов в крупной городской академической больнице. J Артропластика. 2017 июнь;32(6):1739-1746. [PubMed: 28153458]
    20.
    Варакалло М., Луо Т.Д., Йохансон Н.А. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 31 июля 2021 г. Методы тотальной артропластики коленного сустава. [PubMed: 29763071]
    21.
    Huang Y, Liu X, Xu X, Liu J. Внутрисуставные инъекции богатой тромбоцитами плазмы, гиалуроновой кислоты или кортикостероидов при остеоартрозе коленного сустава: проспективное рандомизированное контролируемое исследование. Ортопад. 2019 март; 48(3):239-247. [PubMed: 30623236]

    Из чего состоит кровь

    Красные кровяные тельца — (эритроциты)

    Эритроциты представляют собой дискообразные клетки, содержащие гемоглобин, который позволяет клеткам поглощать и доставлять кислород ко всем частям тела, затем забрать углекислый газ и вывести его из тканей.

    • Составляют около 40 процентов вашей крови.
    • Переносят кислород от легких к тканям и переносят обратно в легкие углекислый газ.
    • Содержат молекулу гемоглобина, которая несет кислорода и окрашивает кровь в красный цвет.
    • Живут около 120 дней и удаляются селезенка.
    • Срок годности после сдачи 35-42 года. дней.
    • Самый необходимый для пациентов со значительным кровью потеря в результате травмы, хирургического вмешательства или анемии.
     
    Лейкоциты — (лейкоциты)

    Белые клетки являются основной защитой организма от инфекционное заболевание. Они могут выходить из кровотока и достигать тканей. заражение микробами и инородными телами.

    • Существует несколько различных типов белой крови. клетки. Лимфоциты являются ключевыми частями нашей иммунной системы и помочь нашему организму бороться с инфекцией.
    • Существует два типа лимфоцитов: Т-клетки прямого активность иммунной системы; В-лимфоциты вырабатывают антитела которые разрушают инородные тела.
    • Лейкоциты сами могут содержать инфекционные болезни, и некоторые возбудители в них сконцентрированы больше, чем другие продукты крови. Лейкоредукция – это процесс удаления белого клетки крови из крови, поставляемой для переливания.
     
    Тромбоциты — (тромбоциты)

    Тромбоциты представляют собой очень маленькие бесцветные фрагменты клеток в ваша кровь, основная функция которой заключается в остановке кровотечения.

    • Это липкие клетки, которые слипаются, образуя образуют сгустки, которые останавливают кровотечение, прилипая к слизистой оболочке крови сосуды.
    • При контакте с воздухом химическая реакция вызывает белок в крови, называемый фибриногеном, превращаться в длинные нити которые образуют струп на ране.
    • Выжить в системе кровообращения около 10 дней и удаляются селезенкой.
    • Вне тела могут храниться только пять дней.
    • Используется для помощи пациентам со злокачественными заболеваниями, которые имеют низкие или аномальные тромбоциты из-за самого заболевания или химиотерапия. Тромбоциты пользуются повышенным спросом у людей с лейкемия, заболевания крови, рак; реципиенты костного мозга или трансплантации органов и несчастных случаев, ожогов и травм жертвы.
    • В среднем от четырех до восьми единиц тромбоцитов из донорство цельной крови (или одно донорство афереза) необходимо для удовлетворения потребности одного пациента.
    Плазма

    Плазма представляет собой бледно-желтую смесь воды, белков и соли. Одна из функций плазмы – выступать в роли переносчика для клеток крови, питательных веществ, ферментов и гормонов.

    • Это жидкая часть крови. Плазма На 90 процентов состоит из воды и составляет более половины всей крови. объем.
    • Остальные 10 процентов составляют белковые молекулы, в том числе ферменты, свертывающие агенты, компоненты иммунной системы, а также другие предметы первой необходимости, такие как витамины и гормоны.
    • Помогает поддерживать артериальное давление и сохраняет все, что движется по кровеносной системе, снабжает критических белков и служит обменной системой для жизненно важных минералы.
    • Плазма после сбора замораживается и может храниться до одного года.
    • Используется для лечения нарушений свертываемости крови при свертывании факторы отсутствуют; плазмаферез удаляет болезнетворные факторов из плазмы больного.
    • Используется для извлечения криопреципитата, вещества, богатого в факторе VIII, который необходим больным гемофилией.
    • Плазма, приобретенная в коммерческих центрах, продается за исследования и некоторые медицинские методы лечения.

    Концентрация вещества Р в плазме крови у пациентов, подвергающихся общей анестезии: объективный маркер, ассоциированный с послеоперационной тошнотой и рвотой | JA Clinical Reports

    Учитывая важность СП в патогенезе ПОТР, мы предположили, что СП можно использовать для выявления пациентов с высоким риском развития ПОТР, вызванного общей анестезией.Анализ данных нашего настоящего исследования показывает, что СП остается неизменной в конце анестезии, а затем увеличивается в течение последующих 24 часов, коррелируя с ПОТР, тогда как СП снижалась в конце анестезии и восстанавливалась через 24 часа у пациентов без ПОТР. Эти результаты позволяют предположить, что пери- и послеоперационные уровни SP могут помочь предсказать необходимость профилактики и/или постоянного наблюдения за PONV.

    Концентрация SP как показатель интенсивности боли измерялась и в других образцах, включая спинномозговую жидкость (ЦСЖ), мочу и раневой экссудат [11–14].На сегодняшний день ни в одном исследовании не изучались уровни SP в плазме и их связь с PONV после общей анестезии. Однако передача сигналов SP не является новым механизмом в PONV. Многочисленные клинические исследования использовали антагонист SP и показали улучшение по сравнению с плацебо [15] или даже с ондансетроном [16]. Sjostrom et al. [11] продемонстрировали, что концентрации SP в спинномозговой жидкости после абдоминальной хирургии и общей анестезии не показали статистически значимых изменений после процедуры. Однако было показано, что концентрации SP увеличиваются после спинальной анестезии в спинномозговой жидкости [12] и в раневом экссудате [13].Кроме того, уровни SP в моче увеличивались, а затем снижались после эпидуральной анестезии [14]. Хотя эти исследования в первую очередь не изучали ПОТР, они косвенно изучали влияние анестезии на SP. Точно так же исследования CINV также выявили увеличение SP после различных химиотерапевтических процедур [6].

    Наши результаты показывают, что периоперационная SP не экспрессируется у пациентов с PONV(-), так как наблюдается значительное снижение SP, аналогичное CINV, не индуцированному цисплатином [4], однако пациенты, у которых выражена PONV, продолжали экспрессировать SP в периоперационном периоде. — и послеоперационный.Интересно, что все пациенты, у которых развилась ПОТР, имели оценку по шкале Апфеля больше или равную 2, что соответствует 39 % риска [9], хотя у многих пациентов с аналогичными показателями ПОТР не развилась. Это новое, хотя и предварительное, открытие предполагает, что оценка SP может привести к относительно точному прогнозированию рвотных симптомов, вызванных общей анестезией.

    Это исследование имеет некоторые ограничения. Higa et al. [6] измеряли уровни SP в сыворотке крови у пациентов, получавших химиотерапию, исходные уровни SP были относительно выше среди женщин и молодых пациентов и связаны с более высоким риском развития CINV.Поскольку в наше исследование были включены взрослые пациентки женского пола, перенесшие лапароскопическую гинекологическую операцию, могли быть выявлены различия в пери- и послеоперационном периодах. Результаты этого исследования могут быть неприменимы к другим группам пациентов, таким как мужчины, дети и другие хирургические вмешательства. По этому вопросу были бы полезны дополнительные исследования, направленные на изучение активности СП. Кроме того, наши базовые значения SP выше, чем ранее опубликованные значения [6]. Вероятно, это результат различных систем анализа и их чувствительности.Наконец, тошнота является сильно изменчивым, специфичным для пациента и очень трудным для количественной оценки симптомом, влияющим на наши результаты. Использование простой модифицированной шкалы PONV позволило включить пациентов, которые могли не квалифицироваться как PONV, в более строгие шкалы.

    Известно, что ПОТР ассоциированы со специфическими рецепторами, включая опиоидные, дофаминовые, гистаминовые, ацетилхолиновые, серотониновые и SP [2, 3]. Однако в настоящем исследовании мы сосредоточились только на активности уровней SP. Другое возможное ограничение заключается в том, что после связывания с рецепторами NK1 SP регулирует многие биологические функции.Эти медиаторы могли влиять на активность уровней SP. Для определения клинического профиля SP требуется больший размер выборки.

    Компоненты плазмы крови и их функции

    Кровь состоит из плазмы и твердых компонентов. Из них большую часть составляет плазма, составляющая около 55%. Он выглядит как жидкость соломенного цвета и состоит в основном из воды, но также содержит ферменты и соли.

    Элементы крови. срез кровеносного сосуда. Кредит изображения: Designua / Shutterstock

    Что делает плазма?

    Плазма

    предназначена для переноса питательных веществ, гормонов и белков в различные части тела.Он также уносит отходы клеточного метаболизма из различных тканей в органы, отвечающие за их детоксикацию и/или выведение. Кроме того, плазма является средством транспортировки клеток крови по кровеносным сосудам.

    Компоненты плазмы

    Плазма

    содержит около 90 процентов воды, причем 10 процентов составляют ионы, белки, растворенные газы, молекулы питательных веществ и отходы.

    Белки плазмы включают белки антител, факторы свертывания крови, а также белки альбумин и фибриноген, которые поддерживают осмотическое давление сыворотки.

    Каждый из них можно разделить с помощью различных методов, чтобы они образовали различные продукты крови, которые используются для лечения различных заболеваний. Например, факторы свертывания используются для лечения нарушений свертывания крови, таких как гемофилия или диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови.

    Кровь, часть 1 — Настоящая кровь: ускоренный курс A&P #29 Играть

    Специальные компоненты и их функции

    pH и осмотическое давление крови поддерживаются ионами плазмы, белками и другими молекулами.

    Белки плазмы

    Белки плазмы являются наиболее распространенными веществами в плазме и представлены тремя основными типами, а именно альбуминами, глобулинами и фибриногеном. Они играют следующие специализированные роли:

    Альбумин

    Альбумин помогает поддерживать коллоидно-осмотическое давление крови. Он является наименьшим по размеру среди белков плазмы, но составляет наибольший процент. Коллоидно-осмотическое давление крови важно для поддержания баланса между водой внутри крови и водой в тканевой жидкости вокруг клеток.Когда белков плазмы недостаточно, вода из плазмы просачивается в пространство вокруг кровеносных сосудов и может привести к интерстициальному отеку, характерному, например, для заболеваний печени, почек и недоедания. Альбумин также помогает транспортировать многие вещества, такие как лекарства, гормоны и жирные кислоты.

    Глобулин

    Глобулин бывает трех типов: альфа, бета и гамма, от наименьшего к наибольшему. Гамма-глобулины называются антителами. Альфа-глобулины включают липопротеины высокой плотности (ЛПВП), которые важны для переноса жиров в клетки для создания различных веществ, а также для энергетического метаболизма.ЛПВП наиболее известен своей ролью в предотвращении образования бляшек за счет поддержания транспорта холестерина в крови. Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) представляют собой бета-глобулины, которые транспортируют жир в клетки для синтеза стероидов и клеточных мембран. Он также способствует образованию холестериновых бляшек, что является фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний.

    Антитела или гамма-глобулины также называются иммуноглобулинами. Они продуцируются В-лимфоцитами, подмножеством иммунных клеток. Антитела отвечают за гуморальную иммунную функцию организма, распознавая патогены через специфические рецепторы и нейтрализуя их с помощью различных механизмов.

    Фибриноген

    Фибриноген является важным растворимым предшественником фактора свертывания плазмы, который превращается в нитевидный белок, называемый фибрином, при контакте с липкой поверхностью. Образующиеся таким образом фибриновые нити захватывают тромбоциты, образуя первичный тромбоцитарный сгусток, на котором в процессе коагуляции образуется устойчивый кровяной сгусток.

    Факторы свертывания крови и ингибиторы

    Факторы свертывания в плазме вызывают образование тромба в месте любого разрыва гладкой эндотелиальной выстилки кровеносных сосудов.Это не только предотвращает потерю крови, но и защищает организм от вторжения микробов.

    Белки-ингибиторы коагуляции предотвращают свертывание крови в нежелательных местах или в нежелательное время.

    Белки комплемента

    Система комплемента представляет собой еще один важный набор белков плазмы, которые участвуют в иммунных и воспалительных реакциях в ответ на множество различных инфекционных частиц.

    Прочие функции

    • Белки плазмы поддерживают слегка щелочной уровень pH крови, связывая избыток ионов водорода в крови.
    • Белки плазмы также могут поставлять аминокислоты, если это необходимо, путем расщепления макрофагами.
    • Белки плазмы также часто являются переносчиками небольших молекул, каждая из которых связывается после всасывания из кишечника со своим собственным специфическим белковым носителем для транспортировки в ткани или органы, которые его используют.

    Прочие компоненты плазмы

    Белки

    • Цитокины представляют собой клеточные сигнальные молекулы, вырабатываемые клетками для связи друг с другом и регулирования важных клеточных процессов.
    • Гормоны — это молекулы, высвобождаемые одним органом или типом клеток для воздействия на другой в отдаленном месте, переносимые кровотоком и вызывающие отдаленные эффекты.

    Электролиты

    Натрий является наиболее распространенным ионом, переносимым в плазме, и обеспечивает большую часть осмолярности плазмы.

    Аминокислоты

    Белки тканей или плазмы могут расщепляться, а аминокислоты перерабатываться для использования в синтезе других биологических структур.Это может включать макрофаги в кишечнике, лимфатической системе и легких.

    Азотистые соединения

    Азотсодержащие соединения отходов, такие как мочевина, образуются в результате распада различных веществ в организме. Они переносятся с плазмой в почки для выведения.

    Питательные вещества

    Питательные вещества, всасываемые из кишечника или других органов происхождения, переносятся в плазме, например, глюкоза, жиры, аминокислоты, минералы и витамины.

    Растворенные газы

    Плазма также содержит растворенный кислород и углекислый газ в небольших количествах, а также значительное количество азота.

    Дополнительное чтение

    Плазменный виром и риск заражения через кровь у лиц с расстройствами, связанными с употреблением психоактивных веществ

    Участники исследования

    Образцы для исследования были взяты у когорты потребителей инъекционных наркотиков, проживающих в Балтиморе, штат Мэриленд (США) 16 . На момент набора участники исследовательской группы (Балтимор) сообщали об употреблении инъекционных наркотиков в течение последних 6 месяцев и были отрицательными как на ВИЧ, так и на ВГС.Затем участников отслеживают в продольном направлении, собирая плазму и сыворотку при каждом ежемесячном посещении. При каждом посещении участников тестируют на ВГС, а каждые 6 месяцев — на ВИЧ. Для этого исследования мы определили 20 участников, у которых произошла сероконверсия ВГС (отрицательный ВГС до положительного ) и имелось достаточное количество сохраненной плазмы до и после инфицирования ВГС. Исходный образец, отрицательный на ВГС, был контролем для окончательного заражения ВГС. Кроме того, из той же когорты было выявлено в общей сложности 20 дополнительных контролей с аналогичным временем наблюдения, но у которых , а не инфицированных ВГС (от ВГС до отрицательных).Участники из балтиморской когорты получили вознаграждение в размере 25 долларов США за все ознакомительные визиты.

    Все 40 участников из групп ЛУИН с отрицательным статусом и ЛУИН с отрицательным статусом и ЛУИН с отрицательным статусом и с ВГС были протестированы в двух временных точках, разделенных медианой 1112,5 дней. Для ЛУИН HCV neg to pos первой временной точкой была медиана 126 дней до сероконверсии. Средний возраст в группе ЛУИН от ВГС до pos составлял 26 лет (МКИ: 6,25), а в группе ЛУИН от ВГС до — 27 лет (МКИ: 4).В каждой группе соотношение полов составляло 2,33:1. Для четырех пар передачи каждая пара была протестирована в ходе двух посещений с разницей в медиане 1085 дней (IQR:180).

    Поскольку о вироме плазмы у молодых людей было известно так мало, мы также добавили социально-демографический контроль, отрицающий употребление инъекционных наркотиков: 10 мужчин из отделения неотложной помощи Джона Хопкинса 28 и 10 женщин из гинекологической клиники 29 . Контрольная группа имела средний возраст 26,5 лет (IQR: 6,77) и соотношение полов 1:1.Наконец, для подтверждения была использована географически отдельная когорта ВИЧ-отрицательных ЛУИН из Сан-Франциско, Калифорния (США) 17 . Как и в группе обнаружения, участники этой подтверждающей панели сообщили об употреблении инъекционных наркотиков в течение последних 6 месяцев и были отрицательными как на ВИЧ, так и на ВГС. Мы включили 19 участников с ВГС от до pos ПИН и от ВГС до участников. Каждый из 38 участников был протестирован в двух временных точках. Средний возраст в группе ЛУИН от ВГС до pos составлял 26 лет (МКИ: 4), а в группе ЛУИН от ВГС до — 24 года (МКИ: 4.5). В каждой группе соотношение полов составляло 3,75:1. ВГС от отрицательных до поз. тестировали в среднем за 91 день (МКИ: 32) до сероконверсии ВГС и в среднем за 427 дней (МКИ: 55) после их первого визита. ВГС от отрицательного до отрицательного тестировали в двух точках времени с разницей в медиане 378 дней (IQR: 34,5). Участники НЛО получали вознаграждение за все учебные визиты, включая скрининг на ВГС (10 долларов США) и последующие визиты (20-25 долларов США). Также были включены 13 HCV neg to pos PWID из Chang Mai, Таиланд за 6 месяцев до сероконверсии 18 .Средний возраст тайской когорты составлял 23 года (IQR: 17) и соотношение полов 5,50: 1.

    Информированное согласие было получено от всех участников всех исследований до сбора образцов. Для лиц, участвовавших в когортах, которые не являются активными (т. е. всех, кроме группы ЛУИН из Балтимора и Сан-Франциско), в качестве дополнительной меры предосторожности перед любым тестированием применялась процедура несвязанной идентификации. Эта и все другие процедуры исследования были одобрены Институциональным наблюдательным советом Джона Хопкинса.

    Молекулярная детекция и серология

    Экстракция РНК и ДНК из плазмы, как описано ранее 12 . Вкратце, набор Quick- DNA/RNA miniprep plus (Zymo Research, № по каталогу D7003) использовали для экстракции ДНК и РНК из 200 мкл плазмы. Этапы предварительной экстракции включали вращение образцов при 1600 г в течение 15 мин при 4°С для удаления мусора (например, нерастворимых комплексов) с последующей фильтрацией с использованием шприцевых фильтров 0,2 мкм (Fisher Scientific, № по каталогу 6778-1302). После синтеза кДНК с использованием надстрочного индекса IV (Thermo Fisher Scientific Cat#180) заражение пегивирусом H выявляли с использованием праймеров, описанных Berg et al.(Дополнительная таблица 2) 30 . Одноэтапная ПЦР была нацелена на область размером 160 п.н. в месте соединения NS2-3 пегивируса H. Обнаружение пегивируса C проводили с использованием одноэтапного протокола SuperScript™ IV One-Step RT-PCR (Thermo Fisher Scientific Cat#12594100), за которым следовал второй этап. раунд ПЦР с использованием ДНК-полимеразы Platinum Taq High Fidelity (Thermo Fisher Scientific Cat # 11304-011). Полувложенная ПЦР нацелена на нуклеотидные позиции 979–1650 в области E2 пегивируса C, как было опубликовано ранее 31 .На первом этапе использовались праймеры E2_FP и E2_ORP, а на втором этапе использовались E2_FP и E2_IRP (дополнительная таблица 2). Секвенирование core-E1 ВГС (положения нуклеотидов: 843–1316) для образцов также было выполнено, как описано ранее (дополнительная таблица 2) 32 . Во вложенной ПЦР использовались внешние праймеры CE1_ESP и CE1_EAP, а также внутренние праймеры CE1_ISP и CE1_IAP.

    Ранее описанные праймеры использовались для выявления инфекции альфа-, бета- и гамма-торквирусом (дополнительная таблица 2) 33 .Ампликоны ПЦР облегчили идентификацию и дифференциацию инфекций, вызванных альфа-, бета- и гамма-торквирусами. Праймеры первого раунда ПЦР амплифицировали консервативную область, обнаруженную на 5′-конце всех трех родов торквирусов, с использованием прямых праймеров NG779/NG780 и обратных праймеров NG781/NG782. Родоспецифические праймеры для альфа-(NG779/NG780 и NG785), бета- (NG792/NG793/NG794 и NG791) и гамма (NG795 и NG796) торквирусов позволили провести дифференциальное обнаружение каждого рода. Размер полученных ампликонов использовали для дифференциации трех родов – альфа- (112–117  п.н.), бета- (70–72  п.н.) и гамма- (88  п.н.) торквирусов.ПЦР для обнаружения альфа-торквируса была полугнездовой по дизайну, в то время как вложенная ПЦР использовалась для бета- и гамма-торквируса. Кроме того, мы повысили чувствительность ПЦР, включив этап предварительной амплификации на основе амплификации по катящемуся кругу (RCA). Мы также наблюдали повышенную чувствительность RCA + PCR без начальной стадии денатурации при 95 °C для RCA. Обогащение круглых шаблонов с использованием RCA было выполнено с использованием TempliPhi™ (Sigma Aldrich GE25-6400-10). RCA проводили при 30 ° C в течение 18 часов с 2 мкл ДНК в качестве исходного материала.Для ПЦР брали конкатемеры RCA в разведении 1:5 для последующих ПЦР-реакций.

    Серологическое тестирование было проведено для обнаружения антител IgG, специфичных к пегивирусу H и пегивирусу C, на платформе для иммуноанализа ARCHITECT с использованием ранее описанных анализов антител 34 . Вкратце, были разработаны отдельные анализы анти-IgG, в которых используются рекомбинантные антигены пегивируса H, NS4AB или E2, или рекомбинантный антиген пегивируса C, E2, для выявления IgG-специфических ответов. Предварительные пороговые значения для анализа были основаны на скрининге популяции доноров-добровольцев с отрицательным результатом на РНК или антитела пегивируса H и пегивируса C.Значение сигнала к отсечке (S/CO), превышающее или равное 1,0, считалось реактивным в анализах пегивируса H или пегивируса C.

    Нанопоровое секвенирование

    Секвенирование Anelloviridae было выполнено с использованием Oxford Nanopore Sequencing на платформе GridION. Конкатемеры, полученные с использованием RCA, расщепляли с помощью эндонуклеазы T7 для разветвления и образования фрагментов различных размеров. Фрагментированная ДНК была подвергнута протоколу очистки исключения размера на основе магнитных шариков, чтобы сохранить размер фрагментов между 500 и 10 000 п.н.После очистки на основе размера образцы с концентрацией более 500 нг были отобраны для подготовки библиотеки с использованием набора SQK-LSK109 с собственным штрих-кодом EXP-NBD104. Библиотеки объединяли в эквимолярных количествах и загружали в одну проточную кювету R9.4. Секвенирование и базовый вызов выполнялись на GridION под управлением 19.12.2 в соответствии с протоколом.

    Чтения были проанализированы с использованием What’s In My Pot (WIMP), инструмента количественного анализа нанопоровых ридов 19 .В рамках рабочего процесса WIMP таксономическая классификация прочтений была выполнена с использованием Centrifuge 19 . Для классификации прочтений Centrifuge использует базу данных, сгенерированную из последовательностей RefSeq 35 . Классифицированные риды для каждого вида альфаторкевирусов использовали с Canu v1.9 20 (параметры: genomeSize=3k и -nanopore-raw) для сборки видоспецифичных вирусных геномов. Когда для секвенирования конкретных последовательностей альфаторкевируса по Сэнгеру требовались праймеры, образцы выравнивали по эталонным видам ICTV, индексировали используемые инструменты SAM 36 и визуализировали в средстве просмотра интегративной геномики 37 .Секвенирование по Сэнгеру использовалось для подтверждения наличия нескольких последовательностей альфаторкевируса у одного участника исследования и для получения последовательностей для филогенетического анализа.

    Статистический анализ

    Поскольку данные не были нормально распределены, были использованы непараметрические статистические тесты для характеристики вероятности того, что данные были объяснены нулевой гипотезой, что нет никакой разницы в виромах людей, которые заразились или не заразились ВГС. Было определено, что число протестированных обеспечивает более чем 90% мощности для обнаружения различия двух дополнительных вирусов в вироме ВГС neg и pos ЛУИН по сравнению с HCV neg и ЛУИН, neg, а затем по наличию образцов.Все статистические расчеты проводились с использованием GraphPad Prism версии 9.0.2 для Mac.

    Филогенетический анализ

    Mega X использовался для филогенетического анализа последовательностей 23 . Чтобы определить расхождение аминокислотных последовательностей, выравнивание аминокислотных последовательностей было выполнено на 10 последовательностях ORF-1 альфаторкевируса (аминокислотное положение: 263–404) с использованием алгоритма MUSCLE с последующим анализом с использованием модели коррекции Пуассона 38 со значением начальной загрузки 1000. Были использованы шесть последовательностей балтиморского альфаторкевируса, классифицированные как TTV7 и TTV8 от ПИН (идентификатор GenBank: MZ889122-MZ889127), и четыре полноразмерные последовательности небалтиморского альфаторкевируса были получены из GenBank.Это включало эталонные последовательности TTV7 (AF261761) и TTV8 (AB054647) ICTV. Кроме того, мы также включили все полноразмерные последовательности альфаторкевируса (AB054648, JN980171), полученные при выполнении поиска BLAST с использованием AB054647 (эталонная последовательность TTV8).

    Филогенетические взаимоотношения нуклеотидных последовательностей ВГС и пегивируса С были выведены с использованием метода максимального правдоподобия на основе модели Тамура Нея и значения начальной загрузки, равного 1000. В общей сложности 34 оболочечных последовательности пегивируса С (GenBank ID: MN938857-MN938890), полученные от ЛУИН в Чанг Мае (Таиланд) и Балтиморе (США).Аналогичным образом использовали 43 последовательности core-E1 HCV (GenBank, ID: MN954475-MN954517), полученные из Chang Mai (Таиланд) и Балтимора (США).

    Сводка отчета

    Дополнительная информация о дизайне исследования доступна в Сводке отчета об исследовании природы, связанной с этой статьей.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Кальцитониноподобное вещество в плазме миксины, Eptatretus burgeri (Cyclostomata)

    ВВЕДЕНИЕ

    Кальцитонин (СТ) представляет собой 32-аминокислотный пептидный гормон, функция которого заключается в подавлении резорбции костей остеокластами с последующим снижением уровня кальция в сыворотке у млекопитающих [ 8].Этот гормон секретируется С-клетками щитовидной железы у млекопитающих и ультражаберной железой (УБЖ) у немлекопитающих позвоночных [2].

    Watzka [16] на основании морфологических наблюдений сообщил, что у круглоротых UBG отсутствует. Введение экстракта из жаберной области миксины крысам не вызывало выраженной гипокальциемии [2]. Сделан вывод об отсутствии УБГ у круглоротых, судя по результатам морфологических наблюдений и фармакологических исследований.С другой стороны, иммунореактивность СТ была обнаружена в мозге одного вида миксин с помощью радиоиммунного анализа с использованием антисыворотки СТ человека [4]. Иммунореактивные СТ-положительные клетки были выявлены также в головном мозге двух видов миксин и двух видов миноги иммуногистологическим методом с использованием СТ-антисыворотки лосося [11]. Возможно, эти клетки, присутствующие в головном мозге круглоротых, выделяют в кровь СТ-подобное вещество.

    Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы выяснить с помощью биохимических и биологических методов, присутствует ли CT-подобное вещество в плазме миксины, Eptatretus burgeri.

    МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

    Экспериментальные животные

    Были использованы восемь коричневых миксин, Eptatretus burgeri, пойманных ловушкой на глубине от 10 до 50 метров возле морской биологической станции Мисаки Токийского университета на побережье залива Сагами в ноябре 1993 г. . Рыб анестезировали метансульфонатом трикаина 1/3000. После этого образцы крови брали из сердца шприцами с гепарином и центрифугировали при 25000×g в течение 10 мин при 4°C. Плазму немедленно замораживали и хранили при температуре -50°C до использования.

    Разделение плазмы с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с обращенной фазой

    Плазму подкисляли ледяной уксусной кислотой до конечной концентрации 1 М, встряхивали и центрифугировали. Затем высокомолекулярные белки и липиды удаляли из супернатанта 67% и 99% холодным ацетоном соответственно. Супернатант подвергали обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ) на колонке ODS-120T (4,6×250 мм, Tosoh, Токио) с линейным градиентом от 20 до 80% СН 3 CN в 0 .1% трифторуксусной кислоты (pH 2,0).

    Электрофорез и Вестерн-блоттинг

    После ОФ-ВЭЖХ 300 мкл мкл каждой фракции лиофилизировали и солюбилизировали в лизирующем буфере (4% SDS, 4% меркаптоэтанол, 8 М мочевина и 10 мМ Трис-буфер, доведенный HCl до рН 6,8). Эти образцы подвергали электрофорезу по методу Лэммли [6] на геле с линейным градиентом от 10% до 20% полиакриламида с бромфеноловым синим в качестве трекингового красителя. Синтетический КТ лосося использовали в качестве положительного контроля для КТ.

    Образцы, разделенные электрофорезом, переносили на поливинилидендифторидную мембрану (Clear blot мембрана-р, Atto Co. Ltd., Токио) при комнатной температуре в течение 2,5 ч при 16 В/см по методу Андерсона [1]. Затем мембрану трижды промывали фосфатно-солевым буфером, содержащим 0,05% Tween 20 (PBST). PBST, содержащий 1% нормальной свиной сыворотки, использовали для блокирования неспецифического связывания с мембраной в течение 15 минут при комнатной температуре с последующим трехкратным промыванием в PBST.Затем мембрану инкубировали с поликлональной CT-антисывороткой лосося (разведение 1/40000) в течение 12–15 часов при комнатной температуре. Несвязавшуюся антисыворотку удаляли трехкратной промывкой в ​​PBST. Наконец, мембрану иммуноокрашивали набором меченого стрептавидина-биотина (Dako Co. Ltd., Токио).

    Биоанализ на крысах

    Аликвоты фракции, показавшей положительную иммунореактивность при Вестерн-блоттинге (каждая по 300 мк мкл), вводили 7 крысам, как описано Uchiyama et al. [14]. Вкратце, 300 мкл мкл каждой фракции иммунореактивных СТ концентрировали примерно до 10-20 мкл л в вакууме и доводили до конечного объема 400 мкл л путем добавления носителя (0,9% солевого раствора, содержащего 0,1% бычьего сывороточный альбумин, рН 4,6) перед введением. Иммуноотрицательную фракцию брали в качестве контроля и таким же образом вводили крысам. Образцы крови брали непосредственно перед (ноль) и через 0,5, 1, 2 и 3 часа после введения. Контролировали уровни Ca в сыворотке, неорганического фосфата (Pi) и Na.Уровни Ca и Na в сыворотке определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра (тип 180-70, Hitachi-Zeeman, Hitachi Co. Ltd., Токио). Pi в сыворотке измеряли на спектрофотометре (тип 100-20, Hitachi Co. Ltd., Токио) по модификации метода Фиске и Суббароу [3]. Для статистической оценки числовых данных применяли критерий Стьюдента t .

    Измерение CT-подобного вещества в плазме

    CT-подобное вещество, присутствующее в плазме, было количественно определено с помощью иммуноферментного анализа (ELISA) с конкурентным ингибированием с использованием антисыворотки против CT лосося в соответствии с процедурой, описанной Robertson [9, 10] .Кроме того, в настоящем исследовании была разработана система ИФА с повышенной чувствительностью для КТ лосося с использованием системы стрептавидин-биотин. В этой системе ELISA предел обнаружения составлял 10–30 пг/мл. Специфичность антисыворотки против CT против лосося проверяли с использованием синтетических пептидных гормонов и экстракции тканей.

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    Очистка ХТ-подобного вещества

    Плазму разделяли на двадцать фракций методом ОФ-ВЭЖХ (рис. 1). Аликвоты по 300 мкл мкл каждой фракции лиофилизировали и подвергали Вестерн-блоттингу.Две фракции (фракция 9, элюированная 36–39% CH 3 CN, и фракция 10, элюированная 39–42% CH 3 CN), показали положительную иммунореактивность (рис. 2). Во фракции 9 молекулярные массы двух иммунопозитивных веществ оценивались как 3,5 и 4,7 кДа. Во фракции 10 молекулярная масса (ММ) положительного вещества составила 4,7 кДа.

    Рис. 1

    ВЭЖХ с обращенной фазой на колонке ODS-120T. Образец: плазма миксины; скорость потока, 1 мл/мин; размер фракции, 3 мл/пробирка. Система растворителей: линейно-градиентное элюирование от 20% до 80% CH 3 CN в 0.1% TFA в течение 60 мин.

    Рис. 2

    Вестерн-блоттинг иммунореактивного кальцитонина (КТ) в плазме миксины. Представлены фракции 9 и 10 ВЭЖХ (см. рис. 1) и синтетический кальцитонин лосося (sCT) в качестве положительного контроля. Стрелки показывают положение sCT и иммунореактивного CT с соответствующей молекулярной массой в кДа.

    Гипокальциемическая активность СТ-подобного вещества

    Изменения уровней Ca и Pi в сыворотке крови крыс показаны на рисунках 3 и 4 соответственно. Введение фракции 9 вызывало значительную гипокальциемию при 0.5 и 1 час (оба P <0,05). Фракция 10 также вызывала гипокальциемию через 0,5 часа после введения ( P <0,005). Только фракция 9 вызывала значительную гипофосфатемию через 0,5, 1 и 2 часа ( P < 0,001, P < 0,005 и P < 0,05 соответственно). Уровни натрия в сыворотке не изменились, оставаясь на уровне 330 мг/100 мл после введения либо иммуноположительной, либо контрольной фракции крысам (данные не показаны).

    Рис. 3

    Изменения уровня кальция в сыворотке крови крыс после введения фракции 9 (•), фракции 10 (▴) и фракции 11 (○) после ВЭЖХ плазмы миксины (см. рис.1). Вертикальные полосы показывают ± SEM. Количество использованных крыс составляло 7 для фракции 9, 7 для фракции 10 и 5 для фракции 11. фракция 11.

    Рис. 4

    Изменения уровней Pi в сыворотке крови крыс после введения фракции. 9 (•), фракция 10 (▴) и фракция 11 (○) после ВЭЖХ плазмы миксины (см. рис. 1). Вертикальные полосы показывают ± SEM. Количество используемых крыс составляло 7 для фракции 9, 7 для фракции 10 и 5 для фракции 11.* P < 0,05, ** P < 0,005, *** P < 0,001, по сравнению со значениями фракции 11.

    Измерение ХТ-подобного вещества в плазме

    подобное вещество, присутствующее в плазме миксины, измеряли в системе ELISA по реактивности на сыворотку против лосося CT, и было рассчитано, что оно составляет около 14 нг/мл (фиг. 5).

    Рис. 5

    Кривая конкурентного ингибирования кальцитонина лосося (sCT):• и кривая разведения плазмы миксины (▵) в ИФА для sCT.Кривая разведения соответствовала стандартной кривой sCT. Пунктирная линия показывает контроль только с антителом. Образцовые значения пг/мл плазмы определяли путем умножения коэффициента разбавления.

    ОБСУЖДЕНИЕ

    В биологическом анализе на крысах гипокальциемическая активность была обнаружена в 2 фракциях отделенной плазмы миксины. Однако только фракция 9 проявляла гипофосфатемическую активность. Фракция 9 содержала два иммунопозитивных вещества с молекулярной массой 3,5 и 4,7 кДа, а во фракции 10 только одно ХТ-подобное вещество из 4.было обнаружено 7 кДа. Однако количество СТ-подобного вещества с молекулярной массой 4,7 кДа во фракции 10 было меньше, чем во фракции 9 по результатам вестерн-блоттинга (рис. 2). Следовательно, возможно, что величина 4,7 кДа была пропорциональна силе гипокальциемической активности в обеих фракциях. С другой стороны, в качестве характеристики биоанализа на крысах сообщалось, что реакция уровня Pi в сыворотке на CT больше, чем у Ca [12]. Следовательно, если молекула 4,7 кДа, включенная во фракцию 10, представляет собой настоящий CT, изменение уровня Pi в сыворотке должно быть больше, чем изменение уровня Ca при введении крысам фракции 10.Однако уровень Pi в сыворотке не изменился. Это свидетельствует о том, что СТ-подобное вещество с молекулярной массой 3,5 кДа обладало подлинно СТ-подобной активностью. Кроме того, концентрация СТ-подобного вещества в плазме миксины оценивалась примерно в 14 нг/мл. У костистых рыб уровни CT в плазме, определенные на сегодняшний день, составляют 10–700 пг/мл у лосося [15], 2000 пг/мл у угря [17] и 1500–2000 пг/мл у окуня [5]. Уровень ХТ-подобного вещества в плазме миксин был значительно выше, чем у этих других рыб. Однако сообщалось, что в мозге миксины присутствует очень мало CT-продуцирующих клеток [11], и маловероятно, что CT-продуцирующие клетки в мозге миксины могут выделять такое большое количество в кровь.Следовательно, у миксины, вероятно, есть и другие ткани, продуцирующие СТ, помимо мозга.

    У миксины самая высокая концентрация Ca в желчи, определенная на сегодняшний день среди позвоночных, уровень которой соответствует 12-кратному уровню в плазме [7]. Известно, что у крыс [18] и хрящевых рыб [13] ХТ действует на экскрецию Са с желчью . Следовательно, обнаруженное здесь обилие СТ-подобного вещества в плазме миксины может быть связано с этим явлением.

    Благодарности

    Автор выражает благодарность профессору Ю.Сасаяме, Морская лаборатория Ното, Университет Канадзавы, за его поддержку в экспериментах с использованием биологического анализа на крысах и доктору К. Инабе, Морская биологическая станция Мисаки, Факультет естественных наук, Университет Токио, за его любезную помощь в сборе круглоротых. Особая благодарность г-ну C. Eguchi и г-же A. Yoshida, кафедра биологии, факультет естественных наук, Университет Тоямы, за их помощь во время исследования.

    ССЫЛКИ

    1.

    Дж. К.Андерсон 1984. Специфическое окрашивание антисывороткой двумерных электрофоретических картин белков плазмы человека, иммобилизованных на нитроцеллюлозе. J Biochem Biophys Meth 10: 203–209. Google ученый

    2.

    Д. Х. Копп, CE Брукс, Б. С. Лоу, Ф. Ньюсом, Р. К. О’дор, К. О. Паркс, В. Уокер и Э. Г. Уоттс . 1970. Кальцитонин и ультиможаберная функция у низших позвоночных. В «Кальцитонине». Эд автор С.Тейлор , редактор. Хайнеманн. Лондон. стр. 281–294. Google ученый

    3.

    CH Fiske и Ю. Суббароу . 1925. Колориметрическое определение фосфора. J Biol Chem 66:375–400. Google ученый

    4.

    С. Л. Гиргис, Ф. Галан Галан, Т. Р. Арнетт, Р. М. Роджерс, К. Боун, М. Раваццола и И. Макинтайр . 1980. Иммунореактивная человеческая кальцитониноподобная молекула в нервной системе протохордовых и круглоротых, Myxine.Дж. Эндокринол 87:375–382. Google ученый

    5.

    Дж. Гловацкий, Дж. О’Салливан, М. Миллер, Д. В. Уилки и Л. Дж. Дефтос . 1985. Кальцитонин вызывает гипокальциемию у леопардовых акул. Эндокринология 116:827–829. Google ученый

    6.

    У. К. Леммли 1970. Расщепление структурных белков при сборке головки бактериофага Т4. Природа 227: 680–685. Google ученый

    7.

    Р. Моррис 1965. Исследования водно-солевого баланса Myxine glutinosa (L.). J Exp Biol 42: 359–371. Google ученый

    8.

    Дж. Ю. Регинстер 1993. Кальцитонин для профилактики и лечения остеопороза. Am J Med 95: Приложение 5A44–47. Google ученый

    9.

    Д. Р. Робертсон 1981. Иммуноферментный анализ конкурентного ингибирования кальцитонина лягушки. Gen Comp Endocrinol 45: 12–20.Google ученый

    10.

    Д. Р. Робертсон 1986. Кальцитонин. В «Методах ферментативного анализа, том IX». Эд автор Х. У. Бергмейер , редактор. Верлаг-Хеми Вайнхайм. Verlag-sgesellschaft. стр. 497–508. Google ученый

    11.

    Ю. Сасаяма, Т. Коидзуми, К. Огуро, А. Камбегава и Х. Йошизава . 1991. Кальцитонин-иммунореактивные клетки присутствуют в мозге некоторых круглоротых.Gen Comp Endocrinol 84: 284–290. Google ученый

    12.

    Ю. Сасаяма, Н. Судзуки, К. Огуро, Ю. Такей, А. Такахаши, TX Ватанабэ, К. Накадзима и С. Сакакибара . 1992. Кальцитонин ската: сравнение гипокальциемической активности с другими кальцитонинами. Gen Comp Endocrinol 86: 269–274. Google ученый

    13.

    Н. Судзуки, Т. Такаги, Ю.Сасаяма и А. Камбегава . 1995. Влияние ультимобранхиалэктомии на минеральный баланс плазмы и желчи у ската (Elasmobranchii). Zool Sci 12: 239–242. Google ученый

    14.

    М. Утияма, М. Йошихара, Т. Мураками и К. Огуро . 1978. Наличие гипокальциемического фактора в ультиможаберной железе змеи. Gen Comp Endocrinol 36: 59–62. Google ученый

    15.

    Э.Г. Уоттс, Д. Х. Куп и Л. Дж. Дефтос . 1975. Изменения кальцитонина и кальция плазмы при миграции лосося. Эндокринология 96: 214–218. Google ученый

    16.

    М. Вацка 1933. Vergleichende Untersuchungen über den ultimo-branchialen Körper. Z Микроск Анат Форш 34: 485–533. Google ученый

    17.

    Х. Ямаути, Х. Оримо, К. Ямаути, К. Такано и ЧАС.Такахаши . 1978. Повышение уровня кальцитонина во время развития яичников у угря, Anguilla japonica. Gen Comp Endocrinol 36: 526–529. Google ученый

    18.

    М. Ямагучи и Т. Ямамото . 1979. Влияние различных кальцитонинов на концентрацию кальция в желчи и сыворотке крыс после тиреопаратиреоидэктомии. Chem Pharm Bull 27: 1671–1674. Google ученый .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.