Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Електрохімічні технології в медицині - Медицина, здоров'я

Міністерство Освіти і Науки РФ

Казанський Государстівенний Технологічний Університет

Кафедра Технології Електрохімічних Виробництв

Контрольна робота

на тему:

Електрохімічні технології в медицині

Казань 2008

Зміст:

Введення

1. Застосування электрохимии при детоксикации і створенні штучних органів

2. ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ОКИСЛЕННЯ В МОДЕЛЮВАННІ ФУНКЦІЇ МОНООКСИГЕНАЗ ПЕЧІНКИ

ВИСНОВОК

Список використаної літератури

Введення

Виникнення электрохимии пов'язано з ім'ям італійського анатома і физилогоа Луїджі Гальвані, що опублікував в 1971 році «Трактат про сили електрики при мышечном русі». Ця робота викликала основний інтерес, як ні дивно, не у фізиків і хіміків, а у медиків. Фізіологи вважали, що нарешті вдалося проникнути в таємницю життя, що полягає в електриці, і тому, використовуючи електрику, можна буде лікувати різні хвороби.

Однак надалі при своєму розвитку електрохімія все далі і далі йшла від живої природи, від так званої «живої електрики» Гальвані. Швидко розвивалися такі області электрохимии, як гальванотехніка, електрохімічні методи отримання різних речовин, виділення і рафінування металів, електрохімічні первинні джерела струму і акумулятори, паливні елементи і электрокатализ, электросинтез органічних сполук, теорія корозії і захисти металів.

Проте, в роки становлення і розквіту электрохимии як науки майкл Фарадей відмічав: «Як ні чудестны закони і явища електрики, що виявляють нам в світі неорганічної або мертвої речовини, інтерес, який вони представляють, навряд чи може порівнятися з тим, що властиво тій же силі в з'єднанні з нервовою системою і життям». Чудові можливості электрохимии в неживому світі несопостовимы з можливостями электрохимии в пізнанні живого. Повернення ж электрохимии до своїх джерел сталося тільки в останні десятиріччя. На стику электрохимии і біології отримав розвиток новий науковий напрям - биоэлектрохимия, яка вивчає електрохімічні механізми процесів, що протікають в живій клітці. Ці дослідження привели до висновку, що електрохімія має фундаментальне значення для розвитку біології. Коло вивчених біологічних систем, при дослідженні яких не можна обійтися без електрохімічних методів і підходів, швидко розширяється. Аналіз роботи різних біологічних систем показує, що вони засновані на електрохімічних принципах. Електрохімічний принцип лежить в основі більшості процесів життєдіяльності організмів. Це універсальний принцип живої природи.

Одночасно з розвитком биоэлектрохимии почалися дослідження на стику электрохимии і медицина. Перші роботи були стимульовані космічними програмами і були пов'язані з створенням регенеративних систем життєзабезпечення. Ці роботи інтенсивно розвивалися і в СРСР, вони привели до створення цілого ряду регенеративних систем життєзабезпечення, заснованих на електрохімічних і электрокаталитических принципах, які в цей час забезпечують тривалу роботу космонавтів. Завдяки цілому ряду переваг (відсутність екологічного і теплового забруднення, робота при звичайних температурах, простота і легкість автоматизації і інш.) електрохімічні і электрокаталитические підходи будуть визначати весь розвиток повністю і частково замкнених систем життєзабезпечення на космічних кораблях для польотів до інших планет, на орбітальних космічних станцях і на планетних станціях в найближчі десятиріччя.

1. Застосування электрохимии при детоксикации і створенні штучних органів

Моделювання роботи різних органів і систем організму - одне з найважливіших задач сучасної медичної науки. Пошуки в цьому напрямі ведуться давно і отримані хороші результати при створенні таких штучних органів, як серце, бруньки і легкі. Програма по створенню штучного серця сильно стимулювала роботи по электроокислению глюкозу і з розробки паливних елементів, що імплантуються, працюючих на розчинених в крові пацієнта глюкозі і кисні, і глюкозных датчиків для визначення концентрації цукру в крові. Паливні елементи, що Імплантуються, в яких як паливо використовується становляча ультрафильтрата кров (глюкоза, глюкозамины, якщо використовуються ферменти, що руйнують полисахариды), можуть являти собою ідеальні постійні джерела енергії для допоміжних або контролюючих приладів, що стежать за станом здоров'я пацієнта. Такі паливні елементи в невеликих установках можуть сужить джерелом енергії для серцевих ритмоводителей, ниркоподібних стимуляторів, автоматичних дозаторів інсуліну і аналогічних приладів.

У цей час можливим способом рішення однієї з проблем медицини - діабет - є створення штучної підшлункової залоза з глюкозным датчиком, що імплантується, який повинен давати сигнал про вміст цукру в крові пацієнта і включати дозатор інсуліну.

Найбільші труднощі зустрічаються при імітації роботи печінки, що пов'язано з великою різноманітністю її функцій і недостатністю відомостей про механізми порушення її діяльності. З всіх функцій печінки - детокси-цирующая є найбільш важливою, витальной, при її порушенні наступає швидка загибель організму. Детоксикационная функція печінки є не тільки витальной, але і незамінною, оскільки ніяка інша система в організмі не може компенсувати її втрату.

У цей час стало ясно, що одним з основних аспектів глобальної екологічної проблеми є охорона внутрішньої середи людини, дійовий контроль за її станом. У здорової людини ця функція, значною мірою, здійснюється монооксигеназной системою печінки, сприяючою видаленню з організму гидрофобных токсичних речовин, шляхом їх гидроксилирующего окислення молекулярним киснем, катализируемого спеціальним детоксицирующим ферментом - цитохромом Р-450.

Фермент Р-450 можна вважати основною детоксицирующей системою печінки. Однак цей фермент працює не сам по собі, а в складі окислювально-відбудовного ферментного ланцюга, що постачає на нього електрони, необхідні для активації молекулярного кисня. Гидроксилирующие ферментні системи, що використовують як окислювач молекулярний кисень, вимагає для свого функціонування пиридиннуклеотиды НАДФН і НАДН. У загальному вигляді реакція окислення з участю монооксиленаз печінки може бути записана так:

RН + НАДФН + Н++ О2→ RОН + НАДФ++ Н2О.

Біологічне значення реакції полягає в тому, що окислене з'єднання завжди краще розчинне у воді і тому може бути легше, ніж початкова речовина, залучено в інші метаболічні перетворення або виділено з організму экскреторными органами. Таким чином, гидрофобные ксенобиотики не можуть бути видалені органами виділення, поки вони не зазнають биотрансформации і не стануть гидрофильными.

НайПростіший детоксицирующий цикл може бути здійснений принципово тільки двома биомолекулами - альбумином і цитохромом Р-450. Перша виконує транспортну роль, другу-окислювальну.

Велику увагу біологів і медиків залучає проблема створення штучних систем, здатних моделювати детоксицирующие функції печінки. Це зумовлене тим, що існуючі методи экстракорпоральной детоксикации (гемодиализ і пемосорбция) володіють недостатньою ефективністю по видаленню гидрофобных токсинів.

Досі не вирішений остаточно питання про механізм активації молекулярного кисня цитохром Р-450 і невідома природа і будова гидроксилирующего агента, однак це не може служити перешкодою для пошуку простих каталітичних і електрохімічних систем, здатних замінити унікальний гемопротеид, цитохром Р-450, і створити процеси окислення, не поступливі за своєю ефективністю і селективности ферментним.

У останні десятиріччя в зв'язку з проблемою паливних елементів электрохимией досягнуті великі успіхи в активації молекулярного кисня і в окисленні різних органічних речовин. Крім того, аналіз роботи біологічних систем показує, що вони засновані на електрохімічних принципах. Тому електрохімічні методи моделювання гидроксилазных реакцій, що протікають в микросомах печінці, в зв'язку з своєю физиологичности привертають особливу увагу.

Уперше ідея моделювання детоксицирующей функції печінки за допомогою електрохімічного окислення була розвинена в 1975 р. Автори роботи запропонували видаляти надлишок токсичних речовин, таких як аміак, сечовина, сечова кислота, лікарські гликозиды, ЗІ, барбитураты, ацетоацетат, креатинин, аланин і інш., з крові або інших фізіологічних рідин у уживити або діючій в экстракорпоральном шунте електрохімічному осередку. Крім того, була розглянута можливість роботи таких осередків, як за принципом паливного елемента (коли на катоді відбувається электровосстановление газоподібного кисня або водня, розчиненого в крові пацієнта, а на аноді відбувається окислення токсинів), так і при підключенні зовнішнього джерела струму, коли він є постачальником електрорухомої сили.

Приблизно в той же час в лабораторії энзимологии і биоэнергетики Наукового центра 2-го Московського Державного медичного інституту була створена електрохімічна модель цитохрома Р-450 і на її основі розроблена детоксикационно-экскреторная система, що складається з реактора окислювача і диализатора. У простій електрохімічній система спостерігалося окислення гидрофобных речовин молекулярним киснем, що відновлюється на катоді. Цей електрохімічний реактор моделював окислювальну функцію печінки, а діалізатор - экскреторную функцію бруньок, Однак, незважаючи на великий інтерес до методу електрохімічного окислення, він не знайшов клінічного застосування, оскільки перші дослідження не торкалися істоти проблеми, а лише розглядали принципову можливість детоксикации організму прямим электроокислением крові і інших біологічних рідин. Апарати електрохімічного окислення використовувалися тільки в стендових дослідах на різних розчинах і не давали ніякого уявлення про вплив електрохімічного окислення на біологічні рідини організму. Тому в останні роки проводилися систематичні дослідження по з'ясуванню принципової можливості электроокисления гидрофобных токсинів в крові, лімфі і плазмі, визначенні кінетики і механізму окислення типових токсинів, визначенні впливу електрохімічного окислення на різні показники гомеостаза интактных тварин, і, нарешті, по ефективності використання на рівні організму електрохімічного окислення.

Кінетика і механізм электроокисления типових токсинів досліджувалися на стаціонарних, і вібруючих гладких і платинированных платинових електродах, що обертаються шляхом прямого зіставлення поляризаційний і адсорбционных вимірювань, вмыполненных в одних і тих же умовах по методиці детально описаної раніше. Була вивчена адсорбція і анодне окислення типових эндогенных субстрат: билирубина, холестерину, мочевины і глюкоза і типові ксенобиотиков: похідних барбитуровой кислоти, этанола; метанола, формальдегида, фенолу і деяких інших.

Як основна речовина для вивчення режимів роботи апарату, що імітує детоксицирующую функцію печінки за допомогою електрохімічного окислення, був вибраний билирубин, оскільки реакція його окислення в микросомах печінці добре вивчена і легко контролюється візуально і спектрофотометрически. Розчини билирубина готувалися по методиці, описаній в роботі, і в них додавалося 150 мМ NaCl. Концентрація билирубина в розчині визначалася спектрофотометрически (з використанням калибровочной кривий Біо-латест билирубин) на приладах Spec-tromom 402 і Spectromom 410 (Угорщина). Для спектрофотометрического визначення билирубина використовувалися дві довжини хвилі - 430 н 480 нм. Всі проби для спектрофотометрического визначення билирубина розлучалися в 30 раз фосфатним буфером. У декількох серіях записувалися абсолютний і диференціальний спектри билирубина на приладі Uni-сагл-8000 (Cambridje, Англія) в межах довжин хвиль 350 - 550 нм. Оскільки билирубин самоокисляется на світлу і це може вплинути на дані експериментів, проводилися контрольні досліди для виключення цього ефекту на результати досліджень.

Одночасно з визначенням концентрації билирубина ставилися досліди на гостру токсичность на мишах з блокадою РЭС по методиці, описаній в роботі.

Стендові досліди проводилися як на модельних розчинах билирубина, так і на плазмі дітей, хворих гомолитической хворобою новонароджених.

На интактных тваринах (всього 54 безпорідний собак вагомий від 6 до 13 кг) була проведена серія експериментів для з'ясування впливу електрохімічного окислення на нормальні показники гомеостаза (26 тварин) і на швидкість виведення билирубина з організму (14 тваринних + 14 тварин в контрольній групі). У собак під гексеналовым наркозом катетеризировалась стегнова артерія і вена і по артерио-венозному контуру підключався апарат електрохімічного окислення (апарат і магістралі зазнавали попередньої силиконизации). Перед початком перфузии твариною вводили гепарин фірми Ріхтер з розрахунку 500 ед/кг ваги тваринної. Кров з артерії поступала в реакційний осередок і потім самопливом поверталася в стегнову вену. Окислення проводили протягом 2 ч при швидкості потоку крові через электролизер 50 мл/міна. Морфологічні показники крові досліджувалися до початку окислення і через 15, 30, 60 і 120 мін окислення. Проби бралися з стегнової вени. Робився підрахунок еритроцитів, лейкоцитів, визначення розгорненою лейко-грами, змісту гемоглобіну, гемокрит вільного гемоглобіну плазми. Одночасно вивчалися біохімічні параметри крові на апаратах Centribichem-400 і 12- і 6-каналь-ных аналізаторах SMAC Autoanalyser System, Техникон (США). Кислотно-лужний стан і газовий склад крові досліджувалися на апараті микроаструп АВС-2 Radiometer Copenhagen. На 7 собаках вивчався стан згущаючої системи крові в процесі електрохімічного окислення. Визначали кількість тромбоцитов, час рекальцификации, толерантність крові до гепарину, тромбопластиновое час по Квіку, концентрацію фибриногена. На тромбозластографе Хелліге (ФРН) реєструвалися тромбоэластографические криві. Вивчалася хемилюминесценция сироватки крові. Реєстрація показників стану центральної і периферичної гемодинамики в процесі электроокисления здійснювалася на апараті Mingograph 82 Siemens Elema (ФРН). Після закінчення експериментів тварини були забиті для гістологічних досліджень.

2. ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ОКИСЛЕННЯ В МОДЕЛЮВАННІ ФУНКЦІЇ МОНООКСИГЕНАЗ ПЕЧІНКИ

З точки зору электрохимии можливі три підходи в моделюванні функцій монооксигеназ печінки.

Перший напрям - це катодне гидромксилирование за рахунок двухэлектронного відновлення кисня, розчиненого в крові, на відповідному катоді з постачанням електронів від зовнішнього джерела струму по загальному рівнянню:

О2+ 2H++ 2e + RH → ROH + H2O. (1)

При цьому механізм протікаючих процесів може бути дуже складений. Електрод може виступати як заміна окислювально-відбудовного ферментного ланцюга, що постачає на фермент Р-450 електрони, необхідні для активації молекулярного кисня, або забезпечити додаткову електрохімічну активацію молекулярного кисня, прискорюючи роботу микросомальной гидроксилирующей системи. На електродах з різних вуглецевих матеріалів, золота і деяких інших внаслідок двухэлектронного відновлення кисня буде утворюватися перекис водня, який може брати участь в різних реакціях окислення токсинів, катализируемых ферментами в крові.

Другий напрям - це пряме анодне окислювальне гидроксилирование різних токсинів по загальній реакції:

RH + 2OH-→ 2e → ROH + H2O. (2)

Шляхом збільшення анодного потенціалу і правильного підбору матеріалу електрода каталізатора можна добитися окислення практично будь-якої органічної сполуки. Тому на сьогоднішній день цей напрям є найбільш перспективним в моделюванні функції монооксигеназ печінки і повністю незалежним від роботи ферментативных систем.

Третій напрям - це электрокаталитическое гидроксилирование в короткозамкнутом паливному елементі, на катоді-каталізаторі якого відбувається відновлення розчиненого в крові кисня, а на аноді-каталізаторі окислення (гидроксилирование) по реакції (2). Оскільки між катодом і анодом відбувається обмін електронами, сумарна реакція, що протікає в такому топливномливном елементі, наступна:

2 RH + O2→ 2 ROH

В принципі, це найбільш ідеальна система в моделюванні функції монооксигеназ печінки, оскільки вона не вимагає притоки електронів ззовні (т. е. не вимагає зовнішнього джерела струму) і є саморегулирующейся системою. Однак більшість ксенобиотиков і токсинів навіть на найбільш активних платинових електродах-каталізаторах окислюється насилу, при досить позитивних потенціалах. У також час на на менш активних з відомих в цей час кисневих електродах енергетичні втрати становлять 0,2-0,3 В. Таким образом сучасний стан электрокатализа не може забезпечити на відомих каталізаторах окислення з достатньою швидкістю всіх токсинів в таких короткозамкнутых паливних елементах. Тому основна увага була зосереджена на моделюванні монооксигеназ печінки прямим електрохімічним окисленням.

ВИСНОВОК

Проведені дослідження показали можливості електрохімічного окислення в моделюванні функції монооксигеназ печінки, а також в створенні електрохімічної моделі монооксигеназной системи печінки. Вивчення електрохімічного окислення різних токсинів эндогенного походження і ксенобиотиков як на стендах, так і на тваринах показало, що продукти электроокисления ідентичні тим, які утворяться при окисленні токсинів в печінці. Можливість створення штучних систем, здатних здійснювати гидроксилазные реакції, що протікають в эндоплазматическом ретикулуме кліток печінки, лімітується не власне можливостями електрохімічного окислення токсинів, а проблемою білкового захисту, т. е. скріпленням токсину альбумином в організмі і проблемою сумісності електрохімічного осередку з кров'ю. Тому всі запропоновані раніше системи виявилися непрацездатними в крові і інших біологічних рідинах. Докладне вивчення електрохімічного окислення різних токсинів пряме в крові, і інших фізіологічних рідинах, дослідження сумісності електрохімічного осередку з кров'ю дозволили створити штучну детоксицирующую систему клінічного призначення.

Оскільки створення електрохімічної моделі монооксигеназной системи печінки зіткнулося з серйозною проблемою сумісності електрохімічного осередку з кров'ю, був запропонований метод непрямого електрохімічного окислення крові з використанням переносчиков активного кисня, коли кров не вступає в контакт з електрохімічною системою, т. е. електролізу зазнає розчин переносчика кисня, який потім вводиться пацієнту.

Як найбільш зручний і фізіологічний переносчика кисня використаний изотонический розчин хлористого натрію, в якому при електролізі на відповідних анодах відбувається накопичення активного кисня у вигляді гипохлорита натрію. Показано, що серед реакцій окислення гипохлоритом є майже всі типи реакцій катализируемых моноок-сигеназами. Окислення ряду ксенобиотиков і эндотоксинов гипохлоритом приводить до утворення кінцевих продуктів, аналогічних що отримується з участю цитохрома Р-450. Гипохлорит натрію дозволяє обійти ефект білкового захисту токсичних метаболитов і моделює не тільки функції монооксигеназ печінки, але і молекулярні механізми фагоцитоза.

Дослідження в модельних розчинах, в плазмі крові і в експериментах на тваринах дозволили перейти до клінічного використання непрямого електрохімічного окислення.

Список використаної літератури:

1. Арчаков А. І, Мікросомальноє окисление.- М.: Наука, 2005.- 327 з.

2. Жирнов Г. Ф. Ізотов М. В., Корузіна И. И. і інш. // Питання мед. хімії,- 2008,- № 2,- З, 218-222.

3. Комарів Б. Д., Лужников Е. А., Шиманко И. И. Хирургичеськиє методи лікування гострих отравлении.- М.: Медицина, 2001.- 270 з.

4. Корита І. Іони, електроди, мембрани,- М.: Хімія, 1983.- 263 з.

5. Лопаткин Н.А., Лопухин Ю.М. Ефферентние методи в медицині. - М.: Медицина, 2006. - 234с.

6. Лопухин Ю.М., Молоденков М.Н. Гемосорбция.-М.: Медицина, 2008.-301с.

7. Лопухин Ю. М., Молоденков М. И. Гемосорбция.- 2-е изд. перераб. І доп.- М.: Медицина, 2005.- 288 з.

8. Лопухин Ю, М., Арчаков А. И., Владіміров Ю. А., Коган Э. М. Холестеріноз,

- М.: Медицина, 2003,- 352 з.

9. Метелиця Д. І. Актівация кисня ферментними системами.- М.: Наука, 2002.- 254 з.

10. Полукаров Ю.М. Електрохимія і медицина. Підсумки науки і техніки М.: - 2000. - 251 з.

11. Томилов А. П., Майрановський С. Г., Фіочшн М.Б., Смірнов В. А. Електрохимія органічних соединении.- Л.: Хімія, 2008.- 590 з.

12. Епплбі А. Дж. Електрохімія. Минулі тридцять і майбутні тридцять років. / Ред. Блума Г., Гутман Ф. - М.: Хімія, 2002. - з. 349-351.
Вплив анестезії на фізіологію родів і плід
Міністерство освіти Російської Федерації Пензенський Державний Університет Медичний Інститут Кафедра Акушерства і гінекології Реферат на тему:«Вплив анестезії на фізіологію родів і плід» Пенза 2009 План 1. Газообмін в плаценті 2. Транспорт анестетиков через плаценту 3. Вплив анестетиков на

Вплив алкоголю на життєво-важливі органи і їх функції
ВПЛИВ АЛКОГОЛЮ НА ЖИТТЄВО-ВАЖЛИВІ ОРГАНИ І ЇХ ФУНКЦІЇ 1. Вплив алкоголю на мозок людини Дослідження з використанням методики викликаних потенціалів показали, що алкоголь порушує процеси переробки інформації мозком. Методики, що дозволяють дослідити зображення мозку, зокрема рентгенокомпьютерная

Вегетативно-судинна дистония
Введення Тема даного реферату - вегетативно-судинна дистония. Під назвою вегетативно-судинна дистония розуміють захворювання, при якому спостерігаються функціональні розлади з боку вегетативної нервової системи і одночасно внутрішніх органів, в цьому випадку судинної системи. У рефераті в короткій

Вегетативна нервова система окремих органів
Реферат на тему: «Вегетативна нервова система окремих органів» Вегетативна нервова система окремих органів. Морфологія, дані про вегетативну нервову систему окремих органів ще недостатньо розроблені. Участь симпатичної нервової системи в иннервации окремих органів доводиться дослідженням

Варроатоз- хвороба бджіл
ЗМІСТ. 1.Загальна характеристика хвороби. 2.Біологія кліща Варроа - збуджувача хвороби 3.Эпизоотологические дані. 4.Патогенез. 5.Клінічні ознаки. 6.Діагноз. 7.Лікування. 8.Заходи боротьби. 9.Профілактика. 10. Висновок. 11. Література. Введення Інвазіонние (паразитарные) хвороби медоносної

Характеристика ідей у "Слові про закон і благодать"
Характеристика ідей у "Слові про закон і благодать". Генезис російської політичної думки прийнято пов'язувати з виникненням і розвитком Давньоруської держави. В XI - XII ст. Давньоруська держава переживало свій культурний розквіт. Прийняття християнства і поширення писемності зумовили

Виразкова хвороба
Міністерство освіти Російської Федерації Пензенський Державний Університет Медичний Інститут Кафедра Хірургії Зав. кафедрою д. м. н., Доповідь на тему: "Виразкова хвороба" Виконала: студентка V курсу Перевірив: до. м. н., доцент Пенза 2008 План Введення. 3 Патофізіология. 4 Клінічна

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати