WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |

Мышцы имеют волокнистое строение. Поперечно-полосатая мышца состоит из многочисленных удлиненных волокон, или мышечных клеток. Мышечное волокно обычно рассматривают как многоядерную клетку гигантских размеров, покрытую эластичной оболочкой – сарколеммой, имеющей толщину около 0.01 мкм. Диаметр функционально зрелого поперечно-полосатого мышечного волокна обычно составляет от 10 до 100 мкм, а длина волокна часто соответствует длине мышцы [138,145,204].

Это волокно в свою очередь состоит из более тонких волокон. В каждом мышечном волокне по его длине расположено, нередко в форме пучков, 1000-нитевидных образований – миофибрилл диаметром 1-2 мкм, обладающих, как и все волокно в целом, поперечной исчерченностью (Рис. 3).

Рис. 3. Электронная микрофотография миофибриллы мышцы лягушки [145] Поперечно-полосатая исчерченность волокна зависит от оптической неоднородности белковых веществ, локализованных во всех миофибриллах на одном уровне. В свою очередь, миофибрилла состоит из ряда белковых нитей – толстых и тонких. Белковые нити расположены строго упорядоченным образом. Толстые нити диаметром 12-16 нм и длиной примерно 1.5 мкм уложены в форме шестиугольника диаметром 40-50 нм. Между этими толстыми нитями проходят тонкие нити диаметром ~8 нм и длиной ~1 мкм. При сокращении миофибрилл одна система нитей проникает в другую, т.е. нити начинают как бы скользить друг по другу. Фибриллы имеют оболочку, образованную трубочками и пузырьками саркоплазматического ретикулума.

В саркоплазме мышечных волокон обнаруживаются следующие структуры:

митохондрии, микросомы (рибосомы), трубочки и цистерны саркоплазматической сети, различные вакуоли, включения гликогена и липидов, играющие роль запасных энергетических материалов, и др. [138,145,204-206].

Выделяют белые и красные мышечные волокна. Белые мышечные волокна отличаются более высоким содержанием миофибрилл и в соответствии с этим способностью к более быстрым сокращениям. В красных волокнах содержание миофибрилл меньше, а саркоплазмы больше. Свое название красные волокна получили благодаря высокому содержанию в них миоглобина. У человека белые и красные волокна встречаются обычно вместе в одной и той же мышце [138].

В мышечной ткани взрослых животных и человека содержится от 72 до 80% воды. Около 20-28% от массы мышцы приходится на долю сухого остатка, главным образом белков. Помимо белков, в состав сухого остатка входят гликоген и другие углеводы, различные липиды, ферменты, экстрактивные азотсодержащие вещества, соли органических и неорганических кислот и другие химические соединения [138].

1.1.3 Печень Печень – самая крупная из пищеварительных желез, занимающая верхний отдел брюшной полости, и располагающаяся под диафрагмой, главным образом с правой стороны. Железа имеет форму клина; имеет верхнюю выпуклую и нижнюю слегка вогнутую поверхности. Размеры печени у человека справа налево составляют в среднем 26-30 см, спереди назад – правая доля 20-22 см, левая доля 15-16 см, а наибольшая толщина (правая доля) – 6-9 см. У взрослого здорового человека масса печени составляет в среднем 1.5 кг [138].

Поверхность печени покрыта серозной оболочкой с подлежащей подсерозной основой, а затем – фиброзной оболочкой. Соединительная ткань оболочки проникает вместе с сосудами через ворота печени в паренхиму в виде так называемой вокругсосудистой волокнистой капсулы и следует, в дальнейшем, ходу сосудов, т.е.

идет вместе с междольковыми ветвями воротной вены как междольковая соединительная ткань. Она покрывает каждую долю печени отдельно, соединяет их между собой и одевает орган под серозной оболочкой, составляя его фиброзную оболочку.

Печень состоит из долек, имеющих диаметр 1-2 мм. Дольки, в свою очередь, состоят из клеток (гепатоцитов), которые окружают центральную вену. Вокруг дольки располагаются междольковые вены и междольковые артерии. От междольковых вен (система воротной вены) в дольку проникают внутридольковые капилляры (синусоиды), которые сливаются с капиллярами от междольковых артерий и впадают в центральную вену. Центральные вены вливаются в собирательные вены, а последние – в печеночные вены. Печеночные вены впадают в нижнюю полую вену. Между клетками долек залегают желчные проточки (капилляры). За пределами долек они соединяются в междольковые проточки.

Более 70% массы печени составляет вода. Более половины сухого остатка печени приходится на долю белков. Около 5% от массы печени составляют липиды [138]. Клетки печени занимают порядка 80% ее объема [56,70]. В тоже время митохондрии – основные рассеивающие элементы клеток – занимают порядка 22.6% от объема клеток печени [56,70]. Таким образом, объемная доля рассеивателей клеток печени равна 0.18.

1.2 Влияние осмотически активных жидкостей на физические свойства биотканей Как уже говорилось, оптическими свойствами биотканей можно достаточно эффективно управлять, используя для этого осмотически активные иммерсионные жидкости, примером которых являются водные растворы глюкозы или глицерин. В данном случае под оптическими свойствами биотканей подразумеваются коэффициенты отражения и пропускания падающего на образец биоткани излучения.

Помимо изменения оптических свойств биотканей, применение осмотически активных жидкостей сопровождается набуханием либо дегидратацией биотканей, что приводит к изменению геометрии исследуемого образца биоткани. Рассмотрим несколько примеров, наглядно иллюстрирующих эффективность применения осмотически активных иммерсионных жидкостей для управления оптическими характеристиками биотканей.

На Рис. 4 и 5 представлены спектры и динамика изменения коллимированного пропускания образца склеры глаза, помещенного в водный 40%-раствор глюкозы [83].

Из представленных рисунков хорошо видно, что в начальный момент времени склера представляет собой мутную, непрозрачную для оптического излучения среду. В результате проникновения молекул глюкозы в биоткань и выхода воды из биоткани за счет осмоса наблюдается значительное, до 18% (на длине волны 750 нм), увеличение коэффициента пропускания склеры.

0.20 0.8.5 мин 700 нм 0.0.15 4 мин 0.0.630 нм 0.0.589 нм 2 мин 0.0.0.0 мин 0.02 420 нм 0.0.0 5 10 15 350 400 450 500 550 600 650 700 Время, мин Длина волны, нм Рис. 4. Спектры коллимированного Рис. 5. Динамика изменения пропускания образца склеры глаза человека, коллимированного пропускания образца помещенного в 40%-раствор глюкозы [83] склеры глаза человека, помещенного в 40%раствор глюкозы [83] Из Рис. 5 видно, что процесс оптического просветления протекает в две стадии.

На первой стадии, которая для разных образцов биотканей и различных концентраций иммерсионных жидкостей, продолжается от 5 до 15 мин, происходит эффективная диффузия молекул глюкозы внутрь образца биоткани, а молекул воды из биоткани наружу, что приводит к выравниванию показателей преломления коллагеновых волокон склеры и внутритканевой жидкости, уменьшению коэффициента рассеяния и, как следствие этого, значительному росту коллимированного пропускания. В тоже время, проникновение в биоткань жидкости с pH, отличным от pH внутритканевой жидкости, вызывает набухание образца. При этом растет его толщина, что в свою очередь приводит к уменьшению коллимированного пропускания. Таким образом, на первой стадии мы имеем дело с двумя конкурирующими процессами. Однако, как видно из Рис. 5, иммерсионное просветление доминирует и наблюдается рост коллимированного пропускания. На второй стадии процесс диффузии практически завершается. В тоже время осмотическое набухание биоткани, как более длительный процесс, продолжается еще некоторое время, и мы наблюдаем некоторый спад коллимированного пропускания связанный с увеличением толщины исследуемого образца.

Примеры оптического просветления кожи растворами глюкозы и глицерина представлены на Рис. 6 и 7 [85,90]. Из представленных данных видно, что динамика изменения коллимированного пропускания образцов кожи несколько отличается от динамики оптического просветления образцов склеры глаза. В первую очередь это Коллимированное пропускание Коллимированное пропускание проявляется в значительно более пролонгированном эффекте просветления. Из Рис. видно, что оптическое просветление образца кожи в 40%-растворе глюкозы продолжается в течении часа, после чего процесс стабилизируется. Аналогичные результаты наблюдаются и при просветлении кожи глицерином (см. Рис. 6). Такая пролонгированность эффекта просветления кожи, по сравнению с оптическим просветлением образцов склеры, объясняется затрудненностью проникновения осмотически активных жидкостей в кожу вследствие защитных свойств эпидермиса, выполняющего в данном случае роль защитного барьера.

0.021 0.700 нм 700 нм 0.650 нм 0.600 нм 633 нм 0.0.578 нм 550 нм 0.0.500 нм 547 нм 0.0.0.470 нм 0.0.0.0.420 нм 0.0.0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Время, мин Время, мин Рис. 6. Динамика изменения Рис. 7. Динамика изменения коллимированного пропускания образца кожи коллимированного пропускания образца кожи помещенного в глицерин [85] помещенного в 40%-раствор глюкозы [90] Несмотря на внешнюю схожесть (рост коллимированного пропускания), механизмы оптического просветления кожи при воздействии на нее глицерина и водного раствора глюкозы различны. В случае воздействия на кожу раствора глюкозы в качестве основного механизма оптического просветления выступает диффузия молекул глюкозы внутрь биоткани, выравнивание показателей преломления внутритканевой жидкости и рассеивателей, уменьшение рассеивающих характеристик кожи и, как следствие, ее оптическое просветление. При использовании в качестве осмотически активной жидкости глицерина оптическое просветление связано, прежде всего, с локальной дегидратацией биоткани. Отток воды приводит к увеличению концентрации солей и протеинов, растворенных во внутритканевой жидкости, росту показателя преломления этой жидкости, выравниванию показателей преломления рассеивателей и внутритканевой жидкости и опять же к оптическому просветлению кожи. В тоже время нельзя полностью исключить и проникновения глицерина во внутритканевую жидкость кожи, хотя подобное проникновение и несколько затруднено достаточно высокой вязкостью глицерина.

Осмотически активные иммерсионные жидкости влияют не только на коллимированное пропускание, но и на другие оптические характеристики биотканей, в частности на диффузное отражение. На Рис. 8 представлено изменение спектров диффузного отражения образца твердой мозговой оболочки, помещенного в водный раствор маннитола. Из рисунка хорошо видно, что диффузное отражение образца биоткани значительно спадает уже через 5 минут после помещения образца биоткани в раствор маннитола.

Высокая эффективность осмотически активных иммерсионных жидкостей для управления оптическими характеристиками биотканей была показана в целом ряде in vivo экспериментов [43,61,62,69,70,79,80,85,88,90,94,100,101,106,107]. На Рис. 9-показаны in vivo спектры и динамика изменения коэффициента отражения склеры глаза Коллимированное пропускание Коллимированное пропускание кролика и кожи человека под действием водного 40%-раствора глюкозы [79,88].

Хорошо видно, что по мере проникновения глюкозы внутрь биоткани наблюдается спад коэффициента отражения, что свидетельствует о снижении рассеяния в биоткани.

Наблюдаемые в спектрах отражения провалы на длинах волн 420, 540 и 580 нм соответствуют полосам поглощения гемоглобина крови [36].

0.32 0.0.30 0.0 мин 0.28 0.1 мин 0.26 2 мин 0.3 мин 0.24 4 мин 0.5 мин 0.22 0.0.20 0.350 400 450 500 550 600 650 400 450 500 550 600 650 Длина волны, нм Длина волны, нм Рис. 8. Спектры диффузного отражения Рис. 9. Спектры отражения склеры глаза образца твердой мозговой оболочки человека, кролика, измеренные in vivo в различные помещенного в раствор маннитола [84] моменты времени, под воздействием 40% раствора глюкозы [79]. 1 – нативная склера, – 4 мин, 3 – 21 мин, 4 – 25 мин, 5 – 30 мин после воздействия на склеру глаза раствором глюкозы.

Исследование динамики in vivo оптического просветления биотканей показывает, что данный процесс также протекает в две стадии. На первой стадии наблюдается проникновение иммерсионной жидкости (в данном случае 40%-раствора глюкозы) в биоткань, выравнивание показателей преломления рассеивателей и внутритканевой жидкости биоткани, снижение коэффициента рассеяния и наблюдаемое в эксперименте уменьшение коэффициента отражения. На второй стадии происходит диффузия иммерсионной жидкости из области детектирования в окружающие слои и восстановление оптических характеристик биоткани (см. Рис. 11).

0.36 0.0 мин 0.0.0.0.0.25 мин 0.0.15 700 нм 0.500 нм 0.60 мин 420 нм 0.0.400 450 500 550 600 650 0 30 60 90 120 Длина волны, нм Время, мин Рис. 10. Спектры отражения кожи человека, Рис. 11. Динамика изменения коэффициента при внутрикожной инъекции 40% раствора отражения кожи человека, при внутрикожной глюкозы [88] инъекции 40%-раствора глюкозы [88] Диффузное отражение Коэффициент отражения Коэффициент отражения Коэффициент отражения Таким образом, мы видим, что применение осмотически активных иммерсионных жидкостей является высоко эффективным инструментом как для in vitro, так и для in vivo управления оптическими параметрами биотканей.

Поскольку применение осмотически активных жидкостей при проведении in vitro экспериментов сопровождается набуханием исследуемых образцов биотканей, рассмотрим процесс набухания подробней.

Набуханием называется увеличение объема биоткани в результате избирательного поглощения низкомолекулярного растворителя. Фактически этот процесс определяется взаимодействием основных структурных компонент биотканей, или их высокомолекулярных составляющих, например молекул коллагена или липидов клеточных мембран, с растворителем, например водой, и характеризуется степенью набухания биоткани. Степень набухания выражает отношение прироста объема набухшей ткани к первоначальному ее объему. Однако часто о степени набухания судят не по увеличению объема биоткани, а по массе жидкости, поглощенной единицей массы набухающего вещества. Для количественной оценки динамики набухания биотканей используется выражение:

V t -V t = ( ) ( ) H t = (6) ( ) V t = ( ) или M t - M t = ( ) ( ) H t =, (7) ( ) M t = ( ) где H – степень набухания биоткани, V – объем образца биоткани, М – его масса и t – время набухания. Следует отметить, что использование ур-ния (7) для оценки степени набухания предпочтительнее с точки зрения эксперимента, поскольку при этом на измерения не накладываются какие-либо дополнительные требования к геометрии образца биоткани.

С большой степенью достоверности фиброзные ткани (и в особенности внутритканевый матрикс этих тканей) могут быть представлены как полиэлектролитные гели [122,138,143,207,208]. В силу этого, описание процесса набухания может быть выполнено на основе исследований набухания биополимеров, таких, например, как желатин и другие коллоидные растворы. Вообще говоря, причина набухания заключается в различии свойств макромолекул биотканей (коллагена, липидов и т.д.) и растворителя (например, воды) [209]. Скорость этого процесса определяется подвижностью молекул, коэффициентом их диффузии. В свою очередь коэффициент диффузии достаточно сильно зависит от температуры [210-212].

Специфика набухания полимеров заключается в том, что взаимодействуют молекулы, различающиеся между собой на много порядков по своим размерам, массе и подвижности. Поэтому молекулы растворителя достаточно быстро проникают в сетку полимера, раздвигая цепи и увеличивая его объем. При этом гибкость цепей облегчает проникновение малых молекул в сетку биополимеров. Степень набухания биополимеров определяется их составом и строением, т.е. их структурномеханическими и морфологическими особенностями. Причиной, порождающей набухание, является не простое механическое вхождение растворителя в пустоты или поры (которых в полимере, в сущности, нет), а межмолекулярное взаимодействие, представляющее собой сольватацию макромолекул [209].

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.