CC BY
118
отделов мочевыводящих путей.
Выделение цитокинов. Непосредственное повреждающее действие проявляет CNF-1 и Ca2+ -зависимый а-гемолизин. CNF-1 имеет генетическое и антигенное родство с а-гемолизином протеев и играет ведущую роль в повреждающем действии на эпителий мочевыводящих путей, индуцируя полимеризацию F-актина в эпителиоцитах. В результате на цитоплазматической мембране образуются складки, что способствует формированию благоприятных условий для развития восходящего не обструктивного пиелонефрита. а-гемолизин реализует свое патогенное действие в трех направлениях: прямое повреждение эпителия, повреждение и\или подавление функциональной активности фагоцитирующих клеток, усиление высвобождения Fe3+ из эритроцитов, необходимого для роста E. соН. Вакуолизирующий токсин Sat из группы сериновых протеазаутотранспортеров SPATE, вызывает дегенерацию и нарушение межклеточных связей в почечном эпителии и переходном эпителии мочевого пузыря. Бактериальный липополисахарид через систему простагландинов вызывает спазм гладкой мускулатуры мочеточников. Развивающаяся «физиологическая» обструкция приводит к формированию рефлюкса мочи. Развитие местной воспалительной реакции. Синтез простагландинов в совокупности с адгезией бактерий и последующим повреждением эпителия способствует развитию местного воспалительного ответа. Существенное значение на этом этапе играет синтез эпителиоцитами цитокинов (ИЛ-6 и ИЛ-8, фактора некроза опухоли и фактора роста тромбоцитов).
Эшерихии способны продуцировать аэробактин, образовывать капсулу (К1 и К2 антигены), изменять антигенный состав поверхности («антигенный шифт»), ингибировать факторы защиты хозяина (антилизоцимный, антикомплементный, антидефен-синовый признаки, продукция Ig A протеаз) и транспортироваться в L-формы [6,8].
Таким образом, современный уровень представлений об уропатогенности кишечной палочки в составе биопленок, открывает перспективы повышения эффективности бактериологической диагностики данной патологии, связанные с комплексным подходом к анализу биологических свойств уроизолятов и их интегральной оценкой.
Литература
1. Бондаренко В.М. Факторы патогенности бактерий и их роль в развитии инфекционного процесса. Журн. Микробиол., 1999, №5, С. 34-39.
2. Гриценко В.А., Дерябин Д.Г., Брудастов Ю.А., Бухарин
О.В. Механизмы уропатогенности бактерий. Журн. Микробиол., 1998, №6, С. 93-98.
3. Поздеев О.К., Федоров Р.В. Энтеробактерии: руководство для врачей. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. 720 с.
4. Сидоренко С.В. Инфекционный процесс как «диалог» между хозяином и паразитом. http://www.antibiotic.ru
5. Тец В.В., Артеменко Н.К., Заславская Н.В, Тец Г.В. Особенности действия азитромицина на бактериальные биопленки возбудителей пневмоний.// Антибиотики и химиотерапия.- 2007, 52; 6. С. 9-12.
6. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms.Clin.Microbiol.Rev. 2002: 15. С. 93-167.
7. Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова ЮМ., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М., Медицина, 2005, 367 С.
8. Грузина В. Д. Коммуникативные сигналы бактерий. http://www.antibiotic.ru
9. Маянский А.Н. Патогенетическая микробиология.
Н.Новгород: Издательство Нижегородской государственной медицинской академии, 2006. С.18.
THE PECULIARITIES OF BACTERIUM EXISTENCE IN BIOFILM BY THE EXAMPLE OF URINARY PATHOGENIC BACILLUS
T.V. CHESTNOVA, N.V. SERYOGINA Tula State University, Medical Institute
Studying of colon bacillus in the structure of biofilms at urinary infections has been carried out with the aim to examine the mechanisms of urinopathogenicity at infections of urinary tracts of
various localizations.
Key words: biofilm, infection of urogenital system, pathogenic potential.
УДК 612.014.421.4
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ОРГАНИЗМ
М.А. ИВАНОВ*
В работе изложены результаты экспериментальных исследований воздействия импульсов электрического тока с различными параметрами на организм. Исследовали время появления физиологической реакции крыс при воздействии импульсов электрического тока различной формы (прямоугольный импульс, синусоидальный, двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный импульс) при одинаковых амплитуде напряжения и длительности. Предложена методика оценки эффективности воздействия электрического тока по критерию минимизации затрачиваемой мощности на формирование импульсов в единицу времени.
Ключевые слова: электрический импульс, ноцицептивная реакция, воздействие электрического тока.
В настоящее время вопросы влияния электрического тока на организм применительно к решению задач электробезопасности детально не изучены. Известные виды воздействия электрического тока на организм, такие как: термическое, электролитическое, биологическое, механическое изучались, в основном, при воздействии на организм электрического тока промышленной частоты. Известные в настоящее время результаты исследований воздействия электрического тока на организм не дают полного ответа на вопрос о зависимости физиологической реакции организма от таких параметров импульса электрического тока, как амплитуда, длительность и форма.
В связи с этим, представляется актуальной задача изучения физиологической реакции организма при действии импульсов основных видов, применяемых в процессе эксплуатации электротехнического оборудования.
Целью исследования — проведение анализа зависимости поведения крысы от формы импульса при заданной амплитуде и длительности.
Материалы и методы исследования. Для проведения исследований смонтирована экспериментальная установка. Выходной сигнал генератора сигналов специальной формы усиливался усилителем до дискретных величин амплитуды напряжения 5; 10; 15; 20; 25 В. Напряжение с выходных зажимов усилителя по двухполюсной схеме подавалось на решетку из стальных электродов короба, выполненного из оргалитового стекла размером 420х210х 180 мм (рис. 1 ). Влияние электрических импульсов различных параметров на организм.
Рис. 1. Схема лабораторной установки.
В нижней части короба смонтированы стальные электроды диаметром 3 мм каждый, расположенные поперек большей стороны короба, расстояние между электродами - 13 мм. Область 1 отделена от области 2 перегородкой с прямоугольным отверстием размером 80х60 мм.
Исследования проводились на белых крысах-самцах линии Вистар, содержавшихся в стандартных лабораторных условиях, в период времени с 12.00 до 17.00. На металлическую сетку, выполненную из стальных электродов, по двухполюсной схеме подавалось напряжение одной из четырех форм: 1 - прямоугольник, 2 - синусоида, 3 - пилообразный двухполюсный, 4 - пилообразный однополюсный (рис. 2). Параметры импульсов контро-
* Военный учебно'-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая академия Российской Федерации Вооруженных Сил Российской Федерации»
лировались осциллографом.
Рис. 2. Параметры исследуемых импульсов.
Измерялись следующие параметры: время начала проявления физиологической реакции (учащение дыхания, пилоэрекция, вокализация, реакция избегания, выражающаяся в перемещении из области 1 в область 2) 1а (с), время окончания проявления физиологической реакции 1;Ь (с), время начала второй фазы физиологической реакции 1;с (с) (рис. 3).
Рис. 3. Схема проведения опытов.
В область 1 короба (рис. 1) помещается испытуемая крыса и накрывается крышкой. При заданной форме импульса и пошаговом повышении напряжения, подаваемого на электроды по двухполюсной схеме, фиксируется значение измеряемых параметров (1а (с), Л (с), 1;с (с)), после чего происходит снятие подаваемого напряжения. Через время восстановления физиологического состояния крысы проводился следующий опыт с сохранением формы и длительности импульса, но с увеличением амплитуды на величину равной 5 В. после проведения измерений при повышении амплитуды напряжения до 25 В, форма импульса изменялась последовательно: прямоугольник, синусоида, двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный, после чего опыты повторяются в той же последовательности с повышением напряжения от 5 В до 25 В.
Для оценки состояния испытуемой крысы использовались методы визуального наблюдения за поведенческими реакциями на воздействие импульса электрического тока.
Результаты и их обсуждение. Результаты эксперимента (рис. 4) показывают, что наиболее быстро испытуемые животные реагировали на прямоугольный импульс напряжения, медленнее всего - на импульс синусоидальной формы.
После подачи импульса напряжения на металлическую решетку в момент времени 1а (с) у животного начинает проявляться физиологическая реакция, которая протекает до момента 1;Ь (с) (фаза А), далее организм перестает реагировать, оставаясь под воздействием импульса (фаза В), с наступлением момента времени 1;с (с) (начало фазы С) организм снова проявляет физиологическую реакцию. Время наблюдения в каждом опыте составляло 60 секунд.
Для проведения количественно-качественной оценки воздействия электрического импульса в качестве критерия выберем минимальную величину электрической мощности, затрачиваемой на формирование импульса той или иной формы.
Будем считать, что наибольший физиологический эффект выражается в максимальной площади, ограниченной графиком
ф FR = f(t,Um,ги,u(t)) ( 5)
функции ^ 4 т (рис.5) за единицу времени
наблюдения (площади фаз А и С).
В результате эксперимента выявлено наличие трех фаз проявления физиологической реакции при воздействии на организм импульсов электрического тока (рис.5)
Рис. 4. Время начала проявления физиологической реакции (реакции избегания) при иимп=25 В: 1 - прямоугольный импульс; 2 - синусоидальный импульс; 3 - двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный. Достоверность отличия времени начала реакции при синусоидальном сигнале от времени начала реакции при прямоугольном сигнале: * -р<0,05.
Рис. 5. Временные фазы физиологической реакции на действие электрического тока (объяснение в тексте).
Представим зависимость физиологической реакции от параметров воздействующего импульса электрического тока как функцию времени и совокупности параметров самого импульса
(1):
ЕЯ = f(t,Um, г„, пт (1)
где: ит - амплитуда импульса (В); 1;и - длительность импульса (с); и(1;) - функция напряжения от времени, характеризующая форму импульса.
Рис. 6. Среднее время складывания продолжительности фазы В при иимп=25 В: 1 - прямоугольный импульс; 2 - синусоидальный импульс;
3 - двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный.
Достоверность отличия средней продолжительности фазы В при синусоидальном сигнале от средней продолжительности при прямоугольном сигнале: * - р<0,05.
Амплитуда напряжения, подаваемого на металлическую решетку пропорциональна длительности импульсов этого напряжения. В свою очередь мощность, расходуемая на формирование импульсов разной длительности определяется:
Р:
и2(г ) ——г Я
(2)
где: 1;имп - длительность импульса (с), п - частота следования импульсов (с-1), и(1;) - напряжение на электродах (В), Я -
сопротивление тела крысы (Ом).
Представим отношение мощностей, затрачиваемых на формирование импульсов различной формы как отношения интегралов функции и@) по времени при равных 1;имп, Я, п (3):
Р,/ Р2/Рз/ Р4 = (| щЛ)2/(\ П2 Л)2/(| из2 Л)2/(| и4 &)\
Интеграл напряжения по времени есть площадь, ограниченная графиком функции напряжения от времени (рис. 6). Приняв за единицу площадь прямоугольного импульса напряжения, исходя из соотношения геометрических фигур ограниченных графиками функций и@), получим соотношение (4):
Р1/Р2/Р3/Р4 = 51/52/53/= 1/0,67/0,5/0,25 = ——,
Ротн (4)
W =
уу ОТН
J FR(t )dt
Po
Рис. 7. Время работы воздействующих импульсов в течение первых 60 секунд после начала воздействия: 1 - прямоугольный импульс;
2 - синусоидальный импульс; 3 - двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный. Достоверность отличия времени полезной работы в течение 1 минуты при синусоидальном сигнале от времени полезной работы при прямоугольном импульсе: * - р<0,05.
Рис. 8. Относительная эффективность воздействия электрического тока на организм: 1 - прямоугольный импульс; 2 - синусоидальный импульс;
3 - двухполярный пилообразный, однополярный пилообразный Достоверность отличия относительной эффективности воздействия при синусоидальном сигнале от относительной эффективности воздействия при двухполярном пилообразном импульсе: * - р<0,05.
Таким образом, предлагается ввести относительный показатель эффективности воздействия электрического тока на живой организм по критерию минимальной расходуемой мощности, на формирование импульса напряжения в единицу времени, выражаемый как отношение времени проявления физиологической реакции к условному показателю величины расходуемой мощности, приведенной к мощности, расходуемой на формирование прямоугольного импульса напряжения (5):
Время работы электрического импульса (время проявления физиологической реакции) Шр (с) определено как разность между временем наблюдения (60 с) и длительностью фазы В (рис. 4). Расчетные значения Шр (с) представлены на рис. 7.
Выводы. Таким образом, результаты обработки экспериментальных исследований показали, что:
1) наблюдаемая физиологическая реакция организма на воздействие импульсов электрического тока разбивается на фазы;
2) представляется, что наличие фазы В (рис.5) обусловлено складыванием функциональной системы, основной биологической потребностью которой является стремление крысы избежать воздействия электрического тока.
3) из всех исследованных форм электрического импульса по выбранному критерию количественно-качественной оценки степени воздействия наиболее сильное воздействие оказывает однополярный пилообразный импульс.
Литература
1. Бигдай Е. В. Биофизика сенсорных систем: учебное пособие для студентов вузов. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2005.
2. Судаков К.В. Боксер О.Я., Умрюхин Е.А. «Системокванты жизнедеятельности физических процессов. Вестник Санкт-Петербургского отделении РАЕН. 1999. № 3 (4). С. 404—417.
3. Физиология. Основы и функциональные системы. Курс лекций. Под ред. К.В. Судакова. М.: Медицина, 2000. 780 с.
4. Физиология сенсорных систем и высшей нервной деятельности: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальностям психологии: в 2 частях. Под ред. Я. А. Альтмана и Г. А. Куликова. Физиология сенсорных систем и высшей нервной деятельности. М.: Академия, 2009.
5. Ноздрачев А.Н. Большой практикум по физиологии человека и животных: Т. 1: в двух томах. М.: Академия, 2007.
6. Королев В.Ю. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Проспект, 2006. 159 с.
ELECTRIC IMPULSES WITH DIFFERENT PARAMETERS AND THEIR EFFECTS ON THE ORGANISM
M.A. IVANOV
Military Educational and Scientific Centre of Land Forces, General Academy of the Russian Federation Armed Forces
In the article the data about electric impulses with different parameters effects on the organism are presented. We investigated the appearance moment of biological reaction under electric impulses of various forms (rectangular, sinusoidal, bipolar saw-toothed, unidirectional saw-toothed pulses) with identical amplitude and impulse duration at rats. We propose a new method of estimating electric impulse effect using the criterion of minimizing electric power for electric impulse generation at a unit time.
Key words: electric impulse, nociceptive response, effect of electric impulse on the organism.
