- osittain tai täysin ionisoitunut kaasu, joka muodostuu neutraaleista atomeista (tai molekyyleistä) ja varautuneista hiukkasista (ioneista ja elektroneista). Plasman tärkein ominaisuus on sen kvasineutraalisuus, mikä tarkoittaa, että positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden hiukkasten tilavuustiheydet, joista se muodostuu, ovat lähes samat. Kaasu siirtyy plasmatilaan, jos jotkin sen muodostavat atomit (molekyylit) ovat jostain syystä menettäneet yhden tai useamman elektronin, ts. muuttui positiivisiksi ioneiksi. Joissakin tapauksissa negatiivisia ioneja voi esiintyä myös plasmassa elektronien "kiinnittymisen" seurauksena neutraaleihin atomeihin. Jos kaasuun ei jää neutraaleja hiukkasia, plasman sanotaan olevan täysin ionisoitunut.

Kaasun ja plasman välillä ei ole terävää rajaa. Mikä tahansa aine, joka on alun perin kiinteässä tilassa, alkaa sulaa lämpötilan noustessa ja haihtuu edelleen kuumennettaessa, ts. muuttuu kaasuksi. Jos se on molekyylikaasu (esimerkiksi vety tai typpi), sitten lämpötilan noustessa kaasumolekyylit hajoavat yksittäisiksi atomeiksi (dissosiaatio). Vielä korkeammassa lämpötilassa kaasu ionisoituu, siihen ilmaantuu positiivisia ioneja ja vapaita elektroneja. Vapaasti liikkuvat elektronit ja ionit voivat kuljettaa sähkövirtaa, joten yksi plasman määritelmistä on, että plasma on johtava kaasu. Aineen kuumentaminen ei ole ainoa tapa saada plasmaa.

Plasma on aineen neljäs tila, se noudattaa kaasulakeja ja käyttäytyy monella tapaa kuin kaasu. Samanaikaisesti plasman käyttäytyminen useissa tapauksissa, erityisesti sähkö- ja magneettikentille altistuessaan, osoittautuu niin epätavalliseksi, että sitä kutsutaan usein uudeksi neljänneksi aineen tilaksi. Vuonna 1879 englantilainen fyysikko W. Crooks, joka tutki sähköpurkausta putkissa, joissa on harvinainen ilma, kirjoitti: "Ilmiöt evakuoiduissa putkissa avaavat fysikaaliselle tieteelle uuden maailman, jossa aine voi olla neljännessä tilassa." Muinaiset filosofit uskoivat, että maailmankaikkeuden perusta on neljä elementtiä: maa, vesi, ilma ja tuli. . Tietyssä mielessä tämä vastaa tällä hetkellä hyväksyttyä jakoa aineen aggregoituihin tiloihin, ja neljäs alkuaine on tuli ja se vastaa ilmeisesti plasmaa.

Amerikkalaiset fyysikot Langmuir Tonks ottivat käyttöön termin "plasma", jota sovellettiin kvasineutraaliin ionisoituun kaasuun vuonna 1923 kuvaillessaan kaasupurkauksen ilmiöitä. Siihen asti sanaa "plasma" käyttivät vain fysiologit ja se merkitsi veren, maidon tai elävien kudosten väritöntä nestemäistä komponenttia, mutta pian "plasman" käsite vakiintui lujasti kansainvälisessä fyysisessä sanakirjassa, sillä se on saanut laajimman levinneen. .

Frank-Kamenetsky D.A. Plasma on aineen neljäs tila. M., Atomizdat, 1963
Artsimovich L.A. Alkeinen plasmafysiikka. M., Atomizdat, 1969
Smirnov B.M. Johdatus plasmafysiikkaan. M., Science, 1975
Milantiev V.P., Temko S.V. Plasman fysiikka. M., Enlightenment, 1983
Chen F. Johdatus plasmafysiikkaan. M., Mir, 1987

Etsi "PLASMA" päällä

Yhdellä ja samalla aineella luonnossa on kyky muuttaa ominaisuuksiaan radikaalisti lämpötilan ja paineen mukaan. Erinomainen esimerkki tästä on vesi, joka esiintyy kiinteänä jäänä, nesteenä ja höyrynä. Nämä ovat tämän aineen kolme aggregaatiotilaa, jonka kemiallinen kaava on H 2 O. Muut aineet voivat luonnollisissa olosuhteissa muuttaa ominaisuuksiaan samalla tavalla. Mutta lueteltujen lisäksi luonnossa on toinen aggregaatiotila - plasma. Se on melko harvinainen maallisissa olosuhteissa, ja sillä on erityisiä ominaisuuksia.

Molekyylirakenne

Mistä aineen neljä tilaa, joissa aine on, riippuvat? Atomin elementtien ja itse molekyylien vuorovaikutuksesta, joilla on keskinäisen hylkimisen ja vetovoiman ominaisuudet. Nämä voimat kompensoituvat itsestään kiinteässä tilassa, jossa atomit ovat geometrisesti oikein, muodostaen kidehilan. Samalla materiaalinen esine pystyy säilyttämään molemmat edellä mainitut laadulliset ominaisuudet: tilavuuden ja muodon.

Mutta heti kun molekyylien kineettinen energia kasvaa liikkuen kaoottisesti, ne tuhoavat vakiintuneen järjestyksen muuttuen nesteiksi. Niillä on juoksevuus ja niille on ominaista geometristen parametrien puuttuminen. Mutta samaan aikaan tämä aine säilyttää kykynsä olla muuttamatta kokonaistilavuutta. Kaasumaisessa tilassa molekyylien välinen keskinäinen vetovoima puuttuu kokonaan, joten kaasulla ei ole muotoa ja sillä on rajoittamaton laajenemismahdollisuus. Mutta aineen pitoisuus samalla laskee merkittävästi. Itse molekyylit eivät muutu normaaleissa olosuhteissa. Tämä on kolmen ensimmäisen aineen neljästä tilasta pääominaisuus.

Valtion muutos

Kiinteän aineen muuttaminen muihin muotoihin voidaan suorittaa nostamalla asteittain lämpötilaa ja muuttamalla painetta. Tässä tapauksessa siirtymät tapahtuvat äkillisesti: molekyylien välinen etäisyys kasvaa huomattavasti, molekyylien väliset sidokset tuhoutuvat tiheyden, entropian ja vapaan energian määrän muuttuessa. On myös todennäköistä, että kiinteä kappale muuttuu välittömästi kaasumaiseen muotoon ohittaen välivaiheet. Sitä kutsutaan sublimaatioksi. Tällainen prosessi on täysin mahdollista tavallisissa maanpäällisissä olosuhteissa.

Mutta kun lämpötila- ja paineindikaattorit saavuttavat kriittisen tason, aineen sisäistä energiaa muodostuu niin paljon, että elektronit, jotka liikkuvat kiihkeällä nopeudella, jättävät atomin sisäiset kiertoradat. Tässä tapauksessa muodostuu positiivisia ja negatiivisia hiukkasia, mutta niiden tiheys tuloksena olevassa rakenteessa pysyy lähes samana. Siten syntyy plasma - aineen aggregoitu tila, joka itse asiassa on täysin tai osittain ionisoitunut kaasu, jonka elementeillä on kyky olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa pitkiä matkoja.

Avaruuden korkean lämpötilan plasma

Plasma on pääsääntöisesti neutraali aine, vaikka se koostuu varautuneista hiukkasista, koska siinä olevat positiiviset ja negatiiviset alkuaineet, jotka ovat suunnilleen yhtä suuret, kompensoivat toisiaan. Tämä aggregaatiotila normaaleissa maanpäällisissä olosuhteissa on vähemmän yleinen kuin muut aiemmin mainitut. Mutta tästä huolimatta useimmat kosmiset kappaleet koostuvat luonnollisesta plasmasta.

Esimerkki tästä on aurinko ja monet muut universumin tähdet. Siellä lämpötilat ovat uskomattoman korkeat. Todellakin, planeettajärjestelmämme päävalaisimen pinnalla ne saavuttavat 5500 ° C. Tämä on yli viisikymmentä kertaa korkeampi kuin parametrit, jotka ovat välttämättömiä veden kiehumiseen. Tulta hengittävän pallon keskellä lämpötila on 15 000 000 °C. Ei ole yllättävää, että kaasut (pääasiassa vety) ionisoituvat siellä saavuttaen plasman aggregaattitilan.

Matalalämpötilainen plasma luonnossa

Galaktisen tilan täyttävä tähtienvälinen väliaine koostuu myös plasmasta. Mutta se eroaa aiemmin kuvatusta korkean lämpötilan lajikkeesta. Tällainen aine koostuu ionisoidusta aineesta, joka syntyy tähtien lähettämästä säteilystä. Tämä on matalan lämpötilan plasma. Samalla tavalla auringonsäteet saavuttavat maan rajat luovat ionosfäärin ja sen yläpuolelle plasmasta koostuvan säteilyvyön. Erot ovat vain aineen koostumuksessa. Vaikka kaikki jaksollisessa taulukossa esitetyt elementit voivat olla samanlaisessa tilassa.

Plasma laboratoriossa ja sen käyttö

Lakien mukaan se on helposti hankittavissa meille tutuissa olosuhteissa. Laboratoriokokeita suoritettaessa riittää kondensaattori, diodi ja sarjaan kytketty resistanssi. Samanlainen piiri kytketään virtalähteeseen sekunniksi. Ja jos kosketat johtoja metallipintaan, sen itsensä hiukkaset sekä sen lähellä olevat höyry- ja ilmamolekyylit ionisoituvat ja joutuvat plasman aggregaattitilaan. Samanlaisia ​​aineen ominaisuuksia käytetään ksenon- ja neonverkkojen ja hitsauskoneiden luomiseen.

Plasma ja luonnonilmiöt

Luonnollisissa olosuhteissa plasmaa voidaan tarkkailla revontulien valossa ja ukkosmyrskyjen aikana pallosalaman muodossa. Nykyaikainen fysiikka on nyt antanut selityksen eräille luonnonilmiöille, jotka aiemmin katsottiin mystisten ominaisuuksien ansioksi. Plasma, joka muodostui ja hehkui korkeiden ja terävien esineiden (mastojen, tornien, valtavien puiden) päissä ilmakehän erityistilassa, otettiin vuosisatoja sitten merimiehiltä onnen sanansaattajaksi. Siksi tätä ilmiötä kutsuttiin "Pyhän Elmon tulipaloiksi".

Nähdessään koronapurkauksen valaisevien tupsujen tai säteiden muodossa myrskyn ukkosmyrskyn aikana, matkustajat pitivät tätä hyvänä enteenä, koska he ymmärsivät välttyneensä vaaralta. Se ei ole yllättävää, sillä veden yläpuolelle kohoavat esineet, jotka sopivat "pyhimyksen merkkeihin", voivat puhua laivan lähestymisestä rantaan tai ennustaa tapaamista muiden alusten kanssa.

Ei-tasapainoinen plasma

Yllä olevat esimerkit osoittavat kaunopuheisesti, että ei ole välttämätöntä lämmittää ainetta fantastisiin lämpötiloihin plasmatilan saavuttamiseksi. Ionisointiin riittää, että käytetään sähkömagneettisen kentän voimakkuutta. Samanaikaisesti aineen raskaat ainesosat (ionit) eivät hanki merkittävää energiaa, koska lämpötila tämän prosessin aikana ei välttämättä ylitä useita kymmeniä celsiusasteita. Tällaisissa olosuhteissa pääatomista irtautuneet kevyet elektronit liikkuvat paljon nopeammin kuin inerttiset hiukkaset.

Tällaista kylmää plasmaa kutsutaan epätasapainoksi. Plasmatelevisioiden ja neonlamppujen lisäksi sitä käytetään myös veden ja ruoan puhdistukseen sekä desinfiointiin lääketieteellisiin tarkoituksiin. Lisäksi kylmä plasma voi auttaa nopeuttamaan kemiallisia reaktioita.

Käyttöperiaatteet

Erinomainen esimerkki keinotekoisesti luodun plasman käytöstä ihmiskunnan hyväksi on plasmamonitorien valmistus. Tällaisen näytön soluilla on kyky lähettää valoa. Paneeli on eräänlainen "sandwich" lasilevyistä, lähellä toisiaan. Niiden välissä on laatikoita, joissa on inerttien kaasujen seos. Ne voivat olla neonia, ksenonia, argonia. Ja sinisen, vihreän, punaisen värin loisteaine levitetään solujen sisäpinnalle.

Kennojen ulkopuolelle on kytketty johtavat elektrodit, joiden väliin syntyy jännite. Tämän seurauksena syntyy sähkökenttä ja seurauksena kaasumolekyylit ionisoituvat. Tuloksena oleva plasma lähettää ultraviolettisäteitä, jotka absorboivat fosforit. Tämän huomioon ottaen fluoresenssin ilmiö tapahtuu tässä tapauksessa emittoivien fotonien avulla. Säteiden monimutkaisen yhteyden vuoksi avaruudessa syntyy kirkas kuva useista eri sävyistä.

Plasman kauhut

Tämä aineen muoto saa tappavan ulkonäön ydinräjähdyksen aikana. Plasma muodostuu suuria määriä tämän hallitsemattoman prosessin aikana vapauttaen valtavasti erilaisia ​​​​energiatyyppejä. syttyy laukaisun seurauksena ja lämmittää ympäröivän ilman ensimmäisten sekuntien aikana jättilämpötiloiksi. Tässä vaiheessa ilmaantuu tappava tulipallo, joka kasvaa vaikuttavalla nopeudella. Kirkkaan pallon näkyvää aluetta suurentaa ionisoitu ilma. Hyytymät, kourat ja räjähdysplasmasuihkut muodostavat shokkiaallon.

Aluksi valopallo, joka etenee, imee välittömästi kaiken tielleen. Ihmisen luut ja kudokset eivät muutu pölyksi, vaan myös kiinteät kivet, kestävimmätkin keinotekoiset rakenteet ja esineet tuhoutuvat. Panssaroidut ovet turvallisiin suojiin eivät pelasta, tankit ja muut sotilasvarusteet litistetään.

Plasma muistuttaa ominaisuuksiltaan kaasua, koska sillä ei ole tiettyjä muotoja ja tilavuuksia, minkä seurauksena se pystyy laajenemaan loputtomasti. Tästä syystä monet fyysikot ovat sitä mieltä, että sitä ei pitäisi pitää erillisenä aggregaatiotilana. Sen merkittävät erot vain kuumaan kaasuun ovat kuitenkin ilmeisiä. Näitä ovat: kyky johtaa sähkövirtoja ja altistuminen magneettikentille, epävakaus ja komposiittihiukkasten kyky olla eri nopeuksia ja lämpötiloja, kun ne ovat kollektiivisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Tuhansia vuosia kestänyt intensiivinen kehitys, elämän ja luonnon tutkiminen on johtanut ihmisen tietoon aineen neljästä tilasta. Plasma osoittautui niistä mystisisimmäksi. Siitä hetkestä lähtien, kun ihminen ensimmäisen kerran havaitsi sen olemassaolon, plasman tutkimus ja sen käytännön soveltaminen ovat edenneet harppauksin. Nykyään sellainen lupaava tiede kuin plasmakemia syntyi ja alkoi aktiivisesti kehittyä.

Jo muinaisen Kreikan päivinä tiedemies Aristoteles tiesi, että kaikki ruumiit koostuvat neljästä alemmasta alkuaineesta: maasta, vedestä, ilmasta ja tulesta. Nykyään nämä käsitteet ovat muuttaneet nimeään, mutta eivät merkitystä. Itse asiassa kaikki tietävät, että aine voi olla neljässä tilassa: kiinteä, nestemäinen, kaasumainen ja plasma.

W. Crookes löysi neljännen aineen olomuodon vuonna 1879, ja I. Langmuir nimesi sen "plasmaksi" vuonna 1928.

Plasma (kreikasta. Plasma - valettu, muotoiltu), osittain tai kokonaan ionisoitu kaasu, jossa positiivisten ja negatiivisten varausten tiheys on lähes sama.

Plasma on kaasu, joka koostuu positiivisesti ja negatiivisesti varautuneista hiukkasista sellaisissa suhteissa, että niiden kokonaisvaraus on nolla. Vapaasti liikkuvat varautuneet hiukkaset voivat kuljettaa sähkövirtaa, joten plasma on sähköä johtava kaasu. Verrattuna tunnettuihin johtimiin, erityisesti metalleihin - elektrolyytteihin, plasma on tuhansia kertoja kevyempää.

Kaasuilla ja plasmalla ei ole joissain suhteissa eroa. Plasma noudattaa kaasulakeja ja käyttäytyy monin tavoin kaasun tavoin.

Plasman tärkeä ominaisuus on kaasuun sisältyvien hiukkasten kaoottinen liike, joka voidaan tilata plasmaan. Ulkoisen magneetti- tai sähkökentän vaikutuksesta on mahdollista antaa suunta plasmahiukkasten liikkeelle. Siksi plasmaa voidaan pitää nestemäisenä väliaineena, jolla on ominaisuus johtaa sähkövirtaa.

Plasman tai plasman aineen käsite kattaa sekä kuumat että kylmät kaasut, joilla on luminesenssi ja sähkönjohtavuus. Plasmia on kahta tyyppiä: isometrinen, joka tapahtuu riittävän korkeassa kaasun lämpötilassa voimakkaaseen lämpöionisaatioon, ja kaasupurkaus, joka muodostuu kaasujen sähköpurkauksissa.

Isometrisessä plasmassa hiukkasten: elektronien, ionien, neutraalien ja virittyneiden atomien ja molekyylien keskimääräinen kineettinen energia on sama. Termisessä tasapainossa ympäristön kanssa tällainen plasma voi olla olemassa loputtomasti. Kaasupurkausplasma on stabiili vain, jos kaasussa on sähkökenttä, joka kiihdyttää elektroneja. Kaasupurkausplasman lämpötila on korkeampi kuin neutraalin kaasun lämpötila. Siten plasman tila on epävakaa, ja kun sähkökenttä pysähtyy, kaasupurkausplasma katoaa sekunnin murto-osassa, nimittäin 10-5 ja 10-7 sekunnissa, koska kaasujen deionisoituminen tapahtuu tänä aikana. Siksi plasma on toisaalta kaasun tila ja toisaalta useiden kaasujen seos. Se koostuu normaaleista molekyyleistä, vapaista elektroneista, ioneista ja fotoneista. Jokainen hiukkaslaji muodostaa oman kaasunsa, joka koostuu neutraaleista molekyyleistä, elektroneista, ioneista ja fotoneista. Kaikki nämä kaasut yhdessä muodostavat niin sanotun plasman.

Plasma syntyy molekyylien ionisaation seurauksena: kun kaksi suuren energian omaavaa molekyylihiukkasta törmäävät, kun molekyylit törmäävät elektronien tai ionien kanssa, kun fotonit vaikuttavat molekyyleihin. Kaikki nämä prosessit ovat palautuvia, koska plasmassa tapahtuu rekombinaatioprosesseja - neutraalin tilan palautumista. Käytännössä plasmaa voi muodostua tulipalossa, kun sähkövirtaa johdetaan kaasun läpi, korkeissa lämpötiloissa jne.

Tämän päivän käsityksen mukaan universumin aineen (massaltaan noin 99,9 %) faasitila on plasma. Kaikki tähdet on valmistettu plasmasta, ja jopa niiden välinen tila on täynnä plasmaa, vaikkakin hyvin harvinaista. Esimerkiksi planeetta Jupiter on keskittänyt itseensä lähes kaiken aurinkokunnan aineen, joka on "ei-plasma"-tilassa (nestemäinen, kiinteä ja kaasumainen). Samaan aikaan Jupiterin massa on vain noin 0,1 % aurinkokunnan massasta, ja tilavuus on vielä pienempi: vain 10–15 %. Samanaikaisesti pienimmät pölyhiukkaset, jotka täyttävät ulkoavaruuden ja kuljettavat tietyn sähkövarauksen, voidaan katsoa kokonaisuutena superraskaista varautuneista ioneista koostuvana plasmana.

Plasmalla on erilaisia ​​ominaisuuksia. Tärkeimmät ovat:

• 1. Sähkönjohtavuus on plasman tärkein ominaisuus. Toinen ominaisuus liittyy sähkönjohtavuuteen, nimittäin luminesenssi, joka johtuu molekyylien virityksestä. Plasman sisäenergia on 3 cal/deg*mol yksiatomisella kaasulla ja 12 cal/deg*mol moniatomisilla molekyyleillä, kuten bentseenillä. Plasmatilan lämpökapasiteetti on 100-200 cal/deg-mol, eli 40-50 kertaa suurempi kuin kaasuilla. Suuri lämpökapasiteetti selittyy sillä, että aineen siirtyessä tavallisesta plasmatilaan osa energiasta kuluu ionisaatioon. Tämä energia, kuten näemme, on melko suuri.
• 2. Plasmalla on tietty liike. Se johtuu suuresta määrästä varauksia, jotka määräävät plasman sähkönjohtavuuden, mikä johtaa plasman uuteen liikkeeseen, jota ei ole missään muussa aggregaatiotilassa. Kuten tiedetään, ionisoimattomissa järjestelmissä se tapahtuu painovoiman, inertian, elastisuuden ja täällä - magneettisten ja sähkövoimien vaikutuksesta. Elektronien ja ionien satunnainen liike johtaa siihen, että yhtä varautuneiden hiukkasten tiheys joillakin alueilla kasvaa tai pienenee, minkä seurauksena varausintensiteetti joillakin alueilla joko kasvaa tai laskee, mikä aiheuttaa positiivisesti varautuneiden hiukkasten liikettä. kohti negatiivisten hiukkasten voimakkaampia varauksia. Tämän liikkeen seurauksena syntyy heilurityyppisiä värähtelyjä, koska negatiivisesti varautuneen kentän liike positiiviseen puolestaan ​​aiheuttaa uusia samanmerkkisiä eri varaustiheyksillä varustettuja osia, eli positiivisen ja negatiivisen sähkön aaltoja. nousta.
• 3. Yksi plasman tärkeimmistä ominaisuuksista on mahdollisuus sähkömagneettisten värähtelyjen esiintymiseen erittäin laajalla alueella plasmassa tapahtuvan liikkeen vaikutuksesta tai plasmassa virtaavan sähkövirran vaikutuksesta. Ulkoisen vahvan magneettikentän läsnäollessa plasma alkaa liikkua kohtisuoraan virtaan nähden, mikä mahdollistaa sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta plasman liikkeen sulkemisen ympyrässä.

Tämä plasman ominaisuus on erittäin tärkeä korkeiden lämpötilojen saavuttamiseksi.

Ydinsynteesi

Uskotaan, että ihmiskunnan kemiallisen polttoaineen varannot riittävät useiksi vuosikymmeniksi. Myös tutkitut ydinpolttoainevarat ovat rajalliset. Kontrolloidut lämpöydinreaktiot plasmassa voivat pelastaa ihmiskunnan energiannälkään ja tulla käytännössä ehtymättömäksi energialähteeksi.

1 litra tavallista vettä sisältää 0,15 ml raskasta vettä (D2O). Deuteriumytimien fuusio 0,15 ml:sta D2O:ta vapauttaa yhtä paljon energiaa kuin sitä syntyy poltettaessa 300 litraa bensiiniä. Tritiumia ei käytännössä ole luonnossa, mutta sitä voidaan saada pommittamalla litiumin n-isotooppia neutroneilla.

Vetyatomin ydin ei ole muuta kuin protoni p. Deuteriumydin sisältää lisäksi yhden neutronin ja tritiumytimessä kaksi neutronia. Deuterium ja tritium voivat reagoida keskenään kymmenellä eri tavalla. Mutta tällaisten reaktioiden todennäköisyydet eroavat joskus satoja biljoonia kertoja ja vapautuvan energian määrä - 10-15 kertaa. Vain kolme niistä on käytännön kiinnostavia.

Jos kaikki jonkin tilavuuden ytimet reagoivat samanaikaisesti, energiaa vapautuu välittömästi. Tapahtuu lämpöydinräjähdys. Reaktorissa synteesireaktion tulisi edetä hitaasti.

Toistaiseksi hallittua lämpöydinfuusiota ei ole saavutettu, ja se lupaa huomattavia etuja. Termoydinreaktioissa vapautuva energia polttoaineen massayksikköä kohti on miljoonia kertoja suurempi kuin kemiallisen polttoaineen energia ja siten satoja kertoja halvempaa. Termoydinenergiassa ei vapaudu ilmakehään palamistuotteita eikä radioaktiivista jätettä. Lopuksi räjähdyksen mahdollisuus lämpöydinvoimalaitoksessa on suljettu pois.

Fuusion aikana suurin osa energiasta (yli 75 %) vapautuu neutronien tai protonien kineettisenä energiana. Jos neutroneja hidastetaan sopivassa aineessa, se lämpenee; Tuloksena oleva lämpö voidaan helposti muuntaa sähköenergiaksi. Varautuneiden hiukkasten – protonien – kineettinen energia muunnetaan suoraan sähköksi.

Fuusioreaktiossa ytimien täytyy yhdistyä, mutta ne ovat positiivisesti varautuneita ja siksi Coulombin lain mukaan ne hylkivät. Torjuntavoimien voittamiseksi jopa pienimmän varauksen omaavat deuteriumin ja tritiumin ytimet (Z. = 1) tarvitsevat noin 10 tai 100 keV energiaa. Se vastaa luokkaa 108-109 K olevaa lämpötilaa. Tällaisissa lämpötiloissa mikä tahansa aine on korkean lämpötilan plasman tilassa.

Klassisen fysiikan näkökulmasta fuusioreaktio on mahdoton, mutta tässä apuun tulee puhtaasti kvanttitunnelointiefekti. On laskettu, että syttymislämpötila, josta alkaen energian vapautuminen ylittää häviönsä, on deuterium-tritium (DT) reaktiolla noin 4,5x107 K ja deuterium-deuterium (DD) -reaktioilla noin 4x108 K. Luonnollisesti, DT-reaktio on edullinen. Plasmaa lämmitetään sähkövirralla, lasersäteilyllä, sähkömagneettisilla aalloilla ja muilla menetelmillä. Mutta ei vain lämpö ratkaisevaa.

Mitä suurempi pitoisuus, sitä useammin hiukkaset törmäävät toisiinsa, joten saattaa vaikuttaa siltä, ​​että lämpöydinreaktioiden suorittamiseen on parempi käyttää korkeatiheyksistä plasmaa. Kuitenkin, jos 1 cm 3 plasmaa sisältäisi 1019 hiukkasta (molekyylien pitoisuus kaasussa normaaleissa olosuhteissa), paine siinä lämpöydinreaktioiden lämpötiloissa saavuttaisi noin 106 atm. Mikään rakenne ei kestä tällaista painetta, ja siksi plasmaa täytyy harventaa (pitoisuudella noin 1015 hiukkasta 1 cm 3:ssa). Hiukkasten törmäyksiä tapahtuu tässä tapauksessa harvemmin, ja reaktion ylläpitämiseksi on tarpeen lisätä niiden viipymisaikaa reaktorissa tai retentioaikaa. Tämä tarkoittaa, että lämpöydinreaktion toteuttamiseksi on otettava huomioon plasmahiukkasten pitoisuuden ja niiden viipymisajan tulo. DD-reaktioissa tämä tulo (ns. Lawson-kriteeri) on 1016 s/cm 3 ja DT-reaktiossa 1014 s/cm 3 .

Veriplasma: ainesosat (aineet, proteiinit), toiminnot kehossa, käyttö

Veriplasma on arvokkaimman biologisen väliaineen, veren, ensimmäinen (neste) komponentti. Veriplasma vie jopa 60 % veren kokonaistilavuudesta. Toisen osan (40 - 45 %) verenkierrossa kiertävästä nesteestä ottavat haltuun muodostuneet alkuaineet: erytrosyytit, leukosyytit ja verihiutaleet.

Veriplasman koostumus on ainutlaatuinen. Mitä siellä ei ole? Erilaiset proteiinit, vitamiinit, hormonit, entsyymit - yleensä kaikki, mikä varmistaa ihmiskehon elämän joka sekunti.

Veriplasman koostumus

Kellertävä läpinäkyvä neste, joka vapautuu koeputkessa olevan kierteen muodostuessa - onko se plasmaa? Ei tämä veren seerumi, jossa ei ole koaguloitunutta proteiinia (tekijä I), se meni hyytymään. Jos kuitenkin otat verta koeputkeen antikoagulantilla, niin se ei anna sen (veren) hyytyä ja raskaat muotoiset elementit vajoavat hetken kuluttua pohjaan, kun taas päälle tulee myös kellertävää, mutta hieman samea, toisin kuin seerumi, nestemäinen, tässä se on ja syö veriplasmaa, jonka sameuden antavat sen sisältämät proteiinit, erityisesti fibrinogeeni (FI).

Veriplasman koostumus on hämmästyttävä monimuotoisuudessaan. Siinä on 90 - 93% veden lisäksi proteiini- ja ei-proteiinikomponentteja (jopa 10%):

plasmaa veressä

• , jotka ottavat 7 - 8 % veren nestemäisen osan kokonaistilavuudesta (1 litra plasmaa sisältää 65 - 85 grammaa proteiineja, veren kokonaisproteiinin normi biokemiallisessa analyysissä: 65 - 85 g / l). Tärkeimmät plasmaproteiinit tunnistetaan (jopa 50 % kaikista proteiineista tai 40 - 50 g / l), (≈ 2,7 %) ja fibrinogeeni;
• Muut proteiiniluonteiset aineet (komplementtikomponentit, hiilihydraatti-proteiinikompleksit jne.);
• Biologisesti aktiiviset aineet (entsyymit, hematopoieettiset tekijät - hemosytokiinit, hormonit, vitamiinit);
• Pienmolekyylipainoiset peptidit ovat sytokiinejä, jotka ovat periaatteessa proteiineja, mutta alhaisen molekyylipainon omaavia niitä tuottavat pääasiassa lymfosyytit, vaikka muutkin verisolut ovat mukana tässä. "Pienestä kasvustaan ​​​​huolimatta sytokiineilla on tärkeimmät toiminnot, ne suorittavat immuunijärjestelmän vuorovaikutuksen muiden järjestelmien kanssa käynnistäessään immuunivasteen;
• Hiilihydraatit, jotka osallistuvat aineenvaihduntaprosesseihin, joita esiintyy jatkuvasti elävässä organismissa;
• Näistä aineenvaihduntaprosesseista syntyvät tuotteet, jotka myöhemmin poistuvat munuaisten kautta (esim.);
• Veriplasmaan kerätään suurin osa D. I. Mendelejevin taulukon elementeistä. Totta, jotkut epäorgaanisen luonteen edustajat (kalium, jodi, kalsium, rikki jne.) kiertävien kationien ja anionien muodossa on helppo laskea, toiset (vanadiini, koboltti, germanium, titaani, arseeni jne.) - johtuen vaikein laskettu määrä. Samaan aikaan kaikkien plasmassa olevien kemiallisten alkuaineiden osuus on 0,85-0,9%.

Plasma on siis erittäin monimutkainen kolloidinen järjestelmä, jossa kaikki "kelluu", mitä ihmisen ja nisäkkään kehossa on, ja kaikki, mitä siitä valmistellaan poistettavaksi.

Vesi on H 2 O:n lähde kaikille soluille ja kudoksille, koska sitä on plasmassa niin merkittäviä määriä, se tarjoaa normaalin tason (BP), ylläpitää suunnilleen vakiona kiertävän veren (BCC) tilavuuden.

Aminohappojäämien, fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien ja muiden ominaisuuksien suhteen poikkeavat proteiinit muodostavat organismin perustan ja tarjoavat sille elämää. Jakamalla plasman proteiinit fraktioihin saadaan selville yksittäisten proteiinien, erityisesti albumiinien ja globuliinien, pitoisuus veriplasmassa. Tämä tehdään diagnostisiin tarkoituksiin laboratorioissa, tämä tehdään teollisessa mittakaavassa erittäin arvokkaiden terapeuttisten lääkkeiden saamiseksi.

Mineraaliyhdisteistä suurin osuus veriplasman koostumuksesta on natriumilla ja kloorilla (Na ja Cl). Nämä kaksi elementtiä vievät ≈ 0,3% plasman mineraalikoostumuksesta, eli ne ovat ikään kuin tärkeimmät, joita käytetään usein täydentämään kiertävän veren (BCC) tilavuutta verenhukan sattuessa. Tällaisissa tapauksissa valmistetaan ja siirretään edullinen ja halpa lääke - isotoninen natriumkloridiliuos. Samaan aikaan 0,9-prosenttista NaCl-liuosta kutsutaan fysiologiseksi, mikä ei ole täysin totta: fysiologisen liuoksen tulee sisältää natriumin ja kloorin lisäksi muita makro- ja mikroelementtejä (vastaa plasman mineraalikoostumusta).

Video: mikä on veriplasma

Veriplasman toiminnot huolehtivat proteiineista

Veriplasman toiminnot määräytyvät sen koostumuksen, pääasiassa proteiinin, mukaan. Tätä kysymystä tarkastellaan yksityiskohtaisemmin alla olevissa osioissa, jotka on omistettu tärkeimmille plasmaproteiineille, mutta ei haittaa lyhyesti tärkeimmät tehtävät, jotka tämä biologinen materiaali ratkaisee. Joten veriplasman päätoiminnot:

1. Kuljetus (albumiini, globuliinit);
2. Detoksifikaatio (albumiini);
3. Suojaava (globuliinit - immunoglobuliinit);
4. Koagulaatio (fibrinogeeni, globuliinit: alfa-1-globuliini - protrombiini);
5. Sääntely ja koordinointi (albumiini, globuliinit);

Tämä kertoo lyhyesti nesteen toiminnallisesta tarkoituksesta, joka osana verta liikkuu jatkuvasti verisuonten läpi varmistaen kehon normaalin toiminnan. Mutta silti joihinkin sen komponentteihin olisi pitänyt kiinnittää enemmän huomiota, esimerkiksi mitä lukija sai tietää veriplasman proteiineista saatuaan niin vähän tietoa? Mutta he pääsääntöisesti ratkaisevat luetellut tehtävät (veriplasman toiminnot).

veriplasman proteiineja

Tietenkin on luultavasti vaikea antaa mahdollisimman paljon tietoa, joka vaikuttaa kaikkiin plasmassa olevien proteiinien ominaisuuksiin, pienessä artikkelissa, joka on omistettu veren nestemäiselle osalle. Samaan aikaan on täysin mahdollista tutustua lukijaan pääproteiinien ominaisuuksiin (albumiinit, globuliinit, fibrinogeeni - niitä pidetään tärkeimpinä plasmaproteiineina) ja mainita joidenkin muiden proteiiniluonteisten aineiden ominaisuudet. Varsinkin kun (kuten edellä mainittiin) he varmistavat toiminnallisten tehtäviensä laadukkaan suorittamisen tällä arvokkaalla nesteellä.

Pääasiallisia plasmaproteiineja käsitellään hieman alla, mutta haluan kuitenkin esittää lukijalle taulukon, joka näyttää mitkä proteiinit edustavat tärkeimpiä veren proteiineja sekä niiden päätarkoitus.

Taulukko 1. Tärkeimmät plasmaproteiinit

Tärkeimmät plasman proteiinit	Pitoisuus plasmassa (normi), g/l	Tärkeimmät edustajat ja niiden toiminnallinen tarkoitus
Albumiinit	35 - 55	"Rakennusmateriaali", immunologisten reaktioiden katalysaattori, toiminnot: kuljetus, neutralointi, säätely, suojaus.
Alfaglobuliini α-1	1,4 – 3,0	α1-antitrypsiini, α-happoproteiini, protrombiini, kortisolia kuljettava transkortiini, tyroksiinia sitova proteiini, α1-lipoproteiini, kuljettaa rasvoja elimiin.
Alfaglobuliini α-2	5,6 – 9,1	α-2-makroglobuliini (ryhmän pääproteiini) osallistuu immuunivasteeseen, haptoglobiini muodostaa kompleksin vapaan hemoglobiinin kanssa, seruloplasmiini kuljettaa kuparia, apolipoproteiini B kuljettaa matalatiheyksisiä lipoproteiineja ("paha" kolesteroli).
Beetaglobuliinit: β1+β2	5,4 – 9,1	Hemopeksiini (sitou hemoglobiiniheemiä, joka estää raudan poistumisen kehosta), β-transferriini (siirtää Fe), komplementtikomponentti (osallistuu immunologisiin prosesseihin), β-lipoproteiinit - kolesterolin ja fosfolipidien "kuljettaja".
Gammaglobuliini y	8,1 – 17,0	Luonnolliset ja hankitut vasta-aineet (5 luokan immunoglobuliinit - IgG, IgA, IgM, IgE, IgD), jotka pääasiassa suorittavat immuunisuojaa humoraalisen immuniteetin tasolla ja luovat kehon allergostatuksen.
fibrinogeeni	2,0 – 4,0	Veren hyytymisjärjestelmän ensimmäinen tekijä on FI.

Albumiinit

Albumiinit ovat yksinkertaisia ​​proteiineja, jotka muihin proteiineihin verrattuna:

albumiinin rakenne

• Ne osoittavat korkeinta stabiilisuutta liuoksissa, mutta samalla ne liukenevat hyvin veteen;
• Ne sietävät hyvin pakkasta, eivätkä ne ole erityisen vaurioituneet uudelleen jäädytettäessä;
• Älä kokoon kuivuessaan;
• Pysymällä 10 tuntia lämpötilassa, joka on melko korkea muille proteiineille (60ᵒС), ne eivät menetä ominaisuuksiaan.

Näiden tärkeiden proteiinien kyky johtuu siitä, että albumiinimolekyylissä on erittäin suuri määrä polaarisia hajoavia sivuketjuja, jotka määräävät proteiinien tärkeimmät toiminnalliset tehtävät - osallistuminen aineenvaihduntaan ja antitoksisen vaikutuksen toteuttaminen. Albumiinin toiminnot veriplasmassa voidaan esittää seuraavasti:

1. Osallistuminen veden aineenvaihduntaan (albumiinien ansiosta vaadittu nestemäärä säilyy, koska ne tarjoavat jopa 80% kolloidisen osmoottisen verenpaineen kokonaismäärästä);
2. Osallistuminen erilaisten tuotteiden ja erityisesti veteen erittäin vaikeasti liukenevien tuotteiden kuljetukseen, esimerkiksi rasvat ja sappipigmentti - bilirubiini (albumiinimolekyylien kanssa kosketuksiin joutunut bilirubiini muuttuu keholle vaarattomaksi ja siirtyy tässä tilassa maksa);
3. Vuorovaikutus plasmaan joutuvien makro- ja mikroelementtien (kalsium, magnesium, sinkki jne.) sekä monien lääkkeiden kanssa;
4. Myrkyllisten tuotteiden sitoutuminen kudoksiin, joihin nämä proteiinit tunkeutuvat vapaasti;
5. Hiilihydraattien siirto;
6. Vapaiden rasvahappojen sitoutuminen ja siirto - rasvahapot (jopa 80%), jotka lähetetään maksaan ja muihin elimiin rasvavarastoista, ja päinvastoin, rasvahapot eivät osoita aggressiota punasoluja (erytrosyyttejä) vastaan ​​ja hemolyysiä ei tapahdu;
7. Suojaus maksan parenkyymisolujen rasva-hepatoosia ja muiden parenkymaalisten elinten rappeutumista (rasvaa) vastaan ​​ja lisäksi este ateroskleroottisten plakkien muodostumiselle;
8. Tiettyjen aineiden "käyttäytymisen" säätely ihmiskehossa (koska entsyymien, hormonien, antibakteeristen lääkkeiden aktiivisuus sitoutuneessa muodossa laskee, nämä proteiinit auttavat ohjaamaan niiden toimintaa oikeaan suuntaan);
9. Plasman kationien ja anionien optimaalisen tason varmistaminen, suojaaminen kehoon vahingossa joutuvien raskasmetallisuolojen negatiivisilta vaikutuksilta (ne kompleksoidaan niiden kanssa tioliryhmien avulla), haitallisten aineiden neutralointi;
10. Immunologisten reaktioiden katalyysi (antigeeni→vasta-aine);
11. Veren pH-arvon ylläpitäminen (puskurijärjestelmän neljäs komponentti on plasmaproteiinit);
12. Apua kudosproteiinien "rakentamisessa" (albumiinit yhdessä muiden proteiinien kanssa muodostavat "rakennusmateriaalien" varannon näin tärkeässä asiassa).

Albumiini syntetisoituu maksassa. Tämän proteiinin keskimääräinen puoliintumisaika on 2 - 2,5 viikkoa, vaikka jotkut "elävät" viikon, kun taas toiset "työstävät" jopa 3 - 3,5 viikkoa. Fraktioimalla proteiineja luovuttajien plasmasta saadaan arvokas terapeuttinen lääke (5%, 10% ja 20% liuos), jolla on samanlainen nimi. Albumiini on prosessin viimeinen fraktio, joten sen valmistus vaatii huomattavia työ- ja materiaalikustannuksia, joten terapeuttisen aineen hinta.

Luovuttajaalbumiinin käyttöaiheita ovat erilaiset (useimmissa tapauksissa melko vakavat) tilat: suuri hengenvaarallinen verenhukka, albumiinipitoisuuden lasku ja kolloidisen osmoottisen paineen lasku eri sairauksien vuoksi.

Globuliinit

Nämä proteiinit ottavat pienemmän osuuden kuin albumiini, mutta ne ovat melko konkreettisia muiden proteiinien joukossa. Laboratorio-olosuhteissa globuliinit jaetaan viiteen fraktioon: α-1, α-2, β-1, β-2 ja γ-globuliinit. Tuotanto-olosuhteissa valmisteiden saamiseksi fraktiosta II + III eristetään gammaglobuliinit, joita käytetään myöhemmin erilaisten sairauksien hoitoon, joihin liittyy immuunijärjestelmän häiriö.

erilaisia ​​plasmaproteiinilajeja

Toisin kuin albumiinit, vesi ei sovellu globuliinien liuottamiseen, koska ne eivät liukene siihen, mutta neutraalit suolat ja heikot emäkset ovat varsin sopivia tämän proteiinin liuoksen valmistamiseen.

Globuliinit ovat erittäin tärkeitä plasmaproteiineja, useimmissa tapauksissa ne ovat akuutin vaiheen proteiineja. Huolimatta siitä, että niiden pitoisuus on 3 prosentin sisällä kaikista plasman proteiineista, ne ratkaisevat ihmiskehon tärkeimmät tehtävät:

• Alfaglobuliinit osallistuvat kaikkiin tulehdusreaktioihin (biokemiallisessa verikokeessa havaitaan alfa-fraktion nousu);
• Alfa- ja beetaglobuliinit, jotka ovat osa lipoproteiineja, suorittavat kuljetustoimintoja (vapaassa tilassa olevat rasvat plasmassa ilmaantuvat hyvin harvoin, paitsi epäterveellisen rasvaisen aterian jälkeen, ja normaaleissa olosuhteissa kolesteroli ja muut lipidit liittyvät globuliinien kanssa ja muodostavat vettä -liukoinen muoto, joka kulkeutuu helposti elimestä toiseen);
• α- ja β-globuliinit osallistuvat kolesterolin aineenvaihduntaan (katso edellä), mikä määrää niiden roolin ateroskleroosin kehittymisessä, joten ei ole yllättävää, että lipidien kertymisen yhteydessä esiintyvissä patologioissa beeta-fraktion arvot muuttuvat ylöspäin. ;
• Globuliinit (alfa-1-fraktio) sisältävät B12-vitamiinia ja tiettyjä hormoneja;
• Alfa-2-globuliini on osa haptoglobiinia, joka osallistuu erittäin aktiivisesti redox-prosesseihin - tämä akuutin vaiheen proteiini sitoo vapaata hemoglobiinia ja estää siten raudan poistumisen kehosta;
• Osa beetaglobuliineista yhdessä gammaglobuliinien kanssa ratkaisee kehon immuunipuolustuksen ongelmia, eli ne ovat immunoglobuliineja;
• Alfa-, beeta-1- ja beeta-2-fraktioiden edustajat sietävät steroidihormoneja, A-vitamiinia (karoteenia), rautaa (transferriini), kuparia (seruloplasmiinia).

Ilmeisesti ryhmänsä sisällä globuliinit eroavat jonkin verran toisistaan ​​(ensisijaisesti toiminnallisessa tarkoituksessaan).

On huomioitava, että iän myötä tai tiettyjen sairauksien yhteydessä maksa saattaa alkaa tuottaa ei aivan normaaleja alfa- ja beetaglobuliineja, kun taas proteiinin makromolekyylin muuttunut tilarakenne ei vaikuta parhaiten globuliinien toimintakykyyn.

Gammaglobuliinit

Gammaglobuliinit ovat veriplasman proteiineja, joilla on alhaisin elektroforeettinen liikkuvuus; nämä proteiinit muodostavat suurimman osan luonnollisista ja hankituista (immuuni)vasta-aineista (AT). Gammaglobuliineja, jotka muodostuvat kehossa vieraan antigeenin kohtaamisen jälkeen, kutsutaan immunoglobuliineiksi (Ig). Tällä hetkellä sytokemiallisten menetelmien tultua laboratoriopalveluun on tullut mahdolliseksi tutkia seerumia immuuniproteiinien ja niiden pitoisuuksien määrittämiseksi siinä. Kaikilla immunoglobuliineilla, ja niitä on 5 luokkaa, ei ole samaa kliinistä merkitystä, lisäksi niiden plasmapitoisuus riippuu iästä ja muutoksista eri tilanteissa (tulehdussairaudet, allergiset reaktiot).

Taulukko 2. Immunoglobuliinien luokat ja niiden ominaisuudet

Immunoglobuliiniluokka (Ig).	Plasman (seerumin) pitoisuus, %	Pääasiallinen toiminnallinen tarkoitus
G	OK. 75	Antitoksiinit, viruksia ja grampositiivisia mikrobeja vastaan ​​suunnatut vasta-aineet;
A	OK. kolmetoista	Anti-insulaariset vasta-aineet diabetes mellituksessa, kapselin mikro-organismeja vastaan ​​suunnatut vasta-aineet;
M	OK. 12	Suunta - virukset, gram-negatiiviset bakteerit, Forsman- ja Wasserman-vasta-aineet.
E	0,0…	Reagins, spesifiset vasta-aineet erilaisia ​​(tiettyjä) allergeeneja vastaan.
D	Alkiossa, lapsilla ja aikuisilla, on mahdollista havaita jälkiä	Niitä ei oteta huomioon, koska niillä ei ole kliinistä merkitystä.

Eri ryhmien immunoglobuliinien pitoisuudessa on havaittavia vaihteluita nuorempien ja keski-ikäisten lasten lapsilla (johtuen pääasiassa luokan G immunoglobuliinista, joissa havaitaan melko korkeita pitoisuuksia - jopa 16 g / l). Kuitenkin noin 10 vuoden iän jälkeen, kun rokotukset tehdään ja tärkeimmät lapsuuden infektiot siirtyvät, Ig:n (mukaan lukien IgG) pitoisuus laskee ja asettuu aikuisten tasolle:

IgM - 0,55 - 3,5 g/l;

IgA - 0,7 - 3,15 g/l;

IgG - 0,7 - 3,5 g/l;

fibrinogeeni

Ensimmäinen hyytymistekijä (FI - fibrinogeeni), joka hyytymän muodostumisen aikana siirtyy fibriiniksi, joka muodostaa konvoluution (fibrinogeenin läsnäolo plasmassa erottaa sen seerumista), itse asiassa viittaa globuliineihin.

Fibrinogeeni saostetaan helposti 5-prosenttisella etanolilla, jota käytetään proteiinien fraktioinnissa, sekä puolikyllästetyllä natriumkloridiliuoksella, plasmakäsittelyllä eetterillä ja uudelleenjäädytyksessä. Fibrinogeeni on lämpölabiili ja laskostuu kokonaan 56 asteen lämpötilassa.

Ilman fibrinogeenia fibriiniä ei muodostu, eikä verenvuoto pysähdy ilman sitä. Tämän proteiinin siirtyminen ja fibriinin muodostuminen suoritetaan trombiinin (fibrinogeeni → välituote - fibrinogeeni B → verihiutaleiden aggregaatio → fibriini) osallistumisen kautta. Hyytymistekijäpolymeroinnin alkuvaiheet voidaan kääntää, mutta fibriiniä stabiloivan entsyymin (fibrinaasin) vaikutuksesta stabiloituminen tapahtuu ja käänteisreaktion kulku on poissuljettu.

Osallistuminen veren hyytymisreaktioon on fibrinogeenin pääasiallinen toiminnallinen tarkoitus, mutta sillä on myös muita hyödyllisiä ominaisuuksia, esimerkiksi tehtäviään suorittaessaan se vahvistaa verisuonen seinämää, tekee pienen "korjauksen", kiinnittyy endoteeliin ja siten sulkea pieniä vikoja, joita sitten syntyy ihmisen elämän aikana.

Plasman proteiinit laboratorioparametreina

Laboratorio-olosuhteissa plasmaproteiinien pitoisuuden määrittämiseksi voit työskennellä plasman kanssa (veri otetaan koeputkeen antikoagulantilla) tai suorittaa tutkimus seerumista, joka on otettu kuivaan astiaan. Seerumin proteiinit eivät eroa plasmaproteiineista, lukuun ottamatta fibrinogeenia, joka, kuten tiedätte, puuttuu veren seerumista ja joka ilman antikoagulanttia muodostaa hyytymän. Perusproteiinit muuttavat digitaalisia arvojaan veressä erilaisten patologisten prosessien aikana.

Albumiinipitoisuuden nousu seerumissa (plasmassa) on harvinaisin ilmiö, joka ilmenee kuivumisen tai suurien albumiinipitoisuuksien liiallisen nauttimisen (laskimonsisäisen annostelun) yhteydessä. Albumiinipitoisuuden lasku voi viitata maksan toiminnan heikkenemiseen, munuaisongelmiin tai ruoansulatuskanavan häiriöihin.

Proteiinifraktioiden lisääntyminen tai väheneminen on ominaista useille patologisille prosesseille, esimerkiksi akuutin faasin proteiinit alfa-1- ja alfa-2-globuliinit, nostaen arvojaan, voivat viitata hengityselimiin (keuhkoputket, keuhkot) lokalisoituneeseen akuuttiin tulehdusprosessiin, joka vaikuttaa eritysjärjestelmään (munuaisiin) tai sydänlihakseen. (sydäninfarkti).

Erityinen paikka erilaisten sairauksien diagnosoinnissa on gammaglobuliinien (immunoglobuliinien) fraktiolla. Vasta-aineiden määritys auttaa tunnistamaan tartuntataudin lisäksi myös sen vaiheen. Tarkemmat tiedot eri proteiinien arvojen muutoksesta (proteinogrammi), lukija voi löytää erillisestä.

Poikkeamat fibrinogeenin normista ilmenevät häiriöinä hemokoagulaatiojärjestelmässä, joten tämä proteiini on tärkein veren hyytymiskyvyn laboratorioindikaattori (koagulogrammi, hemostasiogrammi).

Mitä tulee muihin ihmiskeholle tärkeisiin proteiineihin, seerumia tutkittaessa tietyillä menetelmillä löytyy melkein mitä tahansa, mikä kiinnostaa sairauksien diagnosointia. Esimerkiksi laskemalla näytteen konsentraation (beeta-globuliini, akuutin faasin proteiini) ja pitämällä sitä paitsi "vehikkelinä" (vaikka tämä on luultavasti ensisijainen), lääkäri tietää näytteen proteiinisitoutumisasteen. punasolujen vapauttama rautarauta, koska Fe 3+ , kuten tiedät, ollessaan vapaassa tilassa kehossa antaa selvän myrkyllisen vaikutuksen.

Seerumin tutkiminen pitoisuuden määrittämiseksi (akuutin vaiheen proteiini, metalliglykoproteiini, kuparin kantaja) auttaa diagnosoimaan niin vakavan patologian kuin Konovalov-Wilsonin taudin (hepatocerebraalinen rappeuma).

Siten plasmaa (seerumia) tutkimalla on mahdollista määrittää siinä sekä elintärkeiden proteiinien että verikokeessa patologisen prosessin indikaattorina esiintyvien proteiinien pitoisuus (esim.).

Veriplasma on lääke

Plasman valmistus terapeuttisena aineena alkoi viime vuosisadan 30-luvulla. Nyt luonnollista plasmaa, joka on saatu muodostuneiden alkuaineiden spontaanilla sedimentoinnilla 2 päivän sisällä, ei ole käytetty pitkään aikaan. Vanhentuneet korvattiin uusilla verenerotusmenetelmillä (sentrifugointi, plasmafereesi). Valmistuksen jälkeen veri sentrifugoidaan ja jaetaan komponentteihin (plasma + muotoiltuja elementtejä). Tällä tavalla saatu veren nestemäinen osa yleensä jäädytetään (tuorejäädytetty plasma) ja hepatiittitartunnan välttämiseksi lähetetään karanteenivarastointiin erityisesti hepatiitti C, jolla on melko pitkä itämisaika. Tämän biologisen väliaineen jäädyttäminen erittäin matalissa lämpötiloissa mahdollistaa sen varastoinnin vuoden tai kauemmin, jotta sitä voidaan myöhemmin käyttää valmisteiden (kryosakka, albumiini, gammaglobuliini, fibrinogeeni, trombiini jne.) valmistukseen.

Tällä hetkellä veren nestemäinen osa siirtoja varten valmistetaan yhä enemmän plasmafereesillä, joka on luovuttajien terveydelle turvallisin. Sentrifugoinnin jälkeen muodostuneet elementit palautetaan suonensisäisellä annolla, ja verenluovuttaneen henkilön kehossa plasman mukana menetetyt proteiinit uusiutuvat nopeasti, saavuttavat fysiologisen normin, mutta eivät riko itse kehon toimintoja.

Useissa patologisissa olosuhteissa siirretyn tuoreen pakastetun plasman lisäksi terapeuttisena aineena käytetään immuuniplasmaa, joka on saatu luovuttajan immunisoinnin jälkeen tietyllä rokotteella, esimerkiksi stafylokokkitoksoidilla. Tällaista plasmaa, jolla on korkea stafylokokkivasta-aineiden tiitteri, käytetään myös antistafylokokki-gammaglobuliinin (ihmisen antistafylokokki-immunoglobuliini) valmistukseen - lääke on melko kallis, koska sen tuotanto (proteiinien fraktiointi) vaatii huomattavaa työtä ja materiaalia. kustannuksia. Ja sen raaka-aine on veriplasma immunisoitu lahjoittajia.

Palamista estävä plasma on myös eräänlainen immuuniympäristö. On jo pitkään havaittu, että tällaisen kauhun kokeneiden ihmisten veressä on aluksi myrkyllisiä ominaisuuksia, mutta kuukauden kuluttua siitä alkaa havaita polttomyrkkyjä (beeta- ja gammaglobuliineja), jotka voivat auttaa "epäonnessa olevia ystäviä" palovamman akuutti kausi.

Tietenkin tällaisen terapeuttisen aineen saamiseen liittyy tiettyjä vaikeuksia huolimatta siitä, että toipumisjakson aikana kadonnut nestemäinen osa verestä täydennetään luovuttajan plasmalla, koska palaneiden ihmisten keho kokee proteiinin ehtymisen. kuitenkin luovuttaja on oltava aikuinen ja muutoin terve, ja hänen plasmansa tulee olla tietty vasta-ainetiitteri (vähintään 1:16). Toipilasplasman immuuniaktiivisuus säilyy noin kaksi vuotta, ja kuukauden kuluttua toipumisesta se voidaan ottaa toipilaan luovuttajilta ilman korvausta.

Hemofiliasta tai muusta hyytymispatologiasta kärsivien henkilöiden luovuttajan veren plasmasta, johon liittyy antihemofiilisen tekijän (FVIII), von Willebrandin tekijän (VWF) ja fibrinaasin (faktori XIII, FXIII) väheneminen, saadaan hemostaattista ainetta nimeltä kryopresipitaatti. valmis. Sen vaikuttava aine on hyytymistekijä VIII.

Video: veriplasman keräämisestä ja käytöstä

Plasman proteiinien fraktiointi teollisessa mittakaavassa

Koko plasman käyttö nykyaikaisissa olosuhteissa ei kuitenkaan ole aina perusteltua. Lisäksi sekä terapeuttisesta että taloudellisesta näkökulmasta. Jokaisella plasmaproteiinilla on omat ainutlaatuiset fysikaalis-kemialliset ja biologiset ominaisuutensa. Ja tällaisen arvokkaan tuotteen ajattelemattomasti infusointi henkilölle, joka tarvitsee tiettyä plasmaproteiinia, eikä kaikkea plasmaa, ei ole järkevää, lisäksi se on materiaalisesti kallista. Eli sama annos veren nestemäistä osaa, jaettuna komponentteihin, voi hyödyttää useita potilaita, ei yhtä potilasta, joka tarvitsee erillistä lääkettä.

Lääkkeiden teollinen tuotanto tunnustettiin maailmassa Harvardin yliopiston tutkijoiden tähän suuntaan tapahtuneen kehityksen jälkeen (1943). Plasmaproteiinien fraktiointi perustui Kohn-menetelmään, jonka ydin on proteiinifraktioiden saostaminen lisäämällä asteittain etyylialkoholia (konsentraatio ensimmäisessä vaiheessa - 8%, loppuvaiheessa - 40 %) matalissa lämpötiloissa (- 3ºС - vaihe I, -5ºС - viimeinen) . Tietenkin menetelmää on muokattu useita kertoja, mutta nyt (eri muunnelmina) sitä käytetään verituotteiden saamiseksi kaikkialla planeetalla. Tässä hänen lyhyt esittelynsä:

• Proteiini saostuu ensimmäisessä vaiheessa fibrinogeeni(sakka I) - tämä tuote siirtyy erityisen käsittelyn jälkeen lääketieteelliseen verkkoon omalla nimellään tai sisällytetään verenvuodon pysäytyssarjaan, nimeltään "Fibrinostaat");
• Prosessin toinen vaihe on supernatantti II + III ( protrombiini, beeta- ja gammaglobuliinit) - tämä osa menee lääkkeen tuotantoon normaali ihmisen gammaglobuliini, tai se julkaistaan ​​korjaustoimenpiteenä nimeltä antistafylokokki gammaglobuliini. Joka tapauksessa toisessa vaiheessa saadusta supernatantista on mahdollista valmistaa valmiste, joka sisältää suuren määrän antimikrobisia ja antiviraalisia vasta-aineita;
• Prosessin kolmas, neljäs vaihe tarvitaan päästäkseen sedimenttiin V ( albumiini+ globuliinien sekoitus);
• 97 – 100% albumiini se tulee ulos vasta loppuvaiheessa, jonka jälkeen albumiinin kanssa työskentely kestää kauan, kunnes se saapuu lääketieteellisiin laitoksiin (5, 10, 20% albumiinia).

Mutta tämä on vain lyhyt hahmotelma, tällainen tuotanto vie todella paljon aikaa ja vaatii useiden eri pätevyyden omaavien henkilöiden osallistumista. Prosessin kaikissa vaiheissa tulevaisuuden arvokkain lääke on eri laboratorioiden (kliiniset, bakteriologiset, analyyttiset) jatkuvassa valvonnassa, koska kaikkien verituotteen parametrien ulostulossa on noudatettava tiukasti kaikkia verensiirtoväliaineen ominaisuuksia.

Siten plasma, sen lisäksi, että se on osa verta, varmistaa elimistön normaalin toiminnan, voi olla myös tärkeä terveydentilaa kuvaava diagnostinen kriteeri tai se voi ainutlaatuisia ominaisuuksiaan hyödyntäen pelastaa muiden ihmisten hengen. Eikä kaikki ole kiinni veriplasmasta. Emme alkaneet antaa täydellistä kuvausta kaikista sen proteiineista, makro- ja mikroelementeistä, kuvailla sen toimintoja perusteellisesti, koska kaikki vastaukset jäljellä oleviin kysymyksiin löytyvät VesselInfon sivuilta.

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö

Liittovaltion koulutusvirasto

Tyynenmeren osavaltion talousyliopisto

Fysiikan laitos

Aihe: Plasma - aineen neljäs tila

Esitetty:

Aggregaattitila - aineen tila, jolle ovat ominaisia ​​tietyt laadulliset ominaisuudet: kyky tai kyvyttömyys ylläpitää tilavuutta ja muotoa, pitkän ja lyhyen kantaman järjestyksen olemassaolo tai puuttuminen ja muut. Aggregaatiotilan muutokseen voi liittyä hyppymäinen muutos vapaassa energiassa, entropiassa, tiheydessä ja muissa fysikaalisissa perusominaisuuksissa.

Tiedetään, että mikä tahansa aine voi olla vain yhdessä kolmesta tilasta: kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen, josta klassinen esimerkki on vesi, joka voi olla jään, nesteen ja höyryn muodossa. Näissä kiistattomissa ja yleisissä tiloissa on kuitenkin hyvin vähän aineita, jos tarkastelemme koko universumia kokonaisuutena. Ne tuskin ylittävät sitä, mitä kemiassa pidetään vähäpätöisinä jälkinä. Kaikki muut universumin ainekset ovat niin sanotussa plasmatilassa.

Sana "plasma" (kreikan sanasta "plasma" - "koristeltu") XIX-luvun puolivälissä

sisään. alkoi kutsua veren väritöntä osaa (ilman punaista ja valkoista ruumista) ja

nestettä, joka täyttää elävät solut. Vuonna 1929 amerikkalaiset fyysikot Irving Langmuir (1881-1957) ja Levi Tonko (1897-1971) nimesivät kaasupurkausputkessa olevan ionisoidun kaasun plasmaksi.

Englantilainen fyysikko William Crookes (1832-1919), joka opiskeli sähköä

purkaus putkissa, joissa on harvinainen ilma, kirjoitti: "Ilmiöt evakuoitiin

putket avaavat fysikaaliselle tieteelle uuden maailman, jossa aine voi olla neljännessä tilassa."

Lämpötilasta riippuen mikä tahansa aine muuttaa sen

kunto. Joten vesi negatiivisissa (Celsius) lämpötiloissa on kiinteässä tilassa, välillä 0 - 100 "C - nestemäisessä tilassa, yli 100 ° C - kaasumaisessa tilassa. Jos lämpötila jatkaa nousuaan, atomit ja molekyylit alkavat menettää elektronejaan - ne ionisoituvat ja kaasu muuttuu plasmaksi.Yli 1000000 °C:n lämpötiloissa plasma on täysin ionisoitunut - se koostuu vain elektroneista ja positiivisista ioneista.Plasma on yleisin aineen tila luonnossa, se selittää noin 99 % maailmankaikkeuden massasta. Aurinko, useimmat tähdet, sumut ovat täysin ionisoituneita plasmaa Maan ilmakehän ulompi osa (ionosfääri) on myös plasmaa.

Vielä korkeammat ovat plasmaa sisältävät säteilyvyöt.

Revontulet, salamat, pallot mukaan lukien, ovat kaikki erilaisia ​​plasmatyyppejä, joita voidaan havaita luonnollisissa olosuhteissa maan päällä. Ja vain merkityksetön osa universumista koostuu kiinteässä olomuodossa olevasta aineesta - planeetoista, asteroideista ja pölysumuista.

Plasma ymmärretään fysiikassa kaasuksi, joka koostuu sähköisesti

varautuneita ja neutraaleja hiukkasia, joissa kokonaissähkövaraus on nolla, t. kvasineutraaliuden ehto täyttyy (siksi esimerkiksi tyhjiössä lentävä elektronisuihku ei ole plasma: se kantaa negatiivista varausta).

1.1. Plasman tyypillisimmät muodot

Plasman tyypillisimmät muodot
Keinotekoisesti luotu plasma Plasmapaneeli (TV, näyttö) Aine loistelamppujen (mukaan lukien kompaktien) ja neonlamppujen sisällä Plasmarakettimoottorit Otsonigeneraattorin kaasupurkauskorona Ohjattu lämpöydinfuusiotutkimus Sähkökaari kaarilampussa ja kaarihitsauksessa Plasmalamppu (katso kuva) Valokaaripurkaus Teslan muuntajasta Lasersäteilyn vaikutus aineeseen Ydinräjähdyksen hehkuva pallo	Maanpäällinen luonnollinen plasma Saint Elmon ionosfääriliekkien salamat (alhaisen lämpötilan plasma)	Avaruus ja astrofyysinen plasma Aurinko ja muut tähdet (jotka ovat olemassa lämpöydinreaktioiden seurauksena) Aurinkotuuli Ulkoavaruus (planeettojen, tähtien ja galaksien välinen tila) Tähtienväliset sumut

Plasman ominaisuudet ja parametrit

Plasmalla on seuraavat ominaisuudet:

Riittävä tiheys: Varautuneiden hiukkasten on oltava riittävän lähellä toisiaan, jotta jokainen niistä on vuorovaikutuksessa lähekkäin olevien varautuneiden hiukkasten järjestelmän kanssa. Ehto katsotaan täytetyksi, jos varautuneiden hiukkasten määrä vaikutusalueella (pallo, jonka säde on Debye) on riittävä kollektiivisten vaikutusten esiintymiseen (sellaiset ilmenemismuodot ovat plasman tyypillinen ominaisuus). Matemaattisesti tämä ehto voidaan ilmaista seuraavasti:

, missä on varautuneiden hiukkasten pitoisuus.

Sisäisten vuorovaikutusten prioriteetti: Debye-seulontasäteen tulee olla pieni verrattuna plasman ominaiskokoon. Tämä kriteeri tarkoittaa, että plasman sisällä tapahtuvat vuorovaikutukset ovat merkittävämpiä kuin vaikutukset sen pinnalle, mikä voidaan jättää huomiotta. Jos tämä ehto täyttyy, plasmaa voidaan pitää lähes neutraalina. Matemaattisesti se näyttää tältä:

Plasman taajuus: Keskimääräisen ajan hiukkasten törmäysten välillä on oltava suuri verrattuna plasman värähtelyjaksoon. Nämä värähtelyt johtuvat sähkökentän vaikutuksesta varaukseen, joka syntyy plasman kvasineutraaliuden rikkomisesta. Tämä kenttä pyrkii palauttamaan häiriintyneen tasapainon. Palattuaan tasapainoasentoon, varaus ohittaa tämän asennon hitaudella, mikä taas johtaa voimakkaan paluukentän ilmaantumiseen, esiintyy tyypillisiä mekaanisia värähtelyjä. Kun tämä ehto täyttyy, plasman sähködynaamiset ominaisuudet hallitsevat molekyylikineettisiä ominaisuuksia. Matematiikan kielellä tällä ehdolla on muoto:

2.1. Luokitus

Plasma jaetaan yleensä ihanteelliseen ja ei-ideaaliseen, matalalämpötilaiseen ja korkeaan lämpötilaan, tasapainoon ja epätasapainoon, kun taas melko usein kylmä plasma on epätasapainoinen ja kuuma plasma on tasapainoinen.

2.2. Lämpötila

Lukiessaan populaaritieteellistä kirjallisuutta lukija näkee usein plasman lämpötiloja, jotka ovat luokkaa kymmeniä, satoja tuhansia tai jopa miljoonia °C tai K. Plasman kuvaamiseksi fysiikassa on kätevää mitata lämpötilaa ei °C:na, vaan hiukkasten liikkeen ominaisenergian yksiköissä, esimerkiksi elektronivoltteina (eV). Lämpötilan muuntamiseen eV:ksi voit käyttää seuraavaa suhdetta: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Siten käy selväksi, että "kymmenien tuhansien ° C" lämpötila on melko helposti saavutettavissa.

Epätasapainoisessa plasmassa elektronien lämpötila ylittää olennaisesti ionien lämpötilan. Tämä johtuu ionin ja elektronin massojen eroista, mikä estää energianvaihtoprosessia. Tämä tilanne syntyy kaasupurkauksissa, kun ionien lämpötila on noin satoja ja elektronien noin kymmeniä tuhansia K.

Tasapainoplasmassa molemmat lämpötilat ovat samat. Koska ionisaatioprosessin toteuttamiseen tarvitaan ionisaatiopotentiaaliin verrattavissa olevia lämpötiloja, tasapainoplasma on yleensä kuumaa (yli useiden tuhansien K lämpötilassa).

Korkean lämpötilan plasman käsitettä käytetään yleensä fuusioplasmassa, joka vaatii miljoonien K lämpötiloja.

2.3. Ionisaatioaste

Jotta kaasu pääsisi plasmatilaan, se on ionisoitava. Ionisaatioaste on verrannollinen elektroneja luovuttaneiden tai absorboineiden atomien lukumäärään ja riippuu ennen kaikkea lämpötilasta. Jopa heikosti ionisoidulla kaasulla, jossa alle 1 % hiukkasista on ionisoituneessa tilassa, voi olla joitain tyypillisiä plasmaominaisuuksia (vuorovaikutus ulkoisen sähkömagneettisen kentän kanssa ja korkea sähkönjohtavuus). Ionisaatioaste α määritellään seuraavasti: α = ni/(ni + na), missä ni on ionien pitoisuus ja na on neutraalien atomien pitoisuus. Vapaiden elektronien pitoisuus varautumattomassa plasmassa ne määräytyy ilmeisellä suhteella: ne= ni, missä - plasma-ionien varauksen keskiarvo.

Matalan lämpötilan plasmalle on ominaista alhainen ionisaatioaste (jopa 1 %). Koska tällaisia ​​plasmoja käytetään melko usein teknologisissa prosesseissa, niitä kutsutaan joskus teknisiksi plasmoiksi. Useimmiten ne luodaan käyttämällä sähkökenttiä, jotka kiihdyttävät elektroneja, jotka puolestaan ​​​​ionisoivat atomeja. Sähkökentät tuodaan kaasuun induktiivisella tai kapasitiivisella kytkennällä (katso induktiivisesti kytketty plasma). Tyypillisiä matalan lämpötilan plasman käyttökohteita ovat plasmapinnan modifiointi (timanttikalvot, metallin nitraus, kostuvuuden modifiointi), plasmapinnan etsaus (puolijohdeteollisuus), kaasun ja nesteen puhdistus (veden otsonointi ja noenpoltto dieselmoottoreissa).