УДК 539.16.07:612.087.1+340.624.411

Физика/4. Применение физических методов в медицине

К.мед.н. Шаплавський М.В.¹, Гуцул О.В.¹, Буждиган В.В.¹,

к. фіз.-мат.н. Слободян В.З.²

¹Буковинський державний медичний університет, Україна

²Чернівецький національний університет ім. Ю.Федьковича, Україна

Електромагнітні параметри еритроцитів

Вступ. Всі реологічні параметри крові – електропровідність, в’язкість, заряд еритроцитів та їх магнітна індукція взаємозалежні фізично і математично ідентифіковані. Щодо магнітних властивостей еритроцитів [1], то численні посилання в літературі на їх наявність, як таких, не підтверджені експериментальними дослідженнями, що вказували б чітко на їх фізичну природу, на можливість їх вимірювання, біофізичну роль магнітних властивостей у гемодинаміці тощо. Про виключну актуальність цієї проблеми свідчать відомості про вагомі асигнування на програму її розробки [2].

Створення електронного вимірювального комплексу реологічних параметрів крові, що відповідав би вимогам біоінертизації, є наріжною умовою успіху подібної програми, що аргументовано нами раніше [3, 4].

Результати дослідження та їх обговорення. Ми виходили з того, що у фронті крові, що рухається в капілярі слідом за фізіологічним розчином або плазмою, проводиться спостереження добротності (Q-фактора) шару рухливих іонів крові, що складають дзета-потенціал еритроцитів (ξ) за умови дії дифузії. Власне, таким способом ми скануємо добротністю поверхневі шари приеритроцитарних іонів (шари Штерна і Гуі), за взаємодії з некомпенсованими електронами [3]. Виявлено перехід рухливих іонів у приеритроцитарну зону (фронту) крові. (рис. 1). На рис. 1 показана суперпозиція заряду еритроцитів за добротністю і наслідки дії магнітного поля еритроцитів у трьох донорів до і після уведення адреналіну.

Рис. 1. Динаміка добротності (uQ, мВ) та струму (I, мкA) в часі (t, c) за проходження крові донорів у капілярі до уведення адреналіну: 1 - приеритроцитарна зона (зменшення добротності); 2 – спад електропровідності соленоїда (за відсутності магнітного поля еритроцитів електропровідність мала б зрости); А, Б, В - позначення донорів, де зареєстрована добротність потоку з еритроцитами до уведення адреналіну (контроль).

Вдалося довести факт спаду електропровідності в приеритроцитарному шарі плазми. Отже, оскільки концентрація катіонів плазми є незмінною, елементарним є висновок про їх перехід із вектора електропровідності соленоїда до вихрового (перпендикулярного до нього) електричного поля еритроцитів, тобто, відбувається захват катіонів вихровим електричним полем магнітного потоку еритроцитів (детальні пояснення див. також рис. 2).

Другим феноменом, що був виявлений за спостереження магнітного поля еритроцитів, є його залежність від динаміки їх заряду. У випадку надходження крові до соленоїда, носієм такого поля виступають еритроцити. Власне, взаємодія оптимального за енергією магнітного поля соленоїда з магнітним полем еритроцитів і лягла в основу компенсаційної схеми програмного розрахунку конкретних параметрів електромагнетизму червоних кров’яних тілець. Вони наступні: магнітний потік Ф_ер = 124,4 ∙ 10^-9 Вб ; магнітна індукція В_ер = 1,1 ∙ 10 ^-3 Тл.

Рис. 2. Теоретичне пояснення дії магнітного поля еритроцитів у фронті крові, що рухається в капілярному соленоїді:

1 – вектор – рівень струму капілярного соленоїда, в якому рухається кров слідом за ізотонічним розчином; 2 – магнітний потік еритроцитів у фронті крові; 3 – вектор вихрового електричного поля еритроцитів (спад електропровідності соленоїда); 4 – магнітоелектричний модуль крові (еритроцит: Н – напруженість магнітного поля, Е – напруженість вихрового електричного поля); 5 – зменшення струму в масиві крові за рахунок малорухливих носіїв зарядів (білки, формені елементи).

Рівень відхилення від квазірівноважного стану еритроцитів крові чутливий до дії адреналіну, зумовлений змінами їх заряду за дії факторів, які впливають на кров задовго до експерименту, що копіює їх поведінку in vivo.

При зростанні амплітуди зовнішнього змінного магнітного поля в приеритроцитарній зоні породжуються вихрові електричні поля як вільних додатніх іонів, так і вихрові електричні поля, пов’язані з обертанням еритроцитів, поверхневий заряд яких має фіксований від’ємний знак (рис. 2). Вихрове електричне поле еритроцитів, що обертаються, неминуче породжує магнітне поле еритроцитів. Саме воно у свою чергу взаємодіє зі зростаючим за амплітудою зовнішнім змінним магнітним полем соленоїда. Власне, зазначені взаємодії і створюють квазірівноважний стан, чутливий до дії зовнішніх щодо еритроцита антагоністичних чинників. Дія адреналіну на кров якраз і дозволила виявити існування квазірівноважного стану і вияснити механізм його зміни.

Висновок. Дані дослідження підтверджують припущення ряду авторів про фізичний зв’язок біомагнітного поля клітин із динамікою їх поверхневого заряду [5]. З’ясована фізична природа та біоенергетичний зміст магнітного поля еритроцитів та визначено його конкретні параметри.

Література:

1. Чижевский А.Л. Электрические и магнитные свойства эритроцитов / А.Л. Чижевский. – Киев: Наукова думка, 1973. – 94 с.

2. Reducing blood viscosity with magnetic fields. R. Tao, K. Huang // Phys. Rev. - 2011. – E 84, 011905. – P. 5.

3. O.В. Гуцул, Н.В. Шаплавский, В.З. Слободян. Электромагнитная индукция в биометрии крови // Прикладная радиоэлектроника. – 2012, - Т. 11, № 3, С. 342-346.

4. Gutsul, O., Shaplavsky, N., Buzhdygan, V. and Slobodian, V. (2012) A charge of the erythrocyte test by automated method. Journal of Biomedical Science and Engineering, V5, №4, 186-189.

5. Медицинская электронная библиотека. Магнитные поля биологического происхождения /© rosmedic.ru 2006 – 2011 Rambler’s Top 100.