Чижевский, Александр Леонидович - Электрические и магнитные свойства эритроцитов. Загадка "монетных столбиков" Электрические и магнитные свойства эритроцитов

Текст статьи

Бочаров Михаил Евгеньевич,Кандидат технических наук, заведующийкафедрой «Электроснабжение сельского хозяйства и теоретических основ электротехники», ФГБОУ ВПО "Волгоградский государственный аграрный университет", г. Волгоград[email protected]

Электрическая составляющая кровообращения

Аннотация.Статья в популярной форме представляет гипотезу механизма кровообращения, в котором основной энергетической составляющей являются силы взаимодействия электрических зарядов. На основе личных исследований автора и анализа известных фактов рассмотрены «электрические» принципы кровообращения и пограничные состояния, такие как, повреждение стенки сосуда или образование тромба. В статье затронуты вопросы взаимодействия электрических зарядов внутри других органов и тканей организма. Работа будет интересна широкому кругу специалистов интересующихся биологией и медициной.Ключевые слова:электростатический коллоид, электропульсация, электрогенез, электрозаряд эритроцита.

Окружающая живой организм природа (земля и воздух) имеет исторически сложившийся отрицательный электрический заряд. В силу эволюционного развития «…все жидкие среды организма (протоплазма клеток, межклеточная жидкость, лимфа и кровь) являются электростатическими коллоидами, т.к. их частицы имеют отрицательный заряд. Такой же заряд имеют плазма и все форменные элементы крови (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты), что создает электрораспор (электроотталкивание изза одноименности зарядов) между ними и препятствует их сталкиванию друг с другом и агрегации (слипаемости), а это создает оптимальные условия для циркуляции крови» . Аналогичный механизм электроотталкивания частиц крови рассмотрен и в работе А.А.Микулина .Гипотеза «Электрические процессы внутри организма» основана на предположении, что взаимным отталкиванием электрическая составляющая процесса кровообращения не заканчивается, при этомсуществующая гидродинамическая модель не в полной мере объясняет механизм кровообращения. Прототипом гипотезы послужили исследования авторапо изучению прохождения ионизированного потока воздуха по воздуховодам. Металлическая поверхность воздуховода поглощает ионы и полностью деионизирует воздушный потокуже через несколько метров. Подавая на металлическую и даже заземленную поверхность воздуховода дополнительный одноименный потенциал был получен эффект сохранения уровня ионизированности воздушного потока .Получаемый эффект объясняется тем, что придание внутренней поверхности воздуховода одноименного с ионным потоком потенциала обеспечивает отталкивание имеющих электрический заряд частиц потока от стенок воздуховода, в соответствии с законом Кулона. Между внутренней поверхностью воздуховода и ионами потока создается деионизированный слой газа, благодаря которому ионный поток электрически изолируется от воздуховода и стабилизируется вдоль оси. Проведем аналогию с системой кровоснабжения.Предположим, что в качестве воздуховодов мы имеем сосуды, по которым циркулирует кровь, состоящая на 92% из воды и содержащая различные элементы, а сами стенки сосудов и элементы крови (преимущественно) имеют отрицательный электрический заряд. Это позволяет элементам крови отталкиваться не только друг от друга, но и от отрицательно заряженной стенки сосуда, создавая деионизированный слой. Этот слой не содержит отрицательно заряженных частиц и обеспечивает электрораспор, тонус сосудов и «смазку», которая позволяет снижать трение и улучшать кровоток. Медицине известны факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. Но, все они вызывают большое сомнение вих энергетических возможностях для обеспечения процесса кровообращения (преодоление трения) и обеспечения капиллярного кровотока (в особенности в мозге). Попробуем добавить недостающее звено, а именно принцип электродинамического продвижения крови за счетклеточной энергии сосудов и электростатическую «смазку», уменьшающую трение частиц крови о стенки сосуда за счет упомянутого принципа действия деионизированного слоя.Рассмотрев единичный сосуд, можно легко представить работу мышц сосуда по проталкиванию крови или картину соотношения давлений, обеспечивающих движение жидкости в капиллярах, межклеточном пространстве и лимфатических сосудах. Принцип единичного сосуда, как правило, переноситься на любой орган, который в своем объеме имеет множество разнонаправленных капилляров, и кровь по которым проходит в разных направлениях. Даже не смотря на слаженную работу сфинктеров предкапиллярных артериол, в такой капиллярной сети присутствуют все виды капиллярного кровотока: от равномернобыстрого до обратного тока. А это, согласно законам гидродинамики, ‬хаос, и неминуемо должно привести к остановке всякого кровотока. Но, ведь на практике этого не происходит. Так широко используемая закономерность про количество протекающей по сосудам крови и скорости её движения в зависимости от разности давления в начале и конце сосуда конечно верна, но только если представить, что сосуд водопроводная труба с жесткими и неподвижными стенками, а разница давлений достаточно высока. В действительности, разница давлений в отдельно взятом сосуде невелика и, кроме того, эластичность стенок или работа мышц полностью нивелируют эту разницу даже в артериях, не говоря уже о капиллярах. Кроме того, факт именно сгибания или даже скручивания, а не «сминания», эритроцитов (7,58,3 мкм) в трубочкупри прохождении по узким капиллярам (47 мкм) с точки зрения гидродинамики вообще необъясним. Скорее можно предположить, что избыточное давление утрамбует эритроциты на сужении сосуда и совсем перекроет кровоток. А теперь давайте представим, что по сосудудвижется кровь, отдельные частички, которой имеют определенный электрический заряд, а сам сосуд окружен поверхностью (базальная мембрана, один из слоев сосуда или окружающие сосуд ткани) имеющей аналогичный по знаку заряд. Этим обеспечивается электрораспор, а заряженные частички крови концентрируются вдоль оси сосуда, чем снижается трение о внутреннюю поверхность сосуда. Кроме того, наличие электрических зарядов у частичек крови предотвращает их слипание и трение между собой и сосудом и соответственно образование тромбов. При этом просвет сосуда, а особенно капилляра, поддерживается в максимально открытом состоянии за счет электрораспора, без дополнительного мышечного напряжения, например, в капиллярах, не имеющих мышц, а также в капиллярах снабжающих стенки средних и крупных артерий и вен кровью. Это особенно важно для сосудосодержащих тканей подверженных механическим воздействиям. Например, при внешних (тесная одежда или различные сдавливания) или внутренних(работа скелетных мышц) давлениях на сосуды, согласно только «гидравлической» теории неминуемо приведет к прекращению или значительному снижению кровотока, чего на самом деле не наблюдается (кроме усилий равных кровоостанавливающемужгуту). Давайте, сравним две силы давления, которые оказывают на руку кровоостанавливающий жгут и манжета устройства по методу измерения кровяного давления основанного на акустической регистрации звуковКороткова. В первом случае кровоснабжение ниже жгута отсутствует полностью, а в случае с манжетой тонометра (сфигмоманометра) кровоснабжение отсутствует в полной мере только в крупных венах и артериях. Соответственно и усилия, оказываемые на руку жгутом и манжетой тонометра различно. Так почему же чтобы остановить капиллярное кровообращение, всетаки необходима сила жгута? Ответ возможно прост. Силы электростатического распора действуют на малых расстояниях и более заметны в сосудах малого сечения ‬в капиллярах. Силе сжатия манжеты тонометра сопротивляется в основном, только гидравлическое давление кровии в основном в крупных сосудах. Это давление меньше чем электрораспор. Для преодоления электрораспора, свойственного больше капиллярам, требуется усилие кровоостанавливающего жгута. Вернемся к факту скручивания эритроцитов при прохождении по капиллярам, и опишем механизм «скручивания» исходя из сил взаимодействия электрических зарядов. Предположим, что при снижении диаметра капилляра до размеров эритроцита каждая из точек поверхности эритроцита будет отталкиваться от внутренних одноименно заряженных стенок. Появятся силы направленные на изгибание приводящие к скручиванию.Причем двояковогнутая форма имеющего электрический заряд эритроцита как нельзя лучше подходит для его электростатического скручивания. Вполне вероятно, что поверхностный электрический заряд эритроцита при этом перераспределяется. Утолщенный край при скручивании располагается ближе к центральной впадине, а обратная зеркальность поверхностей краев и центральной части обеспечивает равноудаленность, что означает равное по силе взаимоотталкивание скрученной поверхности эритроцита. Электростатическое влияние на движение крови увеличивается с уменьшением диаметра сосуда. Электродинамическое продвижение крови по сосудам, основано на изменении величины электрического заряда вдоль сосуда в соответствии с пульсовой волной, что является аналогом мышечного вазомоторного воздействия или потенциала действия связанного с активацией и инактивацией ионных мембранных каналов. Кроме того, наверняка часть проблем электродинамического движения крови в мышечных тканях «возложено» на явление пъезоэффекта, а такжена соматическую нервную систему, с использованием касательных синапсов, организующих в сосудах «волну» потенциала действия, по типу возбуждения распространяемого по нервному волокну или согласно теории «местных токов». Каки электростатика, электродинамическое воздействие оказывает более заметное влияние на периферическую систему кровоснабжения. Действие электрического поля на частички крови, имеющие электрический заряд, аналогично работе устройства под названием линейный электродвигатель, где движение электромагнитного поля по линейному статору перемещает вдоль его корпуса ротор. Причем «бегущее» вдоль сосуда кольцевое электрическое поле оказывает механическое действие не только на электрически заряженные, но и на нейтральные частицы, поляризуя их и вовлекая в движение. Для капиллярного продвижения крови по сосудам может играть роль наклона в разные стороны (по направлению кровотока и против него) расположенных в мембранах клеток стенки капилляра натриевых и калиевых ионных каналов. Но, если принципы электродинамики потенциала в клетках (электрогенез) уже достаточно хорошо изучены, то механизм образования «бегущего» вдоль сосуда электрического поля более сложен и не однозначен. Иногда его нарушения диагностируются как «дефицит пульса». Наряду с известными способами электрическую «бегущую» пульсовую волну сосуда может организовывать и механический градиент потенциала пульсирующей крови, воздействуя непосредственно на потенциалочувствительные ионные каналы стенок. Аналогичные процессы известны на примерах механочувствительных ионных каналов волосковых клеток слухового аппарата и ионных теорий возбуждения (воснове которых лежит предположение отом, чтопричиной возникновения возбуждения является изменение концентрации ионоввнутри ивнеклетки). Процесс организации кровотока в этом случае будет следующим ‬механическийимпульс крови (из более крупного сосуда) запускает механизм, который провоцирует изменение мембранного потенциала (за счет внутренней энергии клетки), а последовательная электропульсация мембран клеток вдоль капилляра обеспечивает и усиливает кровоток по капилляру. Так механическое давление пульсации поступающей крови провоцирует ответную реакцию эндотелиальных клеток по электропульсированию потенциала своей мембраны, обращенной внутрь сосуда. И именно участие внутриклеточной энергии объясняет незначительные энергетические затраты на организацию кровотока на уровне капиллярного кровообращения, в особенности для капилляров безмышечного типа. Получается, что основные энергозатраты на организацию кровотока перекладываются на внутриклеточную энергетику, а не наразницу давлений в конце и начале сосуда или другие факторы известные, как факторы обеспечивающие движение крови. Этот способ дополняет механизмы электроосмоса, электрогенезаи внешнего «бегущего» электрического потенциала, организованного сердцем и нервной системой, для сосудов, не имеющих мускульных слоев и лишенных непосредственного контакта с сосудосуживающими и сосудорасширяющими нервами, и может быть определен как ‬электротаксис крови.Не исключена возможность и обратной связи, а именно спровоцированная пульсацией крови электропульсация клеток сосуда преодолевая потенциальный порог своих внешних (от потока крови) мембран, провоцирует последовательные дополнительные (кроме непосредственного воздействия через сосудорегулирующие нервы) сокращения мышц капилляра (микровибрацию, аналог вибрационная гипотеза Аринчина ). Мышечное сокращение происходит естественно с небольшим временным отставанием от электропульсации, что служит дополнительным продавливающим (скорее додавливающим) фактором движения крови.

По всей видимости, именно этот процесс заметен на добавочной дикротической волне сфигмограммы периферического пульса. Тогда становится ясен процесс взаиморегуляции. Чем сильнее первичный механический импульс с более крупной артерии (например, при резком увеличении нагрузки), чем сильнее вторичный потенциал электропульсации и последующего за ним мышечного сокращения. Здесь необходимо еще раз вернуться к факту сгибания или сворачивания эритроцита при прохождении в тонком капилляре. Тогда можно предположить,что механическое давление края эритроцита при касании стенок вызывает дополнительный ответный отталкивающий электрический импульс внутренней поверхности сосуда(пьезоэффект), направленный на «электростатическое» сгибание или скручивание, а величина этого ответного импульса будет зависеть от силы механического давления эритроцита. Более сложные процессы, с точки зрения взаимодействия электрических зарядов, происходят в поврежденном сосуде при гемостазе с последующим заживлением и регенерацией тканей. Повреждение стенки, а тем более полный разрыв сосуда приводит к нарушению эквипотенциальной поверхности внутренней поверхности его стенок, что естественно резко снижает электрораспор просвета сосуда и приводит к электростатическому притяжению поврежденных его краев. Так как для организации нормального кровообращения созданный отрицательный заряд стенок сосуда (внутренних мембран эндотельных клеток) за счет поляризации обеспечивает нейтральный или даже положительный заряд на внешней стороне клеток эндотелия или базальной мембраны. Разрыв или повреждение сосуда приводит к появлению кулоновских сил взаимодействия между отрицательно заряженными частицами крови (в том числе и тромбоцитами), краем разрыва в эндотелии или положительно заряженными окружающими тканями (т.к. положительный заряд имеют внешние слои кровеносного сосуда). Т.е. возможно,что электрические притяжение тканей имеющих различный электрический заряд «стягивает» края разорванного сосуда. Вероятно, это проявление электротаксиса крови провоцирует спазм сосуда (ангиоспазм).Несмотря на выше приведенные утверждения об общей электроотрицательности крови, фактом остается то, что в крови, а также в отдельных органах, есть и в большом количестве положительные ионы. Но согласно тому, же закону Кулона, единичный положительный ион, находясь внутри отрицательно заряженной окружности (возьмемсрез сосуда малой толщины) будет испытывать притяжение к каждой точке на его внутренней поверхности, что уравновесит силы притяжения от каждой точки окружности. При наличии внутри уже сосуда сконцентрированного вдоль оси отрицательного потока ионов, положительные ионы будут располагаться как внутри потока между отрицательными ионами, так и внутри деионизированного (от отрицательных ионов) слоя плазмы. Ионами в данном случае, также являются все частицы, имеющие определенный электрический заряд (за счет присоединенного или отнятого электрона) или поверхностный электрический заряд нейтральной частицы (за счет объемного перераспределения электрических зарядов). Конечно же, при столкновениях происходит рекомбинация зарядов путем передачи электрона. Кроме того, положительные ионы могут сохранять свой заряд, находясь внутри различных объемно поляризованных молекул, например, того же гемоглобина. Приведенные механизмы достаточно условны, но, тем не менее, благодаря ним положительные ионы сосуществуют и играют свою роль в кровотоке наряду с отрицательными ионами. Это позволяет объяснить общую отрицательность организма и одновременность сосуществования в нем отрицательных и положительно электрически заряженных частиц, что и является принципом электробаланса организма. Так внутри некоторых органов в силу выполняемых ими функций, электроотрицательность может быть ослаблена или полностью отсутствовать, а сам орган или его часть может иметь даже положительный заряд. По всей видимости, это сердце, легкие, потовые и сальные железы, почки, мочевой пузырь и ЖКТ, а также венозная система, в которой описываемые выше механизм кровообращения может на отдельных этапах происходить с обратной полярностью.

Условия принятия или отдачи электрона для ионов Na+, K+, Ca2+ и Mg2+ известны, а вот их направление и интенсивность в организме и его органах могут регулироваться с помощью различных механизмов, в том числе и вегетативной нервной системой. Процесс отдачи электрона (ионизация) может происходить внутри органа, которому необходимы определенные положительные ионы. Например, для деятельности сердца необходимы ионы калия и магния. Вполне вероятно, что атомарный (или в виде доступного для ионизации соединения) калий и магний, попадая внутрь сердца (имеющего положительный электрический заряд)ионизируется, отдавая электрон. Чем больше положительный заряд сердца, тем больше ионов калия и магния может «выделиться» из проходящей через него крови. А что такое увеличение положительного заряда в сердце? Это по какойто причине «попытка» создания «электрического тромба». Т.е. сердечной мышце для преодоления нагрузки необходимы больше K+ и Mg2+ и концентрация этих ионов тут же увеличивается пропорционально увеличению положительного электрического заряда сердца. Таким образом, локальное изменение напряженности электрического поля в органе или в сосуде позволяет «выделять» путем ионизации из крови необходимое количество нужных органу ионов. Особенностью работы сердца является замкнутый электрический принцип работы организованный локализованными электрическими импульсами. Поэтому особенно важно внешне влияние посторонних (для сердца) электрических полей и зарядов. Так действие дефибриллятора основано на деполяризации мембран мышечных клеток (сарколеммы) обеспечивающих при последующих поляризациях их синхронную работу. Иными словами дефибриллятор устраняет «электрический тромб» (локализированное увеличение положительного электрического заряда в области грудном отделе нарушающее установившийся электрообмен между сердцем и легкими, вплоть до остановки сердца) вразличных степенях его проявления, от нарушения ритма, до остановки сердца. Сосуды организма и кровь в большинстве случаев электроотрицательней остальных тканей организма. Но есть и исключения, например, органы выделения, в которых кровь и сосуды могут быть нейтральны или иметь положительный заряд особенно там, где организм сбрасывает положительное «электричество». Такой «сброс» происходит с помощью придания положительного заряда выделяемым из организма веществам. Например, выдыхается положительно заряженный углекислый газ, почки удаляют не только продукты метаболизма и лишнюю воду, но и выделяют положительное «электричество» удаляя Н+ понижая рН. Подтверждением нейтрального или даже положительного электрического заряда почек, может служить применяемый почками способ прокачки крови по капиллярам нефрона, а именно использование своеобразного «ресивера» в виде боуменовой капсулы с различными диаметрами приносящей и выносящей клубочковых артериол. В этом случае почкой может, и не применятся (в виду ее отсутствии) электродинамическая (любого знака) поддержка кровотока, так необходимая для необходимого продвижения крови используется дополнительная гидравлическая поддержка. Такая поддержка обеспечивает локальное повышение давления крови и тем самым обеспечивает кровоток.

Приведенный механизм электростатического и электродинамического действия электрических зарядов на сердечнососудистую систему позволяет по иному представить некоторые известные процессы в кровообращении.

Ссылки на источники1. Скипетров, В.П. Лечение аэроионами кислорода / В.П.Скипетров, Н.Н.Беспалов, А.В.Зорькина. ‬Саранск: «СВМО», 2001. ‬70 с. 2. Микулин, А.А. Активное долголетие / А.А.Микулин. ‬М.: «Физкультура и спорт», 1977. ‬112 с.3. Бочаров,М.Е. Электрические процессы внутри организма: Практическая гипотеза/ М.Е.Бочаров.‬Saarbrucken, Deutschland: LAPLAMBERT, 2015. ‬102 с.4. Бочаров, М.Е. Повышение эффективности аэроионизации птичников с клеточным содержанием: дис. канд. техн. наук: 05.20.02. / Бочаров Михаил Евгеньевич. ‬Москва, 2008. ‬236 с.5. Аринчин, Н.И. Микронасосная деятельность скелетных мышц при их растяжении / Н.И.Аринчин, Г.Ф.Борисевич. ‬Минск: «Наука и техника», 1986. ‬111 с.

Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:

Можно искать по нескольким полям одновременно:

Логически операторы

По умолчанию используется оператор AND .
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:

исследование разработка

Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:

исследование OR разработка

Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:

исследование NOT разработка

Тип поиска

При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":

$ исследование $ развития

Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:

исследование*

Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:

" исследование и разработка"

Поиск по синонимам

Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "# " перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.

# исследование

Группировка

Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:

Приблизительный поиск слова

Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:

бром~

При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:

бром~1

По умолчанию допускается 2 правки.

Критерий близости

Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:

" исследование разработка"~2

Релевантность выражений

Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^ " в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":

исследование^4 разработка

По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.

Поиск в интервале

Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO .
Будет произведена лексикографическая сортировка.

Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.

Кровь созидается в костном мозгу человека. Здесь непрерывно формируются элементы крови, ее клетки — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.
В кроветворении принимают участие также селезенка и лимфатические узлы.

«Монетные столбики», наблюдаемые в микроскоп: 1 — эритроциты; 2 — лейкоциты; 3 — другие элементы крови.

Жизнь кровяных клеток непродолжительна. Эритроциты живут 80—120 дней, лейкоциты — всего 10—12 дней. Но на смену погибшим, распавшимся клеткам непрерывно поступают новые. Кроветворение регулируется нервной системой. Оно зависит также от присутствия в организме витаминов и многих других веществ. В каждом из нас циркулирует около 5—6 л крови, что составляет примерно 1/11 - 1/13 веса взрослого человека. Кровь состоит не только из так называемых форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов). Эти кровяные клетки движутся в жидкой плазме крови.
Эритроциты — мельчайшие красные кровяные тельца поперечником 7—8 микрон — при рассматривании в микроскоп выглядят круглыми, вдавленными с обеих сторон дисками. В объеме крови размером с булавочную головку содержится около 5 миллионов эритроцитов. Лейкоцитов гораздо меньше — на каждые 700 эритроцитов приходится примерно всего 1 лейкоцит.
Состав эритроцитов сложный. Это прежде всего гемоглобин — белковое железосодержащее вещество, придающее крови характерный красный цвет. Кроме того, в состав эритроцитов входят витамины, ферменты и различные соли.
Если каплю крови нанести на предметное стекло микроскопа, поле зрения заполнится огромным количеством эритроцитов. Но вот любопытно — некоторые эритроциты разбросаны не хаотично, а напоминают наполовину рассыпавшиеся столбики из монет. Может быть, эти «монетные столбики» отражают какую-нибудь структурную особенность крови? Или эритроциты сложились в цепочки случайно?
Загадка «монетных столбиков», долгое время мучившая медиков, была объяснена А. Л. Чижевским. В 1959 году издательство Академии наук СССР опубликовало первый том его монографии «Структурный анализ движущейся крови» (второй том готовится к печати). Значение этой работы трудно переоценить. Она была высоко оценена академиком А. Н. Опариным, членом-корреспондентом АН СССР Г. М. Франком, профессором П. А. Коржуевым и другими видными советскими учеными. По мнению гематологов, то, что сделал А. Л. Чижевский, равноценно открытию Гарвеем (XVIII век) кровообращения. Стоит заметить, что к анализу движущейся крови А. Л. Чижевский применил все наиболее совершенные методы современной математики и физики. Суть же этой работы, ее главные идеи и результаты доступны каждому. Подчеркнем, что все, о чем сейчас пойдет речь, было не только теоретически обосновано А. Л. Чижевским, но и проверено им на тысячах лабораторных опытов.
Прежде считалось, что эритроциты в потоке крови движутся совершенно хаотично. Чижевский доказал, что это ire так. Внутри кровеносных сосудов эритроциты образуют стройные кольца, плоскость которых перпендикулярна к оси сосуда. На рисунке изображен в разрезе кровеносный сосуд. Черные, сплюснутые в середине тельца — эритроциты (тоже в разрезе). Все эти концентрические кольца эритроцитов погружены в жидкую, заполняющую весь сосуд плазму крови.
Каждый эритроцит подобен крошечному колесику. Он устанавливается в сосуде так, чтобы быть наилучше обтекаемым плазмой крови, то есть вдоль потока, параллельно стенке сосуда. Слева и справа от него жидкие слои плазмы, как вода в потоке, движутся с разной скоростью — чем ближе к стенке сосуда, тем медленнее. Разница в скоростях «закручивает» эритроцит, и он катится вдоль сосуда. Но что заставляет эритроциты соединяться в кольца, а эти кольца сохранять свою стройность?

При трении о плазму крови и по другим причинам эритроциты приобретают электрические заряды. Когда же эритроцит вращается, эти заряды образуют круговой ток, в результате чего возникает магнитное поле. Значит, каждый эритроцит — это микроскопически маленький магнитик. При этом эритроциты обращены один к другому одноименными полюсами и между ними существует отталкивание. Но ведь каждый эритроцит отталкивает своего соседа, поэтому эритроцитное кольцо в целом оказывается упругим, устойчивым. Этому способствуют не только электрические и магнитные силы, но и силы гидродинамические, возникающие в движущемся потоке крови.
Прогоняя под давлением кровь по тонкостенным стеклянным капиллярам, Л. Л. Чижевский на этой модели в микроскоп увидел наглядное подтверждение своей теории — стройные кольца эритроцитов, вращение этих телец и другие предсказанные теорией явления. Кольца эритроцитов движутся в сосуде с разной скоростью — чем ближе к оси сосуда, тем быстрее. При разветвлении сосудов кольца на мгновения разрушаются, но затем почти немедленно восстанавливаются и продолжают свое стройное движение. Что касается лейкоцитов, то они хаотично перекатываются по периферии кровотока, у стенок сосуда. Все эти движения управляются и контролируются нервной системой.
Так движется кровь в сосудах здорового человека. Если же человек серьезно болен, эритроцитные кольца становятся неупругими. Такие внешние воздействия, как, скажем, резкие колебания магнитного поля Земли (магнитные бури) могут «расшатать» кольца настолько, что эритроциты соприкоснутся, склеятся, образуют тромб. Ну, а последствия тромба, то есть закупорки сосудов, могут быть самыми плачевными.
Опытные врачи давно подметили, что полное отсутствие «монетных столбиков» в крови, взятой на анализ, является симптомом серьезного заболевания (например, это случается при сильном малокровии). Наоборот, в пробах крови совершенно здорового человека непременно присутствуют «монетные столбики» — остатки разрушенных эритроцитных колец.
Динамическая гематология — так можно назвать новый раздел медицины, созданный трудами А. Л. Чижевского. Его последователи и ученики, в частности доктор физико-математических наук В. И. Данилов, продолжают изучение особенностей движущейся крови. Тут еще есть много неясного.
Часто сравнивают сердце с насосом. Но это сравнение неудачно. Если бы сердце действовало только как насос, оно было бы размером с голову. Меньшее сердце не смогло бы протолкнуть кровь сквозь тончайшие кровеносные сосуды. А оно проталкивает, и притом регулярно на протяжении десятилетий. Значит, здесь принимают участие еще какие-то силы. Надо считать сердце человека не только насосом, но и генератором электрического и магнитного полей — такова точка зрения последователей А. Л. Чижевского. Тогда сердце, как магнитный генератор, формирует из эритроцитов «магнитные нити» крови. А эти нити, имея очень малый коэффициент трения, легко проходят сквозь тончайшие кровеносные сосуды. Предварительные расчеты подтверждают эту смелую гипотезу.
Если и считать сердце «пламенным мотором», то «мотором» сложным, сочетающим в себе качества и насоса, п двигателя, и электрогенератора. Электрические и магнитные силы, создаваемые организмом человека, очень слабы, но это нисколько не снижает их роли в жизни человека. Если от таких слабых сил зависит наше здоровье и жизнь, то тем понятнее становятся воздействия на человека колебаний магнитного поля Земли и солнечных излучений. Ведь напряженность магнитного поля сердца составляет десятимиллионные доли эрстеда, тогда как колебания при магнитных бурях в сотни тысяч раз больше.

Данный урок рекомендуется проводить в специализированных (биолого-химических или медицинских) классах после прохождения тем «Кровь» и «Кровообращение» по биологии и «Движение жидкостей и газов» и «Уравнение Бернулли» по физике.

Цели урока: познакомить учащихся со структурным анализом движущейся крови, дать представление о тромбогемморагическом синдроме.

Оборудование и материалы: плакаты «Схема динамики кровотока и кинематики эритроцитов», «Схема поступательного и вращательного движения радиально-кольцевых систем эритроцитов в кровотоке», «Схема движения эритроцитов («монетных столбиков») в артериальном сосуде»; одна из модификаций электроэффлювиальной люстры А.Л. Чижевского. (Возможна замена плакатов на пленки и кодоскоп, а вместо электроэффлювиальной люстры можно продемонстрировать ее фотографию.)

ХОД УРОКА

Учитель биологии. Сегодня мы с вами познакомимся со структурным анализом движущейся крови. Но сначала вспомним, что нам известно о системе кровообращения. Для этого вам надо ответить на следующие вопросы.

1. Какие форменные элементы крови вы знаете?

2. Какими свойствами обладают эритроциты человека?

3. Какова взаимосвязь крови, лимфы и тканевой жидкости?

4. Что вы знаете о значении кровообращения?

5. Каковы строение и функции органов системы кровообращения?

6. Как происходит движение крови по сосудам?

Давно было известно, что эритроциты в образцах крови склонны слипаться и образовывать структуры, напоминающие столбики монет. Такие «монетные столбики» образуют одинаковые по размерам эритроциты. Считалось, что эритроциты образуют «монетные столбики» только вне кровеносных сосудов (например, на предметном стекле, в капле крови, в растворе) под влиянием встряхивания, изменения температуры, при длительном хранении и т.п.

Эритроциты отдают тканям кислород, а из тканей в кровь поступает углекислота

Однако в 1951 г. выдающийся российский ученый Александр Леонидович Чижевский экспериментально доказал, что «монетные столбики» эритроцитов образуются и в движущейся по сосудам крови здоровых людей и животных (рис. 1). Проведенные им математические расчеты подтвердили, что такие структуры образуются вполне закономерно. Это свойство эритроцитов называется «феноменом Чижевского».

Рис. 1. Схема динамики кровотока и кинематики эритроцитов

Оказалось, что ориентация «монетных столбиков» и скорость их движения зависят от строения и свойств сосудов, а также от состояния организма. «Монетные столбики» из эритроцитов малого диаметра быстро движутся в потоке крови вблизи оси сосуда, а столбики из крупных эритроцитов располагаются ближе к стенкам сосуда и перемещаются гораздо медленнее. Схема поступательного и вращательного движения радиально-кольцевых систем эритроцитов в кровотоке представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема поступательного и вращательного движения радиально-кольцевых систем эритроцитов в кровотоке

Учитель физики. Для того чтобы в движущейся крови эритроциты могли образовать структуры в виде «монетных столбиков», нужно, чтобы эритроциты были одного диаметра, чтобы между ними возникали силы, сближающие их друг с другом вогнутыми сторонами, и чтобы эритроциты в столбиках фиксировались на всем протяжении «монетного столбика» по его геометрической оси. Образованию «монетных столбиков» способствует также отрицательный заряд на поверхности эритроцитов, который создает между ними равномерное электростатическое отталкивание.
Для того, чтобы разобраться в физической природе образования структур из эритроцитов, надо вспомнить некоторые физические законы и явления. Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы.

1. Как зависит скорость течения жидкости в трубе от площади ее поперечного сечения?

2. В чем состоит закон Бернулли?

3. Каковы особенности движения вращающегося цилиндра или мяча?

В токе крови эритроциты движутся не только поступательно, но и вращаются вокруг собственной оси. Поскольку эритроциты несут некоторый заряд, то это порождает конвекционные токи и ведет к появлению магнитных полей. Кроме сил электрического и магнитного взаимодействия в потоке крови действуют гидродинамические силы, которые описываются законом Бернулли. Скорость кровотока падает от центра сосуда к его стенкам, поэтому между точками, удаленными от оси течения на разные расстояния, возникает перепад давлений, причем силы направлены от периферии к оси. Таким образом, феномен Чижевского можно отнести к области электрогемодинамики.
В крупных сосудах А.Л. Чижевский допускал разнообразие пространственного положения «монетных столбиков». При переходе в менее крупные сосуды движение «монетных столбиков» упорядочивается, систематизируется и приобретает строго закономерный характер. Чижевский предложил три схемы движения эритроцитов по кровеносному сосуду (рис. 3, а–в).
Согласно первой схеме (а) каждый эритроцит в потоке плазмы движется своей плоской стороной перпендикулярно к направлению движения потока плазмы. Согласно второй схеме (б) эритроцит расположен по касательной к слоям плазмы, движущимся с разными скоростями вдоль кровеносного русла. Согласно третьей схеме (в) эритроцит расположен своей торцевой стороной перпендикулярно к слоям плазмы, образуя радиально-кольцевую систему.

Рис. 3. Схема движения («монетных столбиков») эритроцитов в артериальном сосуде

Учитель биологии. В истории гематологии открытию структуры движущейся крови придается огромное значение.
Чижевский полагал, что при заболеваниях пространственная структура движущейся крови нарушается, т.к. изменение заряда эритроцитов и их количества в крови немедленно отражается на их расположении в кровотоке.
В 1962–1988 гг. группа врачей под руководством М.С. Мачабели, используя идеи А.Л. Чижевского в области электрогемодинамики, разработала теорию тромбогеморрагического синдрома (ТГС), являющегося одним из ярких примеров нарушения пространственной структуры движущейся крови. Авторы этой теории в 1990 г. были удостоены Государственной премии Грузии.
ТГС – это комплекс симптомов, сопровождающий патологию и экстремальные воздействия, обусловленный универсальным и неспецифическим свойством крови, лимфы, тканевой жидкости обратимо и необратимо сгущаться и расслаиваться на компоненты различного агрегатного состояния.
При различных болезнях, хирургическом вмешательстве или экстремальных воздействиях (облучении, ожогах, отравлениях, сдавлениях тканей и др.) клетки поврежденных тканей теряют отрицательные заряды. Это является «спусковым механизмом» для целой серии процессов как в самих клетках, так и на уровне тканей, органов и всего организма. Нарушается перенос (транспорт) ионов в клетках, питание тканей, изменяется структура крови, развивается кислородное голодание.
Из поврежденных клеток высвобождаются так называемые коагуляционно-литические вещества, воздействующие на межтканевую жидкость, лимфу, кровь, другие клетки. Кровь расслаивается на жидкие и густые части. Микросгустки фибрина в густой части крови могут образовывать тромбы в сосудах и приводить к множественным тромбозам. Более жидкая часть крови, лишенная фибрина, теряет способность к свертыванию, поэтому одновременно с тромбозами могут возникать и множественные кровотечения – геморрагии. Далее развиваются тяжелая дисфункция и дистрофия органов, в плазме крови снижается содержание факторов свертывания крови, наблюдается интоксикация продуктами белкового распада.
Как же можно воспрепятствовать развитию ТГС? Для этого надо восстановить отрицательный заряд на поверхностях поврежденных клеток. Восстановлению отрицательного заряда способствуют различные доноры электронов: высокомолекулярный гепарин, витамин C, отрицательно заряженные аэроионы.
Отрицательные аэроионы позволяет получать электроэффлювиальная люстра А.Л. Чижевского (См. «Биология», № /2003).

Вопросы по уроку

1. Что такое «феномен Чижевского»?

2. От чего зависят ориентация и скорость движения «монетных столбиков» эритроцитов?

3. Как образуются «монетные столбики» эритроцитов?

4. Как располагаются «монетные столбики» в сосудах разных диаметров?

5. Какие вы знаете схемы движения эритроцитов по кровеносному сосуду?

6. Что такое ТГС?

7. Как предотвратить развитие ТГС?

Литература

Баркаган З.С. Тромбогемморагический синдром // БМЭ, 3-е изд. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – Т. 29.

Мачабели М.С. Чижевского феномен // БМЭ, 3-е изд. – М.: Советская энциклопедия, 1986. Т. 27.

Чижевский А.Л. Структурный анализ движущейся крови. – М.: Изд-во АН СССР, 1959.