Медицинские информационные системы: многомерный анализ медицинских и экологических данных

В биохимии существует закон Гесса, который является следствием 1-го начала термодинамики: приращение энтальпии (внутренней энергии) при образовании заданных продуктов из данных химических соединений при постоянном давлении не зависит от количества и вида химических превращений, в результате которых образуются эти вещества (Ершов Ю. А. с соавт., 1993). Однако закон не учитывает, например, флуктуаций давления внутри биологических сред, называемых кавитацией и вызываемых такими внешими воздействиями как ультразвуковые, магнитные, высокочастотные, световые воздействия (Зубрилов С. П., 1989). В итоге мы имеем значительно больше факторов и эффектов от их воздействия, чем первоначально изучаемый внешний параметр и подразумеваемый ответ биосистемы. Известна зависимость свойств белков от их конформационного состояния. Конформации белков складываются из локальных микроинформационных смещений отдельных атомных групп, приводящих к перестройкам всей конструкции белка. Например, процесс достижения конечной равновесной конформации гемоглобина проходит через последовательные энергетические стадии релаксаций исходной дезоксиформы. Эти сведения получены при помощи люминесцентных и парамагнитных способов. Такие свойства используют в методах радиоспектрометрии, которые состоят в основном из электронного парамагнитного резонанса и ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Электроны и ядра атомов характеризуются магнитным моментом – спином. Взаимодействие ПеМП с системой ядерных спинов в постоянном МП называют ЯМР (Физико-химические…, 1988).

Одним из основных механизмов воздействия космогелиогеофизических параметров может быть также явление электронного парамагнитного резонанса – резонансное поглощение энергии электромагнитных колебаний в сантиметровом или миллиметровом диапазоне волн (около 9000 МГц) веществами с парамагнитными частицами (Артюхов В. Г. с соавт., 1994; Рубин А. Б., 1994). Именно поэтому здесь приводятся результаты исследований воздействия плотности потока солнечного радиоизлучения на частоте 3000 Мгц на несколько биосистем: биохимическую, ферментную, электролитный баланс крови, гематологические параметры.

Время, за которое наблюдаемая упорядоченность нарушается (ориентировка диполей), называется временем релаксации. Релаксация молекул – интегральный феномен. На ее параметры влияют физические характеристики ЭМП, геометрия, размеры, концентрация молекул, границы раздела сред. В жидкостях взаимодействие определяется процессами релаксации, при этом предполагается полярная природа молекул с электрическим дипольным моментом. При воздействии на жидкость ЭМП молекула вращается с установлением оси диполя по направлению этого поля (Антипов В. В. с соавт., 1980).

4.2. Механизмы ядерно-магнитного резонанса

ЭМИ описываются длиной волны ? и энергией Е, связанными формулой посредством постоянной Планка h: Е = h(c/?).

Причем частота: ? = c/?.

Падающая I и прошедшая I₀ интенсивность ЭМИ, то есть число квантов, проходящее через единицу площади в единицу времени, связаны законом Бугера – Ламберта – Бэра формулой:

lg(I/I₀) = ?c_l,

где l – толщина слоя раствора, с – его концентрация, ? – мольный коэффициент погашения – мера интенсивности поглощения.

Облучение веществ радиоволнами вызывает переориентацию спинов электронов, инфракрасные волны – колебания атомов относительно связей. Ультрафиолетовая и видимая часть спектра приводят к переходам электронов наружных уровней с одной орбитали на другую, внешнюю. Взаимодействие радиоволн с веществом изучают при помощи спектроскопии ядерно-магнитного резонанса. Эти методы точны и объективны. Излучения более жесткие, чем ультрафиолетовые, вызывают необратимые изменения структуры вещества.

Многие атомы имеют собственный момент количества движения – I(h/2?), где h – постоянная Планка, ? – спиновое квантовое число, принимающее только дискретные целые, полуцелые или нулевые значения. Ядра с I ? 0 обладают магнитным моментом ?, который связан со спиновым числом I через гиромагнитное отношение ?: ? = ?I(h/2?).

Если массовое число нечетное, ядро имеет полуцелый спин. К такому типу относятся наиболее распространенные в живой природе химические элементы: ₁H¹, ₆C¹³, ₇N¹⁵, ₉F¹⁹, ₁₅P³¹. Если же I = ^Ѕ, то в магнитном поле Н₀ атомные ядра с магнитным моментом располагаются на 2 уровнях с энергиями ?Н₀ и —?Н₀, что соответствует ориентации магнитного момента по направлению магнитного поля Н₀ и против него. Разность между этими энергетическими уровнями составляет 2?Н₀. Такой же является энергия резонансного кванта излучения, испускаемого или поглощаемого в результате релаксации или возбуждения ядра между указанными уровнями. Подобное взаимодействие переменного электромагнитного поля с системой ядерных спинов в постоянном магнитном поле называют ядерно-магнитным резонансом (Физико-химические…, 1988). Таким образом, если ?₀ – частота переменного магнитного поля Н₁, то h? = 2?Н₀, а линия поглощения в спектре ядерно-магнитного резонанса складывается из 2 слагаемых: ?? = 1/(?Т) + ??, где Т – время релаксации, а ?? – уширение за счет прецессии электронов вследствие неоднородности магнитного поля.

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента.