Forces actives et réactions des liaisons. Mécanique technique

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Mécanique technique

La production moderne, définie par une mécanisation et une automatisation élevées, offre l'utilisation de un grand nombre diverses machines, mécanismes, appareils et autres appareils. La conception, la fabrication, le fonctionnement des machines est impossible sans connaissance de la mécanique.

Mécanique technique - une discipline qui regroupe les principales disciplines mécaniques : mécanique théorique, résistance des matériaux, théorie des machines et mécanismes, pièces de machines et fondamentaux de la conception.

Mécanique théorique - discipline qui étudie lois générales mouvement mécanique et interaction mécanique des corps matériels.

La mécanique théorique appartient aux disciplines fondamentales et constitue la base de nombreuses disciplines de l'ingénierie.

La mécanique théorique est basée sur des lois appelées lois de la mécanique classique ou lois de Newton. Ces lois sont établies en résumant les résultats d'un grand nombre d'observations et d'expériences. Leur équité a été testée par des siècles de pratique humaine.

Statique - section de mécanique théorique. dans lequel les forces sont étudiées, les méthodes de transformation des systèmes de forces en systèmes équivalents et les conditions d'équilibre des forces appliquées aux corps rigides sont établies.

Point matériel - corps physique une certaine masse, dont la taille peut être négligée lors de l'étude de son mouvement.

Système de points matériel ou Système mécanique - c'est un tel ensemble de points matériels dans lesquels la position et le mouvement de chaque point dépendent de la position et du mouvement des autres points de ce système.

Solide est un système de points matériels.

Absolument solide - un corps dans lequel les distances entre ses deux points arbitraires restent inchangées. Considérant que les corps sont absolument rigides, les déformations qui se produisent dans les corps réels ne sont pas prises en compte.

Obliger F- une grandeur qui mesure l'interaction mécanique des corps et détermine l'intensité et la direction de cette interaction.

L'unité SI de force est le Newton (1 N).

Comme pour tout vecteur, la projection de la force sur l'axe des coordonnées peut être trouvée pour la force.

Types de forces

Forces internes sont les forces d'interaction entre les points (corps) d'un système donné

Forces externes les forces agissant sur les points matériels (corps) d'un système donné du côté des points matériels (corps) qui n'appartiennent pas à ce système sont appelées. Les forces externes (charge) sont des forces actives et des réactions de communication.

Charges sont divisées en:

• volumineux- répartis sur le volume du corps et appliqués à chacune de ses particules (poids propre de la structure, forces d'attraction magnétique, forces d'inertie).
• superficiel- appliqué sur les surfaces et caractérisant l'interaction de contact direct de l'objet avec les corps environnants :
  • concentré- des charges agissant sur le chantier dont les dimensions sont faibles par rapport aux dimensions de l'élément structurel lui-même (pression de la jante sur le rail) ;
  • distribué- des charges agissant sur le chantier, dont les dimensions ne sont pas petites par rapport aux dimensions de l'élément structurel lui-même (les chenilles du tracteur appuient sur la poutre du pont) ; intensité de la charge répartie sur la longueur de l'élément, q N/m.

Axiomes de la statique

Les axiomes reflètent les propriétés des forces agissant sur un corps.

1.Axiome d'inertie (loi de Galilée).
Sous l'action de forces mutuellement équilibrées, un point matériel (corps) est au repos ou se déplace régulièrement et rectilignement.

2.Axiome d'équilibre de deux forces.
Deux forces appliquées à un corps rigide ne seront équilibrées que si elles sont égales en amplitude et dirigées le long d'une ligne droite dans la direction opposée.

Le deuxième axiome est la condition de l'équilibre du corps sous l'action de deux forces.

3.Axiome de l'addition et de l'élimination des forces équilibrées.
L'action de ce système de forces sur un corps absolument rigide ne changera pas si un système de forces équilibré lui est ajouté ou supprimé.
Conséquence... Sans changer l'état d'un corps absolument rigide, la force peut être transférée le long de sa ligne d'action à n'importe quel point, tout en gardant son module et sa direction inchangés. C'est-à-dire que la force appliquée à un corps absolument rigide est un vecteur de glissement.

4. Axiome du parallélogramme des forces.
La résultante de deux forces qui se coupent en un point est appliquée au point de leur section et est déterminée par la diagonale du parallélogramme construit sur ces forces comme côtés.

5. Axiome d'action et de réaction.
Chaque action correspond à une réaction égale en amplitude et opposée en direction.

6. L'axiome de l'équilibre des forces appliquées à un corps déformable lors de sa solidification (principe de solidification).
L'équilibre des forces appliquées à un corps déformable (système modifiable) est préservé si le corps est considéré comme solidifié (idéal, inchangé).

7. Axiome de libérer le corps des liens.
Sans changer l'état du corps, tout corps non libre peut être considéré comme libre, si l'on écarte les connexions, et remplace leur action par des réactions.

Les connexions et leurs réactions

Corps libre un tel corps est appelé qui peut effectuer des mouvements arbitraires dans l'espace dans n'importe quelle direction.

Liens sont appelés corps qui limitent le mouvement d'un corps donné dans l'espace.

Un corps libre est un corps dont le mouvement dans l'espace est limité par d'autres corps (liens).

Réaction de couplage (support) est appelée la force avec laquelle la connexion agit sur un corps donné.

La réaction de liaison est toujours dirigée dans le sens opposé à la direction dans laquelle la liaison s'oppose au mouvement éventuel du corps.

Force active (donnée) , c'est une force qui caractérise l'action d'autres corps sur un corps donné, et provoque ou peut provoquer un changement dans son état cinématique.

Force réactive - la force qui caractérise l'effet des liaisons sur un corps donné.

Selon l'axiome sur la libération du corps des liens, tout corps non libre peut être considéré comme libre, le libérant des liens et remplaçant leur action par des réactions. C'est le principe de la libération des liens.

Système de forces convergentes

Système de forces convergentes Est un système de forces dont les lignes d'action se coupent en un point.

Un système de forces convergentes équivalentes à une force - résultant , qui est égale à la somme vectorielle des forces et appliquée au point de section des lignes de leur action.

Méthodes de détermination du système résultant des forces convergentes.

1. Méthode des parallélogrammes de force - Sur la base de l'axiome du parallélogramme de forces, toutes les deux forces d'un système donné, successivement, sont réduites à une force - la résultante.
2. Construction d'un polygone de force vectorielle - Séquentiellement, par transfert parallèle de chaque vecteur de force au point final du vecteur précédent, un polygone est tracé, dont les côtés sont les vecteurs des forces du système, et le côté de fermeture est le vecteur du système résultant de forces convergentes.

Conditions d'équilibre pour un système de forces convergentes.

1. La condition géométrique pour l'équilibre d'un système de forces convergentes : pour l'équilibre d'un système de forces convergentes, il est nécessaire et suffisant que le polygone vectoriel de puissance construit sur ces forces soit fermé.
2. Conditions analytiques pour l'équilibre du système de forces convergentes : pour l'équilibre du système de forces convergentes, il est nécessaire et suffisant que les sommes algébriques des projections de toutes les forces sur les axes de coordonnées soient égales à zéro.

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Acceptons d'appeler un corps libre si ses mouvements ne sont limités par rien. Un corps dont les mouvements sont limités par d'autres corps est appelé non libre, et les corps qui limitent les mouvements d'un corps donné sont appelés contraintes. Comme déjà mentionné, aux points de contact, des forces d'interaction apparaissent entre le corps donné et les liens. Les forces avec lesquelles les liaisons agissent sur un corps donné sont appelées réactions de liaison.

Les forces qui ne dépendent pas des connexions sont appelées forces actives (données) et les réactions des connexions sont appelées forces passives.

En mécanique, ils prennent la position suivante, parfois appelée principe de libération : tout corps non libre peut être considéré comme libre si les actions de liaisons sont remplacées par des réactions appliquées à un corps donné.

En statique, il est possible de déterminer complètement les réactions des liaisons en utilisant les conditions ou les équations d'équilibre du corps, qui seront établies plus tard, mais leurs directions dans de nombreux cas peuvent être déterminées en considérant les propriétés des liaisons :

Les principaux types de liens :

1. Si un corps rigide repose sur une surface parfaitement lisse (sans épines), alors le point de contact du corps avec la surface peut glisser librement le long de la surface, mais ne peut pas se déplacer dans le sens de la normale à la surface. La réaction d'une surface parfaitement lisse est dirigée le long d'une normale commune aux surfaces en contact.

Si le corps a une surface lisse et repose sur la pointe, la réaction est alors dirigée le long de la normale à la surface du corps lui-même.

2. Charnière sphérique.

3. Une charnière cylindrique est un support fixe. La réaction d'un tel support passe par son axe, et la direction de la réaction peut être quelconque (dans un plan parallèle à l'axe du support).

4. Cylindrique articulé - support mobile.

TÂCHES PRINCIPALES DES STATS.

1. Le problème de la réduction d'un système de forces : comment remplacer un système donné par un autre, notamment le plus simple, qui lui soit équivalent ?

2. Le problème de l'équilibre : à quelles conditions un système de forces appliqué à un corps donné doit-il satisfaire pour qu'il soit un système équilibré ?

La première tâche principale est importante non seulement en statique, mais aussi en dynamique. Le deuxième problème se pose souvent dans les cas où l'on sait qu'il existe un équilibre. Dans ce cas, les conditions d'équilibre établissent une relation entre toutes les forces appliquées au corps. Dans de nombreux cas, en utilisant ces conditions, il est possible de déterminer les réactions de support. Bien que cela ne limite pas la sphère d'intérêts de la statique des corps rigides, il convient de garder à l'esprit que la détermination des réactions de liaisons (externes et internes) est nécessaire pour le calcul ultérieur de la résistance des structures.



Le principe de libération.
Obligations et réactions d'obligations

Comme mentionné dans les articles précédents, la statique étudie les conditions dans lesquelles les corps et les points matériels sont en état d'équilibre. Il semblerait que, grâce aux axiomes de la statique, qui décrivent les propriétés fondamentales de l'interaction des forces entre les corps, la solution des problèmes d'équilibre des corps ne devrait pas présenter de difficultés - des forces inconnues peuvent être trouvées sachant qu'elles doivent être équilibrées par des forces, d'où la clé de la solution.
Néanmoins, la principale difficulté des calculs réside dans le fait que les forces sont des quantités vectorielles, et pour résoudre des problèmes il faut connaître non seulement leurs dimensions scalaires (modules), mais aussi la direction dans l'espace, ainsi que les points d'application . En conséquence, il s'avère que chaque force inconnue contient trois questions : où est-elle dirigée, où est-elle appliquée et quelle est sa dimension ?

L'analyse des connexions entre les corps permet d'exclure certaines composantes inconnues des forces. Comme nous le savons déjà, tous les corps et points matériels sont subdivisés en libre et connecté (non libre). En statique, il est le plus souvent nécessaire de résoudre des problèmes dans lesquels la condition d'équilibre des corps connectés est considérée, c'est-à-dire ayant des restrictions (ou complètes) de mouvement dans l'espace par rapport aux autres corps.
Ces restrictions sont appelées Connexions.

Des exemples de connexions qui restreignent le mouvement d'un corps sont une surface ou une sorte de support sur lequel repose le corps, un encastrement rigide d'une partie du corps dans un réseau, qui exclut tout mouvement du corps, ainsi que des connexions flexibles et connexions articulées qui limitent partiellement la capacité du corps à se déplacer dans l'espace.
L'analyse de telles connexions permet de comprendre quels facteurs de force s'y opposent lorsqu'ils s'opposent au mouvement du corps lié. Ces facteurs de force sont appelés forces de réaction ou réactions de liaison (ils sont généralement appelés simplement réactions) .
Les forces que le corps agit (presse) sur les connexions sont appelées forces de pression .
Il convient de noter que les forces de réactions et de pressions sont appliquées à différents corps, elles ne représentent donc pas un système de forces.

Les forces agissant sur n'importe quel corps peuvent être divisées en actifs et réactifs.
Forces actives ont tendance à déplacer le corps auquel ils sont attachés dans l'espace, et forces réactives - empêcher ce mouvement. Les forces de réaction des liaisons sont appelées forces réactives.
La différence fondamentale entre les forces actives et réactives est que l'amplitude des forces réactives dépend de l'amplitude des forces actives, mais pas l'inverse. Les forces actives sont souvent appelées.

Lors de la résolution de la plupart des problèmes de statique, un corps non libre est classiquement décrit comme libre en utilisant ce que l'on appelle principe de libération, qui se formule comme suit : tout corps non libre (lié) peut être considéré comme libre si l'on écarte les liaisons et les remplace par des réactions.



Connexions corporelles typiques et leurs réactions

Considérons les connexions les plus courantes, ainsi que les réactions qui s'y produisent lorsque des charges sont appliquées.

Surface parfaitement lisse

La réaction d'un plan idéalement lisse est dirigée perpendiculairement au plan de support vers le corps, car une telle connexion ne permet pas au corps de se déplacer dans une seule direction - vers le plan de support, c'est-à-dire perpendiculairement à celui-ci (voir Figure 1, a) .
Si le corps est sur un plan incliné, alors sa gravité g peut être décomposé en deux composantes, dont l'une sera dirigée parallèlement au plan (Xa), l'autre - perpendiculaire à celui-ci (Ouais)... Dans ce cas, la première force aura tendance à déplacer le corps le long du plan dans le sens de la pente, et la seconde le plaquera contre le plan (voir figure 1, b).
La réponse du plan incliné sera égale en amplitude à la composante perpendiculaire au plan et dirigée dans la direction opposée à cette composante, l'équilibrant. Si le corps touche le plan avec un point (comme une balle ou un coin), alors la réaction sera appliquée à ce point du corps.
Dans d'autres cas, lorsqu'un corps touche un plan avec une certaine surface, l'interaction se fait par une charge répartie sur cette surface (charge répartie).

Surface parfaitement lisse

Surface parfaitement lisse (diffère du plan en curvilinéarité) réagit perpendiculairement au plan tangent, c'est-à-dire le long de la normale à la surface de référence vers le corps, puisque la normale est la seule direction de mouvement du corps que cette liaison ne permet pas (voir figure 1, c).

Point d'ancrage ou bord d'angle

Si le mouvement du corps est limité par un point fixe ou le bord d'un angle, la réaction de la contrainte est dirigée le long de la normale à la surface d'un corps idéalement lisse vers le corps, puisque la normale à la surface du corps est la seule direction dans laquelle le mouvement est limité par ce type de contrainte (voir figure 1, G) .

Communication flexible

La réaction de liaison flexible (fil flexible) ne permet pas au corps de s'éloigner du point de suspension et, par conséquent, est dirigée le long de la liaison du corps au point de suspension, c'est-à-dire le point d'application de la réaction de liaison flexible et son sens sont connus. La figure 2 montre un lien souple servant de lien entre deux barres et un corps.

Dans les structures, les connexions sont très répandues, appelées charnières. Une charnière est une liaison mobile de deux corps (parties) qui permet uniquement la rotation autour d'un point commun (rotule) ou autour axe commun (joint cylindrique)... Considérez quelles réactions surviennent lorsque le corps est attaché avec des charnières.

Joint cylindrique parfaitement lisse

Lorsque le corps est lié avec une charnière cylindrique, il peut se déplacer le long de l'axe de la charnière et tourner autour de cet axe. La réaction d'une charnière cylindrique se situe dans un plan perpendiculaire à son axe et coupe cet axe. La direction du vecteur de réaction charnière sur ce plan dépend de la direction du vecteur de charge.
Un exemple de joint cylindrique est un roulement conventionnel.

Rotule parfaitement lisse

Dans ce cas, on sait seulement à l'avance que la réaction passe par le centre de la charnière, puisqu'un corps relié par une rotule peut tourner dans n'importe quel sens par rapport à l'axe de la charnière, mais ne peut effectuer aucun mouvement linéaire dans l'espace , c'est-à-dire s'éloigner du centre de la charnière ou s'en approcher.

Talon parfaitement lisse

Une butée peut être considérée comme une combinaison d'un joint cylindrique et d'un plan de support, par conséquent, la réaction de la butée est considérée comme constituée de deux composants : X un et Oui... Dans ce cas, l'une des réactions sera dirigée le long de la normale au support vers le corps (comme dans le plan de référence), l'autre - perpendiculaire à l'axe de la butée (comme un joint cylindrique).
La réaction totale de la butée sera égale à la somme vectorielle de ces composantes : Ra = X a + Y a.

Tige, articulée

Une tige, fixée par deux extrémités dans des charnières idéalement lisses et chargée par les extrémités (Fig. 2), ne réagit que le long de la ligne reliant les axes des charnières, c'est-à-dire le long de son axe (selon le III axiome de la statique)... Dans ce cas, la réaction de la tige peut être dirigée vers le centre de la charnière (point de fixation), et de lui (selon le sens de la charge) car ce type de connexion maintient le corps à une distance fixe, ne lui permettant pas de s'éloigner ou de s'approcher. En cela, la tige est fondamentalement différente d'une liaison souple, dans laquelle la réaction est toujours dirigée du point d'attache vers la liaison. (la connexion flexible empêche uniquement le corps de s'éloigner, ne l'empêchant pas de s'approcher du point d'attache).

Terminaison rigide

Ce type de connexion prive complètement le corps de la capacité de se déplacer dans n'importe quelle direction et de tourner autour de n'importe quel axe ou point.
Lorsque le corps est rigidement noyé (Fig. 3), non seulement la force réactive R A, mais aussi le moment réactif M A, se produisent dans le support.
La terminaison rigide est un "cheval noir" dans les calculs, car initialement ni la direction des réactions ni leur amplitude ne sont connues, surtout si la charge est représentée par un système de forces. Néanmoins, en utilisant la décomposition des forces actives en composantes, il est possible de déterminer successivement à la fois la force réactive R A et le moment réactif M A agissant dans une terminaison rigide.
Si le corps est relié non seulement par une fixation rigide, mais aussi par un autre type de liaison, le problème devient insoluble par les méthodes statiques classiques, car il y a plus de réactions inconnues que le nombre possible d'équations d'équilibre.

Un exemple de résolution du problème de détermination des réactions d'une terminaison rigide est donné sur cette page.

Le concept d'une barre et d'une poutre en mécanique technique

En statique, il est souvent nécessaire de résoudre des problèmes sur la condition d'équilibre d'éléments de structure, appelés barres.
Bar il est considéré comme un corps solide, dans lequel la longueur est beaucoup plus grande que les dimensions transversales. L'axe de la barre est le lieu géométrique (ensemble) des centres de gravité de toutes les sections transversales de cette barre.
Une barre à axe rectiligne, posée sur des supports et pliée par des charges qui lui sont appliquées, est appelée rayonner.



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1. Membrane cellulaire : définition, fonction membranaire, propriétés physiques

Une membrane cellulaire est un film ultramince à la surface d'une cellule ou d'un organite cellulaire, constitué d'une couche lipidique bimoléculaire avec des protéines et des polysaccharides intégrés.

Fonctions membranaires :

· Barrière - fournit un métabolisme régulé, sélectif, passif et actif avec l'environnement. Par exemple, la membrane des peroxysomes protège le cytoplasme des peroxydes nocifs pour la cellule. La perméabilité sélective signifie que la perméabilité de la membrane à divers atomes ou molécules dépend de leur taille, de leur charge électrique et de leurs propriétés chimiques. La perméabilité sélective assure la séparation de la cellule et des compartiments cellulaires de environnement et leur fournir les substances nécessaires.

· Transport - les substances sont transportées à travers la membrane dans et hors de la cellule. Le transport à travers les membranes permet : l'apport de nutriments, l'élimination des produits métaboliques finaux, la sécrétion de diverses substances, la création de gradients ioniques, le maintien d'un pH et d'une concentration ionique optimaux dans la cellule, qui sont nécessaires au fonctionnement des enzymes cellulaires. Particules qui, pour une raison quelconque, sont incapables de traverser la bicouche phospholipidique (par exemple, en raison de propriétés hydrophiles, car la membrane à l'intérieur est hydrophobe et ne laisse pas passer les substances hydrophiles, ou en raison de leur grande taille), mais nécessaires à la cellule , peut pénétrer à travers la membrane à travers des protéines porteuses spéciales (transporteurs) et des protéines de canal ou par endocytose. Avec le transport passif, les substances traversent la bicouche lipidique sans consommation d'énergie le long du gradient de concentration par diffusion. Une variante de ce mécanisme est la diffusion facilitée, dans laquelle une molécule spécifique aide une substance à traverser la membrane. Cette molécule peut avoir un canal qui ne laisse passer qu'un seul type de substance. Le transport actif nécessite une consommation d'énergie, car il se produit à contre-courant du gradient de concentration. Il existe des protéines de pompe spéciales sur la membrane, y compris l'ATPase, qui pompe activement les ions potassium (K +) dans la cellule et en pompe les ions sodium (Na +).

Matrix - fournit un certain arrangement mutuel et une orientation des protéines membranaires, leur interaction optimale.

Mécanique - assure l'autonomie de la cellule, ses structures intracellulaires, ainsi que la connexion avec d'autres cellules (dans les tissus). Les parois cellulaires jouent un rôle important en assurant la fonction mécanique, et chez les animaux, la substance intercellulaire.

Énergie - lors de la photosynthèse dans les chloroplastes et de la respiration cellulaire dans les mitochondries, des systèmes de transfert d'énergie opèrent dans leurs membranes, dans lesquelles des protéines sont également impliquées ;

Récepteur - certaines protéines de la membrane sont des récepteurs (molécules à travers lesquelles la cellule perçoit certains signaux). Par exemple, les hormones circulant dans le sang n'agissent que sur les cellules cibles qui possèdent des récepteurs correspondant à ces hormones. Neurotransmetteurs ( substances chimiques assurer que impulsions nerveuses) se lient également aux protéines réceptrices spéciales des cellules cibles.

Enzymatique - les protéines membranaires sont souvent des enzymes. Par exemple, les membranes plasmiques des cellules épithéliales intestinales contiennent des enzymes digestives.

· Mise en œuvre de génération et réalisation de biopotentiels. A l'aide de la membrane, une concentration constante d'ions est maintenue dans la cellule : la concentration de l'ion K + à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et la concentration en Na + est beaucoup plus faible, ce qui est très important, car cela assure le maintien de la différence de potentiel sur la membrane et la génération d'un influx nerveux.

· Marquage cellulaire - il y a des antigènes sur la membrane qui agissent comme des marqueurs - des "étiquettes" qui vous permettent d'identifier la cellule. Ce sont des glycoprotéines (c'est-à-dire des protéines auxquelles sont attachées des chaînes latérales oligosaccharidiques ramifiées) qui jouent le rôle d'"antennes". En raison de la myriade de configurations de chaînes latérales, il est possible de fabriquer un marqueur spécifique pour chaque type de cellule. A l'aide de marqueurs, les cellules peuvent reconnaître d'autres cellules et agir de concert avec elles, par exemple, lors de la formation d'organes et de tissus. Cela permet également le système immunitaire reconnaître les antigènes étrangers.

Certaines molécules protéiques diffusent librement dans le plan de la couche lipidique ; à l'état normal, des parties de molécules protéiques émergeant des côtés opposés de la membrane cellulaire ne changent pas de position.

La morphologie spécifique des membranes cellulaires détermine leurs caractéristiques électriques, parmi lesquelles les plus importantes sont la capacité et la conductivité.

Les propriétés capacitives sont principalement déterminées par la bicouche phospholipidique, qui est imperméable aux ions hydratés et en même temps suffisamment mince (environ 5 nm) pour assurer une séparation et une accumulation efficaces des charges, ainsi qu'une interaction électrostatique des cations et des anions. De plus, les propriétés capacitives des membranes cellulaires sont l'une des raisons qui déterminent les caractéristiques temporelles des processus électriques se produisant sur les membranes cellulaires.

La conductivité (g) est l'inverse de la résistance électrique et est égale au rapport du courant transmembranaire total pour un ion donné à la valeur qui a causé sa différence de potentiel transmembranaire.

Diverses substances peuvent diffuser à travers la bicouche phospholipidique, et le degré de perméabilité (P), c'est-à-dire la capacité de la membrane cellulaire à laisser passer ces substances, dépend de la différence de concentration de la substance diffusante des deux côtés de la membrane, sa solubilité dans les lipides et les propriétés de la membrane cellulaire. Le taux de diffusion des ions chargés dans un champ constant dans la membrane est déterminé par la mobilité des ions, l'épaisseur de la membrane et la distribution des ions dans la membrane. Pour les non-électrolytes, la perméabilité de la membrane n'affecte pas sa conductivité, car les non-électrolytes ne portent pas de charges, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas transporter de courant électrique.

La conductivité d'une membrane est une mesure de sa perméabilité ionique. Une augmentation de la conductivité indique une augmentation du nombre d'ions traversant la membrane.

Une propriété importante des membranes biologiques est la fluidité. Toutes les membranes cellulaires sont des structures fluides mobiles : la plupart de leurs molécules lipidiques et protéiques constitutives sont capables de se déplacer assez rapidement dans le plan membranaire.

2. Modèle à cristaux liquides de la membrane. Fonctions des protéines membranaires, lipides, glucides. Diffusion latérale et transition flip-flop des lipides. Membranes artificielles. Liposomes

Le modèle de l'organisation aujourd'hui est le modèle à cristaux liquides. Il a été proposé pour la première fois par Singer et Nicholson en 1972. Selon ce modèle, la base de toute membrane est une double couche de phospholipides. Les molécules de phospholipides sont orientées de sorte que leurs têtes hydrophiles sortent et forment les surfaces externe et interne de la membrane, et leurs queues hydrophobes sont dirigées vers le milieu de la couche bimoléculaire. Les protéines semblent flotter dans la couche lipidique. Les protéines de surface sont situées sur les surfaces externe et interne de la membrane, se retenant principalement en raison des forces électrostatiques. Les protéines intégrales peuvent pénétrer de part en part dans la double couche. Ces protéines sont le principal composant responsable de la perméabilité sélective des cellules. membranes.

En plus des phospholipides et des protéines, les membranes biologiques contiennent d'autres produits chimiques. composés (cholestérol, glycolipides, glycoprotéines).

Fonctions des protéines membranaires. Certaines protéines membranaires sont impliquées dans le transport de petites molécules à travers la membrane cellulaire, modifiant sa perméabilité. Les protéines de transport membranaire peuvent être subdivisées en protéines de canal et en protéines de support. Les protéines des canaux contiennent des pores internes remplis d'eau qui permettent aux ions (via les canaux ioniques) ou aux molécules d'eau de traverser la membrane. De nombreux canaux ioniques se spécialisent dans le transport d'un seul ion ; ainsi, les canaux potassium et sodium font souvent la distinction entre ces ions similaires et ne laissent passer qu'un seul d'entre eux. Les protéines de transport se lient à chaque molécule ou ion transporté et peuvent transporter activement en utilisant l'énergie de l'ATP. De plus, les protéines jouent un rôle important dans les systèmes de signalisation des cellules, dans la réponse immunitaire et dans les cellules. cycle.

Fonctions des glucides membranaires. La partie glucidique des glycolipides et glycoprotéines de la membrane plasmique est toujours située sur la surface externe de la membrane, en contact avec la substance intercellulaire. Les polysaccharides, ainsi que les protéines, jouent le rôle d'antigènes dans le développement de cl. immunité. Participez au transport des glycoprotéines en les dirigeant vers leur destination dans la cellule ou à sa surface.

La fonction principale des lipides membranaires est de former une matrice bicouche avec laquelle les protéines interagissent.

La diffusion latérale est un mouvement thermique chaotique de molécules lipidiques et protéiques dans le plan membranaire. Avec la diffusion latérale, les molécules lipidiques adjacentes changent brusquement de place et, à la suite de tels sauts successifs d'un endroit à un autre, la molécule se déplace le long de la surface de la membrane. Le mouvement quadratique moyen des molécules pendant la diffusion au cours du temps t peut être estimé par la formule d'Einstein : Sq = 2cor (Dt), où D est le coefficient. lat. diffusion de la molécule.

La diffusion latérale des protéines intégrales dans la membrane est limitée, ceci est dû à leur grande taille, interaction avec d'autres membranes. protéines. Les protéines membranaires ne se déplacent pas d'un côté à l'autre de la membrane (sauts "flip-flop"), comme les phospholipides.

Le mouvement des molécules sur la surface de la membrane cellulaire pendant le temps t a été déterminé expérimentalement par la méthode des marqueurs fluorescents - groupes moléculaires fluorescents. Il s'est avéré que le mouvement quadratique moyen de la molécule de phospholipide par seconde sur la surface de la membrane érythrocytaire correspond à une distance de 5 µm, ce qui est comparable à la taille des cellules. Une valeur similaire pour les molécules de protéines était de 0,2 µm par seconde.

Les coefficients de latitude calculés selon la formule d'Einstein. la diffusion pour les lipides est de 6 * 10 (v -12 st) kV m / s, pour les protéines - environ 10 (v - 14 st) kV m / s.

La fréquence des sauts d'une molécule d'un endroit à un autre en raison de lat. la diffusion peut être trouvée par la formule : v = 2cor (3D / f), où f est la surface occupée par une molécule sur la membrane.

Une membrane artificielle est généralement une cloison rigide et sélectivement perméable qui divise l'appareil de transfert de masse en deux zones de travail dans lesquelles différentes pressions et les compositions du mélange à séparer. Les membranes peuvent être fabriquées sous forme de feuilles plates, de tuyaux, de capillaires et de fibres creuses. Les membranes sont disposées en systèmes membranaires. Les membranes artificielles les plus courantes sont les membranes polymères. Sous certaines conditions, des membranes céramiques peuvent être avantageusement utilisées. Certaines membranes fonctionnent dans une large gamme d'opérations membranaires telles que la microfiltration, l'ultrafiltration, osmose inverse, pervaporation, séparation de gaz, dialyse ou chromatographie. La méthode d'application dépend du type de fonctionnalité incorporée dans la membrane, qui peut être basée sur l'isolation par la taille, la relation chimique ou l'électrostatique.

Liposomes. ou des vésicules phospholipidiques (vésicules), généralement obtenues en faisant gonfler des phospholipides secs dans de l'eau ou en injectant une solution lipidique dans l'eau. Dans ce cas, l'auto-assemblage de la membrane lipidique bimoléculaire se produit. Dans ce cas, toutes les queues hydrophobes non polaires sont à l'intérieur de la membrane et aucune d'entre elles n'entre en contact avec les molécules d'eau polaires. Cependant, on obtient plus souvent des liposomes multilamellaires sphériques, constitués de plusieurs couches bimoléculaires - liposomes multicouches.

Les couches bimoléculaires individuelles du liposome multicouche sont séparées Environnement aquatique... L'épaisseur des couches lipidiques est, selon la nature des lipides, de 6,5 à 7,5 nm, et la distance entre elles est de 1,5 à 2 nm. Le diamètre des liposomes multicouches va de 60 nm à 400 nm ou plus. Les liposomes monocouches peuvent être obtenus par diverses méthodes, par exemple, à partir d'une suspension de liposomes multicouches, s'ils sont traités aux ultrasons. Le diamètre des liposomes unilamellaires est de 25 à 30 nm. Les liposomes sont en quelque sorte un prototype de cellule. Ils servent de modèle pour l'étude de diverses propriétés de cl. membranes. Les liposomes ont trouvé une application directe en médecine (microcapsule fofofolipide pour l'administration de médicaments à certains organes et tissus). Les liposomes ne sont pas toxiques et sont complètement absorbés par l'organisme.

3. Transport de non-électrolytes à travers les membranes cellulaires. Diffusion simple. L'équation de Fick. Diffusion facilitée : mécanismes de transport (porteurs mobiles, fixes), par opposition à la diffusion simple

Le transport des non-électrolytes (sucres, acides aminés et nucléotides, eau) à travers les membranes cellulaires s'effectue à l'aide de pores formés par des protéines de transport ou des lipides immergés dans la membrane.

La diffusion simple est le mouvement spontané d'une substance d'endroits avec une concentration plus élevée vers des endroits avec une concentration plus faible d'une substance en raison du mouvement thermique chaotique des molécules. La diffusion d'une substance à travers une bicouche lipidique est provoquée par un gradient de concentration dans la membrane

L'équation de Fick :

J m = - D dC / dx

J m est la densité de flux de la substance.

dC / dx - gradient de concentration

D- coefficient de diffusion

"-" - la diffusion est dirigée d'un endroit avec une concentration plus élevée vers un endroit avec une concentration plus faible

Page 214- Antonov.

Fick densité de flux

J m = -DdC / dx = -D (C m 2 - C m 1) / 1 = D (C m 1 - C m 2) / L

C m - concentration d'une chose près de chaque surface

L est l'épaisseur de la membrane.

Un autre type de diffusion a été découvert dans les membranes biologiques - la diffusion facilitée. La diffusion facilitée se produit avec la participation de molécules porteuses. La diffusion facilitée se produit des endroits avec une concentration plus élevée de la substance transportée vers des endroits avec une concentration plus faible. Apparemment, la diffusion facilitée explique également le transfert d'acides aminés, de sucres et d'autres substances biologiquement importantes à travers les membranes biologiques.

Différences entre diffusion facile et simple :

1) le transfert d'une substance avec la participation d'un transporteur se produit beaucoup plus rapidement;

2) la diffusion facilitée a la propriété de saturation : avec une augmentation de la concentration d'un côté de la membrane, la densité du flux de substance n'augmente que jusqu'à une certaine limite, lorsque toutes les molécules porteuses sont déjà occupées ;

3) avec la diffusion facilitée, il y a compétition entre les substances transférées dans les cas où différentes substances sont transférées par le support ; en même temps, certaines substances sont mieux tolérées que d'autres, et l'ajout de certaines substances complique le transport d'autres ;

4) il existe des substances qui bloquent la diffusion facilitée - elles forment un complexe fort avec les molécules porteuses.

Un type de diffusion facilitée est le transport au moyen de molécules porteuses immobiles fixées d'une certaine manière à travers la membrane. Dans ce cas, la molécule de la substance portée est transférée d'une molécule porteuse à une autre, comme dans une course de relais.

4. Transport d'ions à travers les membranes cellulaires. Potentiel électrochimique. L'équation de Tiorell. Équation de Nerst-Planck. Le sens de l'équation

Les systèmes vivants à tous les niveaux d'organisation sont des systèmes ouverts ; par conséquent, le transport de substances à travers les membranes biologiques est une condition nécessaire à la vie. Le concept de potentiel électrochimique est d'une grande importance pour décrire le transport de substances.

Le potentiel chimique d'une substance donnée est une quantité numériquement égale à l'énergie de Gibbs pour 1 mole de cette substance.

Mathématiquement, le potentiel chimique est défini comme une dérivée partielle de l'énergie de Gibbs G par la quantité de la k-ième substance, à une température constante T, une pression P et les quantités de toutes les autres substances m1 :

m (mu) = (dG / dmk) P, T, m1

Pour la solution diluée :

m = m0 + RTlnC,

où m0 est le potentiel chimique standard, numériquement égal au potentiel chimique d'une substance donnée à sa concentration de 1 mol / L en solution.

Le potentiel électrochimique (mu avec un tiret) est une valeur numériquement égale à l'énergie de Gibbs G pour 1 mole d'une substance donnée, placée dans un champ électrique.

Pour les solutions diluées

m (mu avec un tiret) = m0 + RTlnC + zFph (phi),

où F = 96500 C / mol est le nombre de Faraday, z est la charge de l'ion électrolyte.

Le transport de substances à travers les membranes biologiques peut être divisé en 2 types principaux : passif et actif.

Le transport passif est le transfert d'une substance d'endroits avec une valeur élevée du potentiel électrochimique vers des endroits avec sa valeur inférieure. Le transport passif se déroule avec une énergie de Gibbs décroissante, et donc ce processus peut se dérouler spontanément sans consommation d'énergie. Types : osmose, filtration, diffusion (simple et léger).

Le transport actif est le transfert de substances d'endroits avec une valeur inférieure du potentiel électrochimique vers des endroits avec une valeur plus élevée. Elle s'accompagne d'une augmentation de l'énergie Gibs, elle ne peut pas aller spontanément, mais uniquement avec le coût de l'ATP.

La densité de flux de substance jm pendant le transport passif obéit à l'équation de Theorell :

Jm = -UCdm (mu avec tiret) / dx,

où U est la mobilité des particules, C est la concentration. Le signe moins indique que le transfert se fait dans le sens de l'électrochimie décroissante. potentiel.

La densité de flux de substance est une valeur numériquement égale à la quantité de substance transférée par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de transfert :

jm = m / S * t (mol / kV.m * s)

En remplaçant l'expression du potentiel électrochimique, on obtient l'équation de Nernst-Planck pour les solutions diluées à m0 = const :

jm = -URTdC / dx - UczFdф (phi) / dx.

L'équation de Nernst-Planck décrit le processus de transport passif d'ions dans le champ d'un potentiel électrochimique. Le flux d'ions chargés est proportionnel au gradient du potentiel électrochimique dans la direction de l'axe x et dépend de la mobilité et de la concentration des ions :

Où F est le nombre de Faraday, Z est la valence de l'ion, T est la température absolue, R est la constante des gaz, est le potentiel électrique sur la membrane.

Ainsi, il peut y avoir deux raisons au transfert de matière lors du transport passif : le gradient de concentration dC/dx et le gradient du potentiel électrique dph/dx.

Les signes moins devant les gradients montrent que le gradient de concentration provoque le transfert de matière d'endroits avec une concentration plus élevée vers des endroits avec sa concentration plus faible, et le gradient de potentiel électrique provoque le transfert de charges positives d'endroits avec une concentration plus élevée vers des endroits avec une potentiel inférieur.

5. Canaux ioniques. Définition. Construction moléculaire. Filtre sélectif. Le mécanisme de transport des ions à travers le canal ionique

Les canaux ioniques sont des protéines formant des pores (complexes simples ou entiers) qui soutiennent la différence de potentiel qui existe entre les côtés externe et interne de la membrane cellulaire de toutes les cellules vivantes. Ils appartiennent aux protéines de transport. Avec leur aide, les ions se déplacent selon leurs gradients électrochimiques à travers la membrane.

Les circuits intégrés sont composés de protéines complexes. Les protéines IC ont une confirmation certaine, formant un pore transmembranaire, et sont "cousues" dans la couche lipidique de la membrane. Le complexe protéique du canal peut consister soit en une molécule de protéine, soit en plusieurs sous-unités protéiques, de structure identique ou différente. Ces sous-unités peuvent être codées par différents gènes, synthétisées séparément sur les ribosomes, puis assemblées en un canal intégral. Les domaines sont des parties distinctes conçues de manière compacte d'une protéine de canal ou de sous-unités. Les segments sont des parties de la protéine formant des canaux, enroulés en spirale et cousus à travers la membrane. Presque tous les circuits intégrés ont des domaines régulateurs dans leurs sous-unités qui peuvent se lier à diverses substances de contrôle (molécules régulatrices) et, de ce fait, modifier l'état ou les propriétés du canal. Dans l'IR activé par le potentiel, l'un des segments transmembranaires contient un ensemble spécial d'acides aminés avec des charges positives et fonctionne comme un capteur pour le potentiel électrique de la membrane. Les circuits intégrés peuvent également contenir des sous-unités auxiliaires qui remplissent des fonctions modulatrices, structurelles ou stabilisatrices. Une classe de ces sous-unités est intracellulaire, située complètement dans le cytoplasme, et la seconde est membranaire, car ils ont des domaines transmembranaires qui percent la membrane.

Propriétés du canal ionique :

1) La sélectivité est la perméabilité sélective accrue de l'IR pour certains ions. Pour les autres ions, la perméabilité est réduite. Cette sélectivité est déterminée par un filtre sélectif - le point le plus étroit du pore du canal. Le filtre, en plus de ses dimensions étroites, peut également avoir une charge électrique locale. Par exemple, les canaux sélectifs des cations ont généralement des résidus d'acides aminés chargés négativement dans la molécule de protéine dans la zone de leur filtre sélectif, qui attirent les cations positifs et repoussent les anions négatifs, les empêchant de traverser le pore.

2) La perméabilité contrôlée est la capacité d'ouvrir ou de fermer sous certaines actions de contrôle sur le canal.

3) L'inactivation est la capacité d'un canal ionique, quelque temps après son ouverture, à diminuer automatiquement sa perméabilité même si le facteur d'activation qui l'a ouvert continue d'agir.

4) Le blocage est la capacité du canal ionique sous l'influence de substances - bloqueurs à fixer l'un de ses états et à ne pas répondre aux actions de contrôle habituelles. Le blocage est causé par des substances - des bloqueurs, qui peuvent être appelés antagonistes, bloqueurs ou agents lytiques.

5) La plasticité est la capacité d'un canal ionique à modifier ses propriétés, ses caractéristiques. Le mécanisme le plus courant assurant la plasticité est la phosphorylation des acides aminés des protéines des canaux de la face interne de la membrane par des enzymes protéine kinase.

Fonctionnement du canal ionique :

Canaux ioniques dépendants du ligand

Ces canaux s'ouvrent lorsqu'un médiateur, en se liant à leurs sites récepteurs externes, modifie leur confirmation. Lorsqu'elles s'ouvrent, elles laissent entrer des ions, modifiant ainsi le potentiel membranaire. Les canaux dépendants du ligand sont presque insensibles aux changements de potentiel membranaire. Ils génèrent un potentiel électrique dont la force dépend de la quantité de neurotransmetteur pénétrant dans la fente synaptique et du temps où il s'y trouve.

Potentiel - Canaux ioniques dépendants

Ces canaux sont responsables de la propagation du potentiel d'action, ils s'ouvrent et se ferment en réponse à une modification du potentiel membranaire. Par exemple, les canaux sodiques. Si le potentiel membranaire est maintenu au potentiel de repos, les canaux sodiques sont fermés et il n'y a pas de courant sodique. Si le potentiel membranaire passe à côté positif, les canaux sodium s'ouvriront et les ions sodium commenceront à entrer dans la cellule le long du gradient de concentration. Dans 0,5 ms après l'établissement d'une nouvelle valeur du potentiel membranaire, ce courant de sodium atteindra son maximum. Et après quelques millisecondes, il tombe à presque zéro. Cela signifie que les canaux se ferment après un certain temps en raison de l'inactivation, même si la membrane cellulaire reste dépolarisée. Mais s'étant fermés, ils diffèrent de l'état dans lequel ils se trouvaient avant de s'ouvrir, maintenant ils ne peuvent plus s'ouvrir en réponse à la dépolarisation de la membrane, c'est-à-dire qu'ils sont inactivés. Ils resteront dans cet état jusqu'à ce que le potentiel membranaire revienne à sa valeur initiale et que la période de récupération, qui dure plusieurs millisecondes, soit écoulée.

6. Transport actif d'ions. Pompe à membrane. Définition. Conception moléculaire de la pompe sodium potassium

Le transport actif est le transfert d'une substance d'endroits avec une valeur inférieure du potentiel électrochimique vers des endroits avec une valeur plus élevée. Le transport actif dans la membrane s'accompagne d'une augmentation de l'énergie de Gibbs ; il ne peut pas se dérouler spontanément, mais seulement accompagné du processus d'hydrolyse de l'ATP, c'est-à-dire en raison de la dépense d'énergie stockée dans les liaisons ATP à haute énergie. Le transport actif de substances à travers les membranes biologiques est d'une grande importance. En raison du transport actif dans le corps, des gradients de concentration, des gradients de potentiel électrique, des gradients de pression, etc., sont créés, qui soutiennent les processus vitaux.

Pompe à membrane - une pompe volumétrique dont le corps de travail est une plaque flexible (diaphragme, membrane), fixée sur les bords; la plaque se plie sous l'action d'un mécanisme de liaison (entraînement mécanique) ou à la suite de changements de pression d'air (entraînement pneumatique) ou de pression de fluide (entraînement hydraulique), remplissant une fonction équivalente à celle d'un piston dans une pompe à piston.

Parmi les exemples de transport actif contre gradient de concentration, la pompe sodium-potassium est la mieux étudiée. Au cours de son fonctionnement, trois ions Na + positifs sont transférés de la cellule pour deux ions K positifs dans la cellule. Ce travail s'accompagne de l'accumulation d'une différence de potentiel électrique sur la membrane. Dans ce cas, l'ATP est divisé, donnant de l'énergie. Pendant de nombreuses années, la base moléculaire de la pompe sodium-potassium est restée incertaine. Il est maintenant établi que la protéine de transport Na/K est une ATPase. Sur la surface interne de la membrane, il décompose l'ATP en ADP et en phosphate. L'énergie d'une molécule d'ATP est utilisée pour transporter trois ions sodium de la cellule et simultanément deux ions potassium vers la cellule, c'est-à-dire qu'au total, une charge positive est retirée de la cellule en un cycle. Ainsi, la pompe Na/K est électrogène (crée un courant électrique à travers la membrane), ce qui conduit à une augmentation de l'électronégativité du potentiel membranaire d'environ 10 mV. La protéine de transport effectue cette opération avec grande vitesse: 150 à 600 ions sodium par seconde. La séquence d'acides aminés de la protéine de transport est connue, mais le mécanisme de ce transport métabolique complexe n'est pas encore clair. Ce processus est décrit à l'aide des profils énergétiques du transfert d'ions sodium ou potassium par les protéines (Fig. 1.5, -6). Par la nature de l'évolution de ces profils, associée à des changements constants de la conformation de la protéine de transport (processus nécessitant une consommation d'énergie), on peut juger de la stoechiométrie de l'échange : deux ions potassium sont échangés contre trois ions sodium.

En plus de la pompe Na/K, la membrane plasmique contient au moins une pompe supplémentaire, une pompe à calcium ; cette pompe pompe les ions calcium (Ca2+) de la cellule et participe au maintien de leur concentration intracellulaire à un niveau extrêmement bas. La pompe à calcium est présente à très haute densité dans le réticulum sarcoplasmique des cellules musculaires, qui accumulent des ions calcium à la suite de la dégradation des molécules d'ATP

7. Potentiel membranaire, définition, amplitude. Méthodes de mesure de la MF. Conditions d'émergence de la MF. Le rôle des forces passives et actives

Le potentiel membranaire est la différence de potentiels électriques entre les surfaces externe et interne de la membrane biologique, due à la concentration inégale d'ions, principalement Na, K.

Le MP (potentiel de repos) est enregistré entre les faces externe et interne d'une cellule vivante. Sa présence est due à la répartition inégale des ions. L'intérieur de la membrane est chargé négativement par rapport à l'extérieur. L'amplitude de la MF est différente dans différentes cellules : cellule nerveuse - 60-80 mV, striée fibre musculaire- 80-90 mV, muscle cardiaque - 90-95 mV. Avec un état fonctionnel constant de la cellule, la valeur du potentiel de repos ne change pas ; le maintien de sa valeur constante est assuré par le cours normal du métabolisme cellulaire. Sous l'influence de divers facteurs, l'ampleur de la MF peut changer.

La recherche MP a trouvé une large application dans les laboratoires biomédicaux, dans la pratique clinique dans le diagnostic de diverses maladies du système nerveux central, du système cardiovasculaire et du système musculaire. Lors du retrait du bioel total. potentiel des troncs nerveux des muscles, du cerveau, du cœur et d'autres organes, des macroélectrodes de surface sont utilisées. Dans certains cas, des électrodes intracavitaires sont utilisées ou insérées directement dans le tissu. Pour enregistrer les mesures MF de cellules individuelles, les microélectrodes intracellulaires et extracellulaires ponctuelles sont le plus souvent utilisées. Les électrodes sont connectées à un amplificateur CC ou CA. L'amplificateur peut être connecté à un dispositif de traitement automatisé de signaux bioélectriques. Le mécanisme d'apparition est associé à la présence de certains éléments physiques et chimiques. gradients entre les tissus individuels du corps, entre le fluide entourant la cellule et son cytoplasme, entre les éléments cellulaires individuels. L'apparition dans les cellules vivantes est due à la concentration inégale d'ions sur les surfaces interne et externe de la membrane et à sa perméabilité différente à celles-ci.

8. L'équation de Nerst. Le potentiel de Nerst, sa nature. Potentiel membranaire stationnaire. Équation de Goldman-Hodgkin

Potentiel d'action - une impulsion électrique qui se produit entre les côtés intérieur et extérieur de la membrane et est causée par des changements dans la perméabilité ionique de la membrane.

Phases Pd.

1) Phase de dépolarisation -

Phase de dépolarisation. Lorsqu'un stimulus dépolarisant agit sur une cellule, par exemple un courant électrique, la dépolarisation partielle initiale de la membrane cellulaire se produit sans modifier sa perméabilité aux ions. Lorsque la dépolarisation atteint environ 50 % de la valeur seuil (50 % du potentiel seuil), la perméabilité de la membrane cellulaire pour Na + augmente, et au premier moment relativement lentement. Naturellement, le taux d'entrée de Na + dans la cellule n'est pas élevé dans ce cas. Pendant cette période, comme pendant toute la première phase (dépolarisation), les gradients de concentration et électriques sont la force motrice qui assure l'entrée de Na + dans la cellule.

Rappelons que l'intérieur de la cellule est chargé négativement (les charges opposées sont attirées les unes aux autres), et la concentration de Na + à l'extérieur de la cellule est 10 à 12 fois plus élevée qu'à l'intérieur de la cellule. La condition pour l'entrée de Na + dans la cellule est une augmentation de la perméabilité de la membrane cellulaire, qui est déterminée par l'état du mécanisme de porte des canaux Na (dans certaines cellules, en particulier dans les cardiomyocytes, dans les muscles lisses fibres, canaux contrôlés pour Ca2+ jouent un rôle important dans la survenue de PA) ... La durée du séjour du canal électriquement commandé à l'état ouvert dépend de l'amplitude du potentiel membranaire. Le courant ionique total à tout moment est déterminé par le nombre de canaux ouverts de la membrane cellulaire. La partie du canal ionique tournée vers l'espace extracellulaire diffère de la partie du canal tournée vers l'intérieur de l'environnement cellulaire (P. G. Kostyuk).

Le mécanisme de porte des canaux Na est situé sur les côtés extérieur et intérieur de la membrane cellulaire, le mécanisme de porte des canaux K est situé à l'intérieur (K + se déplace de la cellule vers l'extérieur). Dans les canaux pour Na +, il y a des portes m d'activation, qui sont situées à l'extérieur de la membrane cellulaire (Na + se déplace dans la cellule lors de son excitation), et des portes d'inactivation / r, situées à l'intérieur de la membrane cellulaire . Au repos, la porte w d'activation est fermée, la porte g d'inactivation est majoritairement (environ 80 %) ouverte ; la porte d'activation du potassium est également fermée, il n'y a pas de porte d'inactivation pour K +. Certains auteurs appellent la w-gate fast, la w-gate slow, car ils réagissent plus tard dans le processus d'excitation cellulaire que la m-gate. Cependant, la réaction ultérieure de la g-gate est associée à une modification de la charge de la cellule, ainsi que de la m-gate, qui s'ouvre au cours du processus de dépolarisation de la membrane cellulaire. La g-gate se ferme dans la phase d'inversion, lorsque la charge à l'intérieur de la cellule devient positive, ce qui est la raison de leur fermeture. Dans ce cas, l'augmentation du pic de DP s'arrête. Par conséquent, la porte m est mieux appelée tôt et la porte A - tardive.

Lorsque la dépolarisation cellulaire atteint une valeur critique (Ecr, niveau critique de dépolarisation - KUD), qui est généralement de -50 mV (d'autres valeurs sont également possibles), la perméabilité membranaire pour Na+ augmente fortement : un grand nombre de voltage-gated I -portes de canaux Na et Na + une avalanche s'engouffre dans la cage. Jusqu'à 6000 ions traversent un canal Na ouvert en 1 ms. En raison du courant Na + intense dans la cellule, le processus de dépolarisation se déroule très rapidement. La dépolarisation en développement de la membrane cellulaire provoque une augmentation supplémentaire de sa perméabilité et, naturellement, de la conductivité Na +: de plus en plus d'activation des portes w des canaux Na s'ouvrent, ce qui donne au courant Na + dans la cellule le caractère d'un processus régénératif . En conséquence, le PP disparaît et devient égal à zéro. La phase de dépolarisation se termine ici.

2) La phase de repolarisation.

Dans cette phase, la perméabilité de la membrane cellulaire aux ions K + est encore élevée, les ions K + continuent à sortir rapidement de la cellule selon le gradient de concentration. La cellule a à nouveau une charge négative à l'intérieur et une charge positive à l'extérieur, donc le gradient électrique empêche K* de s'échapper de la cellule, ce qui réduit sa conductance, bien qu'il continue à sortir. Ceci est dû au fait que l'effet du gradient de concentration est beaucoup plus fort que l'effet du gradient électrique. Ainsi, toute la partie descendante du pic AP est due à la libération de l'ion K + de la cellule. Souvent, en fin de PA, on observe un ralentissement de la repolarisation, qui s'explique par une diminution de la perméabilité de la membrane cellulaire pour les ions K+ et un ralentissement de leur sortie de la cellule dû à la fermeture de la grille du canaux K. Une autre raison du ralentissement du courant des ions K + est associée à une augmentation du potentiel positif de la surface externe de la cellule et à la formation d'un gradient électrique de sens opposé. Le rôle principal dans l'apparition de PA est joué par l'ion Na +, qui pénètre dans la cellule avec une augmentation de la perméabilité de la membrane cellulaire et fournit toute la partie ascendante du pic PA. Lorsque l'ion Na + dans le milieu est remplacé par un autre ion, par exemple la choline, ou en cas de blocage des canaux Na avec la tétrodotoxine, AP n'apparaît pas dans la cellule nerveuse. Cependant, la perméabilité aux ions K + de la membrane joue également un rôle important. Si une augmentation de la perméabilité pour l'ion K + est empêchée par le tétraéthylammonium, la membrane après sa dépolarisation se repolarisera beaucoup plus lentement, uniquement en raison de canaux lents non contrôlés (canaux de fuite d'ions) à travers lesquels K + quittera la cellule. Le rôle des ions Ca 2+ dans le développement de l'AP dans les cellules nerveuses est insignifiant, dans certains neurones il est essentiel, par exemple, dans les dendrites des cellules de Purkinje du cervelet.

9. Mécanisme ionique de génération de potentiel d'action

Le potentiel d'action est basé sur des modifications de la perméabilité ionique de la membrane cellulaire qui se développent successivement dans le temps. Lorsqu'une cellule est exposée à un irritant, la perméabilité membranaire aux ions Na + (Fig. 1) augmente fortement en raison de l'activation (ouverture) des canaux sodiques. Dans le même temps, les ions Na + en termes de concentration.

Riz. 1

Dans ce cas, les ions Na+ le long du gradient de concentration, ils se déplacent intensément de l'extérieur - vers l'espace intracellulaire. L'entrée des ions Na + dans la cellule est également facilitée par l'interaction électrostatique. En conséquence, la perméabilité membranaire pour Na + devient 20 fois supérieure à la perméabilité pour les ions K +.

Étant donné que le flux de Na + dans la cellule commence à dépasser le courant de potassium de la cellule, une diminution progressive du potentiel de repos se produit, entraînant une inversion - un changement du signe du potentiel membranaire. Dans ce cas, la surface interne de la membrane devient positive par rapport à sa surface externe. Modifications spécifiées le potentiel de membrane correspond à la phase ascendante du potentiel d'action (phase de dépolarisation).

La membrane est caractérisée par une perméabilité accrue pour les ions Na + seulement pendant un temps très court de 0,2 à 0,5 ms. Après cela, la perméabilité de la membrane pour les ions Na + diminue à nouveau et pour K + elle augmente. En conséquence, le flux de Na + dans la cellule est fortement affaibli et le courant de K + provenant de la cellule est augmenté (Fig. 2.).

Pendant le potentiel d'action, une quantité importante de Na + pénètre dans la cellule et les ions K + quittent la cellule. La restauration de l'équilibre ionique cellulaire est réalisée grâce au travail de la pompe à phase Na +, K + - AT, dont l'activité augmente avec une augmentation de la concentration interne en ions Na + et une augmentation de la concentration externe en ions ions K+. Grâce au fonctionnement de la pompe ionique et à une modification de la perméabilité membranaire pour Na+ et K+, leur concentration initiale dans l'espace intra- et extracellulaire est progressivement restaurée.

Le résultat de ces processus est la repolarisation membranaire : le contenu interne de la cellule acquiert à nouveau une charge négative par rapport à la surface externe de la membrane.

10. Cycle cardiaque mécanique. Le cœur est comme une pompe à 6 chambres. Impact minute volume de sang. Le travail, la force du coeur

Travail mécanique du cœur. Cycle cardiaque.

Le travail mécanique du cœur est associé à la contraction de son myocarde. Travail du ventricule droit triple moins de travail ventricule gauche. D'un point de vue mécanique, le cœur est une pompe d'action rythmique, qui est facilitée par l'appareil valvulaire. Les contractions rythmiques et la relaxation du cœur assurent un flux sanguin continu. La contraction du muscle cardiaque est appelée systole, sa relaxation est appelée diastole. À chaque systole ventriculaire, le sang est expulsé du cœur vers l'aorte et le tronc pulmonaire. Dans des conditions normales, la systole et la diastole sont clairement coordonnées dans le temps. La période, comprenant une contraction et une relaxation subséquente du cœur, constitue le cycle cardiaque. Sa durée chez un adulte est de 0,8 seconde avec une fréquence de contractions de 70 à 75 fois par minute. Le début de chaque cycle est la systole auriculaire. Il dure 0,1 s. À la fin de la systole auriculaire, leur diastole se produit, ainsi que la systole ventriculaire. La systole ventriculaire dure 0,3 s. Au moment de la systole, la pression artérielle monte dans les ventricules, elle atteint 25 mm Hg dans le ventricule droit. Art., et à gauche - 130 mm Hg. De l'art. A la fin de la systole ventriculaire débute une phase de relaxation générale d'une durée de 0,4 seconde. En général, la période de relaxation des oreillettes est de 0,7 seconde et la période de relaxation des ventricules est de 0,5 seconde. L'importance physiologique de la période de relaxation réside dans le fait que pendant ce temps, des processus métaboliques entre les cellules et le sang ont lieu dans le myocarde, c'est-à-dire que la capacité de travail du muscle cardiaque est restaurée.

Les principaux indicateurs du travail du cœur

Volume systolique (AVC) - le volume de sang expulsé du cœur en une systole. En moyenne, au repos chez un adulte, elle est de 150 ml (75 ml pour chaque ventricule). En multipliant le volume systolique par le nombre de battements par minute, vous pouvez trouver le volume minute. Il fait en moyenne de 4,5 à 5,0 litres. Les volumes systolique et minute sont instables, ils changent radicalement en fonction du stress physique et émotionnel.

Travail du coeur

Ac = Alzh + Apzh

Apzh = 0.2 Alzh

Alzh = P * Vud + (mv 2/2)

m = densité par volume d'impact

Ac = 1.2Vsp (P + Densité * v 2/2)

Le travail du cœur avec 1 contraction est approximativement égal à 1J

Puissance cardiaque N = Ac

11. Le mécanisme de transformation de l'éjection impulsionnelle du sang du cœur en un flux sanguin continu dans les vaisseaux artériels. La théorie de la chambre pulsée. Pouls, onde de pouls. Coeur périphérique

Du fait que le sang est éjecté par le cœur en portions séparées, le flux sanguin dans les artères est pulsé, donc les vitesses linéaires et volumétriques changent constamment : elles sont maximales dans l'aorte et l'artère pulmonaire au moment de la systole ventriculaire et diminue pendant la diastole. Dans les capillaires et les veines, le flux sanguin est constant, c'est-à-dire que sa vitesse linéaire est constante. Dans la transformation du flux sanguin pulsé en un flux constant, les propriétés de la paroi artérielle sont importantes. Le flux sanguin continu dans tout le système vasculaire détermine les propriétés élastiques prononcées de l'aorte et des grosses artères. V système cardiovasculaire une partie de l'énergie cinétique développée par le cœur pendant la systole est consacrée à l'étirement de l'aorte et des grosses artères qui en découlent.

Ces derniers forment une chambre élastique, ou de compression, dans laquelle pénètre un volume important de sang en l'étirant ; dans ce cas, l'énergie cinétique développée par le cœur est convertie en énergie de tension élastique des parois artérielles. Lorsque la systole se termine, les parois étirées des artères cherchent à s'échapper et à pousser le sang dans les capillaires, maintenant le flux sanguin pendant la diastole.

Le pouls artériel est appelé oscillations rythmiques de la paroi artérielle, causées par une augmentation de la pression pendant la systole.

Une onde de pouls, ou des modifications oscillatoires du diamètre ou du volume des vaisseaux artériels, est causée par une onde d'augmentation de pression qui se produit dans l'aorte au moment de l'expulsion du sang des ventricules. A ce moment, la pression dans l'aorte augmente fortement et sa paroi est étirée. L'onde d'augmentation de pression et les vibrations de la paroi vasculaire provoquées par cet étirement à une certaine vitesse se propagent de l'aorte aux artérioles et aux capillaires, où l'onde de pouls s'éteint.

Coeur périphérique

Avec diverses contractions, les fibres musculaires agissent sur les vaisseaux sanguins situés en parallèle avec eux, et sous la forme de nombreuses micropompes intramusculaires particulières, elles aspirent le sang artériel à l'entrée du muscle, facilitant ainsi le travail de pompage du cœur, poussent ce le sang à travers les vaisseaux intramusculaires et le pomper du sang veineux du muscle squelettique vers le cœur avec une énergie 2 à 3 fois supérieure à la pression artérielle maximale. Si le cœur, comme nous le savons bien, pompe le sang artériel avec une pression de 120 mm Hg. Art., alors le muscle squelettique est capable de pomper le sang veineux avec une force de 200, 250 et même 300 mm Hg. Art., le retournant au cœur pour le remplir.

Un muscle complètement isolé du corps, emprisonné dans un cercle artificiel de circulation sanguine, est capable, lorsqu'il est contracté, de déplacer indépendamment le sang autour de ce cercle à l'image et à la ressemblance du cœur. Par conséquent, il peut être appelé le "cœur périphérique" (PS). Il est extrêmement important que ces nombreux "cœurs périphériques" - et il y en a plus de 1000 en termes de nombre de muscles squelettiques chez l'homme - fonctionnent indépendamment comme des micropompes d'aspiration-injection non seulement lorsque différents types contractions : rythmiques, arythmiques, toniques, tétaniques, auxotoniques, etc., mais aussi lors des étirements. Sinon, on peut dire qu'ils n'ont pas de « ralenti ».

12. Hémodynamique dans un seul vaisseau. Équation de pause. Résistance hydraulique. Les lois de l'hémodynamique systémique

Hémodynamique - le mouvement du sang dans les vaisseaux, résultant de la différence de pression hydrostatique dans différentes parties du système circulatoire (le sang passe de la haute pression à la basse pression).

Un seul récipient est considéré comme un tube de section circulaire, allongé par rapport à ses dimensions transversales. L'élasticité des parois est comprise comme la possibilité de modifier la section transversale des vaisseaux sous l'influence de la pression.

Poisel a établi empiriquement que la vitesse moyenne d'un écoulement de fluide laminaire le long d'une étroite horizontale tube rond la section transversale constante est directement proportionnelle à la différence de pression P1 et P2 à l'entrée et à la sortie du tuyau, au carré du rayon du tuyau et est inversement proportionnelle à la longueur du tuyau l et à la viscosité n.

Vav = (R (en kV) / 8n) * (P1 - P2) / l

Résistance hydraulique, résistance au mouvement des liquides (et des gaz) à travers les tuyaux, canaux, etc., en raison de leur viscosité.

w = 8nl / pi r (en 4 st)

La valeur de w est appelée résistance hydraulique. Il est inversement proportionnel à la puissance quatrième du rayon et augmente donc de manière significative avec la diminution du rayon du tuyau.

La force qui crée une pression dans le système vasculaire est le cœur. Chez une personne d'âge moyen, à chaque contraction du cœur, 60 à 70 ml de sang (volume systolique) ou 4 à 5 l / min (volume minute) sont poussés dans le système vasculaire. Force motrice différence de pression artérielle se produit au début et à la fin du tube.

Dans presque toutes les parties du système vasculaire, le flux sanguin est laminaire - le sang se déplace en couches séparées parallèles à l'axe du vaisseau. Dans le même temps, la couche adjacente à la paroi du vaisseau reste pratiquement immobile, la deuxième glisse le long de cette couche et la troisième, à son tour, le long de celle-ci, etc. Les éléments formés du sang constituent le flux axial central, le plasma se rapproche de la paroi du vaisseau. Par conséquent, plus le diamètre du vaisseau est petit, plus les couches centrales sont proches de la paroi et plus la vitesse de leur déplacement est inhibée du fait de l'interaction visqueuse avec la paroi. En général, cela signifie que dans les petits vaisseaux, le débit sanguin est plus faible que dans les gros. Il est facile de vérifier l'exactitude de cette position en comparant la vitesse du flux sanguin dans différentes parties du lit vasculaire. Dans l'aorte, il est de 50-70 cm / s, dans les artères - de 40 à 10, artérioles - 10-0,1, capillaires - moins de 0,1, veinules - moins de 0,3, veines - 0, 3--5,0, veine cava - 5--20 cm / s.

Parallèlement au laminaire dans le système vasculaire, il existe un mouvement turbulent avec un vortex de sang caractéristique. Les particules de sang se déplacent non seulement parallèlement à l'axe du vaisseau, comme dans le flux sanguin laminaire, mais également perpendiculairement à celui-ci. Ce mouvement complexe se traduit par une augmentation significative des frottements internes des fluides. Dans ce cas, le débit sanguin volumétrique ne sera plus proportionnel au gradient de pression, mais approximativement égal racine carrée hors de lui. Un mouvement turbulent se produit généralement dans les endroits de ramification et de rétrécissement des artères, dans les zones de virages serrés des vaisseaux sanguins.

Le sang est une suspension d'éléments formés dans une solution colloïdale saline, il a une certaine viscosité, qui n'est pas une valeur constante. Lorsque le sang circule dans un capillaire d'un diamètre inférieur à 1 mm, la viscosité diminue. La réduction ultérieure du diamètre du capillaire réduit encore la viscosité du sang qui s'écoule. Ce paradoxe hémodynamique s'explique par le fait que lors du mouvement du sang, les globules rouges se concentrent au centre du flux. La couche de paroi est constituée de plasma pur avec une viscosité beaucoup plus faible, sur laquelle les éléments façonnés glissent facilement. En conséquence, les conditions de circulation sanguine s'améliorent et les pertes de charge diminuent, ce qui, en général, compense une augmentation de la viscosité du sang et une diminution de son débit dans les petites artères. Le passage d'un flux sanguin laminaire à un flux sanguin turbulent s'accompagne d'une augmentation significative de la résistance au flux sanguin.

La relation entre la nature de l'écoulement du fluide dans les tubes rigides et la pression est généralement déterminée par la formule de Poiseuille. A l'aide de cette formule, il est possible de calculer la résistance R au flux sanguin en fonction de sa viscosité Yu, de la longueur l et du rayon r du vaisseau :

Le système vasculaire dans son ensemble peut être représenté sous la forme de tubes connectés en série et en parallèle de différentes longueurs et diamètres. Dans le cas d'une connexion en série, la résistance totale est la somme des résistances des différents récipients :

R = R 1 + R 2 + ... + R n.

À connexion parallèle la valeur de résistance est calculée à l'aide d'une formule différente :

1 / R = 1 / R 1 + 1 / R 2 + ... + + 1 / Rn.

Compte tenu de la complexité de la géométrie des vaisseaux de l'ensemble de l'organisme, de son inconstance, en fonction de l'ouverture et de la fermeture des shunts, des collatérales, du degré de contraction des muscles lisses, de l'élasticité de la paroi, des modifications de la viscosité du sang et d'autres raisons, il est difficile de calculer la valeur de la résistance vasculaire en conditions réelles. Par conséquent, il est d'usage de le définir comme le quotient de la division de la pression artérielle P par le volume sanguin minute Q :

Pour l'ensemble du système vasculaire du corps dans son ensemble, cette formule n'est applicable qu'à la condition qu'à la fin du système, c'est-à-dire dans la veine cave près de l'endroit où ils pénètrent dans le cœur, la pression sera proche de zéro. En conséquence, s'il est nécessaire de calculer la résistance d'une section distincte du système vasculaire, la formule prend la forme

R = P 1 --P 2 / Q

Les valeurs P 1 et P 2 représentent la pression au début et à la fin de la zone à déterminer.

La principale énergie cinétique nécessaire au mouvement du sang lui est communiquée par le cœur lors de la systole. Une partie de cette énergie est dépensée pour pousser le sang, l'autre est convertie en énergie potentielle de la paroi élastique de l'aorte, grosses et moyennes artères, étirées pendant la systole. Leurs propriétés dépendent de la présence de fibres élastiques et de collagène, dont l'extensibilité est environ six fois supérieure à celle, par exemple, des fils de caoutchouc de même épaisseur. Pendant la diastole, l'énergie de la paroi de l'aorte et des vaisseaux sanguins est convertie en énergie cinétique du mouvement sanguin.

En plus de l'élasticité et de l'extensibilité, c'est-à-dire des propriétés passives, les vaisseaux sanguins ont également la capacité de répondre activement aux changements de pression artérielle. Avec une pression croissante, les muscles lisses des parois se contractent et le diamètre du vaisseau diminue. Ainsi, le flux sanguin pulsé créé par la fonction du cœur, en raison des particularités de l'aorte et des gros vaisseaux, s'égalise et devient relativement continu.

Les principaux indicateurs de l'hémodynamique sont la vitesse volumétrique, le taux de circulation sanguine, la pression dans différentes zones du système vasculaire.

Le débit sanguin volumétrique caractérise sa quantité (en millilitres) traversant la section transversale du vaisseau par unité de temps (1 min). La vitesse volumétrique du flux sanguin est directement proportionnelle à la chute de pression au début et à la fin du vaisseau et inversement proportionnelle à sa résistance au flux sanguin. Dans le corps, l'écoulement du sang du cœur correspond à son écoulement vers celui-ci. Cela signifie que le volume de sang circulant par unité de temps à travers tout le système artériel et tout le système veineux de la grande circulation et de la circulation pulmonaire est le même.

La vitesse linéaire du mouvement du sang (v) caractérise la vitesse de déplacement de ses particules le long du vaisseau avec un écoulement laminaire. Il est exprimé en centimètres par seconde et est défini comme le rapport du débit sanguin volumétrique Q à la surface la Coupe transversale navires pr 2:

La valeur ainsi obtenue est un indicateur purement moyen, car, selon les lois du mouvement laminaire, la vitesse de circulation du sang au centre du vaisseau est maximale et tombe dans les couches adjacentes à la paroi vasculaire.

La vitesse linéaire du flux sanguin est également différente dans certaines parties du lit vasculaire le long de l'arbre vasculaire. Cela dépend de la somme totale de la surface de la lumière des vaisseaux de ce calibre dans la zone considérée. L'aorte est caractérisée par la plus petite section transversale et, par conséquent, la vitesse de circulation du sang y est la plus élevée - 50-70 cm / s. Les capillaires ont la plus grande surface transversale totale, chez les mammifères, c'est environ 600-800 fois plus de zone coupe transversale de l'aorte. En conséquence, la vitesse du sang est ici d'environ 0,05 cm / s. Dans les artères, il est de 20 à 40 cm / s, dans les artérioles de 0,5 cm / s. Du fait que lorsque les veines fusionnent, leur lumière totale diminue, la vitesse linéaire du flux sanguin augmente à nouveau, atteignant 20 cm / s dans la veine cave (Fig. 9.30).

Le sang est expulsé en portions séparées, de sorte que le flux sanguin dans l'aorte et les artères pulse. De plus, sa vitesse linéaire augmente pendant la phase systolique et diminue pendant la diastole. Dans le réseau capillaire, en raison des caractéristiques structurelles des artères qui le précèdent, les chocs de pouls disparaissent et la vitesse linéaire du flux sanguin devient constante.

...

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Caractéristique mécanique actionneur - dépendance M avec = f (ω).

actif Les forces et les moments sont des forces et des moments créés par des sources d'énergie mécanique externes au moteur, quel que soit le mouvement de l'entraînement électrique. Un exemple est le moment créé par le poids d'une charge abaissée ou levée (Figure 1). Dans ce cas, le moment de résistance est

et est dirigée vers le bas, quel que soit le sens de rotation de l'arbre moteur. La valeur de М С ne dépend pas de la vitesse Figure 2.1 du mouvement de la charge.

Réactif les forces et les moments sont les forces et les moments de résistance au mouvement qui surviennent en réaction au moment d'entraînement actif développé par le moteur. Les forces et moments réactifs dépendent de la vitesse et sont divisés en forces et moments de frottement sec, frottement et forces visqueux et moments de type ventilateur.

Forces et moments friction sèche(Figure 2.2) sont inchangés en valeur absolue, mais changent brusquement de signe lorsque le signe de vitesse change :. Ils sont typiques pour les entraînements d'alimentation de machine, les vannes, les papillons, etc. La figure 2.3 montre la charge moment de frottement visqueux, caractérisé par une dépendance linéaire (ou proche) de la valeur à la vitesse -

La dépendance du moment de charge à la vitesse angulaire du ventilateur, de la pompe centrifuge, de la centrifugeuse a la forme illustrée à la figure 2.4, appelée ventilatoire et est décrit par la formule, où n = 1,5 ... 2,5.

Caractéristique mécanique moteur électrique - dépendance M = f (ω)... Du cours "Machines électriques", nous savons que les caractéristiques mécaniques des EM (Figure 5) peuvent être absolument rigides (1 - EM synchrone), rigides (3 - Moteur à courant continu excitation indépendante et 2 - moteur asynchrone dans la zone de travail) et doux (4 - moteur à courant continu d'excitation en série). La rigidité absolue de la caractéristique est le rapport de l'incrément de couple sur l'incrément de vitesse

5. Apporter les moments de charge statique à l'arbre du moteur

Il y a deux moments dans le système : le moment développé par le moteur Д, et le moment de la charge statique М С, qui comprend le moment créé par le corps de travail du mécanisme, et les moments de frottement. Ces moments sont caractérisés par l'amplitude et la direction de l'action. Si M D et M S agissent dans le sens du mouvement, ils sont appelés conduite, si leurs signes sont opposés au signe de la vitesse, les moments sont appelés inhiber... Conformément au principe de Delambert, l'action conjointe de M D et M C déterminera la grandeur et le signe du moment dynamique qui détermine l'accélération du système. Ainsi, l'équation du mouvement du système dans le cas général a la forme

.

Effectuons l'analyse la plus simple de l'équation (1) pour le mode de fonctionnement moteur de l'entraînement électrique, lorsque

.

Lorsque М Д> М С dω / dt> 0 et que le mode d'accélération du variateur a lieu, avec М Д< М С dω/dt < 0 и имеет место режим замедления привода, а при М Д = М С динамический момент и ускорение равны нулю. Первые два режима называют de transition et le dernier est établi(Stationnaire).

6. Apporter les moments d'inertie à l'arbre moteur

Lors de la réduction des moments de charge statique, nous partons de l'égalité des puissances dans les schémas réels et donnés :

, Où .

, et

Le moment de résistance total réduit à l'arbre du moteur

En présentant les moments d'inertie, on part de l'égalité des réserves d'énergie cinétique dans les schémas réels et donnés. Mouvement rotatif

Avec mouvement alternatif

; , où;.

Le moment d'inertie total réduit à l'arbre du moteur

7. Caractéristiques électromécaniques et mécaniques naturelles des moteurs à courant continu à excitation indépendante

8. Construction des caractéristiques électromécaniques et mécaniques naturelles des moteurs à courant continu à excitation indépendante

9. Caractéristiques électromécaniques et mécaniques artificielles des moteurs à courant continu à excitation indépendante lors de la modification de la résistance du circuit d'induit

10. Caractéristiques électromécaniques et mécaniques artificielles des moteurs à courant continu à excitation indépendante lorsque la tension d'induit change.

11. Caractéristiques électromécaniques et mécaniques artificielles des moteurs à courant continu à excitation indépendante lors de la modification du flux magnétique.

12. Modes de freinage des moteurs à courant continu d'excitation indépendante. Freinage électrodynamique.

13. Modes de freinage des moteurs à courant continu d'excitation indépendante. Freinage par opposition.

14. Modes de freinage des moteurs à courant continu d'excitation indépendante. Freinage récupératif.

Les processus électromécaniques et électromagnétiques en DC DC NV (Figure 1) sont décrits par les équations d'équilibre électrique (Kirchhoff) des circuits d'induit et d'enroulement d'excitation, ainsi que par l'équation du moment électromagnétique :

A partir de la solution conjointe du système d'équations, on obtient l'équation de la caractéristique électromécanique = f (je)

et l'équation des caractéristiques mécaniques = f (M)

En régime permanent du variateur

, et les équations prennent la forme

Les caractéristiques construites aux valeurs nominales de tension et de courant et R ext = 0 sont appelées Naturel, pour U Я ≠ U Н, Ф ≠ Ф Н ou R ajouter ≠ 0 - artificiel caractéristiques électromécaniques ou mécaniques. Les points caractéristiques de la caractéristique électromécanique (Figure 2) sont les points de ralenti idéal (I = 0, ω = ω 0 = U N / kF N), court-circuit(I = I K = U H / R I Σ, ω = 0) et le mode nominal (I I = I H, ω = ω H). Une caractéristique peut être tracée pour n'importe quelle paire de ces coordonnées.

Utilisation des valeurs saisies de la rigidité des caractéristiques

;

vous pouvez écrire les expressions suivantes pour les caractéristiques électromécaniques et mécaniques :

; ;

Les modes de conduite illustrés à la figure 2 sont expliqués ci-dessous.

V moteur mode de fonctionnement (Figure 2.9) ED consomme de l'énergie de réseau électrique et transfère l'énergie mécanique à l'arbre. Dans le mode oppositions(Figure 2.10) EM consomme l'énergie accumulée par le mécanisme et se dissipe dans les éléments du moteur et des résistances supplémentaires. Dans le mode freinage régénératif (générateur)(Figure 2.5) EM consomme l'énergie accumulée par le mécanisme et la transfère au réseau électrique.

Pour R ajouter ≠ 0, on obtient artificielle rhéostat caractéristiques électromécaniques. Une augmentation de (2.4, 2.5) R entraîne une diminution de l'amplitude du courant de court-circuit (I К = U Н / R ЯΣ) à une vitesse à vide constante ω 0 = U Н / kФ Н (Figure 3.1). Avec un flux magnétique constant Ф = Ф N, les caractéristiques mécaniques seront similaires aux électromécaniques.

Le flux magnétique de la machine ne peut être modifié que dans le sens de la diminution. Dans ce cas, la vitesse à vide ω 0 = U N / kF N augmente avec une valeur constante du courant de court-circuit I K = U N / R IΣ (Figure 3.2 - caractéristique électromécanique à F - var). Le moment de court-circuit М К = kФI К à Ф - var diminue. La caractéristique mécanique est représentée sur la figure 3.3.

La tension fournie à l'induit de la machine ne peut être modifiée que dans le sens décroissant à partir de la valeur nominale. Dans le même temps, le régime de ralenti diminue également proportionnellement à la tension. ω 0 = U H / kF H, et la valeur du courant de court-circuit je À = U H / R jeΣ(Figure 3.4 - caractéristique électromécanique à U - var). Moment de la machine = kФIà -const proportionnel au courant d'induit et la caractéristique mécanique est similaire.

Conformément aux modes de fonctionnement considérés de l'entraînement électrique, les éléments suivants doivent être mis en évidence méthodes de freinage DPT SA :

a) freinage régénératif (avec retour d'énergie au réseau)

La direction de l'action du moment électromagnétique d'une machine électrique est déterminée par la direction du courant continu d'induit et du flux magnétique (1.1 dans la leçon n° 1). Selon 1.1, le courant d'induit

,

et son signe dépend du rapport de la FEM de l'induit et de la tension d'alimentation. À

le moment est positif et la machine fonctionne en mode moteur. Au - ralenti, et la machine d'amorçage fonctionne en mode générateur (mode de récupération d'énergie dans le réseau). Pour assurer un freinage récupératif, il est nécessaire que la fréquence de rotation de l'arbre ω soit supérieure au régime de ralenti pour un circuit de commutation et des paramètres d'alimentation du moteur donnés. La figure 3.5 montre les caractéristiques mécaniques du DPT NV du mécanisme de levage fonctionnant en mode de freinage régénératif ;

b) Freinage électrodynamique

La figure 3.6 montre un schéma du freinage électrodynamique du moteur DC DC. L'armature du moteur est déconnectée du secteur et court-circuitée avec une résistance de freinage supplémentaire R T, l'enroulement de champ est connecté à la source d'alimentation. Dans ce cas, le courant d'induit change de signe dans le sens inverse

.

Interagissant avec le champ d'excitation, le courant d'induit forme un couple dirigé contre la vitesse de rotation de l'induit du moteur. Les équations des caractéristiques électromécaniques et mécaniques prennent la forme

; .

La caractéristique mécanique en mode de freinage dynamique (figure 3.7) passe par l'origine. Au fur et à mesure que la vitesse diminue, le couple de freinage diminue, et en cas de besoin d'augmenter sa valeur à vitesse réduite, ils ont recours à un freinage à deux voire trois étapes, réduisant la résistance par étapes. Chaîne d'ancrage moteur lorsque sa vitesse diminue;

C) freinage par opposition

Dans le mode inverse, le signe de la vitesse du moteur change en conservant le signe du couple ou le signe du couple moteur en conservant le signe de la vitesse. Le premier cas se produit lorsqu'un moment actif d'une charge statique est exposé, dépassant le moment de court-circuit sur une caractéristique donnée (Figures 3.7, 3.8).

En raison du changement du signe de la vitesse, la force électromotrice du moteur coïncidera avec la tension appliquée et le courant dans l'induit sera déterminé comme suit

Ce mode est utilisé dans les palans pour abaisser la charge à basse vitesse (« power descente »).

Le mode contre-commutation est plus souvent utilisé pour arrêter ou changer le sens de rotation du moteur en inversant la polarité de la tension fournie à l'induit (Figures 3.9, 3.10). Dans ce cas, le courant d'induit changera de sens dans le sens inverse, et le signe du couple moteur changera en conséquence, qui sera orienté, avant l'arrêt du moteur, dans le sens inverse de la vitesse :