Что такое диффузия в медицине
Что такое диффузия в медицине
Обычно подобные изменения выявляются на кардиограмме сердца или в процессе ультразвукового исследования (эхо-КГ). В первом случае в основном регистрируется снижение способности клетками миокарда проводить нервные импульсы и сокращаться. На кардиограмме врач видит снижение зубцов и, возможно, нарушения ритма, причем такие изменения будут наблюдаться во всех отведениях. А вот при проведении эхо-КГ заметно общее изменение эхогенности миокарда, то есть изменяется способность этой ткани отражать ультразвуковые волны, что и говорит о начавшихся в ней структурных перестройках.
Начать следует с того, что клеткам миокарда для поддержания нормальной функции требуются белки, жиры, углеводы, минералы, витамины и кислород. Плохое питание, несбалансированность рациона, частые гиповитаминозы становятся причиной нарушений работы миокарда, его истощения. Клетки в таких условиях повреждаются быстрее, восстанавливаются хуже, что и приводит со временем к появлению тех самых диффузных изменений. Как видим, алиментарный фактор играет в этом свою роль. Согласитесь, мало кто в современном мире может похвастаться своим сбалансированным и регулярным питанием.
Диффузные изменения миокарда под световым микроскопом
Наконец, последней причиной является вынужденная гиперфункция миокарда, то есть отсутствие периодов восстановления, что приводит к гибели его клеток. Сюда можно отнести чрезмерные физические нагрузки, постоянные нервные стрессы, нарушение режима дня (недостаток сна), тахикардия (например, при избытке гормонов щитовидной железы), пороки сердца (в таком случае происходит перегрузка объемом крови), повышенное артериальное давление.
Из этого можно сделать несколько важных выводов. Во-первых, диффузные изменения миокарда не развиваются за один день, и даже недели будет мало для их развития. Этот процесс длится годами, поэтому всегда есть возможность выявить начавшиеся изменения вовремя, если человек регулярно обследуется, честно отвечая на вопросы врача и описывая свои жалобы.
Во-вторых, на ранних этапах развития такие изменения еще обратимы, поэтому восстановить нормальную структуру миокарда иногда возможно, если вовремя начать лечение заболеваний-причин и, конечно, наладить питание и режим дня.
В-третьих, важно не только остановить процесс начавшихся диффузных изменений, но и сохранить работоспособные клетки. Здесь на помощь приходит все та же правильно подобранная диета и некоторые лекарственные средства, которые индивидуально назначит специалист.
Таким образом, имеет смысл пересмотреть для начала свой образ жизни, рацион питания и физическую активность, не стоит игнорировать эти, уже многим надоевшие рекомендации. Ну и, конечно, сдать анализы, чтобы врач смог назначить подходящее в конкретном случае этиологическое лечение.
— Вернуться в оглавление раздела «Кардиология.»
Диффузные и очаговые изменения – что это?
Диффузные и очаговые изменения – что это, в чем разница
В заключении ультразвукового исследования при выявлении патологии врач может указывать наличие очаговых или диффузных изменений. Это диагностические критерии, описывающие степень поражения органа при разных заболеваниях.
При УЗИ врач должен определить, в каком состоянии находится орган. Внимательно его осматривая, специалист делает вывод – патология или норма. Если орган нормальный, то он просто описывается, на чем все заканчивается.
Если же при исследовании видно отклонение, то определяется степень поражения органа. Врач должен ответить на вопрос, какие имеются изменения – очаговые или диффузные.
Диффузные и очаговые изменения – в чем разница
Следует уточнить, что деление на очаговые и диффузные изменения условное. Оно помогает в работе специалистов для лучшего понимания картины заболевания.
Диффузные – это поражение всего органа. Какую бы часть не исследовал врач, он видит патологические изменения. Орган полностью отличается от здорового. Нельзя выделить, какой участок нормальный.
Очаговые изменения – это патологический процесс, затрагивающий часть органа. Имеются участки, что отличаются от здоровых. При этом все остальные части выглядят нормальными.
Примеры диффузных и очаговых изменений
При запущенном гепатите, воспалительном заболевании печени, поражается весь орган. Врач будет видеть диффузные изменения. Когда патология еще на ранней стадии, будут определяться и здоровые участки, то есть изменения очаговые.
При злокачественной опухоли печени на начальной стадии врач видит очаговые изменения. Когда рак поражает весь орган, определить здоровые его границы уже невозможно – это диффузная патология.
Связь изменений с заболеванием
То, какие изменения произошли, имеет большое значение. Диффузное поражение – это всегда признак тяжелой патологии, которая уже успела поразить весь орган. При этом наличие очаговых изменений не говорит о том, что заболевание еще на начальной стадии. Это зависит от болезни.
Ультразвуковое исследование не может показать конкретного заболевания. Врач может видеть только анатомические изменения. Одинаковые диффузные и очаговые процессы могут наблюдаться при совершенно разных отклонениях. Обычно после УЗИ при выявлении участка поражения назначаются другие, более точные варианты исследования.
ДИФФУЗИЯ В БИОЛОГИИ ЗАЖИВЛЕНИЯ РАН
В статье показана роль диффузных процессов в ранах, ушитых традиционным способом и способом предложенным авторами. Теоретически обосновано улучшение диффузных процессов в ранах при лечении аппартным методом.
Проблема заживления ран различной этиологии относится к числу основных разделов медицины, не утративших своего значения и в настоящее время. Лечение этой патологии в кратчайшие сроки без гнойных осложнений возможно только при достаточном обеспечении лечебных учреждений современными эффективными ранозаживляющими препаратами.
При раневом процессе местная и общая реакция организма находится в прямой зависимости от тяжести и особенностей повреждений тканей и органов. Местные и общие реактивные процессы при регенерационных процессах находятся в прямой и обратной зависимости будучи взаимообусловленными и взаимовлияющими. В основе лечения ран лежит умение управлять течением раневого процесса. Эта проблема неизменно находится в поле зрения ученых и хирургов практиков [1,2,3,4].
Большое количество применяемых методов лечения ран относятся к фармакологической группе. В то же время было предложено боьшое количество технических устройств для лечения ран. Однако самым распространенным методом ушивания ран является циркулярный вертикальный шов.
Кожный покров человека, состоящий из коллагеновых белков, является идеальной природной мембраной, выполняющей многочисленные обменные и защитные функции. Эти процессы в основном обусловлены диффузией. Диффузия (от лат. diffusio – распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие движения частиц вещества.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии пропорциональна в связи с этим средней скорости молекул. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала вещества).
Роль диффузных процессов в патогенезе и лечении раневого процесса очень велика. Так, например, при трансплантологии кожных покровов толщина лоскутов играет огромную роль в заживлении ожоговых ран, так как она положительно влияет на диффузные процессы между трансплантантом и раневой поверхностью [5].
Однако, значение диффузных процессов в ране практически не изучено. Края раны являются проводящими системами, в которых в нормальных условиях должны проходить диффузные процессы. Схематически этот процесс представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Схематическое изображение динамических процессов при ушивании раны традиционным методом (A), а также в увеличенном масштабе выделен участок ткани (B). Cоздана авторами.
На схематическом рисунке видно, что хирургическая рана (1), ушитая традиционными циркулярными вертикальными швами по классификации Голикова А.Н., обладает определенными недостатками. Хирургический шов (2), являющийся средством для сближения краев раны, осуществляет полную ишемизацию (5) тканей, что приводит к образованию «немых участков» для прохождения диффузных процессов, что приводит к деформации (4) вектора диффузии (3). В результате традиционно используемый хирургический шов приводит к искусственному образованию участков ткани, не участвующих в процессах регенерации. Более того, при неблагоприятных случаях данные «тканевые дефекты» являются источниками образования очагов возникновения инфекционного процесса. Потому что, в итоге, ткань, лишенная доступа питательных веществ, кислорода и т.д., некротизируется, что заканчивается образованием рубца. В противном случае некротизированные массы ткани являются благоприятной питательной средой для болезнетворных микроорганизмов.
На аппаратный метод был получен охранный документ Национального института интеллектуальной собственности Республики Казахстан №13864 от 15.08.2007г. Главным принципом действия предложенного метода является плотное смыкание краев ран друг к другу при помощи физико-механических приемов. Вдоль края раны накладывается капроновая леска достаточной длины, создающая «лигатурную дугу», которая фиксируется концами к торцам аппарата авторской конструкции.
Авторский аппарат в собранном виде имеет форму рамки, в виде четырехугольного параллелограмма, боковые стороны которого составляют стержни, а торцами являются подвижные планки, расположенные и фиксированные к стержням двумя гайками на обоих концах штырей, на подвижных планках просверлены отверстия одинакового диаметра для стержней и фиксации нитей лигатур (рис. 2).
регенерационные процессы. Эффективность аппаратного метода была доказана экспериментально и клинически.
Таким образом, теоретически предложено обоснование эффективности предложенного аппаратного метода по сравнению с традиционными способами ушивания ран. Это обусловлено увеличением давления на область раны, (вследствие особенностей конструкции устройства) приводящего к локальному усилению скорости диффузии.
Жараларды емдеу биологиясындағы диффузия
Түйін Мақалада әдеттегі әдіспен және мақала авторларымен ұсынылып отырған аппаратты әдістің жараларды емдеудегі диффузды процесстер туралы айтылғын. Жараларда диффузды процесстердің аппаратты әдістің жақсарғаны теория жүзінде дәлелдіп көрсетілді.
DIFFUSION IN BIOLOGY Healing
Abstract The article shows the role of diffuse processes in wounds sutured in the traditional way and the method proposed by the authors. The diffuse processes in wounds have been justified theoretically.
Есиркепов М.М., Нурмашев Б.К., Муканова У.А.
Южно-Казахстанская государственная медицинская академия, г. Шымкент
ДИФФУЗИЯ
ДИФФУЗИЯ (лат. diffusio распространение, растекание) — процесс самопроизвольного взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга за счет теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведет к равномерному распределению веществ по всему занимаемому ими объему. В биологических объектах Диффузия является основным процессом, обеспечивающим направленный поток вещества во время жизнедеятельности организма (поступление газов, воды, минеральных солей и т. д.). У человека в основном за счет Диффузии происходит газообмен в легких и тканях (см. Газообмен), водно-солевой обмен (см.), всасывание продуктов пищеварения в кишечнике (см. Всасывание), генерирование потенциала действия в нервных и мышечных клетках (см. Биоэлектрические потенциалы) и другие процессы жизнедеятельности. Диффузия играет важную роль в химической кинетике и технологических процессах (адсорбции, цементации, диффузионной сварке, диффузионной металлизации и др.).
Диффузия происходит в газах, жидкостях и твердых телах; диффундировать могут как находящиеся в них посторонние частицы (гетеродиффузия), так и собственные частицы (самодиффузия). Скорость Д. зависит от многих факторов: плотности и вязкости среды, температуры, природы диффундирующих частиц, воздействия разного рода внешних сил и т. д. Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее в жидкостях и еще медленнее в твердых телах, что определяется характером теплового движения частиц в этих средах.
Dt и является коэффициентом Д. Соотношение было выведено Эйнштейном (A. Einstein) и справедливо для Д. в любых средах. Коэффициент Д. обратно пропорционален давлению газа и увеличивается с возрастанием температуры. С увеличением молекулярной массы диффундирующего вещества Д. уменьшается.
Диффузия в газах. Каждая частица газа движется по ломаной траектории, т. к. при столкновении частицы меняют направление и скорость движения. В силу этого скорость поступательного движения гораздо меньше скорости свободного движения молекул (так, скорость распространения запахов намного меньше скорости движения молекул пахучих веществ).
Диффузия в жидкостях рассматривается как движение с трением; для анализа применяют второе соотношение Эйнштейна: D
Диффузия в твердых телах осуществляется за счет обмена местами атомов с незанятыми узлами кристаллической решетки (вакансиями), прямого обмена двух соседних атомов, одновременного циклического перемещения нескольких атомов, движения атомов и ионов через междоузлия кристаллической решетки и т. д. Коэффициент Д. в твердых телах в большой степени зависит от дефектов кристаллической структуры, возникающих при нагреве, деформациях, напряжениях и других воздействиях. Так, коэффициент Д. цинка в медь при повышении температуры с 20 до 300° возрастает в 1014 раз.
В полимерах Д. происходит за счет теплового движения молекул полимера или их отдельных участков. На этом свойстве основано явление адгезии (слипание) полимеров. Диффундировать в полимерных материалах могут и частицы посторонних веществ. Так, газопроницаемость полимерных пленок является результатом последовательно протекающих процессов: растворение газа в пограничном слое пленки, Д. растворенного вещества через полимер и выделение молекул газа с другой стороны пленки. Газопроницаемость полимерных материалов зависит от гибкости цепных макромолекул, от физ. состояния полимера, от природы диффундирующих частиц. При кристаллизации, поперечном «сшивании» молекул (вулканизации) с ростом межмолекулярных сил и плотности упаковки газопроницаемость уменьшается.
Д. низкомолекулярных веществ через полимерную пленку осуществляется аналогично. Коллоидные вещества слабо диффундируют, а коллоидные р-ры почти не обнаруживают способности к Д. В то же время Д. низкомолекулярных веществ в коллоидных р-рах низкой концентрации почти не отличается от Д. в чистом растворителе. С увеличением концентрации коллоидного р-ра скорость Д. в нем низкомолекулярных веществ снижается. Д. в гелях зависит от концентрации и природы структурообразующего вещества и от природы и строения частичек диффундирующего вещества.
Единица коэффициента Д. в Международной системе единиц (СИ) — м 2 /сек, единица потока Д. — 1/м 2 •сек или кг/м 2 •сек.
Диффузионный поток. На практике существенное значение имеет не Д. отдельных частиц, а поток вещества, движущийся в сторону меньшей концентрации (диффузионный поток). Диффузионный поток (J) выражается через разность частиц, пересекающих единицу площади в прямом и обратном направлении за единицу времени (закон Фика): j = dm = —DS((C1-C2)/(X1-X2))dt = — DS(dC/dx)dt, где dm — количество частиц вещества, диффундирующих за время dt при градиенте концентрации dC/dx, D — коэффициент диффузии; знак минус указывает, что перемещение происходит в направлении убыли концентрации частиц. Для биол, систем коэффициент Д. заменяют коэффициентом проницаемости P
Диффузия в биологических системах
Д. играет важную роль в биологич. системах, обеспечивая поступление газов, воды, минеральных веществ в ткани растений и животных. За счет Д. происходят процессы газообмена в легких и тканях, обмена воды и солей в почках, всасывание продуктов пищеварения из кишечника, генерирование потенциала действия в нервных и мышечных клетках, перенос молекул медиатора в синапсах, перемещение веществ внутри клетки и т. д. Расчет диффузионных потоков растворенных веществ через мембраны клеток проводят по уравнению Фика, в к-ром коэффициент Д. заменен на коэффициент проницаемости; по уравнению Фика расчитывают Д. газов и воды, заменяя при этом разность концентраций значениями разности давления газов или осмотического давления по обе стороны мембраны клетки. В большинстве случаев скорость Д. через мембраны меньше скорости свободной Д., что свойственно большинству молекул, имеющих средний размер или заряд, взаимодействующий с заряженной мембраной (большинство анионов)— ограниченная Д. В том случае, когда молекулы и ионы самостоятельно не могут проникать или слабо проникают через биол, мембраны, а при взаимодействии с нек-рыми веществами («переносчиками») их проницаемость увеличивается, говорят об облегченной Д. Такая Д. характерна для ряда сахаров, аминокислот и других органических соединений.
Конечная концентрация молекул или ионов в клетке и окружающей среде мало зависит от скорости их Д. через мембраны. Распределение ионов и молекул между клеткой и средой зависит от их хим. сродства к веществам цитоплазмы, сорбционных процессов, физ. растворения и других процессов, протекающих неодинаково в цитоплазме и окружающей клетку жидкости (см. Клетка). Кроме того, перераспределение ионов зависит от процессов, направленных против концентрационного (электрохимического) градиента и происходящих с затратой энергии — так наз. активный транспорт (см. Транспорт ионов). Поступление биополимеров (белков, нуклеиновых к-т) может происходить за счет механизмов пиноцитоза (см.) и фагоцитоза (см.).
Гиршфельдер Д., Кертисс Ч. и Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Пост X. Физиология клетки, пер. с англ., М., 1975; Никольский H. Н. и Трошин А. С. Транспорт сахаров через клеточные мембраны, Л., 1973, библиогр.; Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике, М., 1967; Ходоров Б. И. Проблема возбудимости, JI., 1969, библиогр.; Шьюмон П. Диффузия в твердых телах, пер. с англ., М., 1966.
Что такое диффузия в медицине
Актуальность работы
Диффузия – фундаментальное явление природы. Оно лежит в основе превращений вещества и энергии. Его проявления имеют место на всех уровнях организации природных систем на нашей планете, начиная с уровня элементарных частиц, атомов и молекул, и заканчивая геосферой. Оно широко используется в технике, в повседневной жизни.
Сущность диффузии – движение частиц среды, приводящее к переносу веществ и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения частиц данного вида в среде. Диффузия молекул и атомов обусловлена их тепловым движением.
Диффузия является также фундаментальным процессом, лежащим в основе функционирования живых систем любого уровня организации, начиная с уровня элементарных частиц (электронная диффузия) и заканчивая биосферным уровнем (круговоротом веществ в биосфере).
Она играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике. Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и животных. Примером положительного воздействия является поддержание однородного состава атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Диффузия играет важную роль в различных областях науки и техники, в процессах, происходящих в живой и неживой природе. Она оказывает влияние на течение химических реакций.
С участием диффузии или при нарушении и изменении этого процесса могут протекать отрицательные явления в природе и жизни человека, такие как обширное загрязнение окружающей среды продуктами технического прогресса человека.
Цель работы: Исследовать особенности протекания диффузии в газах, жидкостях и в твердых телах и выяснить применение диффузии человеком и проявление диффузии в природе, рассмотреть влияния диффузионных процессов на экологическое равновесие в природе и влияние человека на процессы диффузии.
1. Сущность диффузии
Демонстрирует диффузию в газах, разбрызгивая в углу класса дезодорант. Распространение запаха объясняется движением молекул. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы дезодоранта много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате.
Процесс проникновения частиц (молекул, атомов, ионов) одного вещества между частицами другого вещества вследствие хаотичного движения называется диффузией (от лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание). Таким образом, диффузия – результат хаотичного движения всех частиц вещества, всякого механического воздействия.
Движения частиц при диффузии совершенно случайны, все направления смещения равновероятны,
Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия. Диффузия – перенос вещества, обусловленный самопроизвольным выравниванием неоднородной концентрации атомов или молекул разного вида. Если в сосуд впустить порции различных газов, то через некоторое время все газы равномерно перемешиваются: число молекул каждого вида в единице объема сосуда станет постоянным, концентрация выравнивается Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами четко видна граница раздела двух сред (рис.1а). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами.
Граница между веществами расплывается (рис.1б). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во все более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится еще более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит, в конце концов, к тому, что раствор в сосуде становится однородным (рис.1в).
а) 
б) 
в) 
Рис.1. Объяснение явления диффузии
2. Диффузия в природе
С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния.
Результатом этого явления может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. Таким же образом происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет ни цвета ни запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.
Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжелого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот инертные газы.
В небе мы тоже наблюдаем это явление. Рассеивающиеся облака – тоже пример диффузии и как точно об этом сказано у Ф.Тютчева: «В небе тают облака…»
В жидкостях диффузия протекает медленнее, чем в газах, но этот процесс можно ускорить, с помощью нагревания. Например, чтобы быстрее засолить огурцы, их заливают горячим рассолом. Мы знаем, что в холодном чае сахар растворится медленнее, чем в горячем.
Летом, наблюдая за муравьями, я всегда задумывалась над тем, как они в огромном для них мире, узнают дорогу домой. Оказывается, и эту загадку открывает явление диффузии. Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости
Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.
А растение растет, цветет для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьет воду, получает из почвы различные микродобавки.
Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи.
Экология окружающей среды ухудшается за счет выбросов в атмосферу, в воду химических и прочих вредных веществ, и это все распространяется и загрязняет огромные территории. А вот деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии.
На принципе диффузии основано перемешивание пресной воды с соленой при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.
Во всех приведенных примерах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т.е. диффузию. На этом процессе основаны многие физиологические процессы в организме человека и животных: такие как дыхание, всасывание и др. В общем, диффузия имеет большое значение в природе, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды.
2.1. Диффузия в растительном мире
К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счет веществ, находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы или питании одного органа за счет другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем прибегать к тем же причинам: диффузия».
Действительно, в растительном мире очень велика роль диффузии. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны.
Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоемов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.
В процессе обмена веществ, при расщеплении сложных питательных веществ или их элементов на более простые, происходит освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.
2.2. Роль диффузии в питании растений
Основную роль в диффузионных процессах в живых организмах играют мембраны клеток, обладающие избирательной проницаемостью. Прохождение веществ через мембрану зависит от:
• от присутствия и числа молекул воды;
• от растворимости этих частиц в жирах;
• от структуры мембраны.
Существует две формы диффузии: а) диализ – это диффузия молекул растворенного вещества; б) осмос – это диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану. В почвенных растворах содержатся минеральные соли и органические соединения. Вода из почвы попадает в растение путем осмоса через полупроницаемые мембраны корневых волосков. Концентрация воды в почве оказывается выше, чем внутри корневых волосков, поэтому происходит диффузия из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией. Затем концентрация воды в этих клетках становится выше чем в вышележащих – возникает корневое давление, обуславливающее восходящий ток сока по корням и стеблю, а потеря воды листьями обеспечивает дальнейшее поглощение воды.
Минеральные вещества в растение поступают: а) путем диффузии; б) иногда путем активного переноса против градиента концентрации, сопровождающееся расходом энергии. Различают также тургорное давление – это давление, оказываемое содержимым клетки на клеточную стенку. Оно почти всегда ниже осмотического давления клетки сока, т.к. снаружи находится не чистая вода, а солевой раствор. Значение тургорного давления:
— сохранение формы растительного организма;
— обеспечение роста в молодых клетках растений;
— сохранение упругости растений (демонстрация растений кактуса и алоэ);
— формообразование при отсутствии арматурной ткани (демонстрация помидора).
3. Применение диффузии в медицине
Боле 30 лет назад немецкий врач Вильям Кольф применил аппарат «искусственная почка». С тех пор он применяется: для неотложной хронической помощи при острой интоксикации; для подготовки больных с хронической почечной недостаточностью к трансплантации почек; для длительного (10-15 лет) жизнеобеспечения больных с хроническим заболеванием почек.
Применение аппарата «искусственная почка» становится в большей мере терапевтической процедурой, аппарат применяется как в клинике, так и в домашних условиях. С помощью аппарата проводилась подготовка реципиента к первой в мире успешной трансплантации почки, проведенной в 1965 г. академиком Б.В. Петровским.
Аппарат представляет собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с солевым раствором. Вследствие разности осмотических давлений из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества, подлежащие удалению из организма. Аппарат представляет собой систему из плоских каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными потоками медленно движутся кровь и диализат – солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO2 + О2 Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров, введенных в полую (вход крови в диализат) и локтевую (выход) вены. Диализ продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава крови.
Учитель биологии: Разобраться и понять формы диффузии, осмос и диализ вам поможет следующее сообщение.
4. Применение диффузии в технике и в повседневной жизни
Диффузия находит широкое применение в промышленности и повседневной жизни. На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов. Методом диффузионной сварки без применения припоев, электродов и флюсов соединяют между собой металлы, неметаллы, металлы и неметаллы, пластмассы. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.
Для извлечения растворимых веществ из твердого измельченного материала применяют диффузионный аппарат. Такие аппараты распространены главным образом в свеклосахарном производстве, где их используют для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.
Существенную роль в работе ядерных реакторов играет диффузия нейтронов, то есть распространение нейтронов в веществе, сопровождающееся многократным изменением направления и скорости их движения в результате столкновения с ядрами атомов. Диффузия нейтронов в среде аналогична диффузии атомов и молекул в газах и подчиняется тем же закономерностям.
В результате диффузии носителей в полупроводниках возникает электрический ток, Перемещение носителей заряда в полупроводниках обусловлено неоднородностью их концентрации. Для создания, например, полупроводникового диода в одну из поверхностей германия вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия в глубь монокристалла германия в нем образовывается р-n – переход, по которому может идти значительный ток при минимальном сопротивлении.
На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости, в декоративных целях, так, для повышения твердости и жаростойкости стальных деталей применяют цементацию. Она заключается в том, что стальные детали помещают в ящик с графитовым порошком, который устанавливают в термической печи. Атомы углерода вследствие диффузии проникают в поверхностный слой деталей. Глубина проникновения зависит от температуры и времени выдержки деталей в термической печи.
5. Влияние человека на протекание диффузии в природе
К сожалению, в результате развития человеческой цивилизации оказывается негативное влияние на природу и процессы, протекающие в ней. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей, океанов. Например, можно быть уверенным, что моющие средства, слитые в канализацию, например, в Одессе, окажутся у берегов Турции из-за диффузии и существующих течений. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире исчисляется десятками триллионов тонн. Примером отрицательного влияния человека на процессы диффузии в природе являются крупномасштабные аварии, произошедшие в бассейнах разных водоемов. В результате этого явления нефть и продукты ее переработки растекаются по поверхности воды и, как результат, нарушаются процессы диффузии, например: кислород не поступает в толщу воды, и рыбы без кислорода погибают.
Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, из-за него вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и растений. Увеличивается площадь земель, загрязненных выбросами промышленных предприятий и т.д. Свыше 2 тыс. гектаров земли занято свалками промышленных и бытовых отходов. Один из трудно решаемых в настоящее время вопросов является вопрос утилизации промышленных отходов, в том числе токсичных.
Насущной проблемой является загрязнение воздуха выхлопными газами, продуктами переработки вредных веществ, выбрасываемыми в атмосферу различными заводами. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.
В некоторых медицинских исследованиях была показана связь заболеваемости органов дыхания и верхних дыхательных путей с состоянием воздуха. Отмечается прямая зависимость между показателем уровня заболеваемости органов дыхания и объемом выбросов вредных веществ в атмосферу. Перечисленные примеры диффузии оказывают вредное влияние на различные процессы, происходящие в природе.
Загрязнение водоемов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают. Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Такие фильтры установлены, например на ТЭЦ в Ленинском районе Челябинска, но установка их стоит очень дорого. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.
Учитывая глобальное потепление, важно исследовать изменение скорости диффузии в зависимости от повышения температуры окружающей среды.
I опыт. Наблюдение проникновения частицами одного вещества между молекулами другого вещества
Цель: изучить, диффузию твердых веществ и сделать вывод о скорости протекания диффузии.
Приборы и материалы: желатин, перманганат калия, медный купорос, чашка Петрия, пинцет, нагревательный прибор.
Описание опыта и полученные результаты:
Таким образом, диффузия в твердых телах протекает более медленно. Если в окружающую среду попадают, сильные окислители, то они приводят ее к разрушению.
II опыт. Наблюдение растворения кусочков гуаши в воде, при неизменной температуре ( при t = 22°С)
Таким образом, явление диффузии это длительный процесс, в результате которого происходит растворение твердых тел.
Ш опыт. Изучение зависимости скорости протекания диффузии от температуры и проникновение в продукты питания
Цель: изучить, как температура влияет на скорость протекания диффузии.
Приборы и материалы: термометры – 2 шт, часы – 1 шт, стакан – 1шт, йод, картофель, магнитная мешалка.
Описание опыта и полученные результаты: взяли стакан поместили в него йод и на закрыли стакан разрезанным на половину картофелем при t=22 °С. Через 15 мин от начала эксперимента процесс диффузии не активный. Начали процесс нагревания через 4 мин. Пошел процесс диффузии, через 1 мин, видим, проникновение йода в картофель, через 2 мин.
Из этого опыта можно сделать вывод о том, что на скорость протекания диффузии влияет температура: чем больше температура, тем выше скорость протекания диффузии, что отрицательно влияет на продукты питания.
Таким образом, воздух загрязняется отходами разных фабрик, выхлопными газами автомобилей проникают в продукты питания, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование человека, животных и растений.
IV опыт. Изучение зависимости скорости протекания диффузии газообразных веществ в воду при постоянной температуры
Цель: изучить скорости протекания диффузии газообразных веществ в воду при постоянной температуры и сделать вывод о скорости протекания диффузии.
Приборы и материалы: термометры – 1 шт, часы – 1 шт, колба – 1 шт, вода, йод.
Описание опыта и полученные результаты: в колбу была налита вода одинаковой массы и одинаковой температуры (22 °С), затем в другую колбу была налит растительное масло (5 мл). Растительное масло в нашем опыте имитировало нефть. Колбы закрыли скотчем с приклееным к нему йодом. Наблюдение сняли через 45 минут.
Вода, покрытая пленкой растительного масла, окрасилась очень слабо, то можно судить о том, что и молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы и другие водные обитатели испытывают недостаток кислорода и могут даже погибнуть.
Вывод: наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.
Заключение
Мы видим, как велико значение диффузии в неживой природе, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.
Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения, играет важнейшую роль в поглощении питания и насыщении кислородом крови. В пламени Солнца, в жизни и смерти далеких звезд, в воздухе, которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.
Таким образом, диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Благодаря диффузии кислород из легких пpoникaeт в кровь человека, а из крови – в ткани. Но, к сожалению, люди в результате своей деятельности часто оказывают негативное влияние на естественные процессы в природе.
Изучая диффузию, ее роль в экологическом равновесии природы и факторы, влияющие на ее протекание в природе, я пришла к выводу, что надо привлекать внимание общественности к проблемам окружающей среды.