Провести электрофорез ионов йода в ткань клубня картофеля, после чего подвергнуть образец действию ультразвука.

Московский Государственный технический университет

Им. Н.Э. Баумана

 

Лабораторная работа

по курсу «Основы медицинской акустики»

«Изучение различий в механизмах электрофореза и фонофореза»

Москва, 2017

Цель работы: экспериментально определить различие в механизмах электрофореза и фонофореза веществ в биологическую ткань.

Задачи работы: 1) изучить теоретический материал по действию ультразвука на биологическую ткань; 2) ввести экспериментально электрофоретически и фонофоретически йодистый калий в модельную ткань (клубень картофеля); 3) измерить глубину проникновения вводимомого вещества в ткань; 4) построить графики зависимости глубины проникновения вводимого вещества в ткань от параметров используемых электрического тока и ультразвука; 5) проанализировать полученные в процессе лабораторной работы результаты и сделать выводы.

 

1. Теоретическая часть

(Материал теоретической части построен на материалах источников литературы [1-10], рекомендуемых для изучения по программе Медицинская акустика»).

Электрофорез и фонофорез занимают промежуточное положение между физиотерапией и фармакотерапией, так как при этих процедурах физические факторы - электрический ток или ультразвук, сами по себе обладающие лечебным действием,  обеспечивают еще и доставку лекарственных веществ в организм через неповрежденную кожу и слизистые оболочки.

 Скорость транспортировки и концентрирования лекарственных веществ в очаги поражения часто лимитируется не током крови или диффузией в межклеточной жидкости, но пониженной проницаемостью клеточных мембран по отношению к тем или иным веществам. Клетки занимают в мягких тканях не менее 9/10 всего объема, и поэто­му доступной для веществ, не проникающих через клеточные мембра­ны, оказывается примерно лишь 1/10 часть всего объема ткани.  Различия в механизмах электрофореза и фонофореза позволяют вводить в организм разные по своей природе вещества, как в межклеточную жидкость, так и в саму клетку, что существенно расширяет возможности врача, назначающего лечение.

Электрофорез применяется для введения электрически заряженных частиц, тогда, как фонофорез может быть использован как для введения заряженных частиц, например, положительных или отрицательных ионов, так и электронейтральных молекул.

При фонофорезе  на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами. Введение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ с небольшой молекулярной массой.

Различие в механизмах электро- и фонофореза удобно исследовать на модели - ткани клубня картофеля. Эта ткань имеет биологическую природу и клеточное строение, а отсут­ствие рефлекторных и сосудистых реакций существенно упрощает анализ получаемых результатов. В клетках (и только в клетках) клубня картофеля содержится крах­мал, который можно использовать как естественный внутриклеточный индикатор на йод. Однако при исследовании влияния ультразвука на ионную проницае­мость,  в клетку могут попасть лишь ионы йода, которые не дают в комплексе с крахмалом характерной сине-фиолетовой окраски. Окра­шивание наступает при "проявлении" образцов в 0,5 -2%  раство­ре перекиси водорода. Механизм проявления сводится к тому, что ионы йода, окисляясь, переходят в атомарный йод, который при взаимодействии с крахмалом, находящимся в пластидах внутри кле­ток, дает характерную яркую сине-фиолетовую окраску.

      Использование ткани клубня картофеля позволяет определить некоторые закономерности процессов электрофореза ионов йода в ткань, а также исследовать различия между процессами электро- и фонофореза.

     
ЗАДАНИЕ:

      Провести сравнительное изучение электрофореза и фонофореза ионов йода в ткань клубня картофеля.

1. Провести электрофорез ионов йода в ткань клубня картофеля.

2. Провести фонофофорез ионов йода в ткань клубня картофеля.

3. Провести электрофорез ионов йода в ткань клубня картофеля, после чего подвергнуть образец действию ультразвука.

4. Исследовать зависимость глубины проникновения ионов йода при электрофорезе от времени и величины электрического тока.

 

1. Провести электрофорез ионов йода в ткань клубня картофеля.

      Для этого, подготовить:

Стандартный аппарат для электрофореза,  например

                                     

Элфор-Проф (Невотон),

 

 

компактный аппарат для домашнего пользования ЭЛФОР.

 

Рис.1 Стандартные аппараты для электрофореза

 

Перед проведением исследований следует внимательно ознакомиться с прилагаемыми к аппаратам инструкциями.

Продолжительность процедуры лечебного электрофореза в среднем составляет 15-20 минут. Питание портативного прибора осуществляется либо от поставляемого отдельно сетевого адаптера, либо от элемента питания типа "Крона". Одной батареи в среднем хватает на проведение 10-12 процедур электрофореза.

Можно также воспользоваться любым источником постоянного тока, например, зарядным устройством для мобильных гаджетов с электродами, выполненными из металлических дисков подходящего размера, в частности из монет.

           Для исследовательских целей можно ограничиться простой, собранной в лаборатории, схемой

 

 

1

-

+

3

a b c d

2

mA

 

                                   

 

4

          

 

2

5

 

 

Рис.2. Принципиальная лабораторная схема для осуществления электрофореза:

1. – батарея*, с напряжением 9 вольт (например, крона).

2. - миллиамперметр постоянного тока, с пределами измерения 0 - 50 мА,

3. - потенциометр (переменное сопротивление) на 35 – 45 кОм,

4. - измерительная ячейка:

a –положительный электрод, 

b – исследуемый образец,

c – губка, смоченная вводимым раствором (KJ), d-отрицательный электрод,

5. - выключатель.

*Вместо батареи элементов можно использовать и зарядное устройство для гаджетов.

 

Для электрофореза (Рис.2), цилиндрический образец ткани клубня картофеля  помещают между двумя плоскими электродами. Между катодом и образцом помещают пористую прокладку, пропитанную 0,5 М рас­твором KI. Электрофорез проводят постоянным током, величиной в ~ 25 мА.

В приведенном случае, вводят в ткань картофеля положительные ионы. При необходимости введения ионов калия, полярность электродов на ячейке следует поменять на обратную.

После проведения электрофореза, образец разрезают, прополаскивают в проточной воде и помещают на 10-15 секунд в 1-2% раствор перекиси водорода. В тех местах, где клетки ткани картофеля оказались разрушенными при разрезании, поверхность образца окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

     Глубину окрашенного слоя измеряют, данные вносят в таблицу, в которой предварительно указаны характер и параметры воздействия. Полученные результаты фотографируют и описывают, указывая толщину прокрашенного слоя.

 

 

 

Рис.3. Образец, разрезают по оси, прополаскивают в чистой воде  и помещают  плоскостью разреза на 10 – 15 секунд в 1-2% раствор Н₂О₂.

 

        

2. Провести фонофофорез ионов йода в ткань клубня картофеля.

    Для проведения фонофореза ионов йода в ткань клубня картофеля. подготовить стандартный ультразвуковой аппарат, предназначенный специально для ультразвуковой терапии,  например, УЗТ -1.01 Ф, или аналогичный и тщательно ознакомится с его инструкцией.

Рис. 4. Ультразвуковой

терапевтический аппарат

УЗТ -1.01 Ф.

     На излучатель терапевтического аппарата следует надеть специально изготовленную термостатирующую кювету, или пластмассовую трубку (можно вырезать из полиэтиленового флакона подходящего диаметра). В качестве уплотнителя, между корпусом излучателя и трубкой можно воспользоваться силиконовыми герметиками.

Рис.5. Кювета для проведения фонофореза в ткань клубня картофеля.

1-исследуемый образец,

2- 0,5 М раствор KJ,

3- излучатель ультразвука,  

4- термостатирующая кювета.

 

    Для исследования, используя трубчатый нож, вырезают цилиндрические образцы из клубня картофеля высотой 15-20 мм и помещают в кювету, дном которой служит излучатель ультразвука (Рис5.). Специальная подставка обеспечивает постоянное расстояние между поверхностью излучателя и образцом. (Можно также исследуемый образец, предварительно наколоть на спицу, и опустить в кювету на фиксированную глубину (Рис.6).

Рис.6 Образец, наколотый на тонкую спицу, опущенный на фиксированную глубину в кювету, выполненную из корпуса полиэтиленового флакона подходящего размера.

 

    В кювету заливают 0,5 М раствор йодистого калия так, чтобы только нижний край образца оказался в контакте с раствором.

       После воздействия на  образец  ультразвуком (0,88 МГц, 0,1-2 Вт/см²), или с другими параметрами, обеспечиваемыми техническими характеристиками используемого аппарата, образец разрезают на две полуцилиндрические половинки, обмывают водой и плоскостью среза помещают на несколько секунд в 0,5 – 2% раствор перекиси водорода. При взаимодействии с Н₂О₂ ионы йода окисляются и окрашивают образец.

        Глубину окрашенного слоя измеряют, данные вносят в таблицу, в которой предварительно указаны характер и параметры воздействия. Полученные результаты, сравнивают с результатами, полученными при электрофорезе.      

Провести электрофорез ионов йода в ткань клубня картофеля, после чего подвергнуть образец действию ультразвука.

    Образец, в который предварительно, с помощью электрофореза введены ионы йода, разрезать на две части и одну часть опустить в раствор перекиси водорода на несколько секунд, как указано на Рис.3. Вторую половину образца поместить плоскостью разреза на поверхность излучателя ультразвука, подвергнуть действию ультразвука, промыть водой и, разрезав перпендикулярно плоскости первого разреза, опустить, как и первую, в раствор перекиси водорода.

       Описать полученные результаты, сравнивая их с результатами, полученными при электрофорезе.