Поиск

Вход на сайт

Категории раздела

Острый парапроктит [5]
Среди проктологических заболеваний одно из ведущих мнст занимает парапроктит.

Календарь

«  Май 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Медицинская энциклопедия   Э  Ю  Я  У  Х  Ц


   ЭЛЕКТРОННЫЙ  ПАРАМАГНИТНЫЙ  РЕЗОНАНС (ЭПР)

   Электронный парамагнитный резонанс — резонансное поглощение электромагнитных волн веществами, содержащими парамагнитные частицы. Методы, основанные на электронный парамагнитный резонанс(ЭПР), нашли широкое применение в лаб. практике.

     С их помощью изучают кинетику химических и биохимических реакций ( Кинетика биологических процессов, Кинетика химическая), роль свободных радикалов в процессах жизнедеятельности организма в норме и при патологии ( Радикалы свободные), механизмы возникновения и течения фотобиологических процессов ( Фотобиология) и т. д.

   Явление электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) было открыто советским ученым Е. К. Завойским в 1944 г. Электронный парамагнитный резонанс характерен только для парамагнитных частиц (т. е. частиц, способных намагничиваться при приложении к ним магнитного поля), с нескомпенсированным электронным магнитным моментом, который, в свою очередь, обусловлен собственным механическим моментом электрона — спином. Электронам присуще особого рода внутреннее движение, которое можно сравнить с вращением волчка вокруг своей оси. Связанный с ним момент количества движения называют спином. Благодаря спину электрон обладает постоянным магнитным моментом, направленным противоположно спину. В большинстве молекул электроны располагаются на орбиталях таким образом, что их спины направлены противоположно, магнитные моменты скомпенсированы, и сигнал электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) от них наблюдать не удается. Если магнитное поле электрона не скомпенсировано спином другого электрона (т. е. молекула содержит неспаренные электроны), то регистрируется сигнал ЭПР. Частицами с неспаренными электронами являются свободные радикалы, ионы многих металлов (железо, медь, марганец, кобальт, никель и др.), ряд свободных атомов (водород, азот, щелочные металлы и др.).

   В отсутствие внешнего магнитного поля направление (ориентация) магнитного момента электрона в пространстве может быть любым; энергия такого электрона не зависит от ориентации его магнитного момента. В соответствии с законами квантовой механики во внешнем магнитном поле ориентация магнитного момента электрона не может быть произвольной — он может быть направлен либо по направлению магнитного поля, либо противоположно ему.

   Если на систему неспаренных электронов во внешнем магнитном поле подействовать  электромагнитным излучением, энергия кванта которого равна АЕ, то под влиянием излучения электроны начнут переходить из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией, что будет сопровождаться поглощением излучения веществом.

   ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) относят к методам радиоспектроскопии, поскольку для наблюдения электронного парамагнитного резонанса применяются излучения в радиочастотном диапазоне электромагнитных волн.

   ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) регистрируется с помощью специальных приборов— радио-спектрометров. Регистрация сигнала электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) производится следующим образом. Напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, линейно изменяется в определенных пределах.  В существующих радиоспектрометрах сигнал электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) регистрируется в виде первой производной линии поглощения.

   Для описания и анализа спектров ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) используется ряд параметров, характеризующих интенсивность линий, их ширину, форму, а также положение в магнитном поле. Интенсивность линий ЭПР при прочих равных условиях пропорциональна концентрации парамагнитных частиц, что позволяет проводить количественный анализ.

   При рассмотрении явления ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) следует учитывать, что магнитный момент неспаренного электрона взаимодействует не только с магнитным полем электромагнита, но и с магнитными полями, создаваемыми окружением электрона: другими неспаренными электронами, магнитными ядрами ( Ядерный магнитный резонанс). Взаимодействие неспаренных электронов с ядрами часто приводит к расщеплению спектра ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) на ряд линий. Анализ таких спектров позволяет идентифицировать природу парамагнитных частиц, оценивать характер и степень их взаимодействия друг с другом.

   Участие парамагнитных частиц в хим. реакциях, молекулярное дви¬жение и другие кинетические эффекты также влияют на форму спектра ЭПР(электронный парамагнитный резонанс). Поэтому ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) используют для обнаружения, оценки количества и идентификации парамагнитных частиц, исследования кинетики химических и биохимических реакций и молекулярной динамики.

   Благодаря своей универсальности ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) находит широкое применение в различных областях науки. Использование ЭПР в биологии и медицине обусловлено наличием в клетках, тканях и биол. жидкостях различных по природе парамагнитных центров. С помощью ЭПР (электронный парамагнитный резонанс)было обнаружено наличие свободных радикалов практически во всех животных и растительных тканях. Источником свободных радикалов служат такие соединения, как флавины, коэнзим и другие вещества, выполняющие роль переносчиков электронов в реакциях энергетического обмена в растительной и животной клетке; парамагнитные центры, обнаруживаемые в изолированных тканях, принадлежат в основном электрон-транспортным цепям митохондрий, микросом, хлоропластов ( Дыхание). Обнаружено, что содержание свободных радикалов в тканях коррелирует с их метаболической активностью. В многочисленных работах показано изменение количества свободных радикалов при различных патол. состояниях, напр. при онкогенезе , развитии лучевых повреждений, токсикозе ( Интоксикация), что объясняется нарушением энергетического метаболизма при патологии ( Биоэнергетика).

   С помощью ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) в тканях животных и растений определяют парамагнитные ионы (железа, меди, марганца, кобальта и т. д.), которые входят в состав металлопротеидов, участвующих в реакциях переноса элект-ронов по электронтранспортным цепям и ферментативном катализе, а также в кислородпереносящих пигментах (гемоглобине). С помощью ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) удается исследовать окислительно-восстановительные превращения ионов металлов и характер взаимодействия ионов с их окружением, что позволяет установить тонкую структуру металлосодержащих комплексов.

   Патол. изменения тканей приводят к изменениям сигналов ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) металлопротеидов, что связывают с распадом парамагнитных комплексов металлов, изменением окружения парамагнитных ионов, переходом ионов в другие комплексы. Однако исследование природы парамагнитных центров тканей, особенно свободных радикалов, связано с определенными трудностями из-за сложности расшифровки спектров ЭПР.

   С помощью ЭПР оказалось возможным исследовать механизмы ферментативных реакций ( Ферменты). В частности, удается одновременно изучать как кинетику образования и расходования свободных радикалов в ходе ферментативных реакций, так и кинетику окислительно-восстановительных превращений металлов, входящих в состав ферментов, что позволяет устанавливать последовательность стадий фермен-тативной реакции.

   Применение ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) при исследовании лучевого поражения в биол. объектах позволяет получать информацию о природе образующихся в биополимерах радикалов, о механизмах и кинетике радикальных реакций, развивающихся в облученных объектах и приводящих к биол. эффекту. Метод ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) может быть применен в аварийной дозиметрии, напр. при случайном облучении людей для оценки дозы облучения, используя для этого предметы из зоны облучения.

   Важное место занимает ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) в исследовании фотобиологических процессов, протекающих с участием свободных радикалов ( Молекула, Радикалы свободные, Фотобиология, Фотосенсибилизация). С помощью ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) подробно изучают процессы образования свободных радикалов в белках, нуклеиновых кислотах и их компонентах при действии ультрафиолетового излучения, роль этих радикалов в фото-деструкции биополимеров ( Свет). Применение ЭПР(электронный парамагнитный резонанс) дало важную информацию о первичных механизмах фотосинтеза. Показано, что первичной реакцией фотосинтеза является перенос электрона от возбужденной светом молекулы хлорофилла и образование катион-радикала хлорофилла. Идентифицирована и природа молекул, акцептирующих электрон, отдаваемый возбужденной молекулой хлорофилла.

   ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) применяется также и для ис-следования структуры биологически важных макромолекул и биомембран. Напр., ионы железа, входящие в состав гема в гемсодержащих белках, могут находиться в высокоспиновом состоянии (электроны на внешних орбитах не спарены, суммарный спин максимален) и низкоспиновом (внешние электроны полностью или частично спарены, спин минимален). Исследования особенностей сигналов ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) высокоспиновых и низкоспиновых состояний ионов железа в гемоглобине и его производных способствовали пониманию пространственной структуры молекулы гемоглобина.

   Значительные успехи в изучении структуры биомембран и биополимеров были достигнуты после появления методов спиновых зондов и меток ( Мембраны биологические). В качестве спиновых меток и зондов в основном используются стабильные нитроксильные радикалы ( Радикалы свободные). Нитроксильный радикал может быть ковалентно связан с молекулами (спиновая метка) либо удерживаться в исследуемой системе за счет физических взаимодействий (спиновой зонд). Сущность метода заключается в том, что форма спектра ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) нитроксильных радикалов зависит от свойств микроокружения: вязкости, характера и скорости молекулярного движения, локальных магнитных полей и др. Спинметки, ковалентно связанные с различными группами биополимеров, являются индикатором состояния структуры биополимера и ее изменений. С помощью спиновых меток исследуются пространственная структура биополимеров, структурные изменения белков при денатурации, образовании комплексов фермент — субстрат, антиген — антитело ит. д. С помощью метода спиновых зондов изучаются способы упаковки и подвижность липидов в биомембранах, липидбелковые взаимодействия, структурные переходы в мембранах, вызванные действием различных веществ и т. д. На основе использования спиновых меток и зондов предложены методы определения лекарственных средств в биол. жидкостях, а также исследуются вопросы направленного транспорта лекарственных средств и т. д.

   Т. о., с помощью ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) показано широкое распространение электронных процессов в организме в норме и при возникновении какой-либо патологии. Создание теории и совершенствование техники метода ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) легло в основу квантовой электроники как раздела науки, привело к созданию молекулярных генераторов и усилителей радиоволн (мазеров) и света — лазеров, нашедших широкое применение во многих областях народного хозяйства.



 

-->