Паропроницаемость мембранных тканей: Паропроницаемость и ret мембраны | BASK

Разное

Содержание

Паропроницаемость и ret мембраны | BASK

Паропроницаемость – одна из двух главных характеристик мембранной ткани. Её значение говорит о том, как будет «дышать» мембрана во время интенсивной нагрузки. Ret – ещё один способ оценить это свойство мембраны. В статье мы расскажем вам о лабораторных методах измерения этих величин.

Паропроницаемость (г/м2, g/m2) – количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны. Это цифра, которая характеризует дышимость мембраны, способность выводить испарения от тела из под одежды или предмета снаряжения.

Сопротивление проникновению паров (ret – resistance evaporative thermique, moisture permeability resistance), m2pa/w. Фактически это сопротивление квадратного метра мембраны, оно является обратным понятием паропроницаемости.


Чтобы определить паропроницаемость материала, производители используют ряд методов. Они значительно отличаются друг от друга и описывают работу мембраны в разных условиях. Именно поэтому мы советуем вам не слепо ориентироваться на цифры паропроницаемости. Уточняйте, в каких экспериментах они получены.

JIS L 1099 a1 – вертикально стоящая чашка

Абсорбент (хлорид кальция) помещаем в сосуд в форме цилиндра с открытым верхом. Исследуемым образцом плотно закрываем ёмкость сверху – тканью к сосуду, мембраной наружу. Помещаем конструкцию в контролируемые условия – в камеру, где поддерживаем температуру 40°С, относительную влажность 90%.

Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров снаружи и внутри сосуда происходит диффузия паров через мембрану внутрь сосуда, где пар абсорбирует хлорид кальция. Через некоторое время взвешиваем осушитель и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняем сколько водяных паров прошло через мембрану и соответственно поглощено абсорбентом. Результат экстраполируем до величины g/(m2 24h).

Данный метод ничего не говорит о конденсации. Он показывает поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.


JIS L 1099 a2

Модифицированный вариант a1. В данном методе мы наливаем в сосуд воду температурой 40°С. Плотно закрываем сосуд исследуемым образцом – мембраной к сосуду. Помещаем конструкцию в контролируемые условия: температура – 40°С, относительная влажность – 50%. Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров внутри сосуда и снаружи происходит диффузия паров через мембрану из сосуда в окружающее пространство. Через определённое время взвешиваем сосуд и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняем, сколько водяных паров прошло через мембрану.

Данный метод ничего не говорит о конденсации, и характеризует поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.


JIS L 1099 b1 – перевернутая чашка

Абсорбент – раствор ацетата калия, помещаем в перевернутый сосуд, закрытый пленкой PTFE (политетрафторэтилен). PTFE настолько водонепроницаем и хорошо дышит, что не оказывает влияния на измерения. Исследуемым образцом плотно закрываем сосуд поверх PTFE – тканью к PTFE и мембраной наружу.

Конструкцию частично погружаем в большую ёмкость с водой. Под действием абсорбционных сил раствора ацетата калия, который непосредственно прилегает к PTFE, происходит диффузия воды через мембрану внутрь абсорбента для выравнивания концентраций в растворах внутри и снаружи. Через некоторое время осушитель взвешиваем и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняем, сколько водяных паров прошло через мембрану.

Измерения по данному методу коррелируют с конденсацией – чем больше водяных паров прошло, тем меньше конденсация на мембране, и показывают поведение мембраны в условиях высоких физических нагрузок с высоким потоотделением.


JIS L 1099 b2 – перевернутая чашка без непосредственного контакта с водой

В отличии от метода b1, исследуемый образец закрывается ещё одним слоем PTFE. Тем самым, исключается контакт мембраны с водой в которую она погружена.


ISO 11092:1993 – потеющая тёплая пластина

Этот метод считается наиболее реалистичным и отражающим условия комфорта в реальных условиях. В нём лабораторные данные сопоставляются с ощущением комфорта людей, выполняющих упражнения или бегущих по беговой дорожке.

Исследуемый образец – мембрану, размещаем на металлизированной пористой тарелке. Тарелка подогревается, а через мелкие отверстия в тарелке подается вода температурой 35°С – так мы имитируем процесс потоотделения. Снаружи конструкция обдувается потоком воздуха с контролируемыми параметрами. В процессе измерений температуру тарелки поддерживаем на постоянном уровне.

По мере того, как вода проходит через мембрану, она испаряется. На испарение воды тратится энергия тарелки, для поддержания постоянной температуры тарелки мы её снова и снова подогреваем. Ret рассчитывают исходя из количества энергии, которая затрачивается на поддержание постоянной температуры пластины. Чем больше энергии, тем интенсивнее испарение через мембрану, а значит ткань оказывает меньшее сопротивление парам воды. Меньше сопротивление – больше паропроницаемость, т.е. чем меньше ret, тем лучше.

Теперь вы можете оценить существенное несоответствие результатов, получаемых разными методами. Так показатели a1 и b1 никак не коррелируют – цифра по a1 ничего не говорит о том, что показывает b1. Методы b1 и ISO 11092 по сути близки, но о каких-то конкретных соотношениях говорить трудно – их не вычислить по какой-либо формуле. Производители же указывают одинаковые единицы: 10 000, 20 000 и т.д.


Также не стоит забывать о том, что со временем, и даже после первой носки, показатели мембраны падают. И только добросовестные производители учитывают этот факт в публикуемых характеристиках мембраны.

Паропроницаемость | Энциклопедия материалов ОКРУГ

Паропроницаемость ткани — это способность ткани пропускать водяные пары (пот, испарения) из вододежного пространства в окружающую среду.

Паропроницаемость — важная гигиеническая характеристика одежды, она отвечает за комфорт человека, особенно находящего в активном движении. Паропроницаемость зависит от гигроскопических свойств волокон, от плотности ткани, вида переплетения и характера отделки.

В материалах с неплотным переплетением пары влаги проходят через поры ткани, в более плотных материалах паропроницаемость должна обеспечиваться высокой гигроскопичностью волокон. Соответственно, даже синтетические ткани с низкой гигроскопичностью могут обладать хорошей паропроницаемостью, если переплетение нитей обеспечивает это. Например, профессиональная спортивная одежда изготовляется именно из синтетических тканей, которые обладают высокой воздухо — и паропроницаемостью за счет особой выделки и переплетения нитей.

Лучшей паропроницаемостью обладают хлопчатобумажные и вискозные легкие тонкие ткани, хуже она у пальтовых и плащевых тканей, особенно с пленочным покрытием.

«Паропроницаемость» является важным параметром, определяющим свойства мембранных тканей, которые обладают способностью не пропускать воду, но при этом «дышать». «Дышащие» свойства зависят от количества водяного пара, которое пропускает ткань за определенный период времени. Единицей измерения паропроницаемости является г/м2*24ч. В зависимости от вида мембраны паропроницаемость может быть как 1000 г/м2*24ч, так и 3000, 5000, 10000 и даже >20000 г/м2*24ч. Чем выше показатель, тем выше способность материала выводить испарения, и тем соответственно комфортнее одежда. Однако, тем она дороже. Поэтому нужно взвешенно подходить к выбору одежды с мембраной, выбирая оптимальне решение, с учетом сезона, уровня активности, индивидуальных физиологических особенностей человека и прочих условий.

мембранная ткань

Мембранная ткань в современных технологиях производства материалов позволяют объединять все свойства в одной ткани. Покупается одежда не только для красоты и поддержания статуса. Изначально одежда выполняла защиту, согревая в холод, укрывая от дождя, охлаждая в жару. Для зимы шились шубы из меха, а летом носили наряды из хлопка или шелка. В дождь применялись плащи из полиэтилена.


Что такое мембрана

Мембранная ткань, известная потребителям как мембрана – это инновационный материал с высокими защитными свойствами и избирательной проницаемостью. Ткани на основе мембранных технологий производства применяют для пошива детской и спортивной одежды, экипировки для зимнего туризма и зимних видов спорта, спецодежды для работников экстремальных профессий. При усиленном потоотделении мембрана позволяет отводить влагу от тела, не пропуская извне холодный воздух, дождевую воду, снег. 

Состав материала 

Мембранные ткани имеют сложную структуру и состав. Полотно включает в себя следующие прослойки:

  1. Тончайшая полиуретановая пленка, собирающая на своей поверхности влагу для ее дальнейшего испарения. 

  2. Полиэстер – придает материалу повышенную прочность. 

  3. Хлопок – натуральные гипоаллергенные волокна применяются в изготовления материала для пошива детской одежды. 

  4. Тефлон – материал устойчив к загрязнениям и обладает высокими гидрофобными характеристиками. 

  5. Тенсела – обеспечивает хорошее влагопоглощение и устойчивость полотна к деформации. 

Объединяя эксплуатационные характеристики всех слоев, производители мембранной ткани получают прочный, надежный и стильный защитный материал для пошива одежды и формы. 


Основные качества 

Одежда из мембранной ткани предназначена для поддержания комфортного самочувствия во время физической активности в сложных условиях и защиты тела от неблагоприятных погодных условий. Высокие эксплуатационные характеристики одежды обеспечиваются благодаря уникальным свойствам мембраны: водонепроницаемости и паропроницаемость. 

Водостойкость 

К основным физико-механическим характеристикам мембраны является водостойкость – способность материала не впитывать влагу. Чем выше показатели водонепроницаемости, тем дольше вещь будет накапливать влагу, не пропуская внутрь. 

К сожалению, при непрерывном воздействии на ткань водой под давлением, начнет протекать даже мембранное полотно. Поэтому в сертификате продукции указывают значение максимально допустимого воздействия. Спецодежда и форма для эксплуатации в жестких условиях рассчитана на давление от 20 тыс. мм водяного столба и больше. Тогда как мембранная ткань для спортивных нарядов и обычной одежды рассчитана на 10 тыс. мм. 

Паропроницаемость 

Масса пара в граммах, которую способно вывести полотно площадью 1 квадратный метр за установленную единицу времени, называется паропроницаемостью. Показатели данной характеристики указаны на этикетке товара. От них зависит комфорт человека при продолжительном ношении формы. 

Если под значком паропроницаемости стоит 0, значит, полотно пропускает абсолютно весь пар, защищая кожу от опрелостей. При значении 30 пропуск пара тканью полностью исключен. 

Достоинства и недостатки 

Материал мембрана обладает массой преимуществ в сравнении с другими тканями. Перечень плюсов мембранного полотна включает следующие: 

  • Возможность производства демисезонных и зимних вещей. Структура материала отлично противостоит капризам погоды. 

  • Ткань обладает повышенной прочностью и при этом имеет легкий вес. 

  • Высокая степень паропроницаемости защищает тело от перегрева, не позволяя при этом получить переохлаждение. 

  • При попадании грязи, необходимо дать пятну высохнуть, а затем стереть его щеткой или сухой салфеткой. 

  • Защитная пропитка наделяет ткань грязеотталкивающим свойством. 

  • Стильный вид и эстетическая привлекательность одежды. 

К минусам мембраны относят несколько параметров: 

  • Высокая стоимость изделий. 

  • Необходимость ношения специального термобелья под одеждой из мембранной ткани. 

  • Капризный уход. 

  • Запрет на сдачу спецовки в химчистку. 

  • Не каждый вид мембраны стирается в машинке. 

Рекомендации по уходу 


Чтобы эффективность мембранной ткани сохранялась как можно дольше, необходимо правильно ухаживать за гардеробом на ее основе. Существует несколько простых правил ухода: 

  1. Запрещена стирка сухим порошком. Гранулы забивают поры, и материал теряет свои свойства. Для чистки стоит применять жидкие средства или капсулы. 

  2. Отжим без выкручивания или сильного сжатия вещи. В противном случае нарушиться структура мембраны. 

  3. Не подвергайте изделия глажке. При контакте с раскаленной металлической поверхностью разрушится поверхностная защитная пленка. 

  4. Сушку одежды осуществляют в горизонтальном положении, расправив все вмятины и убрав с прямых солнечных лучей. 

  5. Хранить одежду в защитном чехле. 

Виды мембран 

По структуре три типа мембранной ткани: 

  • Без пор – сложная структура, отдаленно напоминающая губку, впитывает влагу с поверхности тела, заполняя внутренний слой, а затем благодаря разнице давления выводится наружу. 

  • С порами – межслойная подложка из полимера с микроскопическими отверстиями, которые пропускают исключительно молекулы испарений. 

  • Комбинированная – сочетает достоинства обоих типов и усиленную гидрофобную мембрану. Стоимость ткани и изделий из нее обойдется на порядок выше. 

Также классифицируют мембранные ткани для пошива одежды по количеству слоев в полотне: 

  • Двухслойная – мембранный слой спрятан с изнаночной стороны материала, что обеспечит высокий уровень воздухообмена. Из такой ткани получаются легкие вещи, которые применяют на занятиях спортом, активных прогулках и прочих физ нагрузках. 

  • Два с половиной слоя или с подкладкой из трикотажа. Для защиты пористого слоя от механического воздействия используется тонкая подложка из трикотажа. 

  • Трехслойная. Мембранный слой спрятан с изнаночной стороны, а поверх него располагается сеточка или защитный слой. Благодаря этому мембрана не соприкасается с кожей и дольше сохраняет способность поддерживать тело в комфорте. Данное полотно используется для пошива горнолыжных костюмов и экипировки для работы при минусовой температуре. 

Правила выбора 

Покупая одежду из мембранной ткани, необходимо оценить условия, в которых она будет использоваться. Это позволит обзавестись наиболее подходящим элементом гардероба без необоснованной переплаты. При выборе одежды учитывается два ключевых свойства. Степень водостойкости указана на этикетке. Чтобы не платить больше, оцениваем этот показатель: 

  • 3 тыс. – верхняя одежда для эксплуатации при кратковременных осадках. 

  • 5-7 тыс. – для осадков средней интенсивности. 

  • 10-15 тыс. – продолжительный ливень. 

  • 20 тыс. – защита в шторм. Одежда для моряков, рыбаков, яхтсменов. 

По степени паропроницаемости следующие показатели:

  • 3 тыс. – одежда для невысокого уровня физической нагрузки (пешие прогулки). 

  • 5-7 тыс. – активность средней интенсивности (прогулка по горам, бег трусцой). 

  • 10-15 тыс. – экипировка для максимальной нагрузки (костюмы для лыжников и сноубордистов). 

Следуя рекомендациям, приобретайте качественную вещь без переплат и носите долго. 


Свойства и предназначение мембранной ткани

Для чего предназначена мембранная ткань? Основная область применения — производство одежды, которая защищает от влаги и в то же время является паропроницаемой.

Существуют материалы, которые также способы задерживать влагу. К примеру, пленки ПВХ. Но мембранные ткани обладают существенным преимуществом перед такими тканями.

Естественный процесс терморегуляции человеческого тела (способность организма поддерживать постоянную температуру внутренних органов независимо от состояния окружающей среды и тепла, производимого телом) обеспечивает вывод лишней влаги через поры кожи. Вследствие сильной физической нагрузки теплопродукция значительно возрастает и, как результат, выделяется большее количество пота и усиливается теплоотдача. И если одежда не обеспечивает испарение влаги, то человек становится мокрым от собственного пота.

Одежда, которая не пропускает испарение вызывает дискомфорт. Для того, чтобы устранить этот недостаток, в тканях применяются специальные мембраны, через которые осуществляется испарение. Такие мембраны не способны полностью пропускать влагу, т.к. по паропроницаемым качествам она лучше, чем те, которые совсем не пропускают испарение, но хуже, чем обычные ткани. Другими словами, мембранная ткань дышит лучше, чем полиэтилен, но хуже, чем брезент. Так обеспечивается надежная защита от влаги, но при этом страдают показатели паропроницаемости. Есть у мембранной ткани и недостаток — вследствие того, что материал способен пропускать пар, он не может обеспечить стопроцентную защиту от влаги, это приводит к тому, что в некоторых ситуациях мембраны могут промокнуть.

В связи с этим, по отношению к мембранам рассматриваются два показателя: влагостойкость (устойчивость к воде) и паропроницаемость (способность пропускать испарение от тела человека). По сути, водостойкость — это размер водного столба, измеряемого в миллиметрах, который выдерживает мембранная ткань и при этом не становится мокрой. Чем выше этот показатель, тем надежнее такая одежда буде защищать от обильных осадков в виде дождя. Паропроницаемость измеряется несколько иначе. Для этого используется так называемый показатель Moisture Vapour Transfer Rate — пропускная способность водяных паров мембранными тканями (сокращенно MVTR). Единица измерения этого показателя — граммы на квадратный метр за 24 часа. Чем выше будет этот показатель, тем комфортнее одежда. Недостаток MVTR в том, что он не отражает действительность в полной мере, так как его измерения проводятся в искусственно созданных идеальных условиях. Более точным считается Resistance Evaporative Thermique — сопротивление мембраны проникновению паров (сокращенно
Мембраны изготавливаются из таких материалов, как политетрафторэтилен (PTFE) или полиуретан (PU). Мембранная ткань представлена в двух видах: микропористая и беспористая (гидрофильная).

Беспористая мембрана — это тонкая пленка из полиуретана. Транспортировка воды здесь происходит за счет того, что молекулы пленки вступают в химическую связь с молекулами воды. Бесспорное преимущество такой ткани в том, что она устойчива к загрязнениям, но есть у нее и недостатки. Во-первых, прежде чем начнется процесс выведения жидкости из-под ткани, она должна промокнуть. Во-вторых, процесс химических связей и выхода молекул воды происходит довольно медленно. В-третьих, связи молекул имеют разное направление, это означает, что вода может как выйти наружу, так и вернуться внутрь. Выход молекул воды будет происходить в том направлении, окружающая среда в котором более влажная.

При увеличении, можно рассмотреть, что микропористая мембранная ткань напоминает по своей структуре паутину. Размер расстояния между волокнами и высокая способность PTFE отталкивать воду обуславливают то, что мембраны могут выдерживать довольно сильное давление воды, не пропуская ее при этом вовнутрь. В то же время через такую структуру обеспечивается свободное проникновение молекул пара.Это изобретение было сделано 30 лет назад. Его автор — W. L. Gore. Через некоторое время стало очевидным, что различные загрязнения (жировые выделения, грязь, моющие средства) накапливаются в пористой структуре ткани и понижают ее свойства.

Эта проблема была решена инженерами путем наложения поверх микропористой мембраны гидрофильной. Своей структурой мембраны из политетрафторэтилена дает возможность ламинирования тончайшей PU мембраны, которая по своей толщине в несколько раз меньше такой, которая нанесена просто на ткань (что распространено при изготовлении гидрофильных мембранных тканей). А толщина, наряду с остальными параметрами, является важным показателем, так как скорость транспортировки молекул напрямую зависит от толщины ткани.

О Мембранах

Дышащие свойства и паропроницаемость (MVTR, moisture vapor transfer rate)

«Эффективность транспортировки водяного пара» — в узком смысле этого слова это свойство применимо только к поровым мембранам. Беспоровые мембраны (как прочем и комбирированные) не способны транспортировать водяной пар напрямую и транспортируют влагу лишь после ее конденсации на поверхности мембраны, однако, говоря про них, также используют термины «дышащие свойства» и MVTR причем как у нас так и зарубежом.

ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА МЕМБРАН:

Водонепроницаемость.
Любая мембрана (поровая и беспоровая) теоретически может промокнуть в предельно жестких условиях. Водонепроницаемость мембраны определяется давлением воды, измеряемым в миллиметрах водного столба, которое мембрана может выдержать без протечки.
Водонепроницаемость беспоровой мембраны зависит от материала мембраны, ее толщины и гомогенности, а водонепроницаемость поровой — от степени гидрофобности материала мембраны, размера пор и, вероятно, также от толщины. В настоящий момент серьезными производителями в штормовой одежде не используются мембраны с водонепроницаемостью менее 10 ООО мм. В экстремальных моделях, как правило, используются мембраны с показателями водонепроницаемости не менее 20 ООО мм. Стоит отметить, что водонепроницаемость может измеряться немного по разному, чем зачастую пользуются производители дешевых мембранных материалов. Впрочем, почти все мембранные материалы высокого класса не промокают практически в любую погоду (гораздо чаще большинство пользователей сталкивается с проблемой конденсата).

Паропроницаемость
Существует не менее пяти способов измерения дышащих свойств мембраны.
В тестах участвуют не голые мембраны, а уже готовые ламинаты или ткани с мембранным покрытием. зависимости от качества ламинации, воздухопроницаемости используемых тканей и т.д. Сами тесты неоднократно и подробно описывались в русскоязычной литературе.
В тестах А1, А2, В1, В2 измеряется количество воды, которое данная мембрана способна транспортировать через себя в определенных условиях. Размерность этой величины — количество воды в граммах, способное преодолеть квадратный метр площади мембраны за 24 часа
ISO 11092:1993 — довольно интересный тест на выходе которого получается величина, характеризующая сопротивление мембранного сэндвича прохождению влаги, — так называемый Ret. То есть чем меньше Ret, тем лучше работает мембрана.

В настоящее время считается, что наиболее точно характеризуют функциональные свойства мембраны результаты тестов В2 и Ret. К сожалению, большинство производителей указывает результаты того теста, в котором их мембрана показывает наилучшие результаты. Впрочем, стоит признать, что в наиболее распространенном тесте, учитывающем Ret, между лучшими представителями разных классов мембран достигнут некоторый паритет.
И у лучших беспоровых (тр+), и у лучших поровых (eVent), и у лучших комбинированных (Gore Pro Shell) мембран ЭТОТ показатель опустился ниже 4 для трехслойных конструкций.
На этом уровне Ret решающее значение для результатов теста уже I приобретает воздухопроницаемость и толщина ткани, применяемой i для защиты мембраны, а также качество ламинации. К сожалению, ни один из упомянутых тестов не способен однозначно описать поведение мембраны при эксплуатации. Дело в том, что, во-первых, разные тесты моделируют совершенно разные режимы эксплуатации мембраны, а во-вторых, способность мембраны транспортировать влагу зависит от ряда факторов, которые практически не учитываются во всех пяти тестах. Прежде всего, это отношение внешней и внутренней влажности. Дело в том, что беспоровые (и в меньшей степени комбинированные) мембраны для эффективной работы требуют довольно большой разницы парциальных давлений водяного пара снаружи и внутри мембраны. Эффективность работы мембран с открытыми порами от соотношения давлений зависит заметно меньше, соответственно, поровые мембраны лучше работают при высокой внешней влажности. Второй аспект, который не учитывается в тестах, — это температура на мембране. Дело в том, что при падении температуры на самой мембране ниже нуля градусов эффективность работы беспоровой или комбинированной мембраны значительно снизится: вода при конденсации замерзнет и диффузия сильно замедлится.
Далее, стоит помнить, что тесты призваны моделировать работу мембраны в одежде, надетой на человека, и та же самая мембрана, примененная в производстве однослойной палатки, будет вести себя совершенно по-другому — беспоровая мембрана будет неэффективна.

Типы закрепления мембраны в ткани
2-х слойная конструкция (2L) — мембрана прикреплена или нанесена на ткань, соответственно вторая сторона мембраны остается незащищенной (такой тип мембраны при применении в штормовых куртках требует дополнительной защиты с помощью сетчатой или тканевой подкладки). Наиболее целесообразно ее применение в утепленной одежде для минусовых температур, где дополнительная защита мембраны изнутри не требуется.
2,5 слойная конструкция (2,5L) также состоит из мембраны и внешней ткани, но на внутреннюю поверхность мембраны может быть нанесено защитное покрытие из полиуретана или карбоновых частиц. Оно может иметь вид капель, полосок квадратиков или быть сплошным. Этот тип мембран позволяет изготавливать наиболее легкую и компактную водонепроницаемую одежду.
3-х слойная конструкция (3L) — мембрана защищена тканью с обеих сторон. Внутренний слой стараются делать максимально легким и воздухопроницаемым.
Достоинства — максимальная прочность и долговечность, облегченные современные 3-х слойные мембраны стремятся к весовым характеристикам 2,5-слойных.
Как правило, трехслойные ламинаты используются при изготовлении штормовых курток высокого класса, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях.
Беспоровые и комбинированные мембраны выпускаются во всех трех вариантах.
При этом самые легкие 2,5 слойные материалы получаются на основе полиуретановых мембран или покрытий (Gelanots, Precip Pro, Membrane Strata и т.д.).
Поровые мембраны выпускаются только в чисто двухслойных и трехслойных версиях.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕМБРАН

1. Беспоровые мембранные материалы
Представляют собой сплошной лист или покрытие. Транспортировка влаги происходит путем диффузии через материал мембраны. Второе название данного типа мембран — гидрофильные. Для эффективной работы подобной мембране требуется наличие существенной разницы давлений водяного пара снаружи и изнутри от мембраны, кроме того, сам транспорт воды через мембрану начинается только после конденсации на внутренней поверхности мембраны и насыщения толщи самой мембраны молекулами воды. Соответственно, в куртке почти всегда немного влажно, при пользовании, например, вентиляцией штормовой куртки мембрана практически перестает работать. Мембрана плохо работает при высокой внешней
влажности, а при остывании мембраны до минусовых температур эффективность транспорта воды снижается почти до нуля. Однако данный тип мембран имеет и определенные преимущества. Прежде всего, они, как правило, несколько более доступны и достаточно долговечны. Качественные мембраны такого типа могут иметь очень высокую водонепроницаемость или обладать стрейчевыми свойствами.
По химическому составу данные мембраны могут быть полиэстеро-во-полиэфирными и полиуретановыми
Единственным представителем первого семейства является мембрана SympaTex. Данный тип мембраны характеризуется чрезвычайно высокой водонепроницаемостью (по некоторым данным, до 200 ООО мм), но, находясь в составе ламината, не слишком эффективно транспортирует влагу (к сожалению, цифры сильно противоречат друг другу, но подавляющая часть пользователей не в восторге).

Полиуретановые беспоровые мембранные материалы. В данном достаточно многочисленном семействе встречаются и покрытия, и ламинаты.
Большинство современных дешевых мембранных материалов класса no-name относятся к полиуретановым беспоровым, причем, похоже, что покрытия в данном классе преобладают. Однако у брендовых производителей в том же семействе есть и весьма достойные представители. Примером достаточно качественного беспо-рового полиуретанового покрытия может служить Entrant DT от Тогау.
Из качественных беспоровых ламинатов стоит отметить Dermizax, Dermizax EV, Gelanots, Marmot Membrane, MP+, Conduit от Mountain Hardware и т.д. Надо отметить, что большинство современных качественных беспоровых лами-натных материалов находятся по своим функциональным свойствам примерно на одном уровне — водонепроницаемость в районе 20 ООО мм, дышащие свойства — в районе 20 ООО мм по тесту В1, наиболее выгодному для тестирования беспоровых мембран.
Стоит отметить, что существуют области применения, где толстые беспоровые полиуретановые мембраны практически идеальны — это яхтенная экипировка, сухие гидрокостюмы и т.д.

2. Поровые мембранные материалы
Данные мембраны имеют в своей структуре открытые поры микроскопического размера, что может быть продемонстрировано с помощью так называемого пузырькового теста — buble test. Преимуществом подобных мембран является эффективная работа даже при небольшой разнице парциальных давлений водяного пара. То есть данный тип мембранных материалов будет хорошо работать в условиях высокой внешней влажности или, к примеру, при открытой вентиляции штормовой куртки.
По химическому составу материала мембраны этого типа подразделяются на тефлоновые (PTFE) и полиуретановые. Представителем первых является eVent, представителем вторых — Dermizax MP. Стоит отметить, что поровые мембраны на основе полиуретана выпускаются достаточно давно (взять, к примеру, Hipora), но продукты с достаточно высокими потребительскими свойствами появились в этом классе относительно недавно.

Полиуретановые поровые мембранные материалы
На современном рынке встречаются как поровые покрытия, так и поровые ламинаты.
Еще один класс мембранных материалов, где периодически встречаются no-name продукты с низкими потребительскими свойствами. Хорошим примером качественного порового покрытия высокого класса являются Entrant V и Entrant W от Тогау. Стоит отметить, что не все покрытия, заявленные производителем как поровые, оказываются таковыми в реальности.
Несколько особняком от большинства поровых покрытий стоит Untica Prooface и Triple Point Ceramic от Lowe Alpine (производитель и того и другого — Untica) — в данных покрытиях поры образованы вокруг интегрированных в полиуретановый слой керамических частиц. Соответствующие покрытия неплохо транспортировали влагу, имели весьма высокую водонепроницаемость и были весьма долговечными. Стоит отметить еще один класс поровых мембранных PU-покры-тий — это сверхлегкие полиуретановые покрытия с низкой водонепроницаемостью (1000-3000 мм). Характерным примером такого мембранного материала явялется современная облегченная версия PerTex Endurance от РегТех. Изделия из таких материалов применяются в производстве одежды, ориентированной на минусовые температуры, и бивачного снаряжения.

Поровые полиуретановые ламинаты
Наиболее характерным представителем является Dermizax MP от компании Тогау.
Это достаточно качественная мембрана с неплохими перспективами применения в outdoor экипировке, к сожалению, относительно мало востребованная на мировом рынке. По паропроницаемости в широком диапазоне условий применения Dermizax MP несколько уступает тефлоновым мембранам с открытыми порами, но при высокой внешней влажности или минусовых температурах зачастую превосходит Gore-Tex. В идеальных условиях работы ситуация изменится, и лучшие артикулы Gore покажут более высокий результат. Существуют стрейчевые варианты данного материала, однако есть данные, что тонкие стрейчевые артикулы данного материала имеют склонность к деламинации. Тефлоновые поровые мембраны — ePTFE Все чисто тефлоновые мембраны относятся к поровым, все они используются только в виде ламинатов.
Старый Gore-Tex — классическая мембрана 30 летней давности — очень эффективно транспортирует влагу, превосходно работает при любой влажности, но, по крайней мере в одежде, довольно быстро теряет водонепроницаемость. По всей видимости, это связано с загрязнением или повреждением тефлона, образующего структуру мембраны. В настоящее время штормовая одежда из старого Gore не производится, зато появились:
Windstopper от Gore — судя по ряду признаков, Gore использует свою первую мембрану в производстве непродуваемых тканей softshell и двухслойных ламинатов для зимней одежды, то есть тех видов экипировки, где предельно важны дышащие свойства. ToddTex от Bibler — видимо, один из клонов старого Gore без PU слоя. Используется эксклюзивно брендом Bibler только для производства однослойных штурмовых палаток. Трехслойный ламинат имеет на своей внутренней поверхности ворс, препятствующий стеканию конденсата. Тот же ворс, по мнению ряда экспертов, довольно существенно уменьшает дышащие свойства.

eVent — при создании данной мембраны фирма ВНА (в настоящее время бренд eVent принадлежит GE) взяла за основу ту же PTFE-пленку, что используется и при производстве Gore-Tex, но далее ВНА пошла совершенно другим путем, защитив слой PTFE не сплошным беспо-ровым полиуретановым слоем (как делается у современного Gore-Tex), а индивидуальным покрытием каждого волокна в составе мембраны. Как результат была получена достаточно эффективно работающая поровая система, пожалуй, лучшая на сегодняшний день из влагозащитных мембран по способности транспортировать влагу в широком диапазоне условий применения. Одной из особенностей eVent является невозможность получения на его основе 2,5-слойных конструкций.
Достоинства данной мембраны хорошо известны — прежде всего, это лучшая на рынке паропроницаемость из всех влагозащитных мембран, применяемых в штормовой одежде в широком диапазоне условий применения, эффективная работа уже при небольшой разнице давлений водяного пара, хорошая работа при минусовых температурах. Недостатки также довольно существенные: на основе eVent невозможность создать стрейче-вый материал, проклейка швов на eVEnt довольно сложна, далеко не каждый производитель может обеспечить надежную и долговечную герметизацию изделий из eVent, мембрана достаточно дорогая.
2. Комбинированные PU/ePTFE мембраны
Достаточную известность на сегодняшний день получил только один представитель данного семейства, но зато какой… Gore-Tex. В данном случае поровая мембрана из PTFE защищена от повреждений с помощью сплошного слоя полиуретана, то есть, несмотря на периодически декларируемую пористость Gore-Tex, сквозные поры в нем отсутствуют, однако сам полиуретановый слой имеет значительно меньшую толщину, чем беспоровые полиуретановые мембраны. Соответственно, все недостатки беспоровых мембран имеют место быть и у Gore-Tex, но в существенно меньшей степени. Gore в настоящее время является лидером в производстве дорогих мембранных материалов для одежды, рассчитанной на экстремальные условия. После очередного ребрен-динга в продукции Gore выделяют:
Gore Performance — семейство ламинированных материалов, по своим функциональным свойствам близкое к старому XCR. Позиционируется как относительно бюджетная серия, по своим функциональным характеристикам, вероятно, близка к лучшим полиуретановым беспоровым мембранам.
Gore Pack light — 2,5-слойная мембранная конструкция для легкой штормовой одежды.
Gore ProShell — наиболее совершенный представитель материалов семейства Gore, был разработан на основе XCR, но за счет совершенствования технологии ламинирования и тщательного подбора материалов удалось заметно (большинство источников сходятся на 20%-30%) увеличить паропроницаемость по сравнению с XCR и при этом уменьшить вес готового ламината.
Достоинства Gore широко известны — прежде всего, это высокая долговечность, высокая водонепроницаемость, возможность изготовления мембранной ткани со стрейчевыми свойствами. У Gore ProShell на сегодня самая совершенная технология ламинирования.
Недостатками являются высокая цена, значительно меньшая эффективность работы при высокой внешней влажности по сравнению с качественными поровыми мембранами и крайне низкая эффективность работы при низких температурах.

Маркетинговые названия и производство мембран

В настоящее время в мире существует не так уж много производителей качественных мембранных материалов, однако при этом на современном рынке представлено достаточно много «собственных мембран» производителей одежды.
Как это может быть??? Все очень просто. Фирма-производитель одежды договаривается с фирмой-производителем мембраны о «собственном» названии для уже существующего мембранного продукта. К примеру, фирма Marmot сотрудничает с фирмой Тогау, и, соответственно, большая часть Marmot Membrain в реальности представляет собой Dermizax (EV, скорее всего). Аналогично сотрудничество Gelanots и компании Mountain Hardware привело к появлению серии мембранных материалов Conduit.

КАКАЯ МЕМБРАНА САМАЯ ЛУЧШАЯ???
Ответ на данный вопрос зависит целиком от области применения и условий эксплуатации самой мембраны.
Попробую разобрать несколько характерных, на мой взгляд, примеров.

Полноценная ЗL-штормовка для экстремальных условий: в данном случае нам важны высокие дышащие свойства, полная водонепроницаемость и высокая долговечность. Конструкционно этим требованиям однозначно отвечает трехслойный ламинат, а вот выбор конкретной мембраны не так очевиден.
Основная борьба на данном поле идет между ProShell от Gore и eVent от GE . eVent за счет наличия сквозных пор заметно лучше дышит в широком диапазоне условий применения. ProShell за счет более совершенных технологий ламинирования и лучшего подбора внутреннего материала сэндвича немного легче при той же прочности, и в идеальных условиях по дышащим свойствам не уступает eVent.
На Западе в среде знатоков материалов и технологий для экстремальной одежды господствует следующее мнение — если бы взять мембрану от eVent и ухитриться ламинировать ее по технологии Gore, то полученный продукт превзойдет и ProShell и eVent по всем параметрам. А так рекомендация может быть только следующей: если вам критичны дышащие свойства, то лучше купить eVent, если хотите зыиграть в весе — ProShell.
На мой лично взгляд, eVent более функционален при занятиях горными видами спорта, зато Gore несколько универсальнее. Легкая куртка дождевик 2,5L (в грамотно подобранной экипировке она обычно дополняет софтшелл). Тут основная борьба идет между Gore Pack light и моделями на основе полиуретановых мембран и покрытий. Стоит признать, что лучшие представители современных полиуретановых покрытий и мембран, к примеру 2,5-слойный Gelanots, по дышащим свойствам очень близки к Pack light. Что характерно, 2,5-слойные мембранные материалы на основе PU заметно легче при той же прочности, чем 2,5-слойный продукт от Gore. К примеру, новые легкие куртки от Marmot, выполненные на основе полиуретанового мембранного материала Marmot Strata, весят менее 200 г.

Зимняя утепленная куртка
При серьезных минусовых температурах беспоровые мембраны почти теряют способность транспортировать влагу, в связи с этим последней тенденцией рынка в этом классе изделий стало активное применение поровых 2-слойных мембранных материалов.
По функциональным свойствам в зимней одежде лидируют Gore Windstopper и GE eVent (примеры курток на рис. 2 и рис. 5 соответственно), причем выбор между ними крайне непрост — дышащие свойства обоих материалов очень близки. Windstopper чуть легче и немного дешевле, но очень сильно уступает по водонепроницаемости, что может оказаться важным при использовании изделия в условиях с большим перепадом температур.
На облегченных М0Делях зимней одежды зачастую используются тонкие поровые мембранные покрытия (к примеру, Pertex Endurance), по своим функциональным свойствам они заметно уступают eVent и Windstopper, но зато они заметно легче и дешевле.

Однослойная штурмовая палатка
Мембрана на тенте однослойной палатки работает в совершенно других условиях, чем мембрана в одежде — в условиях небольшой разницы температур, парциальных давлений водяного пара и зачастую в условиях минусовых температур на мембране. В этих условиях достаточно надежно будет работать только поровая мембрана или покрытие. Фаворитами в этом классе, соответственно .являются трехслойные поровые PTFE-ламинаты — eVent и доработанный клон Gore-Tex первого поколения Todd-Tex Bibler’a. Todd-Tex тяжелее, чем тип eVent, используемый в палатках, и немного хуже дышит (за счет ворса на внутренней поверхности), однако ворс не позволяет сконденсированной влаге стекать по стенке, что зачастую является преимуществом.
Большинством производителей, впрочем, применяются более дешевые материалы — поровые полиуретановые мембранные покрытия. Они легче, чем Todd-Tex и eVent, но значительно уступают и по дышащим свойствам, и по водонепроницаемости.

Источник: журнал Риск онсайт, авт. Артем Федоров

Отсканировано «Федерация альпинизма Нижегородской области» Нижний Новгород

Мембрана — ПермАЭРО. Парамоторы, парапланы, кайты

Мембранные ткани 
 

Мембранные изделия Sky Country шьются из сертифицированной мембраной ткани EvaPora® корейского производителя DUEK_KEUM T&C CO.,LTD. (http://www.duekkeum.com) с характеристиками: Водостойкость — 10000 мм. водного столба, паропроницаемость (дышимость) — 10000 гр./м.кв./24 ч. И мембрана HiPora® с характеристиками: Водостойкость — 10000 мм., паропроницаемость (дышимость) — 5000 гр./м.кв./24 ч.

ПРОКЛЕЙКА ШВОВ И ФУРНИТУРА

Вcе швы наших мембранных изделий проклеены герметизирующей термолентой специально разработанной для данного типа мембран.

В производстве наших изделий используются молнии YKK®.

 

ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ С ИЗДЕЛИЯМИ ИЗ МЕМБРАННЫХ ТКАНЕЙ И ИХ СТИРКА

Для долгой службы ваших мембранных изделий необходимо выполнять общие рекомендации по уходу за мембранными изделиями:

Мембранные изделия боятся высоких температур, поэтому их нельзя гладить и очень не рекомендуется сушить возле костра.

Стирать мембранные вещи надо, но не так, как обычные. Вот перечень того, чего делать ни в коем случае не рекомеднуется:

• Нельзя использовать стиральные порошки с отбеливателем и другим агрессивным веществом. Они засоряют поры (поровые мембраны) и разрушают мембрану.
• Нельзя использовать машинный отжим — мембрана этого не любит и от этого портится.
• Нельзя использовать химчистки и отбеливатели — после них о мембране можно будет забыть!
• Нельзя гладить — расплавится синтетическая ткань верха и повредится мембрана! Также надо помнить, что слишком часто стирать мембранные вещи не рекомендуется, так как после каждой стирки смывается DWR-пропитка внешней ткани (гидрофобное покрытие, которое увеличивает натяжение поверхности материала, заставляя воду собираться в капли, а не проникать в волокна). И даже у самых лучших мембран после 20 стирок остается всего лишь 80% этой DWR-пропитки.

 

А вот список того, что можно и нужно делать:

• Можно стирать вручную (в тазике или ванной) со специальными средствами для стирки мембранных тканей. На упаковке таких средств должна быть надпись — «разрешено для мембранных тканей»!
• DWR-пропитку следует наносить только на чистые вещи, при нанесении пропитки на грязный материал эффекта вы не добьетесь, а попросту выкинете деньги на ветер. Можно нанести DWR даже на сухое изделие из баллончика с распрыскивателем. Но надо помнить, что любые дополнительные средства для улучшения влагозащиты могут ухудшать дышимость мембранной ткани.
• Рекомендуется использовать дополнительное полоскание, оно позволяет удалить остатки моющего средства из пор мембраны.
• Можно оставлять сохнуть на веревочке.

Если следовать этим простым правилам, то изделия будут служить Вам долго и исправно, не утратят свой внешний вид и порадуют вас еще некоторое продолжительное время.

Мембранные материалы: современная технология комфорта для работников

Каждый сотрудник на любом производстве всегда хочет иметь максимально комфортные и удобные средства защиты, ведь от этого напрямую зависит эффективность его труда. Одна из современных технологий, обеспечивающих высокий уровень комфорта при ношении рабочей одежды и обуви — это мембранные материалы (мембранные ткани). Основные свойства мембранных тканей: ветрозащита, влагозащита и паропроницаемость. Такими же свойствами обладает одежда и обувь, созданная с их применением.

Мембранный материал представляет собой тканевую основу с нанесённым на неё с внутренней стороны полимерным слоем с микропорами. Каждая пора в 20 000 раз меньше капли воды, но в 700 раз больше молекулы пара. В результате вода в жидком состоянии не проникает во внутреннее пространство одежды или обуви. В то же время пар, выделяемый телом, свободно проходит наружу. Так мембрана защищает от влаги и поддерживает комфортный микроклимат внутри. Ветрозащитные свойства обеспечиваются тканью основы и усиливаются мембраной.

Таким образом, мембрана в одежде и обуви решает 2 основные задачи:

  • Защита от попадания влаги внутрь — главная задача мембраны.
  • Защита от продувания.

Мембранные ткани применяются, в первую очередь, при пошиве зимних рабочих курток. Зимние рабочие куртки из мембранных тканей выдерживают длительное, до 24 часов, воздействие атмосферных осадков (снег, дождь, мокрый снег), при этом влага тела через мембрану быстро отводится наружу. В таких куртках холодный зимний ветер блокируется тканью верха и не выдувает тепло из пододёжного пространства.

Высокой степенью удобства и комфорта отличаются демисезонные куртки-ветровки из софтшелла (англ. softshell — мягкая оболочка). Софтшелл — это материал, появившийся в результате современных разработок в текстильной промышленности. Практичный, приятный на ощупь и привлекательный внешне, он уже успешно зарекомендовал себя как материал, подходящий для производства функциональной верхней одежды.

Софтшелл был создан, чтобы заменить несколько слоев традиционной одежды. Он представляет собой лёгкое трёхслойное полотно, состоящее, как сэндвич, из ткани основы, мембранного слоя и слоя микрофлиса. Куртки из софтшелла мягкие, лёгкие, компактные, эластичные и износоустойчивые. При этом они отлично справляются со своими главными задачами: ветро- и влагозащита, сохранение комфортного тепла. По сравнению с зимними куртками, потоотведение в софтшелле работает более эффективно благодаря слою микрофлиса. Он состоит из коротких тонких волокон, поэтому только незначительная часть пота может в нём задержаться. К тому же, тело высушивает отдельные ворсинки почти мгновенно.

Мембрана в обуви находится между материалом верха и подкладкой, и выполняет те же функции, что и в одежде: защищает от ветра и попадания влаги внутрь, сохраняет тепло внутри. Рабочую обувь с мембраной рекомендуется носить в межсезонье, в холодную и дождливую погоду, слякоть. В сухую и тёплую погоду мембрана будет лишней.

Изделия из мембранных материалов из-за своей уникальности требуют особого ухода. При стирке курток лучше использовать жидкие моющие средства, чтобы не закупорить поры мембраны. При небольших загрязнениях для удаления пятна можно воспользоваться губкой, не прибегая к стирке всего изделия. Сушить куртку лучше всего на свежем воздухе.

Мембрана в обуви, не дающая проходить влаге снаружи, также не пускает её в обратном направлении после стирки. Поэтому сушить такую обувь порой приходится до двух суток. Нельзя сушить обувь на батарее, так как есть риск расслоения мембраны и внешнего материала — можно только вытащить стельки и расшнуровать ботинки.

Применение мембранных материалов в рабочей одежде и обуви — это тренд, пришедший из области экипировки для спорта и активного отдыха. Одежда и обувь, многократно проверенная спортивными нагрузками и непогодой, безусловно, будет оценена теми, кто работает в схожих условиях.

Приобрести специальную одежду и обувь из мембранных материалов можно в фирменных магазинах «Восток-Сервис» или официальном интернет-магазине по адресу https://tula.vostok.ru/.

Сергей Воробьёв, бренд-менеджер ООО «Восток-Сервис-Тула»

Эта статья в сборнике «Охрана труда в Тульской области» №3-2019: https://mintrud.tularegion.ru/.

Полимеры | Бесплатный полнотекстовый | Паропроницаемость через пористые полимерные мембраны с различной гидрофильностью в качестве синтетических и природных барьеров

1. Введение

Полимерные материалы различной химической природы и фазового состава имеют настолько разное функциональное назначение, что срок службы изделий на их основе резко различается. Естественно, что изделия для длительного использования, подвергающиеся высоким нагрузкам в процессе эксплуатации, должны быть прочными и устойчивыми к факторам внешней среды.Упаковочные материалы и тара для пищевых продуктов, напротив, должны использоваться не дольше срока годности пищевых продуктов. В противном случае такие материалы, выбрасываясь как твердые бытовые отходы, загрязняют окружающую среду. Известно, что полимерные материалы с коротким сроком хранения должны быть разлагаемыми [1]. Наилучшие условия для биодеградации полимеров создаются во влажных условиях, когда влага иммобилизуется в гидрофильные полимеры, создавая условия для развития микрофлоры [2].Этот процесс значительно ускоряется в пористых полимерных мембранах. Поэтому информация о взаимодействии влаги с полимерами имеет принципиальное значение для решения актуальных задач материаловедения, таких как выбор полимеров для конкретных целей и прогнозирование поведения материалов в процессах водонасыщения и биодеградации [3]. ,4]. Данная статья посвящена анализу процесса сорбции и диффузии паров воды в пористых полимерах различной гидрофильности.С позиций теории перколяции традиционный анализ проницаемости газонаполненных полимеров и гетерогенных полимерных гибридных систем в целом можно разделить на два состояния: до перколяционного перехода, когда полимерная фаза образует сплошную дисперсионную среду, и газовая фаза образует замкнутые включения, а после перколяционного перехода, когда газовая фаза образует каналы через другую фазу. Если для первого состояния феноменология процесса достаточно разработана, то для второго состояния многое остается неясным [5,6].Прежде всего, какой вклад в процесс переноса вносит матрица, ее сорбционные и диффузионные характеристики, извилистость транспортных каналов, адсорбция на границе раздела. Открытым остается и вопрос о методах исследования паропроницаемости этих материалов. В настоящее время наибольшее распространение для экспериментального определения паропроницаемости пористых полимерных мембран получил чашечный метод. В этом методе значение потока I в стационарной области кривой кинетической проницаемости является основной характеристикой мембраны и обычно отождествляется с коэффициентом проницаемости.Этот метод успешно используется для стандартных измерений проницаемости барьерных материалов. С другой стороны, нестационарная часть кривой, в пределах которой устанавливается распределение концентрации диффузанта по сечению мембраны, остается вне внимания исследователей. исследователей, хотя именно эта часть несет наибольшую информацию об особенностях диффузии паров воды через пористые и монолитные полимерные материалы [1,7]. Таким образом, по нестационарной площади можно вычислить коэффициент диффузии (D), оценить его концентрацию и временные зависимости, определить коэффициенты растворимости и константы Генри (s).К сожалению, чашечный метод в его современном варианте [8] не позволяет получить информацию о нестационарной части кривой проницаемости, так как в хроматографической и масс-спектрометрической ячейках наряду с градиент парциального давления. Поэтому его использование в пористых мембранах для детального изучения массопереноса в изобарно-изотермических условиях проблематично.

Целью данной работы было изучение кинетики паропроницаемости пористых полимерных мембран различной гидрофильности путем непрерывной регистрации количества диффузата пара в сочетании с теоретическим анализом процесса массопереноса в таких системах.

2. Экспериментальная

В качестве объектов исследования использовали монолитные и пористые полимерные мембраны толщиной 150 мкм и 500 мкм из коллагена (К), полиэфируретанмочевины (ПЭУ), полиамида 6,6 (ПА), поливинилхлорида (ПВХ). . Мембраны ПЭУ получали из раствора 4,4-дифенилметандиизоцианата, полиэфирдиолов и гидразингидратов в диметилформамиде. В синтезе ПЭУ-1 использовали олигооксипропилендиол, для ПЭУ-2 — статистический сополимер оксидов пропилена и этилена в соотношении 1:1, для ПЭУ-3 — эфир адипиновой кислоты и оксипропилендиола.

ПЭУ марки «Санпрен» (Япония) (М W = 32,9 кДа, М n = 22,1 кДа) получали из раствора в диметилформамиде 4,4-дифенилметандиизоцианата, полиэфирдиолов и гидразингидратов. В синтезе ПЭУ-1 использовали олигооксипропилендиол, для ПЭУ-2 – статистический сополимер оксидов пропилена и этилена в соотношении 1:1, а для ПЭУ-3 – сложный эфир адипиновой кислоты и оксипропилендиола.

Пленки поливинилхлоридные монолитные марки С-70 (Нижний Новгород, Россия) (М Ш = 107.2 кДа) получали заливкой 5% мас.% раствора полимера на стеклянную подложку с последующей сушкой пленок до постоянной массы.

Коллагеновые мембраны (М W = 360 кДа) получали из уксуснокислого раствора растворимой части дермы животных (Москва, Россия). Фиксированную коллагеновую пленку отмывали от остатков уксусной кислоты в дистиллированной воде.

Пористый ПЭУ был получен из 10 мас.% раствора в диметилформамиде методом конденсационного структурообразования [9].В качестве осадителя использовалась вода. Пленки пористого ПВХ получали его осаждением из 5 мас.% растворов в циклогексаноне путем осаждения этанолом, а пленки ПА из его растворов в этаноле — осаждением водой. Пористым аналогом коллагена служил образец натуральной кожи (сырая и неокрашенная телячья кожа). Пористость образцов и их удельную поверхность определяли путем измерения плотности и сорбции инертного растворителя – гексана. Характеристики исследованных образцов приведены в табл. 1.Изотермы сорбции паров воды получали на вакуумных весах Мак-Бейна. Кинетику паропроницаемости изучали на экспериментальной установке, схема которой представлена ​​на рис. 1. Установка состоит из блока источника пара (В), диффузионной ячейки (Б), в которой между металлическими фланцы, стеклянная сорбционная колонна с кварцевой спиралью и стакан с поглотителем паров воды. В отличие от созданных ранее установок [8,9] блок источника содержит несколько стеклянных термостабильных чашек, закрепленных на подвижном пластиковом диске.

Каждый источник перед экспериментом был заполнен водным раствором соли, в данном случае CaCl 2 . Состав растворов подбирался таким образом, чтобы можно было изменить градиент парциального давления пара от (p/p 0 ) 1 до (p/p 0 ) 2 за счет меняя источники, двигаясь по изотерме сорбции. Здесь (p/p 0 ) 1 и (p/p 0 ) 2 значения относительной влажности над источником и стоком соответственно.

Диск снабжен специальным подъемным устройством, с помощью которого осуществлялось герметичное соединение стакана с металлическим фланцем ячейки. Расстояние от поверхности мембраны до источника 2 см, от стакана с поглотителем до поверхности мембраны 2,5 см. Все узлы установки имеют независимый контроль температуры, что позволяет проводить измерения как в изотермическом, так и в неизотермическом режимах в широком диапазоне парциальных давлений пара.

Метод измерения был следующим.Образец мембраны после длительной выдержки извлекали из эксикатора, в котором в качестве гидростата использовался тот же поглотитель (например, К 2 СО 3 обеспечивает постоянную влажность ≈44%), а затем устанавливали между фланцы диффузионной камеры. Абсорбер помещали в сорбционную колонну. Установление сорбционного равновесия в системе мембрана-поглотитель при выбранной температуре эксперимента наблюдали в течение следующих 10-20 мин. Затем блок источников (нижний блок) приводился в контакт с нижним фланцем диффузионной ячейки.С этого момента измерялась кинетика изменения веса поглотителя. Эти измерения продолжались до тех пор, пока не была достигнута постоянная скорость изменения массы поглотителя, соответствующая установлению стационарного состояния процесса переноса при выбранном парциальном давлении водяного пара.

Конструкция установки позволяла изменять диапазон измерения перепада парциального давления водяного пара путем выбора источника (рис. 1б). Относительная погрешность определения кинетики паропроницаемости на стационарной стадии составила 5 %, на нестационарной — 8 %.Измерения проводились в изотермических условиях процесса при температурах 298–230 К при различных перепадах влажности между источником и поглотителем.

3. Результаты и обсуждение

Типичные кинетические кривые проницаемости и сорбции водяного пара монолитными и пористыми мембранами разной гидрофильности представлены на рис. 2 и рис. 3. Видно, что как для монолитных, так и для пористых мембран со сквозной пористостью два На кинетических кривых проницаемости можно выделить участки, соответствующие нестационарной и стационарной стадиям процесса.С формальной точки зрения, независимо от фазового состояния мембраны и ее пористости, длительность нестационарной стадии можно охарактеризовать временной задержкой (Θ), которая численно равна отрезку, отсеченному по времени оси экстраполирована линейной частью кривой проницаемости (рис. 2). Для пористых мембран Θ всегда меньше, чем для монолитных мембран, и значительно больше, чем для системы «источник/воздушный слой/поглотитель». Для последнего Θ равно 10–12 с, что, по Барреру, дает значение коэффициента диффузии D = 0.2 см 2 /с, что при нормальных условиях совпадает с коэффициентом диффузии водяного пара в воздухе [10]. Интересны следующие три факта. Во-первых, Θ для пористых мембран является функцией гидрофильности (рис. 4). Несмотря на то, что общая пористость образцов изменяется в довольно широких пределах (табл. 1), можно утверждать, что Θ увеличивается вместе с увеличением сорбционной емкости полимера, из которого изготовлена ​​мембрана. Изменения перепада влажности при измерении паропроницаемости смещают фигурную точку образца в ту или иную сторону на кривой Θ-M (∞).Для монолитных мембран этот эффект не наблюдается.

Во-вторых, существует пропорциональность между Θ и временем установления сорбционного равновесия в системе мембрана–водяной пар.

В-третьих, необычны соотношения между коэффициентами диффузии и температурными коэффициентами для пористых и монолитных мембран, рассчитанные по стационарному участку кривой проницаемости и кинетике сорбции. Коэффициенты диффузии для монолитных мембран можно рассчитать по следующим традиционным уравнениям [9,10,11]:

D s = (π/16) l 2 (dγ/dt 1/2 ) 2

(2)

где l — толщина мембраны, γ — относительная степень заполнения мембраны диффузантом.Хотя полученные таким образом значения коэффициента диффузии, а также кажущиеся энергии активации сорбции и проницаемости E Θ , E s , E p , (табл. 1) достаточно близки друг к другу, ситуация полностью различны для случая пористых мембран. Эффективные коэффициенты диффузии для пористых мембран D Θ ′ D s ′ D p ′ , рассчитанные по одним и тем же уравнениям (1)–(3), существенно различаются между собой (табл. 1). Для всех разностей влажности, как правило, (D Θ ′ = D s ′) p , а для абсолютных значений D Θ ′ >> D Θ .Для гидрофильных мембран (коллагеновые, ПЭУ-2 и ПЭУ-3) разница между D Θ ′ и D p ′ тем больше, чем больше разница влажности. Этот эффект определяется уменьшением D Θ ′ в большей степени, чем увеличением D p ′ и I. Так, при переходе от перепада влажности 44–60 % к 44–90 % D Θ ′ уменьшается в 2,5 раза, а D p ′ и I увеличиваются только на 30–35 % за счет пластификации полимера.

Температурные зависимости D Θ ′ и D s ′ для всех исследованных мембран удовлетворительно описываются уравнением Аррениуса.В то же время Е Θ ′ и Е s ′ близки между собой и, что особенно важно, совпадают с Е Θ и Е s для монолитных мембран. Это означает, что основной вклад в массоперенос на нестационарной стадии вносит процесс сорбционного насыщения пористого мембранного каркаса диффузантом.

Однако температурная зависимость проницаемости пористых мембран в общем случае не подчиняется уравнению Аррениуса.Для мембран ПВХ и ПЭУ-1 вообще (п/п o ), а для мембран коллагена и ПЭУ-3 при (п/п o ) 1 I описываются степенной функцией где n — эмпирическая константа, значение которой варьируется от 1,5 до 1,7, что свидетельствует о значительном вкладе свободной диффузии паров воды через поровое пространство мембран в стационарную проницаемость. В области повышенной влажности (более 80%) температурная зависимость паропроницаемости коллагена, ПЭУ-2 и ПЭУ-3 описывается набором двух функций

I ≅ k 1 T n + k 2 exp (−E Θ /RT)

(5)

где k 1 и k 2 — эмпирические константы.Полученные экспериментальные данные позволяют сформулировать следующие представления о механизме паропроницаемости пористых полимерных мембран. Процесс переноса влаги в таких мембранах представляет собой суперпозицию двух потоков: фазового переноса по пористому пространству мембраны и диффузионного переноса по объему полимерной матрицы (называемого активационной диффузией по [10] или твердофазной диффузией по [10]. 9,11]). При t При t > Θ задается некоторый градиент влажности по всей толщине образца.Этот момент соответствует началу стационарной стадии процесса, в котором одновременно участвуют и поровое пространство, и материал мембраны. Таким образом, пока не установится постоянный градиент влажности по сечению мембраны, большая часть потока поглощается материалом и не участвует в непосредственном переносе паров воды на внешнюю поверхность образца. После установления постоянного градиента потоки через поровое пространство и полимерный материал становятся параллельными, а общий поток определяется их суммой [10,11].Теория процесса массопереноса в пористых материалах подробно изложена в следующих работах [12,13]. Усредненные уравнения массопереноса в описанных выше системах с развитой системой транспортных пор имеют вид:

m∂c∂t=mDi∂2c∂x2−κ(γc−a)

(6)

(1−m)∂c∂t=(1−m)Da∂2a∂x2+κ(γc−a)

(7)

c(0,t)=c0, a(0,t)=γc0, a(l,t)=c(l,t)=0

(8)

a(x,0)=c(x,0)=0, 0≤x≤l

(9)

где m – пористость мембраны, l – ее толщина, c и a – локальные концентрации диффузанта в порах и полимерной фазе, D i и D a – коэффициенты диффузии в порах и полимерной фазы, соответственно, k – усредненная константа скорости массообмена между диффузантом в порах и полимерной фазой.Путем введения безразмерных переменных и параметров

ξ=xl    ε=τiτa  β=κτi/(1−m) α=κστi/m   τi=l2Di   τa=l2Da  τ=tτi

(10)

получаем следующее уравнение для количества вещества M(t=)∫0tq(t)dt, десорбированного с мембраны в момент t (т.е. M(t), поглощенного сорбентом) с поверхности

M(t)=mDi+(1−m)σDalc0××{t−t1−2τi∑n=1∞(−1)n(λn−−λn+)[λn−+(πn)2∆λn+e−λn+τ −λn++(πn)2∆λn−e−λn−τ]}

(11)

куда

λn±(=)[(ε+1)(πn)2+(β+α)]2±[(ε+1)(πn)2+(β+α)]24−(πn)2[ε( πn)2+(β+αε)]

(13)

Существенным является тот факт, что при больших временах t→∞ зависимость M от t аппроксимируется прямой линией

M(t→∞)=mDi+(1−m)Dalc0(t−t1)

(14)

А при экстраполяции t → 0 эта линия, в полном соответствии с полученным экспериментальным материалом, не идет в начало координат, а пересекает ось времени при значениях

t1≡Θ=l2(m+γ(1−m))6(Dim+γ(1−m)Da)

(15)

и ось ординат в

M(t→0)=l6(m+γ(1−m))c0

(16)

Из уравнений (12)–(16) видно, что полученные уравнения являются более общими, чем отношение Дайнса–Баррера [9].Они очень удовлетворительно описывают полученный набор экспериментальных данных. Таким образом, из уравнения (15) следует, что продолжительность нестационарной стадии процесса проницаемости является функцией пористости мембраны, ее сорбционной емкости по диффузанту, соотношения между коэффициентами диффузии в поровом пространстве и полимерном материале . Естественно, что в общем случае при рассмотрении (∂M∂T)t→∞ или (∂Θ∂T) следует ожидать достаточно сложную температурную зависимость указанных параметров процесса:

(∂I∂T)=const(∂Di∂T)+const(∂Da∂T)+const(∂γ∂T)

(17)

которая может быть аппроксимирована I≈T−n или показательной функцией только в первом приближении при определенных соотношениях между D i , D a и σ.Таким образом, большой интерес представляет новая возможность расчета коэффициентов диффузии из кинетических кривых сорбции монолитных образцов и кинетических кривых проницаемости пористых мембран, дополненных информацией о пористости. Для этого можно использовать либо соотношение

Dim=lc0θ(−M)t→0−Daγ©(1−m)

Da=a1−a2(γ1©−γ2©)(1−m)

(18)

Размер=a1−λ1©(a1−a2γ1©−λ2©)

либо, проводя измерения I при разных γ′, т. е. при разных перепадах влажности.В этом случае:

a1=Dim+σ1Da(1−m)a2=Dim+σ2Da(1−m)

(19)

где ai=Iil(c0)i−1.

Расчеты по этим уравнениям для всех мембран показали, что в их поровом пространстве происходит перенос водяного пара с коэффициентом диффузии D i = 0,18 − 0,21 при 298 К, ​​что характерно для свободной диффузии водяного пара в воздухе .

Пермеабилизация растительных тканей монополярными импульсными электрическими полями: влияние частоты

Импульсные электрические поля (PEF) нетермическим образом индуцируют проницаемость клеточных мембран и, таким образом, улучшают эффективность обезвоживания и экстракции пищевых растительных материалов.Влияние напряженности электрического поля и количества импульсов на целостность тканей растений широко изучалось. Два предыдущих исследования влияния частоты пульса, однако, не дали четкого представления: одно исследование показало отсутствие влияния частоты, в то время как другое обнаружило большее влияние на целостность ткани при более низкой частоте. Это исследование устанавливает влияние частоты пульса на целостность тканей луковицы. Количественно определяли изменения электрических характеристик, утечки ионов, параметров текстуры и процентной потери веса для широкого диапазона частот импульсов в условиях фиксированной напряженности поля и числа импульсов.Оптическая микроскопия и окрашивание жизнеспособных клеток обеспечили прямую визуализацию воздействия на отдельные клетки. Ключевой вывод заключается в том, что более низкие частоты (f < 1 Гц) вызывают большее повреждение целостности тканей, чем более высокие частоты (f = 1–5000 Гц). Интересно, что наблюдения оптической микроскопии показывают, что скорость внутриклеточного конвективного движения (т. е. потока цитоплазмы) после применения PEF сильно коррелирует с частотой PEF. Мы обеспечиваем первую визуализацию на месте внутриклеточных последствий PEF на разных частотах в растительной ткани.Мы предполагаем, что цитоплазматический поток играет важную роль в перемещении проводящих ионных частиц из пермеабилизированных клеток в межклеточное пространство между растительными клетками, делая последующие импульсы более эффективными на достаточно низких частотах. Результаты показывают, что уменьшение частоты импульсов в PEF может минимизировать количество импульсов, необходимых для достижения желаемого уровня проницаемости, тем самым снижая общее потребление энергии. Практическое применение: PEF вызывает образование пор в мембранах клеток растений, тем самым улучшая удаление влаги и потенциальную экстракцию желаемых компонентов.В этом исследовании использовалась микроскопическая оценка луковичных клеток in situ, когда на них воздействовали электрическими полями на разных частотах, чтобы определить, является ли частота важным параметром. Мы показываем, что мембраны более эффективно разрушались при более низких частотах по сравнению с более высокими частотами. Применение этой информации позволит улучшить конструкцию систем PEF для более энергоэффективного обезвоживания или экстракции растительных тканей.

Исследование роли глутатиона в повышении проницаемости эпителия, вызванном сигаретным дымом in vivo и in vitro

Известно, что у курильщиков сигарет повышается проницаемость эпителия воздушного пространства.Для изучения роли антиоксиданта восстановленного глутатиона (GSH) в этом явлении мы использовали in vitro модель эпителиальной проницаемости монослоя альвеолярных эпителиальных клеток человека II типа (клеточная линия А549). И цельный (WSC), и паровой (VSC) конденсат дыма индуцировали восстанавливаемое, зависящее от концентрации повышение проницаемости эпителия для меченного 125йодом бычьего сывороточного альбумина (125IBSA), связанное с глубоким падением внутриклеточного GSH. Бутионинсульфоксимин (BSO), ингибитор синтеза GSH, снижал уровни GSH в эпителиальных клетках A549, значительно повышал проницаемость эпителиальных клеток A549 и усиливал как WSC, так и VSC-индуцированную проницаемость эпителиальных клеток A549.Совместное культивирование эпителиальных клеток и GSH (500 мкМ) снижало индуцированную WSC, но не индуцированную VSC проницаемость эпителиальных клеток A549. Увеличение внутриклеточного GSH также улучшало вызванную дымом повышенную проницаемость эпителия. Концентрация конденсата сигаретного дыма <20% увеличивала проницаемость эпителиальных клеток A549 без связанного с этим отслоения и лизиса клеток, что также имело место в случае повышения проницаемости эпителия, вызванного BSO. WSC и VSC, введенные интратрахеально, значительно повышали проницаемость эпителия легких крыс для 125IBSA через 6 ч после инстилляции, что ассоциировалось со значительным рекрутированием нейтрофилов в воздушное пространство.Это было связано с небольшим увеличением GSH в легочной ткани крыс, получавших VSC. Однако и WSC, и VSC заметно снижали уровень GSH в жидкости бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ). Снижение GSH в легких до 95%, но не до 68% от контрольных значений с помощью BSO увеличивало проницаемость эпителия легких in vivo. Тем не менее, не было никакого аддитивного эффекта на эпителиальную проницаемость WSC и BSO.

Контролируемая скорость проникновения водяного пара способствует заживлению ран путем реэпителизации и усиления сокращения ран

Материалы и животные

Полиуретан, использованный в этом исследовании, был продуктом медицинского назначения, приобретенным у Lubrizol, США.ДМФ и цитрат натрия аналитической чистоты были получены от Kelong Chemical Reagent Factory, Ченду, Китай.

Новорожденные мыши Balb/c и мыши Balb/c (самцы, от 18 до 20   г) были приобретены в Отделе экспериментальных животных Третьего военно-медицинского университета. Протоколы экспериментов были одобрены Институциональным комитетом по содержанию и использованию животных Третьего военно-медицинского университета. Все методы проводились в соответствии с рекомендациями Третьего военно-медицинского университета.Животных индивидуально выращивали в пластиковых клетках и адаптивно разводили в течение 1 недели до проведения экспериментов.

Получение полиуретановых мембран WVTR с различной пористостью

Микропористые полиуретановые мембраны были приготовлены с использованием метода выщелачивания частиц, как описано ранее 22 . Что еще более важно, мы смогли подготовить несколько полиуретановых мембран с градуированными WVTR, а также успешно определили правильное соотношение PU/DMF/цитрата натрия для контроля WVTR мембран.Вкратце, на основании наших предварительных экспериментов раствор PU/ДМФА/цитрата натрия (25 г/200 мл/75 г, 25 г/200 мл/55 г, 25 г/200 мл/45 г или 40 г/200 мл /40 г соответственно) тщательно перемешивали, используя размер частиц цитрата натрия 75 ~ 150 мкм. Затем раствор отливали в форму из политетрафторэтилена (ПТФЭ) с толщиной отливки 1 мм. Форму из ПТФЭ выдерживали в печи при 100°С в течение 4 ч, чтобы ДМФА испарился. После выпаривания получали твердую полиуретановую мембрану, содержащую частицы цитрата натрия, и полученную полиуретановую мембрану погружали в деионизированную воду на 72 часа (деионизированная вода обновлялась каждый день) для извлечения частиц цитрата натрия и остатков растворителя.Наконец, мембрану сушили при 40°С в течение 6 ч и получали микропористую полиуретановую мембрану.

Кроме того, раствор PU/DMF (25 г/200 мл) смешивали для получения чистой PU-мембраны без микропористой структуры, остальные процедуры были такими же, как описано выше.

Оценка пористости

Пористость приготовленных полиуретановых мембран определяли, как сообщалось ранее 23 . Образцу вырезали квадратную форму и измеряли длину, ширину и высоту образца с помощью штангенциркуля для расчета объема.Затем образец взвешивали и затем погружали в абсолютный этанол. Образец снова взвешивали после насыщения. Пористость рассчитывали как

, где W 1 и W 2 — это массы полиуретановой мембраны до и после погружения в спирт соответственно. V представляет собой объем образца, а ρ представляет собой плотность абсолютного этанола (0,79  г/мл).

WVTR

Для определения влагопроницаемости полиуретановых мембран WVTR измеряли в соответствии со стандартом 24 Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM).Вкратце, образец вырезали в виде диска и устанавливали на горлышко цилиндрической чашки с дистиллированной водой. Образец и чашка были заклеены тефлоновой лентой по краю, а затем помещены в инкубатор при 37 °C и относительной влажности 50%. Результаты записывались и анализировались автоматически с помощью измерителя скорости пропускания паров воды (W3/030, Labthink, Китай). Все измерения были повторены трижды (n = 3).

Водопоглощающая способность

Водопоглощающая способность мембран определялась, как описано ранее 25 .Сухие образцы разрезали на квадраты размером 1 см ×1 см и взвешивали. Затем образцы погружали в деионизированную воду на 24 часа, а затем взвешивали после удаления избытка воды с поверхности мембраны с помощью фильтровальной бумаги. Способность поглощать воду рассчитывали следующим образом:

Влияние влажности, регулируемой полиуретановыми мембранами с различными WVTR, на пролиферацию и функцию эпидермальных клеток и фибробластов в трехмерной модели культуры

Трехмерную модель культуры создавали, как описано ранее с несколькими модификациями 26,27 .Растворимый коллаген экстрагировали из крысиных хвостов. Фибробласты выделяли из новорожденных мышей Balb/c, как описано ранее 9,28 . Субкультивированные фибробласты 3-го пассажа использовали для проверки способности к пролиферации и функции в трехмерной культуральной модели. Суспензию фибробластов доводили до 2 × 10 5 /мл, 700 мкл клеточной суспензии, 100 мкл 10× фосфатно-солевого буфера (PBS; pH 7,4) и 1 мл раствора белка коллагена затем смешивали в 35 мм ×10 культуральная чашка мм.Чашку инкубировали горизонтально в течение 10 мин при комнатной температуре. После образования геля добавляли 1 мл модифицированной Дульбекко среды Игла (DMEM, Gibco, США). Затем крышку снимали и на чашку устанавливали подготовленную полиуретановую мембрану. Полиуретановую мембрану и чашку заклеивали тефлоновой лентой по краю и взвешивали. Затем собранную чашку помещали в инкубатор с температурой 37°C и относительной влажностью 50%. При этом взвешивали 1 мл культуральной среды. После культивирования в течение 12 часов собранную чашку взвешивали, а затем фотографировали гель фибробластов/коллагена.Остаток культуральной среды рассчитывали следующим образом:

, где W 1 представляет собой массу 1 мл культуральной среды, а W i и W f представляют собой массы исходной и конечной собранной чашки соответственно.

Конечная площадь геля была измерена с помощью программного обеспечения IPP 6.0, а скорость сжатия была рассчитана по следующей формуле: f представляет площадь конечного геля.Эта модель также называется моделью коллагеновой решетки, населенной фибробластами (FPCL).

Затем гель фибробластов/коллагена трижды промывали PBS, а затем измельчали. Затем кусочки геля расщепляли 1 мл 2,5 мг/мл трипсина (Boster, Китай). Переваривание завершали добавлением 2 мл культуральной среды DMEM, содержащей 10% фетальной бычьей сыворотки (FBS, Gibco, США), после инкубации при 37 °C в течение 10 мин. Затем подсчитывали количество клеток с помощью гемоцитометра (ReaCon, Китай).

Для изучения влияния влажности, регулируемой полиуретановыми мембранами с различными WVTR, на пролиферацию клеток эпидермиса клетки HaCat культивировали с использованием приведенной выше трехмерной модели. Суспензию клеток HaCat доводили до 1 × 10 4 клеток/мл. Затем 700 мкл клеточной суспензии, 100 мкл 10× PBS и 1 мл раствора белка коллагена смешивали в чашке для культивирования размером 35 мм × 10 мм. Затем в чашку после образования геля добавляли 3 мл культуральной среды Roswell Park Memorial Institute-1640 (RPMI-1640, Gibco, USA).Другие процедуры, используемые для создания модели, были такими же, как описано выше. Собранную чашку взвешивали и клетки культивировали при 37 °С в инкубаторе 5% CO 2 . Через 36 ч эту собранную чашку снова взвешивали и подсчитывали остаток культуральной среды, как описано выше. Затем клетки HaCat выщелачивали из геля с помощью трипсина и количество клеток подсчитывали с помощью гемоцитометра.

Исследование процесса заживления ран

Спинные поверхности мышей линии Balb/c были выбриты за два дня до эксперимента.Мышей анестезировали 1% пентобарбиталом (Sigma, США) внутрибрюшинно (5–10 мкл/г массы тела). После дезинфекции 75% спиртом на спине мыши вырезали полнослойную рану размером 10 мм × 10 мм. Кусок стерилизованной подготовленной полиуретановой мембраны размером 13 × 13 мм пришивали к ране нейлоном 6,0. Пустой группой считались раны без какого-либо лечения. На 0, 1, 3, 5 и 7 сутки после операции проводили фотографирование ран. Исходные или оставленные участки ран измеряли с помощью ИПП 6.0 на основе сделанных ранее снимков, а скорость заживления ран рассчитывали по следующей формуле:

, где AWi представляет собой площадь первоначальной раны, а AWn представляет собой площадь раны на n-й день после операции 9 .

Оценка сокращения раны

Площадь сокращения каждой раны измеряли и рассчитывали, как описано ранее 29 , а скорость сокращения раны рассчитывали следующим образом:

, где Cn представляет площадь сокращения на n-й день.

Анализ неоэпителиальной и грануляционной ткани при заживлении ран

На 3-й и 7-й день мышей забивали и тщательно биопсии тканей раны. Собранные раневые ткани делили на две равные части для следующих экспериментов (гистологическое наблюдение или вестерн-блоттинг). Ткани фиксировали 4% формальдегидом, заливали в парафин и делали срезы толщиной 5 мкм. Окрашивание гематоксилином и эозином (HE) и гистологический анализ проводили, как описано ранее 9 .Длину неоэпителия и толщину грануляций определяли с помощью программного обеспечения IPP 6.0, а процедуры измерения выполняли вслепую двумя патологоанатомами. Анализировали пятнадцать срезов от пяти мышей каждой группы в каждый момент времени.

Иммуногистохимия и иммунофлуоресценция

Для исследования ключевых факторов, участвующих в сокращении раны и пролиферации кератиноцитов в ткани раны, α-SMA и PCNA были обнаружены с помощью иммуногистохимического окрашивания. 20,21,30 . Парафиновые срезы депарафинизировали и регидратировали. После инкубации на водяной бане при 99°С в течение 15 мин срезы инкубировали с 3% H 2 O 2 в течение 15 мин. Затем срезы блокировали 10% нормальной козьей сывороткой (Zhongshan Biology Company, Китай) в течение 1 часа при 37°C, после чего инкубировали с первичным антителом (антитело к α-SMA ab5694, разведение 1:500, Abcam, Великобритания). ; антитело к PCNA ab15497, разведение 1:1000, Abcam, Великобритания) в течение ночи при 4 °C.Срезы инкубировали с биотинилированным козьим антикроличьим антителом IgG (Zhongshan Biology Company, Китай) в течение 15 мин при 37°С и последовательно инкубировали с реагентом авидинпероксидазы (Zhongshan Biology Company, Китай). В качестве хромогенного агента использовали раствор диаминобензидина. После контрастного окрашивания гематоксилином срезы фотографировали с помощью оптического микроскопа (CTR6000, Leica, Германия).

Для исследования миграции кератиноцитов по краю раны с помощью иммунофлуоресценции была обнаружена экспрессия Е-кадгерина 15 .На 3-й день после операции ткани раны собирали и фиксировали 4% формальдегидом, а затем подвергали поэтапной дегидратации сахарозой. Ткани замораживали в жидком азоте и делали срезы толщиной 5 мкм. Криосрезы уравновешивали при комнатной температуре в течение 15 мин, блокировали 10% нормальной козьей сывороткой в ​​течение 1 ч, а затем инкубировали с антителом против Е-кадгерина (sc-7870, разведение 1:200, Santa Cruz Biotechnology, США) в течение ночи при 4 °С. Затем срезы инкубировали с Cy3-меченым вторичным антителом (1:100, Boster, Китай) в течение 1 ч при 37°С.Наконец, срезы контрастировали 4′,6-диамидино-2-фенилиндолом (DAPI, Beyotime, Китай) и наблюдали с помощью флуоресцентного микроскопа Leica (CTR6000, Leica, Германия).

Определение экспрессии PCNA и E-кадгерина в эпидермисе и α-SMA в ранах с помощью вестерн-блоттинга

Раневые ткани собирали, как указано в разделе выше. Для выявления экспрессии PCNA и Е-кадгерина в эпидермисе ткань края раны инкубировали в 5 мг/мл Dispase II (Sigma, США) в течение 1 ч при 37 °C, после чего отделяли эпидермис.Образцы взвешивали, замораживали и измельчали ​​в жидком азоте, после чего последовательно добавляли лизирующий буфер (KeyGEN, Китай). После встряхивания в течение 15 мин при 4 °C гомогенаты центрифугировали при 14000 об/мин в течение 15 мин; затем собирали супернатанты. Концентрацию белка определяли методом с бицинхониновой кислотой (BCA) в соответствии с инструкциями производителя (Thermal Scientific, США). Равные количества белка смешивали с восстанавливающим буфером для образцов додецилсульфата натрия (SDS) и кипятили в течение 5 минут перед загрузкой образцов в 10% гели SDS-PAGE.Для вестерн-блоттинга использовали 30 микрограммов белка. Электрофорез проводили при 80 вольт в течение 0,5 ч, а затем при 100 вольт в течение 1,5 ч. Затем белки переносили на нитроцеллюлозную (НЦ) мембрану (GE, США) при 100 вольт в течение 1,5 часов. Мембрану NC блокировали трис-буферным солевым раствором (TBS), содержащим 5% бычьего сывороточного альбумина (BSA, Biosharp, Китай), в течение 3 часов при комнатной температуре, и мембрану инкубировали с первичным антителом (антитело к PCNA ab15497, 1: 500 разведение, Abcam, Великобритания; анти-Е-кадгерин, sc-7870, разведение 1:500, Santa Cruz Biotechnology, США; в качестве внутреннего контроля использовали анти-β-актин, разведение 1:2000, Sungene, Китай) в 4 °C в течение ночи.Затем мембрану промывали TBS, содержащим 1% Tween-20, 5 раз с последующей инкубацией с меченым HRP козьим антикроличьим вторичным антителом (1:2000) (Zhongshan Biology Company, Китай) в течение 1 часа при комнатной температуре. Мембрану NC промывали TBS, содержащим 1% Tween 20 5 раз, а затем визуализировали с помощью усиленной хемилюминесценции (Thermal Scientific, США) 26 .

Для выявления экспрессии α-SMA (антитело к α-SMA ab5694, разведение 1:2000, Abcam, Великобритания) ткани раны (включая ткань эпидермиса, дермы и грануляционную ткань) замораживали непосредственно и измельчали ​​в жидкости азот.Остальные процедуры были такими же, как указано выше.

Анализ концентрации EGF в раневом экссудате

Сначала брили и дезинфицировали дорсальную поверхность мышей, а затем препарировали полнослойную рану размером 10 мм × 10 мм путем иссечения на спине мыши. Две стерилизованные полиуретановые трубки (длина 10 мм, внутренний диаметр 1,02 мм и внешний диаметр 1,65 мм) были имплантированы каждой мыши, как сообщалось ранее 31 . Затем кусок стерилизованной подготовленной полиуретановой мембраны размером 13 × 13 мм сшивали и накладывали на каждую рану.Через три дня после имплантации образцы жидкости внутри пробирок собирали для анализа цитокинов. Образцы экссудата разводили разбавителями образцов (R&D Systems, США) в разведении 1:200. Затем образцы измеряли с помощью набора Mouse EGF Elisa Kit (R&D Systems, США) в соответствии с инструкциями производителя. Вкратце, в каждую лунку добавляли 100 мкл стандарта или образца. После инкубации в течение 90 мин при 37°С каждую лунку промывали 5 раз промывочным буфером. Затем в каждую лунку добавляли аликвоту 100 мкл конъюгата EGF мыши и инкубировали при 37°С в течение 2 ч.Затем каждую лунку снова промывали и добавляли 100 мкл раствора субстрата, после чего после инкубации в течение 30 мин добавляли 100 мкл стоп-раствора. Оптическую плотность измеряли при 450 нм с помощью ридера для иммуноферментного анализа (Thermo Varioskan Flash, США).

Статистический анализ

Статистические сравнения были выполнены с использованием одностороннего теста ANOVA с последующим тестом Бонферрони. Все данные представлены как среднее ± стандартное отклонение (SD). p значения меньше 0.05 считались значительными.

3.5 Пассивный транспорт – Концепции биологии – 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, почему и как происходит пассивный транспорт
  • Понимать процессы осмоса и диффузии
  • Дайте определение тонусу и опишите его значение для пассивного транспорта

Плазматические мембраны должны позволять определенным веществам входить в клетку и выходить из нее, одновременно предотвращая попадание вредных веществ и выход основных веществ.Другими словами, плазматические мембраны избирательно проницаемы — они пропускают одни вещества, но не пропускают другие. Если бы они утратили эту избирательность, клетка больше не могла бы поддерживать себя и была бы уничтожена. Некоторым клеткам требуется большее количество специфических веществ, чем другим клеткам; у них должен быть способ получения этих материалов из внеклеточной жидкости. Это может происходить пассивно, так как некоторые материалы перемещаются вперед и назад, или клетка может иметь специальные механизмы, обеспечивающие транспорт.Большинство клеток тратят большую часть своей энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ) на создание и поддержание неравномерного распределения ионов на противоположных сторонах своих мембран. Структура плазматической мембраны способствует этим функциям, но также представляет некоторые проблемы.

Наиболее прямые формы мембранного транспорта являются пассивными. Пассивный транспорт является естественным явлением и не требует от клетки затрат энергии для выполнения движения. При пассивном транспорте вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией в процессе, называемом диффузией .Говорят, что физическое пространство, в котором существует различная концентрация одного вещества, имеет градиент концентрации.

Плазматические мембраны асимметричны, что означает, что, несмотря на зеркальное отображение, образованное фосфолипидами, внутренняя часть мембраны не идентична внешней части мембраны. Интегральные белки, которые действуют как каналы или насосы, работают в одном направлении. Углеводы, присоединенные к липидам или белкам, также находятся на внешней поверхности плазматической мембраны. Эти углеводные комплексы помогают клетке связывать необходимые ей вещества во внеклеточной жидкости.Это значительно увеличивает селективность плазматических мембран.

Напомним, что плазматические мембраны имеют гидрофильные и гидрофобные участки. Эта характеристика помогает движению одних материалов через мембрану и препятствует движению других. Липидорастворимый материал может легко проскальзывать через гидрофобное липидное ядро ​​мембраны . Такие вещества, как жирорастворимые витамины A, D, E и K, легко проходят через плазматические мембраны пищеварительного тракта и других тканей.Жирорастворимые препараты также легко проникают в клетки и легко транспортируются в ткани и органы организма. Молекулы кислорода и углекислого газа не имеют заряда и проходят путем простой диффузии.

Полярные вещества, за исключением воды, создают проблемы для мембраны. В то время как некоторые полярные молекулы легко соединяются с внешней стороной клетки, они не могут легко пройти через липидное ядро ​​плазматической мембраны . Кроме того, в то время как маленькие ионы могли бы легко проскальзывать через промежутки в мозаике мембраны, их заряд препятствует им сделать это.Ионы, такие как натрий, калий, кальций и хлорид, должны иметь специальные средства для проникновения через плазматические мембраны. Простые сахара и аминокислоты также нуждаются в транспортировке через плазматические мембраны.

Диффузия — это пассивный процесс переноса. Отдельное вещество имеет тенденцию перемещаться из области высокой концентрации в область низкой концентрации до тех пор, пока концентрация не станет одинаковой во всем пространстве. Вы знакомы с диффузией веществ через воздух. Например, представьте, что кто-то открывает флакон духов в комнате, заполненной людьми.Самая высокая концентрация духов находится во флаконе, а самая низкая — по краям комнаты. Пары духов будут рассеиваться или распространяться от флакона, и постепенно все больше и больше людей будут ощущать запах духов по мере их распространения. Вещества перемещаются в цитозоле клетки путем диффузии, а некоторые вещества перемещаются через плазматическую мембрану путем диффузии (рис. 3.24). Диффузия не затрачивает энергию. Скорее, разные концентрации материалов в разных областях представляют собой форму потенциальной энергии, а диффузия — это рассеяние этой потенциальной энергии по мере того, как материалы перемещаются по градиенту своей концентрации от высокого к низкому.

Рис. 3.24. Диффузия через проницаемую мембрану следует градиенту концентрации вещества, перемещая вещество из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Каждое отдельное вещество в среде, такой как внеклеточная жидкость, имеет свой собственный градиент концентрации, независимый от градиентов концентрации других материалов. Кроме того, каждое вещество будет диффундировать в соответствии с этим градиентом.

На скорость диффузии влияет несколько факторов.

  • Степень градиента концентрации: чем больше разница в концентрации, тем быстрее диффузия.Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.
  • Масса диффундирующих молекул: более массивные молекулы движутся медленнее, потому что им труднее перемещаться между молекулами вещества, через которое они движутся; поэтому они диффундируют медленнее.
  • Температура: Более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии.
  • Плотность растворителя: по мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается.Молекулы замедляются, потому что им труднее пройти через более плотную среду.

Концепция в действии

Чтобы увидеть анимацию процесса диффузии в действии, посмотрите этот короткий видеоролик о транспорте через клеточную мембрану.

При облегченном транспорте, также называемом облегченной диффузией, материал перемещается через плазматическую мембрану с помощью трансмембранных белков по градиенту концентрации (от высокой к низкой концентрации) без затрат клеточной энергии.Однако вещества, которые подвергаются облегченному транспорту, в противном случае не могли бы легко и быстро диффундировать через плазматическую мембрану. Решение проблемы перемещения полярных веществ и других веществ через плазматическую мембрану находится в белках, покрывающих ее поверхность. Транспортируемый материал сначала прикрепляется к белковым или гликопротеиновым рецепторам на внешней поверхности плазматической мембраны. Это позволяет материалу, который необходим клетке, удаляться из внеклеточной жидкости. Затем вещества передаются определенным интегральным белкам, которые облегчают их прохождение, поскольку они образуют каналы или поры, которые позволяют определенным веществам проходить через мембрану.Интегральные белки, участвующие в облегченном транспорте, в совокупности называются транспортными белками, и они функционируют либо как каналы для материала, либо как носители.

Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану в соответствии с градиентом концентрации воды через мембрану. В то время как диффузия переносит вещество через мембраны и внутри клеток, осмос переносит только воду через мембрану, а мембрана ограничивает диффузию растворенных веществ в воде.Осмос является частным случаем диффузии. Вода, как и другие вещества, перемещается из области большей концентрации в область меньшей концентрации. Представьте химический стакан с полупроницаемой мембраной, разделяющей две стороны или половинки (рис. 3.25). По обе стороны мембраны уровень воды одинаков, но по обе стороны находятся разные концентрации растворенного вещества или растворенного вещества, которые не могут пересечь мембрану. Если объем воды один и тот же, а концентрации растворенного вещества разные, то по обе стороны от мембраны также разные концентрации воды-растворителя.

Рисунок 3.25. При осмосе вода всегда перемещается из области с более высокой концентрацией (воды) в область с более низкой концентрацией (воды). В этой системе растворенное вещество не может пройти через селективно проницаемую мембрану.

Принцип диффузии заключается в том, что молекулы движутся и равномерно распределяются по среде, если могут. Однако через нее диффундирует только тот материал, который способен пройти через мембрану. В этом примере растворенное вещество не может диффундировать через мембрану, а вода может.Вода в этой системе имеет градиент концентрации. Следовательно, вода будет диффундировать вниз по градиенту концентрации, пересекая мембрану в сторону, где она менее концентрирована. Эта диффузия воды через мембрану — осмос — будет продолжаться до тех пор, пока градиент концентрации воды не станет равным нулю. Осмос в живых системах протекает постоянно.

Тоничность описывает количество растворенного вещества в растворе. Мера тоничности раствора, или общее количество растворенных веществ, растворенных в определенном количестве раствора, называется его осмолярностью.Три термина — гипотонический, изотонический и гипертонический — используются для связи осмолярности клетки с осмолярностью внеклеточной жидкости, содержащей клетки. В гипотоническом растворе, таком как водопроводная вода, внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем жидкость внутри клетки, и вода поступает в клетку. (В живых системах точкой отсчета всегда является цитоплазма, поэтому приставка гипо означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ или более низкую осмолярность, чем цитоплазма клетки.) Это также означает, что внеклеточная жидкость имеет более высокую концентрацию воды, чем клетка. В этой ситуации вода будет следовать градиенту своей концентрации и поступать в клетку. Это может привести к разрыву или лизису животной клетки.

В гипертоническом растворе (префикс гипер — относится к внеклеточной жидкости, имеющей более высокую концентрацию растворенных веществ, чем цитоплазма клетки), жидкость содержит меньше воды, чем клетка, например, морская вода. Поскольку в клетке концентрация растворенных веществ ниже, вода будет покидать клетку.По сути, растворенное вещество вытягивает воду из клетки. Это может привести к тому, что животная клетка сморщится или образует зазубрины.

В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка. Если концентрация растворенных веществ в клетке соответствует концентрации внеклеточной жидкости, не будет чистого движения воды в клетку или из нее. Клетки крови в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах приобретают характерный вид (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Осмотическое давление изменяет форму эритроцитов в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах.

Врач вводит пациенту то, что он считает изотоническим солевым раствором. Пациент умирает, и вскрытие показывает, что многие эритроциты разрушены. Как вы думаете, раствор, который ввел доктор, действительно был изотоническим?

Некоторые организмы, такие как растения, грибы, бактерии и некоторые простейшие, имеют клеточные стенки, которые окружают плазматическую мембрану и предотвращают лизис клеток.Плазматическая мембрана может расширяться только до предела клеточной стенки, поэтому клетка не лизируется. На самом деле цитоплазма растений всегда несколько гипертонична по сравнению с клеточной средой, и вода всегда будет поступать в клетку, если вода доступна. Этот приток воды создает тургорное давление, которое делает клеточные стенки растения жесткими (рис. 3.27). У недревесных растений тургорное давление поддерживает растение. Если клетки растения становятся гипертоническими, как это происходит при засухе или если растение недостаточно поливают, вода покидает клетку.В этом состоянии растения теряют тургорное давление и увядают.

Рис. 3.27. Тургорное давление внутри растительной клетки зависит от тонуса раствора, в котором она находится.

Пассивные формы транспорта, диффузия и осмос, перемещают вещества с малой молекулярной массой. Вещества диффундируют из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, и этот процесс продолжается до тех пор, пока вещество не будет равномерно распределено в системе. В растворах более чем одного вещества каждый тип молекул диффундирует в соответствии со своим градиентом концентрации.На скорость диффузии могут влиять многие факторы, в том числе градиент концентрации, размеры диффундирующих частиц и температура системы.

В живых системах диффузия веществ в клетки и из клеток опосредуется плазматической мембраной. Одни материалы легко диффундируют через мембрану, другие затруднены, и их прохождение возможно только благодаря белковым каналам и переносчикам. Химия живых существ происходит в водных растворах, и балансировка концентраций этих растворов является постоянной проблемой.В живых системах диффузия некоторых веществ была бы медленной или затрудненной без белков мембраны.

Градиент концентрации: область высокой концентрации напротив области низкой концентрации

диффузия: пассивный процесс переноса низкомолекулярного материала по градиенту его концентрации

облегченный транспорт: процесс, посредством которого материал перемещается по градиенту концентрации (от высокой концентрации к низкой) с использованием интегральных мембранных белков

гипертонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет более высокую осмолярность, чем жидкость внутри клетки

гипотонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки

изотонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и жидкость внутри клетки

осмолярность: общее количество веществ, растворенных в определенном количестве раствора

осмос: перенос воды через полупроницаемую мембрану из области с высокой концентрацией воды в область с низкой концентрацией воды через мембрану

пассивный транспорт: метод транспортировки материалов, не требующий энергии

избирательно проницаемая: характеристика мембраны, которая пропускает одни вещества, но не пропускает другие

растворенное вещество: вещество, растворенное в другом с образованием раствора

тоничность: количество растворенного вещества в растворе.

Атрибуция СМИ

  • Рисунок 3.24: модификация работы Марианы Руис Вильярреал
  • Рисунок 3.26: модификация работы Марианы Руис Вильярреал
  • Рисунок 3.27: модификация работы Марианы Руис Вильярреал

Выбор и использование натуральных и синтетических мембран для экспериментов по диффузии in vitro

%PDF-1.4 % 1 0 объект > >> /LastModified (D:20070525092946) /МаркИнфо > >> эндообъект 6 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > поток

  • 2
  • Выбор и использование натуральных и синтетических мембран для экспериментов по диффузии in vitro
  • lib
  • конечный поток эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > /XОбъект > >> /StructParents 0 /Анноты [614 0 R] >> эндообъект 17 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 1 >> эндообъект 18 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 2 >> эндообъект 19 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 3 >> эндообъект 20 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 4 >> эндообъект 21 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 5 >> эндообъект 22 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 6 >> эндообъект 23 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 7 >> эндообъект 24 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 8 >> эндообъект 25 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 9 >> эндообъект 26 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 10 >> эндообъект 27 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 11 >> эндообъект 28 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 12 >> эндообъект 29 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 13 >> эндообъект 30 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 14 >> эндообъект 31 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 15 >> эндообъект 32 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 16 >> эндообъект 33 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 17 >> эндообъект 34 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 18 >> эндообъект 35 0 объект > /Шрифт > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /текст /ImageC] /ExtGState > >> /StructParents 19 >> эндообъект 36 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 20 >> эндообъект 37 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 21 >> эндообъект 38 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 22 >> эндообъект 39 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 23 >> эндообъект 40 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 24 >> эндообъект 41 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 25 >> эндообъект 42 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 26 >> эндообъект 43 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 27 >> эндообъект 44 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 28 >> эндообъект 45 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 29 >> эндообъект 46 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 30 >> эндообъект 47 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 31 >> эндообъект 48 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 32 >> эндообъект 49 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 33 >> эндообъект 50 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 34 >> эндообъект 51 0 объект > /ProcSet [/PDF /текст] /ExtGState > >> /StructParents 35 >> эндообъект 52 0 объект > эндообъект 53 0 объект > эндообъект 54 0 объект > эндообъект 55 0 объект > эндообъект 56 0 объект > эндообъект 57 0 объект > эндообъект 58 0 объект > эндообъект 59 0 объект > эндообъект 60 0 объект > эндообъект 61 0 объект > эндообъект 62 0 объект > эндообъект 63 0 объект > эндообъект 64 0 объект > эндообъект 65 0 объект > эндообъект 66 0 объект > эндообъект 67 0 объект > эндообъект 68 0 объект > эндообъект 69 0 объект > эндообъект 70 0 объект > эндообъект 71 0 объект > эндообъект 72 0 объект > эндообъект 73 0 объект > эндообъект 74 0 объект > эндообъект 75 0 объект > эндообъект 76 0 объект > эндообъект 77 0 объект > эндообъект 78 0 объект > эндообъект 79 0 объект > эндообъект 80 0 объект > эндообъект 81 0 объект > эндообъект 82 0 объект > эндообъект 83 0 объект > эндообъект 84 0 объект > эндообъект 85 0 объект > эндообъект 86 0 объект > эндообъект 87 0 объект > эндообъект 88 0 объект > эндообъект 89 0 объект > эндообъект 90 0 объект > эндообъект 91 0 объект > эндообъект 92 0 объект > эндообъект 93 0 объект > эндообъект 94 0 объект > эндообъект 95 0 объект > эндообъект 96 0 объект > эндообъект 97 0 объект > эндообъект 98 0 объект > эндообъект 99 0 объект > эндообъект 100 0 объект > эндообъект 101 0 объект > эндообъект 102 0 объект > эндообъект 103 0 объект > эндообъект 104 0 объект > эндообъект 105 0 объект > эндообъект 106 0 объект > эндообъект 107 0 объект > эндообъект 108 0 объект > эндообъект 109 0 объект > эндообъект 110 0 объект > эндообъект 111 0 объект > эндообъект 112 0 объект > эндообъект 113 0 объект > эндообъект 114 0 объект > эндообъект 115 0 объект > эндообъект 116 0 объект > эндообъект 117 0 объект > эндообъект 118 0 объект > эндообъект 119 0 объект > эндообъект 120 0 объект > эндообъект 121 0 объект > эндообъект 122 0 объект > эндообъект 123 0 объект > эндообъект 124 0 объект > эндообъект 125 0 объект > эндообъект 126 0 объект > эндообъект 127 0 объект > эндообъект 128 0 объект > эндообъект 129 0 объект > эндообъект 130 0 объект > эндообъект 131 0 объект > эндообъект 132 0 объект > эндообъект 133 0 объект > эндообъект 134 0 объект > эндообъект 135 0 объект > эндообъект 136 0 объект > эндообъект 137 0 объект > эндообъект 138 0 объект > эндообъект 139 0 объект > эндообъект 140 0 объект > эндообъект 141 0 объект > эндообъект 142 0 объект > эндообъект 143 0 объект > эндообъект 144 0 объект > эндообъект 145 0 объект > эндообъект 146 0 объект > эндообъект 147 0 объект > эндообъект 148 0 объект > эндообъект 149 0 объект > эндообъект 150 0 объект > эндообъект 151 0 объект > эндообъект 152 0 объект > эндообъект 153 0 объект > эндообъект 154 0 объект > эндообъект 155 0 объект > эндообъект 156 0 объект > эндообъект 157 0 объект > эндообъект 158 0 объект > эндообъект 159 0 объект > эндообъект 160 0 объект > эндообъект 161 0 объект > эндообъект 162 0 объект > эндообъект 163 0 объект > эндообъект 164 0 объект > эндообъект 165 0 объект > эндообъект 166 0 объект > эндообъект 167 0 объект > эндообъект 168 0 объект > эндообъект 169 0 объект > эндообъект 170 0 объект > эндообъект 171 0 объект > эндообъект 172 0 объект > эндообъект 173 0 объект > эндообъект 174 0 объект > эндообъект 175 0 объект > эндообъект 176 0 объект > эндообъект 177 0 объект > эндообъект 178 0 объект > эндообъект 179 0 объект > эндообъект 180 0 объект > эндообъект 181 0 объект > эндообъект 182 0 объект > эндообъект 183 0 объект > эндообъект 184 0 объект > эндообъект 185 0 объект > эндообъект 186 0 объект > эндообъект 187 0 объект > эндообъект 188 0 объект > эндообъект 189 0 объект > эндообъект 190 0 объект > эндообъект 191 0 объект > эндообъект 192 0 объект > эндообъект 193 0 объект > эндообъект 194 0 объект > эндообъект 195 0 объект > эндообъект 196 0 объект > эндообъект 197 0 объект > эндообъект 198 0 объект > эндообъект 199 0 объект > эндообъект 200 0 объект > эндообъект 201 0 объект > эндообъект 202 0 объект > эндообъект 203 0 объект > эндообъект 204 0 объект > эндообъект 205 0 объект > эндообъект 206 0 объект > эндообъект 207 0 объект > эндообъект 208 0 объект > эндообъект 209 0 объект > эндообъект 210 0 объект > эндообъект 211 0 объект > эндообъект 212 0 объект > эндообъект 213 0 объект > эндообъект 214 0 объект > эндообъект 215 0 объект > эндообъект 216 0 объект > эндообъект 217 0 объект > эндообъект 218 0 объект > эндообъект 219 0 объект > эндообъект 220 0 объект > эндообъект 221 0 объект > эндообъект 222 0 объект > эндообъект 223 0 объект > эндообъект 224 0 объект > эндообъект 225 0 объект > эндообъект 226 0 объект > эндообъект 227 0 объект > эндообъект 228 0 объект > эндообъект 229 0 объект > эндообъект 230 0 объект > эндообъект 231 0 объект > эндообъект 232 0 объект > эндообъект 233 0 объект > эндообъект 234 0 объект > эндообъект 235 0 объект > эндообъект 236 0 объект > эндообъект 237 0 объект > эндообъект 238 0 объект > эндообъект 239 0 объект > эндообъект 240 0 объект > эндообъект 241 0 объект > эндообъект 242 0 объект > эндообъект 243 0 объект > эндообъект 244 0 объект > эндообъект 245 0 объект > эндообъект 246 0 объект > эндообъект 247 0 объект > эндообъект 248 0 объект > эндообъект 249 0 объект > эндообъект 250 0 объект > эндообъект 251 0 объект > эндообъект 252 0 объект > эндообъект 253 0 объект > эндообъект 254 0 объект > эндообъект 255 0 объект > эндообъект 256 0 объект > эндообъект 257 0 объект > эндообъект 258 0 объект > эндообъект 259 0 объект > эндообъект 260 0 объект > эндообъект 261 0 объект > эндообъект 262 0 объект > эндообъект 263 0 объект > эндообъект 264 0 объект > эндообъект 265 0 объект > эндообъект 266 0 объект > эндообъект 267 0 объект > эндообъект 268 0 объект > эндообъект 269 ​​0 объект > эндообъект 270 0 объект > эндообъект 271 0 объект > эндообъект 272 0 объект > эндообъект 273 0 объект > эндообъект 274 0 объект > эндообъект 275 0 объект > эндообъект 276 0 объект > эндообъект 277 0 объект > эндообъект 278 0 объект > эндообъект 279 0 объект > эндообъект 280 0 объект > эндообъект 281 0 объект > эндообъект 282 0 объект > эндообъект 283 0 объект > эндообъект 284 0 объект > эндообъект 285 0 объект > эндообъект 286 0 объект > эндообъект 287 0 объект > эндообъект 288 0 объект > эндообъект 289 0 объект > эндообъект 290 0 объект > эндообъект 291 0 объект > эндообъект 292 0 объект > эндообъект 293 0 объект > эндообъект 294 0 объект > эндообъект 295 0 объект > эндообъект 296 0 объект > эндообъект 297 0 объект > эндообъект 298 0 объект > эндообъект 299 0 объект > эндообъект 300 0 объект > эндообъект 301 0 объект > эндообъект 302 0 объект > эндообъект 303 0 объект > эндообъект 304 0 объект > эндообъект 305 0 объект > эндообъект 306 0 объект > эндообъект 307 0 объект > эндообъект 308 0 объект > эндообъект 309 0 объект > эндообъект 310 0 объект > эндообъект 311 0 объект > эндообъект 312 0 объект > эндообъект 313 0 объект > эндообъект 314 0 объект > эндообъект 315 0 объект > эндообъект 316 0 объект > эндообъект 317 0 объект > эндообъект 318 0 объект > эндообъект 319 0 объект > эндообъект 320 0 объект > эндообъект 321 0 объект > эндообъект 322 0 объект > эндообъект 323 0 объект > эндообъект 324 0 объект > эндообъект 325 0 объект > эндообъект 326 0 объект > эндообъект 327 0 объект > эндообъект 328 0 объект > эндообъект 329 0 объект > эндообъект 330 0 объект > эндообъект 331 0 объект > эндообъект 332 0 объект > эндообъект 333 0 объект > эндообъект 334 0 объект > эндообъект 335 0 объект > эндообъект 336 0 объект > эндообъект 337 0 объект > эндообъект 338 0 объект > эндообъект 339 0 объект > эндообъект 340 0 объект > эндообъект 341 0 объект > эндообъект 342 0 объект > эндообъект 343 0 объект > эндообъект 344 0 объект > эндообъект 345 0 объект > эндообъект 346 0 объект > эндообъект 347 0 объект > эндообъект 348 0 объект > эндообъект 349 0 объект > эндообъект 350 0 объект > эндообъект 351 0 объект > эндообъект 352 0 объект > эндообъект 353 0 объект > эндообъект 354 0 объект > эндообъект 355 0 объект > эндообъект 356 0 объект > эндообъект 357 0 объект > эндообъект 358 0 объект > эндообъект 359 0 объект > эндообъект 360 0 объект > эндообъект 361 0 объект > эндообъект 362 0 объект > эндообъект 363 0 объект > эндообъект 364 0 объект > эндообъект 365 0 объект > эндообъект 366 0 объект > эндообъект 367 0 объект > эндообъект 368 0 объект > эндообъект 369 0 объект > эндообъект 370 0 объект > эндообъект 371 0 объект > эндообъект 372 0 объект > эндообъект 373 0 объект > эндообъект 374 0 объект > эндообъект 375 0 объект > эндообъект 376 0 объект > эндообъект 377 0 объект > эндообъект 378 0 объект > эндообъект 379 0 объект > эндообъект 380 0 объект > эндообъект 381 0 объект > эндообъект 382 0 объект > эндообъект 383 0 объект > эндообъект 384 0 объект > эндообъект 385 0 объект > эндообъект 386 0 объект > эндообъект 387 0 объект > эндообъект 388 0 объект > эндообъект 389 0 объект > эндообъект 390 0 объект > эндообъект 391 0 объект > эндообъект 392 0 объект > эндообъект 393 0 объект > эндообъект 394 0 объект > эндообъект 395 0 объект > эндообъект 396 0 объект > эндообъект 397 0 объект > эндообъект 398 0 объект > эндообъект 399 0 объект > эндообъект 400 0 объект > эндообъект 401 0 объект > эндообъект 402 0 объект > эндообъект 403 0 объект > эндообъект 404 0 объект > эндообъект 405 0 объект > эндообъект 406 0 объект > эндообъект 407 0 объект > эндообъект 408 0 объект > эндообъект 409 0 объект > эндообъект 410 0 объект > эндообъект 411 0 объект > эндообъект 412 0 объект > эндообъект 413 0 объект > эндообъект 414 0 объект > эндообъект 415 0 объект > эндообъект 416 0 объект > эндообъект 417 0 объект > эндообъект 418 0 объект > эндообъект 419 0 объект > эндообъект 420 0 объект > эндообъект 421 0 объект > эндообъект 422 0 объект > эндообъект 423 0 объект > эндообъект 424 0 объект > эндообъект 425 0 объект > эндообъект 426 0 объект > эндообъект 427 0 объект > эндообъект 428 0 объект > эндообъект 429 0 объект > эндообъект 430 0 объект > эндообъект 431 0 объект > эндообъект 432 0 объект > эндообъект 433 0 объект > эндообъект 434 0 объект > эндообъект 435 0 объект > эндообъект 436 0 объект > эндообъект 437 0 объект > эндообъект 438 0 объект > эндообъект 439 0 объект > эндообъект 440 0 объект > эндообъект 441 0 объект > эндообъект 442 0 объект > эндообъект 443 0 объект > эндообъект 444 0 объект > эндообъект 445 0 объект > эндообъект 446 0 объект > эндообъект 447 0 объект > эндообъект 448 0 объект > эндообъект 449 0 объект > эндообъект 450 0 объект > эндообъект 451 0 объект > эндообъект 452 0 объект > эндообъект 453 0 объект > эндообъект 454 0 объект > эндообъект 455 0 объект > эндообъект 456 0 объект > эндообъект 457 0 объект > эндообъект 458 0 объект > эндообъект 459 0 объект > эндообъект 460 0 объект > эндообъект 461 0 объект > эндообъект 462 0 объект > эндообъект 463 0 объект > эндообъект 464 0 объект > эндообъект 465 0 объект > эндообъект 466 0 объект > эндообъект 467 0 объект > эндообъект 468 0 объект > эндообъект 469 0 объект > эндообъект 470 0 объект > эндообъект 471 0 объект > эндообъект 472 0 объект > эндообъект 473 0 объект > эндообъект 474 0 объект > эндообъект 475 0 объект > эндообъект 476 0 объект > эндообъект 477 0 объект > эндообъект 478 0 объект > эндообъект 479 0 объект > эндообъект 480 0 объект > эндообъект 481 0 объект > эндообъект 482 0 объект > эндообъект 483 0 объект > эндообъект 484 0 объект > эндообъект 485 0 объект > эндообъект 486 0 объект > эндообъект 487 0 объект > эндообъект 488 0 объект > эндообъект 489 0 объект > эндообъект 490 0 объект > эндообъект 491 0 объект > эндообъект 492 0 объект > эндообъект 493 0 объект > эндообъект 494 0 объект > эндообъект 495 0 объект > эндообъект 496 0 объект > эндообъект 497 0 объект > эндообъект 498 0 объект > эндообъект 499 0 объект > эндообъект 500 0 объект > эндообъект 501 0 объект > эндообъект 502 0 объект > эндообъект 503 0 объект > эндообъект 504 0 объект > эндообъект 505 0 объект > эндообъект 506 0 объект > эндообъект 507 0 объект > эндообъект 508 0 объект > эндообъект 509 0 объект > эндообъект 510 0 объект > эндообъект 511 0 объект > эндообъект 512 0 объект > эндообъект 513 0 объект > эндообъект 514 0 объект > эндообъект 515 0 объект > эндообъект 516 0 объект > эндообъект 517 0 объект > эндообъект 518 0 объект > эндообъект 519 0 объект > эндообъект 520 0 объект > эндообъект 521 0 объект > эндообъект 522 0 объект > эндообъект 523 0 объект > эндообъект 524 0 объект > эндообъект 525 0 объект > эндообъект 526 0 объект > эндообъект 527 0 объект > эндообъект 528 0 объект > эндообъект 529 0 объект > эндообъект 530 0 объект > эндообъект 531 0 объект > эндообъект 532 0 объект > эндообъект 533 0 объект > эндообъект 534 0 объект > эндообъект 535 0 объект > эндообъект 536 0 объект > эндообъект 537 0 объект > эндообъект 538 0 объект > эндообъект 539 0 объект > эндообъект 540 0 объект > эндообъект 541 0 объект > эндообъект 542 0 объект > эндообъект 543 0 объект > эндообъект 544 0 объект > эндообъект 545 0 объект > эндообъект 546 0 объект > эндообъект 547 0 объект > эндообъект 548 0 объект > эндообъект 549 0 объект > эндообъект 550 0 объект > эндообъект 551 0 объект > эндообъект 552 0 объект > эндообъект 553 0 объект > эндообъект 554 0 объект > эндообъект 555 0 объект > эндообъект 556 0 объект > эндообъект 557 0 объект > эндообъект 558 0 объект > эндообъект 559 0 объект > эндообъект 560 0 объект > эндообъект 561 0 объект > эндообъект 562 0 объект > эндообъект 563 0 объект > эндообъект 564 0 объект > эндообъект 565 0 объект > эндообъект 566 0 объект > эндообъект 567 0 объект > эндообъект 568 0 объект > эндообъект 569 0 объект > эндообъект 570 0 объект > эндообъект 571 0 объект > эндообъект 572 0 объект > эндообъект 573 0 объект > эндообъект 574 0 объект > эндообъект 575 0 объект > эндообъект 576 0 объект > эндообъект 577 0 объект > эндообъект 578 0 объект > эндообъект 579 0 объект > эндообъект 580 0 объект > эндообъект 581 0 объект > эндообъект 582 0 объект > эндообъект 583 0 объект > эндообъект 584 0 объект > эндообъект 585 0 объект > эндообъект 586 0 объект > эндообъект 587 0 объект > эндообъект 588 0 объект > эндообъект 589 0 объект > эндообъект 590 0 объект > эндообъект 591 0 объект > эндообъект 592 0 объект > эндообъект 593 0 объект > эндообъект 594 0 объект > эндообъект 595 0 объект > эндообъект 596 0 объект > эндообъект 597 0 объект > эндообъект 598 0 объект > эндообъект 599 0 объект > эндообъект 600 0 объект > эндообъект 601 0 объект > эндообъект 602 0 объект > эндообъект 603 0 объект > эндообъект 604 0 объект > эндообъект 605 0 объект > поток HW]F}_Qxe6`6Qd&NѮK0Me¡{~ϭ

    15.3: Мембранный транспорт с избирательной проницаемостью

    Транспорт через мембрану

    Задача проектирования и подзадачи

    Общая задача: Клеточная мембрана должна одновременно выступать в качестве барьера между «ВНУТРЕННИМ» и «ВНЕШНИМ» и конкретно контролировать, какие вещества входят в клетку и выходят из нее, а также насколько быстро и эффективно они это делают.

    Подзадачи: Химические свойства молекул, которые должны входить и выходить из клетки, сильно различаются.Вот некоторые подзадачи, связанные с этим: (а) Большие и маленькие молекулы или группы молекул должны иметь возможность проходить через мембрану. (b) Как гидрофобные, так и гидрофильные вещества должны иметь доступ к транспорту. (c) Вещества должны иметь возможность пересекать мембрану с градиентом концентрации и против него. (d) Некоторые молекулы выглядят очень похожими (например, Na + и K + ), но транспортные механизмы должны все же различать их.

    Энергетическая история в перспективе

    Транспорт через мембрану можно рассматривать с точки зрения энергетической теории; в конце концов, это процесс.Например, в начале процесса родовое вещество X может находиться как внутри, так и снаружи клетки. В конце процесса вещество окажется на противоположной стороне, с которой началось.

    напр. X (вход) —> X (выход),

    , где вход и выход относятся к внутренней и внешней сторонам ячейки соответственно.

    В начале материя в системе может представлять собой очень сложный набор молекул внутри и вне клетки, но с одной молекулой X внутри клетки больше, чем снаружи.В конце концов снаружи клетки остается на одну молекулу Х больше, а внутри на одну меньше. Энергия в системе вначале запасается в основном в молекулярных структурах и их движениях, а также в дисбалансах электрических и химических концентраций на клеточной мембране. Транспорт X из клетки существенно не изменит энергию молекулярных структур, но изменит энергию, связанную с дисбалансом концентрации и/или заряда через мембрану.То есть перенос, как и все другие реакции, будет либо экзергоническим, либо эндергоническим. Наконец, потребуется описать некоторый механизм или наборы механизмов транспорта.


    Избирательная проницаемость

    Одним из величайших чудес клеточной мембраны является ее способность регулировать концентрацию веществ внутри клетки. К таким веществам относятся: ионы, такие как Ca 2+ , Na + , K + и Cl ; питательные вещества, включая сахара, жирные кислоты и аминокислоты; и продукты жизнедеятельности, особенно двуокись углерода (CO 2 ), которые должны покинуть клетку.

    Липидная двухслойная структура мембраны обеспечивает первый уровень контроля. Фосфолипиды плотно упакованы, а внутренняя часть мембраны гидрофобна. Эта структура сама по себе создает так называемый избирательно проницаемый барьер , который позволяет проходить через него только веществам, отвечающим определенным физическим критериям. В случае клеточной мембраны только относительно небольшие неполярные материалы могут перемещаться через липидный бислой с биологически значимой скоростью (помните, что липидные хвосты мембраны неполярны).

    Избирательная проницаемость клеточной мембраны относится к ее способности различать разные типы молекул, пропуская только одни молекулы и блокируя другие. Часть этого селективного свойства связана с внутренней скоростью диффузии различных молекул через мембрану. Вторым фактором, влияющим на относительную скорость движения различных веществ через биологическую мембрану, является активность различных белковых мембранных транспортеров, как пассивных, так и активных, которые будут более подробно обсуждаться в последующих разделах.Во-первых, мы принимаем понятие собственной скорости диффузии через мембрану.

    Относительная проницаемость

    Тот факт, что разные вещества могут пересекать биологическую мембрану с разной скоростью, должен быть относительно интуитивным. Существуют различия в мозаичном составе мембран в биологии и различия в размерах, гибкости и химических свойствах молекул, поэтому само собой разумеется, что скорости проницаемости различаются. Это сложный ландшафт.Проницаемость вещества через биологическую мембрану может быть измерена экспериментально, а скорость движения через мембрану может быть отражена в так называемых коэффициентах проницаемости мембраны.

    Коэффициенты проницаемости мембран

    Ниже представлены различные соединения в зависимости от их коэффициентов проницаемости мембран (MPC), измеренных в сравнении с простой биохимической аппроксимацией реальной биологической мембраны. Сообщаемый коэффициент проницаемости для этой системы представляет собой скорость, с которой происходит простая диффузия через мембрану, и выражается в сантиметрах в секунду (см/с).Коэффициент проницаемости пропорционален коэффициенту распределения и обратно пропорционален толщине мембраны.

    Важно, чтобы вы могли прочитать и понять приведенную ниже диаграмму. Чем больше коэффициент, тем более проницаема мембрана для растворенного вещества. Например, гексановая кислота очень проницаема, ПДК 0,9; уксусная кислота, вода и этанол имеют ПДК от 0,01 до 0,001 и менее проницаемы, чем гексановая кислота. Тогда как ионы, такие как натрий (Na + ), имеют ПДК 10 -12 и пересекают мембрану со сравнительно низкой скоростью.

    Несмотря на то, что существуют определенные тенденции или химические свойства, которые можно грубо связать с различной проницаемостью соединений (маленькие объекты проходят «быстро», большие объекты «медленно», заряженные объекты вообще отсутствуют и т. д.), мы предостерегаем от чрезмерных обобщений. Молекулярные детерминанты проницаемости мембран сложны и включают множество факторов, включая: специфический состав мембраны, температуру, ионный состав, гидратацию; химические свойства растворенного вещества; возможные химические взаимодействия между растворенным веществом в растворе и в мембране; диэлектрические свойства материалов; и энергетические компромиссы, связанные с перемещением веществ в различные среды и из них.Таким образом, в этом классе, вместо того, чтобы пытаться применять «правила» и пытаться разработать слишком много произвольных «отсечений», мы будем стремиться разработать общий смысл некоторых свойств, которые могут влиять на проницаемость, и оставить присвоение абсолютной проницаемости на усмотрение. экспериментально зафиксированные ставки. Кроме того, мы также постараемся свести к минимуму использование лексики, зависящей от системы отсчета. Например, высказывание о том, что соединение А диффундирует «быстро» или «медленно» через бислой, означает что-то только в том случае, если термины «быстро» или «медленно» имеют числовое определение или понятен биологический контекст.

    Энергетика транспорта

    Все вещества, которые перемещаются через мембрану, делают это одним из двух общих методов, которые классифицируются в зависимости от того, является ли транспортный процесс экзергоническим или эндергоническим. Пассивный транспорт — это экзергоническое перемещение веществ через мембрану. Напротив, активный транспорт представляет собой эндергоническое перемещение веществ через мембрану, которое связано с экзергонической реакцией.

    Пассивный транспорт

    Пассивный транспорт не требует от клетки расхода энергии.При пассивном транспорте вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией по градиенту концентрации . В зависимости от химической природы вещества с пассивным транспортом могут быть связаны разные процессы.

    Распространение

    Диффузия — это пассивный процесс переноса. Отдельное вещество имеет тенденцию перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией до тех пор, пока концентрация не станет одинаковой в пространстве.Вы знакомы с диффузией веществ через воздух. Например, представьте, что кто-то открывает бутылку аммиака в комнате, заполненной людьми. Газообразный аммиак находится в самой высокой концентрации в бутылке; его самая низкая концентрация — по краям комнаты. Пары аммиака будут диффундировать или распространяться от бутылки; постепенно все больше и больше людей будут ощущать запах аммиака по мере его распространения. Материалы перемещаются в цитозоле клетки путем диффузии, а некоторые материалы перемещаются через плазматическую мембрану путем диффузии.

    Рисунок 2 . Диффузия через проницаемую мембрану перемещает вещество из области высокой концентрации (в данном случае внеклеточной жидкости) по градиенту концентрации (в цитоплазму). Каждое отдельное вещество в среде, например во внеклеточной жидкости, имеет свой собственный градиент концентрации, не зависящий от градиентов концентрации других материалов. Кроме того, каждое вещество будет диффундировать в соответствии с этим градиентом. Внутри системы будут разные скорости диффузии различных веществ в среде.(кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
    Факторы, влияющие на распространение

    Без ограничений молекулы будут перемещаться и исследовать пространство случайным образом со скоростью, зависящей от их размера, формы, окружающей среды и тепловой энергии. Этот тип движения лежит в основе диффузионного движения молекул через любую среду, в которой они находятся. Отсутствие градиента концентрации не означает, что это движение прекратится, просто не может быть чистого движения числа молекул из одной области другому — состояние, известное как динамическое равновесие .

    Факторы, влияющие на распространение, включают:

    • Степень градиента концентрации: чем больше разница в концентрации, тем быстрее диффузия. Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.
    • Форма, размер и масса диффундирующих молекул: Большие и тяжелые молекулы движутся медленнее; поэтому они диффундируют медленнее. Обратное обычно справедливо для более мелких и легких молекул.
    • Температура: Более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии. Более низкие температуры уменьшают энергию молекул, тем самым уменьшая скорость диффузии.
    • Плотность растворителя: по мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается. Молекулы замедляются, потому что им труднее пройти через более плотную среду. Если среда менее плотная, скорость диффузии увеличивается.Поскольку клетки в основном используют диффузию для перемещения материалов внутри цитоплазмы, любое увеличение плотности цитоплазмы снижает скорость перемещения материалов в цитоплазме.
    • Растворимость: как обсуждалось ранее, неполярные или жирорастворимые материалы легче проходят через плазматические мембраны, чем полярные материалы, что обеспечивает более высокую скорость диффузии.
    • Площадь поверхности и толщина плазматической мембраны: увеличенная площадь поверхности увеличивает скорость диффузии, тогда как более толстая мембрана уменьшает ее.
    • Пройденное расстояние: Чем больше расстояние, которое должно пройти вещество, тем медленнее скорость диффузии. Это накладывает верхнее ограничение на размер ячейки. Большая сферическая клетка погибнет, потому что питательные вещества или отходы не смогут достичь или покинуть центр клетки, соответственно. Поэтому клетки должны быть либо небольшого размера, как у многих прокариот, либо быть уплощенными, как у многих одноклеточных эукариот.
    Облегченный транспорт

    В облегченном транспорте , также называемом облегченной диффузией, материалы диффундируют через плазматическую мембрану с помощью мембранных белков.Существует градиент концентрации, который позволяет этим материалам диффундировать в клетку или из нее без расхода клеточной энергии. В случае, когда материалы представляют собой ионы или полярные молекулы (соединения, которые отталкиваются гидрофобными частями клеточной мембраны), облегченные транспортные белки помогают защитить эти материалы от силы отталкивания мембраны, позволяя им диффундировать в клетку.

    Примечание: возможно обсуждение

    Сравните пассивную диффузию и облегченную диффузию.

    Каналы

    Интегральные белки, участвующие в облегченном транспорте, вместе называются транспортными белками , и они функционируют либо как каналы для материала, либо как носители. В обоих случаях это трансмембранные белки. Белки разных каналов обладают разными транспортными свойствами. Некоторые из них в ходе эволюции приобрели очень высокую специфичность к транспортируемому веществу, в то время как другие транспортируют различные молекулы, обладающие некоторыми общими характеристиками.Внутренний «проход» белков канала эволюционировал, чтобы обеспечить низкий энергетический барьер для транспорта веществ через мембрану за счет комплементарного расположения функциональных групп аминокислот (как основной, так и боковых цепей). Прохождение через канал позволяет полярным соединениям избегать неполярного центрального слоя плазматической мембраны, который в противном случае замедлял бы или предотвращал их проникновение в клетку. Хотя в любой момент времени значительное количество воды пересекает мембрану как внутрь, так и наружу, скорость переноса отдельных молекул воды может быть недостаточно высокой, чтобы адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.Для таких случаев природа разработала особый класс мембранных белков, называемых аквапоринами , которые позволяют воде проходить через мембрану с очень высокой скоростью.

    Рисунок 3 . Облегченный транспорт перемещает вещества по градиенту их концентрации. Они могут пересекать плазматическую мембрану с помощью канальных белков. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

    Канальные белки либо открыты все время, либо «закрыты».Последний управляет открытием канала. В механизме ворот могут быть задействованы различные механизмы. Например, присоединение определенного иона или небольшой молекулы к белку канала может вызвать его открытие. Изменения локального «напряжения» мембраны или изменения напряжения на мембране также могут быть триггерами для открытия или закрытия канала.

    Различные организмы и ткани многоклеточных видов экспрессируют различные наборы канальных белков в своих мембранах в зависимости от окружающей среды, в которой они живут, или специализированной функции, которую они выполняют в организмах.Это обеспечивает каждому типу клеток уникальный профиль проницаемости мембраны, который эволюционировал, чтобы дополнить его «потребности» (обратите внимание на антропоморфизм). Например, в некоторых тканях ионы натрия и хлора свободно проходят через открытые каналы, тогда как в других тканях ворота должны быть открыты, чтобы обеспечить проход. Это происходит в почках, где обе формы каналов находятся в разных частях почечных канальцев. Клетки, участвующие в передаче электрических импульсов, такие как нервные и мышечные клетки, имеют закрытые каналы для натрия, калия и кальция в своих мембранах.Открытие и закрытие этих каналов изменяет относительную концентрацию этих ионов на противоположных сторонах мембраны, что приводит к изменению электрического потенциала на мембране, что приводит к распространению сообщения в случае нервных клеток или к сокращению мышц в случае мышечных клеток. .

    Белки-носители

    Другой тип белка, встроенного в плазматическую мембрану, представляет собой белок-носитель . Этот удачно названный белок связывает вещество и при этом вызывает изменение своей собственной формы, перемещая связанную молекулу снаружи клетки внутрь ее; в зависимости от градиента материал может двигаться в противоположном направлении.Белки-носители обычно специфичны для одного вещества. Эта селективность дополняет общую селективность плазматической мембраны. Молекулярный механизм действия этих белков остается плохо изученным.

    Рисунок 4 . Некоторые вещества способны перемещаться по градиенту концентрации через плазматическую мембрану с помощью белков-переносчиков. Белки-переносчики меняют форму по мере перемещения молекул через мембрану.(кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

    Белки-носители играют важную роль в функционировании почек. Глюкоза, вода, соли, ионы и аминокислоты, необходимые организму, фильтруются в одной части почки. Этот фильтрат, включающий глюкозу, затем реабсорбируется в другой части почки с помощью белков-переносчиков. Поскольку существует только конечное число белков-переносчиков глюкозы, если в фильтрате присутствует больше глюкозы, чем могут усвоить белки, избыток не реабсорбируется и выводится из организма с мочой.У диабетиков это описывается как «выброс глюкозы с мочой». Другая группа белков-переносчиков, называемых транспортными белками глюкозы, или GLUT, участвует в транспортировке глюкозы и других гексозных сахаров через плазматические мембраны в организме.

    Белки-каналы и белки-носители транспортируют материал с разной скоростью. Канальные белки транспортируются гораздо быстрее, чем белки-переносчики. Канальные белки облегчают диффузию со скоростью десятков миллионов молекул в секунду, тогда как белки-переносчики работают со скоростью от тысячи до миллиона молекул в секунду.

    Активный транспорт

    Механизмы активного транспорта требуют использования энергии клетки, обычно в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Если вещество должно двигаться в клетку против градиента его концентрации, т. е. если концентрация вещества внутри клетки больше, чем его концентрация во внеклеточной жидкости (и наоборот), клетка должна использовать энергию для перемещения вещества. Некоторые активные транспортные механизмы перемещают материалы с низкой молекулярной массой, такие как ионы, через мембрану.Другие механизмы транспортируют гораздо более крупные молекулы.

    Движение против уклона

    Чтобы перемещать вещества против концентрации или электрохимического градиента, клетка должна использовать энергию. Эта энергия собирается из АТФ, образующегося в результате клеточного метаболизма. Активные транспортные механизмы, в совокупности называемые насосами , работают против электрохимических градиентов. Мелкие вещества постоянно проходят через плазматические мембраны. Активный транспорт поддерживает концентрацию ионов и других веществ, необходимых живым клеткам перед лицом этих пассивных движений.Большая часть запаса метаболической энергии клетки может быть потрачена на поддержание этих процессов. (Большая часть метаболической энергии эритроцита используется для поддержания дисбаланса между внешним и внутренним уровнями натрия и калия, необходимого клетке.) Поскольку механизмы активного транспорта зависят от энергетического метаболизма клетки, они чувствительны ко многим метаболическим ядам, которые мешают с запасом АТФ.

    Существует два механизма транспортировки низкомолекулярного материала и малых молекул. Первичный активный транспорт перемещает ионы через мембрану и создает разницу зарядов через эту мембрану, которая напрямую зависит от АТФ. Вторичный активный транспорт описывает движение вещества, которое происходит из-за электрохимического градиента, установленного первичным активным транспортом, который напрямую не требует АТФ.

    Белки-носители для активного транспорта

    Важным приспособлением мембран для активного транспорта является наличие специфических белков-переносчиков или насосов для облегчения движения: существует три типа этих белков или транспортеров .Унипортер несет один конкретный ион или молекулу. Симпортер переносит два разных иона или молекулы в одном и том же направлении. Антипортер также несет два разных иона или молекулы, но в разных направлениях. Все эти переносчики могут также транспортировать небольшие незаряженные органические молекулы, такие как глюкоза. Эти три типа белков-носителей также обнаруживаются при облегченной диффузии, но для работы в этом процессе им не требуется АТФ. Некоторыми примерами насосов для активного транспорта являются Na + -K + АТФаза, которая переносит ионы натрия и калия, и H + -K + АТФаза, которая переносит ионы водорода и калия.Оба они являются белками-носителями антипортеров. Двумя другими белками-носителями являются Са 2+ АТФаза и Н + АТФаза, которые переносят только ионы кальция и только ионы водорода соответственно. Оба помпы.

    Рисунок 5 . Унипортер переносит одну молекулу или ион. Симпортер переносит две разные молекулы или ионы в одном и том же направлении. Антипортер также несет две разные молекулы или ионы, но в разных направлениях.(кредит: модификация работы «Lupask»/Wikimedia Commons)
    Первичный активный транспорт

    При первичном активном транспорте энергия часто, хотя и не всегда, получается непосредственно в результате гидролиза АТФ. Часто первичный активный транспорт, такой как показанный ниже, который функционирует для транспорта ионов натрия и калия, позволяет происходить вторичному активному транспорту (обсуждается в разделе ниже). Второй способ транспортировки по-прежнему считается активным, поскольку он зависит от использования энергии основного транспорта.

    Рисунок 6 . Первично-активный транспорт перемещает ионы через мембрану, создавая электрохимический градиент (электрогенный транспорт). (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

    Одним из наиболее важных насосов в клетках животных является натрий-калиевый насос (Na + -K + АТФаза), который поддерживает электрохимический градиент (и правильные концентрации Na + и K + ). ) в живых клетках.Натрий-калиевый насос перемещает K + в клетку, одновременно удаляя Na + , в соотношении три Na + на каждые два вводимых иона K + . Na + -K + АТФаза существует в двух формах в зависимости от ее ориентации внутри или снаружи клетки и ее сродства к иону натрия или калия. Процесс состоит из следующих шести шагов.

    1. Поскольку фермент ориентирован внутрь клетки, носитель обладает высоким сродством к ионам натрия.С белком связываются три иона.
    2. АТФ гидролизуется белком-носителем, и к нему присоединяется низкоэнергетическая фосфатная группа.
    3. В результате носитель меняет форму и переориентируется по направлению к внешней стороне мембраны. Сродство белка к натрию снижается, и три иона натрия покидают носитель.
    4. Изменение формы увеличивает сродство переносчика к ионам калия, и два таких иона присоединяются к белку. Затем низкоэнергетическая фосфатная группа отсоединяется от носителя.
    5. При удалении фосфатной группы и присоединении ионов калия белок-носитель перемещается внутрь клетки.
    6. Белок-носитель в своей новой конфигурации имеет пониженное сродство к калию, и два иона высвобождаются в цитоплазму. Белок теперь имеет более высокое сродство к ионам натрия, и процесс начинается снова.

    В результате этого процесса произошло несколько событий. В этот момент снаружи клетки больше ионов натрия, чем внутри, и больше ионов калия внутри, чем снаружи.На каждые три вылетающих иона натрия приходятся два иона калия. Это приводит к тому, что внутренняя часть становится немного более отрицательной по сравнению с внешней. Эта разница в заряде важна для создания условий, необходимых для вторичного процесса. Таким образом, натриево-калиевый насос представляет собой электрогенный насос (насос, создающий дисбаланс заряда), создающий электрический дисбаланс через мембрану и вносящий вклад в мембранный потенциал.

    Ссылка на обучение

    Посетите сайт, чтобы увидеть моделирование активного транспорта в натрий-калиевой АТФазе.

    Вторичный активный транспорт (котранспорт)

    Вторичный активный транспорт доставляет в клетку ионы натрия и, возможно, другие соединения. По мере того, как концентрация ионов натрия увеличивается за пределами плазматической мембраны из-за действия первичного активного транспортного процесса, создается электрохимический градиент. Если белок-канал существует и открыт, ионы натрия будут проходить через мембрану. Это движение используется для транспорта других веществ, которые могут присоединяться к транспортному белку через мембрану.Таким путем в клетку попадают многие аминокислоты, а также глюкоза. Этот вторичный процесс также используется для хранения высокоэнергетических ионов водорода в митохондриях клеток растений и животных для производства АТФ. Потенциальная энергия, которая накапливается в запасенных ионах водорода, преобразуется в кинетическую энергию по мере того, как ионы проникают через канальный белок АТФ-синтазу, и эта энергия используется для преобразования АДФ в АТФ.

    Рисунок 7 . Электрохимический градиент, создаваемый первично-активным транспортом, может перемещать другие вещества против градиента их концентрации. Этот процесс называется ко-транспортом или вторично-активным транспортом.(кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

    Осмос

    Осмос – движение воды через полупроницаемую мембрану в соответствии с градиентом концентрации воды через мембрану, который обратно пропорционален концентрации растворенных веществ. В то время как диффузия переносит вещество через мембраны и внутри клеток, осмос переносит только воду через мембрану, а мембрана ограничивает диффузию растворенных веществ в воде.Неудивительно, что аквапорины, облегчающие движение воды, играют большую роль в осмосе, особенно в эритроцитах и ​​мембранах почечных канальцев.

    Механизм

    Осмос является частным случаем диффузии. Вода, как и другие вещества, перемещается из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Очевидный вопрос: что вообще заставляет воду двигаться? Представьте химический стакан с полупроницаемой мембраной, разделяющей две стороны или половины. По обе стороны мембраны уровень воды одинаков, но существуют разные концентрации растворенного вещества, или растворенного вещества , которое не может пересечь мембрану (иначе концентрации по обе стороны уравновешивались бы растворенным веществом, пересекающим мембрану) .Если объем раствора по обе стороны мембраны одинаков, а концентрация растворенного вещества различна, то по обе стороны мембраны находится разное количество воды-растворителя.

    Рисунок 8 . При осмосе вода всегда перемещается из области с более высокой концентрацией воды в область с более низкой концентрацией. На приведенной диаграмме растворенное вещество не может пройти через селективно проницаемую мембрану, а вода может.

    Чтобы проиллюстрировать это, представьте себе два полных стакана воды.В одном содержится одна чайная ложка сахара, а во втором – четверть стакана сахара. Если общий объем растворов в обеих чашках одинаков, то в какой чашке больше воды? Поскольку большое количество сахара во второй чашке занимает гораздо больше места, чем чайная ложка сахара в первой чашке, в первой чашке больше воды.

    Возвращаясь к примеру с мензуркой, вспомним, что по обе стороны от мембраны находится смесь растворенных веществ. Принцип диффузии заключается в том, что молекулы движутся и равномерно распределяются по среде, если могут.Однако через нее диффундирует только тот материал, который способен пройти через мембрану. В этом примере растворенное вещество не может диффундировать через мембрану, а вода может. Вода в этой системе имеет градиент концентрации. Таким образом, вода будет диффундировать вниз по градиенту концентрации, пересекая мембрану в сторону, где она менее концентрирована. Эта диффузия воды через мембрану — осмос — будет продолжаться до тех пор, пока градиент концентрации воды не станет равным нулю или пока гидростатическое давление воды не уравновесит осмотическое давление.Осмос в живых системах протекает постоянно.

    Тоничность

    Tonicity описывает, как внеклеточный раствор может изменить объем клетки, воздействуя на осмос. Тоничность раствора часто прямо коррелирует с осмолярностью раствора. Осмолярность описывает общую концентрацию растворенных веществ в растворе. Раствор с низкой осмолярностью имеет большее количество молекул воды по отношению к количеству частиц растворенного вещества; раствор с высокой осмолярностью содержит меньше молекул воды по отношению к частицам растворенного вещества.В ситуации, когда растворы двух разных осмолярностей разделены мембраной, проницаемой для воды, но не для растворенного вещества, вода будет перемещаться со стороны мембраны с меньшей осмолярностью (и больше воды) на сторону с большей осмолярностью (и меньше воды). Этот эффект имеет смысл, если вы помните, что растворенное вещество не может двигаться через мембрану, и поэтому единственный компонент системы, который может двигаться, — вода — движется по собственному градиенту концентрации. Важным отличием живых систем является то, что осмолярность измеряет количество частиц (которые могут быть молекулами) в растворе.Поэтому мутный от клеток раствор может иметь более низкую осмолярность, чем прозрачный раствор, если второй раствор содержит больше растворенных молекул, чем клеток.

    Гипотонические растворы

    Три термина — гипотонический, изотонический и гипертонический — используются для связи осмолярности клетки с осмолярностью внеклеточной жидкости, содержащей клетки. В гипотонической ситуации внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки, и вода поступает в клетку (в живых системах точкой отсчета всегда является цитоплазма, поэтому приставка гипо — означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ или более низкую осмолярность, чем клеточная цитоплазма).Это также означает, что внеклеточная жидкость имеет более высокую концентрацию воды в растворе, чем клетка. В этой ситуации вода будет следовать градиенту своей концентрации и поступать в клетку.

    Гипертонические растворы

    Как и для гипертонического раствора , приставка гипер — относится к внеклеточной жидкости, имеющей более высокую осмолярность, чем цитоплазма клетки; следовательно, жидкость содержит меньше воды, чем клетка. Поскольку в клетке относительно более высокая концентрация воды, вода покидает клетку.

    Изотонические растворы

    В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка. Если осмолярность клетки соответствует осмолярности внеклеточной жидкости, не будет чистого движения воды в клетку или из нее, хотя вода все равно будет входить и выходить. Клетки крови и растительные клетки в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах приобретают характерный вид.

    Соединение

    Рисунок 9 .Осмотическое давление изменяет форму эритроцитов в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах. (кредит: Мариана Руис Вильярреал)

    Врач вводит пациенту то, что он считает изотоническим солевым раствором. Пациент умирает, и вскрытие показывает, что многие эритроциты разрушены. Как вы думаете, раствор, который ввел доктор, действительно был изотоническим?

    Ссылка на обучение

    Для видео, иллюстрирующего процесс диффузии в растворах, посетите этот сайт.

    Тоничность в живых системах

    В гипотонической среде вода попадает в клетку, и клетка набухает. В изотоническом состоянии относительные концентрации растворенного вещества и растворителя равны по обе стороны мембраны. Чистого движения воды нет; следовательно, размер клетки не меняется. В гипертоническом растворе вода покидает клетку, и клетка сжимается. Если гипо- или гиперсостояние становится чрезмерным, функции клетки нарушаются, и клетка может быть разрушена.

    Эритроцит лопнет или лизируется, когда его набухание превысит способность плазматической мембраны расширяться. Помните, мембрана напоминает мозаику с дискретными промежутками между составляющими ее молекулами. Если клетка набухнет, а промежутки между липидами и белками станут слишком большими, то клетка разорвется.

    Напротив, когда чрезмерное количество воды покидает эритроцит, клетка сжимается или образует зазубрины. Это имеет эффект концентрации растворенных веществ, оставшихся в клетке, делая цитозоль более плотным и препятствуя диффузии внутри клетки.Способность клетки функционировать будет нарушена, что также может привести к гибели клетки.

    У различных живых существ есть способы контролировать эффекты осмоса — механизм, называемый осморегуляцией. Некоторые организмы, такие как растения, грибы, бактерии и некоторые простейшие, имеют клеточные стенки, которые окружают плазматическую мембрану и предотвращают лизис клеток в гипотоническом растворе. Плазматическая мембрана может расширяться только до предела клеточной стенки, поэтому клетка не лизируется. На самом деле цитоплазма растений всегда слегка гипертонична по отношению к клеточной среде, и вода всегда будет поступать в клетку, если вода доступна.Этот приток воды создает тургорное давление, которое укрепляет клеточные стенки растения. У недревесных растений тургорное давление поддерживает растение. И наоборот, если растение не поливать, внеклеточная жидкость станет гипертонической, что приведет к выходу воды из клетки. В этом состоянии клетка не сжимается, потому что клеточная стенка не гибкая. Однако клеточная мембрана отслаивается от стенки и сужает цитоплазму. Это называется плазмолиз . В этом состоянии растения теряют тургорное давление и увядают.

    Рисунок 10 . Тургорное давление внутри растительной клетки зависит от тонуса раствора, в котором она омывается. (Источник: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

    Рисунок 11 . Без достаточного количества воды растение слева потеряло тургорное давление, что видно по его увяданию; тургорное давление восстанавливается обводнением его (справа).(кредит: Виктор М. Висенте Сельвас)

    Тонус – это забота обо всем живом. Например, парамеции и амебы, которые являются протистами, лишенными клеточных стенок, имеют сократительные вакуоли. Этот пузырь собирает лишнюю воду из клетки и откачивает ее, удерживая клетку от разрыва, когда она поглощает воду из окружающей среды.

    Рисунок 12 . Сократительная вакуоль парамеция, визуализированная здесь с помощью светлопольной световой микроскопии при 480-кратном увеличении, непрерывно выкачивает воду из тела организма, чтобы предотвратить его разрыв в гипотонической среде.(кредит: модификация работы NIH; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

    У многих морских беспозвоночных уровень содержания соли в организме соответствует окружающей среде, что делает их изотоническими по отношению к воде, в которой они живут. Рыбы, однако, должны тратить примерно пять процентов своей метаболической энергии на поддержание осмотического гомеостаза. Пресноводные рыбы живут в среде, гипотонической по отношению к их клеткам. Эти рыбы активно поглощают соль через жабры и выделяют разбавленную мочу, чтобы избавиться от лишней воды.Морские рыбы живут в обратной среде, гипертонической по отношению к их клеткам, они выделяют соль через жабры и выделяют высококонцентрированную мочу.

    У позвоночных почки регулируют количество воды в организме. Осморецепторы — это специализированные клетки головного мозга, которые контролируют концентрацию растворенных веществ в крови. Если уровень растворенных веществ превышает определенный диапазон, высвобождается гормон, который замедляет потерю воды через почки и разбавляет кровь до более безопасного уровня.Животные также имеют высокие концентрации в крови альбумина, который вырабатывается печенью. Этот белок слишком велик, чтобы легко проходить через плазматические мембраны, и является основным фактором, регулирующим осмотическое давление, воздействующее на ткани.

    .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.