Определение количества белка турбидиметрическим методом с сульфосалициловой кислотой

(8.11).

Релятивистский инвариант

Из (8.7) и (8.9) следует, что:

(8.12)

Выражение (8.12) – инвариант, т.е. не зависит от выбора системы отсчета.

9. Элементы гидро-аэромеханики.

9.1. Гидростатика

Рассмотрим вначале покоящуюся жидкость. Слово жидкость часто будет употребляться для краткости вместо слов «сплошная среда» и может применяться, например, к газу. Под частицей жидкости понимается объем, достаточно малый, чтобы внутри него можно было пренебречь изменениями давления или скорости течения. Однако этот объем все же должен содержать огромное количество молекул, что позволит рассматривать его как сплошное вещество. Понятие частицы жидкости в гидродинамике аналогично механическому понятию материальной точки.

Силы, действующие на мысленно выделенную частицу жидкости, делятся на массовые – например, сила тяжести, и поверхностные – результат воздействия соседних частиц. Вводить поверхностные силы можно тогда, когда малы длины свободного пробега молекул и межмолекулярное расстояние. Тогда внешние молекулы воздействуют на интересующий нас объем действительно вблизи его поверхности. В этом и состоит приближение сплошной среды.

Для покоящейся жидкости поверхностные силы сводятся к давлению. Давление P – это сила, действующая на единичную площадку в направлении нормали к ней. Например, столб жидкости плотности ρ, высотой h, сечением S притягивается к Земле с силой ρ ghS. В равновесии разность сил давления нижних и верхних слоев должна компенсировать вес: , и давление столба жидкости

. (9.1)

Давление измеряется в Н/м² = Па (СИ, в честь Б. Паскаля (1623 – 1662)). Формула (9.1) позволяет при заданных ρ и g измерять давление в единицах длины. Часто используются миллиметры ртутного или водяного столба. Нормальное атмосферное давление равно 760 мм. рт. ст., что соответствует ρgh = 1,013·10⁵ Па. Для краткости говорят, что такое давление – одна атмосфера (1 атм).

По закону Паскаля (1653 г.), величина силы давления не зависит от ориентации поверхности. Это легко проверить, покрутив барометр-анероид.

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила: давление на нижнюю часть выше. Для вертикального цилиндра высоты h разность давлений равна ρgh, и при площади основания S цилиндр будет выталкиваться с силой ρghS. Другими словами, выталкивающая сила равна весу жидкости того же объема, как у рассмотренного цилиндра. Этот вывод не зависит от формы тела. Представим себе, что тело объема V заменили объемом жидкости точно такой же формы. Этот объем находится в равновесии, т.е. его вес точно компенсируется выталкивающей силой. Такой же будет выталкивающая архимедова сила, действующая на реальное тело, т.е.

, (9.2)

где ρ – плотность жидкости. Равенство (1.2) выражает закон Архимеда.

9.2 Стационарное течение. Закон Бернулли.

Перейдем к гидродинамике. Будем рассматривать идеальную жидкость, в которой отсутствует трение, и взаимодействие между любыми соприкасающимися объемами сводится к давлению. Кроме того, будем считать жидкость несжимаемой, т.е. не меняющей свою плотность при изменении давления. Область применимости этих предположений достаточно обширна. Скорость движущейся жидкости в общем случае изменяется в пространстве и времени.

Стационарными течениями называются такие течения, в которых скорость в данной точке пространства не зависит от времени. Пример стационарного течения – обтекание неподвижного тела (рис. 9.1). На большом расстоянии от тела скорость равна V, в точках A и C нулевая, а в точке B больше, чем V. Частичка жидкости, приближаясь к телу, сначала замедляется до точки A, затем разгоняется от A к B, замедляется от B к C, опять разгоняется до прежнего значения V.

Рис. 9.1.

Но в данной точке пространства, куда все время приходят новые частицы жидкости, все они будут иметь одну и ту же скорость.

Ламинарным течением жидкости называется такое при котором траектории частиц, прошедших через данную точку пространства, повторяют друг друга.

Линиями тока называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора скорости. Внесением краски можно сделать линии тока видимыми. Из неподвижных линий тока можно образовать стенки трубки тока. Жидкость, вошедшая в трубку тока с одного торца, выходит из другого (но не через стенки) (рис. 9.2).

Рис. 9.2.

Рассмотрим некоторую трубку тока (рис. 9.2). Входное S₁ и выходное S₂ сечения будем считать малыми. Тогда можно пренебречь изменениями скорости и давления в пределах этих сечений. За малое время Δ t в трубку входит масса жидкости ρS ₁ V ₁Δ t. С другого конца трубки вытекает масса ρ S ₂ V ₂Δ t. Так как количество жидкости внутри трубки в стационарном течении постоянно, получаем уравнение неразрывности

S ₁ V ₁ = S ₂ V ₂. (9.3)

Теперь выделим («подкрасим») массу жидкости, которая в данный момент как раз заполняет трубку тока (рис. 9.3).

Рис. 9.3.

Через время Δ t основная часть этой массы еще будет находиться внутри трубки, но справа «высунется» кусок массы m = ρ S ₂ V ₂Δ t, а слева останется место, занятое как раз такой же массой неподкрашенной жидкости. Результат движения за интервал Δ t такой же, как если бы мы «вылезающую» массу изъяли слева и переместили вперед, изменив ее форму и скорость от V₁ до V₂. При этом изменится кинетическая энергия подкрашенной жидкости:

Энергия изменяется за счет работы внешних сил. В нашем случае это силы давления, действующие на торцы объема. Работа силы F ₁ = P ₁ S ₁ слева равна ρ P ₁ S ₁ V ₁Δ t (сила, умноженная на перемещение), справа над нашей массой производится отрицательная работа ρ P ₂ S ₂ V ₂Δ t. Через боковые стенки тоже действуют силы, но они перпендикулярны скорости и работы не производят. Получаем равенство

После сокращения на Δ t и на S ₁ V ₁ = S ₂ V ₂ имеем

(9.4)

Другими словами, в стационарном течении вдоль линии тока постоянна сумма P + ρ V² /2. Это и есть простейшая форма закона Бернулли, или уравнения Бернулли.

Если действует сила тяжести, следует учесть потенциальную энергию mgh; тогда вдоль любой линии тока тогда вдоль любой линии тока

(9.5)

9.3. Движение вязкой жидкости

Рассмотрим жидкости, в которых внутренним трением нельзя пренебречь. Пусть жидкость «зажата» между двумя плоскостями (рис. 9.4), причем верхняя движется со скоростью V (течение Куэтта).

Рис. 9.4.

При небольших скоростях и достаточно тонком зазоре эксперимент дает линейную связь силы трения, действующей на верхнюю пластину, и скорости V:

(9.6)

В отличие от силы давления сила трения направлена вдоль поверхности, но определяется по-прежнему условиями на этой поверхности. Коэффициент η называется динамической вязкостью жидкости, ее размерность г/(см·с) = пуаз. Часто используется кинематическая вязкость размерности см²/с = стокс. В системе СИ соответственно размерности кг/(м·с) и м²/с.

Рассмотрим следующее по сложности течение Пуазейля (1799–1869) в трубе (рис. 9.5). Жидкость характеризуется коэффициентом вязкости η.

Рис. 9.5.

На участке трубы длиной L, радиуса R имеется перепад давления Δ P, который и вызывает течение. Объем расхода жидкости Q определяется формулой Пуазейля:

(9.7)

Другая важная формула для силы сопротивления F, действующей на шар радиуса R, движущийся со скоростью V в вязкой жидкости с коэффициентом вязкости η, получена Стоксом (1819–1903) в 1851 г. Окончательно сила имеет вид:

(9.8)

Возникает вопрос, какую вязкость надо считать достаточно большой для выполнения закона Стокса? Сила трения должна быть основной силой в течении и превышать гидродинамический напор, который имеет порядок . Отношение гидродинамического напора к вязкому напряжению

(9.9)

называется числом Рейнольдса (1842–1912). Большой следует считать вязкость, при которой Re << 1. Если же Re велико, вязкие силы несущественны, т.е. вязкость мала. Размер L, входящий в число Рейнольдса, характерен для течения (диаметр шара, трубы, длина крыла и т.д.). Если число Рейнольдса Re < 1000, то наблюдается ламинарное течение, если 1000 < Re < 2000, то наблюдается переход от ламинарного течения к турбулентному. Если Re = 2300, то в гладких трубах наблюдается турбулентное (вихревое) течение, при котором в потоке жидкости наблюдаются вихри.

9.4. Подъемная сила. Лобовое сопротивление.

Рассмотрим обтекание вращающегося цилиндра. Пусть цилиндр вращается в движущейся жидкости по часовой стрелке (рис. 9.6).

Рис. 9.6.

На той стороне цилиндра, где скорость по окружности суммируется со скоростью потока, вихри образовываться не будут или их будет небольшое количество. С диаметрально противоположной стороны образуется область, заполненная вихрями.

Следовательно, процесс обтекания не будет симметричным. Рассматривая сечение цилиндра по нормали к оси, можно видеть, что над цилиндром скорости потока будут больше, чем под ним. В соответствии с уравнением Бернулли там, где скорость больше, давление меньше, и, следовательно, вверху будет пониженное давление, а внизу — повышенное. В результате неравенства давлений возникает подъемная сила, стремящаяся двигать цилиндр в направлении, перпендикулярном потоку. При вращении цилиндра в потоке возникают значительные усилия, направленные перпендикулярно движению потока, при этом величина поперечной силы зависит от соотношения между скоростью потока и скоростью вращения цилиндра. Это явление называется эффектом Магнуса. Эффект Магнуса проявляется при полете закрученного теннисного или футбольного мяча.

Аналогично возникает и подъемная сила крыла самолета. Под крылом скорость меньше, следовательно, давление больше. Для тонкого крыла (рис. 9.7) можно считать, что на основной поток со скоростью V накладывается дополнительная скорость + u сверху и − u снизу крыла.

Рис. 9.7.

Разность давлений равно:

ρ/2·((V + u)² − (V − u)²) = 2ρ V u,

а подъемная сила F равна:

F = ρ V 2 uL. (9.10)

Произведение 2 uL называется циркуляцией Γ (греческая буква гамма) вокруг крыла.

Хорошо обтекаемое тело должно быть закругленным спереди, но очень плавно сужающимся вниз по потоку. Тогда рост давления на участке сужения будет медленным, и зона отрыва вихрей будет мала. Заметим, что при этом тело, например, крыло самолета, необязательно должно быть очень тонким, что важно с точки зрения прочности. Когда-то крылья делали тонкими, и приходилось укреплять их дополнительными расчалками, отчего самолет напоминал этажерку, и росло сопротивление. Впервые свободнонесущее крыло (без расчалок) применил Юнкерс (1915 г.).

Для малых углов атаки и тонких крыльев теоретическая подъемная сила

(9.11)

Циркуляция , где α – угол атаки крыла. Например, на высоте 10 км для ТУ-154 α = 6◦. Коэффициент подъемной силы C_y =2π·sinα=0,6. Коэффициент C_f называется коэффициентом сопротивления

.

Отношение C_y/C_f, в нашем примере порядка 10, называется аэродинамическим качеством и показывает, во сколько раз вес самолета может превосходить тягу двигателей.

Определение количества белка турбидиметрическим методом с сульфосалициловой кислотой

Принцип. Сульфосалициловая кислота вызывает денатурацию белка с появлением мутности, интенсивность которой пропорциональна количеству белка.

Реактивы.

1. 3% раствор сульфосалициловой кислоты (ССК).

2. 0,9% раствор хлорида натрия.

3. Стандартный 1% раствор альбумина.

Специальное оборудование: фотоэлектроколориметр (ФЭК).

Ход исследования. В 2 пробирки (опыт и контроль) наливают по 1,25мл профильтрованной мочи. В опытную пробирку добавляют 3,75мл 3% раствора ССК, а в контрольную – 3,75 мл 0,9% раствора хлорида натрия и перемешивают содержимое пробирок. Через 5 минут измеряют оптическую плотность опытной пробы на ФЭКе при длине волны 590-650нм (светофильтр оранжевый или красный), в кювете на 5мм, против контрольной пробы.

Концентрацию белка определяют по калибровочному графику. Для построения калибровочного графика из стандартного 1% раствора альбумина готовят разведения в соответствии с таблицей 6. Из каждого полученного разведения берут 1,25мл и обрабатывают как опытные образцы.

Прямолинейная зависимость при построении калибровочного графика сохраняется до 1г/л. При более высокой концентрации белка мочу следует развести и учитывать разведение при расчетах.

Таблица 6

Приготовление разведений для построения калибровочного графика

№№	1% раствор альбумина, мл	0,9% раствор NaCl, мл	Концентрация белка, г/л
	0,05	9,95	0,05
	0,1	9,9	0,1
	0,2	9,8	0,2
	0,5	9,5	0,5
	1,0	9,0	1,0

Определение концентрации белка в моче с пирогаллоловым красным

Принцип. При взаимодействии белка с красителем пирогаллоловым красным образуется окрашенный комплекс, интенсивность поглощения которого на длине волны 600нм увеличивается с ростом концентрации белка в пробе.

Реактивы поставляются в наборе: раствор пирогаллолового красного и молибдата натрия в сукцинатном буфере, калибровочные растворы белка 1г/л и 0,2г/л.

Специальное оборудование: фотоэлектроколориметр или специальный фотометр МИКРОЛАБ-600 для определения концентрации белка.

Ход исследования. Приготовить пробы смешением компонентов в количестве, указанном в таблице 7.

Таблица 7

Приготовление проб

Компоненты	Холостая проба	Калибровочная проба 1г/л	Опытная проба
Образец	-	-	20мкл
Калибровочный раствор 1,0 г/л	-	20мкл	-
Вода дистиллированная	20мкл	-	-
Реагент	1мл	1мл	1мл

После смешения компонентов пробы инкубируют 15 минут при комнатной температуре. Окраска стабильна в течение 30 минут после завершения инкубирования. Измеряют оптическую плотность опытных проб и калибровочной пробы в кюветах на 1см при длине волны 600нм против холостой пробы.

Расчет ведут по формуле:

С = , где С – концентрация белка в пробе,

D_{образец} – оптическая плотность опытной пробы,

D_{стандарт} – оптическая плотность калибровочной пробы.

Если результат определения более 1,9г/л, следует развести исследуемый образец в 2 или более раза дистиллированной водой, повторить тест и результат умножить на степень разведения. Если концентрация белка менее 0,07г/л и требуется уточнение результата, повторить анализ с калибровочной пробой 0,2г/л при соотношении образец/реагент=1:10.

1.2.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ В МОЧЕ

В моче здоровых людей глюкозы практически нет, так как вся она, перешедшая с фильтратом в первичную мочу, реабсорбируется затем в почечных канальцах. Появление глюкозы в моче называется глюкозурия. Как правило, глюкозурия является следствием гипергликемии (увеличения содержания глюкозы в крови) выше 7-9 ммоль/л. Эта концентрация соответствует почечному порогудля глюкозы.

Почечный порог – это определенное содержание вещества в крови, выше которого данное вещество полностью не реабсорбируется, и часть его выделяется с мочой. Вещества, которые в нормальной моче не содержатся, а появляются в ней только после увеличения в крови выше определенного уровня, называются пороговыми.К пороговым веществам относятся глюкоза, аминокислоты, билирубин, ионы калия, фосфора. Появление пороговых веществ в моче всегда свидетельствует о патологии.

Глюкозурии делятся на инсулярные и экстраинсулярные. Инсулярные глюкозурии развиваются при недостатке в организме инсулина – гормона поджелудочной железы, который вырабатывается β-клетками островков Ларгенганса и является единственным в организме гипогликемическим гормоном, то есть гормоном, снижающим уровень глюкозы в крови. При недостатке инсулина содержание глюкозы в крови увеличивается выше почечного порога, что приводит к глюкозурии. Инсулярная глюкозурия характерна для сахарного диабета.

Экстраинсулярные глюкозурии не связаны с выработкой инсулина, а зависят от других факторов. Они могут быть физиологические (временные, у здоровых людей) и патологические (при заболеваниях). Физиологические глюкозурии появляются при чрезмерном употреблении сахара или меда – алиментарные [от лат. alimentum пища], стрессовых ситуациях (нейрогенные), приеме некоторых лекарственных препаратов (лекарственные).

Патологические экстраинсулярные глюкозурии могут иметь разное происхождение: гормональное, центральное, почечное. Гормональные глюкозурии, не связанные с инсулином, возникают при гиперфункции (усиленной работе) желез внутренней секреции, вырабатывающих гормоны с гипергликемическим действием:

- гипофиза (адренокортикотропный гормон – АКТГ);

- щитовидной железы (тироксин);

- надпочечников (адреналин, глюкокортикоиды).

Глюкозурии центрального происхождения выявляются при травмах и опухолях головного мозга, отравлении угарным газом, воспалительных заболеваниях мозга и мозговых оболочек (менингитах, энцефалитах), а также при кровоизлиянии в мозг.

Почечные глюкозурии обусловлены снижением почечного порога для глюкозы, то есть уменьшением способности почечных канальцев реабсорбировать глюкозу. При этом глюкоза выделяется с мочой даже при нормальном содержании ее в крови. Глюкозурии почечной природы встречаются при почечном диабете и хронических заболеваниях почек.

У больных со сморщенными почками глюкозурия может отсутствовать, несмотря на значительную гипергликемию, что зависит от уменьшения фильтрации глюкозы через склерозированные клубочки.

Таблица 8

Причины и виды глюкозурий

Инсулярные глюкозурии	Экстраинсулярные глюкозурии
Физиологические	Патологические
Сахарный диабет	Алиментарные Нейрогенные Лекарственные	Гормональные Центрального происхождения Почечные

Методы определения глюкозы в моче. Определение глюкозы является обязательным компонентом общего анализа мочи. Вначале проводят качественное определение глюкозы одним из методов:

- унифицированной пробой Гайнеса;

- с помощью тест-полосок типа «Глюкотест».

Если глюкоза в моче обнаружена, то проводят ее количественное определение унифицированными методами:

- на поляриметре. Метод основан на способности раствора глюкозы вращать поляризованный луч света вправо. В настоящее время используется редко, так как трудоемок и дает неточные результаты, если не достигнута полная прозрачность мочи;

- по цветной реакции с ортотолуидином;

- ферментативным глюкозооксидазным методом, который является наиболее точным и специфичным.

Количество глюкозы в моче выражается в ммоль/л. 1ммоль/л = 55,51% глюкозы.

Качественное определение глюкозы в моче пробой Гайнеса

Принцип. Метод основан на способности глюкозы восстанавливать в щелочной среде при нагревании гидрат окиси меди (синего цвета) в гидрат закиси меди (желтого цвета) и закись меди (красного цвета).

Реактивы. Реактив Гайнеса:

1) 13,3г кристаллического сульфата меди растворяют в 400мл дист. воды;

2) 50г едкого натра растворяют в 400мл дист. воды;

3) 15г глицерина растворяют в 200мл дист. воды;

4) смешивают растворы 1 и 2 и тотчас приливают раствор 3.

Получается раствор синего цвета, стойкий при хранении.

Ход исследования. К 3-4 мл реактива Гайнеса добавляют 8-12 капель мочи, содержимое пробирки перемешивают. Ставят в кипящую водяную баню на 1 минуту. При наличии глюкозы в моче содержимое пробирки приобретает оранжевый, красный или бурый цвет. Если глюкозы в моче нет, то синий цвет реактива не меняется.

Проба Гайнеса не является специфической для глюкозы. Кроме глюкозы, эту пробу дают и другие вещества, обладающие восстанавливающими свойствами (мочевая кислота, креатинин, индикан, желчные пигменты и др.).

Определение глюкозы в моче с помощью индикаторных тест-полосок типа «Глюкотест»

Принцип. Метод основан на специфическом окислении глюкозы ферментом глюкозооксидазой. Образовавшаяся при этом перекись водорода разлагается пероксидазой с выделением атомарного кислорода, который окисляет краситель с изменением его цвета.

Ход исследования. Полоску погружают в мочу, чтобы смочилась индикаторная зона. Сразу же помещают полоску на пластмассовую пластинку. Через 2 минуты читают результат, сравнивая цвет индикаторной зоны с прилагаемой шкалой.

Моча для исследования на глюкозу должна быть свежесобранной, так как при хранении глюкоза быстро разлагается микроорганизмами.

1.2.2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ В МОЧЕ

Кетонурия (ацетонурия) - это выделение с мочой кетоновых (ацетоновых) тел. К ацетоновым телам относятся ацетон, ацетоуксусная кислота и β-оксимасляная кислота. В моче здоровых людей они содержатся в следовых количествах и обычными качественными пробами не выявляются.

Кетоновые тела появляются в моче при сахарном диабете, голодании. При этом моча приобретает резко кислую реакцию и запах ацетона (прелых фруктов). Иногда кетонурия бывает у детей при погрешностях в питании. Это так называемая «ацетонемическая рвота», не имеющая большого диагностического значения.

Методы обнаружения кетоновых тел в моче. Определение кетоновых тел не входит в общий анализ мочи, относится к дополнительным методам химического исследования. Проводится по специальному назначению врача, а также в тех порциях мочи, в которых была обнаружена глюкоза. Кетоновые тела в моче определяют качественно или полуколичественно. Точное определение количества кетоновых тел в моче не проводится, так как они выделяются из организма не только с мочой, но и с пóтом, и с выдыхаемым воздухом.

Для определения кетоновых тел используются унифицированные методы:

- проба Ланге с нитропруссидом натрия;

- экспресс-методы (реактивные полоски, таблетки, порошок), основанные на том же принципе, что и проба Ланге.