Измерение коэффициента термоЭДС крови животных

Как известно живые организмы представляют собой существенно неравновесные системы, которые функционируют в условиях постоянно изменяющейся внешней среды. При этом между внутренними и внешними областями живых существ формируются разности температуры, которые могут достигать порядка десяти Кельвин и даже выше [1]. В таких же условиях должны находиться различные жидкости живых организмов, как например кровь, которые являются электропроводящими благодаря наличию в них растворенных неорганических солей [2]. Кроме того отдельную подсистему заряженных частиц в таких жидкостях образуют различные коллоидные частицы. В случае крови это, прежде всего многочисленные белки и форменные элементы, входящие в ее состав. Поэтому в описанных выше условиях в крови живых организмов как было отмечено в [3], должны формироваться термоэлектрические разности потенциалов.

Как было показано на основе экспериментальных измерений термоэлектрического и термоэлектрокинетического [4] эффектов в различных жидкостях, модельных человеческой крови в работе [5], величина термоэлектрической ЭДС в таких жидкостях достигает нескольких десятков мкВ/К. При этом зависимость термоэлектрической разности потенциалов от температуры имеет существенно нелинейный характер, обусловленный ионной составляющей, т.е. плазмой крови. В данной работе продолжаются начатые ранее исследования, объектом которых впервые является кровь теплокровных животных – свиней и нутрий.

Результаты исследования

Для измерения коэффициента термо-ЭДС используется установка [5], распределение теплового поля в которой в процессе нагрева показано на рис. 1.

Рис. 1. U-образная трубка и ее температурное поле (нагреватель находится справа, ниже линии бокового отвода).

С помощью хлорсеребряных электродов, погруженных в жидкость, снимается зависимость термоЭДС от разности температур между холодным и горячими открытыми концами U-образной трубки. Получаемая экспериментальная зависимость аппроксимируется прямой, тангенс угла наклона которой равен значению коэффициента термоЭДС раствора. Измерение величины коэффициента термоЭДС возможно как при нагревании, так и охлаждении раствора, рис. 2.

Рис. 2. а) зависимость температуры крови от времени при нагревании и охлаждении б) зависимость термоЭДС от разности температур при нагревании и охлаждении свиной крови.

Разница в полученных значениях α = 22 мкВ/К при нагревании и α = 27 мкВ/К укладывается в погрешность определения коэффициента термоЭДС.

Результаты измерения величины коэффициента термоЭДС в крови теплокровных животных и разбавленной крови представлены на рисунке 3.

Рис. 3. а) кровь нутрии (а=34 мкВ/К), б) разбавленная раствором Рингера кровь нутрии (α=16 мкВ/К), в) свиная кровь неразбавленная (α=13 мкВ/К), г) свиная кровь, разбавленная дистиллированной водой (а=26,6 мкВ/К)

Как видно из представленных результатов в исследуемой области температур разность термоэлектрических потенциалов монотонно изменяется с увеличением температуры. При этом коэффициент термо-ЭДС всех исследуемых образцов отрицателен по знаку. По абсолютной величине величина коэффициентов термоэлектрических разностей потенциалов варьируется в пределах 13-34 мкВ/К. При этом с увеличением степени разбавления крови их величина растет по абсолютному значению. Уменьшение коэффициента термоЭДС, измеренного в крови нутрии при разбавлении раствором (рис. 2 б) Рингера изотоничным плазме человеческой крови объясняется увеличением доли ионной составляющей в крови.

Заключение

Таким образом, проведенные экспериментальные измерения в различных жид- костях, модельных человеческой крови, позволяют сделать следующие выводы:

• 1)    Отработана методика измерения коэффициента термоЭДС в крови животных.

• 2)    Измеренная величина коэффициента термоэлектрической ЭДС крови теплокровных животных свиней и нутрий составляет несколько десятков мкВ/К и отрицательна по знаку.

• 3)    С разбавлением дистиллированной водой коэффициент термоэлектрической ЭДС исследуемых образцов крови животных увеличивается по абсолютной величине. Аналогичную зависимость от концентрации имеет и коэффициент термо-ЭДС бинарных однозарядных солей NaCl , KCl , которые входят в состав крови теплокровных животных и, в значительной степени, определяют ее ионный состав.