Плазма

Общие сведения

Стоит заметить, что плазма преимущественно состоит из воды, которая относится к естественным растворителям и участвует практически во всех процессах. По своей сути — это раствор, содержащий массу веществ.

Чтобы понять, что такое плазма, стоит обратиться к анатомическим и физиологическим сведениям.

Сама по себе кровь — неоднородная структура. Она состоит из двух частей. Первая — это форменные клетки. Сюда относят все цитологические структуры, которые циркулируют в русле.

Например:

• Эритроциты, красные кровяные тельца. Они переносят кислород.
• Лейкоциты. Белые клетки. Обеспечивают работу защитных сил организма. Без них невозможна функциональная активность иммунитета.
• Лимфоциты.

Вторая часть – это жидкая фракция крови или собственно плазма, она выглядит как желтоватая субстанция. В лабораторных условиях после обработки в центрифуге, структура теряет форменные клетки.

При отклонениях в функциональной активности плазмы, ее строения и количественного состава, назначают лечение. Хотя нужно оно не всегда, поскольку случаются естественные перепады. Вопрос сложный. Необходима терапия или нет — решает врач.

Температура — плазма

Температура плазмы может служить истинным мерилом ее теплового режима только в тех случаях, когда различные частицы в ней находятся в термодинамическом равновесии. Это условие выполняется тогда, когда плотность в дуге настолько высока, что в результате этого происходит весьма большое число столкновений между электронами и ионами и нейтральными атомами. При низких плотностях все частицы находятся в значительно различающихся энергетических состояниях. Легкие электроны передают свою энергию более тяжелым частицам в результате столкновений. Ионы и нейтральные атомы не получают требуемого количества энергии и оказываются значительно более холодными, чем электроны. Таким образом, по мере повышения плотности плазмы вся материя в плазме приближается к температурному равновесию.
 

Температура плазмы разряда существенно зависит от амплитудного значения тока в импульсе. Однако в сильноточных разрядах в открытом объеме усиливается влияние электродных факелов на структуру разрядного облака. Состав плазмы такого разряда определяется как окружающей атмосферой, так и материалом электродов и трудно поддается контролю.
 

Температура плазмы электрической дуги, возбуждаемой в молекулярном газе, изучена намного меньше, чем в аргоне. Это обусловлено большим распространением плазмотронов, работающих на аргоне, и более простой методикой их измерения.
 

Температура плазмы молекулярного газа и ее распределение в основном определяются экспериментально.
 

Температуру плазмы поддерживают в зависимости от целей опыта и применяемого источника энергии в пределах 4000 — 1ТЮОО С. Для плазмохимических превращений применяют тонкодисперсный уголь с размерами частичек 100 — 150 мкм. Получаемые газообразные продукты состоят преимущественно из ацетилена и его гомологов. Выход ацетилена возрастает с понижением степени химической зрелости углей и при более тонком их помоле.
 

Если температура плазмы равна 10 кэВ ( около 100 млн. град.
 

Если температура плазмы недостаточно высока, скажем, 3 — 5 миллионов градусов, то протонов с необходимым для преодоления потенциального барьера значением скорости почти нет и протон-протонная реакция не идет. При температурах же, близких к 15 миллионам градусов, сравнительно большая доля частиц имеет энергию, позволяющую им подойти к другой частице достаточно близко для образования более сложного ядра. Таким образом, одно из необходимых условий протон-протонного цикла — это высокая температура плазмы — порядка 15 106 К-С другой стороны, для того чтобы встречи протонов происходили часто, требуется высокая концентрация этих частиц. Оба эти условия выполняются в центральных областях Солнца и сходных с ним звезд. Водород является преобладающим элементом в Солнце и в недрах его ионизован. Число протонов в центральных областях Солнца составляет примерно 1026сж — 3, а температура там 15 миллионов градусов. Идущие в Солнце реакции протон-протонного цикла обеспечивают наблюдаемый выход энергии излучения 3 9 1033 эрг / сек.
 

Релаксация температуры плазмы в результате ее распада за счет рекомбинационных и диффузионных процессов в первую очередь сказывается на спаде мощности коротковолнового теплового излучения. Характерное время свечения, определяемое на полувысоте от максимальной энергетической яркости, составило 5 — 8 мкс. Как следует из экспериментальных результатов , существует оптимальный диапазон плотностей потока излучения СО2 — лазера ( 7 ( 0 3 — ч — 1 2) 108 Вт-см — 2), нижняя граница которого совпадает с порогом возникновения светодетонационного режима пробоя. В пределах указанного диапазона отношение сигналов линейчатого спектра к уровню сплошного фона максимально.
 

Понижение температуры плазмы добавлением к ней присадок вызывает повышенную коррозию конструкционных материалов.
 

Значения температуры плазмы и параметра удержания, полученные на установках разных типов, приведены на рис. 11.9. В течение последних 15 лет за каждое пятилетие параметр удержания увеличивался на порядок, а температура — в два раза. Из рис. 11.9 видно, что если темпы этого роста не снизятся, то можно ожидать, что до 1990 г. на Токамаке или какой-либо иной установке будет осуществлена управляемая термоядерная реакция.
 

Увеличение температуры плазмы способствует усилению сплошного спектра рекомбинации и тормозного излучения.
 

Заболевания, влияющие на свойства плазмы, и вопросы их терапии

Жидкая часть крови крайне чувствительна к переменам концентрации активных веществ. Есть группа патологий, способных спровоцировать нарушения в работе организма.

Врожденные аномалии, коагулопатии

Сюда можно отнести гемофилию как классическую разновидность расстройства. Сопровождается оно падением выработки фибриногена и прочих факторов свертывания. Любые отклонения требуют срочного лечения. Особенно, если начались проблемы со свертываемостью.

Терапия. Проводится, когда на то есть основания. Незначительные колебания встречаются довольно часто и не указывают на развитие патологического процесса. По крайней мере, не всегда. Насторожиться нужно, если показатель сильно упал или нарушена группа уровней.

В зависимости от состояния применяют гомеостатические препараты. Они останавливают кровь.

Также назначают регулярные переливания эритроцитарной массы и плазмы. Все определяется тяжестью течения болезни.

При врожденных формах коагулопатий можно лишь купировать симптомы. В остальных случаях необходимо корректировать основной диагноз. Тот, который и привел к нарушению.

Тромбоцитопатии

Встречаются примерно в 3-4% случаев от общей массы болезней крови. Нарушение сопровождается снижением функциональной активности форменных клеток. При этом количество их остается на нормальном уровне.

Тромбоцитопатия сопровождается расстройствами свертывания. Первичным заболевание практически не бывает, потому нужно искать основную причину и с ней работать.

Лечение. Проводится под контролем гематолога. Назначаются специальные лекарства вроде глюкокортикоидов.

В некоторых случаях практикуют операцию по резекции селезенки. Но это скорее исключение из правил. Вопрос целесообразности такой меры решает врач после полной диагностики. Как минимум, исследуют кровь, проверяют работу печени.

Тромбоцитопении

Обратное явление. При этом состоянии функциональные возможности форменных клеток остаются на нормальном уровне. Однако же, количество цитологических структур резко падает.

Число пластинок снижается до критической отметки, если ничего не делать. Вопрос лечения зависит от первопричины.

Терапия. Как правило, на ранней стадии проводят медикаментозную коррекцию. Назначают препараты глюкокортикоидного ряда. Преднизолон и прочие.

Состав плазмы крови человека не меняется, однако концентрация многих белков падает. Эти нарушения вторичны, обусловлены недостаточной работой форменных клеток. Такое влияние пресекают, когда начинают лечение

Важно своевременно предпринять нужные действия

Вторая линия — это собственно оперативная коррекция. Почти у 50% пациентов удается добиться восстановления через удаление селезенки. Хотя бывают и исключения.

Подробнее о причинах тромбоцитопении и методах лечения читайте в этой статье.

Авитаминозы

Разных типов. Речь идет о расстройствах, связанных с недостаточным поступлением еще и микроэлементов. Хлора, цинка и прочих.

Лечение стандартное. Необходимо скорректировать основной диагноз. Плюс, на начальном этапе вводят витамины и прочие вещества. Искусственные аналоги извне.

Анемии

Сопровождаются нарушением кроветворения. Особенно частый вариант патологического процесса — это так называемая железодефицитная анемия. Она связана с недостатком одноименного микроэлемента.

Встречаются и прочие типы. В том числе витаминного профиля. При дефиците B9, 12 начинается перестройка кроветворения на аномальный лад (мегалобластная анемия). Страдает в том числе и плазма.

Терапия. Искусственное введение препаратов железа, лечение первичного патологического процесса. Того, который сказался на состоянии жидкой соединительной ткани.

Сахарный диабет и прочие нарушения обмена веществ

Лечение. Проводится с помощью инсулина. Прочие нарушения, например, обусловленные работой гипоталамуса, требуют систематического введения ноотропов. Например, Пирацетама.

Аллергические реакции

Участвуют вещества, которые одновременно являются иммуноглобулинами. Свойства плазмы при этом меняются: кровь засоряется гистамином, простагландинами.

Терапия. Проводится с применением антигистаминных препаратов. Особенно первого и третьего поколений. Например, подойдут такие наименования как Пипольфен, Тавегил, Супрастин, Цитрин и аналогичные.

Нарушения влияют и на белки плазмы и на микроэлементы. Что в конечном итоге и приводит к нарушению работы всего организма или отдельных его систем.

Из чего состоит плазма крови?

Для выделения из крови плазмы используется центрифуга-сепаратор. Содержащаяся в плазме вода, богата на белки, органические и минеральные соединения.

Плазменные белки состоят из:

• альбуминов, составляющих от общей белочной массы 5% и имеющие низкую молекулярную массу;
• α1 глобулинов;
• α2 глобулинов;
• глобулина β;
• G глобулина, составляющего от общей массы 3% и считающегося крупномолекулярным;
• фибриногенов, глобулярных белков, составляющих от общей массы 0,4%.

К питательным веществам плазмы относят:

• гормоны;
• глюкозу;
• ферменты;
• липиды;
• витамины;
• вещества неорганического происхождения;
• продукцию обмена веществ.

От общего состава кровяной плазмы, неорганика составляет 1%. Неорганическими элементами плазмы считаются катионы кальция и калия, натрия и магния, анионы фосфата, карбоната, хлорида. Ионы способствуют поддержанию нормального клеточного состояния и регулированию кислотно-щелочного баланса.

К группам плазменных небелковых веществ относят:

• группу, содержащую азотсодержащие вещества, состоящие на 50% из азота мочевины, на 25% из аминокислотного азота и на 25% из билирубина, криатинина, креатина, пептидов, индикана. При почечных патологиях и обширных ожогах. уровень элементов, содержащих азот, резко возрастает;
• группу органических веществ, не содержащих азота, к которым относят липиды и углеводы, минеральные кровяные элементы и продукцию метаболизма.

1,025-1,029 составляет плотность плазмы

7-pH плазмы.

Виды

По сегодняшним представлениям, фазовым состоянием большей части барионного вещества (по массе ок. 99,9 %) во Вселенной является плазма.
Все звёзды состоят из плазмы, и даже пространство между ними заполнено плазмой, хотя и очень разреженной (см. межзвёздное пространство). К примеру, планета Юпитер сосредоточила в себе практически всё вещество Солнечной системы, находящееся в «неплазменном» состоянии (жидком, твёрдом и газообразном). При этом масса Юпитера составляет всего лишь около 0,1 % массы Солнечной системы, а объём — и того меньше: всего 10−15 %. При этом мельчайшие частицы пыли, заполняющие космическое пространство и несущие на себе определённый электрический заряд, в совокупности могут быть рассмотрены как плазма, состоящая из сверхтяжёлых заряженных ионов (см. пылевая плазма).

Математическое описание

Плазму можно описывать на различных уровнях детализации. Обычно плазма описывается отдельно от электромагнитных полей. Совместное описание проводящей жидкости и электромагнитных полей даётся в теории магнитогидродинамических явлений или МГД теории.

Флюидная (жидкостная) модель

Во флюидной модели электроны описываются в терминах плотности, температуры и средней скорости. В основе модели лежат: уравнение баланса для плотности, уравнение сохранения импульса, уравнение баланса энергии электронов. В двухжидкостной модели таким же образом рассматриваются ионы.

Кинетическое описание

Иногда жидкостная модель оказывается недостаточной для описания плазмы. Более подробное описание даёт кинетическая модель, в которой плазма описывается в терминах функции распределения электронов по координатам и импульсам. В основе модели лежит уравнение Больцмана. Уравнение Больцмана неприменимо для описания плазмы заряженных частиц с кулоновским взаимодействием вследствие дальнодействующего характера кулоновских сил. Поэтому для описания плазмы с кулоновским взаимодействием используется уравнение Власова с самосогласованным электромагнитным полем, созданным заряженными частицами плазмы. Кинетическое описание необходимо применять в случае отсутствия термодинамического равновесия либо в случае присутствия сильных неоднородностей плазмы.

Particle-In-Cell (частица в ячейке)

Модели Particle-In-Cell используются для численного решения кинетических уравнений. Они включают в себя кинетическую информацию путём слежения за траекториями большого числа отдельных квазичастиц, каждая из которых отвечает некоторому числу реальных частиц (интегралу от функции распределения по ограниченной в фазовом пространстве области). Плотности электрического заряда и тока определяются путём суммирования заряда и квазичастиц в ячейках, которые малы по сравнению с рассматриваемой задачей, но, тем не менее, содержат большое число квазичастиц. Электрическое и магнитное поля находятся из плотностей зарядов и токов на границах ячеек. Не стоит путать модели PIC с прямым интегрированием уравнений движения реальных частиц, из которых состоит плазма — электронов и ионов — поскольку общее число квазичастиц в PIC-моделях, как правило, на много порядков меньше.

Современные исследования

• Теория плазмы
  • Проблема устойчивости плазмы
  • Взаимодействие плазмы с волнами и пучками
  • диффузия, проводимость и другие кинетические явления в плазме
  • Адиабатические инварианты
  • Слой Дебая
  • Кулоновские столкновения
  • типы разрядов
    • тлеющий разряд
    • искровой разряд
    • коронный разряд
    • дуговой разряд
  • магнитогидродинамика
• Плазма в природе
  • Ионосфера Земли
  • Плазма в космосе, напр. плазмосфера Земли (внутренняя часть магнитосферы)
• Источники плазмы
• Диагностика плазмы
  • Томсоновское рассеяние
  • Зонды Ленгмюра
  • Спектроскопия
  • Интерферометрия
  • Ионосферный нагрев
• Применения плазмы
  • МГД генератор
  • магнетронное распыление
  • плазменная антенна
  • плазма для атомизации и ионизации проб в спектроскопических методах
  • Термоядерный синтез
    • Удержание в магнитных ловушках — токамак, стелларатор, обратный пинч, пробкотрон
    • Инерционный термоядерный синтез
  • Ускорители

    Кильватерное ускорение

  • Промышленные плазмы
    • плазмохимия
    • плазменная обработка
    • плазменные дисплеи

Условия – критерии признания плазмой система с заряженными частицами:

Любая система с заряженными частицами соответствует определению плазмы при наличии следующих условий-критериев:

– достаточной плотности наполняющих ее электронов, ионов и других структурных единиц вещества, чтобы каждая из них взаимодействовала с целой системой близкорасположенных заряженных частиц.  Для коллективного взаимодействия заряженных частиц их расположение должно быть максимально близким и находиться в сфере влияния (сфере радиусом Дебая).

Условие считается выполненным, если число заряженных частиц в сфере влияния (сфера радиусом Дебая) достаточно для возникновения коллективных эффектов.

Математически это условие можно выразить так:

r3_D·N ≫ 1, где r3_D – сфера радиусом Дебая, N – концентрация заряженных частиц;

– приоритета внутренних взаимодействий. Это означает, что радиус дебаевского экранирования должен быть мал по сравнению с характерным размером плазмы. Условие выполняется, когда поверхностные эффекты в сравнении со значительными внутренними эффектами плазмы становятся ничтожно малы и ими пренебрегают.

Математически это условие можно выразить так:

r_D / L ≪ 1, где r_D –радиус Дебая, L – характерный размер плазмы;

– появления плазменной частоты. Данный критерий означает, что среднее время между столкновениями частиц велико по сравнению с периодом плазменных колебаний. Условие выполняется при возникновении плазменных колебаний, превосходящих молекулярно-кинетические.

Эритроциты

Эритроциты, или красные кровяные тельца, находятся во взвешенном состоянии в плазме и определяют цвет крови. Они представляют собой в норме безъядерную двояковогнутую клетку округлой формы, диаметром 7-8мкм и 1-2мкм толщиной.

Эритроциты

Ежесекундно в селезенке и печени происходит разрушение около 2,5млн. эритроцитов, и такое же их количество образуется в костном мозге.

Функции эритроцитов

Основная функция эритроцитов заключается в транспорте кислорода от органов дыхания к тканям и удаления из тканей двуокиси углерода. Это связано с уникальной способностью гемоглобина образовывать непрочный химический комплекс с кислородом.

Атомы кислорода присоединяются к имеющимся в его молекуле атомам железа. В 100мл крови человека содержится около 15г гемоглобина. В легких кислород связывается с гемоглобином (Hb), образуя непрочное соединение — оксигемоглобин (HbO2): Hb O2=HbO2. Эта реакция обратима.

Детально: из чего состоит кровь человека

Плазма крови имеет слегка желтоватый оттенок, она прозрачная. Ее можно отделить от форменных элементов путем центрифугования и отстоя. В состав плазмы крови входят белки:

1. альбумины (40-50 г/л),
2. глобулины (25-30 г/л),
3. фибриноген (2-4 г/л).

По содержанию электролитов в плазме крови определяется осмотическое давление, то есть концентрация растворенных веществ.

Основные электролиты, которые содержатся в плазме крови: калий, натрий, хлор, они находятся в виде заряженных частиц или ионов.

В плазме также содержатся газы, отработанные продукты метаболизма, гормоны и медиаторы. Плазма крови занимается переносом этих веществ. Так, например, с ее помощью переносятся липиды или жиры.

Из продуктов метаболизма в плазме крови присутствует молочная кислота или лактат, азотосодержащие вещества (СО2, мочевина, мочевая кислота, креатинин, билирубин, аммиак).

В плазме поддерживается концентрация металлосодержащих белков, витаминов и антивитаминов.

Много функций крови выполняют форменные элементы.

Эритроциты содержат белок гемоглобин. Сами по себе эритроциты – безъядерные клетки, поэтому они вместе с белком-гемоглобином и кислородом могут проникать в самые тонкие капилляры и питать ткани кислородом, забирая углекислый газ.

Лейкоциты отвечают за иммунную функцию, находят в крови чужеродные антигены (белки), инициируют воспалительные процессы.

Тромбоциты не являются полноценными клетками, это частицы мегакариоцитов или кровяные пластинки. Они отвечают за функцию гемокоагуляции.

Состав крови определяется при помощи подсчета форменных элементов в камере Горяева. Для этого форменные элементы отделяют от плазмы. 

Какими свойствами обладает плазма крови?

Богатая тромбоцитами плазма применяется в медицине как стимулятор регенерации и заживления тканей организма. Белки, входящие в состав плазмы обеспечивают свертываемость крови, транспортировку питательных элементов. Также функционирует кислотно-основной гемостаз и происходит поддержка агрегатного состояния кровотока.

Альбумины выполняют синтез печени. Также, выполняют питание клеток и тканей, транспортируют желчные вещества, выполняется резерв аминокислот.

Принимают участие:

• альбумины в доставке лекарственных компонентов.
• α – глобулины активизируют процесс выработки белков, выполняют транспортировку гормонов, липидов, и микроэлементов.
• β – глобулины участвуют в транспортировке катионов железа, цинка, фосфолипидов, стероидных гормонов и желчных стеринов.
• G – глобулины содержат антитела.
• Фибриноген влияет на свертываемость крови.

Лень читать?

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

В случае сильной кровопотери, ожогов и поддержки работы органов, в лечебной практике вливают пациенту физиологическую среду. Физиологическая среда компенсирует временную функцию. Поскольку изотонический 0,9 % раствор натрий хлорид идентичен по осмотическому давлению с давлением в кровотоке.

Смесь Рингера-Локка напоминает состав натуральной плазмы, так кА содержит глюкозу. Смесь предназначается для поддержания сбалансированного давления крови во время кровотечения, обезвоживания и послеоперационного периода.

Альбумины способствуют синтезу печени, питанию тканей и клеток, транспортировке желчных веществ, выполнению аминокислотного резерва.

Альбумины:

• помогают доставлять компоненты лекарств;
• α глобулины участвуют в активизации процессов по выработке белков и транспортировке липидов, гормонов, микроэлементов;
• β глобулины транспортируют катионы цинка, железа, фосфолипидов, желчных стеринов, стероидных гормонов;
• G глобулины характеризуются наличием антител;
• фибриноген способствует свертыванию крови.

Достаточно адаптированной к крови считается смесь Рингера, являющаяся изотоническим и ионическим раствором, содержащим натрия хлорид, ионы калия карбида и кальций. При включении в смесь натрия гидрокарбоната, она приравнивается по кислотно-щелочному балансу к крови.

Благодаря содержанию глюкозы, раствор Рингера-Локка, подобен составу натуральной плазмы, и предназначена, чтобы поддержать сбалансированное кровяное давление при кровотечениях, обезвоживании, в постоперационном периоде.

Отличия от газообразного состояния

Плазму часто называют четвёртым состоянием вещества. Она отличается от трёх менее энергетичных агрегатных состояний материи, хотя и похожа на газовую фазу тем, что не имеет определённой формы или объёма. До сих пор идёт обсуждение того, является ли плазма отдельным агрегатным состоянием, или же просто горячим газом. Большинство физиков считает, что плазма является чем-то большим, чем газ по причине следующих различий: