Применение электрофореза в химии, биологии, медицине и научных исследованиях

Применение электрофореза в химии, биологии, медицине и научных исследованиях

Гаврилова Виктория Дмитриевна

Студент, Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы «Медицинский колледж 1», РФ, г. Москва.

Диденко Изабелла Владимировна

научный руководитель, преподаватель, Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы «Медицинский колледж 1», РФ, г. Москва.

Цель работы: проанализировать применение электрофореза в химии, биологии, медицине и научных исследованиях

Для достижения поставленной цели, необходимо решить поставленные задачи:

1. Изучить и проанализировать учебную и научную литературу по изучаемому вопросу.
2. Изучить применение электрофореза в разных отраслях

Аннотация

Электрофорез (от электро- и др.-греч. φορέω «переношу») – это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Впервые было открыто профессорами Московского университета П. И. Страховым и Ф. Ф. Рейссом в 1809 году. 

Электрофорез актуален:

1. В медицине.
2. В промышленности.

В промышленности метод электрофореза часто используют для аналитических целей – разделения смеси заряженных веществ на фракции с последующим качественным и количественным их определением.

Метод подразделяется на фронтальный или свободный электрофорез (электрофорез в жидкой среде) и зональный или электрофорез в поддерживающих средах.

 В медицине электрофорез белков помогает выявить заболевания печени и почек, иммунной системы, некоторые злокачественные новообразования (лейкозы), острые и хронические инфекции, генетические поломки и др. Известен ряд своеобразных электрофоретических «синдромов» – типичных картин электрофореграмм, характерных для некоторых патологических состояний.

Диспротеинемия – (dysproteinaemia: Дис- + Протеины + греч. haima кровь) нарушение нормального количественного соотношения между фракциями белков крови.  Наблюдается при воспалительных процессах, коллагенозах, расстройствах питания и т. д.

Парапротеинемия – появление в крови структурно аномальных и функционально неполноценных белковых тел из группы иммуноглобулинов при миеломной и некоторых других болезнях.

Ключевые слова: электрофорез, электрофоретический метод, электрофореграмма, диспротеинемия, парапротеинемия.

Введение  

Электрофорез применяют в медицине для диагностики заболеваний, физиотерапии; в промышленности для окраски автомобилей; в химической промышленности, для осаждения дымов и туманов, для изучения состава растворов и др.

Электрокинетические явления, как обобщенно называют процессы электрофореза и электроосмоса, получили разнообразное применение в технике для электроосаждения коллоидных веществ на рельефную поверхность предметов с целью покрытия их от коррозии, для пропитки тканей, для  дубления кожи, а также для ускорения обезвоживания торфа и строительных материалов, в строительной технике, для осушки сложных грунтов.

Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии, медицине.

В терапии, неврологии, травматологии с помощью электрофореза проводят лечение. Лечебное вещество наносится на прокладки электродов и под действием электрического поля проникает в организм через кожные покровы или слизистые оболочки (в стоматологии, ЛОР, гинекологии и др.) и влияет на физиологические и патологические процессы непосредственно в месте введения. Электрический ток также оказывает нервно-рефлекторное и гуморальное действие.

Преимущества лечебного электрофореза:

• введение малых, но достаточно эффективных доз действующего вещества;
• накопление вещества и создание депо, пролонгированность действия;
• введение в наиболее химически активной форме - в виде ионов;
• возможность создания высокой местной концентрации действующего вещества без насыщения им лимфы, крови и других сред организма;
• возможность введения вещества непосредственно в очаги воспаления, блокированные в результате нарушения локальной микроциркуляции;
• лечебное вещество не разрушается, как например, при введении per os;
• слабый электрический ток благоприятно влияет на реактивность и иммунобиологический статус тканей.

Противопоказания к проведению электрофореза: острые гнойные воспалительные заболевания, лихорадка, тяжелая форма бронхиальной астмы, дерматит или нарушение целостности кожи в местах наложения электродов, злокачественные новообразования. Учитываются противопоказания для лечебного вещества.

Вещества, используемые при электрофорезе, по способу введения разделяются на:

• отрицательно заряженные, вводимые с отрицательного полюса - катода (бромиды, йодиды, никотиновая кислота и другие);
• положительно заряженные, вводимые с положительного полюса - анода (ионы металлов - магний, калия, кальция);
• вводимые как с анода, так и с катода.

В лабораторной диагностике применяется электрофорез белков – способ разделения смеси белков на фракции или индивидуальные белки. Электрофорез белков применяют как для анализа компонентов смеси белков, так и для получения гомогенного белка.

Принцип метода основан на том, что при определённом значении рН и ионной силы раствора белки двигаются в электрическом поле со скоростью, пропорциональной их суммарному заряду. Белки, имеющие суммарный отрицательный заряд, двигаются к аноду (+), а положительно заряженные белки - к катоду (-).

Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге, крахмальном геле, полиакриламидном геле (ПААГ) и др. В отличие от электрофореза на бумаге, где скорость движения белков пропорциональна только их суммарному заряду, в полиакриламидном геле скорость движения белков пропорциональна их молекулярным массам. Разрешающая способность электрофореза в полиакриламидном геле выше, чем на бумаге.

При электрофорезе белков сыворотки крови человека на бумаге обнаруживают только 5 главных фракций: альбумины, α1 глобулины, α2-глобулины, β-глобулины и γ-глобулины. Электрофорез тех же белков в ПААГ позволяет получить до 18 различных фракций. Для обнаружения белковых фракций полоски бумаги или столбики геля обрабатывают красителем (чаще всего бромфеноловым синим или амидовым чёрным). Окрашенный комплекс белков с красителем выявляет расположение различных фракций на носителе.

Выводы:

В результате проделанной работы была раскрыта цель и поставленные задачи: 

1.        Изучены и проанализированы учебная и научная литература по данному вопросу.

2.        Изучено применение электрофореза в разных отраслях

В медицине при многих заболеваниях очень часто изменяется процентное соотношение отдельных белковых фракций, хотя общее содержание белка в сыворотке крови остается в пределах нормы. Такое состояние носит название диспротеинемия. Низкий уровень альбумина (гипоальбуминемия) может возникать из-за нефритического синдрома, болезни печени, ожогов, голодания и др. Повышение уровня γ-глобулинов говорит о наличии в организме инфекции и воспаления, снижение может свидетельствовать об иммунодефиците.  Повышение уровня α –глобулинов наблюдается при острых воспалительных процессах. 

В промышленности электрофорез находит в настоящее время широкое применение в технике, в процессах электроосаждения частиц из золей, суспензий и эмульсий. Таким способом получают ровные и прочные покрытия на металлах, погруженных в качестве электродов в суспензию – например, декоративные и антикоррозийные покрытия (из лакокрасочных композиций), электроизоляционные пленки (из латексов), пленки окислов, испускающих электроны, на вольфрамовых нитях радиоламп. 

Список литературы:

1. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина, А.Я. Николаева, 3 изд. - М.: «ГЭОТАР», 2005
2. Шапиро Д.К. Практикум по биологической химии. 2-е изд. Минск: Вышэйш. школа, 1976.
3. Интернет-ресурсы: http://www.biblioclub.ru/. http://www.studmedlib.ru/ и др.