ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭФФЕКТ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ ГИДРАТАЦИИ АНИОНА Cl− В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА

Е. Д. Козлова; И. Д. Немешев; А. В. Донец

doi:10.32415/jscientia_2020_6_4_38-47

Авторы

Е. Д. Козлова Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова https://orcid.org/0000-0001-6480-5412
И. Д. Немешев Санкт-Петербургский педиатрический медицинский университет https://orcid.org/0000-0003-2655-8857
А. В. Донец Санкт-Петербургский государственный университет https://orcid.org/0000-0003-3443-8871

https://doi.org/10.32415/jscientia_2020_6_4_38-47

Ключевые слова:

ЯМР, ЯМР релаксация, микроструктура растворов, биологические растворы, кровь, слюна

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке СПбГУ, проект № 107- 11462 на оборудовании Ресурсного центра «Магнитно-резонансные методы исследования» Научного парка СПбГУ

Аннотация

Работа с биологическими объектами проведена на основе разработанной ранее методики изучения свойств гидратации различных молекулярных групп в растворах, содержащих органические компоненты. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) стал основным экспериментальным методом, с помощью которого удалось обнаружить и теоретически описать температурный эффект изменения свойств гидратации некоторых анионов в водно-солевых и многокомпонентных растворах. Этот эффект зарегистрирован и для анионов хлора – одного из наиболее распространенных химических элементов в организмах живых существ. Работа является продолжением цикла работ по изучению возможного влияния данного эффекта на терморегуляцию живых существ.
Данная работа проводится на стыке физики, химии и биологии с учетом знаний, накопленных в мире по физико-химическому описанию исследуемых систем для получения объяснения биологически значимого результата. Впервые проведено подобное исследование с биологическими объектами, характерными для организма человека – с кровью и со слюной. Данный эффект должен работать по всему организму, учитывая присутствие крови во всех его структурах. В проведенном исследовании слюны данный эффект тоже обнаружен. Результаты работы расширяют и уточняют предложенную ранее гипотезу терморегуляции теплокровных живых существ. Предложенная обратная связь в системе управления энергетическими процессами должна работать с разными биологическими растворами, характерными для живых объектов.
В работе реализован подход, отличающийся логической простотой, но при этом он позволяет связать последние возможности современной науки в области междисциплинарных исследований.

Библиографические ссылки

Ivanov KP. The development of the concepts of homeothermy and thermoregulation. J. Ther. Biology, 2006;31(2):24-29. DOI: 10.1016/j.jtherbio.2005.12.005.

Myers RD, Simpson CW, Higgins D, et al. Hypothalamic Na+ and Ca++ ions and temperature set-point: new mechanisms of action of a central or peripheral thermal challenge and intrahypothalamic 5-HT, NE, PGEi and pyrogen. Brain Res Bull. 1976;1(3):301-327. DOI: 10.1016/0361-9230(76)90102-7.

Bowler K, Manning R. Membranes as critical targets in cellular heat injury and resistance adaptation. Temperature adaptation of biological membranes. London: Publ. Port. Press; 1994, p. 185-203.

Иващенко А.И. Анионные аденозинтрифосфатазы. Алма-Ата: Наука; 1987. [Ivaschenko AI. Anionic adenosine triphosphatases. Alma-Atay: Nauka; 1987. Alma-Atay, Nauka. (in Russ)].

Hochachka PW. Defense strategies against hypoxia and hypothermia. Science. 1986;231(4735):234-241. DOI: 10.1126/science.2417316.

Hochachka PW, Somero GN. Strategies of Biochemical Adaptation. Philadelphia: W.B. Saunders Company; 1973.

Myers RD, Veale WL. The role of sodium and calcium ions in the hypothalamus in the control of body temperature of the unanaesthetized cat. J Physiol. 1971;212(2):411-430. DOI: 10.1113/jphysiol.1971.sp009332.

Abdel-Ghany M, el-Gendy K, Zhang S, et al. Brain protein kinase C phosphorylating poly(arginine,serine) or lamin B is stimulated by anions and by an activator purified from bovine serum albumin preparations. Proc Natl Acad Sci U S A. 1989;86(6):1761-1765. DOI: 10.1073/pnas.86.6.1761.

Seymour RS, White CR, Gibernau M. Environmental biology: heat reward for insect pollinators. Nature. 2003;426(6964):243-244. DOI: 10.1038/426243a.

Ivanov KP. Physiological blocking of the mechanisms of cold death: theoretical and experimental considerations. J Therm Biol. 2000;25(6):467-479. DOI: 10.1016/s0306-4565(00)00012-7.

Donets AV, Chizhik VI. Influence of temperature on hydration-shell microstructure of chlorine and bromine anions in aqueous solution. Structural Chemistry. 2011;22:465-470. DOI: 10.1007/s11224-011-9767-2.

Донец А.В., Чижик В.И., Седых П.С., Юшманов П.В. К вопросу об эффекте изменения координации некоторых ионов в растворах электролитов при изменении температуры по данным ЯМР-релаксации // Вестник Санкт-петербургского университета. Физика и химия. 2006. № 4. С. 99-101. [Donets AV, Chizhik VI, Sedykh PS, Ushmanov PV. On the question of the effect of a change in the coordination of some ions in electrolyte solutions with a change in temperature according to NMR relaxation data. Bulletin of St. Petersburg University. Physics and chemistry. 2006;(4):99-101. (in Russ)].

Донец А.В., Чижик В.И. Температурная зависимость координационных чисел одноатомных ионов в водных растворах электролитов // Журн. Физ. Хим. 2005. Т. 79. № 6. С. 1032-1036. [Donets AV, Chizhik VI. The temperature dependence of the coordination numbers of some monatomic ions in aqueous solutions of electrolytes. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2005:79(6):893-897].

Rabdano SO, Donets AV, Vovk MA, et al "Hydration Shells" of CH2 Groups of ω-Amino Acids as Studied by Deuteron NMR Relaxation. J Phys Chem B. 2015;119(42):13358-13366. DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b06584.

Донец А.В. Свойства гидратации ионов и механизм управления энергетическими реакциями в живых организмах. Деп. в ВИНИТИ № 1224-B2006 10.10.2006. [Donets AV, Hydration properties of ions and the mechanism for controlling energy reactions in living organisms. Deposited in VINITI. No. 1224-B2006 10/10/2006. (in Russ)].

Donets AV, Chizhik VI. The temperature dependence of the coordination numbers of some monatomic ions in aqueous solutions of electrolytes. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2005;79(6):893-897.

Лилич Л.С., Хрипун М.К. Растворы как химические системы. Донорно-акцепторные реакции в растворах: СПбГУ; 2010. [Lilich LS, Khripun MK. Solutions as chemical systems. Donor-acceptor reactions in solutions: St. Petersburg State University; 2010. (in Russ)].

Штиллер В. Уравнения Аррениуса и неравновесная кинетика. Мир: Москва; 2000. [Stilller W. Arrhenius equations and nonequilibrium kinetics. Mir: Moscow; 2000 (in Russ)].

Chizhik VI, Chernyshev YS, Donets AV, et al. Magnetic Resonance and Its Applications. Heidelberg New York Dordrecht London: Springer-Verlag; 2014. DOI: 10.1007/978-3-319-05299-1.

Chizhik VI. NMR relaxation and microstructure of aqueous electrolyte solutions. Molecular Physics, 1997;90(4):653-660. DOI: 10.1080/002689797172363.

Chizhik VI, Egorov AV, Pavlova MS, et al. Structure of hydration shell of calcium cation by NMR relaxation, Car-Parrinello molecular dynamics and quantum-chemical calculations. Journal of Molecular Liquids. 2016;224(Part A):730-736. DOI: 10.1016/j.molliq.2016.10.035.

Козлова Е.Д., Донец А.В. Температурный эффект изменения свойств гидратации хлора в водных растворах по данным ЯМР-релаксации. XVI Курчатовская молодежная научная школа. 2019. с. 21 [Kozlova ED, Donets AV. Temperature effect of changes in the properties of chlorine hydration in aqueous solutions according to NMR relaxation data. XVI Kurchatov Youth Scientific School. 2019. p. 21 (in Russ)].

Козлова Е.Д., Донец А.В. Температурный эффект изменения микроструктуры водных растворов NaCl по данным ЯМР-релаксации. Научно-практическая конференция с международным участием «Наука настоящего и будущего». 2020. c 23. [Kozlova ED, Donets AV. Temperature effect of microstructure change aqueous NaCl solutions according to NMR relaxation data. Scientific and practical conference with international participation "Science of the present and future". 2020. p.23. (in Russ)].

Немешев И.Д., Донец А.В. Исследование температурного эффекта изменения свойств гидратации некоторых анионов методом ЯМР. X Международная заочная научно-практическая конференция «Современные инновации в науке». 2020. с. 5-12 [Nemeshev ID, Donets AV. Investigation of the temperature effect of changes in the hydration properties of some anions by the NMR method.

X International correspondence scientific-practical conference "Modern innovations in science". 2020. p. 5-12. (in Russ)].

Вавилова Т.П. Биохимия тканей и жидкостей полости рта. Учебное пособие. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. [Vavilova TP. Biochemistry of tissues and fluids of the oral cavity. Tutorial. Moscow: GEOTAR-Media; 2008. 208 p. (in Russ)].