научная статья по теме ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАТИНОВОГО ЭЛЕКТРОДА В КРОВИ, ПЛАЗМЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ Химия

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАТИНОВОГО ЭЛЕКТРОДА В КРОВИ, ПЛАЗМЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ»

ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2010, том 46, № 5, с. 569-573

УДК 541.138

ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАТИНОВОГО ЭЛЕКТРОДА В КРОВИ,

ПЛАЗМЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ

© 2010 г. М. Ш. Хубутия, А. К. Евсеев*, В. А. Колесников*, М. М. Гольдин**, А. Д. Давыдов***, А. Г. Волков****, А. А. Степанов*

НИИ СП им. Н.В. Склифосовского, Москва, Россия *РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия **Университет Либерти, Линчбург, Вирджиния, США ***Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, Россия ****Университет Оаквуд, Хантсвиль, Алабама, США Поступила в редакцию 17.06.2009 г.

Предложена методика электрохимической предобработки платинового электрода с целью стандартизации исходного состояния его поверхности и потенциала электрода при разомкнутой цепи (ПРЦ) в крови и других биологических средах. Проведены измерения потенциала платинового электрода в водном растворе 0.14 М №2£04, в крови, плазме и сыворотке крови. На примерах измерений ПРЦ в сыворотке крови больных с острыми отравлениями, острой церебральной патологией и при лечении пациента методом гипербарической оксигенации зафиксированы существенные отличия величин ПРЦ сыворотки крови указанных больных друг от друга, а также отличия ПРЦ сыворотки больных от ПРЦ сыворотки крови здоровых людей.

Ключевые слова: платиновый электрод, потенциал при разомкнутой цепи, биологические жидкости

ВВЕДЕНИЕ

В нормально функционирующем организме человека существует баланс между прооксидантами, т.е. активными формами кислорода (АФК), образующимися в ряде физико-химических процессов в организме, и компонентами системы антиокси-дантной защиты. Нарушения такого баланса при острых заболеваниях различной этиологии могут приводить к окислительным стрессам либо к замедлению радикальных процессов, т.е. к нарушениям процессов очищения внутренней среды организма от продуктов распада. Кислород, попадающий в организм в молекулярной форме, сам по себе обычно не вступает в неконтролируемые химические реакции внутри организма и не подвергает опасности органические макромолекулы клетки.

Главными активными формами кислорода являются супероксидные радикалы (О-), перекись водорода (Н202), гидроксильные (свободные) радикалы (НО*, НО2 ), синглетные формы кислорода

(102), ионы Н О- [1]. Основные механизмы появления АФК в организме связаны обычно с нарушениями функционирования электроннотранспортных цепей митохондрий или микросом. Особняком стоит нормальный процесс формирования АФК фаго-

1 Адрес автора для переписки: anatome@mail.ru (А.К. Евсеев).

цитами в ходе стимуляции неспецифической защиты организма. Также АФК играют важную роль в протекании различных процессов в защитных иммунных механизмах организма. Важнейшими элементами антиоксидантной защиты организма являются такие важнейшие ферменты, как супероксид-дисмутаза, каталаза, пероксидаза. Классические антиоксиданты — витамин Е, витамин А и кароти-ноиды — активны почти ко всем АФК, но их вклад в общую антиоксидантную активность организма не слишком велик [2].

С электрохимической точки зрения, реакции, характерные как для прооксидантной, так и для ан-тиоксидантной систем, можно описать суммой окислительно-восстановительных процессов, которые в нормально функционирующем организме находятся в равновесии. Интегральным отражением таких окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме, может являться величина редокс-потенциала крови, плазмы или сыворотки крови. Измерения редокс-потенциала в различных средах широко распространены [3].

В медицине с помощью измерения редокс-по-тенциала давно пытаются оценить окислительно -восстановительные свойста крови, других биологических жидкостей, а также тканей [4]. В медицинской, биологической и экологической литературе редокс-потенциалом тестируемой среды считается потенциал помещенного в нее платинового элек-

трода относительно какого-либо электрода сравнения. В литературе по электрохимии, химическому анализу термин редокс-потенциал применяют только к обратимым окислительно-восстановительным системам. При этом редокс-потенциалы не зависят от природы металла и состояния поверхности электрода, и связь между величинами редокс-потенциа-ла и отношением концентраций окисленной и восстановленной формами вещества определяется уравнением Нернста.

В биологических системах в общем случае на металлическом электроде протекают несколько необратимых реакций окисления и восстановления (в зависимости от состава тестируемого раствора), определяющих величину измеряемого потенциала. Поэтому такой потенциал правильнее называть потенциалом при разомкнутой цепи (ПРЦ).

Важным потенциалопределяющим фактором является адсорбция компонентов биологической системы, а также присутствующего в системе растворенного кислорода [3]. В растворах, содержащих воду, на поверхности электрода образуются адсорбционные и фазовые слои оксида металла. При этом могут возникать процессы обмена кислородом между оксидом и молекулами воды, которые также влияют на потенциал электрода. Важным фактором может быть также негомогенность поверхности платины: на поверхности электрода могут сосуществовать участки с сильно различающейся активностью в отношении взаимодействия с компонентами раствора [5]. В таких условиях измеряемый ПРЦ электрода может сильно зависеть не только от природы металла, но и от состояния его поверхности. Последнее часто является причиной низкой воспроизводимости результатов измерений. В практическом отношении также важно, что ПРЦ изменяется во времени. Это, в частности, связано с замедленностью процессов адсорбции веществ на электроде, конкуренцией между разными адсорбирующимися частицами. Как правило, по истечении некоторого времени величина ПРЦ стабилизируется. Этот период времени, кроме прочего, зависит от каталитической активности материала электрода. По этой причине (а также в силу высокой коррозионной стойкости и химической инертности) в биологии и медицине используют электроды из золота [6—8] или, чаще, из платины [9, 10]. Необходимо подчеркнуть, что из-за сложности состава биологических систем период установления практически постоянного значения потенциала может быть довольно длительным, поэтому важно непрерывное измерение потенциала в течение достаточно большого времени, чему в медицине часто не уделяется должного внимания [9, 11—13].

Несмотря на ряд трудностей в реализации надежных измерений ПРЦ, его использование в качестве отражения патологических состояний организма представляется вполне перспективным, осо-

бенно учитывая, что многие процессы гомеостаза являются электрохимическими [14]. Измерения ПРЦ проводятся в различных биологических средах [7, 15—17]. Развитие работ в этом направлении предполагает, что на базе результатов измерений ПРЦ при различных патологических состояниях появится возможность выявить определенные области потенциалов, характерные для практически здоровых людей, следить за изменением состояния больного и качеством лечебных мероприятий с помощью мониторинга ПРЦ и выработать критерии, позволяющие прогнозировать тактику лечения.

В электрохимических работах, где платина является одним из основных электродных материалов, много внимания уделялось разработке методик предварительной обработки поверхности электрода для получения воспроизводимых результатов измерений. Одним из таких методов является анодно-катодная активация гладкого платинового электрода [18—21], детали которой зависят от исследуемой системы. Например, авторы [20] предложили проводить циклирование потенциала со скоростями развертки от 1 до 10 В/мин в области от —0.3 до 1.5 В (н.к.э) в 1 М растворе H2SO4 или в 0.1 М HClO4. Известно, что основным фактором воздействия анод-но-катодной активации платины является десорбция загрязнений с поверхности электрода [22].

Целью настоящей работы явилась разработка методики измерения ПРЦ платинового электрода в биологических жидкостях, поиск метода предварительной обработки платинового электрода для стандартизации значения его исходного потенциала, исследование динамики изменения ПРЦ во времени, измерения с помощью разработанной методики ПРЦ в крови, плазме и сыворотке крови.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение потенциалов платинового электрода в водных растворах и биологических средах проводилось на гладком поликристаллическом платиновом электроде площадью 3.3 х 10-2 см2, хлоридсе-ребряный электрод (насыщ. KCl) служил электродом сравнения. Для измерений величин потенциала и записи зависимостей указанного потенциала от времени использован потенциостат 1РС-сошрай (НПО "Вольта"). Объем образцов жидкостей для исследований составлял 2.0 мл. В качестве биологических сред использовали кровь, плазму и сыворотку 50 практически здоровых добровольцев в возрасте 19—40 лет (36 мужчин, 14 женщин). Забор крови осуществляли путем венопункции. В качестве антикоагулянта использовали гепарин (20 ЕД/мл крови). Плазму крови отделяли от форменных элементов с помощью центрифугирования на центрифуге CR 3.12 (Jouan) при 1500 g в течение 20 мин. Для получения сыворотки крови кровь без антикоагулянта инкубировали при 37°С в течение 40 мин, а затем центрифугировали при 1500 g в течение 20 мин.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для устранения влияния на ПРЦ растворенного кислорода обычно используют деаэрирование тестируемого раствора, однако этот прием нецелесообразен при исследовании биологических объектов. Действительно, в организме человека и других аэробных организмов кислород является неотъемлемым участником всех окислительных процессов. Кровь человека и ее отдельные компоненты адаптированы к функционированию в присутствии кислорода. В связи с этим отсутствие в системе кислорода может привести к искажению величины ПРЦ, соответствующей нормальному физиологическому статусу крови или иной биологической жидкости.

Кроме адсорбции кислорода в случае платины необходимо также принимать во внимание, что протеины плазмы и сыворотки крови также не являются индифферентными по отношению к платине, поскольку они способны адсорбироваться на поверхности металла [23]. Адсорбированные на платине большие молекулы протеинов могут сдвигать потенциал

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком