neinvazÍvny analyzÁtor krvi amp -...
TRANSCRIPT
NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI
AMP XXXIII Konsolidačnaacute vyacuteročnaacute konferencia SSVPL SLS
Staryacute Smokovec 11-13 oktoacuteber 2012
Tento obraacutezok sa momentaacutelne nedaacute zobraziť
TEOacuteRIA (HYPOTEacuteZA) ndash MATEMATIKA ndash ŠTATISTIKA
Ľubovoľnyacute proces ndash jav
Vedeckyacute zaacuteklad
Domienka Hypoteacuteza
Spaumltnaacute vaumlzba Feedback
Matematickyacute model
Štatistika
Metodika
METODOLOacuteGIA - METODIKA - METOacuteDA
Metodoloacutegia je vedeckaacute discipliacutena často interpretovanaacute ako suacutečasť logiky pojednaacutevajuacutevca či zaoberajuacuteca sa vyacuteskumom a analyacutezou princiacutepov a metoacuted skuacutemania a ich aplikaacuteciou
Metodika je špecifickyacute suacutehrn alebo kombinaacutecia niekoľkyacutech postupov (metoacuted) ktoreacute sa použiacutevajuacute pri riešeniacute konkreacutetneho probleacutemu
Metoacuteda Induktiacutevna ndash postup od empirickeacuteho štuacutedia javov a ich analyacutez k všeobecnyacutem
pojmom zaacutekonom
Hypoteticko ndash deduktiacutevna ndash postup pri ktorom sa určiteacute tvrdenia prijmuacute za hypoteacutezy ktoreacute sa overujuacute s naacuteslednyacutem vyvodeniacutem zaacuteveru ktoryacute sa porovnaacuteva s faktami
Rešerž ndash zbieranie materiaacutelu potrebneacuteho na vedeckeacute dokazovanie
Kvalitatiacutevny vyacuteskum a kvantitatiacutevne metoacutedy
KARL RAIMUND POPPER (1902-1994)
Filozof rakuacuteskeho pocircvodu
Popper tvrdil že pravdivosť vedeckej teoacuterie sa nedaacute
dokaacutezať ale len empiricky testovať
Zaacutekladom vedeckeacuteho poznania nie je verifikaacutecia (potvrdenie) ale falzifikaacutecia
Vedeckaacute teoacuteria je len taacute ktoruacute je možneacute vystaviť možnosti vyvraacutetenia
Netreba trvať na tom čo teoacuteriu potvrdzuje ale skocircr straacutežiť to čo by ju mohlo vyvraacutetiť
K evoluacutecii vedy dochaacutedza vyvracaniacutem staryacutech dogiem čiacutem ziacuteskame novyacute priestor na otvaacuteranie novyacutech otaacutezok
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA V MEDICIacuteNE MERANIE TLAKU
Invaziacutevne metoacutedy Priama manometria
Neinvaziacutevne metoacutedy Kompresnaacute oscilometria
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Tento obraacutezok sa momentaacutelne nedaacute zobraziť
TEOacuteRIA (HYPOTEacuteZA) ndash MATEMATIKA ndash ŠTATISTIKA
Ľubovoľnyacute proces ndash jav
Vedeckyacute zaacuteklad
Domienka Hypoteacuteza
Spaumltnaacute vaumlzba Feedback
Matematickyacute model
Štatistika
Metodika
METODOLOacuteGIA - METODIKA - METOacuteDA
Metodoloacutegia je vedeckaacute discipliacutena často interpretovanaacute ako suacutečasť logiky pojednaacutevajuacutevca či zaoberajuacuteca sa vyacuteskumom a analyacutezou princiacutepov a metoacuted skuacutemania a ich aplikaacuteciou
Metodika je špecifickyacute suacutehrn alebo kombinaacutecia niekoľkyacutech postupov (metoacuted) ktoreacute sa použiacutevajuacute pri riešeniacute konkreacutetneho probleacutemu
Metoacuteda Induktiacutevna ndash postup od empirickeacuteho štuacutedia javov a ich analyacutez k všeobecnyacutem
pojmom zaacutekonom
Hypoteticko ndash deduktiacutevna ndash postup pri ktorom sa určiteacute tvrdenia prijmuacute za hypoteacutezy ktoreacute sa overujuacute s naacuteslednyacutem vyvodeniacutem zaacuteveru ktoryacute sa porovnaacuteva s faktami
Rešerž ndash zbieranie materiaacutelu potrebneacuteho na vedeckeacute dokazovanie
Kvalitatiacutevny vyacuteskum a kvantitatiacutevne metoacutedy
KARL RAIMUND POPPER (1902-1994)
Filozof rakuacuteskeho pocircvodu
Popper tvrdil že pravdivosť vedeckej teoacuterie sa nedaacute
dokaacutezať ale len empiricky testovať
Zaacutekladom vedeckeacuteho poznania nie je verifikaacutecia (potvrdenie) ale falzifikaacutecia
Vedeckaacute teoacuteria je len taacute ktoruacute je možneacute vystaviť možnosti vyvraacutetenia
Netreba trvať na tom čo teoacuteriu potvrdzuje ale skocircr straacutežiť to čo by ju mohlo vyvraacutetiť
K evoluacutecii vedy dochaacutedza vyvracaniacutem staryacutech dogiem čiacutem ziacuteskame novyacute priestor na otvaacuteranie novyacutech otaacutezok
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA V MEDICIacuteNE MERANIE TLAKU
Invaziacutevne metoacutedy Priama manometria
Neinvaziacutevne metoacutedy Kompresnaacute oscilometria
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
METODOLOacuteGIA - METODIKA - METOacuteDA
Metodoloacutegia je vedeckaacute discipliacutena často interpretovanaacute ako suacutečasť logiky pojednaacutevajuacutevca či zaoberajuacuteca sa vyacuteskumom a analyacutezou princiacutepov a metoacuted skuacutemania a ich aplikaacuteciou
Metodika je špecifickyacute suacutehrn alebo kombinaacutecia niekoľkyacutech postupov (metoacuted) ktoreacute sa použiacutevajuacute pri riešeniacute konkreacutetneho probleacutemu
Metoacuteda Induktiacutevna ndash postup od empirickeacuteho štuacutedia javov a ich analyacutez k všeobecnyacutem
pojmom zaacutekonom
Hypoteticko ndash deduktiacutevna ndash postup pri ktorom sa určiteacute tvrdenia prijmuacute za hypoteacutezy ktoreacute sa overujuacute s naacuteslednyacutem vyvodeniacutem zaacuteveru ktoryacute sa porovnaacuteva s faktami
Rešerž ndash zbieranie materiaacutelu potrebneacuteho na vedeckeacute dokazovanie
Kvalitatiacutevny vyacuteskum a kvantitatiacutevne metoacutedy
KARL RAIMUND POPPER (1902-1994)
Filozof rakuacuteskeho pocircvodu
Popper tvrdil že pravdivosť vedeckej teoacuterie sa nedaacute
dokaacutezať ale len empiricky testovať
Zaacutekladom vedeckeacuteho poznania nie je verifikaacutecia (potvrdenie) ale falzifikaacutecia
Vedeckaacute teoacuteria je len taacute ktoruacute je možneacute vystaviť možnosti vyvraacutetenia
Netreba trvať na tom čo teoacuteriu potvrdzuje ale skocircr straacutežiť to čo by ju mohlo vyvraacutetiť
K evoluacutecii vedy dochaacutedza vyvracaniacutem staryacutech dogiem čiacutem ziacuteskame novyacute priestor na otvaacuteranie novyacutech otaacutezok
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA V MEDICIacuteNE MERANIE TLAKU
Invaziacutevne metoacutedy Priama manometria
Neinvaziacutevne metoacutedy Kompresnaacute oscilometria
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
KARL RAIMUND POPPER (1902-1994)
Filozof rakuacuteskeho pocircvodu
Popper tvrdil že pravdivosť vedeckej teoacuterie sa nedaacute
dokaacutezať ale len empiricky testovať
Zaacutekladom vedeckeacuteho poznania nie je verifikaacutecia (potvrdenie) ale falzifikaacutecia
Vedeckaacute teoacuteria je len taacute ktoruacute je možneacute vystaviť možnosti vyvraacutetenia
Netreba trvať na tom čo teoacuteriu potvrdzuje ale skocircr straacutežiť to čo by ju mohlo vyvraacutetiť
K evoluacutecii vedy dochaacutedza vyvracaniacutem staryacutech dogiem čiacutem ziacuteskame novyacute priestor na otvaacuteranie novyacutech otaacutezok
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA V MEDICIacuteNE MERANIE TLAKU
Invaziacutevne metoacutedy Priama manometria
Neinvaziacutevne metoacutedy Kompresnaacute oscilometria
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA V MEDICIacuteNE MERANIE TLAKU
Invaziacutevne metoacutedy Priama manometria
Neinvaziacutevne metoacutedy Kompresnaacute oscilometria
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PRIAMA A NEPRIAMA METOacuteDA MERANIA VISKOZITY A HEMATOKRYTU KRVI
Invaziacutevne metoacutedy
Priamy odber krvi
Neinvaziacutevne metoacutedy
Meranie pulznej vlny
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
BIOCHEMICKAacute ANALYacuteZA KRVI ndash bdquoSUacuteČASNYacute ZLATYacute ŠTANDARDldquo
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
NEINVAZIacuteVNA ANALYacuteZA KRVI
INSTITUTE OF NEUROLOGY PSYCHIATRY AND NARCOLOGY OF AMS OF UKRAINE
BIOPROMIN LTD
Neinvaziacutevny analyzaacutetor krvi AMP
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
METOacuteDA DR AKAD A MALYCHINA Neinvaziacutevny Analyzaacutetor bol vyvinutyacute ukrajinskyacutemi
vedcami
Autorom metoacutedy je Dr Malychin Anatolij akademik
Ruskej Akadeacutemie Priacuterodnyacutech Vied Doctor Mediciacuteny
poprednyacute vedec Inštituacutetu neuroloacutegie psychiatrie a narkoloacutegie
Ukrajinskej Adakeacutemie Lekaacuterskych Vied
Technickaacute časť vyacutevoja realizoval Anatolij Pulavskyacute
zo spoločnosti BIOPROMIN
Patent UA 22161 A
Publikaacutecia Vegetatiacutevne paroxymaacutelne stavy a termoregulaacutecia organizmu
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PRINCIacuteP METOacuteDY
Pomocou špeciaacutelnych termosenzorov meriame teplotu v takzvanyacutech referenčnyacutech bodoch tela
Na diagnostiku využiacutevame tieto referenčneacute body
- Bifurkaacutecia ľavej a pravej karotickej tepny (dva body)
- Ľavaacute a pravaacute axila (dva body)
- Umbilikaacutelna oblasť (jeden bod)
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PODMIENKY NA MERANIE
Trvanie 3 minuacutety pre deti od 3-15 rokov 6 minuacutet pre skriacutening dospelyacutech 9 minuacutet v extreacutemnych priacutepadoch Manuaacutelne zadaacutevaneacute parametre Frekvencia pulzu Frekvencia dyacutechania Vaacuteha pacienta
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Použiacutevanie neinvaziacutevneho analyzaacutetora nemaacute žiaden škodlivyacute vplyv na pacienta
Analyzaacutetor stanovuje skocircr uacutečinok prostredia na pacienta ako rozsah tohoto uacutečinku v korelaacutecii s tvorbou a vyžarovaniacutem teploty (entalpia a entropia energie)
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZLOŽENIE VZDUCHU V PROSTREDIacute
Jeden senzor počas diagnostiky meria atmosfeacuterickyacute tlak
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
SENZOR NA MERANIE TEPLOTY
DS18B20 digitaacutelny teplomer umožňuje 9-bitoveacute až 12-bitoveacute merania stupňov Celzius
Rozsah pracovnyacutech teplocirct je od -55degC do +125degC s presnosťou plusmn05degC v rozsahu od -10degC do +85degC
Senzor na meranie teploty v referenčnyacutech bodoch
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
UKAacuteŽKA VYacuteSLEDKOV AMP
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
SPOCHYBŇOVANIE
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do
zaacutekladniacute školy Zaacutezrak Ale ne jde nejspiacuteš o hezky staryacute fiacutegl Před vyšetřeniacutem na přiacutestroji totiž
udělaacute dobře vyškolenaacute sestřička podrobnou anamneacutezu vyptaacute se na přiacuteznaky na předchoziacute i současneacute nemoci a vše poctivě zaznamenaacute do počiacutetače třeba i s přesnyacutemi uacutedaji o zdravotniacutem stavu pacienta pokud ten svěřiacute sestřičce svou kartu informačniacuteho systeacutemu ISIP A zaacutezračnaacute krabička snadno a bystře pomociacute vhodneacuteho expertniacuteho programu může proveacutest orientačniacute diagnoacutezu a podle niacute takeacute vytiskne seznam očekaacutevanyacutech chemickyacutech změn
Asi jsem ještě neřekl že v reklamniacutech materiaacutelech na webu nikde nezjistiacuteme co jsou to bdquobioaktivniacute bodyldquo a jak byly zjištěny
Končiacutem protože hromaděniacutem dalšiacutech a dalšiacutech argumentů je zbytečneacute posilovat to co je bdquoabsolutniacuteldquo jistotou totiž že analyzaacutetor AMP je nesmyslnyacute autoři šarlataacuteni a leacutekařštiacute propagaacutetoři v lepšiacutem přiacutepadě naivniacute důvěřivci
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Ondřej Vrtiška Anatolije Vitalijeviče Malykhina - neurochirurga z Charkova kteryacute
metodu vyvinul Pronesl přednaacutešku v niacutež se to hemžilo odbornyacutemi vyacuterazy peptidovaacute vazba koenzymy oxidoreduktaacutezy laktaacutetdehydrogenaacutezy chaperony neurotransmitery mediaacutetory fosfolipidyhellip Vybaven polozapomenutyacutemi znalostmi z přednaacutešek z biochemie a fyziologie jsem měl pocit že jsou naacutem předčiacutetaacutena vysokoškolskaacute skripta Jen mi nějak uniklo jak dlouhyacute proslov souvisiacute s oněmi pěti čidly měřiacuteciacutemi teplotu
bdquo absence hodnověrnyacutech důkazů uacutečinnosti princip metody popiacuterajiacuteciacute zaacutekladniacute poznatky přiacuterodniacutech vědldquo
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
REFERENČNEacute bdquoBIOAKTIacuteVNE BODYldquo Čo suacute tie bdquobioaktiacutevne bodyldquo(uprednostňujeme označenie bdquoreferenčneacute body) a kde suacute umiestneneacute Malychin zvolil 5 bodov na ľudskom tele kde sa umiestňujuacute termosenzory Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny (dva
body) Praveacute a ľaveacute podpazušie (dva body) Pupok Regio paraumbilicalis (jeden bod)
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
BIFURKAacuteCIE PRAVEJ A ĽAVEJ KRČNEJ TEPNY
Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny ndash umiestnenie najdocircležitejšieho chemoreceptora tzv karotiacutedne teliesko (glomus caroticum)
Fernando De Castro (1925 ndash 1929) Laboratorio de Investigaciones Bioloacutegicas (Madrid Spain) študoval novyacutemi histologickyacutemi postupmy a jemnuacute štrukturu a inervaciu karotidneacuteho telieska Opisal jeho presnu lokalizaacuteciu Karotidne teliesko považoval za senzornyacute receptor (chemoreceptorov) glomulaacuternych buniek ktoreacute suacute špecificky určeneacute na detekciu zmien chemickeacuteho zloženia krve
Za hypoteacutezu chemoreceptorov bola v roku 1938 Corneille Heymans
udelenaacute Nobelova cena za Fyzioloacutegiu alebo Mediciacutenu
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
KAROTIacuteDNE TELIESKO
Karotiacutedne teliesko je bilateraacutelne umiestneneacute na bifurkaacutecii krčnej arteacuterii maacute najvaumlčšiacute pomer prietoku krvi k metabolizmu v tele (2000mlmin na 100g)
anatomicky a biochemicky veľmi zložityacute orgaacuten
Nielen že maacute bunky špecializujuacutece sa na sniacutemanie hladiny kysliacuteka ale v skutočnostisuacute to polymodaacutelne a veľmi citliveacute bunky na rocirczne druhy stimulov ako suacute tlak hyperkapnia acidoacuteza hyperkalieacutemia hyposmolalita cirkulujuacutece hormoacuteny hypertermia hypoglykeacutemia a na početneacute farmakologickeacute preparaacutety
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
CHEMORECEPTOR KAROTIacuteDNE TELIESKO
Anatomickaacute štruktuacutera karotiacutedneho telieska Karotiacutedne teliesko
tvoria dva typy buniek glomulaacuterne (typ I) a podporneacute (typ II) Glomulaacuterne bunky suacute neuronaacutelny druh ktoreacute suacute považovaneacute za hlavneacute bunky senzibilneacute na hypoxiu
Typ I
Typ II
Krvneacute kapilaacutery
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
NEURAacuteLNA REGULAacuteCIA DYacuteCHANIA
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
Frekvencia dyacutechania ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Pulzovaacute frekvencia ndash zadaacutevame do AMP pred meraniacutem
Teplota ndash meriame priacutestrojom AMP
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PLYNNYacute MESSENGER bdquoH2Sldquo
Glomulaacuterne bunky exprimujuacute cystation gama lyaacutezu (CSE) enzyacutem generujuacuteci H2S Hypoxia indukuje tvorbu H2S excitaacuteciu senzorov a stimuluje dyacutechanie ako odozvu na niacutezku hladinu O2
Bunky karotidneacuteho telieska senzibilneacute na kysliacutek ako aj krvneacute cievy dyacutechacie cesty a nadobličky iniciujuacute životne docircležituacute homeostaacutezu v odpovedi na hypoxiu a hypoxeacutemiu
The Journal of Experimental Biology 211 2727-2734 Published by The Company of Biologists 2008 doi101242jeb010066 Commentary - Hydrogen sulfide and oxygen sensing implications in cardiorespiratory control Kenneth R Olson
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PLYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
Hemoxigenaacuteza 2 (HO-2) štiepi hem na železo Fe biliverdiacuten (BV) a tiež CO v reakcii absoluacutetne zaacutevislej od molekulaacuterneho O2
HO-2 je exprimovanyacute na glomulaacuternych bunkaacutech karotiacutedneho telieska Glomulaacuterne bunky uvolňujuacute exitačneacute transmitery (NTR) zvaumlčšujuacutec tak
stimulaacuteciu nervovyacutech vzruchov karotiacutedneho sinus nervu CO inhibuje uvoľňovanie tyacutechto transmiterov prostredniacutectvom
autokrinneacuteho alebo parakrinneacuteho pocircsobenia na glomulaacuterne bunky Hypoxia teda priamo inhibuje HO-2 aktivitu prostredniacutectvom
zniacuteženia dostupnosti O2 čo vedie k zviacutešenej aktivite karotidneacuteho sinus nervu
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo Neuronaacutelna NO-syntetaacuteza (nNOS) premieňa L-arginiacuten na NO a citruliacuten (cit)
nNOS je lokalizovanaacute na karotiacutednych siacutenus neuroacutenoch (CSN) ktoreacute majuacute synaptickyacute vstup na glomulaacuternych bunkaacutech
nNOS inhibujuacute akceleraacuteciu stimulaacutecie karotiacutedneho siacutenus nervu prostredniacutectvom odstraacutenenia tonickej inhibiacutecie fyziologickyacutech aktiviacutet pomocou NO na glomulaacuterne bunky NO z karotiacutednych siacutenus neuroacutenov reguluje glomulaacuterne bunky ako spaumltnyacute messenger Hypoxia zvaumlčšuje sekreacuteciu glomulaacuternych buniek a stimulaacuteciu karotidneacuteho siacutenus nervu
CONO ndash HO-2nNOS fyziologicky inhibujuacute aktivity karotidneacuteho telieska
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Normoxia verzus
Hypoxia
NO CO H2S ndash PLYNNEacute MESSENGERY ndash AKUacuteTNA REGULAacuteCIA O2 - KAROTIacuteDNE TELIESKO
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Molekulaacuterny kysliacutek O2 (označenyacute šiacutepkami )
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
O2 verzus Tb
U potkanov počas progresiacutevnej hypoxie indukovanej krokovyacutemi zmenami v FIO2 (FIO2 21 17 14 12 a 10) pri teplote okolia Tam 25 15 a 5 degC sa pozorovalo zniacuteženie teploty jadra tela Tb ktoreacute dosahovalo
027 degCmlminkg spotrebovaneacuteho kysliacuteka (VO2) nezaacutevisle na Tam FIO2 ndash frakčnaacute koncentraacutecia kysliacuteka vo vdychovanom vzduchu
Respir Physiol 1994 June 97(1)79-91 Ventilatory and metabolic responses to cold and CO-induced hypoxia in awake rats Gautier H Bonora M
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
PARAUMBILIKUM Dreň nadobličiek - efektorovyacute orgaacuten sympatikoadrenaacutelneho systeacutemu -
produkuje adrenaliacuten a v menšej miere noradrenaliacuten priamo reaguje na určiteacute stresory - hypoxia a hypoglykeacutemia
Dreň nadobličiek je inervovanaacute senzitiacutevnymi vlaacuteknami spinaacutelnych a vagovyacutech aferentnyacutech neuroacutenov
Dreň nadobličiek sluacuteži aj ako chemosenzor
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
DREŇ NADOBLIČIEK Chromafiacutenovaacute bunka
Exocytoacuteza
Tyroziacutenovyacute metabolizmus
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
Tyroziacuten je metabolizovanyacute na L-DOPA naacutesledne cez dopamiacuten na nor-epinefriacuten Tento proces prebieha za priacutetomnosti molekulaacuterneho kysliacuteka O2 (označeneacute šiacutepkami )
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
REGULAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
Nervovaacute regulaacutecia Ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu rovnako ako jeho sila suacute v raacutemci dvoch kardiovaskulaacuternych centier autonoacutemneho nervoveacuteho systeacutemu Tieto centraacute suacute umiestneneacute v hornej časti ventraacutelnej steny predĺženej miechy Hormonaacutelna regulaacutecia Skladaacute sa z dvoch amiacutenovyacutech hormoacutenov - epinefriacutenu (adrenaliacuten) a norepinefriacutenu
(noradrenaliacuten) ktoreacute suacute vylučovaneacute z drene nadobličiek Oba hormoacuteny akcelerujuacute ryacutechlosť srdcoveacuteho tepu ale pocircsobia v rocircznych
podmienkach Epinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep počas bdquonuacutedzovyacutechldquo podmienok zatiaľčo norepinefriacuten zvyšuje srdcovyacute tep za normaacutelnych podmienok
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteKONY
POUŽITEacute PRI VYacutePOČTE
CHEMICKYacuteCH A FYZIOLOGICKYacuteCH
PARAMETROV KRVI
A JEDNOTLIVYacuteCH ORGAacuteNOV
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY Fyzikaacutelna cheacutemia skuacutema ryacutechlosti prebiehajuacutecich chemickyacutech zmien (reakcii) a faktory vplyacutevajuacutece na
tuacuteto ryacutechlosť ndash chemickaacute kinetika
aA + bB rarr dD + fF Všeobecne sa akceptuje pojem že ryacutechlosť charakterizujeme zmenou parametra v čase Pri chemickej
reakcii prebieha zmena množstva laacutetok ni Ak chceme vedieť či danaacute reakcia prebieha v reaktore ndash bunke
Molaacuterna koncentracia Сi = niV Potom ryacutechlosť chemickej reakcii i-komponentu ri - sa doteraz nazyacutevala reakčnou ryacutechlosťou V suacutečasnosti sa pre tuacuteto veličinu zaviedlo označenie
ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky A a zaacutevisiacute od povahy reagujuacutecich laacutetok (skupenstvo) od teploty a od koncentraacutecie V reakčnej kinetike sa zaviedol spocircsob vyjadrovať chemickeacute rovnice v anulovanom tvare ktoryacute vo
všeobecnosti maacute tvar
νAA + νBB + νDD + = 0 ν - stechiometrickyacute koeficient pri vyacutechodickovyacutech laacutetkach majuacute (-) hodnotu
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
LAacuteTKA ndash SUacuteSTAVA
Jednou z foriem existencie hmoty je laacutetka Laacutetka sa skladaacute z častiacutec ktoreacute majuacute určituacute pokojovuacute hmotnosť alebo inak za laacutetku považujeme suacutebor elementaacuternych častiacutec (elektroacutenov protoacutenov neutroacutenov a i) zoskupenia atoacutemov molekuacutel a ioacutenov koloidneacute častice a rocirczne makroskopickeacute uacutetvary v rozličnyacutech skupenskyacutech stavoch
Množstvo laacutetky priestorovo ohraničeneacute vyznačujuacutece sa určityacutem geometrickyacutem tvarom je teleso
Suacutestava (systeacutem) je časť priestoru oddelenaacute od okolia skutočnyacutem alebo myslenyacutem rozhraniacutem V suacutestave mocircže byť laacutetka alebo zmes chemickyacutech laacutetok ktoreacute predstavujuacute jej zložky Suacutestava je definovanaacute tyacutem že udaacuteme čo do nej patriacute Suacutestavy mocircžu byť homogeacutenne alebo heterogeacutenne
Faacuteza je homogeacutenna časť heterogeacutennej suacutestavy od inej časti fyzikaacutelne oddelenaacute a ohraničenaacute rozhraniacutem
Chemicky čistaacute laacutetka alebo chemickeacute indiviacuteduum je chemickaacute laacutetka určityacutech fyzikaacutelnych a chemickyacutech vlastnostiacute ktoreacute sa nemenia a jeho zloženie je vyjadreneacute chemickyacutem vzorcom
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteKON UacuteČINKU HMOTNOSTI (GULDBERG-WAAGOV ZAacuteKON) zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
homogeacutenna reakcia v plynnej faacuteze alebo v roztoku
A + B rarr C Ak maacute taacuteto reakcia prebiehať je nevyhnutneacute aby sa častice laacutetok A a B stretli Ryacutechlosť
priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C bude prirodzene tyacutem vyššia čiacutem tieto stretnutia bude častejšie (aktiacutevna zražka) Ak zvyacutešime n-kraacutet koncentraacuteciu laacutetky A (alebo B) pri nezmenenej koncentraacutecii laacutetky B (alebo A) zvyacutešime n-kraacutet aj pravdepodobnosť stretnutia častiacutec A a B a ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C sa n-kraacutet zvyacuteši Ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie C je priamo uacutemernaacute suacutečinu koncentraacutecie reagujuacutecich laacutetok
rc = k[A][B] k - koeficient uacutemernosti je veličina pri danej teplote staacutela a označuje sa ako ryacutechlostnaacute
konštanta Jej hodnota udaacuteva ryacutechlosť priacuterastku koncentraacutecie laacutetky C pri jednotkovej koncentraacutecii vyacutechodiskovyacutech laacutetok
[B] - koncentraacutecie priacuteslušnyacutech laacutetok v danom okamihu
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Uvažujme o vratnej reakcii ktoraacute prebieha v roztoku medzi vyacutechodiskovyacutemi laacutetkami A a B za vzniku reakčnyacutech produktov C a D
A + B C + D Protismerneacute šiacutepky vyjadrujuacute že reakcia prebieha suacutečasne obidvoma smermi Podľa zaacutekona uacutečinku
hmotnosti platiacute pre ryacutechlosť r+1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky A a B
r+1 = k+1[A][B] a pre ryacutechlosť r-1 ktorou navzaacutejom reagujuacute laacutetky C a D
r-1 = k-1[C][D] Koncentraacutecia jednotlivyacutech laacutetok sa v priebehu reakcie plynulo meniacute rarr musia sa meniť aj ryacutechlosti r+1 a
r-1 Koncentraacutecia vyacutechodiskovyacutech laacutetok A a B sa postupne zmenšuje preto sa ryacutechlosť r+1 znižuje Koncentraacutecia reakčnyacutech produktov C a D sa zvaumlčšuje takže ryacutechlosť r-1 sa zvyšuje Ak sa ryacutechlosti obidvoch protichodnyacutech reakciiacute vyrovnajuacute ustaacuteli sa chemickaacute rovnovaacuteha pri ktorej za časovuacute jednotku vznikne takeacute množstvo reakčnyacutech produktov C a D akeacute sa opaumltovne rozložiacute na vyacutechodiskoveacute laacutetky A a B Z rovnovaacutežnej podmienky r+1 = r-1 vyplyacuteva pre koncentraacutecie všetkyacutech reakčnyacutech zložiek za rovnovaacutežneho stavu vzťah
k+1[A][B] = k-1[C][D] ktoryacute sa mocircže piacutesať v tvare
Taacuteto rovnica vyjadruje že pomer suacutečinu rovnovaacutežnych koncentraacuteciiacute reakčnyacutech produktov a suacutečinu koncentraacuteciiacute vyacutechodiskovyacutech laacutetok maacute za danej teploty konštantnuacute hodnotu (Guldberg-Waagov zaacutekon) Kc - definovanaacute rovnovaacutežnymi koncentraacuteciami a nazyacuteva sa rovnovaacutežna konštanta Jej hodnota pre danuacute chemickuacute reakciu zaacutevisiacute iba od teploty pri ktorej reakcia prebieha
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteVISLOSŤ RYacuteCHLOSTI REAKCIE OD TEPLOTY Mimoriadne docircležityacutem činiteľom ktoryacute ovplyvňuje ryacutechlosť chemickyacutech reakciiacute je teplota Vzrast ryacutechlosti reakcie so
zvyšovaniacutem teploty je spocircsobenyacute vzrastom ryacutechlosti neusporiadaneacuteho pohybu molekuacutel a tyacutem aj pravdepodobnosť ich vzaacutejomnyacutech zraacutežok Avšak podľa kinetickej teoacuterie plynov je počet zraacutežok uacutemernyacute odmocnine z absoluacutetnej teploty kyacutem ryacutechlosť reakcie rastie s teplotou exponenciaacutelne teda oveľa ryacutechlejšie Tento zdanlivyacute nesuacutelad sa vysvetľuje tyacutem že molekuly mocircžu pri zraacutežke reagovať jedine vtedy ak majuacute určityacute minimaacutelny obsah energie ktoryacute sa nazyacuteva aktivačnaacute energia Ea
Vzťah medzi aktivačnou energiou a reakčnou ryacutechlosťou našiel v r 1899 Arrhenius definovaniacutem ryacutechlostnej konštanty k
k = A e- (Ea RT)
lnk = lnA - EaRT A R a Ea suacute konštanty ktoreacute nezaacutevisia od teploty
R - univerzaacutelna plynovaacute konštanta
Ea - experimentaacutelna aktivačnaacute energia
(nutnaacute energia ktoruacute musiacute mať časticamolekula
aby mohla za danyacutech podmienok vstuacutepiť do
reakcie) [kJmol]
T - absoluacutetna teplota
e - zaacuteklad prirodzeneacuteho logaritmu Arrhenius
lnk = f (1T) tgα = - ЕaR
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
HETEROGEacuteNNE PROCESY D rarr S rarr R rarr P Charakteristickou črtou postupnyacutech procesov je to že celkovaacute ryacutechlosť procesu je
determinovanaacute ryacutechlosťou najpomalšieho štaacutedia ndash limitujuacutece štaacutedium Ak chceme s intenziacutevniť naacuteslednosť postupnyacutech procesov je nevyhnutne zvyacutešiť ryacutechlosť ich limitujuacutecich štaacutediiacute
Prveacute štaacutedium heterogeacutenneho chemickeacuteho procesu (D) ndash Difuacutezia Difuacutezia ndash samovoľnyacute proces premiestnenia častiacutec z oblasti vyššej koncentraacutecie do oblasti s nižšou koncentraacuteciou na uacutekor ich chaotickeacuteho pohybu Otaacutezka ndash zodpovedaacute tento proces II počiatku termodynamiky
Druheacute štaacutedium heterogeacutenneho procesu (S) ndash proces sorpcie (pohltenia) Absorpcia ndash keď hranica rozdielu faacutez v systeacuteme je kvapalina Adsorpcia ndash na povrchu tuhej laacutetky
Tretie štaacutedium heterogeacutenneho procesu (R) je chemickaacute reakcia medzi absorbovanyacutemiadsorbovanyacutemi molekulami
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
RYacuteCHLOSŤ PROCESU DIFUacuteZIE JE DEFINOVANAacute PRVYacuteM ZAacuteKONOM FICKA
dn dt = -DS dC dx Fickov zaacutekon je empirickyacute zaacutekon ktoryacute vyjadruje skutočnosť že tok častiacutec cez povrch je priamo
uacutemernyacute koncentračneacutemu gradientu D - difuacutezny koeficient ([D]=m2s-1) je zaacutevislyacute len od teploty analogickyacute ako rovnica Arheniusa
pričom energia aktivaacutecii difuacutezie ED je menšia než energia aktivaacutecie chemickej reakcie EA
Difuacutezia v jednom smere J = -Dpartcpartx Difuacutezia v 3D priestore J = -Dgrad c Priacutebuzneacute zaacutekony Fourierov - tok tepla je uacutemernyacute gradientu teploty Ohmov - elektrickyacute pruacuted je uacutemernyacute rozdielu elektrickyacutech potenciaacutelov Všetky tri zaacutekony suacute empirickeacute a vyjadrujuacute skutočnosť že tok častiacutec (tepla pruacutedu) je lineaacuterne zaacutevislyacute od hnacej sily (z angl driving force) ktoraacute ho vyvolaacuteva
J = Lf f - hnacia sila L-koeficient uacutemernosti
Adolf Fick
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteKON ZACHOVANIA HMOTNOSTI Experimenty dokaacutezali že hmotnosť uzavretej (izolovanej)
suacutestavy je konštantnaacute a nezaacutevisiacute od zmien ktoreacute v tejto suacutestave prebiehajuacute
Celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v reaktantoch musiacute byť rovnakyacute ako celkovyacute počet atoacutemov jednotlivyacutech prvkov v produktoch
Je to jeden z najvyacuteznamnejšiacutech a najvšeobecnejšiacutech priacuterodnyacutech zaacutekonov Pocircvodne ho nezaacutevisle od seba formulovali Lomonosov a Lavoisier ako zaacutekon zachovania vaacutehy laacutetok v chemickyacutech reakciaacutech
Chemickou reakciou hmota nezanikaacute ani nevznikaacute iba meniacute svoju formu
Zaacutekon zachovania hmotnosti sum m = konšt
Michail V Lomonosov
Antoine L Lavoisier
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteKON STAacuteLYCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov bol objavenyacute v roku 1799 - francuacutezsky chemik Joseph Louis Proust
Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov hovoriacute
K tomuto zaacuteveru J L Proust dospel na zaacuteklade synteacutez a analyacutez množstva chemickyacutech zluacutečeniacuten Nezaacutevisle od J L Prousta ho v roku 1803 sformuloval a vysvetlil aj Angličan J Dalton
Zloženie chemickej zluacutečeniny je vždy rovnakeacute a nezaacutevisiacute od spocircsobu priacutepravy danej zluacutečeniny
Joseph L Proust
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ZAacuteKON NAacuteSOBNYacuteCH ZLUČOVACIacuteCH POMEROV V roku 1803 J Dalton vyjadril zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
Zistil že prvky sa mocircžu zlučovať v jednom dvoch alebo viaceryacutech pomeroch svojich hmotnostiacute
Priacuteklad oxidy dusiacuteka N2O ndash oxid dusnyacute N O = 1 0571 NO ndash oxid dusnatyacute N O = 1 1142 pomer 0571 1142 = 1 2 N2O3 ndash oxid dusityacute N O = 1 1713 pomer 0571 1713 = 1 3 Na jednotkovuacute hmotnosť dusiacuteka N v jednotlivyacutech oxidoch pripadaacute určityacute počet jednotiek hmotnosti kysliacuteka O
Ak dva prvky tvoria navzaacutejom niekoľko zluacutečeniacuten hmotnosti jedneacuteho prvku pripadajuacutece v nich na jednu a tuacute istuacute hmotnosť druheacuteho prvku suacute v pomere malyacutech celyacutech čiacutesiel
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
TERMODYNAMIKA V BIOLOGICKYacuteCH SYSTEacuteMOCH ndash REFERENČNEacute BODY
A Einstein bdquoKlasickaacute termodynamika je jedinaacute univerzaacutelna fyzikaacutelna teoacuteria v ktorej aplikovateľnosť jej zaacutekladnyacutech konceptov nebude nikdy narušenaacuteldquo
AS Eddington bdquoAk Vaša teoacuteria nie je v suacutelade s druhyacutem termodynamickyacutem zaacutekonom tak tuacuteto teoacuteriu nečakaacute nič ineacute len hlbokyacute neuacutespechldquo
MV Volkenstein bdquoFyzikaacutelne uvažovanie o ľubovoľnom systeacuteme vraacutetane biologickeacuteho začiacutena jeho fenomenologickyacutem termodynamickyacutem popisomldquo
Termodynamika študuje transformaacuteciu energie v makroskopickyacutech systeacutemoch a suacutečasne neposkytuje žiadne informaacutecie o mikroskopickom stave hmoty ani o ryacutechlosti procesov v systeacuteme
Termodynamickyacute popis systeacutemu je založenyacute na niekoľkyacutech relatiacutevne jednoduchyacutech zaacutekonoch
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
TERMODYNAMICKYacute SYSTEacuteM ndash BUNKA ndash ORGAacuteN ndash ORGANIZMUS Pod termodynamickyacutem systeacutemom rozumieme časť vesmiacuteru ktoryacute je ohraničenyacute
nejakou hranicou a je charakterizovanyacute určityacutemi termodynamickyacutemi vlastnosťami ktoreacute sa nazyacutevajuacute stavoveacute veličiny
Bunka ndash orgaacuten ndash organizmus predstavujuacute hranice systeacutemu cez ktoruacute sa mocircže vymieňať laacutetka a energie vo forme tepla a praacutece Biologickeacute systeacutemy suacute otvoreneacute termodynamickeacute systeacutemy ktoreacute vymieňajuacute s okoliacutem laacutetku aj energiu
Homeostaacuteza ndash stav termodynamickej rovnovaacutehy Biologickyacute systeacutem sa nachaacutedza v ustaacutelenom stave (angl steady state) - homeostaze
ak hodnoty termodynamickyacutech parametrov sa nemenia ale existuje tam tok laacutetky a energie medzi systeacutemom a okoliacutem (zdravyacute organizmus)
Tlak Objem Teplota Energia Laacutetkoveacute množstvo
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
TERMODYNAMICKEacute ZAacuteKONY
Tzv nultyacute zaacutekon termodynamiky (zaacutekon tepelnej rovnovaacutehy)
Ak objekt A je v tepelnej rovnovaacutehe s objektom B a objekt B sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom C tak potom aj objekt C sa nachaacutedza v tepelnej rovnovaacutehe s objektom A
Inyacutemi slovami ak termodynamickeacute systeacutemy suacute vo fyzikaacutelnom kontakte tak v rovnovaacutežnom stave je teplota tyacutechto systeacutemov rovnakaacute
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
I TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ZACHOVANIA ENERGIE) Energia sa mocircže zmeniť z jednej formy na inuacute ale nemocircže samovoľne
vznikať ani zanikať (tento zaacutekon je empirickyacute) I termodynamickyacute zaacutekon daacuteva do suacutevisu teplo (Q) praacutecu (W) a vnuacutetornuacute
energiu (E) systeacutemu
∆ E = Q + W
alebo
d E = dQ + dW Teplo (Q) a praacuteca (W) - formy energie prostredniacutectvom ktoryacutech systeacutem
meniacute svoju vnuacutetornuacute energiu Teplo ndash neusporiadanaacute forma energie Praacuteca ndash usporiadanaacute forma energie (mechanickaacute chemickaacute elektrickaacute)
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ENTALPIA Entalpia je stavovaacute funkcia determinujuacuteca teplo ktoreacute sa uvoľniacute resp absorbuje počas
reakcie pri konštantnom tlaku pričom nezaacutevisiacute od konkreacutetneho priebehu reakcie ale len od počiatočneacuteho a konečneacuteho stavu (Hessov zaacutekon)
p = konšt Qp = ∆ H entalpia H = E + pV
Zmeny entalpie A rarr B rArr ∆HAB = HB - HA A rarr B rarr C rArr ∆H = HC - HA = (HC - HB) + (HB - HA) = ∆HAB + HBC ΔH gt 0 - endotermickyacute proces ΔH lt 0 - exotermickyacute proces Štandardnaacute entalpia molekuacutel H0 Entalpia 1 molu molekuacutel pri štandardnyacutech podmienkach (
t=25deg C p=100 kPa) Tieto hodnoty suacute uvedeneacute v tabuľkaacutech Využitie tyacutechto hodnocirct pri určovaniacute zmien entalpie v chemickyacutech reakciaacutech
Reakčneacute teplo (∆HdegR298) sa rovnaacute suacutečtu zlučovaciacutech tepiel produktov (Σνi ∆Hdegzl298PROD) zmenšeneacutemu o suacutečet zlučovaciacutech tepiel reaktantov
(Σνi ∆Hdegzl298REAKT)
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ENTALPIA ΔH lt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH lt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = -Δ H
ΔH gt 0
HP ndash entalpia produktov
HR ndash entalpia reaktantov
ΔH = HP ndash HR
ΔH gt 0
pre reakčneacute teplo platiacute Q = Δ H
Termochemickeacute zaacutekony
Prvyacute termochemickyacute zaacutekon objavili v roku 1780 Lavoiser a Laplace
Hodnota reakčneacuteho tepla priamej a spaumltnej reakcie je rovnakaacute a liacuteši sa len znamienkom
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
II TERMODYNAMICKYacute ZAacuteKON (ZAacuteKON ENTROPIE RESP ZAacuteKON SPONTAacuteNNOSTI PROCESOV)
Nie je možneacute zostrojiť permanentne pracujuacuteci cyklickyacute stroj ktoryacute by prijateacute množstvo tepla z okolia uacuteplne premenil na praacutecu alebo teplo nemocircže samovoľne prechaacutedzať z telesa chladnejšieho na teleso teplejšie
Entropia je termodynamickaacute stavovaacute funkcia ktoraacute dosahuje maximum v rovnovaacutežnom stave izolovaneacuteho systeacutemu Vyjadruje stupeň neusporiadanosti daneacuteho systeacutemu
vratneacute procesy dS = dQT resp ∆S = QT nevratneacute procesy dS gt dQT resp ∆S gt QT
Pre spontaacutenne procesy platiacute ∆ Ssysteacutem + ∆ Sokolie = ∆ Svesmiacuter gt 0 Clausiusova nerovnosť ∆ Ssysteacutem ge Q T Teplotnaacute zaacutevislosť entropie v priacutepade ak cp nie je funkciou teploty
S(T2) = S(T1) + cpln(T2T1) rArr Entropia a procesy v biologickyacutech systeacutemoch Nevratnosť biologickyacutech procesov je docircsledkom II termodynamickeacuteho zaacutekona nakoľko
biologickeacute organizmy suacute otvoreneacute systeacutemy v ktoryacutech sa mocircžu pri spontaacutennych procesoch vytvaacuterať usporiadaneacute štruktuacutery Zvyacutešenie usporiadanosti v živyacutech systeacutemoch je kompenzovaneacute zvyacutešeniacutem entropie okolia biologickeacuteho systeacutemu
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
GIBBSOVA VOĽNAacute ENERGIA Termodynamickaacute stavovaacute funkcia umožňujuacuteca predpovedať smer fyzikaacutelno-chemickyacutech procesov pri konštantnom tlaku a teplote sa nazyacuteva Gibbsova voľnaacute energia (G)
G = H minus TS (dG)Tp le 0 ndash pri spontaacutennych procesoch
ΔG lt 0 ndash exergonickeacute procesy ΔG gt 0 ndash endergonickeacute procesy ΔG predstavuje maximaacutelne množstvo neexpanziacutevnej praacutece ktoraacute mocircže byť systeacutemom
vykonanaacute pri konštantnom tlaku a teplote pri prechode systeacutemu z nerovnovaacutežneho do rovnovaacutežneho stavu
A + B harr C + D ΔG lt 0 Pre každyacute spontaacutenny proces pri konštantnom tlaku a teplote je ΔGlt0
Hodnota ΔG určuje veľkosť bdquohnacejldquo sily nejakeacuteho procesu avšak neposkytuje žiadne informaacutecie o ryacutechlosti tohto procesu
Vlastnosti Gibbsovej energie dG = dH ndash TdS ndash SdT dH = dE + pdV + Vdp
J Willard Gibbs
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ROVNOVAacuteŽNA KONŠTANTA CHEMICKEJ REAKCIE
aA +bB harr cC + dD
∆G = ∆G0 + RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) [A] [B] ndash koncentraacutecie molekuacutel A a B
V rovnovaacutežnom stave ΔG = 0 rArr
∆G0 = -RTln([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) = -RTlnKeq
Keq = ([ C]ceq[D]d
eq [ A]aeq[ B]b
eq) - rovnovaacutežna konštanta reakcie procesu
ΔG0 - zmena štandardnej Gibbsovej energie
Vplyv teploty na Keq
lnKeq = - ∆G0RT = - (∆H0R)(1T) + ∆S0R
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
bdquoŽIVEacute = NEŽIVEacute + INFORMAacuteCIAldquo
Generaacutecie fyzikov ktoriacute sa zaoberali biologickyacutemi javmi v docircsledku kvantovej mechaniky konštatovali že k pochopeniu života je nielen potrebneacute pochopiť tok energie (ako v neživyacutech systeacutemoch) ale aj tok informaacuteciiacute
Takmer všetky učebnice štatistickej mechaniky uvaacutedzajuacute že entropia plynu je mierou nedostatku informaacuteciiacute o mikroskopickom stave molekuacutel avšak často je toto spojenie ponechaneacute trochu vaacutegne alebo kvalitatiacutevne
V roku 1948 Shannon potvrdil teoreacutemu ktoraacute robiacute prepojenie presnyacutem Entropia je unikaacutetna miera dostupnyacutech informaacuteciiacute existujuacuteca v suacutelade s istyacutemi jednoduchyacutemi a vierohodnyacutemi požiadavkami Entropia ďalej tiež odpovedaacute na praktickeacute otaacutezky a to akyacute veľkyacute priestor musiacuteme použiť na napiacutesanie opisu signaacutelov alebo stavov ktoreacute pozorujeme
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA Keď sa snažiacuteme pochopiť pojem informaacutecia musiacuteme spomenuacuteť aj pojem entropia
Claude Shannon (1948) prvyacutekraacutet spojil chaacutepanie pojmov entropia a informaacutecia
Shannon použil entropiu ako mieru pozitiacutevnej informaacutecie v procesoch prenosu signaacutelov Pod pojmom informaacutecia Shannon chaacutepal potrebneacute signaacutely ktoreacute suacute vhodneacute pre prijiacutemateľa Nepotrebnyacute signaacutel predstavoval šum a rušenie
Keď signaacutel na vyacutestupe kanaacutela spojenia je presnou koacutepiou signaacutelu na vstupe to z pohľadu teoacuterie informaacuteciiacute znamenaacute nepriacutetomnosť entropie Nepriacutetomnosť šumu znamenaacute maximum informaacutecie Previazanosť entropie a informaacuteciiacute je vyjadrenaacute v rovnici
H + Y = 1
H ndash entropia Y ndash informaacutecia
Tento kvantitatiacutevny zaacutever predložil Brillyen
Shannon pre vyacutepočet entropie predložil rovnicu H = sumPi log2 1Pi = -sumPi log2 Pi
ktoraacute priacutepomiacutena klasickyacute vyacuteraz entropie navrhnutej Bolzmanom
Shannon
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
ENTROPIA A INFORMAacuteCIA
Pokuacutesime sa objasniť akyacute vzťah je medzi entropiou Shannona a termodynamicky chaacutepanou entropiou podľa Clausiusa a Boltzmanna
Clausius 1865 entropiu chaacutepal ako funkciu termodynamickeacuteho stavu systeacutemy
S = QT (Q ndash teplo T - teplota) Klasiky nespaacutejali entropiu s informaacuteciou
Boltzman 1872 metodami štatistickej fyziky odvodil teoretickyacute vyacuteraz pre entropiu S = K lnΩ
Ω ndash termodynamickaacute pravdepodobnosť K - konštanta
Boltzmann
Gibbs
Shannon
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
BOLTZMANN ndash GIBBS - SHANNON
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Biologicko-anatomickeacute predpoklady
kvantifikaacutecia chemickyacutech
procesov
Termo- dynamickyacute
popis
Vyacutestup informaacuteciiacute
AMP neinvaziacutevny analyzaacutetor
MATERIAacuteLOVO ndash ENERGETICKAacute ndash INFORMAČNAacute BILANCIA
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-
Že jde v přiacutepadě AMP analyzaacutetoru o nesmysl pochopiacute snad každyacute kdo chodil do zaacutekladniacute školy
Prof MUDr Jiřiacute Heřt DrSc
Zaacutekladnaacute škola na to v žiadnom priacutepade stačiť nebude Ing Peter Jusko
bdquoУчиться Учиться Учитьсяldquo Učiť sa učiť sa učiť sa
Vladimiacuter Iľjič Lenin
- NEINVAZIacuteVNY ANALYZAacuteTOR KRVI AMP
- Teoacuteria (hypoteacuteza) ndash matematika ndash štatistika
- Metodoloacutegia - Metodika - Metoacuteda
- Karl Raimund Popper (1902-1994)
- Priama a nepriama metoacuteda v mediciacuteneMeranie tlaku
- Priama a nepriama metoacuteda merania viskozity a hematokrytu krvi
- Biochemickaacute analyacuteza krvi ndash bdquosuacutečasnyacute zlatyacute štandardldquo
- Neinvaziacutevna analyacuteza krvi
- Metoacuteda Dr AKAD A Malychina
- PrincIacutep metOacutedY
- PODMIENKY NA MERANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 12
- Zloženie vzduchu v ProSTREDIacute
- Senzor na meranie teploty
- SLEDOVANIE DYNAMIKY PARAMETROV
- Ukaacutežka vyacutesledkov AMP
- SpochybŇOVANIE
- Sniacutemka čiacuteslo 18
- REFERENČNeacute bdquobioaktIacutevnE bodyldquo
- Bifurkaacutecie pravej a ľavej krčnej tepny
- Karotiacutedne teliesko
- Chemoreceptor karoTIacuteDne teliesko
- NeuraacuteLNA REGULAacuteCIA dyacutechania
- REGULAacuteCIA HOMEOSTAacuteZY PROSTREDNIacuteCTVOM KAROTIacuteDNEHO TELIESKA
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoh2sldquo
- plYNNYacute MESSENGER bdquoCOldquo
- PLYNNYacute MESSENGER bdquoNOldquo
- NO CO H2S ndash plynnEacute MESSENGERY ndash akuacutetna regulaacutecia o2 - karOTIacuteDNE TELIESKO
- Sniacutemka čiacuteslo 29
- O2 verzus tb
- ParaUmbilikum
- DREŇ NADOBLIČIEK
- SCHEacuteMA METABOLIZMU TYROZIacuteNU
- RegulAacuteCIA SRDCOVEacuteHO PULZU
- ZAacuteKony použiteacute pri vyacutepočte CHEMICkYacuteCH a Fyziologickyacutech parametrov krvi a jednotlivyacutecH orgaacutenov
- RYacuteCHLOSŤ PRIacuteRASTKU KONCENTRAacuteCIE LAacuteTKY
- Laacutetka ndash suacutestava
- Zaacutekon uacutečinku hmotnosti (Guldberg-Waagov zaacutekon)
- Sniacutemka čiacuteslo 39
- Zaacutevislosť ryacutechlosti reakcie od teploty
- Heterogeacutenne procesy
- Ryacutechlosť procesu difuacutezie je definovanaacute prvyacutem zaacutekonom Ficka
- Zaacutekon zachovania hmotnosti
- Zaacutekon staacutelych zlučovaciacutech pomerov
- Zaacutekon naacutesobnyacutech zlučovaciacutech pomerov
- Termodynamika v biologickyacutech systeacutemoch ndash referenčneacute body
- Termodynamickyacute systeacutem ndash bunka ndash orgaacuten ndash organizmus
- Termodynamickeacute zaacutekony
- I termodynamickyacute zaacutekon (zaacutekon zachovania energie)
- Entalpia
- entalpia
- II Termodynamickyacute zaacutekon(zaacutekon entropie resp zaacutekon spontaacutennosti procesov)
- Gibbsova voľnaacute energia
- Rovnovaacutežna konštanta chemickej reakcie
- bdquoŽiveacute = neživeacute + informaacutecialdquo
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- ENTROPIA a INFORMAacuteCIA
- Boltzmann ndash Gibbs - SHANNON
- Materiaacutelovo ndash energetickaacute ndash iNformačnaacute bilancia
- Sniacutemka čiacuteslo 60
-