Нулевое (общее) начало термодинамики

Царство: Animalia

подцарство Protozoa

тип Apicomplexa

класс Sporozoea

подкласс Coccidia

отряду Eucoccidiida

подотряду Haemosporina

роду Plasmodium.

Маляри́я — группа трансмиссивных инфекционных заболеваний, передаваемых человеку при укусах комаров рода Anopheles («малярийных комаров») и сопровождающихся лихорадкой, ознобами,спленомегалией (увеличением размеров селезёнки), гепатомегалией (увеличением размеров печени), анемией. Характеризуется хроническим рецидивирующим течением.

Исторические сведения. Малярия — одна из древнейших болезней человека, нашедшая отражение в многочисленных письменных памятниках многих народов.С V в. до н.э. болезнь, по мнению R. Ross, получила широкое распространение в Древней Греции. Из группы лихорадочных болезней малярия была выделена Hippocrates (ок. 460 — 377 гг. до н.э.), кото­рый первым описал в медицинской литературе («Epidemics», «Nature of Man», «Aphorism») харак­терные трехдневные и четырехдневные лихорадочные приступы и связал их с «сырым климатом» и «нездоровой водой» («кто пьет застойную болотную воду, у того увеличивается селезенка»). Первые детальные описания малярии как самостоятельного заболевания принадлежат женев­скому врачу R. Morton («Pyretologiae opera medica»,1696) и итальянцу Francesco Torti (1712), которые при этом отметили положительный эффект от использования для лечения больных «пе­руанской коры». Импульсом к более глубокому изучению малярии стали работы выдающегося английского врача Thomas Sydenham (1624-1689), который подробно описал приступы малярии и отметил особую тяжесть приступов болезни, идентифицируемых как тропическая малярия. Наличие возбудителя малярии было установлено Н. Meckel (1847), обнаружившим «маля­рийный пигмент». Возбудитель малярии (Oscillaria malariae, в последствии —P. falciparum) впер­вые был описан в г. Константине (Алжир) в 1880 г. в ходе исследований «малярийного пигмента» Французским военным врачом, Нобелевским лауреатом за 1909 г., Charles Louis Alphonse Laveran ^и позднее, в 1885 г., был отнесен Е. Marchiafava и A. Celli к роду Plasmodium, а И.И. Мечниковым ^в 1887 г. — к типу простейших (Protozoa). В 1891 г. Д.Л. Романовским был разработан метод окраски плазмодиев, используемый до настоящего времени.

Этиология. У человека в естественных условиях малярию вызывают 4 вида плазмодиев: P. vivax (или трехдневнои малярии; P. malariae возбудитель четырехдневной маля­рии; P. falciparum возбудитель тропической, или P. falciparum- малярии; P. ovale — возбудитель P. ova/e-малярии (типа трехдневной), отличаю­щиеся по ряду экологических и биоморфологических параметров.При окраске по Романовскому— Giemsa у малярийных паразитов дифференцируют харак­терные для каждого вида ядро рубиново-красного цвета, цитоплазму голубого цвета, вакуоль и на некоторых стадиях развития — продукт паразитарного метаболизма гемоглобина - пигмент естественного золотисто-бурого цвета, что наряду с изменениями морфологии пораженных эрит­роцитов используется для идентификации возбудителей.

Жизненный цикл возбудителей малярии человека осуществляется со сменой двух хозяев - половое развитие (спорогония) протекает в организме окончательного хозяина — самки комара рода Anopheles, бесполое развитие (шизогония) — в организме промежуточного хозяина — человека.

Спорогония. Проникшие в желудок комара с кровью человека мужские и женские поло­вые стадии плазмодиев (микро- и макрогаметоциты) превращаются в зрелые микро- и макрога­меты, которые после оплодотворения проходят ряд последовательных этапов развития (от зиго­ты до спороцисты) с образованием нескольких тысяч (до 10 ООО) инвазионных форм — спорозоитов, накапливающихся в слюнных железах насекомого. Продолжительность спорогонии определяется видом плазмодиев и температурой окружающего воздуха. При оптимальной температуре воздуха (25 °С) спорогония продолжается 10 дней у P. vivax, 12 дней у P. falciparum и 16 дней у P. malariae и Р ovale. При температуре воздуха ниже 16 °С спорозоиты не развиваются. Дальнейшее развитие спорозоиты получают в организме позвоночного хозяина, в который они проникают при кровососании самок комаров Anopheles.

Шизогония. В организме человека малярийные паразиты последовательно проходят фазы тканевой (экзоэритроцитарной) и эритроцитарной шизогонии.Тканевая шизогония протекает в гепатоцитах, в которые спорозоиты проникают из крови. В гепатоцитах спорозоиты последовательно трансформируются в трофозоиты и шизонты, в результате деления последних образуются десятки тысяч (до 50 ООО у P. falciparum) тканевых мерозоитов. Эти мерозоиты способны к дальнейшему развитию лишь в эритроцитах. Минимальная продолжительность экзоэритроцитарной шизогонии составляет 6 сут для P. falciparum, 8 сут для P. vivax, 9 сут для P. ovale и 15 сут для P. malariae. Эритроцитарная шизогония происходит циклически в эритроцитах различного возраста (Р. vivax в незрелых и молодых эритроцитах, P. malariae — в старых, а P. falciparum — в эритро­цитах любого возраста). В них бесполые стадии паразитов развиваются (в течение 48 ч —P. vivax и P. falciparum, 50 ч —P. ovale и 72 ч — ■ malariae) от стадии юного (кольцевидного, или ring-form) трофозоита до стадии зрелого шизонта с образованием после его деления эритроцитарных мерозоитов (от 6-8 у P. malariae до 32- У Р falciparum). Новое поколение эритроцитарных мерозоитов, взаимодействуя с комплемен­тарными клеточными рецепторами, инвазируют новые эритроциты, где проходят очередной цикл. Часть мерозоитов после проникновения в эритроциты трансформируется в них в незрелые половые стадии — микро- (мужские) и макро-(женские) гаметоциты (гаметоцитогония). При микроскопии крови больных P. vivax-,P. ovale- и четырехдневной маляри­ей зрелые гаметоциты обнаруживаются уже в первые дни болезни и исчезают вскоре после пре­кращения эритроцитарной шизогонии. Напротив, гаметоциты P. falciparum созревают в течение 10-12 дней и сохраняются в периферической крови в течение 4-8 нед. после исчезновения беспо­лых эритроцитарных стадий паразита.

Эпидемиология. В естественных условиях малярия — антропонозная, обычно трансмиссив­ная инвазия. В этих случаях источником возбудителей являются люди, в крови которых циркулиру­ют гаметоциты — больные манифестными и субклиническими формами малярии, паразитоносители, в том числе гаметоцитоносители P. falciparum. Ведущий естественный механизм заражения малярией — кровяной трансмиссивный, реали­зуемый путем инокуляции спорозоитов (спорозоитная инвазия) со слюной в процессе кровососания инфицированных самок комаров родь Anopheles. (семейство Culicidae, отряд Diptera, класс Incecta), в организме которых закончилась спорогония. Местом размножения комаров этого рода являют­ся мелкие, малопроточные и хорошо прогреваемые водоемы.Развитие комаров проходит фазы яйца, личинки, куколки и имаго (зрелая окрыленная форма) и в зависимо­сти от температуры окружающей среды продолжается от 2 до 5 нед и более. Продолжительность периода передачи плазмодиев комарами («сезон передачи») составляет 1-2 мес в зонах умеренного климата, увеличивается до 5-6 мес в субтропической зоне, а в тропических районах передача плазмодиев может быть круглогодичной (за исключением периодов ливней).Коренные жители Западной Африки (и их потомки в разных странах, в частности афроаме­риканцы) не чувствительны к заражению P. vivax ввиду генетически обусловленного отсутствия на мембране их эритроцитов протеинов системы Duffy, выполняющих роль рецепторов для плазмодиев данного вида. Под влиянием комплекса географических, климатических и социально-экономических фак­торов в различных регионах мира сформировались очаги малярии с устойчивым уровнем интен­сивности передачи малярийных паразитов и характерным уровнем пораженности и иммунологи­ческим статусом населения — эндемичные очаги.

Патогенез и патологоанатомическая картина. Малярия — острая циклическая инвазия, протекающая со сменой определенных фаз и периодов. Развитие инвазионно­го процесса различается в зависимости от способа заражения.В случаях спорозоитной инвазии (заражение при кровососании комара) инокуляция спорозоитов и тканевая шизогония не вызывают заметных патологических реакций, не сопровождаются клиническими признаками болезни и соответствуют инкубационному периоду. При шизонтной инвазии тканевая шизогония отсутствует, инвазионный процесс начинается с эритро­цитарной шизогонии.В зависимости от степени выраженности токсического синдрома и органных рас­стройств, а также с учетом интенсивности паразитемии различают легкую, средней тяжести и тяжелую формы малярии, последние протекают с разнообразными осложнениями. Различают:

Инкубационный период (в случае спорозоитной инвазии) составляет при р. faJciparurn-малярт 7-16 дней; при P. v/vat-малярии — от 10-21 дня (короткая инку­бация) до 8-14 мес (длительная инкубация); при Р ovale-малярш — 11-16 дней и при четырехдневной малярии — 25-42 дня и более.

Период первичных п р о я в л е н и й без рационального лечения продолжает­ся около 2 мес. Характерный комплекс симптомов малярии включает пароксизмальную лихорадку, развивающуюся со сменой фаз «озноба», «жара» и «пота», другие проявле­ния токсическою синдрома, увеличение печени и селезенки, анемию. В большинстве случаев болезнь развивается остро. Вначале пароксизма лихорадки больные отмечают озноб, нередко сильный, продолжительностью от 1/2 до 2-3 ч, при этом наблюдается бледность кожи и слизистых оболочек. В последующие часы отмечается быстрое повышение температуры тела (до 40 °С и более); больные ощущают сильный жар, головную боль, распространенные миалгии, нередко возника­ют тошнота и рвота, головокружение. При тяжелом течении болезни на фоне лихорадки могут возникать судороги, помрачение сознания, бред. После 2-3 приступов у большей части больных удается выявить, увеличение размеров печени и селезенки, при этом пальпация органов чув­ствительна или болезненна, их консистенция эластичная. В этот же период удается отме­тить бледность кожи и слизистых оболочек.

Наряду с общими закономерностями в течении отдельных видов малярии наблюда­ются существенные различия.

P.falcipamm -малярия характеризуется наиболее тяжелым течением, она определя­ет легальность исходов от малярии является потенциаль­но злокачественным заболеванием. С первых дней болезни на фоне лихорадки больные отмечают сильную головную боль, голо­вокружение, разлитые миалгии (боль в области мышц, возникающая в результате гипертонуса мышечных клеток) и артралгии (боли в суставах), резкую слабость. Характерным признаком болезни – это учащение стула, при этом, в отличие от острых кишечных инфекций, каловые массы обычно не имеют патологических примесей. У ряда больных в начальный период болезни наблю­даются кашель, признаки бронхоспазма. Увеличение печени и селезенки выявляется позднее, чем при других видах инфек­ции, — на 7-10-й день болезни, что затрудняет раннюю диагностику. Анемия развива­ется рано и быстро прогрессирует, сопровождаясь желтушностью южных покровов.

Р. vivox -малярия (трехдневная малярия) относится к доброкачественным видам малярийной инвазии и в большинстве случаев не сопровождается тяжелыми осложне­ниями. Инкубационный период продолжается от 10-21 дня до 6-14 мес. Заболевание начинается остро, нередко внезапно, с познабливания или сильного озноба, быстрого повышения температуры тела, достига­ющей в течение 1-2 ч 39-40 °С, и сопровождается головной болью, иногда головокру­жением, миалгиями. Спустя 5-7 дней более выраженными становятся фазы «озноба», «жара» и «пота», при этом общая продолжи­тельность приступов составляет 6-12. ч.

Р. ovale -малярия по многим клинико-патогенетическим признакам сходна с P. vivax - малярией. Инкубационный период продолжается 11-16 дней. Заболевание обычно про­текает доброкачественно. Приступы лихорадки возникают преимущественно во второй половине дня. Общая продолжительность болезни составляет 2-4 года (в отдельных случаях до 8 лет). Продолжительность инвазионного процесса при четырехдневной малярии составля­ет 2-4 года, однако в ряде случаев он может достигать нескольких десятков лет, в связи с чем подобные лица становятся источниками шизонтной маля­рии.

Диагностика.

Решающее значение в диагностике болезни имеет обнаружение плазмодиев в препара­тах крови — толстой капле и мазке. Исследование крови на малярию проводят при первом подозрении на эту болезнь, независимо от температуры тела в момент забора крови. Для паразитологического исследования используют капиллярную кровь, взятую из паль­ца, или венозную кровь. Микроскопию препаратов крови, окрашенных по Романовскому Giemsa.

Лечение. Больным малярией проводят этиотропное и патогенетическое лечение.

Профилактика. Основными направлениями в профилактике малярии являются ме­роприятия по уменьшению численности комаров Anopheles, выявление и излечение инвазированных лиц.

Нулевое (общее) начало термодинамики

Ключевым понятием термодинамики является состояние термодинамического равновесия.

Термодинамическое равновесие – это стационарное состояние изолированной системы, в котором ее макроскопические параметры (давление p, объем V, температура T) сохраняют свои постоянные значения во времени и в занимаемом системой пространстве.

Самопроизвольный процесс перехода системы в состояние термодинамического равновесия называется релаксацией; время, затраченное на этот переход – временем релаксации.

Нулевое начало постулирует сам факт возможности установления термодинамического равновесия между разными телами при определенных условиях.

Если две системы А и В приведены в непосредственный контакт друг с другом и изолированы, то полная система А+В в конечном итоге переходит в состояние термодинамического равновесия; каждая из систем А и В в отдельности также будет находиться в состоянии термодинамического равновесия. Это равновесие не нарушится, если устранить контакт между системами, а затем через некоторое время восстановить его.

Список литературы

1. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – СПб.: Лань, 2001.

2. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

3. Кассандрова О.Н., Матвеев А.Н., Попов В.В. Методика решения задач по молекулярной физике./ Под общей ред. А.Н. Матвеева. - М.: Изд-во МГУ, 1982.

4. Кубо Риого. Термодинамика. Современный курс с задачами и решениями. – М.: Наука, 1970.

5. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. - М.: Высш. шк., 1987.

6. Общая физика. Молекулярная физика. Определение основных характеристик фазовых переходов 1-го рода при кипении воды: Метод. указания к лабораторной работе. –Красноярск, КрасГУ, 2000.

7. Орир Дж. Физика. Т.1. – М.: Мир, 1981.

8. Сборник задач по общему курсу физики. Термодинамика и молекулярная физика. /Под ред. Д.В. Сивухина. – М.: Наука, 1976.

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. – М.: Наука, 1979.

жидкости в термометре 0,2г, масса воды 1кг (C_ртути=120 Дж/кгК; С_воды=4190 Дж/кгК; С_спирта=2430 Дж/кгК).

0.3. Как известно, моделей вечных двигателей предлагалось великое множество. Можно ли назвать опыт Дарлинга примером возможного вечного движения?

Опыт заключается в следующем: в прозрачном стеклянном сосуде, наполненном водой, движется крупная капля (~1 см³) анилина; нижняя стенка сосуда имеет температуру значительно выше, чем температура верхней стенки. Опускаясь под своей тяжестью вниз, капля нагревается, в результате чего поднимается вверх, где начинает охлаждаться, после этого она опять опускается, и движение повторяется вновь и вновь.

1) Объясните «подъем» капли анилина. (при t=20ºС ρ_{анилина} =1,03 г/см³, ρ_воды = 1,00 г/см³)

2) Можно ли назвать данную систему вечным двигателем? Является ли она изолированной? Происходит ли в данной системе процесс установления теплового равновесия? Где именно?

Ответы

0.1. ;

0.2. 1) а. ;

б. ;

2) m₁=0,7г;

3) с помощью ртутного.

Задачи

6.1. Получить уравнение Клапейрона-Клаузиуса методом циклов.

6.2. Вывести уравнение Клапейрона-Клаузиуса методом термодинамического потенциала.

6.3. Ромбическая сера превращается в моноклинную при . При атмосферном давлении удельная теплота превращения . Скачок удельного объема серы при фазовом превращении . Найти смещение точки фазового перехода серы при изменении давления на .

6.4. Кусочек льда массы непрерывно нагревают при атмосферном давлении от температуры до , пока все вещество не перейдет в пар. Построить график зависимости энтропии воды от абсолютной температуры на всем вышеуказанном интервале температур.

6.5. При стремлении температуры фазового перехода «жидкость – пар» к критической температуре Т_к удельная теплота испарения (конденсации) стремится к нулю. Объяснить это свойство с помощью уравнения Клапейрона-Клаузиуса.

6.6. В закрытом сосуде с объемом находится 1 кг воды при температуре . Пространство над водой занято насыщенным водяным паром (воздух выкачан). Найти увеличение массы насыщенного пара при повышении температуры системы на . Удельная теплота парообразования . При расчетах пар считать идеальным газом. Удельным объемом воды пренебречь по сравнению с удельным объемом пара.

6.7 Найти зависимость давления насыщенного пара от температуры в следующих упрощающих предположениях: удельную теплоту парообразования q считать не зависящей от температуры; удельный объем жидкости пренебрежимо

системе, чтобы повысить ее температуру на 1 К. Тогда

(4)

где α – параметр, определяющий процесс;

υ – количество молей вещества;

– молярная теплоемкость;

C^μ/μ = с – удельная теплоемкость; m – масса тела.

Молярные теплоемкости C_p,C_v являются функциями состояния;

Cp- Cv= R – уравнение Майера (справедливо только для идеального газа)