Диссертация (1144795), страница 44
Текст из файла (страница 44)
По периферии капли образуется тонкое прозрачное кольцо, свойства которогосильно отличаются от свойств основной массы СК. Это кольцо быстро затвердевает. Остальная масса сыворотки в виде геля уменьшается в объеме засчет испарения воды. Внешнее кольцо, образующейся фации СК, прикреплено (pinning) к подложке, и не может сдвинуться к центру. Возникающеенапряжение стремится оторвать внешнее кольцо от загустевающей сыворотки. Когда это напряжение превысит прочность геля, происходит отрыввнешнего кольца, возникает кольцевая трещина, идущая параллельно внеш-267нему краю капли.
Отметим, что кольцевая трещина возникает только при достаточно быстром затвердевании геля. При медленном затвердевании успевает пройти процесс релаксации, и кольцевая трещина не образуется.Гель в высыхающей капле СК представляет собой трехмерную решетку, образованную молекулами белка. Когда много воды – молекулы белкаизолированы гидратными оболочками и не устанавливают между собойустойчивых связей.
При испарении воды гидратные оболочки разрушаются,и молекулы белка сближаются на расстояния, достаточные для образованияпрочных связей.Зарождение кольцевых трещин в фации СК происходит путем образования маленькой трещины на неоднородностях. Затем трещина начинаетувеличиваться в длину. При росте трещины ее направление изменяется, что,по-видимому, определяется полями напряжения в геле. Трещина растет понормали к напряжениям, и снимает эти напряжения. В начале образованиятрещины сбрасываются радиальные напряжения, но остаются тангенциальные напряжения. Эти напряжения вызывают поворот трещин к центру. Таккак напряжения в геле направлены перпендикулярно к радиусу капли (разрывающие напряжения из-за сжатия геля), то трещина при росте начинаетразворачиваться по направлению к центру.
Трещины загибаются, и, в дальнейшем, растут перпендикулярно фронту сгущения в радиальном направлении к центру капли.Процесс продвижения радиальных трещин в фации СК к ее центрупроисходит скачкообразно. Величина скачка определяется тем количествомгеля, который загустел в направлении роста трещины.
Образование радиальных трещин завершается их смыканием в центре капли (Рисунке 5.11). Еслиже в центральной части капли при высыхании останется очень тонкий слойгеля, и в нем не создается достаточно напряжения для образования трещины,её рост может остановиться и без смыкания.268баРисунок 5.11 ‒ Фации сыворотки крови: а − здорового человека – упорядоченная структура радиальных трещин; б – пациент, имеющий определённыепатологические отклонения – трещины распределены неравномерно, безсхождения в центре. Светлое поле.
х12Граница твердой фазы геля проходит по концам растущих трещин. Вдальнейшем начинают образовываться поперечные трещины, которые образуют отдельности. Поперечные трещины возникают в результате испаренияводы между радиальными трещинами и возрастании радиальных напряжений в секторах. Если расстояние между радиальными трещинами большое,то при росте поперечные трещины загибаются и образуют розетки. Эти трещины узкие и имеют четкие границы. Поперечные трещины преимущественно направлены перпендикулярно радиальным трещинам в результатетого, что остаточные напряжения в секторах и отдельностях соответственноменяют свой вектор.В случае достаточно сильных напряжений при испарении воды из геля,может произойти отрыв участка фации от подложки.
Напротив, если поверхность формирующейся фации достаточно затвердела, а внутренние слоиостаются более гидратированными, то происходит частичный разрыв потолщине слоя фации, в результате возникают псевдотрещины (Рисунок 5.12).Псевдотрещины – закругленные и дугообразные узкие, не доходящиедо подложки, преимущественно располагаются в центральной области фации.269абРисунок 5.12 ‒ Фация сыворотки крови: а − псевдотрещины в центральнойчасти (выделено окружностью) − (норма) х12; б − увеличенный фрагментцентральной части фацииПсевдотрещины в проходящем свете выглядят яркими линиями. Мысчитаем, что псевдотрещины заполнены молекулами воды и соли, поэтомуони имеют показатель преломления, не совпадающий с показателем преломления окружающей среды. Радиальные и поперечные трещины в проходящем свете были видны в виде темных полос.Время, когда радиальные трещины сомкнулись в центре капли, мысчитали временем завершения процесса испарения свободной воды.
К этомумоменту в центральной зоне образовывалась тонкая пленка геля, в которойочень мало белка и очень много соли. Выпадение соли начинается не сразупосле испарения жидкой фазы, так как соль находится в геле. Еще некотороевремя происходит испарение связанной воды из геля. Границы трещин и неоднородности являются центрами кристаллизации. Фронт кристаллизациисоли очень быстро движется по трещинам от центра к краю капли.
Весь процесс кристаллизации соли происходил в пределах 1 – 2 минут. Это объясняется тем, что кристаллизация происходит сразу во всей центральной зоне,которая является тонкой и практически однородной по составу.Если в центральной зоне не образовалось трещин, то центрами кристаллизации являются различные неоднородности. В этом случае кристалли-270зация распространяется в разные стороны от этих центров. По ходу псевдотрещин сразу же происходит выпадение соли вследствие её повышеннойконцентрации.В центре отдельностей образуется конкреция (в виде круглого ядра),которая является результатом высаливания белков в отдельностях (участокфации, со всех сторон ограниченный трещинами).
По мере повышения концентрации соли в процессе дегидратации капли СК вначале выпадают глобулины, а затем − альбумины.Структуру трещин определяет, с одной стороны, скорость нарастаниянапряжения, а с другой - скорость релаксации напряжения в фации.
Для фации СК в норме это время составляло 12 – 15 мин, при патологии 20 – 30мин. Скорость нарастания напряжения в формирующейся фации пропорциональна скорости испарения воды и коэффициенту сжатия. Коэффициент сжатия определяет степень уменьшения объема геля при испарении соответствующего количества воды. Если коэффициент сжатия равен нулю (не происходит изменения объема геля при испарении воды), то напряжения не возникают и трещины в фации не образуются.
Если коэффициент сжатия большой, то уже при незначительном испарении воды возникают напряжения итрещины. Необходимо отметить, что все основные процессы, происходящиев дегидратируемой капле, происходят скачкообразно и периодически, а неплавно и непрерывно.Скорость испарения, как в норме, так и при патологии, влияла на процесс образования трещин. Скорость гелеобразования при дегидратации каплипропорциональна концентрации соли в БЖ - чем больше концентрация соли,тем быстрее происходит гелеобразование.
Если скорость испарения большескорости гелеобразования, то фация приобретала радиальную симметриютрещин. В случае, когда скорость испарения капли СК и скорость гелеобразования были сравнимы, образовывалась произвольная сеть трещин. Когдаскорость испарения меньше скорости гелеобразования – образовывались271концентрические трещины.Основным белковым компонентом СК является альбумин.
Нарушениенормального состояния молекулы альбумина возникает при связывании ее снекоторыми лигандами, что вызывает нарушение структуры молекулы. Приэтом изменяется её гидратная оболочка, повышается способность к агрегации, что увеличивает скорость гелеобразования. Можно полагать, что степень отклонения трещин от радиальной симметрии пропорциональна количеству молекул альбумина с нарушенной конфигурацией.Скорость релаксации зависит от состояния среды, и если среда жидкая,то скорость релаксации высокая и напряжения не образуются. Когда вещество фации отвердевает, то скорость релаксации равна нулю, релаксации непроисходит, напряжение (вследствие нарастания прочности межмолекулярных связей) возрастает до критического уровня, при котором происходитразрыв (разрушение) фации по линиям напряжений.
При сгущении СК скорость релаксации убывает до нуля (время релаксации напряжений возрастаетдо бесконечности). Скорость релаксации в структуре фации, прежде всего,определяется динамической вязкостью среды и граничными условиями. Еслибы капля СК была в изолированном пространстве, то она просто уменьшилась бы в объеме без образования трещин. Образование трещин происходитвследствие того, что капля СК прикреплена к поверхности подложки и неможет сжиматься.Задача обнаружения трещин относится к области распознавания образов [5; 87]. Основная идея предлагаемых нами алгоритмов состоит в выделении системы признаков, различных комбинаций значений, которые соответствуют своему образу.Распознавание контуров изображений в виде последовательности отрезков прямых можно считать одной из основных задач в процессе обработкирастрового изображения.
Отрезки прямых являются наиболее важными элементами контура. Что касается кривых, то в основных положениях матема-272тического анализа и в большом количестве практических приложений онитакже часто заменяется вписанной в них ломаной линией.Проведенный анализ показал, что трещины фации СК имеют значительно меньшую яркость по сравнению с окружающим фоном и представляют собой некоторое количество темных линий, расположенных под определенными углами друг к другу. Радиальные и поперечные трещины фации СКмы исследовали по разным алгоритмам: радиальные трещины выявляли спомощью преобразования Хафа, а поперечные – по угловым точкам по методу Харриса.Исследование изображений проводили с помощью пакета обработки ианализа изображений Image–Pro Plus 6.0 (Media Cybernetics).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
