РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ в биологических системах • Med-of-Rita

РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ в биологических системах (лат. relaxatio ослабление, уменьшение) — явления, характеризующие особенности процесса возвращения биологической системы в состояние равновесия после прекращения действия факторов, выведших ее из этого состояния. К Р. я. относятся такие разнообразные процессы, как постепенный переход к термодинамически более выгодному равномерному распределению в системе растворяемого вещества (соли, сахара и др.), передача и перераспределение энергии, полученной отдельными компонентами системы, в пределах всей системы в целом или в окружающей среде и т. д. Р. я. играют значительную роль в процессах жизнедеятельности организмов на разных уровнях их организации. Р. я. осуществляются не мгновенно после выведения системы из равновесия, а с нек-рым замедлением, определяемым свойствами данной системы. Для описания Р. я. вводится так наз. время релаксации, характеризующее время, в течение к-рого начальное отклонение от равновесия уменьшается в е раз (при экспоненциальном законе возвращения системы к равновесию).

Примером Р. я., наблюдаемых в ходе физ. и физ.-хим. процессов, протекающих в биологических и модельных системах, может служить переход к новому стационарному состоянию системы фермент — субстрат после смещения равновесия биохим. реакции за счет скачка концентрации, температуры, давления, воздействия света и т. д. Регистрация происходящих при этом изменений в кинетике течения биохим. рекции используется для выявления стадий ферментативных реакций и определения соответствующих им констант скоростей, для получения данных о времени конформационных превращений, происходящих в биологических макромолекулах в ходе реакции и т. д. (см. Кинетика биологических процессов). Р. я. свойственны также молекулам воды и макромолекулам биополимеров, обладающим электрическим дипольным моментом при действии на них постоянных или переменных электрических полей (см. Диэлектрическая проницаемость, Поляризация). Изучение особенностей протекающей при этом диэлектрической релаксации применяется для анализа состояния воды в биологических системах (по различиям времени переориентации для свободной и связанной воды) и для измерения времени диффузионного вращательного движения макромолекул в растворах. Эта величина связана с мол. весом (массой) макромолекул и вязкостью среды. Подобные данные, а также сведения о внутреннем движении в макромолекулах биополимеров (см. Высокомолекулярные соединения) и в биологических мембранах (см. Мембраны биологические) при изучении механизмов их функционирования получают и с помощью метода флюоресцентных зондов (см. Люминесценция). Для тех же целей используют метод ядерного магнитного резонанса (см.), с помощью к-рого определяют время релаксации ядер хим. элементов, входящих в состав макромолекул или биологически важных соединений ¹₁H, ₁²Н, ₆¹³C, ₇¹⁵N и др.), а для соединений, обладающих электронным парамагнетизмом или содержащих спиновые метки, методы электронного парамагнитного резонанса (см.).

Время релаксации характеризует подвижность различных ядер или спиновых меток в составе биологически важных соединений, биополимеров и отдельных компонентов биологических мембран, что используется также для установления их локализации, напр, в растворе или в различных участках мембраны. Кроме того, определение времени релаксации для протонов внутриклеточной воды, содержащейся в образцах различных тканей, может быть использовано для диагностики злокачественных новообразований и изучения механизмов канцерогенеза. Эти величины, как правило, заметно больше в биоптатах опухолей больных различными формами рака, чем в здоровых тканях, что, по-видимому, связано с ростом подвижности каких-то составляющих клеточной воды, а также ростом подвижности связывающих воду внутриклеточных структур вследствие их частичного разрушения или из-за возможного нарушения взаимодействия между макромолекулами биополимеров или более сложными биологическими структурами. На основе различий между значениями времени релаксации для протонов воды в опухолях и здоровых тканях разрабатывают методы ядерной магнитно-резонансной интроскопии с целью обнаружения и исследования злокачественных образований непосредственно в организме.

Термин «релаксация» используется в физиологии и медицине также для характеристики степени расслабления или резкого снижения тонуса скелетной мускулатуры (вплоть до полного обездвиживания или паралича). При этом релаксация может быть следствием какой-либо патологий. Искусственная релаксация может быть достигнута путем применения хим. веществ, воздействующих на ц. н. с. (наркотики, аналептики), а также специальных препаратов — миорелаксантов (см.).

Библиография: Березин И. В. и К л е-с о в А. А. Практический курс химической и ферментативной кинетики, М., 1976; Владимиров Ю. А. и Добре ц о в Г. Е. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран, М., 1980, библиогр.; В о л ь к е н-штейн М. В. Молекулярная биофизика, с. 25 и др., М., 1975; Лихтенштейн Г. И. Метод спиновых меток в молекулярной биологии, М., 1974; С е-дунов Б. И. и Франк-Каменецкий Д. А. Диэлектрическая проницаемость биологических объектов, Усп. физич. наук, т. 79, в. 4, с. 617, 1963, библиогр.; Mathur-De V г ё R. The NMR studies of water in biological systems, Progr. Biophys. Molec. Biol., v. 35, p. 103, 1979, bibliogr.

С. И. Аксенов.