ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛЮНЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛЮНЫ

Нурматова Феруза Бахтияровна

заведующая кафедрой Ташкентского государственного стоматологического института,

Узбекистан, г. Ташкент

 

АННОТАЦИЯ

Жидкие среды составляют наибольшую часть организма, их перемещение обеспечивает обмен веществ и снабжение клеток кислородом, поэтому механические и реологические свойства, течение жидкостей представляют особый интерес для медиков и биологов. В статье рассматриваются методы определения вязкости и поверхностного натяжения слюны.

ABSTRACT

Liquid media make up the largest part of the body, their movement ensures metabolism and oxygen supply to cells, therefore, mechanical and rheological properties, the flow of liquids are of particular interest to physicians and biologists. The article discusses methods for determining the viscosity and surface tension of saliva.

 

Ключевые слова: вязкость, слюна, метод Стокса, вискозиметр, поверхностное натяжение.

Keywords: viscosity, saliva, Stokes method, viscometer, surface tension.

 

Вязкостью определяется характер движения жидкости в сосудах, поэтому в медицинской практике вязкости биологических жидкостей (кровь, слюна, моча и др.) уделяется большое внимание [2, 7, 13].

Слюна является одной из наиболее важных секреторных жидкостей, производимых организмом. У людей слюна на 98% состоит из воды плюс электролиты, слизь, лейкоциты, эпителиальные клетки (из которых можно извлечь ДНК), ферменты (такие как амилаза и липаза), противомикробные агенты, такие как секреторный IgA, и лизоцимы [1, 8, 9].

Ферменты, содержащиеся в слюне, необходимы для начала процесса переваривания пищевых крахмалов и жиров. Эти ферменты также играют роль в разрушении частиц пищи, попавших в зубные щели, таким образом защищая зубы от бактериального распада. Слюна также выполняет смазывающую функцию, смачивая пищу и позволяя инициировать глотание, а также защищая слизистую оболочку полости рта от высыхания [5, 14].

У здорового человека вырабатывается до 2-х литров слюны в день. При наличии проблем со здоровьем может наблюдаться повышение степени вязкости слюны: она становится густой и липкой, в некоторых случаях появляются пена и слизь белого цвета [3, 4, 10, 11].

Такие симптомы требуют тщательного внимания. Необходимо как можно раньше выяснить причины их появления и приступить к лечению.

Вязкость – это одно из свойств слюны, изменение которого может явиться причиной патологического процесса. В частности, высокая вязкость слюны способствует развитию слюннокаменной болезни.

Значительное повышение вязкости сопровождается также интенсивным поражением зубов кариесом.

При нормальном показателе вязкости, слюна имеет лишь немного бо́льшую вязкость (1 cП = 1·10^-3 Па·сек), чем вода (0,89·10^-3 Па·с). Однако слюна — это неньютоновская жидкость, не имеет постоянного коэффициента вязкости, зависит от скорости сдвига (градиента скорости). Зачастую повышенная вязкость слюны является сигналом о появлении проблем со здоровьем и сопровождается иными подозрительными признаками. Проанализировав весь комплекс симптомов, можно определить заболевание. Слюнные железы взрослого здорового человека вырабатывают от одного до двух литров секрета ежесуточно. Задача этой жидкости – смазывать полость рта, чтобы облегчать процессы жевания и говорения. Благодаря секрету переваривание пищи начинается уже в момент ее пережевывания, поскольку в состав слюны входят активные ферменты. Восприятие вкусовых качеств продуктов также зависит от степени их обработки слюнной жидкостью. [7, 13]

Слюна – первый по доступности природный антисептик. Именно поэтому небольшие ранки во рту заживают намного быстрее, чем на коже.

Чтобы все эти процессы протекали именно так, как нужно, слюноотделение должно быть достаточным, а само отделяемое – прозрачным или слегка мутным, жидким и неощутимым для человека. Нарушение привычной консистенции слюны невозможно не заметить, так как создается навязчивое ощущение дискомфорта, нарушается речь и привычный ритм жизни, возможны проблемы с пищеварением, зубами и слизистыми полости рта.

Стоматологические проблемы также могут являться «виновниками» появления густой вязкой слюны. Пародонтит, пародонтоз (воспалительные поражения мягких тканей ротовой полости) приводят к патологическим изменениям структуры десен, количество вырабатываемой слюны уменьшается. Кроме этого, элементы эпителиальной ткани смешиваются с секретом, делают его тягучим, густым.

Реологические характеристики физиологических жидкостей изучаются в предмете биофизика. В своей основе биофизика, как и физика является экспериментальной наукой – её законы базируются на фактах, установленных опытных путём. В результате обобщения экспериментальных фактов устанавливаются физические законы – устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе, устанавливающие связь между физическими величинами. [8, 11]

Для установления количественных соотношений между физическими величинами их необходимо измерить, то есть сравнивать их с соответствующими эталонами.

Существует несколько методов определения коэффициента вязкости. В биофизике совокупность методов определения вязкости жидкости называется вискозиметрией.

Метод Стокса

Коэффициент вязкости жидкости можно определить, измеряя скорость падения шарика в этой жидкости.

Задача обтекания шара была решена Стоксом. Им же была найдена формула, связывающая силу сопротивления при установившемся движении шарика в среде с коэффициентом вязкости –η

F_c=6πrηυ                                                                                         (I)

где r - радиус шарика, υ- cкороcть его движения.

Метод Стокса позволяет определить коэффициент вязкости жидкости η при движении не большого шарика, падающего вертикально в жидкости, На шарик при движении в жидкости действуют три силы

Вес шарика

P=4/3 r³ρg ,                                                                                      (2)

где ρ - плотность вещества шарика, выталкивающая сила

F_в=4/3πr³ρ_og,                                                                                    (3)

где ρ_o- плотность жидкости и сила сопротивления (I).

 

Рисунок 1. Силы действующие на тело падающего в вязкой жидкости

 

Первая и вторая силы постоянна по величине, третья - пропорциональна скорости. При движении шарика в жидкости наступает момент, когда все три силы уравновешиваются, и шарик начинает двигаться равномерно.

Условие равномерного движения шарика:

P=F_в+F_c

4/3 r³ρg=4/3πr³ρ_og+6πrηυ

4/3 πr³g (ρ-ρ_o)=6 πrηυ

Сделав преобразования, получают следующую формулу

η=2r_ср²g(ρ-ρ_o) / 9υ

Cкорость движения шарика находят по формуле: υ=ℓ/t, где ℓ-путь равномерного движения, t - время движения. Т.к. ρ, ρ_o, g - величины постоянные, то 2/9(ρ-ρ_o)g обозначим через «С» т.е. С=2 (ρ-ρ_o)g/9. Рабочая формула будет иметь вид:

η=C · r_ср.²/ υ

Таким образом, в работе следует измерить радиусы шариков и время их движений в жидкости.

Для определения коэффициента вязкости берут высокий цилиндр с исследуемой жидкостью, на цилиндре имеется кольцевая метка вверху. Эта метке соответствует той высоте, где действующие на шарик силы уравновешивают друг друга. Кроме того, на расстоя­нии ℓ от верхней метки имеется такая же метка внизу. Бросая шарик в цилиндр, отмечают по секундомеру время прохождения им пути ℓ между кольцевыми метками, откуда определяют скорость падения υ.

Диаметр шарика определяют при помощи микрометра.

Результаты измерений заносится в таблицу

Таблица 1.

Результаты измерений

№	D(см)	rср(см)	Время падения t (c)	υ=ℓ/t (см/с)	Коэф. вяз. η (Пуаз)	∆η (Пуаз)

 

Метод Стокса используется в медицине. По реакции оседа­ния эритроцитов (РОЭ) в плазме крови судят о вязкости плазмы: чем вязкость плазмы больше, тем величина столба осевших на опре­деленное время эритроцитов меньше.

Определение коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра

Хотя метод Стокса дает возможность наиболее просто определить коэффициент вязкости жидкости, он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, измерение вязкости по Стоксу требует довольно большого количества исследуемой жидкости, что абсолютно неприемлемо при медико-биологических исследованиях. Во-вторых, метод Стокса определяет коэффициент динамической вязкости, а характер движения жидкости по сосудам зависит в основном от коэффициента кинематической вязкости ν.

В-третьих, по методу Стокса трудно устранить температурную зависимость коэффициента вязкости, так как невозможно добиться постоянства температуры в большом объеме исследуемой жидкости. В связи с перечисленными недостатками в настоящее время в лабораторной практике коэффициент вязкости определяют с помощью капиллярного вискозиметра. Обычно для определения вязкости слюны используют вискозиметр Оствальда-Пинкевича. [8, 11]

Вискозиметр Оствальда-Пинкевича представляет собой U-образную стеклянную трубку с капилляром I, шариками 4, 5 и резервуаром 6. Через конец трубки 2 в вискозиметр наливают исследуемую жидкость объемом 3-4 см ³ ( так, чтобы резервуар 6 был заполнен). Затем грушу вставляют в резиновую трубку 3 и всасывают жидкость так, чтобы она поднялась выше метки "а" и частично заполнила шарик 5.

Убирают грушу, жидкость на­чинает вытекать из шариков. Определяют время истечения жидкости из шарика 4, т.е. от метки "а" до метки "в".

 

Рисунок 2. Приборы для определения коэффициента вязкости

 

В основе этого метода лежит формула Пуазейля, устанавливающая связь между объемом V жидкости вязкости η, протекающей через капилляр радиусом R и длиной L за время t при перепаде давления ∆р на концах капилляра:

Для этого воспользуем­ся законом Пуазейля, соглас­но которому объем вытекающей жидкости V из длинной капил­лярной трубки равен:

V =                                                                                   (4)

где ∆р - разность давлений на концах трубки в дин./см², r - ра­диус капилляра в см., t - время истечения в с., ℓ - длина капил­ляра в см., и

η - вязкость жидкости.

Из формулы (I):

η =

Если жидкость вытекает под влиянием своего собственного веса, то разность давлений равняется гидростатическому давлению, т.е.

∆p = ρgh,

где g - ускорение силы тяжести, ρ- плотность жидкости, h-высота столба жидкости, тогда

η =                                                                                    (5)

Если опыт проделать с дистиллированной водой, вязкость которой η₀ известна из таблиц, а затем с исследуемой жидкостью, вязкость которой обозначим через η_х, тогда вязкость дистиллированной воды будет равна

η₀= πr⁴t₀ ρ₀gh / 8V₀ℓ                                                                        (6)

а вязкость исследуемой жидкости (при той же температуре, что и вода)

η_х = πr⁴t_х ρ_хgh / 8V_хℓ                                                                        (7)

Разделив почленно равенство (7) на (6) и сократив радиус r, длину ℓ, высоту h, объемы V_o и V_x ,т.к. они одинаковые, получим:

η_х / η₀ = ρ_х t_х / ρ₀ t₀

Отсюда получаем рабочую формулу:

                                                                                  (8)

В формуле (8) η₀ и η_х - коэффициенты вязкости соответственно диcтиллированной воды и исследуемой жидкости в Пуазах;

ρ₀ и ρ_х - плотности соответственно дистиллированной воды и исследуемой жидкости в г/см³;

t_o и t_x - время истечения соответственно дистиллированной воды и исследуемой жидкости в секундах.

Порядок выполнения работы

1. В вискозиметр через трубку 2 налить дистиллированную воду, заполнив резервуар 6.

2. Через резиновую трубку 3 всосать грушей воду выше метки "а" в шарик 5.

3. Вынуть грушу из трубки 3 и измерить время истечения дистиллированной воды (t_о) из шарика 4 (между метками "а" и "в"). Измерения t_o повторить 5 раз и записать в таблицу.

Таблица 2.

Таблица эксперимента, определения коэффициента вязкости жидкости

№	t0 (с)	tx (с)	ηx (П)	Δηx(П)
1
2
3
4
5

 

4. Осторожно снять вискозиметр со штатива и через трубку 2 вылить воду, затем заполнить резервуар 6 исследуемой жидкостью и определить так же, как с водой время истечения t_x исследуемой жид­кости из шарика 4 (между "а" и "в").

Измерения повторить 5 раз и записать в таблицу.

η₀=0.01 П; ρ₀=1 г/см³. ρ_x=1,26 г/см³

Найти ;;.

Записать результат η_ист.= ( ± ) П

При упрощенном методе определения можно воспользоваться микропипеткой объемом 1,0 мл.

Сначала пипетку необходимо откалибровать по дистиллированной воде. Для этого нужно набрать воду в пипетку до нулевой отметки (V = 1,0 мл), установив и удерживая пипетку рукой в строго вертикальном положении. Далее по секундомеру отмечается V(H₂O), вытекающей за 10 сек. Определение повторить 3-5 раз. Результаты записывается в таблицу 3, аналогично проводя опыт со слюной.

Таблица 3.

Результаты определения относительной вязкости слюны

№	Объем воды, мл			Объем слюны, мл		η, отн.ед.	V(H2O)
1
2
3
4
5

 

                    

По средним значениям V(H₂O) и V_сл. рассчитать относительную вязкость слюны, принимая вязкость воды равной 1: .

Сравнить полученное значение вязкости с нормой, сделайте вывод.

От чего зависит вязкость? В каких единицах она измеряется?

Определение поверхностного натяжения слюны

Поверхностно-активные свойства слюны обеспечивают смачивающую ее способность по отношению к зубам, слизистой оболочке полости рта.

В норме σ_слюны = 40-60 Эрг/см². При понижении σ_слюны ниже физиологической нормы, слюна вспенивается, снижаются ее омывающие и очищающие свойства. При кариесе отмечается повышение σ_слюны в связи с относительным нарастанием в ней муцинов.

Ход определения:

С помощью персональной (индивидуальной!) глазной пипетки со дна полости рта возьмите 3-4 капли слюны. Нанесите 1 каплю слюны на фильтровальную бумагу с высоты 1 см от ее поверхности. Через 1 минуту обведите контур пятна карандашом. Рассчитайте площадь пятна по формуле:

S = A∙B∙π ,

где А – половина наибольшего диаметра, мм;

В – половина наименьшего диаметра, мм; π - число π (3,14).

Для сравнения опыт проделать с дистиллированной водой. Опыт повторить 2-3 раза. Данные занести в таблицу 3.

Таблица 4.

Результат определения поверхностного натяжения слюны

№ опыта	Вода	Слюна	σcл, Эрг/см2

 

Поверхностное натяжение слюны рассчитывается по формуле:

.

ρ слюны можно принять равной 1 г/мл, т.к. по многочисленным литературным данным ρ_сл = 1,001-1,008 г/мл, либо, при необходимости, выполните дополнительный эксперимент по определению плотности слюны.

Оценить полученное значение σ_слюны, сравнить с σ _воды.

Сделать вывод. Наличие каких веществ в слюне изменяет поверхностное натяжение и каким образом?

Таким образом, следует вывод, что все указанное, будучи связанным со слизистой оболочкой полости рта представляет интерес для будущих врачей-стоматологов и находит свое отражение в рабочей программе как вопросы для профилизации курса. [6]

Подобные факты, с одной стороны, свидетельствуют о важном значении биофизики в понимании биологических процессов, сопровождающих жизнедеятельность организма, а с другой, повышает интерес к предмету.

 

Список литературы:

1. Абдуганиева Ш. Х., Нурматова Ф. Б. Биомедицинская информатика //Теоретические и практические проблемы развития современной науки. – 2017. – С. 24-25.
2. Абдуганиева Ш. Х., Нурматова Ф. Б. Прогнозирование атмосферного давления воздуха на город Антананариву на основе учета перераспределения гравитационных сил солнечной системы //The priorities of the world science: experiments and scientific debate. – 2018. – С. 6-10.
3. Абдуганиева Ш. Х., Нурматова Ф. Б., Джаббаров Р. А. Роль биомедицинской и клинической информатики в изучении медицинских проблем //European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences. – 2017. – С. 18-20.
4. Илларионова Е. А., Сыроватский И. П., Сыроватская Д. И. Исследование вязкости ополаскивателей для полости рта //Инновационные технологии в фармации. – 2021. – С. 183-187.
5. Кобзарь А. Н., Нурматова Ф. Б. Из опыта преподавания биофизики в медицинских вузах (на примере России и Узбекистана) //Актуальные проблемы образовательного процесса в высшей медицинской школе: от теории к практике. – 2019. – С. 140-146.
6. Нурматова Ф. Б. Междисциплинарная интеграция биофизики в медицинском вузе //Методы науки. – 2017. – №. 4. – С. 78-79.
7. Нурматова Ф. Б. Методические подходы к преподаванию биофизики в стоматологическом вузе //педагогика и психология в медицине: проблемы, инновации, достижения: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием 3-4 июня 2019 года/Под редакцией Ванчаковой НП–СПб.: Изд-во:«ПСПбГМУ им. ИП Павлова», 2019 г.-341с. – С. 198.
8. Оксузян А. В., Соловьев А. А., Булатов Р. Р. Особенности минерализующих свойств слюны у студентов в зависимости от уровня тревожности //Труды ижевской государственной медицинской академии. – 2019. – С. 150-151.
9. Рахимова Х. Д., Нурматова Ф. Б. Лечение воспалительных процессов слизистой оболочки полости рта переменным магнитным полем //Высшая школа. – 2017. – №. 6. – С. 84-85.
10. Рахимова Х. Д., Нурматова Ф. Б. Физические основы рефлексотерапии. Определение электроактивных точек на кожной поверхности //Stomatologiya. – 2018. – №. 4. – С. 85-86.
11. Рахимова Х. Ж., Нурматова Ф. Б. Основные физико-химические свойства стоматологических материалов //Stomatologiya. – 2018. – №. 2. – С. 83-86.
12. Рахмонова М. С., Нурматова Ф. Б., Муминов Р. Т. Использование музыкальной терапии при лечении больных в стоматологии //педагогика и психология в медицине: проблемы, инновации, достижения: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием 3-4 июня 2019 года/Под редакцией Ванчаковой НП–СПб.: Изд-во:«ПСПбГМУ им. ИП Павлова», 2019 г.-341с. – С. 233.
13. Herranz B. et al. Effect of addition of human saliva on steady and viscoelastic rheological properties of some commercial dysphagia-oriented products //Food Hydrocolloids. – 2021. – Т. 111. – С. 106403.
14. Xu F., Laguna L., Sarkar A. Aging‐related changes in quantity and quality of saliva: Where do we stand in our understanding? //Journal of Texture Studies. – 2019. – Т. 50. – №. 1. – С. 27-35.