Anatomia ja Fysiologia I (Suomi)

aine maailmankaikkeuden—jyvä hiekkaa tähti—kutsutaan väliä., Tutkijat määrittelevät aineen kaikeksi, joka vie tilaa ja jolla on massaa. Kappaleen massa ja sen paino ovat toisiinsa liittyviä käsitteitä, mutta eivät aivan samoja. Objektin massa on paljon väliä sisältyvät esine ja esineen massa on sama riippumatta siitä, että esine on Maan päällä tai nolla-painovoima ulkoavaruuteen. Kappaleen paino taas on sen massa, johon painovoiman vetovoima vaikuttaa. Jos painovoima vetää voimakkaasti kappaleen massaa, sen paino on suurempi kuin siellä, missä painovoima on vähäisempää., Kohde tietty massa painaa vähemmän kuussa, esimerkiksi, kuin Maan päällä, koska painovoima kuussa on pienempi kuin Maan. Toisin sanoen paino vaihtelee, ja painovoima vaikuttaa siihen. Puoli kiloa painava juustopala painaa kuussa vain muutaman unssin.

– Elementit ja Yhdisteet

Kaikki asia, että luonnollinen maailma koostuu yhden tai useamman 92 perusoikeuksien aineita kutsutaan elementtejä., Alkuaine on puhdas aine, joka erottuu kaikesta muusta aineesta sillä, ettei sitä voida luoda tai hajottaa tavallisin kemiallisin keinoin. Kun kehosi voi koota monia kemiallisia yhdisteitä, joita tarvitaan elämän niiden osatekijöistä, se ei voi tehdä elementtejä. Niiden on tultava ympäristöstä. Tuttu esimerkki alkuaineesta, joka sinun on otettava on kalsium (Ca++). Kalsium on välttämätön ihmiskeholle; se imeytyy ja sitä käytetään useisiin prosesseihin, kuten luiden vahvistamiseen., Kun kuluttaa maitotuotteita ruoansulatuskanavan hajottaa ruoka komponenttien tarpeeksi pieni risti verenkiertoon. Näiden joukossa on muun muassa kalsium, jota ei voi alkuaineen vuoksi enää hajottaa. Juuston alkuainekalsium on siis sama kuin luuston muodostava kalsium. Jotkin muut tuntemasi elementit ovat happi, natrium ja rauta. Elementit ihmiskehossa on esitetty Taulukossa 1, alkaen kaikkein runsas: happi (O), hiili (C), vety (H) ja typen (N)., Jokaisen elementin nimi voidaan korvata yhden tai kahden kirjaimen symbolilla; opit tuntemaan joitakin näistä Tämän kurssin aikana. Kaikki kehon elementit ovat peräisin ruoasta, jota syöt ja hengittämästäsi ilmasta.

luonnossa alkuaineita esiintyy harvoin yksin. Sen sijaan ne yhdistyvät muodostaen yhdisteitä. Yhdiste on aine, joka koostuu kahdesta tai useammasta osasta, joita yhdistää kemiallisia sidoksia. Esimerkiksi yhdiste glukoosi on tärkeä kehon polttoaine. Se koostuu aina samoista kolmesta alkuaineesta: hiilestä, vedystä ja hapesta., Lisäksi tietyn yhdisteen muodostavat alkuaineet esiintyvät aina samoissa suhteellisissa määrissä. Glukoosi on aina kuusi hiiltä ja kuusi happea yksikköä jokaista kaksitoista vety-yksikköä. Mutta mitä nämä alkuaineiden ”yksiköt” tarkalleen ottaen ovat?

atomit ja subatomiset hiukkaset

atomi on alkuaineen pienin määrä, joka säilyttää kyseisen alkuaineen ainutlaatuiset ominaisuudet. Toisin sanoen, atomi vety-yksikkö vety—pienin määrä vetyä, joka voi olla olemassa. Kuten arvata saattaa, atomit ovat lähes käsittämättömän pieniä., Tämän lauseen lopussa oleva ajanjakso on miljoonia atomeja leveä.

Atomin Rakenne-ja Energiavaliokunta

Atomit koostuvat jopa pienempi atomia pienemmät hiukkaset, kolmenlaisia, jotka ovat tärkeitä: protoni, neutroni ja elektroni. Määrä positiivisesti latautuneista protoneista,-ja ei-hintaan (”neutraali”) neutronit, antaa massa atomin, ja määrä kunkin ytimen atom määrittää elementin. Niiden negatiivisesti varautuneiden elektronien määrä, jotka” pyörivät ” ytimen ympärillä lähellä valon nopeutta, vastaa protonien määrää., Elektronin massa on noin 1/2000 protonin tai neutronien massasta.

kuvassa 1 on kaksi mallia, joiden avulla voit kuvitella atomin rakenteen—tässä tapauksessa heliumin (He). Vuonna planeettojen malli, heliumin kaksi elektronia ovat osoittaneet, kiertää ydin kiinteä kiertorata kuvattu rengas. Vaikka tämä malli on hyödyllistä visualisoida atomin rakenne, todellisuudessa elektronit eivät matkustaa kiinteä kiertoradat, mutta hurahtaa ympäri ydin epäsäännöllisesti ns elektroni pilvi.

Kuva 1. Kaksi atomirakenteen mallia., (a) planeettojen malli, elektronit helium on esitetty kiinteä kiertoradat, kuvattu renkaat, tarkka etäisyydellä ydin, hieman kuten planeetat kiertävät aurinkoa. (b) elektronin pilvi malli, elektronit hiilen näkyvät eri paikoissa, he ovat eri etäisyyksillä ytimestä ajan.

atomin protonit ja elektronit kantavat sähkövarauksia. Protonit, joilla on positiivinen varaus, on nimetty p+: ksi. Elektronit, joilla on negatiivinen varaus, nimetään e–. Atomin neutroneilla ei ole varausta: ne ovat sähköisesti neutraaleja., Aivan kuten magneetti tarttuu teräs jääkaappi, koska niiden vastapäätä maksujen houkutella, positiivisesti varautuneet protonit houkutella negatiivisesti varautuneet elektronit. Tämä keskinäinen vetovoima antaa atomille jonkin verran rakenteellista vakautta. Positiivisesti varautuneen ytimen vetovoima estää elektroneja ajautumasta kauas. Neutraalin atomin sisällä olevien protonien ja elektronien määrä on yhtä suuri, joten atomin kokonaisvaraus on tasapainossa.

atomiluku ja massaluku

hiiliatomi on ainutlaatuinen hiilelle, mutta hiilen protoni ei., Yksi protoni on sama kuin toinen, olipa se löytyy atomi hiiltä, natrium (Na), tai rautaa (Fe). Sama pätee neutroneihin ja elektroneihin. Mikä siis antaa alkuaineelle sen tunnusomaiset ominaisuudet – mikä tekee hiilestä niin erilaisen kuin natrium tai rauta? Vastaus on se ainutlaatuinen määrä protoneja, joita kukin sisältää. Hiili on määritelmän mukaan alkuaine, jonka atomeissa on kuusi protonia. Millään muulla alkuaineella ei ole atomeissaan täsmälleen kuutta protonia. Lisäksi kaikki hiiliatomit, löytyivätpä ne maksasta tai kivihiilikimpaleesta, sisältävät kuusi protonia., Siten atomiluku, joka on atomin ytimessä olevien protonien lukumäärä, tunnistaa alkuaineen. Koska atomilla on yleensä sama määrä elektroneja kuin protoneilla, atomiluku tunnistaa myös tavanomaisen elektronien määrän.

yleisimmässä muodossaan monissa alkuaineissa on myös yhtä monta neutronia kuin protoneissa. Yleisin hiili, esimerkiksi, on kuusi neutronia sekä kuusi protonia, yhteensä 12 atomia pienemmät hiukkaset sen ydin. Alkuaineen massaluku on sen ytimessä olevien protonien ja neutronien määrän summa., Yleisin hiilen massaluku on siis 12. (Elektroneilla on niin vähän massaa, että ne eivät merkittävästi edistä atomin massaa.) Hiili on suhteellisen kevyt alkuaine. Uraanin (U) massa sen sijaan on 238 ja sitä kutsutaan raskasmetalliksi. Sen atomiluku on 92 (sillä on 92 protonia), mutta se sisältää 146 neutronia; sillä on suurin massa kaikista luonnossa esiintyvistä alkuaineista.,

jaksollisen elementtejä, on esitetty Kuvassa 2 on kaavio tunnistaa 92 elementtejä löytyy luonnosta, sekä useita suurempia, epävakaa elementtejä löydettiin kokeellisesti. Elementit on järjestetty, jotta niiden järjestysluku, jossa vety ja helium yläreunassa taulukon, ja enemmän massiivinen elementtejä alla. Jaksollisen on hyödyllinen laite, koska jokaisen elementin, se tunnistaa kemiallinen symboli, atomi numero, ja massan määrä, kun taas järjestää elementtejä mukaan niiden taipumus reagoida muita elementtejä., Alkuaineen protonien ja elektronien määrä on yhtä suuri. Protonien ja neutronien määrä voi olla yhtä suuri joillekin alkuaineille, mutta ei yhtä suuri kaikille.

Kuva 2. Alkuaineiden Jaksollinen järjestelmä. (luotto: R. A. Dragoset, A. Musgrove, C. W. Clark, W. C. Martin)

Isotooppeja

Vaikka jokainen elementti on ainutlaatuinen määrä protoneja, se voi olemassa eri isotooppeja. Isotooppi on yksi eri muotoja elementti, erottaa toisistaan eri määrä neutroneja. Hiilen standardisotooppi on 12C, jota yleisesti kutsutaan hiili-kahdeksitoista. 12C on kuusi protonia ja kuusi neutronia, massa numero kaksitoista., Kaikki isotoopit hiili on sama määrä protoneja; siksi, 13C on seitsemän neutroneja, ja 14C on kahdeksan neutronia. Alkuaineen eri isotoopit voidaan myös ilmoittaa massaluvulla yhdysviiva (esimerkiksi C-12 sijasta 12C). Vedyllä on kolme yhteistä isotooppia, jotka on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Vedyn isotoopit. Protiumilla, joka on nimetty 1h: ksi, on yksi protoni eikä yhtään neutronia. Se on ylivoimaisesti runsain vedyn isotooppi luonnossa. Deuterium, joka on nimetty 2H, on yksi protoni ja yksi neutroni., Tritiumissa, joka on nimetty 3H: ksi, on kaksi neutronia.

isotooppia, joka sisältää tavallista enemmän neutroneja, kutsutaan raskaaksi isotoopiksi. Esimerkki on 14C. Raskaat isotoopit ovat yleensä epävakaita ja epävakaat isotoopit radioaktiivisia. Radioaktiivinen isotooppi on isotooppi, jonka ydin hajoaa helposti, jolloin syntyy subatomisia hiukkasia ja sähkömagneettista energiaa. Eri radioaktiiviset isotoopit (myös nimeltään radioisotooppien) eroavat puoliintumisaika, aika kuluu puolet kaikista koko näyte isotoopin hajoaminen., Esimerkiksi half-life tritium—radioisotooppi vety—on noin 12 vuotta, mikä osoittaa, että se kestää 12 vuotta, puolet tritium ytimet näytteessä rappeutuminen. Liiallinen altistuminen radioaktiivisille isotoopeille voi vaurioittaa ihmissoluja ja aiheuttaa jopa syöpää ja sikiövaurioita, mutta kun altistus on hallinnassa, jotkut radioaktiiviset isotoopit voivat olla hyödyllisiä lääketieteessä. Lue lisää Urayhteyksistä.

Ura-Yhteys: Interventionaalisen Radiologin

ohjattu käyttö radioisotooppien on kehittynyt lääketieteellinen diagnoosi ja sairauden hoito., Interventioradiologit ovat lääkäreitä, jotka hoitavat sairauksia käyttämällä minimaalisesti invasiivisia tekniikoita, joihin liittyy säteilyä. Monia ehtoja, jotka voivat vain kerran käsiteltävä pitkä ja traumaattinen toimenpide voi nyt käsiteltävä ei-kirurgisesti, vähentää kustannuksia, kipua, sairaalahoito ja toipuminen aikaa potilaille. Esimerkiksi aiemmin vain vaihtoehtoja potilaalle, jolla on yksi tai useampia kasvaimia maksassa olivat leikkaus-ja kemoterapiaa (hallinto lääkkeitä syövän hoitoon)., Joitakin maksakasvaimia on kuitenkin vaikea käyttää kirurgisesti, ja toiset voivat vaatia kirurgia poistamaan liikaa maksaa. Lisäksi kemoterapia on erittäin myrkyllistä maksaan, ja tietyt kasvaimet eivät reagoi siihen muutenkaan hyvin. Joissakin tapauksissa, toimenpideradiologiassa radiologin voi hoitaa kasvaimia häiritsemällä niiden verenkiertoa, minkä he tarvitsevat, jos ne ovat edelleen kasvaa. Tässä menettelyssä, jota kutsutaan radioembolization, radiologin käyttää maksasta ohuella neulalla, pujotetaan yksi potilaan verisuonia., Radiologi lisää sitten pieniä radioaktiivisia ”siemeniä” verisuoniin, jotka toimittavat kasvaimia. Päivinä ja viikon kuluttua menettelyn, säteilyn siemenistä tuhoaa aluksia ja suoraan tappaa syöpäsoluja läheisyydessä hoito.

radioisotoopit lähettävät subatomisia hiukkasia, jotka voidaan havaita ja jäljittää kuvantamistekniikalla., Yksi pisimmällä käyttää radioisotooppien lääketieteessä on positroniemissiotomografia (PET) – skanneri, joka havaitsee kehon aktiivisuus on hyvin pieni pistoksen radioaktiivista glukoosia, yksinkertainen sokeria, jota solut käyttävät energiaa. LEMMIKKIKAMERA paljastaa lääkintäryhmälle, mitkä potilaan kudoksista ottavat eniten glukoosia. Näin ollen metabolisesti aktiivisimmat kudokset näkyvät kirkkaina” kuumina pisteinä ” kuvissa (Kuva 4). LEMMIKKI voi paljastaa joitakin syöpä massat koska syöpäsolut kuluttavat glukoosia suurella nopeudella polttoaineen niiden nopea lisääntyminen.,

Kuva 4. Pet Scan. PET korostaa kehon alueita, joissa on suhteellisen korkea glukoosin käyttö, joka on ominaista syöpäkudokselle. Tämä PET-skannaus näyttää sivustoja leviämisen suuri ensisijainen kasvain muihin kohteisiin.

Käyttäytymistä Elektronit

ihmiskehossa, atomit eivät ole olemassa itsenäisinä yrityksinä. Sen sijaan ne reagoivat jatkuvasti muiden atomien kanssa muodostaen ja hajottaakseen monimutkaisempia aineita., Jotta ymmärtäisit anatomian ja fysiologian, sinun täytyy ymmärtää, miten atomit osallistuvat tällaisiin reaktioihin. Olennaista on elektronien käyttäytymisen ymmärtäminen.

Vaikka elektronit eivät noudata jäykkä kiertää asetettu etäisyyden päässä atomin ydin, he eivät yleensä pysyä sisällä tietyille alueille tilaa kutsutaan elektroni kuoret. Elektronikuori on elektronikerros, joka ympäröi ytimen erillisellä energiatasolla.,

atomit elementtejä löydetty ihmisen kehon on yhdestä viiteen elektroni kuoret, ja kaikki electron kuoret mahtuu kahdeksan elektronia lukuun ottamatta ensimmäistä kuori, johon mahtuu vain kaksi. Tämä elektronikuorien konfiguraatio on sama kaikille atomeille. Kranaattien tarkka määrä riippuu atomin elektronien määrästä. Vedyllä ja heliumilla on vain yksi ja kaksi elektronia vastaavasti., Jos otat katsoa jaksollisen elementtejä, huomaat, että vety ja helium ovat sijoitettu yksin molemmin puolin ylärivi; he ovat vain elementtejä, jotka ovat vain yksi elektroni kuori (Kuva 5). Toinen kuori on välttämätön elektronien pitämiseksi kaikissa vetyä ja heliumia suuremmissa alkuaineissa.

Kuva 5. Elektronikuoret. Elektronit kiertävät atomin ydintä eri tasolla energiaa kutsutaan elektroni kuoret. a) yhdellä elektronilla vety täyttää elektronikuorensa vain puoliksi., Heliumilla on myös yksi kuori, mutta sen kaksi elektronia täyttävät sen täysin. B) hiilen elektronit täyttävät täysin ensimmäisen elektronikuorensa, mutta vain puolet-täyttävät sen toisen. (c) Neon, elementti, joka ei tapahdu kehossa, on 10 elektronia, täyttö sekä sen elektroni kuoret.

litium (Li), jonka atomiluku on 3, sisältää kolme elektronia. Kaksi näistä täyttää ensimmäisen elektronikuoren, ja kolmas läikkyy toiseen kuoreen. Toiseen elektronikuoreen mahtuu jopa kahdeksan elektronia., Hiili täyttää kuudella elektronillaan kokonaan ensimmäisen kuorensa ja puoliksi toisen. Kymmenellä elektronilla neon (Ne) täyttää kokonaan kaksi elektronikuortaan. Jälleen, katso jaksollisen paljastaa, että kaikki elementit toisessa rivissä, alkaen litium neon, on vain kaksi elektroni kuoret. Atomit, joissa on yli kymmenen elektronia, tarvitsevat enemmän kuin kaksi kuorta. Nämä alkuaineet vievät jaksollisen järjestelmän kolmannen ja sitä seuraavan rivin.

tekijä, joka hallitsee voimakkaimmin atomin taipumusta osallistua kemiallisiin reaktioihin, on sen valenssikuoren elektronien määrä., Valenssikuori on atomin uloin elektronikuori. Jos valence kuori on täynnä, atomi on vakaa, eli sen elektronit ovat todennäköisesti vetää pois ydin, jonka sähkövaraus muita atomeja. Jos valenssikuori ei ole täynnä, atomi on reaktiivinen; eli se pyrkii reagoimaan muiden atomien kanssa tavalla, joka tekee valenssikuoren täyteen. Ajatellaanpa vetyä, jonka yksi elektroni täyttää valenssikuorensa vain puoliksi. Tämä yksittäinen elektroni vedetään todennäköisesti suhteisiin muiden alkuaineiden atomien kanssa, jotta vedyn yksi valenssikuori voidaan stabiloida.,

Kaikki atomit (paitsi vety ja helium heidän yksittäinen elektroni kuoret) ovat vakain, kun siellä on tasan kahdeksan elektroneja niiden valence kuori. Tätä periaatetta kutsutaan nimellä oktetti sääntö, ja siinä todetaan, että atomi ei anna periksi, voitto, tai jakaa elektroneja toiselle atomille niin, että se päättyy kahdeksan elektronia oma valence shell. Esimerkiksi hapen, kuusi elektronit sen valence kuori, on todennäköisesti reagoivat muiden atomien tavalla, joka johtaa lisäksi kaksi elektronia hapelle on valence shell, jolloin numero kahdeksan., Kun kaksi vetyatomia jokainen jakaa yhden elektronin hapen kanssa, kovalenttisia sidoksia on muodostunut, jolloin molekyyli vesi, H2O.

luonnossa, atomien yksi elementti taipumus liittyä atomien muita elementtejä ominaisia tapoja. Esimerkiksi hiili täyttää yleisesti valenssikuorensa liittämällä siihen neljä vetyatomia. Tällöin nämä kaksi alkuainetta muodostavat yksinkertaisimman orgaanisista molekyyleistä, metaanin, joka on myös yksi maapallon runsaimmista ja stabiileimmista hiiltä sisältävistä yhdisteistä. Kuten edellä todettiin, toinen esimerkki on vesi; happi tarvitsee kaksi elektronia täyttääkseen valenssikuorensa., Se yleisesti vuorovaikutuksessa kahdesta vetyatomista, jotka muodostavat H2O. Muuten, nimi ”vety” kuvastaa sen osuutta vettä (vesi- = ”vesi”; -gen = ”maker”). Näin ollen vety on ” vedentekijä.”