Anatómia Élettan I

Az anyag a világegyetem—egy homokszem, hogy egy csillagos—, úgynevezett számít., A tudósok úgy definiálják az anyagot, mint bármit, ami helyet foglal el, és tömege van. Egy tárgy tömege és súlya rokon fogalmak, de nem teljesen azonosak. Az objektum tömege a tárgyban lévő anyag mennyisége, az objektum tömege pedig ugyanaz, függetlenül attól, hogy az objektum a földön vagy a világűr zéró gravitációs környezetében van-e. Az objektum súlya viszont a tömeg, amelyet a gravitáció húz. Ahol a gravitáció erősen húzza az objektum tömegét, annak súlya nagyobb, mint ahol a gravitáció kevésbé erős., Egy bizonyos tömegű tárgy súlya például kevesebb a Holdon, mint a földön, mert a Hold gravitációja kisebb, mint a Földé. Más szavakkal, a súly változó, a gravitáció befolyásolja. Egy darab sajt, amely súlya egy font a Földön, csak néhány uncia súlyú a Holdon.

elemek és vegyületek

a természetes világ összes anyaga egy vagy több elemnek nevezett 92 alapvető anyagból áll., Az elem egy tiszta anyag, amelyet az összes többi anyagtól megkülönböztetünk azzal a ténnyel, hogy nem hozható létre vagy bontható le szokásos kémiai eszközökkel. Míg a tested sok kémiai vegyületet képes összeállítani az élethez szükséges alkotóelemekből, nem tud elemeket készíteni. A környezetből kell származniuk. Egy ismerős példa egy olyan elemre, amelyet be kell vennie, a kalcium (Ca++). A kalcium elengedhetetlen az emberi test számára; számos folyamat során felszívódik és használatos, beleértve a csontok erősítését is., Amikor tejtermékeket fogyaszt, az emésztőrendszer lebontja az ételt olyan összetevőkké, amelyek elég kicsiek ahhoz, hogy átjuthassanak a véráramba. Ezek közé tartozik a kalcium, amely, mivel elem, nem bontható tovább. A sajtban lévő elemi kalcium tehát megegyezik a csontokat alkotó kalciummal. Néhány egyéb elem, amit ismersz, az oxigén, a nátrium és a vas. Az emberi test elemeit az 1. táblázat mutatja, kezdve a legnagyobb bőséggel: oxigén (O), szén (C), hidrogén (H), nitrogén (N)., Minden elem neve helyettesíthető egy-vagy kétbetűs szimbólummal; ezek közül néhányat megismerhet ezen a kurzuson. A test minden eleme az elfogyasztott ételekből és a belélegzett levegőből származik.

a természetben az elemek ritkán fordulnak elő egyedül. Ehelyett vegyületeket alkotnak. A vegyület olyan anyag, amely két vagy több elemből áll, amelyeket kémiai kötések kötnek össze. Például a vegyület glükóz fontos test üzemanyag. Mindig ugyanabból a három elemből áll: szénből, hidrogénből és oxigénből., Ezenkívül az adott vegyületet alkotó elemek mindig azonos relatív mennyiségben fordulnak elő. A glükózban tizenkét hidrogénegységenként mindig hat szén – és hat oxigénegység van. De mi is pontosan ezek az elemek “egységei”?

atomok és szubatomi részecskék

egy atom az elem legkisebb mennyisége, amely megtartja az elem egyedi tulajdonságait. Más szóval, a hidrogén atom egy hidrogénegység-a legkisebb mennyiségű hidrogén, amely létezhet. Mint gondolnád, Az atomok szinte kifürkészhetetlenül kicsiek., A mondat végén lévő időszak több millió Atom széles.

az atomszerkezet és az energia

Az atomok még kisebb szubatomi részecskékből állnak, amelyek három típusa fontos: a proton, a neutron és az elektron. A pozitív töltésű protonok és a nem töltött (“semleges”) neutronok száma adja az atomnak a tömegét, az atom magjában pedig az egyes atomok száma határozza meg az elemet. A negatív töltésű elektronok száma ,amelyek a mag körül” forognak ” a fénysebesség közelében, megegyezik a protonok számával., Egy elektron körülbelül 1/2000-edik a proton vagy neutron tömegével.

az 1. ábra két modellt mutat be, amelyek segítenek elképzelni egy atom szerkezetét—ebben az esetben a héliumot (He). A bolygómodellben a hélium két elektronja egy gyűrűként ábrázolt rögzített pályán kering a mag körül. Bár ez a modell hasznos az atomszerkezet megjelenítésében, a valóságban az elektronok nem rögzített pályákon haladnak, hanem a mag körül erratikusan egy úgynevezett elektronfelhőben.

1.ábra. Az atomszerkezet két modellje., a) A bolygómodellben a hélium elektronjait rögzített pályákon mutatják be, gyűrűkként ábrázolva, a magtól pontos távolságban, kissé olyanok, mint a Nap körül keringő bolygók. b) az elektronfelhő-modellben a szén elektronjait a különböző helyeken mutatják be, amelyek az idő múlásával különböző távolságra lennének a magtól.

egy atom protonjai és elektronjai elektromos töltést hordoznak. A protonok pozitív töltésükkel p+ – nak vannak jelölve. Az elektronokat, amelyek negatív töltéssel rendelkeznek, e–nek nevezik. Az atom neutronjainak nincs töltése: elektromosan semlegesek., Csakúgy, mint egy mágnes ragaszkodik egy acél hűtőszekrényhez, mert ellentétes töltésük vonzza, a pozitív töltésű protonok vonzzák a negatív töltésű elektronokat. Ez a kölcsönös vonzerő bizonyos szerkezeti stabilitást biztosít az atomnak. A pozitív töltésű mag vonzereje segít az elektronok távol tartásában. A semleges atomon belüli protonok és elektronok száma egyenlő, így az atom teljes töltése kiegyensúlyozott.

atomi szám és tömegszám

egy szénatom egyedi a szénre, de a szén protonja nem., Az egyik proton ugyanaz, mint a másik, függetlenül attól, hogy szénatomban, nátriumban (Na) vagy vasban (Fe) található-e. Ugyanez igaz a neutronokra és az elektronokra is. Tehát mi ad egy elemnek megkülönböztető tulajdonságait—mi teszi a szén annyira különbözik a nátriumtól vagy a vastól? A válasz az egyes protonok egyedi mennyisége. A szén definíció szerint olyan elem, amelynek atomjai hat protont tartalmaznak. Egyetlen más elemnek sincs pontosan hat protonja az atomjaiban. Sőt, minden szénatom, akár a májban, akár egy széncsomóban található, hat protont tartalmaz., Így az atomi szám, amely az atom magjában lévő protonok száma, azonosítja az elemet. Mivel egy atom általában ugyanannyi elektronral rendelkezik, mint a protonok, az atomi szám azonosítja a szokásos elektronok számát is.

leggyakoribb formájukban sok elem azonos számú neutronokat is tartalmaz, mint a protonok. A szén leggyakoribb formája például hat neutron, valamint hat proton, összesen 12 szubatomi részecskére a magjában. Egy elem tömegszáma a magjában lévő protonok és neutronok számának összege., Tehát a szén tömegszámának leggyakoribb formája a 12. (Az elektronok olyan kevés tömeggel rendelkeznek, hogy észrevehetően nem járulnak hozzá egy atom tömegéhez.) A szén viszonylag könnyű elem. Az urán (U) ezzel szemben tömegszáma 238, amelyet nehézfémnek neveznek. Atomszáma 92 (92 protonnal rendelkezik), de 146 neutront tartalmaz; a természetben előforduló elemek közül a legnagyobb tömegű.,

az elemek periódusos rendszere, a 2. ábrán látható, egy diagram, amely azonosítja a természetben található 92 elemet, valamint több nagyobb, instabil elemet, amelyeket kísérletileg fedeztek fel. Az elemek atomszámuk szerint vannak elrendezve, az asztal tetején hidrogénnel és héliummal, az alatta lévő masszívabb elemekkel. A periódusos rendszer hasznos eszköz, mivel minden egyes elem esetében azonosítja a kémiai szimbólumot, az atomszámot és a tömegszámot, miközben az elemeket a más elemekkel való reagálási hajlandóságuk szerint szervezi., Az elemben lévő protonok és elektronok száma egyenlő. A protonok és neutronok száma egyes elemeknél egyenlő lehet, de nem mindenki számára egyenlő.

2.ábra. Az elemek periódusos rendszere. (hitel: R. A. Dragoset, A. Musgrove, C. W. Clark, W. C. Martin)

izotópok

bár minden elemnek egyedi számú protonja van, különböző izotópokként létezhet. Az izotóp az egyik elem különböző formája, amelyet különböző számú neutron különböztet meg egymástól. A szén standard izotópja 12C, általában szén tizenkettőnek nevezik. A 12C-nek hat protonja és hat neutronja van, a tömege tizenkettő., A szén összes izotópja azonos számú protonnal rendelkezik, ezért a 13C-nek hét neutronja van, a 14C-nek pedig nyolc neutronja van. Az elem különböző izotópjait a elválasztott tömegszámmal is meg lehet jelölni(például C-12 helyett 12C). A hidrogénnek három közös izotópja van, a 3.ábrán látható.

3.ábra. A hidrogén izotópjai. Protium, kijelölt 1H, van egy proton és nincs neutronok. Ez messze a természetben a hidrogén leggyakoribb izotópja. A 2H-nak nevezett deutériumnak egy protonja és egy neutronja van., Trícium, kijelölt 3H, két neutronok.

egy olyan izotópot, amely a szokásos számú neutronnál többet tartalmaz, nehéz izotópnak nevezzük. Példa erre a 14C. a nehéz izotópok általában instabilak, az instabil izotópok pedig radioaktívak. A radioaktív izotóp olyan izotóp, amelynek magja könnyen bomlik, szubatomi részecskéket és elektromágneses energiát bocsát ki. A különböző radioaktív izotópok (más néven radioizotópok) felezési idejükben különböznek, az izotóp bármilyen méretű mintájának fele a bomláshoz szükséges., Például a trícium felezési ideje—a hidrogén radioizotópja-körülbelül 12 év, ami azt jelzi,hogy a mintában lévő trícium magok fele 12 évig tart. A radioaktív izotópok túlzott expozíciója károsíthatja az emberi sejteket, sőt rákot és születési rendellenességeket is okozhat, de az expozíció ellenőrzése során egyes radioaktív izotópok hasznosak lehetnek az orvostudományban. További információért, lásd a karrier kapcsolatok.

Karrier Kapcsolat: intervenciós radiológus

a radioizotópok kontrollált alkalmazása előrehaladott orvosi diagnózissal és a betegség kezelésével jár., Az intervenciós radiológusok olyan orvosok, akik a betegséget a sugárzást érintő minimálisan invazív technikák alkalmazásával kezelik. Sok olyan állapot, amelyet csak egyszer lehet kezelni egy hosszadalmas és traumatikus műtét most lehet kezelni nem sebészeti, csökkenti a költségeket, fájdalom, hossza kórházi tartózkodás, és a gyógyulási idő a betegek számára. Például, a múltban, az egyetlen lehetőség a beteg egy vagy több daganat a májban volt műtét, kemoterápia (a gyógyszerek adagolása a rák kezelésére)., Néhány májdaganatot azonban műtéti úton nehéz elérni, mások pedig megkövetelhetik a sebésztől, hogy túl sok májat távolítson el. Ráadásul a kemoterápia nagyon mérgező a májra,bizonyos daganatok egyébként nem reagálnak jól. Bizonyos esetekben az intervenciós radiológus kezelheti a daganatokat azáltal, hogy megzavarja vérellátásukat, amire szükségük van, ha tovább akarnak növekedni. Ebben az eljárásban, amelyet radioembolizációnak neveznek, a radiológus finom tűvel fér hozzá a májhoz, amelyet a beteg egyik véredényén keresztül menetes., A radiológus ezután apró radioaktív “magokat” helyez be a daganatokat ellátó erekbe. Az eljárást követő napokban és hetekben a magokból kibocsátott sugárzás elpusztítja az ereket, és közvetlenül elpusztítja a kezelés közelében lévő tumorsejteket.

a radioizotópok olyan szubatomi részecskéket bocsátanak ki, amelyeket képalkotó technológiákkal lehet kimutatni és nyomon követni., A radioizotópok egyik legfejlettebb felhasználása az orvostudományban a pozitron emissziós tomográfia (PET) szkenner, amely érzékeli a radioaktív glükóz nagyon kis injekciójának aktivitását, az egyszerű cukrot, amelyet a sejtek energiára használnak. A PET kamera feltárja az orvosi csapatnak, hogy a beteg szövetei közül melyik veszi fel a legtöbb glükózt. Így a leginkább metabolikusan aktív szövetek fényes “forró pontokként” jelennek meg a képeken (4.ábra). A PET felfedhet néhány rákos tömeget, mivel a rákos sejtek nagy sebességgel fogyasztanak glükózt a gyors reprodukció táplálására.,

4.ábra. PET Scan. A PET kiemeli a test azon területeit, ahol viszonylag magas a glükózhasználat, ami a rákos szövetekre jellemző. Ez a PET-vizsgálat azt mutatja, hogy a nagy elsődleges daganat más helyekre terjed.

az elektronok viselkedése

az emberi testben az atomok nem léteznek független entitásként. Inkább folyamatosan reagálnak más atomokkal, hogy összetettebb anyagokat képezzenek és lebontsanak., Az anatómia és a fiziológia teljes megértéséhez meg kell értened, hogy az atomok hogyan vesznek részt az ilyen reakciókban. A kulcs az elektronok viselkedésének megértése.

bár az elektronok nem követik a merev pályákat, amelyek meghatározott távolságra vannak az atom magjától, hajlamosak az elektron héjaknak nevezett tér bizonyos régióiban maradni. Az elektronhéj olyan elektron réteg, amely a magot külön energiaszinten körülveszi.,

az emberi testben található elemek atomjai egy-öt elektronhéjból állnak, az összes elektronhéj nyolc elektronot tartalmaz, kivéve az első héjat, amely csak kettőt képes tartani. Az elektronhéjak ilyen konfigurációja minden atom esetében azonos. A héjak pontos száma az atomban lévő elektronok számától függ. A hidrogénnek és a Héliumnak mindössze egy, illetve két elektronja van., Ha megnézzük az elemek periódusos táblázatát, észre fogjuk venni, hogy a hidrogén és a hélium a felső sor mindkét oldalán egyedül van elhelyezve; ezek az egyetlen elemek, amelyeknek csak egy elektronhéja van (5.ábra). Egy második héjra van szükség ahhoz, hogy az elektronok minden olyan elemben megmaradjanak, amely nagyobb, mint a hidrogén és a hélium.

5.ábra. Elektronhéj. Az elektronok az atommag körül különböző energiaszinteken keringenek, úgynevezett elektronhéjak. a) egy elektronnal a hidrogén csak félig tölti ki az elektronhéjat., A Héliumnak egyetlen héja is van, de két elektronja teljesen kitölti. b) a szén elektronjai teljesen kitöltik az első elektronhéjat, de csak félig töltik meg a másodikat. c) A Neon, egy olyan elem, amely nem fordul elő a testben, 10 elektronnal rendelkezik, mindkét elektronhéjat kitöltve.

lítium (Li), amelynek atomszáma 3, három elektronnal rendelkezik. Ezek közül kettő kitölti az első elektronhéjat, a harmadik pedig egy második héjba ömlik. A második elektronhéj akár nyolc elektront is képes befogadni., A szén hat elektronjával teljesen kitölti az első héját, félig kitölti a másodikat. Tíz elektronnal a neon (Ne) teljesen kitölti két elektronhéját. Ismét a Periódusos táblázat áttekintése azt mutatja, hogy a második sorban lévő összes elemnek, a lítiumtól a neonig, csak két elektronhéjja van. A több mint tíz elektronnal rendelkező atomok több mint két héjat igényelnek. Ezek az elemek a periódusos rendszer harmadik, majd következő sorait foglalják el.

az a tényező, amely a legerőteljesebben szabályozza az atom kémiai reakciókban való részvételének tendenciáját, az elektronok száma a valenciahéjában., A valenciahéj az atom legkülső elektronhéja. Ha a valenciahéj megtelt, az atom stabil; ami azt jelenti, hogy az elektronokat valószínűleg nem távolítják el a magból más atomok elektromos töltésével. Ha a valenciahéj nem teljes, az atom reaktív; ami azt jelenti, hogy hajlamos reagálni más atomokkal oly módon, hogy a valenciahéj teljes legyen. Tekintsük a hidrogént, egy elektronjával csak félig töltjük meg a valenciahéjat. Ez az egyetlen elektron valószínűleg más elemek atomjaival való kapcsolatba kerül, így a hidrogén egyetlen valence héja stabilizálható.,

minden atom (kivéve a hidrogént és a héliumot egyetlen elektronhéjukkal) akkor a legstabilabb, ha pontosan nyolc elektron van a valenciahéjukban. Ezt az elvet oktet-szabálynak nevezik, és azt állítja, hogy egy atom feladja, megszerzi vagy megosztja az elektronokat egy másik atommal úgy, hogy a saját valenciahéjában nyolc elektronnal végződik. Például az oxigén, hat elektronnal a valenciahéjában, valószínűleg reagál más atomokkal oly módon, hogy két elektron hozzáadódik az oxigén valenciahéjához, így a szám nyolcra emelkedik., Amikor két hidrogénatom megosztja egyetlen elektronját oxigénnel, kovalens kötések képződnek, ami egy vízmolekulát eredményez, H2O.

a természetben az egyik elem atomjai általában más elemek atomjaival csatlakoznak jellegzetes módon. Például a szén általában kitölti a valenciahéjat négy hidrogénatommal való összekapcsolással. Ennek során a két elem alkotja a legegyszerűbb szerves molekulákat, a metánt, amely egyben a Föld egyik legelterjedtebb és legstabilabb széntartalmú vegyülete. Mint fentebb említettük, egy másik példa a víz; az oxigénnek két elektronra van szüksége a valenciahéj kitöltéséhez., Általában kölcsönhatásba lép két hidrogénatommal, H2O-t képezve. mellesleg, a “hidrogén” név tükrözi a vízhez való hozzájárulását (hydro- = “víz”; -gen = “készítő”). Így a hidrogén a ” vízkészítő.”