انتشار الأكسجين وحمض اللبنيك عبر الأنسجة

الملخص إن انتشار المواد المذابة عبر الخلايا والأنسجة هو عامل حاسم في العديد من العمليات الحيوية. إن بطء الانتشار على مقياس الأجسام الحساسة العادية يعطي خيالاً غير مكتمل عن سرعته وأهميته في أنظمة بأبعاد الخلية الحية. يتم التعبير عن ثابت الانتشار k من حيث عدد الكميات الوحدوية من المادة التي تنتشر في الدقيقة عبر مساحة 1 سم² في تدرج التركيز لكل سم من 1 كمية وحدوية لكل س س. بالنسبة للمحلولات المائية للمواد العادية، يكون k عادة من ترتيب 2 إلى 10 مرات 10^-4. ثابت الانتشار له أبعاد L²T^-1، 2 في الطول، -1 في الزمن. عند التعبير عنه بوحدات 1μ (0·0001 سم) بدلاً من 1 سم، و 1σ (0·001 ثانية) بدلاً من الدقائق، يكون k من ترتيب الوحدة، بدلاً من مضاعفات 10^-4. وبالتالي، فإن ثابت الانتشار هو كمية كبيرة إلى حد ما للأنظمة التي تشمل مسافات من ترتيب 1μ وأزمنة من ترتيب 1σ. اسطوانة بقطر 1 سم مكونة من مادة مشابهة لعصب الضفدع، إذا وضعت فجأة في الأكسجين، ستستغرق 185 دقيقة للوصول إلى 90% من التشبع الكامل مع ذلك الغاز. عصب حقيقي بسمك 0·7 مم سيستغرق 54 ثانية للوصول إلى نفس مرحلة التشبع. ليف عصبي واحد بسمك 7μ سيستغرق فقط 5·4 σ. مرة أخرى، فإن سرعة الانتشار الممكن تحقيقها في أنظمة ذات أبعاد صغيرة هي أساس الدورة الشعرية، ومعها التصميم ككل للحيوانات الأكبر؛ ومعدل كيفية استطاعة الانتشار تزويد الأكسجين لعضلة مرهقة لإزالة حمض اللبن هو عامل مهم في تحديد السرعة التي يمكن أن تحدث بها التعافي.