Площадь поверхности швеллер 16: Размеры — Швеллер 16П

Содержание

Таблицы переводов тонн в м2

Перевод тонн в м2 металлопроката  

Для перевода тоннажа металлопроката в метры квадратные используются готовые табличные данные. Перевод тн в м2 необходим для работ по проведению антикоррозионных работ или огнезащите металлоконструкций. При составлении смет в расценках учтена работа по площади окраски поэтому эти величины удобно использовать в сметном деле.

Таблица перевода разносортового металла в м2

Сталь листовая и профили гнутые открытые

Площадь поверхности дана суммарная с обеих сторон

Толщина
листа, мм

Sпов.
м2 — 1т.
профиля

Толщина
листа, мм

Sпов.
м2 — 1т.
профиля

Толщина
листа, мм

Sпов.
м2 — 1т.
профиля

Толщина
листа, мм

Sпов.
м2 — 1т.
профиля

Толщина
листа, мм

Sпов.
м2 — 1т.
профиля

2,0

127,6

3,5

73,0

9,0

28,5

18,0

14,4

32,0

8,2

2,2

115,9

4,0

63,9

10,0

25,7

20,0

13,0

36,0

7,3

2,5

102,3

5,0

51,1

11,0

23,4

22,0

11,8

40,0

6,6

2,8

91,2

6,0

42,7

12,0

21,5

25,0

10,4

45,0

5,9

3,0

85,0

7,0

36,6

14,0

18,4

28,0

9,4

50,0

5,4

3,2

79,9

8,0

32,1

16,0

16,2

30,0

8,7

55,0

4,9

 

Профили гнутые замкнутые квадратные, прямоугольные и трубы

Площадь поверхности дана по внешней стороне проката

Толщина
стенки, мм

 

Толщина
стенки, мм

 

Толщина
стенки, мм

 

Толщина
стенки, мм

 

Толщина
стенки, мм

 

2,0

65,2

5,0

26,5

10,0

13,1

17,0

7,6

28,0

5,0

2,5

52,1

6,0

22,0

11,0

11,8

18,0

7,5

30,0

4,7

3,0

43,5

7,0

19,0

12,0

10,8

20,0

6,7

32,0

4,4

3,5

37,3

8,0

16,6

14,0

9,3

22,0

6,1

40,0

3,5

4,0

32,9

9,0

14,5

16,0

8,1

25,0

5,5

 

 

Сталь угловая равнополочная

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

Толщина
полки, мм

 

Толщина
полки, мм

 

Толщина
полки, мм

 

Толщина
полки, мм

 

Толщина
полки, мм

 

3

86,5

7

37,0

12

22,0

20

13,3

30

9,0

4

65,0

8

33,0

14

19,0

22

12,0

 

 

5

52,0

9

29,5

16

16,6

25

10,6

 

 

6

44,0

10

26,3

18

14,9

28

9,6

 

 

Швеллеры горячекатаные

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

5

47,1

14

41,6

18а

37,7

22а

34,9

30

31,4

6,5

46,4

14а

39,7

20

38,3

24

35,0

33

29,6

8

45,4

16

40,5

20а

36,4

24а

33,3

36

27,7

10

44,7

16а

38,7

22

36,6

27

33,2

40

26,1

12

43,1

18

39,3

 

 

 

 

 

 

Балки двутавровые

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

10

44,4

16

40,5

22

36,7

30

31,2

45

23,2

12

43,1

18

39,1

24

34,4

36

26,7

50

21,4

14

41,8

20

38,1

27

33,0

40

24,9

55

19,7

Балки с параллельными гранями полок

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

20Б

49,1

30Б

40,7

45Б

32,3

70Б

21,0

90Б

17,8

20Б1

39,4

30Б1

35,4

45Б1

27,6

70Б1

19,1

90Б1

15,7

20Б2

36,7

30Б2

33,0

45Б2

24,9

70Б2

17,4

90Б2

14,5

20Б3

33,6

30Б3

30,1

45Б3

22,8

70Б3

15,9

90Б3

13,2

—

—

—

—

—

—

70Б4

14,6

90Б4

12,0

23Б

45,9

35Б

37,8

50Б

29,3

 

 

 

 

23Б1

38,0

35Б1

34,4

50Б1

24,8

80Б

19,3

100Б

16,7

23Б2

35,3

35Б2

31,1

50Б2

22,8

80Б1

17,2

100Б1

14,4

23Б3

32,0

35Б3

28,4

50Б3

20,9

80Б2

15,5

100Б2

13,0

—

—

—

—

—

—

80Б3

14,2

100Б3

11,7

26Б

43,2

40Б

34,9

60Б

24,4

80Б4

13,1

100Б4

10,6

26Б1

35,9

40Б1

30,8

60Б1

20,5

 

26Б2

33,3

40Б2

27,8

60Б2

18,6

 

 

 

 

26Б3

30,4

40Б3

25,5

60Б3

17,2

 

 

 

 

Балки двутавровые для монорельсов

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

 

 

24М

24,0

30М

22,3

36М

21,4

45М

19,33

 

 

Балки широкополочные

Площадь поверхности дана суммарная со всех сторон

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

20Ш

38,9

30Ш3

21,1

50Ш

22,5

60Ш6

10,7

80Ш2

13,4

20Ш1

33,8

30Ш4

19,4

50Ш1

19,4

70Ш

19,7

80Ш3

12,1

20Ш2

31,2

35Ш

26,8

50Ш2

17,4

70Ш1

15,8

90Ш

15,7

23Ш

37,9

35Ш1

22,7

50Ш3

15,7

70Ш2

14,4

90Ш1

13,1

23Ш1

30,9

35Ш2

20,8

50Ш4

14,2

70Ш3

13,1

90Ш2

12,1

23Ш2

27,8

35Ш3

19,1

50Ш5

12,9

70Ш4

12,0

90Ш3

11,1

26Ш

33,2

35Ш4

17,3

60Ш

21,4

70Ш5

11,0

100Ш

14,2

26Ш1

28,6

40Ш

23,2

60Ш1

17,4

70Ш6

10,3

100Ш1

12,3

26Ш2

25,9

40Ш1

20,4

60Ш2

16,0

70Ш7

9,5

100Ш2

11,3

30Ш

30,1

40Ш2

18,9

60Ш3

14,6

70Ш8

8,8

 

 

30Ш1

26,0

40Ш3

17,9

60Ш4

13,1

80Ш

17,4

 

 

30Ш2

23,4

40Ш4

16,2

60Ш5

11,8

80Ш1

14,4

 

 

Колонны двутавровые

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

№
профиля

 

20К

32,3

26К

26,1

30К5

15,2

35К7

10,9

40К8

9,0

20К1

29,3

26К1

23,0

30К6

14,1

35К8

10,0

40К9

8,2

20К2

26,1

26К2

21,6

30К7

12,8

40К

19,9

40К10

7,8

20К3

23,7

26К3

20,9

30К8

11,7

40К1

17,5

40К11

6,2

20К4

21,7

26К4

19,2

35К1

19,3

40К2

16,0

40К12

5,2

23К

31,6

26К5

17,6

35К2

17,3

40К3

14,5

40К13

4,4

23К1

27,5

30К1

21,4

35К3

15,6

40К4

13,1

40К14

3,7

23К2

25,7

30К2

19,9

35К4

14,2

40К5

11,8

 

 

23К3

23,2

30К3

18,3

35К5

13,0

40К6

10,8

 

 

23К4

21,2

30К4

16,7

35К6

11,9

40К7

9,8

Калькулятор веса стального горячекатанного швеллера.

Сортамент швеллера по ГОСТ 8240-97. Таблица вес 1 метра швеллера. Количество метров швеллера в тонне.

       В строительстве широко применяется стальной горячекатанный швеллер по ГОСТ 8240-97.

       На этой странице вы сможете рассчитать вес швеллера в зависимости от размера сечения, длины одного элемента и количества элементов.

Сечение П — с параллельными гранями полок;

Сечение У — с уклоном внутренних граней полок;

Таблица размеры швеллеров

       В таблице указан вес погонного метра стального швеллера в соответствии с ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент (с Изменением N 1)», также посчитано количество погонных метров швеллера в 1 тонне.

Таблица 1 — вес метра стального швеллера с параллельными гранями полок. Количество метров в 1 тонне.

Номер швел- лера серии Пh, ммb, ммs, ммt, ммR, ммr, ммПлощадь попе- речного сечения, см2Масса 1 м, кгКоли- чество метров швел- лера в 1 тонне, м
5П50324,47,06,03,56,164,84206,61
6,5П65364,47,26,03,57,515,90169,49
8П80404,57,46,53,58,987,05141,84
10П100464,57,67,04,010,908,59116,41
12П120524,87,87,54,513,3010,4096,15
14П140584,98,18,04,515,6012,3081,30
16П160645,08,48,55,018,1014,2070,42
16аП160685,09,08,55,019,5015,3065,34
18П180705,18,79,05,020,7016,3061,34
18аП180745,19,39,05,022,2017,4057,47
20П200765,29,09,55,523,4018,4054,34
22П220825,49,510,06,026,7021,0047,61
24П240905,610,010,56,030,6024,0041,66
27П270956,010,511,06,535,2027,7036,10
30П3001006,511,012,07,040,5031,8031,44
33П3301057,011,713,07,546,5036,5027,39
36П3601107,512,614,08,553,4041,9023,86
40П4001158,013,515,09,061,5048,3020,70

Таблица 2 — вес метра стального швеллера с уклоном внутренних граней.

Количество метров в 1 тонне.

Номер швел- лера серии Уh, ммb, ммs, ммt, ммR, ммr, ммПлощадь попе- речного сечения, см2Масса 1 м, кгКоли- чество метров швел- лера в 1 тонне, м
5У50324,47,06,02,56,164,84206,61
6,5У65364,47,26,02,57,515,90169,49
8У80404,57,46,52,58,987,05141,84
10У100464,57,67,03,010,908,59116,41
12У120524,87,87,53,013,3010,4096,15
14У140584,98,18,03,015,6012,3081,30
16У160645,08,48,53,518,1014,2070,42
16аУ160685,09,08,53,519,5015,3065,34
18У180705,18,79,03,520,7016,3061,34
18аУ180745,19,39,03,522,2017,4057,47
20У200765,29,09,54,023,4018,4054,34
22У220825,49,510,04,026,7021,0047,61
24У240905,610,010,54,030,6024,0041,66
27У270956,010,511,04,535,2027,7036,10
30У3001006,511,012,05,040,5031,8031,44
33У3301057,011,713,05,046,5036,5027,39
36У3601107,512,614,06,053,4041,9023,86
40У4001158,013,515,06,061,5048,3020,70

Что ещё почитать на сайте:

Калькулятор расчета приведённой толщины металла ООО «СФЕРА».

Расход огнезащитной краски

Калькулятор расчета приведённой толщины металла ООО «СФЕРА». Расход огнезащитной краски

{ignore}{/ignore}
{$_modx->getChunk(‘analitika’)}

ДвутаврСТО АСЧМ 20-93ГОСТ 26020-83ГОСТ 8239-89ГОСТ 19425-74DIN 1025СВАРНОЙ по размерам
ШвеллерГОСТ 8240-97DIN 1026ГОСТ 8278-83
УголокГОСТ 8509-93, 8510-86DIN EN 10056-1-1998
ПрофильГОСТ 30245-2003DIN EN 10210-2-2006DIN EN 10219-2-2006
ТрубаПо размерам
ЛистПо толщине

 

Нормальные двутаврыШирокополочные двутаврыКолонные двутавры
10Б112Б112Б214Б114Б216Б116Б218Б118Б220Б125Б125Б230Б130Б235Б135Б240Б140Б245Б145Б250Б150Б250Б355Б155Б260Б160Б270Б070Б170Б2 20Ш125Ш130Ш130Ш235Ш135Ш240Ш140Ш245Ш150Ш150Ш250Ш350Ш460Ш160Ш260Ш360Ш470Ш170Ш270Ш370Ш470Ш580Ш180Ш290Ш190Ш2100Ш1100Ш2100Ш3100Ш4 20К120К225К125К225К330К130К230К330К435К135К240К140К240К340К440К5
Нормальные двутаврыШирокополочные двутаврыКолонные двутаврыДвутавры дополнительной серии (Д)
10Б1
12Б1
12Б2
14Б1
14Б2
16Б1
16Б2
18Б1
18Б2
20Б1
23Б1
26Б1
26Б2
30Б1
30Б2
35Б1
35Б2
40Б1
40Б2
45Б1
45Б2
50Б1
50Б2
55Б1
55Б2
60Б1
60Б2
70Б1
70Б2
80Б1
80Б2
90Б1
90Б2
100Б1
100Б2
100Б3
100Б4		 20Ш1
23Ш1
26Ш1
26Ш2
30Ш1
30Ш2
30Ш3
35Ш1
35Ш2
35Ш3
40Ш1
40Ш2
40Ш3
50Ш1
50Ш2
50Ш3
50Ш4
60Ш1
60Ш2
60Ш3
60Ш4
70Ш1
70Ш2
70Ш3
70Ш4
70Ш5		 20К1
20К2
23К1
23К2
26К1
26К2
26К3
30К1
30К2
30К3
35К1
35К2
35К3
40К1
40К2
40К3
40К4
40К5		 24Дб1
27Дб1
36Дб1
35Дб1
40Дб1
45Дб1
45Дб2
30Дш1
40Дш1
50Дш1
Двутавры
10
12
14
16
18
20
22
24
27
30
33
36
40
45
50
55
60
Балки для подвесных путейБалки для армировки шахтных стволов
18М
24М
30М
36М
45М		 14С
20С
20Са
22С
27С
27Са
36С
I DIN 1025-1-2009IPB DIN 1025-2-1995IPBl DIN 1025-3-1994IPBv DIN 1025-4-1994IPE DIN 1025-5-1994
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
450
500
550		 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
400
450
500
550
600
650
700
800
900
1000		 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
400
450
500
550
600
650
700
800
900
1000		 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
320
340
360
400
450
500
550
600
650
700
800
900
1000		 80
100
120
140
160
180
200
220
240
270
300
330
360
400
450
500
550
600
Размеры двутавра
Полки:xмм
Стенка:xмм
Швеллеры с уклоном внутренних граней полокШвеллеры с параллельными гранями полокШвеллеры экономичные с параллельными гранями полокШвеллеры легкой серии с параллельными гранями полокШвеллеры специальные
5У
6,5У
8У
10У
12У
14У
16У
16аУ
18У
18аУ
20У
22У
24У
27У
30У
33У
36У
40У		 5П
6,5П
8П
10П
12П
14П
16П
16аП
18П
18аП
20П
22П
24П
27П
30П
33П
36П
40П		 5Э
6,5Э
8Э
10Э
12Э
14Э
16Э
18Э
20Э
22Э
24Э
27Э
30Э
33Э
36Э
40Э		 12Л
14Л
16Л
18Л
20Л
22Л
24Л
27Л
30Л		 8С
14С
14Са
16С
16Са
18С
18Са
18Сб
20С
20Са
20Сб
24С
26С
26Са
30С
30Са
30Сб
UPN DIN 1026-1-2009UPE DIN 1026-2-2002
30×15
30
40×20
40
50×25
50
60
65
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
350
380
400		 80
100
120
140
160
180
200
220
240
270
300
330
360
400
Высота стенкиШирина полкиТолщина швеллера
25
28
30
32
38
40
42
43
45
48
50
60
63
65
68
70
78
80
90
100
104
106
108
110
120
140
145
148
160
170
180
185
200
205
206
210
250
270
280
300
310
380
400
410
Высота полкиШирина полкиТолщина
20
25
28
30
32
35
40
45
50
56
63
65
70
75
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
Высота полкиШирина полкиТолщина
20
25
30
35
40
45
50
60
65
70
75
80
90
100
120
125
130
135
150
160
180
200
250
ВысотаШиринаТолщина
40
50
60
70
80
90
100
120
140
150
160
180
200
220
240
250
260
300
320
350
380
400
ВысотаШиринаТолщина
40
50
60
70
80
90
100
120
140
150
160
180
200
220
250
260
300
350
400
450
500
ВысотаШиринаТолщина
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
120
140
150
160
180
200
220
250
260
300
350
400
Параметры трубы
Наружный диаметр:мм
Толщина стенки:мм
Толщина листа
Толщина листа:мм

 

Приведённая толщина металла
Площадь сечения
Обогреваемый периметр
Площадь поверхности / 1 м
Площадь поверхности / 1 т
Кол-во, т
Кол-во, м

Результаты расчёта

№ п/пЭлементМатериалПредел огнестойкостиПриведённая толщина металла, ммКол-воПлощадь поверхности, м2Расход на м2Толщина сух. слояОбщий расход огнезащитного состава

Вес швеллера горячекатаного. Сортамент швеллера ГОСТ 8240-89





Калькулятор





Производство › Сортамент проката ›

Размеры и вес швеллера горячекатаного по ГОСТ 8240-89

Швеллер ГОСТ — металлические балки (горячекатанные профили), в сечении напоминающие букву «П».

Полки швеллера находятся по одну сторону от стенки (в отличие от зетовых профилей, в которых полки лежат по разные стороны от стенки). Они могут быть разной длины, размера, вида, наклона. Поэтому прежде чем купить швеллер, нужно точно знать все параметры, которые необходимы.

Швеллер горячекатанный ГОСТ 8240-89 широко применяется при изготовлении зданий из металлоконструкций.

Сортамент швеллеров стальных — сортамент фасонного проката, разрез которого представляет собой сплошной металлический профиль П-образного сечения. Профиль номер П5-П24 изготавливается с размерами по ГОСТ 8240-89 (см. таблицу соответствия размера и веса швеллера) из стали различных марок. Горячекатаный прокат используется для придания жесткости и устойчивости конструкции, в которой применяется его типоразмеры. Швеллеры хорошо работают на изгиб и воспринимают продольные нагрузки, за счет чего увеличивается прочность, и уменьшается масса конструкции в общем весе. Швеллеры различных размеров применяются для изготовления каркасов металлических конструкций, балок, колонн, лестниц.

Какой вес у швеллера?

Изучите представленную ниже таблицу соответствия «Швеллер. Размер-масса». В данной таблице представлено соответствие размеров швеллера, веса согласно серии П ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97).

Значения веса 1м швеллера и количества в тонне в таблице приведены справочно, т.к. расчеты произведены при номинальных размерах ширины, длины и толщины полок. На практике же идеальных размеров не бывает. В соответствии с ГОСТ допускаются отклонения по каждой величине, которые в сумме могут дать до 5% увеличения фактического веса швеллера. Прокат с весом меньше расчетного встречается редко.

Размер и тип швеллера можно узнать по его маркировке, цифра в обозначении – это расстояние между внешними краями граней изделия (размер h), измеряется в сантиметрах, буква П указывает на то, что полки без уклона и параллельны друг другу, если грани расположены под углом, то в обозначении буква У. Также бывают швеллеры, в маркировке которых может встречаться еще одна буква, которая показывает, что данное изделие позиционируется как легкая (тип Л), экономичная (тип Э) или специальная (С) модель.

Таблица массы швеллера П — Сколько весит 1м погонный














Номер швеллера

серии П

Размеры швеллера в миллиметрах

Вес метра швеллера, кг

Метров в тонне

h

b

s

П5

50

32

4,4

4,84

206,61

П6,5

65

36

4,4

5,90

169,49

П8

80

40

4,5

7,05

141,84

П10

100

46

4,5

8,59

116,41

П12

120

52

4,8

10,40

96,15

П14

140

58

4,9

12,30

81,30

П16

160

64

5,0

14,20

70,42

П18

180

70

5,1

16,30

61,35

П20

200

76

5,2

18,40

54,35

П22

220

82

5,4

21,00

47,62

П24

240

90

5,6

24,00

41,67

 

Таблица размеры и масса швеллеров У по ДСТУ 3436–96





















Номер швеллера
серии У		Размеры, ммМасса 1 м, кгМетров в тонне
hbSt
5У50324,474,842206,5
6,5У65364,47,25,899169,5
8У80404,57,47,049141,9
10У100464,57,68,594116,4
12У120524,87,810,4395,87
14У140584,98,112,2981,38
16У1606458,414,2370,30
15аУ160685915,3565,16
18У180705,18,716,2661,50
18аУ180745,19,317,4557,29
20У200765,2918,3754,43
22У220825,49,520,9847,66
24У240905,61024,0641,56
27У27095610,527,6636,15
30У3001006,51131,7831,47
33У330105711,736,5327,37
36У3601107,512,641,9123,86
40У400115813,548,3220,70

Таблицы сортамента позволяют узнать сколько кг в метре швеллера. Предельные отклонения по массе не должны превышать + 4,5% для партии и + 6% для отдельной пачки. 
Отклонение от массы швеллера — это разность между фактической массой в состоянии поставки и рассчитанной по данным таблиц.

Расчет веса швеллера можно автоматизировать, используя «Калькулятор веса швеллера» в разделе «Сортамент металлопроката». Калькулятор швеллера позволяет рассчитать вес или длину проката в зависимости от выбранных параметров. Расчет массы швеллера выполняется по размерам высоты и ширины полок, а также общей длине заготовок. И наоборот, металлокалькулятор швеллера считает длину (погонные метры) по массе, значение которой получено взвешиванием металла на весах.

Выбирая швеллер, размеры и характеристики которого отвечают ГОСТ 8240-97 (устаревший ГОСТ 8240-89), вы получаете ряд преимуществ. При использовании в конструкциях из металла этого профиля, повышаются значения изгиба и осевых нагрузок во время эксплуатации. При этом значительно уменьшаются затраты на усиление металлоконструкций, благодаря снижению веса металла на единицу ее площади. Все прочностные характеристики конструкций сохраняются или даже повышаются. Такие швеллеры придают конструкции устойчивость и необходимую жесткость.

Швеллер используется в строительстве и в различных областях промышленности, он всегда должен быть хорошего качества, если быть точнее прочным и стойким к коррозии. Данное изделие из металла нашло свое применение в изготовлении межэтажных перекрытий, в усилении мостов, а также в металлоконструкциях которые функционируют в динамическом режиме, при различных циклических нагрузках.

Одними из основных характеристик данного вида фасонного проката будут длина изделия.

Швеллеры изготовляют длиной от 2 до 12 м:

— мерной длины;

— мерной длины с немерной в количестве не более 5% массы партии;

— кратной мерной длины;

— кратной мерной длины с немерной в количестве не более 5% массы партии;

— немерной длины;

— ограниченной длины в пределах немерной.

Швеллер горячекатаный упаковывают в пакеты (пачки) по 4,5 — 8 тонн. Каждая пачка перетягивается стальной лентой минимум в двух местах. С двух противоположных сторон пакета крепятся бирки, на которых производитель указывает необходимую информацию – ГОСТ, марку стали, номер партии и номер плавки, вес пакета (иногда количество штук).Транспортируют пакеты, устанавливая пачки одну на другую и прокладывая между ними деревянные бруски, предотвращающие повреждения поверхности швеллера при скольжении во время перевозки и обеспечивающие просвет между пачками для завода стальных канатов при погрузочно – разгрузочных работах.

< Предыдущая   Следующая >

 

Топ продаж

Автономные опоры освещения. Столбы на солнечных батареях


Металлические опоры освещения. Купить в Украине

Порталы ОРУ 35-110 кВ, 220-330 кВ. Металлоконструкции подстанций


Осветительные мачты, молниеотводы, флагштоки

Металлические опоры ЛЭП 35 кВ, ВЛ 110 кВ. Анкерная опора ВЛ электрическая


Металлические опоры ЛЭП ВЛ 35-500 кВ

Двутавры 25Ш1: размеры и вес 1 метра балок, другие характеристики. Сортамент и площадь окраски поверхности

Двутавровая балка обозначения 25 значительно больше аналогичного изделия из 20. Она выполнена, как и все ее собратья, в виде поперечного Н-образного профиля. Это решение обеспечивает оптимальные параметры прочности для большинства несущих конструкций в частном жилом строительстве.

Содержание

  1. Общее описание
  2. Характеристики
  3. Применение

Общее описание

Двутавр 25Ш1 – эталон широкополочных Н-профилей. Чем шире полки, тем эффективнее они распределяют весовую нагрузку на подстилающие стены, как от собственного веса, так и от остаточного веса строительных материалов (арматура, бетон), заполняющих остальной объем потолка.

Как и обычные элементы Т-образного профиля, элементы двутавра изготавливаются из всех тех же сталей: 09Г2С (с улучшенными характеристиками), Ст3, Ст4. Коррозионно-стойкие сплавы и некоторые высоколегированные сплавы не используются при производстве швеллеров и двутавров, за редкими исключениями, допускаемыми по особым требованиям заказчика.

Производство двутавра, в том числе 25Ш1, основано на горячей прокатке. Сначала из минерала выплавляется стальной сплав – он проходит необходимую очистку от вредных для него примесей, например, удаляются излишки фосфора и серы. Раскаленный жидкий сплав разливают в специальные формы. Затем после охлаждения и начала затвердевания сталь проходит стадию основной прокатки. Холоднокатаные двутавры не производятся: специфика проката не совсем одинакова, и этим он отличается от швеллера.

Широкие стороны двутавра позволяют использовать его как промежуточное решение между нормальными и столбчатыми двутаврами.

Благодаря этой разнице обеспечивается значительное сопротивление этого элемента действию изгиба, оказываемому сверху.

Характеристики

Параметры двутавра 25Ш1 выражаются следующими величинами.

  • Количество молдингов на тонну продукции – 22 676 метров.
  • Радиус поворота 41,84 мм.
  • Ширина профиля – 175 мм.
  • Вес 1 погонного метра 44,1 кг.
  • Общая высота основной планки составляет 244 мм, вместе с толщиной боковых полок.
  • Радиус закругления внутри – 16 мм.
  • Толщина боковой стенки полки – 11 мм.
  • Площадь поперечного сечения – 56,24 см2.
  • Ширина бокового края без учета основной стены – 84 мм.
  • Толщина основной перегородки 7 мм.
  • Полезная высота основной стены 222 мм.

Для расчета веса партии товара, получения массы 1 м двутавра плотность стали умножается – для Ст3 она составляет 7,85 т / м3 на фактический объем. Это, в свою очередь, произведение площади сечения на высоту (длину) детали. Двутавр 25Ш1 изготавливается в виде элемента со строго параллельными боковыми гранями. Характеристики этой продукции отражены в ГОСТ 26020-1983 или СТО АСЧМ 20-1993. Нарезка профиля 25Ш1 производится в виде заготовок длиной 12 метров.

Согласно ГОСТу допускается небольшое – на доли процента – превышение длины (но не уменьшение на ту же величину) номинала в прейскуранте поставщика. 12-метровая секция весит около 569 кг.

Помимо марки стали Ст3 используется обозначение С-255, что по сути совпадает. Сталь С-245, низколегированная композиция С-345 (09Г2С) – в данном случае альтернативное обозначение.

Жесткость двутавра 25Ш1 находится на достойном уровне благодаря увеличенной ширине боковых стенок. За счет таких размеров (в поперечном сечении) балка 25Ш1 не будет гнуться и вылететь со своего места даже при значительных нагрузках, а стена (верхний ряд кладки) совершенно не пострадает. Балка 25Ш1, как и все аналогичные ей аналоги, не подходит для установки в качестве несущей конструкции перекрытия на стены из высокопористых строительных материалов (пеноблок, пеноблок) без предварительного армирования армирующей лентой из железобетона (армомауерлата).

Показатель гибкости низколегированных, средне- или среднеуглеродистых сталей – для любого размера и диапазона двутавровых балок – имеет определенный запас. Это позволяет балке не сломаться при импульсном (пиковый момент силы) или равномерном (переменном) сжатии. Если же допустимая нагрузка будет превышена в несколько раз (определенный сверхкритический уровень), балка 25Ш1 погнется и соскользнет с места или разрушит верхние ряды кладки. Площадь поверхности (сцепление с бетоном) даже при отсутствии ребер (например, на арматуре) позволяет создать надежное сцепление, например, с бетоном.

Применение

Использование двутавра 25Ш1 в основном ограничивается строительными работами. В строительстве это элемент усиления фундаментов и перекрытий. Каркасы торгово-развлекательных центров, промышленных зданий, многоквартирных домов монтируются при помощи двутавра. Благодаря простоте обработки – сварке, резке, сверлению, точению элементов 25Ш1 – легко сваривать и / или подтягивать несущую конструкцию любого пола с помощью болтов и гаек. Перед сваркой элементы необходимо очистить до получения равномерного металлического блеска.

Помимо возведения одноэтажных зданий и сооружений, мостов, чердаков, двутавр номиналом 25 применяется в качестве ненесущих конструкций одноименных объектов. Например, разместив канал перегородки вертикально, на него легко смонтировать гипсокартон, заполнив внутреннее пространство утеплителем после покраски двутавров.

Двутавровая конструкция безупречно выдерживает сто и более лет при соблюдении оптимального режима влажности и правильного ухода.

В автомобилестроении, как одной из отраслей машиностроения, часто используются каналы и бренды. Подвижной состав по своей конструкции немыслим без профессиональных труб, швеллеров, угловых профилей и (двух) Т-образных профилей. Балка двутавровая вместе с близкородственным профильным прокатом других типов создаст надежную основу для соединения составляющих элементов для другого.

Но двутавр 25Ш1 применяется и на колесной технике с рессорами и шинами, от бульдозеров до маслобойных тракторов. Грузовики для прицепа КамАЗ – типичный практический пример использования Т-образной рамы, устанавливающей основной запас жесткости и прочности при полезной нагрузке (транспортируемом грузе) до 20 тонн, включая вторые эвакуаторы.

Источник – https://stroy-podskazka.ru/dvutavr/25sh2

C Размеры прогонов | Вторичные компоненты конструкционной стали

Вторичные элементы конструкционной стали — C Purlins and Girts

Полный каталог здесь

Запрос a Quote

Dimension A

Dimension B

Dimension C

Доступные датчики

Отдел

веса

9

4 дюйма

2-1/2 дюйма

2-1/2 дюйма

16G и 14G

Оцинкованный

16G=2,04 фунта
14G=2,55 фунта

6 «

2-1/2″

2-1/2 «

16G, 14G и 12G

Гальванизированные

16G = 2,45 фунта
14G = 3,06 фунтов
12G = 4,29 фунта

8″

2-1/2 «

2-1/2″

16G, 14G и 12G

Гальванизированный

16G = 2,88 фунта
14G = 3,60 фунтов
12G = 5,05 фунтов

10 «

3″

3 дюйма

16G, 14G и 12G

Оцинкованный

16G=3,50 фунта
14G=4,37 фунта
12G = 6,12 фунта

12 «

3″

3 «

14G и 12G

Осилем

14G = 4,88 фунта
12G = 6,83 фунта

14″

3 «

9000 2″

3 «

14″.

14G и 12G

Galvanized

14G = 5,39 фунтов
12G = 7,55 фунтов

Стандарты допуска для

Самые толстые металлы

Радис.0002 Фланец

Кромки

Изгиб

Лыжи

Погружение

Твист

(только Zee)

……………………. …..

…………………………

……….. ……………….

………………….

…………………………..
‍

………… ……………..

………………………..

…………………………..

…………….. ………….

…………………………..

……………. …………..

………………………..

1/ 16 «

1/32″

1/16 «

1/16″

2x THK за боковой угол

2 градусов

3 градусов

1/8 «в 10 ‘

1/8″ в 10 футов

1/8 дюйма в 10 футов

1/8 дюйма в 10 футов

1/4 дюйма в 20 футов

ВАРИАНТ НЕТТО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННЫХ РАЗМЕРОВ. ПОВЕРХНОСТЬ ПОД СОБСТВЕННЫМ ВЕСОМ

НАЗВАНИЕ

ГЛУБИНА

ШИРИНА

ТОЛЩИНА

КРОМКА

RAD

ПЛОЩАДЬ

ВЕС.

LXX

SXX

RXX

LYY

SYY

RYY

J

CW

RO

XO

IN

IN

IN

IN

IN

IN2

IBS/FT

IN4

IN3

IN

IN4

IN3

IN

IN4

IN6

IN

IN

4C16

4

2.5

.06

.81

.1875

.6

2.04

1.59

.795

1,628

0,543

0,353

0,957

0,00070

2,4

2,94

-2,25

2

2

2

29292.

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

. 0003

.75

2.55

1.964

.982

1.618

0.685

0.447

0.955

0.00141

3.09

2.94

-2.26

6C16

6

2.5

0.06

0.81

0.1875

0.72

2.45

4.055

1.352

2.373

0.636

0.375

0.94

0.00086

5.28

3.23

-1.98

6C14

6

2.5

0.075

0.84

0.1875

0.9

3.06

5.031

1.677

2.364

0.793

0.471

0,939

0,00169

6.65

3,23

-1,98

6C12

6

2,5

0,105

0,92

0,1875

,263

0,92

0,1875

,263

0,92

0,1875

,263

0,92

.0003

4.29

6.936

2.312

2.346

1. 104

0.663

0.936

0.00463

4.49

3.22

-2

8C16

8

2.5

0.06

0.87

0.1875

0.847

2.88

8.035

2.009

3.079

0.721

0.403

0.922

0.00102

10.12

3.69

-1.8

8C14

8

2.5

0.075

0.91

0.1875

1.059

3.60

9.99

2.498

3.071

0.9

0.505

0.921

0,00199

12,72

3,68

-1,81

8C12

8

2,5

0,105

0,98

0,1875

,483

9000

0,1875

,48

9000

5.05

13.833

3.458

3.054

1.253

0.711

0.919

0.00545

17.99

3.67

-1.82

10C16

10

3

0. 06

0.87

0.1875

1.028

3.50

15.158

3.032

3.841

1.193

0.54

1.078

0.00123

24.86

4.48

-2.04

10C14

10

3

0.075

0.91

0.1875

1.284

4.37

18.874

3.775

3.833

1.49

0.678

1.077

0,00241

31.22

4,48

-2,04

10C12

10

3

0,105

0,98

0,1875

1.798

2

0,1875

1.798

2

0,1875

1.798

9000 3

0,1875.0003

26.213

5.243

3.818

2.083

0.955

1.076

0.00661

44.1

4.47

-2.06

12C14

12

3

0.075

0.91

0.1875

1.434

4.88

29. 15

4.858

4.508

1.569

0.688

1.046

0.00269

46.6

5

-1.88

12C12

12

3

0.105

0.98

0.1875

2.008

6.83

40.554

6.759

4.494

2.193

0.971

1.045

0.00738

65.68

4.99

-1,9

14C14

14

3

.075

.91

.0002 41.042

5.673

14C12

14

3

.105

.98

.1875

2,218

7.55

58,913

. Минимальная поставляемая толщина голой стали равна 0,095 x расчетной толщины в соответствии с разделом A3.4 спецификаций AISI по минимальной толщине стали в дюймах.

УПН (УНП) U-образные каналы европейского стандарта, характеристики стального профиля УПН, размеры, свойства

Текущая таблица
представляет собой швеллер европейского стандарта U (UPN, UNP), стальной профиль UPN (балка UPN), технические характеристики, свойства, размеры. Изготовлено
в соответствии со стандартами:

  • DIN 1026-1: 2000, NF A 45-202: 1986
  • EN 10279: 2000 (Допуски)
  • EN 10160-43 )
  • СТН 42 5550
  • ЧТН 42 5550
  • TDP: СТН 42 0135

   

7

8

8

Номинальный вес 1 м

Номинальные размеры

Сечение

Размеры для детализации

Поверхность

УНП

б

ч

с

т=R1

R2

и

А

д

Ø

эмин

емакс

АЛ

АГ

 

кг/м

мм

см2

мм

мм

мм

м2/м

м2/т

УПН 30

4,27

33

30

5,0

7,0

3,5

—

5,4

—

—

—

—

—

—

УПН 40×20

2,86

20

40

5,0

5,5

2,5

—

3,7

—

—

—

—

—

—

УПН 40

4,87

35

40

5,0

3,5

7,0

—

6,2

—

—

—

—

—

—

УПН 50

5,59

38

50

5,0

7,0

3,5

13,7

7,12

21

—

—

—

0,232

42,22

УПН 65

7,09

42

65

5,5

7,5

4,0

14,2

9,03

34

—

—

—

0,273

39,57

УПН 80

8,64

45

80

6,0

8,0

4,0

14,5

11,00

47

—

—

—

0,312

37,10

УПН 100

10,6

50

100

6,0

8,5

4,5

15,5

13,50

64

—

—

—

0,372

35,10

УПН 120

13,4

55

120

7,0

9,0

4,5

16

17,00

82

—

—

—

0,434

32,52

УПН 140

16,0

60

140

7,0

10,0

5,0

17,5

20,40

98

M12

33

37

0,489

30,54

УПН 160

18,8

65

160

7,5

10,5

5,5

18,4

24,00

115

M12

34

42

0,546

28,98

УПН 180

22,0

70

180

8,0

11,0

5,5

19,2

28,00

133

М16

38

41

0,611

27,80

УПН 200

25,3

75

200

8,5

11,5

6,0

20,1

32,20

151

М16

39

46

0,661

26,15

УПН 220

29,4

80

220

9,0

12,5

6,5

21,4

37,40

167

М16

40

51

0,718

24,46

УПН 240

33,2

85

240

9,5

13,0

6,5

22,3

42,30

184

M20

46

50

0,775

23,34

УПН 260

37,9

90

260

10,0

14,0

7,0

23,6

48,30

200

M22

50

52

0,834

22,00

УПН 280

41,8

95

280

10,0

15,0

7,5

25,3

53,30

216

M22

52

57

0,890

21,27

УПН 300

46,2

100

300

10,0

16,0

8,0

27,0

58,80

232

M24

55

59

0,950

20,58

УПН 320

59,5

100

320

14,0

17,5

8,8

—

75,80

246

M22

58

62

0,982

16,50

УПН 350

60,6

100

350

14,0

16,0

8,0

—

77,30

282

M22

56

62

1,05

17,25

УПН 380

63,1

102

380

13,5

16,0

8,0

—

80,40

313

M24

59

60

1,11

17,59

УПН 400

71,8

110

400

14,0

18,0

9,0

—

91,50

324

М27

61

62

1,18

16,46

Идентификация

Свойства раздела, статические данные

 

IX

Wel. x

Wpl.x

ix

Авз

Ий

Wel.y

Wel.y

ий

Нержавеющая сталь

Он

Ив

Да

Ям

 

см

см3

см3

см

см2

см4

см3

см3

см

мм

см

см2

мм

см

УПН 30

6,39

4,26

—

1,08

—

5,33

2,68

—

0,99

—

—

—

—

—

УПН 40×20

7,58

3,79

—

1,44

—

1,14

0,86

—

0,56

—

—

—

—

—

УПН 40

14,1

7,05

—

1,50

—

6,68

3,08

—

1,04

—

—

—

—

—

УПН 50

26,4

10,6

13,1

1,92

2,77

9,12

3,75

6,78

1,13

16,7

1,12

0,03

1,37

2,47

УПН 65

57,5 ​​

17,7

21,7

2,52

3,68

14,1

5,07

9,38

1,25

18,0

1,61

0,08

1,42

2,60

УПН 80

106

26,5

32,2

3,10

4,90

19,4

6,36

11,90

1,33

19,4

2,20

0,18

1,45

2,67

УПН 100

206

41,2

49,0

3,91

6,47

29,3

8,49

16,20

1,47

20,3

2,81

0,41

1,55

2,93

УПН 120

364

60,7

72,6

4,62

8,80

43,2

11,12

21,20

1,59

22,2

4,15

0,90

1,60

3,03

УПН 140

605

86,4

103,0

5,45

10,4

62,7

14,8

28,30

1,75

23,9

5,68

1,80

1,75

3,37

УПН 160

925

116

138

6,21

12,6

85,3

18,3

35,2

1,89

25,3

7,39

3,26

1,84

3,56

УПН 180

1350

150

179

6,95

15,1

114

22,4

42,9

2,02

26,7

9,55

5,57

1,92

3,75

УПН 200

1910

191

228

7,70

17,7

148

27,0

51,8

2,14

28,1

11,9

9,07

2,01

3,95

УПН 220

2690

245

292

8,48

20,6

197

33,6

64,1

2,30

30,3

16,0

14,6

2,14

4,20

УПН 240

3600

300

358

9,22

23,7

248

39,6

75,7

2,42

31,7

19,7

22,1

2,23

4,39

УПН 260

4820

371

442

9,99

27,1

317

47,7

91,6

2,56

33,9

25,5

33,3

2,36

4,66

УПН 280

6280

448

532

10,9

29,3

399

57,2

109

2,74

35,6

31,0

48,5

2,53

5,02

УПН 300

8030

535

632

11,7

31,8

495

67,8

130

2,90

37,3

37,4

69,1

2,70

5,41

УПН 320

10870

679

826

12,1

47,1

597

80,6

152

2,81

43,0

66,7

96,1

2,60

4,82

УПН 350

12840

734

918

12,9

50,8

570

75,0

143

2,72

40,7

61,2

114

2,40

4,45

УПН 380

15760

829

1010

14,0

53,2

615

78,7

148

2,77

40,3

59,1

146

2,38

4,58

УПН 400

20350

1020

1240

14,9

58,6

846

102

190

3,04

44,0

81,6

221

2,65

5,11

Назад

1.

2: Структурные нагрузки и система нагружения

2.1.4.1 Дождевые нагрузки

Дождевые нагрузки – это нагрузки, возникающие из-за скопления массы воды на крыше во время ливня или сильных осадков. Этот процесс, называемый затоплением, в основном происходит на плоских крышах и крышах с уклоном менее 0,25 дюйма на фут. Запруды на крышах возникают, когда сток после осадков меньше, чем количество воды, удерживаемой на крыше. Вода, скопившаяся на плоской или пологой крыше во время ливня, может создать большую нагрузку на конструкцию. Поэтому это необходимо учитывать при проектировании здания. Международный совет по нормам и правилам требует, чтобы крыши с парапетами имели первичные и вторичные водостоки. Первичный водосток собирает воду с крыши и направляет ее в канализацию, а вторичный водосток служит резервом на случай засорения основного водостока. На рис. 2.3 изображена крыша и эти дренажные системы. Раздел 8.3 ASCE7-16 определяет следующее уравнение для расчета дождевых нагрузок на непрогибаемую крышу в случае, если первичный водосток заблокирован:

где

  • R = дождевая нагрузка на непрогибаемую крышу, в фунтах на квадратный дюйм или кН/м 2 .
  • d s = глубина воды на непрогибаемой кровле до входа вторичной дренажной системы (т. е. статического напора), в дюймах или мм.
  • d h = дополнительная глубина воды на непрогибаемой кровле над входом во вторичную дренажную систему (т. е. гидравлический напор), в дюймах или мм. Это зависит от скорости потока, размера дренажа и площади, дренируемой каждым дренажом.

Скорость потока, Q , в галлонах в минуту, можно рассчитать следующим образом:

Q (галлонов в минуту) = 0,0104 Ai

, где

  • 3 площадь дренажной крыши A по дренажной системе.

  • i = 100 лет, 1 час. интенсивность осадков в дюймах в час для места расположения здания, указанного в сантехнических нормах.

    • Рис. 2.3. Водосточная система крыши (адаптировано из Международного совета по нормам).

    2.1.4.2 Ветровая нагрузка

    Ветровая нагрузка – это давление, оказываемое на конструкции ветровым потоком. Силы ветра были причиной многих структурных разрушений в истории, особенно в прибрежных районах. Скорость и направление ветрового потока постоянно меняются, что затрудняет прогнозирование точного давления, оказываемого ветром на существующие конструкции. Это объясняет причину значительных усилий по исследованию влияния и оценки сил ветра. На рис. 2.4 показано типичное распределение ветровой нагрузки на конструкцию. Основываясь на принципе Бернулли, связь между динамическим давлением ветра и скоростью ветра может быть выражена следующим образом, если визуализировать поток ветра как поток жидкости:

    , где

    • q = динамическое давление ветра в фунтах на квадратный фут.
    • ρ = массовая плотность воздуха.
    • V = скорость ветра в милях в час.

    Базовую скорость ветра для определенных мест в континентальной части США можно получить из контурной карты базовой скорости в ASCE 7-16 .

    Предполагая, что удельный вес воздуха для стандартной атмосферы составляет 0,07651 фунт/фут 3 и подставив это значение в ранее сформулированное уравнение 2. 1, можно использовать следующее уравнение для статического давления ветра:

    -16 модифицировал уравнение 2.2, введя некоторые факторы для учета высоты конструкции над уровнем земли, важности конструкции с точки зрения жизни людей и имущества, а также топографию ее расположения следующим образом:

    где

    K z = коэффициент давления скорости, который зависит от высоты конструкции и условий воздействия. Значения K z приведены в таблице 2.4.

    K zt = топографический фактор, который объясняет увеличение скорости ветра из-за внезапных изменений топографии, где есть холмы и откосы. Этот коэффициент равен единице для строительства на ровной местности и увеличивается с высотой.

    K d = коэффициент направленности ветра. Он учитывает пониженную вероятность максимального ветра, приходящего с любого заданного направления, и уменьшенную вероятность развития максимального давления при любом направлении ветра, наиболее неблагоприятном для сооружения. Для конструкций, подвергающихся только ветровым нагрузкам, К d = 1; для конструкций, подвергающихся другим нагрузкам, кроме ветровой нагрузки, значения К d приведены в табл. 2.5.

    • K e = коэффициент высоты земли. Согласно разделу 26.9 в ASCE 7-16 , это выражается как K e = 1 для всех отметок.
    • V = скорость ветра, измеренная на высоте z над уровнем земли.

    Три условия воздействия, обозначенные как B, C и D в таблице 2.4, определяются с точки зрения шероховатости поверхности следующим образом: местность с близко расположенными препятствиями. Эта категория применяется к зданиям со средней высотой крыши ≤ 30 футов (9.1 м), если поверхность простирается в направлении против ветра на расстояние более 1500 футов. Для зданий со средней высотой крыши более 30 футов (9,1 м) эта категория применяется, если шероховатость поверхности в направлении против ветра превышает 2600 футов (792 м) или 20-кратная высота здания, в зависимости от того, что больше.

    Воздействие C: Воздействие C применяется там, где преобладает шероховатость поверхности C. Шероховатость поверхности C включает открытую местность с разбросанными препятствиями высотой менее 30 футов.

    Воздействие D: Шероховатость поверхности для этой категории включает равнины, гладкие илистые отмели, солончаки, сплошной лед, участки без препятствий и водные поверхности. Воздействие D применяется, когда шероховатость поверхности D простирается в направлении против ветра на расстояние, превышающее 5000 футов или 20-кратную высоту здания, в зависимости от того, что больше. Это также применимо, если шероховатость поверхности с наветренной стороны составляет B или C, а площадка находится в пределах 600 футов (183 м) или 20-кратной высоты здания, в зависимости от того, что больше.

    Таблица 2.4. Коэффициент воздействия скоростного давления, K z , как указано в ASCE 7-16 .

    Таблица 2.5. Коэффициент направления ветра, K d , как указано в ASCE 7-16 .

    Тип конструкции

    К д

    Система сопротивления основной силе ветра (MWFRS)

    Компоненты и облицовка

    0,85

    0,85

    Арочные крыши

    0,85

    Дымоходы, резервуары и аналогичные конструкции

    Квадрат

    Шестигранник

    Раунд

     

    0,9

    0,95

    0,95

    Сплошные отдельно стоящие стены и сплошные отдельно стоящие и прикрепленные знаки

    0,85

    Открытые знаки и решетчатый каркас

    0,85

    Ферменные башни

    Треугольный, квадратный, прямоугольный

    Все остальные сечения

     

    0,85

    0,95

    Чтобы получить окончательные внешние давления для расчета конструкций, уравнение 2. 3 дополнительно модифицируется следующим образом:

    где

    • P z = расчетное ветровое давление на лицевую сторону конструкции на высоте z над уровнем земли. Она увеличивается с высотой на наветренной стенке, но постоянна с высотой на подветренной и боковой стенках.
    • G = коэффициент влияния порыва ветра. G = 0,85 для жестких конструкций с собственной частотой ≥ 1 Гц. Коэффициенты порывов ветра для гибких конструкций рассчитываются с использованием уравнений в разделе 9.3722 ASCE 7-16 .
    • C p = коэффициент внешнего давления. Это доля внешнего давления на наветренные стены, подветренные стены, боковые стены и крышу. Значения C p представлены в таблицах 2.6 и 2.7.

    Чтобы вычислить ветровую нагрузку, которая будет использоваться при расчете стержня, объедините внешнее и внутреннее ветровое давление следующим образом:

    где

    GC pi = коэффициент внутреннего давления из ASCE 7-16 .

    Рис. 2.4. Типичное распределение ветра на стенах конструкции и крыше.

    Таблица 2.6. Коэффициент давления на стенку, C p , как указано в ASCE 7-16 .

    Примечания:

    1. Положительные и отрицательные знаки указывают на ветровое давление, действующее на поверхности и от нее.

    2. L — размер здания по нормали к направлению ветра, B — размер, параллельный направлению ветра.

    Таблица 2.7. Коэффициенты давления крыши, C p , для использования с q h , как указано в ASCE 7-16 .

    Пример \(\PageIndex{1}\)

    Двухэтажное здание, показанное на рис. 2.5, представляет собой начальную школу, расположенную на равнинной местности в пригородной зоне, со скоростью ветра 102 мили в час и категорией воздействия B. ● Каково давление скорости ветра на высоте крыши для системы сопротивления основной ветровой силе (MWFRS)?

    Рис. 2.5. Двухэтажное здание.

    Решение

    Средняя высота крыши составляет h = 20 футов. h = 20′, тогда K z = 0,7.

    Коэффициент топографии из раздела 26.8.2 стандарта ASCE 7-16 равен K zt = 1,0.

    Коэффициент направленности ветра для MWFRS согласно таблице 26.6-1 в ASCE 7-16 составляет K d = 0,85.

    Используя уравнение 2.3, скоростное давление на высоте крыши 20 футов для MWFRS будет следующим: лед на крышах зданий может быть довольно большим и может привести к разрушению конструкции, если его не учитывать при проектировании конструкции.

    Предлагаемые расчетные значения снеговых нагрузок приведены в нормах и технических условиях. Основой для расчета снеговой нагрузки является так называемая снеговая нагрузка на грунт. Снеговая нагрузка на грунт определяется Международными строительными нормами (IBC) как вес снега на поверхности земли. Снеговые нагрузки на грунт для различных частей Соединенных Штатов можно получить из контурных карт в ASCE 7-16 . Некоторые типичные значения снеговых нагрузок на грунт из этого стандарта представлены в таблице 2.8. После того, как эти нагрузки для требуемых географических зон установлены, их необходимо изменить для конкретных условий, чтобы получить снеговую нагрузку для расчета конструкции.

    В соответствии со стандартом ASCE 7-16 расчетные снеговые нагрузки для плоских и наклонных крыш можно получить с помощью следующих уравнений:

    где

    • р f = расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу.
    • р s = расчетная снеговая нагрузка для скатной крыши.
    • р г = снеговая нагрузка на грунт.
    • I = фактор важности. В Таблице 2.9 приведены значения факторов важности в зависимости от категории здания.
    • C e = коэффициент воздействия. См. Таблицу 2.10 для значений коэффициента воздействия в зависимости от категории местности.
    • C t = тепловой коэффициент. Типичные значения см. в Таблице 2.11.
    • C s = коэффициент наклона. Значения C s приведены в разделах с 7.4.1 по 7.4.4 стандарта ASCE 7-16 в зависимости от различных факторов.

     

    Таблица 2.8. Типичные снеговые нагрузки на грунт, как указано в ASCE 7-16.

    Местоположение

    Нагрузка (PSF)

    Ланкастер, Пенсильвания

    Якутат, АК

    Нью-Йорк, Нью-Йорк

    Сан-Франциско, Калифорния

    Чикаго, Иллинойс

    Таллахасси, Флорида

    30

    150

    30

    5

    25

    0

     

    Таблица 2. 9. Коэффициент важности снеговой нагрузки, Is, как указано в ASCE 7-16.

    Категория риска структуры

    Фактор важности

    я

    II

    III

    IV

    0,8

    1,0

    1.1

    1,2

    Таблица 2.10. Коэффициент экспозиции, C e , как указано в ASCE 7-16 .

     

    Таблица 2.11. Термический коэффициент, C t , как указано в ASCE 7-16 .

    Тепловое состояние

    Тепловой фактор

    Все конструкции, кроме указанных ниже

    1,0

    Конструкции, находящиеся чуть выше точки замерзания, и другие конструкции с холодными вентилируемыми крышами, в которых тепловое сопротивление (коэффициент R) между вентилируемым помещением и отапливаемым помещением превышает 25 ° F × h × ft 2 /Btu (4,4 K × м 2 /W)

    1. 1

    Неотапливаемые и открытые конструкции

    1,2

    Конструкции, преднамеренно оставленные ниже точки замерзания

    1,3

    Теплицы с непрерывным отоплением и крышей с тепловым сопротивлением (коэффициентом R) менее 2,0 °F × h × фут 2 /Btu

    0,85

    Пример 2.4

    Одноэтажный отапливаемый жилой дом, расположенный в пригороде г. Ланкастер, Пенсильвания, считается частично открытым. Крыша здания имеет уклон 1 на 20, без нависающих карнизов. Какова расчетная снеговая нагрузка на крышу?

    Решение

    Согласно рис. 7.2-1 в ASCE 7-16 , снеговая нагрузка на грунт для Ланкастера, Пенсильвания составляет

    р г = 30 шт.

    Поскольку 30 фунтов на квадратный фут > 20 фунтов на квадратный фут, дополнительная плата за дождь со снегом не требуется.

    Чтобы найти уклон крыши, используйте θ = arctan

    Согласно ASCE 7-16 , поскольку 2,86° < 15°, крыша считается пологой. Таблица 7.3-2 в ASCE 7-16 указывает, что тепловой коэффициент для отапливаемой конструкции составляет C t = 1,0 (см. Таблицу 2.11).

    Согласно таблице 7.3-1 в ASCE 7-16 , коэффициент воздействия для местности категории B, частично обнаженной составляет C e = 1,0 (см. Таблицу 2.10).

    Таблица 1.5-2 в ASCE 7-16 указывает, что коэффициент важности I s = 1,0 для категории риска II (см. Таблицу 2. 9).

    Согласно уравнению 2.6 снеговая нагрузка на плоскую крышу будет следующей:

    Так как 21 фунт/кв. Таким образом, расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет 21 фунт/фут.

    2.1.4.4 Сейсмические нагрузки

    Подвижки грунта, вызванные сейсмическими силами во многих географических регионах мира, могут быть весьма значительными и часто повреждают конструкции. Это особенно заметно в регионах вблизи активных геологических разломов. Таким образом, большинство строительных норм и стандартов требуют, чтобы конструкции были рассчитаны на сейсмические нагрузки в таких районах, где вероятны землетрясения. Стандарт ASCE 7-16 предоставляет многочисленные аналитические методы для оценки сейсмических сил при проектировании конструкций. Один из этих методов анализа, который будет описан в этом разделе, называется процедурой эквивалентной боковой силы (ELF). Боковой базовый сдвиг V и боковая сейсмическая сила на любом уровне, рассчитанные с помощью ELF, показаны на рис. 2.6. Согласно методике полный статический боковой сдвиг основания, V , в определенном направлении для здания задается следующим выражением:

    где

    V = боковой сдвиг основания для здания. Расчетное значение В должно удовлетворять следующему условию:

    Вт = эффективный сейсмический вес здания. Он включает в себя полную собственную нагрузку здания и его основного оборудования и перегородок.

    T = основной естественный период здания, который зависит от массы и жесткости конструкции. Он рассчитывается по следующей эмпирической формуле:

    C t = коэффициент периода строительства. Величина C t = 0,028 для резистивных рам из конструкционной стали, 0,016 для жестких железобетонных рам и 0,02 для большинства других конструкций (см. табл. 2.12).

    ℎ n = высота верхнего этажа здания, а для стальных жестких рам x = 0,8, для железобетонных жестких рам 0,9, для остальных систем 0,75.

    Таблица 2.12. C t значения для различных структурных систем.

    Структурная система

    С т

    х

    Стальные рамы сопротивления моменту

    Рамы с эксцентриковыми связями (EBF)

    Все прочие структурные системы

    0,028

    0,03

    0,02

    0,8

    0,75

    0,75

    S DI = расчетное спектральное ускорение. Он оценивается с помощью сейсмической карты, на которой указана расчетная интенсивность землетрясения для конструкций в местах с магнитудой 9 баллов.3722 T = 1 секунда.

    S Ds = расчетное спектральное ускорение. Он оценивается с помощью сейсмической карты, которая обеспечивает расчетную интенсивность землетрясения для конструкций с T = 0,2 секунды.

    R = коэффициент модификации отклика. Это объясняет способность структурной системы противостоять сейсмическим силам. Значения R для нескольких распространенных систем представлены в таблице 2.13.

    I = коэффициент важности. Это мера последствий для жизни людей и ущерба имуществу в случае отказа конструкции. Значение фактора важности равно 1 для офисных зданий, но равно 1,5 для больниц, полицейских участков и других общественных зданий, где в случае разрушения конструкции ожидается гибель большего числа людей или материальный ущерб.

     

    Таблица 2. 13. Коэффициент модификации отклика, R, как указано в ASCE 7-16.

    Сейсмостойкая система

    Р

    Системы несущих стен

    Стены жесткости из обычного железобетона

    Стены жесткости из рядовой армированной кладки

    Легкие каркасные стены (из холодногнутой стали), обшитые конструкционными панелями, рассчитанными на сопротивление сдвигу, или стальными листами

    4

    2

    Каркасные системы зданий

    Стены жесткости из обычного железобетона

    Стены из обычной армированной каменной кладки

    Стальные рамы с защитой от продольного изгиба

    5

    2

    8

    Системы рам с сопротивлением моменту

    Рамы стальные с особым моментом

    Стальные обычные моментные рамы

    Моментные рамы обычные железобетонные

    8

    3

    После того, как общая сейсмическая статическая боковая сила сдвига основания в заданном направлении для конструкции была рассчитана, следующим шагом является определение боковой сейсмической силы, которая будет приложена к каждому уровню пола, используя следующее уравнение:

    , где

    F x = боковая сейсмическая сила, приложенная к уровню х .

    З i и З x = эффективные сейсмические веса на уровнях i и x .

    ℎ i и ℎ x = высоты от основания конструкции до этажей на уровнях i и x .

    = суммирование произведения W i и по всей структуре.

    k = показатель распределения, связанный с основным естественным периодом строения. Для T ≤ 0,5 с, k = 1,0, а для T ≥ 2,5 с k = 2,0. Для T , лежащего между 0,5 с и 2,5 с, k можно вычислить, используя следующую зависимость:

    Рис. 2.6. Процедура эквивалентной поперечной силы

    Пример 2.5

    Пятиэтажное стальное офисное здание, показанное на рис. 2.7, скреплено боковыми связями со стальными рамами, устойчивыми к особому моменту, и имеет размеры 75 футов на 100 футов в плане. Здание находится в Нью-Йорке. Использование 9Процедура эквивалентной боковой силы 3722 ASCE 7-16 определяет боковую силу, которая будет приложена к четвертому этажу конструкции. Постоянная нагрузка на крышу составляет 32 фунта на фут, статическая нагрузка на пол (включая нагрузку на перегородки) составляет 80 фунтов на фут, а снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет 40 фунтов на фут. Не обращайте внимания на вес облицовки. Расчетные параметры спектрального ускорения: S DS = 0,28 и S D 1 = 0,11.

    Рис. 2.7. Пятиэтажное офисное здание.

    Решение

    S DS = 0,28 и S D 1 = 0,11 (дано).

    R = 8 для стальной рамы, устойчивой к особому моменту (см. табл. 2.13).

    Офисное здание относится ко II категории риска проникновения, поэтому I e = 1,0 (см. Таблицу 2.9).

    Расчет приблизительного основного естественного периода здания T a .

    С т = 0,028 и х = 0,8 (по табл. 2.12 для стальных рам, сопротивляющихся моменту).

    ℎ n = Высота крыши = 52,5 фута

    Определите собственную нагрузку на каждом уровне. Поскольку снеговая нагрузка на плоскую крышу офисного здания превышает 30 фунтов на квадратный фут, 20 % снеговой нагрузки должны быть включены в расчеты статической сейсмической нагрузки.

    Вес, присвоенный уровню крыши, следующий:

    W крыша = (32 фунта на квадратный фут)(75 футов)(100 футов) + (20%)(40 фунтов на квадратный фут)(75 футов)(100 футов) = 300 000 фунтов

    Вес, присвоенный всем остальным уровням, следующий:

    Вт i = (80 фунтов на квадратный фут)(75 футов)(100 футов) = 600 000 фунтов

    Общая статическая нагрузка:

    Вт

    Итого = 300 000 фунтов + (4)(600 000 фунтов) = 2700 тыс.

    Рассчитать коэффициент сейсмической реакции C s .

    Следовательно, C s = 0,021 > 0,01

    Определить сейсмический базовый сдвиг В .

    V = C s W = (0,021)(2700 тысяч фунтов) = 56,7k

    Рассчитайте боковую силу, приложенную к четвертому этажу.

    2.1.4.5 Гидростатическое давление и давление грунта

    Подпорные конструкции должны быть рассчитаны на опрокидывание и скольжение, вызванное гидростатическим давлением и давлением грунта, для обеспечения устойчивости их оснований и стен. Примеры подпорных стен включают гравитационные стены, консольные стены, контрфорс-стены, резервуары, переборки, шпунтовые сваи и другие. Давление, развиваемое удерживаемым материалом, всегда перпендикулярно контактирующим с ним поверхностям удерживающей конструкции и изменяется линейно с высотой. Интенсивность нормального давления, р , а результирующая сила P , действующая на подпорную конструкцию, вычисляется следующим образом:

    Где

    γ = удельный вес удерживаемого материала.

    ℎ = расстояние от поверхности удерживаемого материала до рассматриваемой точки.

    2.1.4.6 Прочие нагрузки

    Существует множество других нагрузок, которые также можно учитывать при проектировании конструкций в зависимости от конкретных случаев. Их включение в сочетания нагрузок будет основываться на усмотрении проектировщика, если предполагается, что в будущем они окажут значительное влияние на целостность конструкции. К таким нагрузкам относятся термические силы, центробежные силы, силы из-за неравномерной осадки, ледовые нагрузки, затопления, взрывные работы и многое другое.

    2.2 Комбинации нагрузок для проектирования конструкций

    Конструкции проектируются таким образом, чтобы они удовлетворяли требованиям прочности и удобства эксплуатации. Требование прочности обеспечивает безопасность жизни и имущества, а требование удобства эксплуатации гарантирует удобство проживания (людей) и эстетику конструкции. Для выполнения вышеуказанных требований конструкции проектируют на критическую или наибольшую нагрузку, которая будет на них воздействовать. Критическая нагрузка для данной конструкции находится путем объединения всех различных возможных нагрузок, которые конструкция может нести в течение своего срока службы. Разделы 2. 3.1 и 2.4.1 из ASCE 7-16 обеспечивает следующие комбинации нагрузок для использования при проектировании конструкций методами расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) и расчета допустимой прочности (ASD).

    For LRFD, the load combinations are as follows:

    1.1.4 D

    2.1.2 D + 1.6 L + 0.5( L r orS or R )

    3.1. 2 D + 1,6( L r или S или R ) + ( L или 0.5 W )

    4.1.2 D + 1.0 W + L + 0.5( L r or S or R )

    5.0.9 D + 1.0 W

    For ASD, the load combinations are as follows:

    1. D

    2. D + L

    3. D + ( L r or S или R )

    4. D + 0,75 L + 0,75( L r или S или R )

    5. D + (0,6 W )

    где

    D 93,723 статическая нагрузка

    L = динамическая нагрузка из-за занятости.

    L r = динамическая нагрузка на крышу.

    S = снеговая нагрузка.

    R = номинальная нагрузка из-за первоначальных дождевых вод или льда, за исключением накопления воды.

    Вт = ветровая нагрузка.

    E = сейсмическая нагрузка.

    Пример 2.6

    Система перекрытий, состоящая из деревянных балок, расположенных на расстоянии 6 футов друг от друга в центре, и шпунтованной деревянной обшивки, как показано на рис. 2.8, выдерживает постоянную нагрузку (включая вес балки и обшивки) в 20 psf и динамическая нагрузка 30 psf. Определите максимальную учитываемую нагрузку в фунтах на фут, которую должна поддерживать каждая балка перекрытия, используя комбинации нагрузок LRFD.

    Рис. 2.8. Этажная система.

    Решение

    Собственная нагрузка D = (6)(20) = 120 фунтов/фут

    Постоянная нагрузка L = (6)(30) = 180 фунтов/фут

    Определение максимальных учтенных нагрузок Вт u , используя комбинации нагрузок LRFD и пренебрегая членами, которые не имеют значений, дает следующее: )(120) + (1,6)(180) = 288 фунт/фут

    Вт u = (1,2)(120) + (0,5)(180) = 234 фунт/фут

    Вт u = (1,2)(120) + (0,5)(180) = 234 фунт/фут 234 фунт/фут

    W u = (0,9)(120) = 108 фунт/фут

    Определяющая факторизованная нагрузка = 288 фунт/фут

    2. 3 Ширина и площадь притока — это площадь притока

    A 900 нагрузки, которую будет воспринимать элемент конструкции. Например, рассмотрим внешнюю балку B1 и внутреннюю балку B2 односторонней системы перекрытий, показанную на рис. 2.9.. Ширина притока для B1 — это расстояние от центральной линии луча до половины расстояния до следующего или соседнего луча, а площадь притока для луча — это площадь, ограниченная шириной притока и длиной луча, как заштриховано на фигура. Для внутренней балки B2-B3 ширина притока W T составляет половину расстояния до соседних балок с обеих сторон.

    Рис. 2.9. Район притока.

    2.4 Области влияния

    Области влияния — это области нагрузки, которые влияют на величину нагрузки, воспринимаемой конкретным элементом конструкции. В отличие от притоков, где нагрузка в области воспринимается элементом, все нагрузки в зоне влияния не воспринимаются рассматриваемым элементом.

    2.5 Уменьшение временных нагрузок

    Большинство норм и стандартов допускают снижение временных нагрузок при проектировании больших систем перекрытий, поскольку очень маловероятно, что такие системы всегда будут выдерживать расчетные максимальные временные нагрузки в каждом случае. Раздел 4.7.3 стандарта ASCE 7-16 допускает снижение временных нагрузок для элементов с площадью влияния A I ≥ 37,2 м 2 (400 футов 2 ). Площадь влияния является произведением площади притока и коэффициента элемента динамической нагрузки. ASCE 7-16 уравнения для определения приведенной временной нагрузки на основе площади влияния следующие:

    где

    л = приведенная расчетная временная нагрузка на фут 2 (или м 2 ).

    ≥ 0,50 L o для конструктивных элементов, поддерживающих один этаж (например, балки, фермы, плиты и т. д.).

    ≥ 0,40 L o для элементов конструкции, поддерживающих два или более этажей (например, колонны и т. д.).

    Уменьшение нагрузки на пол с временной нагрузкой более 4,79 кН/м 2 (100 фунтов/фут 2 ) или на пол общественных мест, таких как стадионы, зрительные залы, кинотеатры и т. д., не допускается. большая вероятность того, что такие этажи будут перегружены или использованы в качестве автомобильных гаражей.

    L o = неуменьшенная расчетная временная нагрузка на фут 2 (или м 2 ) из таблицы 2.2 (таблица 4.3-1 в ASCE 7-16 ).

    А T = площадь притока элемента в футах 2 (или м 2 ).

    K LL = A I / A T = коэффициент элемента динамической нагрузки из таблицы 2.14 (см. значения, приведенные в таблице 4.7-1 в

    ASCE).

    A I = K LL A T = зона влияния.

    Таблица 2.14. Коэффициент элемента динамической нагрузки.

    Строительный элемент

    К ЛЛ

    Внутренние колонны и наружные колонны без консольных плит

    4

    Наружные колонны с консольными плитами

    3

    Колонны угловые с консольными плитами

    2

    Внутренние балки и краевые балки без консольных плит

    2

    Все остальные элементы, включая панели в двусторонних плитах

    1

    Пример 2. 7

    Колонны четырехэтажного школьного здания, в котором размещаются классы, расположены так, как показано на рис. 2.10. Нагрузка на плоскую крышу конструкции оценивается в 25 фунтов/фут 2 . Определите приведенную динамическую нагрузку, поддерживаемую внутренней колонной на уровне земли.

    Рис. 2.10. Четырехэтажное здание школы.

    Решение

    Любая внутренняя колонна на уровне земли поддерживает нагрузку на крышу и динамические нагрузки на втором, третьем и четвертом этажах.

    Приточная площадь внутренней колонны составляет A T = (30 футов)(30 футов) = 900 футов 2

    Временная нагрузка на крышу составляет 2 )(900 футов 2 ) = 22 500 фунтов = 22,5 кг

    Для временных нагрузок на пол используйте уравнения ASCE 7-16 , чтобы проверить возможность уменьшения.

    L o = 40 фунтов/фут 2 (из таблицы 4.1 в ASCE 7-16 ).

    Если внутренняя столбец K LL = 4, затем область влияния A 1 = K LL A T = (4) (900 FT 9374 2 2 2 2 2 2 ). 2 .

    Поскольку 3600 футов 2 > 400 футов 2 , динамическая нагрузка может быть уменьшена с помощью уравнения 2.14 следующим образом:

    В соответствии с таблицей 4.1 в ASCE 7-16 , приведенная нагрузка как часть не приведенной временной нагрузки на пол для классной комнаты составляет Таким образом, приведенная временная нагрузка на пол выглядит следующим образом: )(900 футов 2 ) = 18 000 фунтов = 18 кОм

    Общая нагрузка, воспринимаемая внутренней колонной на уровне земли, равна:

    F Итого 76,5 k

    Краткое содержание главы

    Структурные нагрузки и системы нагрузки: Конструктивные элементы рассчитаны на наихудшие возможные сочетания нагрузок. Некоторые нагрузки, которые могут воздействовать на конструкцию, кратко описаны ниже.

    Постоянные нагрузки : Это нагрузки постоянной величины в конструкции. Они включают в себя вес конструкции и нагрузки, постоянно прикрепленные к конструкции.

    Временные нагрузки : Это нагрузки различной величины и положения. Они включают подвижные нагрузки и нагрузки, связанные с занятостью.

    Ударные нагрузки : Ударные нагрузки представляют собой внезапные или быстрые нагрузки, прикладываемые к конструкции в течение относительно короткого периода времени по сравнению с другими структурными нагрузками.

    Дождевые нагрузки : Это нагрузки из-за скопления воды на крыше после ливня.

    Ветровые нагрузки : Это нагрузки из-за давления ветра на конструкции.

    Снеговые нагрузки : Это нагрузки, воздействующие на конструкцию из-за накопления снега на крыше.

    Сейсмические нагрузки : Это нагрузки, воздействующие на конструкцию в результате движения грунта, вызванного сейсмическими силами.

    Гидростатическое давление и давление грунта : Это нагрузки на удерживающие конструкции из-за давления, создаваемого удерживаемыми материалами. Они изменяются линейно в зависимости от высоты стен.

    Сочетания нагрузок: Существует два метода проектирования зданий: метод расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) и метод расчета допустимой прочности (ASD). Некоторые комбинации нагрузок для этих методов показаны ниже.

    LRFD:

     

    1.1.4 D

     

    2.1.2 D + 1.6 L + 0.5( L r orS or R )

     

    3.1. 2 D + 1,6 ( L R или S OR R ) + ( L или 0,5 W )

    4.1,2 D + 1,0

    2222 2

    4,1,1,2 D + 1,0 2222222222222222222222222222222222222222222222222222 2

    4,1,1,2 D + 1,0000222222 2

    4,1,1, ( L r или S или R )

     

    5.0.9 D + 1,0 W

    ASD:

    1. D

    D + L

    9 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2

    9000 2 9000 2

    9000 2 9000 2

    9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 2 9000 29000 2 9000 2 . or S or R )

     

    4. D + 0.75 L + 0.75( L r or S or R )

     

    5. D + (0.6 W )

    Ссылки

    ACI (2016), Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону (ACI 318-14), Американский институт бетона.

    ASCE (2016), Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других сооружений, ASCE 7-16, ASCE.

    ICC (2012 г.), Международные строительные нормы и правила, Совет по международным нормам.

    Практические задачи

    2.1 Определите максимальный факторизованный момент для балки крыши, подверженной следующим моментам рабочих нагрузок: = 36 psf (момент временной нагрузки крыши)

    M s = 16 psf (snow load moment)

    2.2 Determine the maximum factored load sustained by a column subjected to the following service loads:

    P D = 500 kips (Dead Load)

    P L = 280 KIPS (Живая нагрузка на полу)

    P S = 200 п. тысяч фунтов (землетрясение)

    P w = ±70 тысяч фунтов (ветровая нагрузка)

    1. Определите постоянную нагрузку в фунтах на фут, действующую на типичную внутреннюю балку B 1- B 2 на втором этаже. Все лучи Вт 12 × 44, разнесены на 10 футов o.c. Распределенные нагрузки на втором этаже следующие:

    Песчано-цементная стяжка толщиной 2 дюйма

    = 0,25 фунтов на квадратный фут

    Железобетонная плита толщиной 6 дюймов

    = 50 фунтов на квадратный фут

    Подвесной металлический реечный и гипсокартонный потолок

    = 10 фунтов на квадратный фут

    Электрические и механические услуги

    = 4 фунта на фут

    Типовой план этажа

    Рис. П2.1. Сталежелезобетонная композитная система перекрытий.

    2.4 Планировка второго этажа здания начальной школы показана на рисунке П2.1. Отделка пола такая же, как и в практической задаче 2.3, за исключением того, что потолок представляет собой акустическую фибровую плиту с минимальной расчетной нагрузкой 1 фунт/фут. Все лучи W 12 × 75, с весом 75 фунтов/фут, и все балки W 16 × 44, с собственным весом 44 фунта/фут. Определите постоянную нагрузку на типичную внутреннюю балку A 2- B 2.

    2.5 Схема второго этажа офисного помещения показана на рисунке P2.1. Отделка пола аналогична практической задаче 2.3. Определить общую постоянную нагрузку, приложенную к внутренней колонне B 2 на втором этаже. Все балки W 14 × 75, а все прогоны W 18 × 44.

    2.6 Четырехэтажное здание больницы с плоской крышей, показанное на рис. P2.2, имеет рамы с концентрическими связями в качестве системы сопротивления поперечной силе. Вес на каждом уровне пола указан на рисунке. Определите сдвиг сейсмического базового сдвига в KIP, учитывая следующие данные о проектировании:

    S 1 = 1,5 г

    S S = 0,6G

    Класс сайта = D

    Fig. P2.22

    . . Четырехэтажное здание с плоской крышей.

    2.7 Используйте ASCE 7-16 для определения снеговой нагрузки (psf) для здания, показанного на рисунке P2.3. Следующие данные относятся к зданию:

    Снеговая нагрузка на грунт = 30 фунтов на квадратный фут

    Крыша полностью покрыта битумной черепицей.

    Угол ската крыши = 25°

    Открытая местность

    Категория заселения I

    Неотапливаемое строение

    Рис. P2.3. Образец крыши.

    2.8. В дополнение к расчетной снеговой нагрузке, вычисленной в практической задаче 2.7, крыша здания на рис. P2.3 подвергается постоянной нагрузке 16 фунтов на квадратный фут (включая вес фермы, доски крыши и битумной черепицы) на горизонтальной поверхности. самолет. Определите равномерную нагрузку, действующую на внутреннюю ферму, если фермы имеют центральное расстояние 6 футов-0 дюймов.

    2.9 Ветер дует со скоростью 90 миль в час на закрытое хранилище, показанное на рисунке P2.4. Объект расположен на ровной местности с категорией воздействия B. Определить давление скорости ветра в фунтах на квадратный фут на высоте крыши объекта. Топографический фактор равен K zt = 1,0.

    Рис. P2.4. Закрытое складское помещение.

    Визуализация стран по доле поверхности Земли

    Визуализация стран по доле поверхности Земли

    Площадь поверхности Земли составляет более 510 миллионов квадратных километров, но менее 30% из них покрыто сушей. Остальное вода , в виде обширных океанов.

    Сегодняшняя визуализация использует данные в основном из Статистического отдела Организации Объединенных Наций (СОООН) для ранжирования стран мира по их доле поверхности Земли.

    Распределение стран Доля земной поверхности

    Крупнейшие страны по площади Россия (3,35%), Канада (1,96%) и Китай (1,88%).

    Вместе они занимают примерно 7,2% поверхности Земли. Россия настолько велика, что даже если бы мы разделили страну на азиатскую и европейскую части, эти новые регионы все равно были бы самыми большими на своих континентах.

    Страна/Зависимость Всего в км² (ми²) Процент поверхности Земли
    Россия 17 098 246 (6 601 670) 3,352%
    Антарктида 14 000 000 (5 400 000) 2,745%
    Канада 9 984 670 (3 855 100) 1,958%
    Китай 9 596 961 (3 705 407) 1,881%
    США 9 525 067 (3 677 649) 1,867%
    Бразилия 8 515 767 (3 287,956) 1,670%
    Австралия 7 692 024 (2 969 907) 1,508%
    Индия 3 287 263 (1 269 219) 0,644%
    Аргентина 2 780 400 (1 073 500) 0,545%
    Казахстан 2 724 900 (1 052 100) 0,534%
    Алжир 2 381 741 (919 595) 0,467%
    Д. Р. Конго 2 344 858 (905 355) 0,460%
    Гренландия (Дания) 2 166 086 (836 330) 0,425%
    Саудовская Аравия 2 149 690 (830 000) 0,421%
    Мексика 1 964 375 (758 449) 0,385%
    Индонезия 1 910 931 (737 815) 0,375%
    Судан 1 861 484 (718 723) 0,365%
    Ливия 1 759 540 (679 360) 0,345%
    Иран 1 648 195 (636 372) 0,323%
    Монголия 1 564 110 (603 910) 0,307%
    Перу 1 285 216 (496 225) 0,252%
    Чад 1 284 000 (496 000) 0,252%
    Нигер 1 267 000 (489,000) 0,248%
    Ангола 1 246 700 (481 400) 0,244%
    Мали 1 240 192 (478 841) 0,243%
    Южная Африка 1 221 037 (471 445) 0,239%
    Колумбия 1 141 748 (440 831) 0,224%
    Эфиопия 1 104 300 (426 400) 0,216%
    Боливия 1 098 581 (424 164) 0,215%
    Мавритания 1 030 700 (398 000) 0,202%
    Египет 1 002 450 (387 050) 0,197%
    Танзания 945 087 (364 900) 0,185%
    Нигерия 923 768 (356 669) 0,181%
    Венесуэла 916 445 (353 841) 0,180%
    Пакистан 907 843 (350 520) 0,178%
    Намибия 825 615 (318 772) 0,162%
    Мозамбик 801 590 (309 500) 0,157%
    Турция 783 562 (302 535) 0,154%
    Чили 756 102 (291 933) 0,148%
    Замбия 752 612 (290 585) 0,148%
    Мьянма 676 578 (261 228) 0,133%
    Афганистан 652 230 (251 830) 0,128%
    Южный Судан 644 329 (248 777) 0,126%
    Сомали 637 657 (246 201) 0,125%
    Центральноафриканская Республика 622 984 (240 535) 0,122%
    Украина 603 500 (233 000) 0,118%
    Мадагаскар 587 041 (226 658) 0,115%
    Ботсвана 581 730 (224 610) 0,114%
    Кения 580 367 (224 081) 0,114%
    Франция 543 940 (210 020) 0,107%
    Йемен 527 968 ​​(203 850) 0,104%
    Таиланд 513 120 (198 120) 0,101%
    Испания 505 992 (195 365) 0,099%
    Туркменистан 488 100 (188 500) 0,096%
    Камерун 475 442 (183 569) 0,093%
    Папуа-Новая Гвинея 462 840 (178 700) 0,091%
    Швеция 450 295 (173 860) 0,088%
    Узбекистан 447 400 (172 700) 0,088%
    Марокко 446 550 (172 410) 0,088%
    Ирак 438 317 (169 235) 0,086%
    Парагвай 406 752 (157 048) 0,080%
    Зимбабве 390 757 (150 872) 0,077%
    Норвегия 385 207 (148 729) 0,076%
    Япония 377 976 (145 937) 0,074%
    Германия 357 114 (137 882) 0,070%
    Республика Конго 342 000 (132 000) 0,067%
    Финляндия 338 424 (130 666) 0,066%
    Вьетнам 331 212 (127 882) 0,065%
    Малайзия 330 803 (127 724) 0,065%
    Кот-д’Ивуар 322 463 (124 504) 0,063%
    Польша 312 696 (120 733) 0,061%
    Оман 309 500 (119 500) 0,061%
    Италия 301 339 (116 348) 0,059%
    Филиппины 300 000 (120 000) 0,059%
    Эквадор 276 841 (106 889) 0,054%
    Буркина-Фасо 274 222 (105 878) 0,054%
    Новая Зеландия 270 467 (104 428) 0,053%
    Габон 267 668 (103 347) 0,052%
    Гвинея 245 857 (94 926) 0,048%
    Соединенное Королевство 242 495 (93 628) 0,048%
    Уганда 241 550 (93 260) 0,047%
    Гана 238 533 (92 098) 0,047%
    Румыния 238 397 (92 046) 0,047%
    Лаос 236 800 (91 400) 0,046%
    Гайана 214 969 (83 000) 0,042%
    Беларусь 207 600 (80 200) 0,041%
    Кыргызстан 199 951 (77 202) 0,039%
    Сенегал 196 722 (75 955) 0,039%
    Сирия 185 180 (71 500) 0,036%
    Камбоджа 181 035 (69 898) 0,035%
    Уругвай 176 215 (68 037) 0,035%
    Сомалиленд 176 120 (68 000) 0,035%
    Суринам 163 820 (63 250) 0,032%
    Тунис 163 610 (63 170) 0,032%
    Бангладеш 148 460 (57 320) 0,029%
    Непал 147 181 (56 827) 0,029%
    Таджикистан 143 100 (55 300) 0,028%
    Греция 131 957 (50 949) 0,026%
    Никарагуа 130 373 (50 337) 0,026%
    Северная Корея 120 540 (46 540) 0,024%
    Малави 118 484 (45 747) 0,023%
    Эритрея 117 600 (45 400) 0,023%
    Бенин 114 763 (44 310) 0,022%
    Гондурас 112 492 (43 433) 0,022%
    Либерия 111 369 (43 000) 0,022%
    Болгария 111 002 (42 858) 0,022%
    Куба 109 884 (42 426) 0,022%
    Гватемала 108 889 (42 042) 0,021%
    Исландия 103 000 (40 000) 0,020%
    Южная Корея 100 210 (38 690) 0,020%
    Венгрия 93 028 (35 918) 0,018%
    Португалия 92 226 (35 609) 0,018%
    Иордания 89 342 (34 495) 0,018%
    Сербия 88 361 (34 116) 0,017%
    Азербайджан 86 600 (33 400) 0,017%
    Австрия 83 871 (32 383) 0,016%
    Объединенные Арабские Эмираты 83 600 (32 300) 0,016%
    Чехия 78 865 (30 450) 0,015%
    Панама 75 417 (29 119) 0,015%
    Сьерра-Леоне 71 740 (27 700) 0,014%
    Ирландия 70 273 (27 133) 0,014%
    Грузия 69 700 (26 900) 0,014%
    Шри-Ланка 65 610 (25 330) 0,013%
    Литва 65 300 (25 200) 0,013%
    Латвия 64 559 (24 926) 0,013%
    Того 56 785 (21 925) 0,011%
    Хорватия 56 594 (21 851) 0,011%
    Босния и Герцеговина 51 209 (19 772) 0,010%
    Коста-Рика 51 100 (19 700) 0,010%
    Словакия 49 037 (18 933) 0,010%
    Доминиканская Республика 48 671 (18 792) 0,010%
    Эстония 45 227 (17 462) 0,009%
    Дания 43 094 (16 639) 0,008%
    Нидерланды 41 850 (16 160) 0,008%
    Швейцария 41 284 (15 940) 0,008%
    Бутан 38 394 (14 824) 0,008%
    Тайвань 36 193 (13 974) 0,007%
    Гвинея-Бисау 36 125 (13 948) 0,007%
    Молдова 33 846 (13 068) 0,007%
    Бельгия 30 528 (11 787) 0,006%
    Лесото 30 355 (11 720) 0,006%
    Армения 29 743 (11 484) 0,006%
    Соломоновы Острова 28 896 (11 157) 0,006%
    Албания 28 748 (11 100) 0,006%
    Экваториальная Гвинея 28 051 (10 831) 0,005%
    Бурунди 27 834 (10 747) 0,005%
    Гаити 27 750 (10 710) 0,005%
    Руанда 26 338 (10 169) 0,005%
    Северная Македония 25 713 (9 928) 0,005%
    Джибути 23 200 (9 000) 0,005%
    Белиз 22 966 (8 867) 0,005%
    Сальвадор 21 041 (8 124) 0,004%
    Израиль 20 770 (8 020) 0,004%
    Словения 20 273 (7 827) 0,004%
    Фиджи 18 272 (7 055) 0,004%
    Кувейт 17 818 (6 880) 0,003%
    Эсватини 17 364 (6 704) 0,003%
    Восточный Тимор 14 919 (5 760) 0,003%
    Багамы 13 943 (5 383) 0,003%
    Черногория 13 812 (5 333) 0,003%
    Вануату 12 189 (4 706) 0,002%
    Катар 11 586 (4 473) 0,002%
    Гамбия 11 295 (4 361) 0,002%
    Ямайка 10 991 (4 244) 0,002%
    Косово 10 887 (4 203) 0,002%
    Ливан 10 452 (4 036) 0,002%
    Кипр 9 251 (3 572) 0,002%
    Государство Палестина 6 020 (2 320) 0,001%
    Бруней 5 765 (2 226) 0,001%
    Тринидад и Тобаго 5 130 (1 980) 0,001%
    Кабо-Верде 4 033 (1 557) 0,001%
    Самоа 2 842 (1 097) 0,001%
    Люксембург 2 586 (998) 0,001%
    Маврикий 2 040 (790) 0,000%
    Коморские острова 1 862 (719) 0,000%
    Сан-Томе и Принсипи 964 (372) 0,000%
    Кирибати 811 (313) 0,000%
    Бахрейн 778 (300) 0,000%
    Доминика 751 (290) 0,000%
    Тонга 747 (288) 0,000%
    Сингапур 728 (281) 0,000%
    Федеративные Штаты Микронезии 702 (271) 0,000%
    Сент-Люсия 616 (238) 0,000%
    Андорра 468 (181) 0,000%
    Палау 459 (177) 0,000%
    Сейшельские острова 452 (175) 0,000%
    Антигуа и Барбуда 442 (171) 0,000%
    Барбадос 430 (170) 0,000%
    Сент-Винсент и Гренадины 389 (150) 0,000%
    Гренада 344 (133) 0,000%
    Мальта 316 (122) 0,000%
    Мальдивы 300 (120) 0,000%
    Сент-Китс и Невис 261 (101) 0,000%
    Маршалловы Острова 181 (70) 0,000%
    Лихтенштейн 160 (62) 0,000%
    Сан-Марино 61 (24) 0,000%
    Тувалу 26 (10) 0,000%
    Науру 21 (8. 1) 0,000%
    Монако 2,02 (0,78) 0,000%
    Ватикан 0,49 (0,19) 0,000%

    Антарктида, хотя и не является страной, занимает второе место по площади в целом: 2,75% . Между тем, другие страны, которые превышают отметку в 1% по площади поверхности, включают США (1,87%), Бразилию (1,67%) и Австралию 9.0768 (1,51%).

    Остальные 195 стран и регионов с уровнем менее 1% вместе взятые составляют вторую половину поверхности суши Земли. К числу самых маленьких стран мира относятся островные государства Карибского бассейна и южной части Тихого океана. Однако самыми крошечными из крошечных являются Ватикан и Монако, общая площадь которых составляет всего 2,51 км² .

    Остальные 70% поверхности Земли составляют вода: 27% территориальные воды и 43% международные воды или районы за пределами национальной юрисдикции.

    Районы за пределами национальной юрисдикции

    В прошлом нации придерживались доктрины свободы морей, принципа 17-го века, который ограничивал юрисдикцию над океанами узкой территорией вдоль береговой линии страны. Остальные моря не принадлежали ни одной нации и были свободны для путешествий и использования странами.

    Такая ситуация продолжалась до 20-го века, но к середине века были предприняты попытки расширить национальные претензии, поскольку конкуренция за оффшорные ресурсы становилась все более жесткой, а загрязнение океана стало проблемой.

    В 1982 году Организация Объединенных Наций приняла Конвенцию по морскому праву, которая распространила международное право на экстерриториальные воды. Конвенция установила права на свободу судоходства и установила границы территориального моря на расстоянии 12 миль (19 км) от берега с исключительными экономическими зонами на расстоянии до 200 миль (322 км) от берега, что расширило влияние страны на морские ресурсы.

    Имеет ли значение размер?

    Размер страны является результатом политики, экономики, истории и географии. Проще говоря, границы могут меняться со временем.

    В 1946 году в мире было 76 независимых стран, а сегодня их 195. Есть силы, которые со временем сближают или разъединяют ландшафты. В то время как физическая география играет роль в идентичности наций, шейх Заид бин Султан Аль Нахайян, бывший правитель ОАЭ, крошечной страны Персидского залива, выразился лучше всего:

    «Страна не измеряется размером ее площади на карта. Страна действительно измеряется ее наследием и культурой».

    Вода

    Нанесены на карту: страны с самым высоким риском наводнения

    Недавние наводнения в Пакистане затронули более 33 миллионов человек. Где в мире самый высокий риск наводнения?

    Нанесены на карту риски наводнений по всему миру

    Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатный список рассылки, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.

    Опустошительные наводнения в Пакистане этим летом привели к гибели более 1400 человек и одной трети территории страны под водой.

    В связи с этим возникает вопрос: какие страны и их население наиболее уязвимы к риску наводнения во всем мире?

    На основе данных недавнего исследования, опубликованного в журнале Nature , на этом графике отображен риск наводнений по всему миру, на котором 1,81 миллиарда человек непосредственно подвергаются наводнениям с частотой 1 раз в 100 лет. Методология учитывает потенциальные риски как внутренних, так и прибрежных наводнений.

    Азиатские страны, наиболее подверженные риску повышения уровня воды

    Неудивительно, что в странах со значительными береговыми линиями, речными системами и равнинами высокий процент населения подвергается риску.

    Нидерланды и Бангладеш — единственные две страны в мире, более половины населения которых находится в опасности из-за наводнения: 59% и 58% соответственно. Вьетнам (46%), Египет (41%) и Мьянма (40%) замыкают остальные пять ведущих стран.

    Помимо Нидерландов, только две другие европейские страны входят в топ-20 стран по проценту населения, подверженного риску, Австрия (18-е место в 29%) и Албания (20-е место с 28%).

    Место Страна Риск наводнений, по подверженному воздействию населения (%) Общее население, подвергшееся воздействию
    #1 🇳🇱 Нидерланды 58,7% 10 100 000
    #2 🇧🇩 Бангладеш 57,5% 94 424 000
    #3 🇻🇳 Вьетнам 46,0% 45 504 000
    #4 🇪🇬 Египет 40,5% 38 871 000
    #5 🇲🇲 Мьянма 39,9% 19 104 000
    #6 🇱🇦 Лаос 39,7% 2 985 000
    #7 🇰🇭 Камбоджа 38,1% 7 431 000
    #8 🇬🇾 Гайана 37,9% 276,000
    #9 🇸🇷 Суринам 37,7% 233 000
    #10 🇮🇶 Ирак 36,8% 16 350 000
    #11 🇹🇭 Таиланд 33,9% 25 431 000
    #12 🇸🇸 Южный Судан 32,5% 5 437 000
    #13 🇵🇰 Пакистан 31,1% 71 786 000
    #14 🇳🇵 Непал 29,4% 11 993 000
    #15 🇨🇬 Республика Конго 29,3% 1 170 000
    #16 🇵🇭 Филиппины 29,0% 30 483 000
    #17 🇯🇵 Япония 28,7% 36 060 000
    #18 🇦🇹 Австрия 27,8% 2 437 000
    #19 🇮🇳 Индия 27,7% 389 816 000
    #20 🇦🇱 Албания 27,6% 771,000
    #21 🇨🇳 Китай 27,5% 394 826 000
    #22 🇹🇩 Чад 27,4% 4 547 000
    #23 🇮🇩 Индонезия 27,0% 75 696 000
    #24 🇭🇷 Хорватия 26,9% 1 094 000
    #25 🇸🇰 Словакия 26,7% 1 401 000

    В одном только регионе Юго-Восточной Азии проживает более двух третей населения мира, подверженного риску наводнений: 1,24 миллиарда человек .

    На Китай и Индию приходится 395 миллионов и 390 миллионов человек соответственно, причем обе страны лидируют по абсолютному количеству людей, которым грозит повышение уровня воды. Остальные пять стран по общей численности населения, подверженного риску, — это Бангладеш (94 миллиона человек в группе риска), Индонезия (76 миллионов человек в группе риска) и Пакистан (72 миллиона человек в группе риска).

    Как наводнения уже влияют на такие страны, как Пакистан

    Несмотря на то, что прогнозируемые климатические и стихийные бедствия часто проявляются через годы, в 2021 году наводнения затронули более 100 миллионов человек. Недавние летние наводнения в Пакистане продолжили эту тенденцию в 2022 году.

    С 31% его населения (72 миллиона человек) подвержены риску наводнения, Пакистан особенно уязвим для наводнений.

    По оценкам, в 2010 году наводнения в Пакистане затронули более 18 миллионов человек. По оценкам, недавние наводнения, начавшиеся в июне, затронули более 33 миллионов человек, поскольку более 90 767 из 90 768 жителей страны оказались под водой.

    Стоимость наводнений сегодня и в будущем

    Хотя рост числа человеческих жертв является самой большой проблемой, связанной с наводнениями, они также влекут за собой огромные экономические издержки. В прошлом году засухи, наводнения и ураганы нанесли экономический ущерб во всем мире на общую сумму 224,2 миллиарда долларов, что почти вдвое превышает среднегодовой показатель 2001–2020 годов, составлявший 117,8 миллиарда долларов.

    В недавнем отчете прогнозировалось, что к 2050 году риски, связанные с водой (вызванные засухами, наводнениями и ураганами), могут поглотить 5,6 трлн долларов мирового ВВП, причем 36% этих прямых потерь, по прогнозам, придется на наводнения.

    Поскольку человеческие и экономические потери, вызванные наводнениями, продолжают расти, странам во всем мире необходимо будет сосредоточиться на превентивной инфраструктуре и восстановительных решениях для экосистем и сообществ, которые уже пострадали и подвергаются наибольшему риску наводнения.

    Продолжить чтение

    Энергия

    Визуализация доминирования Китая в цепочке поставок солнечных панелей

    Цепочка поставок является ключом к революции в области возобновляемых источников энергии, и на этой диаграмме показано, где в мире производятся солнечные панели.

    Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатный список рассылки, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.

    Многие правительства вкладывают средства в возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, но кто контролирует производство солнечных фотоэлектрических (PV) панелей?

    Как оказалось, Китай владеет подавляющим большинством мировой цепочки поставок солнечных панелей, контролируя не менее 75% каждого ключевого этапа производства и обработки солнечных фотоэлектрических панелей.

    На этой визуализации показаны доли, принадлежащие различным странам и регионам на ключевых этапах производства солнечных панелей, с использованием данных Международного энергетического агентства (МЭА).

    Производство солнечных панелей по странам и этапам производства

    От производства поликремния до пайки готовых солнечных элементов и модулей на панели — Китай занимает наибольшую долю на каждом этапе производства солнечных панелей.

    Еще в 2010 году страна производила большинство солнечных панелей в мире, но за последние 12 лет ее средняя доля в цепочке поставок солнечных панелей выросла с 55% до 84% .

    Китай также продолжает лидировать по объему инвестиций, на его долю приходится почти две трети мировых крупномасштабных инвестиций в солнечную энергетику. В первой половине 2022 года страна инвестировала 41 миллиард долларов, что на 173% больше, чем годом ранее.

    Страна/регион Спрос на солнечные панели Средняя доля производственной мощности солнечных панелей
    Китай 36,4% 84,0%
    Европа 16,8% 2,9%
    Северная Америка 17,6% 2,8%
    Азиатско-Тихоокеанский регион 13,2% 9,1%
    Индия 6,9% 1,3%
    Остальной мир 9,1% 0,8%

    Источник: IEA
    Примечание: сумма процентов может не составлять 100% из-за округления

    После Китая следующей ведущей страной в производстве солнечных панелей является Индия, на 1% производства клеток. Чтобы помочь стране достичь цели в 280 гигаватт (ГВт) установленной мощности солнечной энергии к 2030 году (в настоящее время 57,9 ГВт), в 2022 году правительство Индии выделило дополнительно 2,6 миллиарда долларов на свою схему стимулирования, связанную с производством, которая поддерживает отечественное производство солнечных фотоэлектрических панелей.

    Наряду с Китаем и Индией Азиатско-Тихоокеанский регион также производит значительные объемы производства солнечных панелей, особенно модулей и элементов, на долю которых приходится 15,4% и 12,4% соответственно.

    Хотя на Европу и Северную Америку приходится более одной трети мирового спроса на солнечные панели, на оба региона приходится в среднем чуть менее 3% на всех этапах фактического производства солнечных панелей.

    Слишком мало Слишком поздно для диверсификации?

    Доминирование Китая в производстве солнечных фотоэлектрических панелей — не единственная мертвая хватка страны в отношении инфраструктуры и материалов для возобновляемых источников энергии.

    Что касается ветра, то в 2021 году Китай построил больше оффшорных ветряных турбин, чем все остальные страны вместе взятые за последние пять лет, и страна также является ведущим производителем и переработчиком редкоземельных минералов, необходимых для магнитов, которые питают турбинные генераторы. .

    В своем полном отчете о производстве солнечных панелей МЭА подчеркнуло важность распределения глобальных производственных мощностей по производству солнечных панелей. Недавние неожиданные остановки производства в Китае привели к росту цен на поликремний до 10-летнего максимума, что свидетельствует о зависимости мира от Китая в поставках ключевых материалов.

    По мере того, как мир наращивает свои мощности в области солнечной и ветровой энергии, удастся ли ему избежать повторения ошибок Европы в отношении чрезмерной зависимости от импорта энергии, когда речь идет о материалах и производстве инфраструктуры возобновляемых источников энергии?

    Продолжить чтение

    Затвор поры кальций-активированного хлоридного канала TMEM16A

    Затвор поры кальций-активированного хлоридного канала TMEM16A

    Скачать PDF

    Скачать PDF

    • Артикул
    • Открытый доступ
    • Опубликовано:
    • Энди К. М. Лам
      ORCID: orcid.org/0000-0002-2983-3044 1 ,
    • Ян Райнбергер
      ORCID: orcid.org/0000-0002-9901-2065 2 ,
    • Кристина Паулино
      ORCID: orcid.org/0000-0001-7017-109X 2 и
    • …
    • Раймунд Дутцлер
      ORCID: orcid.org/0000-0002-2193-6129 1  

    Связь с природой
    том 12 , Номер статьи: 785 (2021)
    Процитировать эту статью

    • 3700 доступов

    • 16 цитирований

    • 11 Альтметрический

    • Сведения о показателях

    Испытуемые

    • Хлоридные каналы
    • Криоэлектронная микроскопия
    • Ионный транспорт
    • Проникновение и транспорт

    Abstract

    Связывание цитоплазматического Ca 2+ с анионселективным каналом TMEM16A вызывает конформационные изменения вокруг его сайта связывания, которые связаны с высвобождением ворот на суженной шейке поры в форме песочных часов. Комбинируя мутагенез, электрофизиологию и криоэлектронную микроскопию, мы идентифицировали три гидрофобных остатка во внутриклеточном входе в шейку как составные части этих ворот. Мутация каждого из этих остатков увеличивает активность Ca 2+ и приводит к выраженной базовой активности. Структура активирующего мутанта показывает конформационное изменение α-спирали, которое способствует связыванию Ca 2+ как вероятной причине базовой активности. Хотя они и не находятся в физическом контакте, три остатка функционально связаны, чтобы совместно способствовать стабилизации ворот в закрытой конформации поры, таким образом, объясняя низкую вероятность открытия канала в отсутствие Ca 2+ .

    Введение

    Активированные кальцием хлоридные каналы (КАКК) облегчают трансмембранную анионную проводимость в ответ на повышение внутриклеточной концентрации Ca 2+ 1 . Эти белки участвуют в различных физиологических процессах, начиная от передачи электрических сигналов и заканчивая эпителиальным транспортом. Наиболее заметный CACC формируется TMEM16A, который экспрессируется в различных тканях человеческого тела 2,3,4 . В то время как в гладкомышечных клетках эндотелия активация TMEM16A увеличивает их электрическую возбудимость 5 , в эпителии дыхательных путей белок способствует секреции хлоридов, что делает его перспективной фармацевтической мишенью для лечения кистозного фиброза 6,7 .

    TMEM16A является членом семейства TMEM16 мембранных белков эукариот, которые включают ионные каналы и липидные скрамблазы с консервативным молекулярным каркасом 8,9 . Структуры обеих функциональных ветвей выявили общую архитектуру семейства 10,11,12,13,14 . Эти белки образуют гомодимеры с субъединицами, содержащими десять трансмембранных сегментов. В скрамблазах TMEM16 область, участвующая в липидной проводимости, содержится внутри каждой субъединицы и состоит из пронизывающей мембрану гидрофильной борозды, которая размещает полярные головные группы липидов во время их перемещения между внутренними и внешними листочками 10 . Доступ к борозде контролируется связыванием ионов Ca 2+ с проксимальным участком 10,15,16 , расположенным во внутренней трети липидного бислоя и состоящим в основном из пяти консервативных кислотных остатков, расположенных на три смежные трансмембранные спирали (α6-8) 10,17 . Как показано в структурах, полученных с помощью криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ), различие между каналами TMEM16 и скрамблазами проявляется в конформационном различии α-спиралей, образующих полость субъединицы 11 . Спираль α4, выстилающая один край открытой полости субъединицы в липидной скрамблазе nhTMEM16, перестроилась в TMEM16A, чтобы войти в контакт с α6 на противоположном крае, чтобы сформировать водную пору, которая по большей части экранирована от мембраны. Эта пора ионной проводимости имеет форму песочных часов с широкими водными полостями, переходящими в узкую шейку с обеих сторон мембраны 12 . Анионы, предположительно, проходят через узкую шейку, при этом большая часть их координирующей воды удаляется, процесс, который электростатически компенсируется положительно заряженными остатками, расположенными во вне- и внутриклеточном входе в шейку 9. 3724 11 .

    Обе поры в димерном белке действуют независимо в отношении активации и ионной проводимости 18,19 . Активация каждой поры TMEM16A, по-видимому, контролируется двумя различными механизмами, которые оба опосредованы одним и тем же событием связывания Ca 2+ . В отсутствие Ca 2+ отталкивание между отрицательно заряженными остатками в вакантном сайте связывания вызывает перестройку α6, тем самым облегчая доступ Ca 2+ с внутриклеточной стороны 12 . Связывание Ca 2+ с этим вакантным участком инициирует активацию путем реверсии отрицательного электростатического потенциала на внутреннем входе, тем самым снижая барьер для анионов во время проводимости 20 . В то же время связанные ионы Ca 2+ взаимодействуют с остатками на α6, вызывая его перестройку вокруг глицинового шарнира. За этим следуют предполагаемые дополнительные конформационные изменения, которые приводят к открытию стерических ворот, которые, как предполагалось, располагались внутри узкой шейки 9. 3724 12 .

    Доказательства расположения ворот были получены в результате исследований, показывающих, что вход во внутриклеточную пору сохраняет свою доступность для малых реагентов MTS в закрытой конформации в отсутствие Ca 2+ , тогда как шейка остается недоступной для тех же реагентов даже в активированном состоянии канала 12 . Несмотря на описанные доказательства наличия ворот в области суженных пор, точное расположение остатков, которые препятствуют потоку ионов в закрытой конформации, и их подробные пространственные перестройки во время активации остаются неуловимыми. Эта двусмысленность частично является следствием тонких конформационных различий в этом месте между Ca 2+ -связанные и -свободные структуры TMEM16A и тот факт, что первые могут не проявлять полностью проводящего состояния. Чтобы прояснить эти открытые вопросы и определить остатки, участвующие в активации, мы провели всестороннюю характеристику точечных мутантов с помощью электрофизиологии patch-clamp, подкрепленную структурными исследованиями. Наше исследование выявляет расположение гидрофобных ворот на внутриклеточном входе в шейку, которые контролируют ионную проводимость в TMEM16A, тем самым способствуя жесткой регуляции вероятности его открытия.

    Результаты

    Комплексный мутационный анализ области узкой поры

    Ранее мы ограничивали расположение физических ворот, препятствующих пути ионной проводимости в закрытой конформации TMEM16A, областью узкой шейки поры 12 . Чтобы идентифицировать остатки, образующие эти ворота, мы провели систематический мутагенез аминокислот, расположенных на спиралях, окружающих суженную область над внутриклеточным преддверием, и выбранных положений, окружающих Ca 9Сайт связывания 3724 2+ (рис. 1 и дополнительные рисунки 1 и 2, дополнительные таблицы 1–3). Мы пришли к выводу, что остатки, вносящие вклад в ворота, будут обращены к поре и что укорочение их боковых цепей повысит относительную стабильность проводящих конформаций по сравнению с непроводящими конформациями канала. Такая стабилизация открытого состояния (или дестабилизация закрытого состояния) должна отражаться в изменении активности Ca 2+ , которая в лиганд-управляемом канале зависит как от исходного Ca 2+ стадия связывания и последующие сопряженные конформационные изменения 21 . Поскольку большинство исследованных положений расположены удаленно от сайта связывания Ca 2+ и, таким образом, вряд ли будут существенно мешать связыванию Ca 2+ в закрытом состоянии, сдвиг концентрации Ca 2+ влево взаимосвязь ответа будет отражать относительную стабилизацию конформации открытых пор мутацией, которая в тяжелых случаях будет сопровождаться обнаруживаемой базальной активностью. И наоборот, сдвиг вправо в сторону более высокого уровня Ca 9Концентрации 3724 2+ будут указывать на относительную стабилизацию закрытой конформации, а неизменное соотношение концентрация-реакция Ca 2+ будет соответствовать отсутствию изменений в распределении состояний для данной мутации.

    Рис. 1: Характеристика пористых остатков с помощью систематического мутагенеза.

    a Cα-представление поры, содержащейся в одной субъединице TMEM16A (PDB: 5OYB), с указанием различных областей. Синяя поверхность охватывает доступный для воды объем поры, рассчитанный в ОТВЕРСТИИ 9.3724 53 с радиусом зонда 1,15 Å. b – e Резюме зависимостей концентрация-реакция Ca 2+ мутантов Ala в различных областях поры. b Наружное преддверие, c шея, d внутреннее преддверие и e Ca 2+ сайт связывания. Красный цвет указывает на сдвиг влево, а синий — на сдвиг вправо в EC 50 . Слева участки поры с атомами Cα выбранных мутировавших остатков, показанные в виде сфер и окрашенные в соответствии с влиянием на Ca 2+ потенция. Центр, Ca 2+ потенций мутантов. Показан логарифм кратности изменения EC 50 каждого исследованного остатка по сравнению с диким типом (WT). Отдельные измерения отображаются в виде кружков, столбцы показывают средние значения указанного количества участков, показанных в дополнительных таблицах 1–3, а ошибки представляют собой SEM. Справа гистограмма EC 50 сдвигается в соответствующей области. a , e Ca 2+ -связывающие остатки показаны в виде палочек и связаны с Ca 2+ ионов в виде зеленых сфер.

    Изображение с полным размером

    В ходе нашего исследования были обнаружены мутанты с сильным сдвигом вправо вблизи сайта связывания Ca 2+ , некоторых подвижных частей α6 и взаимодействующих областей между α-спиралями 5, 6, 7 и 8 ( Рис. 1b–e). Кроме того, скопления остатков с умеренным смещением вправо окружают пору во внеклеточной части шейки на границе с наружным преддверием (рис. 1б, в). Напротив, остатки, мутация которых в аланин увеличивает содержание Ca 2+ потенции выстилают пору в нижней части области шейки на границе с внутриклеточным преддверием (рис. 1в, г). С G644P и Q649A мы ранее идентифицировали две мутации на α6 с активирующим фенотипом 12,20 . Обе аминокислоты расположены либо в шарнирной области на α6, либо рядом с ней, что допускает большие конформационные изменения этой спирали при связывании Ca 2+ (рис. 1d). В нашем анализе мы теперь обнаруживаем дополнительные мутации, которые стабилизируют открытое состояние, окружающее внутриклеточное отверстие узкой шейки (рис. 1d). Во внутренней поре кластер гидрофобных остатков, образованный Иле 550, Иле 551, расположенными оба на α4, и Иле 641, расположенным на α6 и обращенным к поре с противоположной стороны, сильно определяет стабильность закрытого состояния, поскольку их аланиновые мутанты показывают самые резкие сдвиги влево в EC 50 , которые сопровождаются появлением выраженной базальной активности (рис. 1г и 2а, б). От Ile 641 отходит зона вторичных остатков, образованных Phe 589, Tyr 593 и Phe 712, которые также способствуют стабилизации закрытого состояния, аланиновые мутанты которого обнаруживают значительные, но несколько менее выраженные сдвиги влево в EC 50 и минимальная базальная активность (рис. 1г и 2а, в).

    Рис. 2: Функциональные свойства мутантов, образующих ворота.

    a Cα представление входа в узкую область поры в TMEM16A. Отображаются боковые цепи выбранных остатков. Указывается взаимосвязь взглядов. b , c Соотношение концентрация-ответ выбранных мутантов внутренней области шейки со смещенными влево ЕС 50 для b , остатки проявляют базальную активность, и c , остатки не проявляют выраженной базальной активности. Данные представляют собой средние значения указанного количества исправлений, показанных в дополнительных таблицах 1–3, ошибки представляют собой SEM. Сплошные линии соответствуют уравнению Хилла. Пунктирные линии показывают отношение WT. d Мгновенные отношения I-V мутантов, проявляющих базальную активность при нулевой и насыщающей концентрациях Ca 2+ . Пунктирные линии показывают отношение WT при насыщающих концентрациях Ca 2+ . Данные представляют собой средние значения для 5, 10, 7 и 13 исправлений для I550A, I551A, I641A и Q649A соответственно, ошибки представляют собой SEM. Сплошные линии соответствуют модели проникновения ионов (уравнение 2). e Значения σ β , соответствующие относительной скорости проводимости во внутренней поре, близкой к Ca 9Сайт связывания 3724 2+ (см. «Методы»), для мутантов, проявляющих базальную активность при нулевой и насыщающей концентрациях Ca 2+ . Пунктирная линия показывает значение WT при насыщении концентрациями Ca 2+ . Столбцы показывают наиболее подходящие значения усредненных данных, показанных в d . Ошибки составляют 95% доверительные интервалы.

    Изображение полного размера

    Затем мы исследовали вольтамперные зависимости базальных токов, которые отражают распределение энергетических барьеров вдоль пути проникновения. Сильно выпрямляющиеся наружу базальные токи, наблюдаемые у мутантов I550A, I551A и I641A (рис. 2г, д) в отсутствие Ca 2+ напоминают соответствующее поведение у мутантов G644P и Q649A и, скорее всего, происходят из-за большого отталкивающего энергетического барьера на входе в клетку шейки, затрудняющего ионную проводимость в открытой поре апо-состояния, описанного нами ранее 20 . Этот электростатический барьер действует в дополнение к физическим воротам, чтобы предотвратить ионную проводимость в канале дикого типа в отсутствие Ca 2+ (ссылки 12,20 ). В состоянии, связанном с Ca 2+ , небольшая внутренняя ректификация у мутантов I641A и I550A и умеренная внешняя ректификация у мутантов I551A и ранее идентифицированного Q649.А подтверждает расположение этих остатков на пути проникновения анионов в открытую пору (рис. 2г, д). Вместе наши результаты выявили отдельные функциональные кластеры вокруг области узкой шейки TMEM16A, участвующие в активации канала. В то время как остатки, стабилизирующие открытое состояние, размещены в верхней части шейки и вокруг сайта связывания Ca 2+ (рис. 1б, д), остатки, образующие ворота, стабилизирующие конформацию закрытой поры, включая три изолейцина (Ile 550 , Иле 551 и Иле 641), которые показывают наиболее сильный энергетический вклад (т.е. наиболее выраженные сдвиги влево в зависимости концентрация-реакция и появление базальной активности), располагаются между внутренней частью шеи и внутриклеточным преддверием. (рис. 1г и 2а). Наблюдаемый эффект мутации этих изолейцинов согласуется с наличием объемных гидрофобных остатков на входе в шейку, функционирующих как стерические и гидрофобные барьеры, препятствующие проведению ионов в закрытом состоянии канала. В то время как умеренное расширение этой области на Ca 9Связывание 3724 2+ уже было обнаружено в крио-ЭМ структурах белка 12 , представленные здесь функциональные данные подразумевают возможное дальнейшее расширение поры до полной проводимости.

    Крио-ЭМ структуры TMEM16A дикого типа и активирующего мутанта

    Чтобы охарактеризовать структурную взаимосвязь между остатками, составляющими ворота, и выяснить, как их мутация в аланин стабилизирует открытое состояние, мы исследовали WT и мутант I551A с помощью крио-ЭМ (Дополнительные рисунки 3–5, таблица 1). Мы и другие ранее определили структуру Ca 2+ -связанная конформация TMEM16A 12,13 . Однако, поскольку белок очищали в постоянном присутствии Ca 2+ и в отсутствие липида PI(4,5)P 2 , оба из которых способствуют переходу в непроводящую конформацию в patch-clamp экспериментах 18,22,23,24,25,26 , было неясно, будут ли эти структуры проявлять признаки такого непроводящего состояния. Таким образом, мы собрали данные крио-ЭМ для TMEM16A дикого типа, который был очищен в отсутствие двухвалентных катионов, предварительно инкубирован с водорастворимым PI(4,5)P 9аналог 3729 2 , и где Ca 2+ был добавлен ненадолго перед витрификацией образца. Структура, определенная при 3,7 Å, практически неотличима от более ранней структуры TMEM16A в связанном с Ca 2+ состоянии, что позволяет предположить, что ранее примененные условия не повлияли на наблюдаемую конформацию белка (дополнительная рис. 6a). Несмотря на присутствие в образце diC8-PI(4,5)P 2 , плотность липидного аналога не может быть достоверно отнесена, что может отражать либо ослабление PI(4,5)P 2 связывание с каналом в детергентной среде или, альтернативно, быть следствием его внутренней подвижности, которая затрудняет его идентификацию при наблюдаемом разрешении данных. Поскольку очищенный белок проводит анионы после восстановления липосомы 12 и претерпевает структурные перестройки, которые характерны для активации в течение нескольких секунд после воздействия Ca 2+ , витрифицированный белок, вероятно, имеет функционально значимую конформацию. Тем не менее, поскольку при его сужении диаметр поры уже, чем размер проникающих анионов, его полное раскрытие могло быть исключено в моющей среде. Из-за потенциально неполного раскрытия пор наблюдение, что α6 принимает активированную конформацию, предполагает, что белок может демонстрировать черты предоткрытого промежуточного продукта (т. е. Ca 2+ -активированное непроводящее состояние), которое мы описываем в сопроводительной рукописи 27 , хотя мы не можем исключить более близкое сходство с инактивированным состоянием, которое принимается при диссоциации PI(4,5)P 2 . Затем мы исследовали структуру конститутивно активного мутанта I551A в присутствии Ca 2+ (рис. 3a). Хотя при более низком разрешении 4,1 Å (дополнительный рисунок 4), общее соответствие мутантной структуры WT подчеркивает их эквивалентные свойства в Ca 2+ -связанное состояние (дополнительный рис. 6а).

    Таблица 1 Статистика сбора, обработки, уточнения и проверки данных Крио-ЭМ.

    Полноразмерная таблица

    Рис. 3: Структурные особенности конститутивно активного мутанта.

    a Крио-ЭМ карта мыши TMEM16A-I551A в отсутствие (слева) и в присутствии (справа) 1  мМ Ca 2+ с добавлением 1,5 мМ diC8-PI(4,5)P 2 в GDN при 3,3 и 4,1 Å соответственно. Вид изнутри мембраны, внеклеточная сторона вверху. b Наложение области пор (α3–α8) апо- и Ca 2+ -связанных мутантных структур в представлении ленты. Изображение повернуто на ~45° вокруг оси димера по сравнению с и . c Суперпозиция α4 и α6 указанных структур в представлении Cα. Cα Gly 644 показан в виде сферы, боковые цепи Ile 641 и мутация I551A в мутантной структуре показаны в виде палочек. О структурах, связанных с апо и Ca 2+ WT, сообщалось ранее 12 (PDB: 5OYG и 5OYB соответственно). d Сечение α6 вокруг Gly 644. Желтые сферы обозначают соответствующие пары положений водородных связей в конформации α-спирали, красные сферы изображают пару взаимодействующих остатков в конформации π-спирали, а синие сферы обозначают положения Cα между ними. e Суперпозиция сайтов связывания Ca 2+ указанных структур, вид изнутри мембраны. Белок показан в представлении Cα, а боковые цепи Ca 2+ остатки связующего в виде палочек. d , e  Раскраска Cα-следов как у c . b , e Ионы Ca 2+ в структуре, связанной с Ca 2+ , показаны зелеными сферами.

    Изображение в полный размер

    Наконец, мы определили структуру мутанта I551A в отсутствие Ca 2+ , чтобы выяснить структурные особенности, лежащие в основе его активирующего поведения (дополнительная рис.  5). Структура при 3,3 Å дает детальное представление о конститутивно активном мутанте в безлигандном состоянии (рис. 3а). Его общая конформация в целом напоминает структуру, наблюдаемую для Ca 2+ -свободное состояние WT 12 , за исключением выраженной конформационной разницы во внутриклеточной половине α6 (рис. 3b, c и дополнительная рис. 6a). Вследствие электростатического отталкивания между отрицательно заряженными остатками в вакантном месте связывания спираль изменила свою конформацию по сравнению с Ca 2+ -связанным состоянием, хотя и в другом направлении и в меньшей степени, чем наблюдаемая для лиганда -свободный ДТ (рис. 3б, в). По сравнению с Ca 2+ -свободная структура дикого типа, в которой внутриклеточная часть α6 сместилась в сторону α4, у I551A она сместилась наружу примерно на 30° в направлении от α4 (рис. 3c), напоминая конформацию, которая также была обнаружена для Ca . 2+ -свободное состояние липидной скрамблазы TMEM16F 14 . Что касается WT, то π-спиральная область α6, расположенная ниже воротного шарнира Gly 644, обнаруженная в состоянии, связанном с Ca 2+ , также релаксировала в сторону канонической α-спирали в I551A (рис. 3d), несмотря на разницу в конформация α6 между апо-структурами (рис. 3c и дополнительная рис. 6a). Потеря плотности за пределами Asn 651 в I551A, по-видимому, отражает повышенную гибкость спирали в отсутствие Ca 9.3724 2+ (дополнительный рис. 6b, c).

    Наблюдаемые различия между Ca 2+ -свободными структурами WT и I551A подчеркивают функциональное взаимодействие между воротами и внутриклеточной половиной α6 в TMEM16A. У дикого типа электростатическое отталкивание между кислотными остатками на вакантном сайте связывания Ca 2+ , расположенном на α7 и α8, и Glu 654 на α6 частично лежит в основе конформационного изменения α6 в свободном от Ca 2+ состоянии. Относительная стабилизация открытого состояния у мутанта позволяет α6 принимать более активную конформацию (с частично выпрямленной спиралью α6), частично преодолевая электростатическое отталкивание на вакантном Ca 9Сайт связывания 3724 2+ (рис. 3б, в, д). Таким образом, возможно, что наблюдаемая структура демонстрирует особенности, относящиеся к базовой активности мутанта, где даже в отсутствие Ca 2+ движение α6 соединяется с узкой шейкой, чтобы стабилизировать проводящее состояние канала.

    Систематический мутационный анализ остатков в области ворот

    Поскольку укорочение боковых цепей трех рядом стоящих остатков изолейцина при сужении внутриклеточной поры оказывало сильное влияние на открытие канала, мы решили исследовать коллективные свойства мутаций триплет при активации канала. Хотя Ile 550 и Ile 551 оба находятся на α4, а Ile 641 на α6 не находятся в прямом физическом контакте в апо-состоянии 12 , они обрамляют противоположные стороны узкой поры (рис. 2а), и, таким образом, мы предполагаем потенциальное совместное взаимодействие между тремя остатками при контроле доступа анионов к области шейки. Первоначально мы исследовали систематическое изменение гидрофобного объема этих боковых цепей путем последовательной мутации соответствующих изолейцинов либо в валин, тем самым удаляя одну метильную группу, либо в аланин, который удаляет сразу три метильные группы без изменения алифатического характера остатка ( Дополнительный рис. 7а). Для всех мутантов мы исследовали взаимосвязь концентрация-реакция, чтобы определить активность Ca 9.3724 2+ , которые мы связываем с распределением состояний. В этих экспериментах стабильность открытого состояния демонстрирует обратную корреляцию с количеством метильных групп в изолейциновой триаде (рис. 4a, b, дополнительная таблица 4), которая окружает пору, что еще раз подтверждает роль этих остатков как части гидрофобных ворот, исключающих воду и ионы в закрытой конформации. Как и предсказывали схемы стробирования, основанные на аллостерических переходах (см. Дополнительное примечание), EC 50 сначала уменьшается с уменьшением количества метильных групп, но в конечном итоге достигает насыщения и достигает предельной EC 50 , которая определяет наивысшую аффинность связывания для агониста Ca 2+ (рис. 4b). Хотя мутанты трех остатков демонстрируют сдвиги EC 50 в разной степени, при этом мутации Ile 641 обычно оказывают наиболее сильный эффект, эту тенденцию можно описать с помощью простой модели Monod-Wyman-Changeux (MWC) 28 , предполагая, что мутации влияют только на этап стробирования (рис. 4b, дополнительное примечание, «Методы»). Из этого анализа мы получили, что в среднем каждая метильная группа вносит 0,83 ± 0,21 ккал/моль в стабилизацию закрытого состояния, что совпадает с диапазоном, ожидаемым для ван-дер-ваальсовых взаимодействий 29 .

    Рис. 4: Энергетический вклад гидрофобного объема и энергии гидратации остатков ворот.

    a Избранные соотношения концентрация-реакция мутантов с уменьшением гидрофобного объема остатков ворот. b Взаимосвязь между изменением EC 50 и уменьшением гидрофобного объема. Эффективный вклад каждой метильной группы оценивается в 0,83 ± 0,21 ккал/моль в стабилизации закрытого состояния. c Избранные соотношения концентрация-реакция мутантов с повышенной гидрофильностью остатков ворот. d Взаимосвязь между изменением ЕС 50 и энергией гидратации. Доля вклада энергии гидратации остатков оценивается в 0,37 ± 0,11 в стабилизации открытого состояния. a , c Данные представляют собой средние значения указанного количества патчей, показанных в дополнительных таблицах 4 и 5 соответственно, ошибки представляют собой SEM. Сплошные линии соответствуют уравнению Хилла. Штриховые линии — отношение WT. b , d Закрашенные символы соответствуют среднему значению ЕС 50 мутантов, показанных в a и c соответственно. Данные представляют собой средние значения указанного количества исправлений, показанных в дополнительных таблицах 4 и 5 соответственно, ошибки представляют собой SEM. Сплошная линия соответствует модели стробирования типа MWC (уравнения 4–8, см. «Методы»). Две серии были глобально подобраны с общими константами связывания. Ошибки оценок соответствуют 95% доверительным интервалам.

    Изображение в полный размер

    Гидрофобная природа ворот также отражена в конструкциях, в которых соответствующие изолейцины заменены аминокислотами с более сильным полярным характером (дополнительная рис.  7b). Независимо от размера введенных остатков мутации вызывают увеличение активности Ca 9.3724 2+ , что зависит от гидрофильности замены (рис. 4c, d, дополнительная таблица 5). Стабильность открытого состояния коррелирует со все более благоприятной энергией гидратации в изолейциновой триаде для боковых цепей, которые грубо сохраняют стерический объем (рис. 4c, d), что снова согласуется с образованием гидрофобных ворот, исключающих воду и ионы в закрытой конформации. . Из анализа, аналогичного тому, который использовался для их укорочения, и в предположении, что энергетический эффект мутаций пропорционален энергии гидратации боковых цепей 30 , относительный вклад (т.е. константа пропорциональности) замещенных остатков в стабилизацию открытого состояния оценивается как 0,37 ± 0,11.

    Наконец, мы проанализировали наши данные в отношении взаимодействий между исследованными остатками, которые очевидны из неаддитивных сдвигов в EC 50 среди двойных и тройных мутантов в пределах предполагаемого логарифмически-линейного диапазона (рис. 4b, дополнительный рис. . 7с). Хотя наш предыдущий анализ предполагал аддитивность энергетических эффектов для объяснения общей тенденции, мы обнаружили отклонения, указывающие на функциональную связь между остатками ворот, которую мы количественно оценили в серии циклов двойных мутантов (рис. 5а). Не наблюдалось выраженного связывания между соседними остатками Ile 550 и Ile 551, поскольку I551V сохраняет большую часть своего эффекта в стабилизации открытого состояния при введении на фоне I550V (рис. 5b). Это приводит к почти нулевой энергии связи ( G соединение ) между двумя остатками, что указывает на то, что оба остатка действуют независимо в стабилизации закрытого состояния (рис. 5c). Напротив, введение I550V или I551V по отдельности на фоне I641V делает эти мутации менее эффективными в дальнейшей стабилизации открытого состояния (рис. 5b). Следовательно, энергия связи значительно отклоняется от нуля (рис. 5c), что предполагает функциональные взаимодействия между Ile 641 и либо Ile 550, либо Ile 551 при стабилизации закрытого состояния. Триадная связь внутри области ворот становится очевидной при введении третьей мутации, что проявляется в ненулевой разнице между энергиями связи (Δ G соединение ) мутантных пар в тройном мутантном цикле (рис. 5d). В совокупности наша функциональная характеристика, таким образом, определяет важность гидрофобных взаимодействий внутри изолейциновой триады на внутриклеточном входе в область узкой шейки в контроле ворот в TMEM16A (рис. 5e).

    Рис. 5: Функциональная связь внутри триадных ворот.

    a Схематическое изображение анализа мутантного цикла. b ΔΔG отображаемых мутантов, рассчитанный путем подгонки их отношений «концентрация-реакция» к модели стробирования типа MWC (уравнения 4–6, 9и 11–12). Столбцы показывают ΔΔ G , рассчитанное на основе наиболее подходящих значений усредненных данных, показанных на дополнительном рисунке 7c. Ошибки соответствуют 95% доверительным интервалам. c Энергия связывания ( G связывание или ΔΔΔ G ), измеренная в циклах двойных мутантов на фоне WT (слева) или указанных мутантов (справа). Полосы показывают значения, рассчитанные из наиболее подходящих значений, показанных в b с использованием уравнения. 13. d Изменение энергии связи (Δ G сцепление или ΔΔΔΔG) между циклами, отображаемыми в c . Полосы показывают значения, рассчитанные из значений, показанных в c с использованием уравнения. 14. e Cα изображение входа во внутреннюю пору, вид с внеклеточной стороны. Пунктирные линии изображают функциональную связь между отображаемыми остатками с толщиной, приблизительно соответствующей соответствующей энергии связи, показанной в c , слева. c , d Ошибки являются стандартными ошибками. Звездочки указывают на значительное отклонение от нуля в двусторонней односторонней выборке t -тест (слева направо, c *** p  = 2e−5; *** p  = 2e−16; *** p  = 2e−5; p *  = 0,043; d *** p  = 3e−5 для каждого значения).

    Изображение полного размера

    Перестройки ворот в открытом состоянии

    Чтобы лучше понять роль остатков ворот при проведении ионов через открытый канал, мы исследовали влияние мутаций Ile 550, Ile 551 и Ile 641 о вольт-амперных отношениях в Ca 2+ -связанное состояние. Ожидается, что остатки в сужении, обращенном к поре, будут мешать проводимости при введении дополнительного объема боковой цепи, что приведет к выпрямлению тока из-за повышенных энергетических барьеров в месте мутации. Более того, поскольку характер выпрямления зависит от положения ограничивающих скорость барьеров 11 , этот анализ дает дополнительные доказательства расположения ворот по отношению к пути проводимости аниона (рис. 6а). Увеличение объема боковой цепи Ile 641 на α6 за счет мутации Met и Phe увеличивает локальные энергетические барьеры на входе во внутриклеточную пору и в перешейке, что проявляется в выраженном выпрямлении токов наружу (рис. 6b), что указывает на то, что этот остаток остается ориентированным на пора в открытой конформации. Постепенное влияние мутаций Ile 641 на проводимость предполагает возрастающее затруднение проникновения, которое зависит от размера боковой цепи (рис. 6b, c). Напротив, эквивалентные мутации Ile 550 и Ile 551, которые расположены на противоположной спирали α4, не приводят к сильной ректификации (рис. 6d), предполагая, что, в отличие от Ile 641, эти остатки не вносят вклад в лимитирующую энергию барьеры для проводимости в открытом состоянии в зависимости от размера (рис. 6e). Вместо этого они могли отступить от сужения пор дальше, чем это наблюдалось в Ca 2+ -связанная конформация TMEM16A, подтверждающая, вероятно, более протяженную перестройку поры в проводящем состоянии. Различные эффекты титрования объема боковой цепи остатков на α4 и α6, таким образом, согласуются с неэквивалентными пространственными отношениями между остатками селектора в открытом и закрытом состояниях поры.

    Рис. 6: Влияние объема боковой цепи на ионную проводимость в открытом состоянии.

    a Энергетический профиль модели минимального ионного проникновения для учета ВАХ TMEM16A. b Мгновенные отношения I-V мутаций Ile 641 с увеличением объема боковой цепи при насыщающих концентрациях Ca 2+ . c Энергетический барьер относительно самого внешнего барьера на пути проводимости на входе во внутреннюю пору (вверху) и в середине поры (внизу) для Ile 641. d Мгновенные ВАХ мутаций Ile 550 и Ile 551 с увеличением объема боковой цепи при насыщающих концентрациях Ca 2+ . На вставке показано увеличенное изображение заштрихованной области. e Энергетический барьер относительно самого внешнего барьера на пути проводимости на входе во внутреннюю пору (вверху) и в середине поры (внизу) для остатков Ile 550 и Ile 551. b , d Данные средние значения для 7, 6, 9 и 7 заплат (I641), 6, 7, 5 и 11 заплат (I550) и 8, 10, 7 и 10 заплат (I551) для A, V, M и F соответственно, ошибки SEM. Сплошные линии соответствуют модели проникновения ионов (уравнение 2). Пунктирные линии показывают отношение WT. с , e Данные рассчитываются по уравнению 3 из наиболее подходящих значений усредненных данных, показанных в b и d соответственно, ошибки составляют 95% доверительные интервалы.

    Увеличить

    Обсуждение

    В данном исследовании нас интересовало расположение ворот в TMEM16A, препятствующих ионной проводимости в закрытом состоянии канала. С этой целью мы исследовали влияние мутаций остатков, выстилающих узкую часть поры, и выявили несколько положений, в которых мутация аланина стабилизирует открытое состояние канала, большинство из которых сосредоточено во внутриклеточной части шейки. область, край. Наиболее сильный эффект наблюдался у трех гидрофобных остатков, два из которых занимают соседние позиции на α4 (Ile 550 и Ile 551) на границе с более широким внутриклеточным вестибюлем, а другой расположен на α6 (Ile 641) на противоположной стороне поры слегка далее вверх во внеклеточном направлении (рис. 1 и 2). Усечение боковой цепи любого из трех остатков путем мутации в аланин вызывает сильное увеличение активности Ca 9.3724 2+ и приводит к выраженной базовой активности.

    Хотя в известных структурах боковые цепи трех остатков, контролирующих доступ аниона к области узкой шейки, по-видимому, не находятся в ван-дер-ваальсовом контакте, анализ мутантного цикла предполагает функциональную связь между ними. Такое связывание может происходить по косвенному механизму через остатки вокруг области ворот, такие как аланиновые мутации остатков в непосредственной близости от Ile 641, таких как Phe 712 и его непосредственные взаимодействующие партнеры Ile 59. 6 и Tyr 593 приводят к аналогичной, но несколько меньшей стабилизации открытой поры (рис. 1 и 2). Альтернативно, связывание между боковыми цепями, которые не находятся в прямом контакте, также может быть опосредовано окружающим растворителем. Опосредованное растворителем связывание согласуется с эффектом мутантов, либо уменьшающим гидрофобный объем, либо увеличивающим гидрофильность соответствующих боковых цепей, что приводит к дестабилизации закрытого состояния (рис. 4). В открытом состоянии гидрофобные взаимодействия, исключающие доступ воды в область ворот, нарушаются, что приводит к открытию доступного для воды пути. В результате относительная роль трех остатков на пути проникновения ионов изменилась, о чем свидетельствуют отчетливые эффекты увеличения объема боковой цепи на проводимость, где мутации Ile 641, но не Ile 550 и Ile 551, серьезно нарушают отношения ток-напряжение. (Рис. 6). Это согласуется с расширением пор внутриклеточного входа в шейку при открытии канала (рис. 7а) и перераспределением Ile 550 и Ile 551 для установления сети взаимодействия, которая более подробно описана в сопутствующем исследовании 9. 3724 27 . Обе особенности очевидны в структурах Ca 2+ -свободного и Ca 2+ -связанного состояний, хотя эти структуры могут не отражать весь спектр конформационных изменений, приводящих к открытию пор.

    Рис. 7: Связь между непроводящей и проводящей конформациями.

    a Схематическое изображение гидрофобных ворот на внутреннем входе узкой шейки, предотвращающих ионную проводимость в закрытом состоянии (слева). Функциональные взаимодействия между гидрофобными остатками показаны пунктирными линиями. Бежевая область указывает на предполагаемую несмачиваемую область, которая исключает воду в закрытой конформации. В открытой конформации (справа) остатки ворот диссоциировали, что привело к расширению поры и сокращению остатков ворот на α4. b Связь между проводящими и непроводящими конформациями в присутствии и в отсутствие Ca 2+ . В непроводящей апо-конформации WT (слева) внутриклеточная половина α6 сместилась от сайта связывания Ca 2+ . При связывании Ca 2+ α6 перестраивает свою конформацию, перемещаясь к сайту связывания Ca 2+ . Последующее вращение вокруг оси спирали для приведения остатка в контакт со связанными ионами Ca 2+ вводит конформацию натянутой π-спирали. Движение пары α6 к области ворот для открытия канала (в центре). Связь между гейтом и α6 проиллюстрирована в структуре мутанта гейта, проявляющего базальную активность в отсутствие Са 2+ (справа). В этом случае α6 приблизился к вакантному сайту связывания, открыв ворота, не переходя в конформацию натянутой π-спирали.

    Изображение с полным размером

    Химическая природа затвора в TMEM16A примечательна в свете несвязанных архитектур каналов. Присутствие объемных гидрофобных остатков в сужении пор, которые образуют физический барьер для проникновения ионов, является повторяющейся темой в ионных каналах и, как было установлено, закрывает поры в различных семействах, таких как K + каналов, пентамерные лиганд-управляемые ионные каналы и бестрофины, чтобы назвать несколько 31,32,33 . Хотя прямой контакт между соответствующими остатками часто встречается на расстоянии Ван-дер-Ваальса, он не является обязательным, поскольку, как только их соответствующее расположение сужает диаметр пор ниже определенного порога, может произойти самопроизвольное осушение области, что накладывает дополнительный энергетический штраф на ионы. проникновение 34,35 . Подобный механизм может также контролировать запирание в TMEM16A, чтобы ограничить проводимость в закрытых состояниях и способствовать низкой вероятности открытия WT в отсутствие Ca 2+ (рис. 7а).

    Помимо взаимосвязи между остатками воротной области, описанной выше, крио-ЭМ структуры мутанта I551A также выявили детерминанты, связанные со связью ворот с сайтом связывания Ca 2+ . Описанное взаимодействие между двумя областями проявляется в конформации α6 в I551A, которая, вероятно, лежит в основе наблюдаемой базальной активности. В то время как мутант напоминает WT в состоянии, связанном с Ca 2+ , Ca 2+ -свободная структура I551A имеет выраженные отличия от соответствующей структуры WT. Что касается WT, электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными остатками в вакантном сайте связывания вызывает диссоциацию внутриклеточной половины α6 из-за ее тесного взаимодействия с α8, наблюдаемого в структуре, связанной с Ca 2+ , что приводит к перестройке спирали. и повышенная подвижность (рис. 3b, c). Однако у I551A это движение менее выражено, чем у WT, и происходит оно в другом направлении. В результате α6 остается в положении, которое ближе к его полностью активированной конформации, тем самым снижая энергетический штраф за открытие канала. Несмотря на это различие в его положении, ранее описанная релаксация α6 из π- в α-спираль при диссоциации Ca 2+ и последующая потеря взаимодействия с α8 (ссылка 12 ) наблюдаются в мутантной структуре, что еще больше подчеркивает конформационную деформацию из-за образования π-спирали в Ca 2+ -связанном состоянии, которое преодолевается взаимодействием со связанным агонистом. Важно отметить, что эти наблюдения предполагают, что раскрытие пор может происходить без перехода α6 в конформацию выпрямленной π-спирали (рис. 7b). Тем не менее умеренное снижение вероятности открытия в апо-состоянии по сравнению с Ca 2+ -связанное состояние мутанта (см. сопроводительную рукопись 27 ) предполагает, что разница в конформации α6 может влиять на гейтирование, и поэтому мы не можем исключить некоторое влияние мутации на конформацию открытой поры апо-белка. .

    Таким образом, в нашем исследовании была идентифицирована область ворот, которая стабилизирует закрытую пору TMEM16A, и предоставлены доказательства ее взаимодействия со связывающим элементом Ca 2+ α6 (рис. 7). В закрытом состоянии близость гидрофобных остатков к внутриклеточному входу узкой шейки препятствует доступу воды и ионов в это место. При активации нарушение гидрофобных взаимодействий в воротной области в сочетании с дальнейшими конформационными перестройками белка приводит к расширению стягивающей шейки области в анионпроводящее состояние. Представленные здесь структуры, вероятно, очерчивают общий механизм активации, при котором последовательная перестройка внутриклеточной половины α6 соединяется с областью узкой шейки поры, чтобы открыть ворота, хотя они, вероятно, не показывают полную степень активации. Описанный стерический механизм действует совместно с ранее описанным электростатическим затвором 9.3724 20 , чтобы обеспечить жесткий контроль активности TMEM16A в ответ на клеточные сигнальные события. Родственный механизм может лежать в основе активации липидных скрамблаз семейства TMEM16 14,15,16 , где связывание α6 при связывании Ca 2+ передается на α4, что приводит к диссоциации обеих спиралей друг от друга и открытию доступная мембране гидрофильная борозда, которая катализирует перетасовку головных групп липидов через мембрану.

    Методы

    Молекулярная биология и клеточная культура

    Клетки HEK293T (ATCC CRL-1573) поддерживали в модифицированной Дульбекко среде Игла (DMEM; Sigma-Aldrich) с добавлением 10 ЕД/мл –1 пенициллина, 0,1 мг мл – стрепцина (Sigma-Aldrich), 2  мМ L-глутамина (Sigma-Aldrich) и 10% FBS (Sigma-Aldrich) во влажной атмосфере, содержащей 5% CO 2 , при 37 °C. Клетки HEK293S GnTI – (ATCC CRL-3022) поддерживали в среде HyClone HyCell TransFx-H (GE Healthcare) с добавлением 10 U мл –1 пенициллин, 0,1 мг мл –1 стрептомицин, 4 мМ L-глутамин, 0,15% полоксамер 188 (Sigma-Aldrich) и 1% FBS в атмосфере, содержащей 5% CO 2 при 190 об/мин при 3 °С. Мутации вводили модифицированным методом QuikChange 36 и подтверждали секвенированием. Праймеры перечислены в дополнительной таблице 6.

    Экспрессия и очистка белка

    Для получения белка, используемого в крио-ЭМ-экспериментах, клетки GnTI – были временно трансфицированы мышиным TMEM16A дикого типа или точечным мутантом TMEM16A-I551A в комплексе. с полиэтиленимином MAX 40 K (образуется в среде DMEM без добавок при весовом соотношении 1:2,5 в течение 30 мин). Сразу после трансфекции в культуру добавляли 3,5 мМ вальпроевой кислоты. Клетки собирали через 48 ч после трансфекции, промывали PBS и хранили при -80°С до дальнейшего использования. Очистку белков проводили при 4°С и завершали в течение 12 ч. Белок очищали в Ca 2+ -свободные буферы и был дополнен 1 мМ свободным Ca 2+ , когда это было указано во время подготовки образца крио-ЭМ. Клетки ресуспендировали и солюбилизировали в 150 мМ NaCl, 5 мМ EGTA, 20 мМ HEPES, 1× комплексных ингибиторах протеазы (Roche), 40 мкг мл ДНКазы –1 (AppliChem), 2% GDN (Anatrace) при рН 7,4 осторожно перемешивание в течение 2 ч. Солюбилизированную фракцию получали центрифугированием при 16 000 ×  г в течение 30 мин. После фильтрации через фильтры 0,5 мкм (Sartorius) супернатант инкубировали со стрептавидиновой смолой UltraLink (Pierce, Thermo Fisher Scientific) в течение 2 ч при осторожном перемешивании. Гранулы загружали в гравитационную колонку и промывали буфером SEC объемом 60 колонок, содержащим 150 мМ NaCl, 2 мМ EGTA, 20 мМ HEPES, 0,01% GDN при pH 7,4. Связанный белок элюировали, инкубируя шарики с объемом 3 колонок SEC-буфера, дополненного 0,25 мг мл –1 3C протеаза в течение 30 мин. Элюат концентрировали с использованием отсекающего фильтра 100 кДа, фильтровали через фильтр 0,22 мкм и загружали в колонку Superose 6 10/300 GL (GE Healthcare), предварительно уравновешенную буфером SEC. Фракции пиков, содержащие белок, объединяли, концентрировали, фильтровали через фильтр 0,22 мкм и сразу использовали для подготовки образцов крио-ЭМ.

    Подготовка образцов для электронной микроскопии и сбор данных

    2,5 мкл очищенного белка, концентрированного до ~2 мг мл –1 и предварительно инкубировали с 1,5 мМ диС8-PI(4,5)P 2 (Echelon Biosciences) в течение не менее 30 мин при 4 °C, наносили на перфорированные углеродные сетки (Quantifoil Au R1.2/ 1.3, 300 меш). Непосредственно перед нанесением образцов сетки подвергались тлеющему разряду при токе 15 мА в течение 30 с. После нанесения образца сетки промокали в течение 3–5 с с настройкой силы блота, равной 0, при 4°C и влажности 100 %, замораживали погружением в жидкую смесь пропана/этана с использованием TFS Vitrobot Mark IV (Thermo Fisher Scientific), и хранят в жидком азоте до дальнейшего использования. Для образцов с Ca 2+ , буфер SEC с добавлением 18 мМ CaCl 2 смешивали с концентрированным очищенным белком в соотношении 1:5 (в результате конечная концентрация свободного Ca 2+ составляла 1 мМ) непосредственно перед нанесением образца и погружение-заморозка.

    Сбор данных проводился на приборе Talos Arctica (Thermo Fisher Scientific), работающем на напряжении 200 кВ и оснащенном энергетическим фильтром BioQuantum (ширина щели 20 эВ) и детектором прямых электронов K2 (Gatan). EPU2 (Thermo Fisher Scientific) использовался для автоматического сбора данных при калиброванном размере пикселя 1,012 Å/пиксель и номинальном диапазоне расфокусировки от –0,8 до –1,9.мкм. Каждый ролик содержал 60 кадров с выдержкой 9 с и суммарной дозой 53 e – /Å 2 (0,883 e – /Å 2 /кадр). Отверстия были выбраны на основе сценария Digital Micrograph, определяющего толщину льда на уровне квадрата сетки 37 (рукопись готовится). Данные анализировались «на лету» с использованием FOCUS 38 , и при необходимости параметры нацеливания корректировались.

    Обработка изображений

    Для всех собранных видеороликов MotionCor2 выполнила коррекцию движения, вызванную лучом (ссылка 9).3724 39 ), а CTF определяли на выровненных стеках фильмов с использованием CTTFind4 (ссылка 40 ). Оба процесса были запущены через FOCUS 38 , который в дальнейшем использовался для отбора набора данных на основе оценки разрешения CTF (<4 Å), величины расфокусировки (от –0,5 мкм до –2,0 мкм), толщины льда (20–50 нм), и общий вид.

    Для Ca 2+ -свободного мутанта I551A было собрано 3979 фильмов, из которых 3606 фильмов были отобраны для дальнейшей обработки. криоло 41 использовался для автоматического сбора частиц, в результате чего был получен начальный набор из 462 927 частиц. Все последующие шаги были выполнены в Relion 3.0 (ref. 42 ). Частицы были извлечены с размером окна 210 пикселей и объединены в бины 3x (70 пикселей, 3,036 Å/пиксель). После нескольких циклов 2D-классификации, в которых CTF до первого пика игнорировались, было отобрано и повторно извлечено 286 846 частиц с размером окна 256 пикселей и бинированием 2x (128 пикселей, 2,024 Å/пиксель). Повторно экстрагированные частицы подвергали 3D-классификации без применения симметрии и игнорирования CTF до первого пика с использованием криоSPARC 9.3724 43 карта нижних частот отфильтрована до 40 Å в качестве исходного эталона. Один из пяти классов, содержащих 160 844 частицы, представлял собой структуру канала. Частицы были повторно извлечены из бина и очищены от низкочастотного фильтра соответствующего класса до 40 Å, в результате чего была получена карта 3,6 Å. Если не указано иное, все уточнения проводились без применения симметрии и продолжались после схождения с маской, исключающей мицеллу детергента. После уточнения CTF, которое не привело к улучшению разрешения, частицы были дополнительно классифицированы в 3D без повторного выравнивания с использованием предыдущей уточненной карты нижних частот, отфильтрованной до 20 Å. Основной класс из трех, содержащий 152 049частицы очищены до 3,5 Å. После байесовской полировки, которая привела к небольшому улучшению разрешения, частицы были подвергнуты еще одному раунду уточнения CTF с последующей 2D-классификацией для удаления остаточных плохих частиц. Последние 138 320 частиц были уточнены с применением симметрии C2, в результате чего была получена карта 3,3 Å.

    В случае Ca 2+ -связанного мутанта I551A было собрано 624 фильма, из которых было выбрано 599 фильмов. 166 511 частиц, отобранных crYOLO, были извлечены без бинов с размером окна 256 пикселей и подвергнуты нескольким раундам 2D-классификации в cryoSPARC. Очищенный пакет из 56 578 частиц был использован для создания трех исходных моделей в cryoSPARC. 34 234 частицы, дающие наилучшую модель канала, были использованы для гомогенного уточнения в cryoSAPRC с использованием симметрии C2, что привело к реконструкции 4,6 Å. Все последующие шаги были выполнены в Relion 3.0. Симметрия С2 применялась на протяжении всего уточнения, а маска, исключающая мицеллу детергента, вводилась после начальной сходимости. Лучшие частицы из cryoSPARC были повторно извлечены и уточнены по соответствующей карте с низкочастотным фильтром до 40 Å, в результате чего была получена карта 4,1 Å. Последующее уточнение CTF и байесовская полировка не изменили общего разрешения, но b-фактор, примененный во время постобработки, был улучшен с –150 до –86 Å 2 .

    Для структуры дикого типа, связанной с Ca 2+ , было собрано 2189 фильмов, из которых было отобрано 1764. Частицы были выбраны с использованием автоматического выбора на основе лапласиана-гаусса без шаблона в Relion 3.0 и были извлечены с размером поля 256 пикселей и объединены в бины 2x (128 пикселей, 2,024 Å/пиксель). После нескольких раундов 2D-классификации с игнорированием CTF и без него до первого пика было отобрано 100 190 частиц, которые были подвергнуты 3D-классификации без применения симметрии с использованием исходной модели, созданной в Relion 3.0, которая была отфильтрована по низким частотам до 50 Å. Один из восьми классов, содержащих 34 477 частиц, представлял собой структуру канала, которая была подвергнута еще одному раунду трехмерной классификации без применения симметрии. Полученные 25 361 частица были повторно извлечены без бинов и уточнены по сравнению с низкочастотным фильтром соответствующего класса до 50 Å с применением симметрии C2, в результате чего была получена карта 4,1 Å. Изображения частиц были подвергнуты как уточнению CTF, так и байесовской полировке, что привело к небольшому улучшению разрешения до 4,0 Å. Частицы были дополнительно классифицированы в 3D один раз без повторного выравнивания с использованием уточненной карты нижних частот, отфильтрованной до 50 Å. Последние 23 887 частиц были уточнены с применением симметрии C2, в результате чего была получена карта 3,7 Å.

    Все оценки разрешения соответствовали золотому стандарту двух независимо уточненных половинных карт 44 и применяли отсечку 0,143 FSC 45 . Локальные разрешения были определены собственной реализацией Relion. Направленные FSC были рассчитаны с использованием сервера 3DFSC 46 .

    Построение и уточнение модели

    Исходные модели были получены путем докинга соответствующих структур TMEM16A дикого типа (PDB: 5OYG и 5OYB соответственно) в плотности апо и Ca 2+ -связанный TMEM16A-I551A с использованием Chimera. Модели были многократно перестроены в Coot 47 и уточнены в Phenix 48 . Геометрию окончательных моделей оценивали с помощью MolProbity 49 . Для проверки модели были определены FSC между уточненной моделью и окончательной картой и/или суммированными полукартами (FSC , модель и FSC , сумма соответственно), и был использован порог 0,5 45 . Для отслеживания возможного переобучения в координаты окончательной модели были введены случайные сдвиги до 0,5 Å с последующим уточнением в Phenix по сравнению с первой нефильтрованной полукартой. FSC между этой переработанной моделью и первой половинной картой (FSC work ) сравнивалась с таковой на второй полукарте (FSC free ), которая не использовалась при доработке. Рисунки были получены с использованием Chimera 50 , ChimeraX 51 и VMD 52 .

    Электрофизиология

    Клетки HEK293T трансфицировали 3 мкг ДНК на чашку Петри диаметром 6 см с использованием метода соосаждения с фосфатом кальция и использовали в течение 24–96 часов после трансфекции. Записи проводились на вывернутых наизнанку участках, вырезанных из HEK29.3Т-клетки, экспрессирующие интересующую конструкцию. Патч-пипетки были извлечены из боросиликатных стеклянных капилляров (внешний диаметр 1,5 мм, внутренний диаметр 0,86 мм, Sutter Instrument) и перед использованием прошли огневую полировку с помощью микроковки (Narishige). Сопротивление пипетки обычно составляло 3–8  МОм при заполнении растворами для записи, подробно описанными ниже. Сопротивление уплотнения обычно составляло 4 ГОм или выше. Записи фиксации напряжения были сделаны с использованием Axopatch 200B, Digidata 1550 и Clampex 10.6 (Molecular devices). Аналоговые сигналы фильтровались встроенным 4-полюсным фильтром Бесселя на частоте 10 кГц и оцифровывались на частоте 20 кГц. Обмен раствором осуществлялся с помощью системы с гравитационной подачей через тета-стеклянную пипетку, установленную на сверхбыстром шаговом устройстве с пьезоприводом (Siskiyou). Было обнаружено, что потенциал жидкостного перехода постоянно пренебрежимо мал, учитывая ионный состав растворов, и поэтому не был скорректирован. Все записи проводились при 20 °C.

    Повсеместно использовалось симметричное ионное состояние. Исходный раствор с Ca 2+ -EGTA содержал 150 мМ NaCl, 5,99 мМ Ca(OH) 2 , 5 мМ EGTA и 10 мМ HEPES при pH 7,40. Исходный раствор с EGTA содержал 150 мМ NaCl, 5 мМ EGTA и 10 мМ HEPES при pH 7,40. Концентрации свободного Ca 2+ регулировали смешиванием исходных растворов в необходимых соотношениях, рассчитанных с использованием программы WEBMAXC (http://web.stanford.edu/~cpatton/webmaxcS.htm). Пипетки с пластырями заполняли исходным раствором с Ca 9.h}}$$

    (1)

    где I / I max — нормализованная текущая реакция, EC 50 определяет концентрацию, при которой активация достигает половины максимума, а ч – коэффициент Хилла.

    Анализ зависимостей ток-напряжение (ВАХ)

    Данные ВАХ были приспособлены к модели минимального проникновения, которая объясняет фундаментальное биофизическое поведение mTMEM16A, как описано ранее 11 ,

    $$I = zFAe^{\frac{ {zFV}}{{2nRT}}}\frac{{c_i — c_oe^{ — \frac{{zFV}}{{RT}}}}}{{e^{ — zFV\frac{{n — 1} }{{nRT}}} + \left( {\frac{1}{{\sigma _h}}} \right)\frac{{1 — e^{ — zFV\frac{{n — 2}}{{ nRT}}}}}{{e^{\frac{{zFV}}{{nRT}}} — 1}} + \frac{1}{{\sigma _\beta }}}}$$

    (2)

    where I is the current, n is the number of barriers, c i and c o are the intracellular and extracellular concentrations of the charge носитель, z — валентность Cl — , V — напряжение на мембране, а R , T и F имеют свои обычные термодинамические значения. А  =  β 0 ν – коэффициент пропорциональности, где β 0 – значение β , когда В  = 0 и ν имеет размерность коэффициента пропорциональности, т.е. σ h и σ β — соответственно скорость пересечения среднего и самого внутреннего барьеров по отношению к скорости пересечения самого внешнего барьера ( β ). Наиболее подходящие значения σ β and σ h at zero and saturating Ca 2+ concentrations were used to calculate Δ E a ( σβ ) and Δ E a ( σh ) , разница между энергией активации на самом внутреннем барьере и среднем барьере по отношению к энергии активации самого внешнего барьера соответственно с использованием

    $$\begin{array}{l}{{\Delta }}E_{a\left({\sigma _\beta} \right)} = — RT\ln \sigma _\beta \\ {{\Delta}} E_{a\left({\sigma _h} \right )} = — RT\ln \sigma _h\end{массив}$$

    (3)

    Механизм и оценка параметров

    Для описания влияния свойств боковой цепи и характеристики функциональных взаимодействий между остатками, образующими внутренние ворота, были получены энергетические различия, определяющие сдвиги активности. С этой целью мы подогнали отношения концентрация-реакция к модели минимальной активации, состоящей из закрытого и открытого состояний с двумя идентичными этапами связывания.

    $$\begin{array}{*{20}{c}} {\,} & {\,} & {L_0} & {\,} & {\,} \\ {\,} & {C_0 } & \leftrightarrow & {O_0} & {\,} \\ {K_{d(C)}} & \updownarrow & {\,} & \updownarrow & {K_{d(O)}} \\ {\, } & {C_1} & \leftrightarrow & {O_1} & {\,} \\ {K_{d(C)}} & \updownarrow & {\,} & \updownarrow & {K_{d(O)}} \ \ {\,} & {C_2} & \leftrightarrow & {O_2} & {\,} \\ {\,} & {\,} & {L_2} & {\,} & {\,} \end{массив }$$

    Особенностью этой модели является то, что три уровня проводимости/тока ( i , j , k ), связанные со степенью заполнения Ca 2+ (0,1,2) (0,1,2) . Нормализованная текущая характеристика определяется выражением

    $$I/I_{{\mathrm{max}}} = \frac{{iP_{O_0} + jP_{O_1} + kP_{O_2}}}{{kP_{O_{ x \to \infty }}}}$$

    (4)

    где

    $$P_{O_0} = \frac{{L_0}}{{Q_C + L_0Q_O}}\\ P_{O_1} = \ frac{{L_0\frac{x}{{K_{d(O)}}}}}{{Q_C + L_0Q_O}}\\ P_{O_2} = \frac{{L_0\left( {\frac{x} {{K_{d(O)}}}} \right)^2}}{{Q_C + L_0Q_O}}\\ P_{O_{x \to \infty }} = \frac{{L_2}}{{1 + L_2}}\\ Q_C = 1 + \frac{x}{{K_{d(C)}}} + \left( {\frac{x}{{K_{d(C)}}}} \right )^2\\ Q_O = 1 + \frac{x}{{K_{d(O)}}} + \left( {\frac{x}{{K_{d(O)}}}} \right) ^2$$

    (5)

    x – концентрация лиганда, L 0 – константа прямого равновесия между закрытым и открытым состояниями при нулевом заселении Ca 2+ и 3 0 30 — константа равновесия диссоциации с нижними индексами C и O , обозначающими закрытое и открытое состояния соответственно. P обозначает занятость указанного штата, а L 2 92$$

    (6)

    где L 2 для WT ( L 2WT ) определено из \(P_{O_{x \to \infty }}\) оценено из нестационарных анализ шума (см. сопроводительную рукопись 27 ). Благодаря нормализации текущие уровни i и j могут быть выражены в виде дроби от k . Значения для i / k были определены с использованием соотношений тока при +80 мВ, полученных из мгновенных графиков ВАХ при нуле и насыщении Ca 2+ концентраций. Δ E A ( σβ ) и Δ E A ( σh ) . заполняемость, которая использовалась для оценки стоимости j / k .

    Мы оценили энергетический вклад остатков, образующих ворота, из экспериментов, в которых титровались их химические свойства. Для эффектов, возникающих из-за гидрофобного объема, мы предположили, что константа стробирования 9{\ delta \ Delta \ Delta G_ {{\ mathrm {гидратация}}} / RT} \\ \ Delta \ Delta G_ {{\ mathrm {гидратация}}} = \ Delta G_ {{\ mathrm {гидратация}} ({ \mathrm{mut}})} — \Delta G_{{\mathrm{гидратация}}\left( {{\mathrm{WT}}} \right)}$$

    (8)

    Значения энергии гидратации были взяты у Кайта и Дулиттла 30 . Для получения химических параметров (Δ G Me, δ ) сумма квадратов между логарифмами значений ЕС 50 вычислена численно по независимым переменным эксперимента (Δ n Me ,ΔΔ G гидратация ), а логарифм экспериментальных значений EC 50 был минимизирован. Эффекты титрования количества метильных групп и энергии гидратации были глобально оптимизированы для получения уникального набора констант связывания ), который может описывать оба набора данных. Более подробное описание модели представлено в качестве дополнительного примечания. 9{ — \Delta G_{{\mathrm{mut}}}/RT}$$

    (9)

    Поскольку один и тот же набор констант связывания ( K d ( O ) , K d ( c ) ) было достаточно для учета эффекта мутантов, они использовались как общие параметры, в результате чего на мутант приходилось по одному свободному параметру (Δ G mut ). Для оценки параметров ряд зависимостей концентрация-реакция, соответствующих индивидуальному Δ 92} }}{{n_{{\mathrm{data}}} — n_{{\mathrm{parameter}}}}}$$

    , где H и J — матрицы Гессе и Якоби не менее оценки квадратов соответственно, верхний индекс T указывает на транспонирование, а n — количество точек данных и параметров соответственно. Квадратный корень из дисперсии использовался для аппроксимации ошибки стандартного отклонения, из которой был рассчитан 95% доверительный интервал.

    Анализ цикла тройных мутантов 9{{\mathrm{XY}}}$$

    (14)

    Для краткости верхние индексы в тексте опущены. Стандартная ошибка ( σ ) оценок параметров для каждого вычитания распространялась, как описано в разделе «Анализ данных и статистика». Отклонение ΔΔΔ G XY или ΔΔΔΔ G XYZ от нуля выявляли с помощью двустороннего одновыборочного t-критерия с уровнем значимости 0,05.

    Анализ данных и статистика

    Данные электрофизиологии были извлечены и систематизированы с использованием Clampfit 10. 6 (Molecular Devices) и Excel (Microsoft). Экспериментальные значения EC 50 были получены с использованием Prism 8 (GraphPad). Анализ модели и численные расчеты были выполнены с использованием NumPy (https://numpy.org) и SciPy (https://scipy.org). Оптимизация параметров была выполнена с использованием описанных целевых функций суммы квадратов с функцией наименьших квадратов в SciPy, которая также вычисляет матрицу Якоби, которая использовалась для оценки 92} $$

    (15)

    Одновыборочный t -критерий с уровнем значимости 0,05 использовался для анализа отклонения от нуля. Статистический анализ проводили с использованием либо Prism 8, либо NumPy/SciPy.

    Сводка отчета

    Дополнительную информацию о дизайне исследования можно найти в Сводке отчета об исследовании природы, связанной с этой статьей.

    Доступность данных

    Данные, подтверждающие выводы этой рукописи, можно получить у соответствующих авторов по обоснованному запросу. Резюме отчета по этой статье доступно в виде файла с дополнительной информацией. Исходные данные приводятся вместе с настоящей статьей. Карты, полукарты и маски были размещены в EMDB и могут быть найдены в записях. https://www.ebi.ac.uk/pdbe/entry/emdb/EMD-12025 (WT-Ca 2+ ), https://www.ebi.ac.uk/pdbe/entry/emdb/EMD-12026 (I551A-apo), https://www.ebi.ac.uk/pdbe/entry/emdb /EMD-12027 (I551A-Ca 2+ ). Соответствующие атомные модели доступны в PDB под PDB 7B5C (WT-Ca 2+ ), PDB 7B5D (I551A-apo), PDB 7B5E (I551A-Ca 2+ ).

    Ссылки

    1. Hartzell, C., Putzier, I. & Arreola, J. Активированные кальцием хлоридные каналы. год. Преподобный Физиол. 67 , 719–758 (2005).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    2. Yang, Y.D. et al. TMEM16A обеспечивает активируемую рецептором кальций-зависимую хлоридную проводимость. Природа 455 , 1210–1215 (2008).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    3. Schroeder, B.C., Cheng, T., Jan, Y.N. & Jan, L.Y. Экспрессионное клонирование TMEM16A как субъединицы хлоридного канала, активируемой кальцием. Cell 134 , 1019–1029 (2008).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    4. Капуто, А. и др. TMEM16A, мембранный белок, связанный с активностью кальций-зависимых хлоридных каналов. Наука 322 , 590–594 (2008).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    5. Manoury, B., Tamuleviciute, A. & Tammaro, P. Белок TMEM16A/anoctamin 1 опосредует активированные кальцием токи хлорида в гладкомышечных клетках легочных артерий. J. Physiol. 588 , 2305–2314 (2010).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    6. Ли, Х., Саломон, Дж. Дж., Шеппард, Д. Н., Молл, М. А. и Галиетта, Л. Дж. Обход дисфункции CFTR при муковисцидозе с помощью альтернативных путей транспорта анионов. Курс. мнение Фармакол. 34 , 91–97 (2017).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    7. Кесада, Р. и Дутцлер, Р. Альтернативные пути транспорта хлоридов как фармакологические мишени для лечения кистозного фиброза. Ж. Кист. Фиброс . 19 , S37–S41 (2020).

    8. Фальзоне, М.Е., Мальвецци, М., Ли, Б.К. и Аккарди, А. Известные структуры и неизвестные механизмы скрамблаз и каналов TMEM16. J. Gen. Physiol. 150 , 933–947 (2018).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    9. «>

      Бруннер, Дж. Д., Шенк, С. и Дутцлер, Р. Структурная основа для скремблирования фосфолипидов в семействе TMEM16. Курс. мнение Структура биол. 39 , 61–70 (2016).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    10. Бруннер, Дж. Д., Лим, Н. К., Шенк, С., Дюрст, А. и Дутцлер, Р. Рентгеновская структура активируемой кальцием липидной скрамблазы TMEM16. Природа 516 , 207–212 (2014).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    11. Paulino, C. et al. Структурная основа анионной проводимости в активируемом кальцием хлоридном канале TMEM16A. Элиф https://doi.org/10.7554/eLife.26232.001 (2017).

    12. Паулино К., Калиенкова В., Лам А.К.М., Нельднер Ю. и Дутцлер Р. Механизм активации кальций-активируемого хлоридного канала TMEM16A, выявленный с помощью крио-ЭМ. Природа 552 , 421–425 (2017).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    13. Данг, С. и др. Крио-ЭМ структуры активируемого кальцием хлоридного канала TMEM16A. Природа 552 , 426–429 (2017).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    14. Alvadia, C. et al. Крио-ЭМ структуры и функциональная характеристика мышиной липидной скрамблазы TMEM16F. Элиф https://doi.org/10.7554/eLife.44365 (2019).

    15. Калиенкова В. и др. Ступенчатый механизм активации скрамблазы nhTMEM16, выявленный с помощью крио-ЭМ. Элиф https://doi.org/10.7554/eLife.44364 (2019).

    16. Falzone, ME et al. Структурная основа Ca(2+)-зависимой активации и транспорта липидов скрамблазой TMEM16. Элиф https://doi. org/10.7554/eLife.43229 (2019).

    17. Tien, J. et al. Всесторонний поиск сайтов связывания кальция, критических для активности хлоридного канала, активируемого кальцием TMEM16A. Элиф e02772 (2014).

    18. Лим Н.К., Лам А.К. и Дутцлер Р. Независимая активация пор ионной проводимости в двуствольном активируемом кальцием хлоридном канале TMEM16A. J. Gen. Physiol. 148 , 375–392 (2016).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    19. Дженг Г., Аггарвал М., Ю В. П. и Чен Т. Ю. Независимая активация отдельных пор в димерных каналах TMEM16A. J. Общая физиол. 148 , 393–404 (2016).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    20. Lam, A.K. & Dutzler, R. Зависимый от кальция электростатический контроль доступа анионов к порам активируемого кальцием хлоридного канала TMEM16A. Элиф https://doi.org/10.7554/eLife.39122 (2018).

    21. Colquhoun, D. Связывание, гейтирование, сродство и эффективность: интерпретация отношений структура-активность для агонистов и эффектов мутирующих рецепторов. руб. Дж. Фарм. 125 , 924–947 (1998).

      КАС
      Статья

      Google ученый

    22. Le, S.C., Jia, Z., Chen, J. & Yang, H. Молекулярные основы PIP2-зависимой регуляции Ca(2+)-активируемого хлоридного канала TMEM16A. Нац. коммун. 10 , 3769 (2019).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья
      КАС

      Google ученый

    23. Tembo, M., Wozniak, K.L., Bainbridge, R.E. & Carlson, A.E. Фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP2) и Ca(2+) необходимы для открытия Cl(-) канала TMEM16A. J. Biol. хим. 294 , 12556–12564 (2019).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    24. «>

      Де Хесус-Перес, Дж. Дж. и др. Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат, холестерин и жирные кислоты модулируют активируемый кальцием хлоридный канал TMEM16A (ANO1). Биохим. Биофиз. Acta 1863 , 299–312 (2018).

      Артикул
      КАС

      Google ученый

    25. Arreola, J. & Hartzell, H.C. Потерянные каналы TMEM16A восстанавливаются с помощью фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата. Клеточный кальций 84 , 102103 (2019).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    26. Ni, YL, Kuan, A.S. и Chen, TY. Активация и ингибирование хлоридных каналов, активируемых кальцием TMEM16A. PLoS ONE 9 , e86734 (2014).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья
      КАС

      Google ученый

    27. Lam, A.K. & Dutzler, R. Механизм раскрытия пор в активированном кальцием хлоридном канале TMEM16A. Нац. Коммуна . https://doi.org/10.1038/s41467-020-20788-8 (2021 г.).

    28. Моно, Дж., Вайман, Дж. и Чанже, Дж. П. О природе аллостерических переходов: правдоподобная модель. Дж. Мол. биол. 12 , 88–118 (1965).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    29. Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л. и Страйер, Л. Биохимия, пятое издание (WH Freeman and Company, 2002).

    30. Kyte, J. & Doolittle, R. F. Простой метод отображения гидропатического характера белка. Дж. Мол. биол. 157 , 105–132 (1982).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    31. Дойл, Д. А. и др. Структура калиевого канала: молекулярные основы К+ проводимости и селективности. Наука 280 , 69–77 (1998).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    32. Hilf, RJ & Dutzler, R. Рентгеновская структура прокариотического пентамерного лиганд-управляемого ионного канала. Природа 452 , 375–379 (2008).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    33. Кейн Диксон, В., Педи, Л. и Лонг, С. Б. Структура и понимание функции Ca(2+)-активируемого Cl(-) канала. Природа 516 , 213–218 (2014).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ
      пабмед
      Статья
      КАС

      Google ученый

    34. Трик, Дж. Л., Арьял, П., Такер, С. Дж. и Сансом, М. С. Молекулярно-симуляционные исследования гидрофобных ворот в нанопорах и ионных каналах. Биохим. соц. Транс. 43 , 146–150 (2015).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    35. «>

      Арьял, П., Сансом, М.С. и Такер, С.Дж. Гидрофобные ворота в ионных каналах. Дж. Мол. биол. 427 , 121–130 (2015).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    36. Чжэн, Л., Бауманн, У. и Реймонд, Дж. Л. Эффективный одноэтапный протокол сайт-направленного и сайт-насыщающего мутагенеза. Рез. нуклеиновых кислот. 32 , e115 (2004).

      ПабМед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    37. Райнбергер Дж., Оостергетель Г., Реш Г. П. и Паулино К. Оптимизированный рабочий процесс сбора данных путем определения толщины образца. Препринт на https://doi.org/10.1101/2020.12.01.3

      (2020).

    38. Бияни, Н. и др. Фокус: интерфейс между сбором данных и обработкой данных в крио-ЭМ. Дж. Структура. биол. 198 , 124–133 (2017).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    39. «>

      Чжэн С., Паловчак Э., Армаш Дж.-П., Ченг Ю. и Агард Д. MotionCor2: анизотропная коррекция индуцированного лучом движения для улучшения криоэлектронной микроскопии. Нац. Методы 4 , 331–332 (2017).

      Артикул
      КАС

      Google ученый

    40. Рохоу А. и Григорьев Н. CTFFIND4: Быстрая и точная оценка расфокусировки по электронным микрофотографиям. Дж. Структура. биол. 192 , 216–221 (2015).

      ПабМед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    41. Вагнер, Т. и др. SPHIRE-crYOLO — это быстрый и точный полностью автоматизированный сборщик частиц для крио-ЭМ. Комм. биол. 2 , 218 (2019).

      ПабМед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    42. Зиванов Дж. и др. Новые инструменты для автоматизированного определения структуры крио-ЭМ высокого разрешения в РЭЛИОН-3. Элиф https://doi.org/10.7554/eLife.42166 (2018).

    43. Пуджани, А., Рубинштейн, Дж. Л., Флит, Д. Дж. и Брубейкер, М. А. cryoSPARC: алгоритмы для быстрого неконтролируемого определения структуры крио-ЭМ. Нац. Методы 14 , 290–296 (2017).

      КАС
      пабмед
      Статья

      Google ученый

    44. Scheres, S.H. & Chen, S. Предотвращение переобучения при определении структуры крио-ЭМ. Нац. Методы 9 , 853–854 (2012).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    45. Розенталь, П. Б. и Хендерсон, Р. Оптимальное определение ориентации частиц, абсолютной руки и потери контраста в одночастичной электронной криомикроскопии. Дж. Мол. биол. 333 , 721–745 (2003).

      КАС
      Статья
      пабмед

      Google ученый

    46. «>

      Tan, Y.Z. et al. Решение проблемы предпочтительной ориентации образца в крио-ЭМ с одной частицей за счет наклона. Нац. Методы 14 , 793–796 (2017).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    47. Эмсли П. и Коутан К. Кут: инструменты построения моделей для молекулярной графики. Акта Кристаллогр. Д. биол. Кристаллогр. 60 , 2126–2132 (2004).

      ПабМед
      Статья
      КАС

      Google ученый

    48. Adams, P.D. et al. PHENIX: создание нового программного обеспечения для автоматизированного определения кристаллографической структуры. Acta Кристаллогр. Д. биол. Кристаллогр. 58 , 1948–1954 (2002).

      ПабМед
      Статья
      КАС

      Google ученый

    49. Davis, I.W., Murray, L.W., Richardson, J. S. & Richardson, D.C. MOLPROBITY: проверка структуры и анализ всех атомных контактов для нуклеиновых кислот и их комплексов. Рез. нуклеиновых кислот. 32 , W615–W619 (2004 г.).

      КАС
      пабмед
      ПабМед Центральный
      Статья

      Google ученый

    50. Pettersen, E. F. et al. UCSF Chimera — система визуализации для поисковых исследований и анализа. Дж. Вычисл. хим. 25 , 1605–1612 (2004).

      КАС
      Статья
      пабмед

      Google ученый

    51. Goddard, T.D. et al. UCSF ChimeraX: решение современных задач визуализации и анализа. Науки о белках. 27 , 14–25 (2018).

      КАС
      Статья
      пабмед

      Google ученый

    52. Хамфри В., Далке А. и Шультен К. VMD: визуальная молекулярная динамика. Дж. Мол. График 14 , 27–38 (1996).

      Артикул

      Google ученый

    53. Смарт, О.С., Недувелил, Дж.Г., Ван, X., Уоллес, Б.А. и Сансом, М.С. HOLE: программа для анализа размеров пор структурных моделей ионных каналов. Дж. Мол. График 14 , 376 (1996).

      КАС
      Статья

      Google ученый

    Скачать ссылки

    Благодарности

    Мы благодарим всех сотрудников лаборатории Дутцлера и Паулино за помощь на различных этапах проекта. Эта работа была поддержана грантом Европейского исследовательского совета (ERC № 339116, AnoBest) Раймунду Дутцлеру, грантом Голландского исследовательского совета (грант NWO Veni 722.017.001 и грант NWO Start-Up 740.018.016) для C.P. и Forschungskredit Цюрихского университета (грант № FK-18-048) компании A.K.M.L.

    Информация об авторе

    Авторы и принадлежности

    1. Департамент биохимии, Университет Цюриха, Winterthurestrasse 190, CH-8057, Цюрих, Швейцария

      Энди К. М. Лам и Раймонд Датцлер

    2. Департамент Лам и Раймунд Датцлер

    3. Департамент Лам и Раймунд Датцлер

    4. Департамент. Институт наук и биотехнологий Гронингенского университета, Nijenborgh 4, 9747, AG, Гронинген, Нидерланды

      Ян Райнбергер и Кристина Паулино

    Авторы

    1. Энди К. М. Лам

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    2. Jan Rheinberger

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    3. Cristina Paulino

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Академия

    4. Raimund Dutzler

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    Взносы

    А. К.М.Л. задумал исследование, провел эксперименты по молекулярной биологии и электрофизиологии, проанализировал данные электрофизиологии и подготовил образцы белков и крио-ЭМ. JR собрал данные крио-ЭМ. Дж.Р. и А.К.М.Л. совместная обработка крио-ЭМ данных, построение и уточнение моделей. С.П. упустили сбор крио-ЭМ данных. А.К.М.Л. и Р. Д. подготовили первоначальный вариант рукописи, и все соавторы внесли свой вклад в окончательный вариант рукописи.

    Авторы переписки

    Переписка с
    Энди К.М. Лам, Кристина Паулино или Раймунд Дутцлер.

    Заявление об этике

    Конкурирующие интересы

    Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

    Дополнительная информация

    Информация о рецензировании Nature Communications благодарит анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы. Доступны отчеты рецензентов.

    Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Дополнительная информация

    Дополнительная информация

    Файл рецензирования

    Сводчика отчетности

    ИСТОЧНИКИ

    Данные по исходному доступу

    . Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставив ссылку на лицензию Creative Commons , и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.

    org/licenses/by/4.0/.

    Перепечатка и разрешения

    Об этой статье

    Дополнительная литература

    • Механизм ингибирования хлоридного канала TMEM16A блокатором пор 1PBC

      • Энди К. М. Лам
      • Соня Рутц
      • Раймунд Дютцлер

      Nature Communications (2022)

    Комментарии

    Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

    Скачать PDF

    Индивидуальная 16-канальная двусторонняя грудная катушка для двунаправленной параллельной визуализации

    • Список журналов
    • Рукописи авторов HHS
    • PMC3128917

    Магн Резон Мед. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 июля. 2011 июль; 66(1): 281–289.

    Published online 2011 Feb 1. doi: 10.1002/mrm.22771

    PMCID: PMC3128917

    NIHMSID: NIHMS301904

    PMID: 21287593

    , 1, 2, * , 3 , 1 , 3 , 1 , 3 и 1

    Информация об авторе Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности

    Описана и протестирована 16-канальная плотно прилегающая матричная катушка in vivo для двусторонней визуализации молочной железы при 3T. Основная цель этой катушки — обеспечить высокое отношение сигнал-шум и параллельное ускорение визуализации в двух направлениях для МРТ молочной железы. Круглые элементы катушки (диаметром 7,5 см) были размещены на закрытой «чашеобразной» платформе, а ближайшие соседние катушки были развязаны за счет геометрического перекрытия. Было проведено сравнение между 16-канальной пользовательской катушкой и имеющейся в продаже 8-канальной катушкой. , Усиление шума параллельной визуализации SENSE ( г -фактор) оценивали при фантомном сканировании. У здоровых добровольцев мы сравнили SNR, параллельную визуализацию в одном и двух направлениях, ARC g -фактор и визуализацию с высоким пространственным разрешением. По сравнению с имеющейся в продаже 8-канальной катушкой 16-канальная нестандартная катушка показывает в 3,6 раза более высокое среднее значение SNR в груди и более качественные ускоренные изображения. У пациентов 16-канальная нестандартная катушка позволила получить высококачественные изображения высокого разрешения с двунаправленным ускорением R = 6,3.

    Ключевые слова: рак молочной железы, микроскопия, параллельная визуализация, фазированная решетка, катушка

    Скрининговая МРТ с динамическим контрастным усилением (DCE) рекомендована Американским онкологическим обществом для всех женщин с высоким риском рака молочной железы [1]. В настоящее время МРТ молочной железы с ДКЭ дает информацию о морфологии поражения, перфузии тканей и кинетике усиления [2]. Однако отсутствие специфичности, а также трудности диагностики протоковой карциномы in situ (DCIS) ограничивают рутинное использование МРТ молочной железы скринингом групп высокого риска и стадированием некоторых женщин с впервые диагностированным раком молочной железы [2]. Улучшение, не похожее на объемное образование, особенно трудно контролировать, учитывая значительное совпадение между появлением доброкачественного увеличения груди и DCIS на обычных изображениях DCE MRI.

    Эти проблемы потенциально могут быть решены путем получения изображений с высоким пространственным и временным разрешением[3–5]. Постконтрастные изображения необходимо получать быстро, и традиционно компромиссом для быстрого получения было низкое пространственное разрешение [6, 7]. Недавнее исследование с малой поверхностной катушкой показало, что МРТ молочной железы с высоким пространственным и временным разрешением может улучшить чувствительность и специфичность диагностики DCIS за счет визуализации более мелких особенностей, таких как усиление протоков и перидуктов [5]. Однако небольшая поверхностная катушка не подходит для скрининга или двустороннего стадирования, когда требуется объемное покрытие обеих молочных желез. И наоборот, многие имеющиеся в продаже катушки для груди обеспечивают объемное покрытие груди, но большие элементы катушки сильно ограничивают отношение сигнал-шум (SNR) и, таким образом, способность увеличивать пространственное и временное разрешение с высокими коэффициентами ускорения.

    Массив небольших поверхностных катушек обеспечивает высокое соотношение сигнал-шум и объемное покрытие, а кроме того, высокое временное разрешение может быть достигнуто за счет применения параллельных изображений [8–11]. Массивы множества мелких элементов (32 элемента и выше) применялись для визуализации сердца и мозга для получения высокоускоренных изображений [12–17], но опубликованных данных о подобных массивах для визуализации молочной железы мало. Общее ускорение для многих имеющихся в продаже спиралей для грудных желез ограничено, поскольку они не обеспечивают адекватного ускорения вверх/вниз (S/I) и ставят под угрозу SNR для проведения биопсии, которая редко выполняется во время диагностических исследований. Недавно было показано, что прототип 16-канального открытого массива груди (Sentinel Medical, Торонто, Канада) обеспечивает ускорение как влево/вправо (L/R), так и в направлении S/I (всего R = 4) в исследованиях фантомов. 18]. Массив состоит из открытой конструкции с некоторыми элементами, расположенными в регулируемых боковых пластинах. Было показано, что у одного добровольца с нагрузкой 1,5 Тл эта катушка увеличивает отношение сигнал-шум в 2,2 раза по сравнению с 8-канальной катушкой для грудной клетки высокой плотности (GE Healthcare) [18].

    В этой статье мы описываем 16-канальную катушку для грудной клетки только для приема для 3Т, которая состоит из набора небольших поверхностных катушек, размещенных на закрытой форме, подходящей для женщины среднего размера (чашка B). Хотя этот дизайн может не обеспечивать достаточную гибкость для клинической визуализации, цель этой работы — показать потенциальные улучшения, которые могут быть достигнуты. Для клинического применения потребуются два или три массива катушек разного размера, чтобы учесть разнообразие популяции пациентов. Мы подробно описываем технические проблемы, связанные с созданием катушки, включая проектирование геометрии, развязку элементов катушки и корреляцию шума. Мы сравнили SENSE г Карты факторов из исследований фантомов, полученные с использованием как нашего 16-канального пользовательского массива, так и имеющегося в продаже 8-канального стандартного массива. Используя обе катушки, мы сканировали добровольцев и сравнивали ОСШ, пространственное разрешение, карты факторов ARC g и параллельные изображения. Кроме того, мы также показываем высококачественные сканы с высоким разрешением пациента с R = 6,3 (4 × L/R и 2 × S/I) с использованием 16-канального пользовательского массива.

    Катушки для грудной клетки

    В этом исследовании сравнивались две матрицы грудных катушек: коммерчески доступная 8-канальная катушка для грудной клетки высокой плотности (GE Healthcare) и прототип 16-канальной плотно прилегающей индивидуальной решетки, далее именуемой 8-канальной. стандартный массив и 16-канальный пользовательский массив.

    В 8-канальной стандартной катушке используется открытая конструкция, которая подходит для биопсии, а также обеспечивает хорошую гомогенность, но более низкое отношение сигнал-шум и плохое ускорение S/I. Для 8-канальной стандартной катушки предусилители расположены менее чем в 2 см от каждой катушки. Четыре элемента катушки имеют площадь поверхности около 325 см2 каждый, а остальные четыре элемента недоступны для измерений. Развязка катушек достигается за счет геометрического перекрытия и предусилителей с низким импедансом. Элементы катушки располагаются на поверхностях двух «П-образных» площадок объемом около 1000 мл каждая, а также вблизи грудной стенки.

    16-канальный пользовательский массив имеет закрытую конструкцию, оптимизированную для более высокого отношения сигнал/шум и параллельной визуализации в двух направлениях. Чтобы убедиться, что элементы катушки находятся как можно ближе к груди, мы сделали оттиск груди женщины среднего размера с помощью термопластичного листа, как показано на рис. Мы разработали текущие чаши для груди для размера «чашка B» (объем каждой 410 мл), но корпус подходит для большинства размеров груди. Если мы определим коэффициент наполнения как объем образца, деленный на объем катушки, Коэффициент наполнения будет зависеть от размера груди субъекта. Для субъекта с размером «чашка B» коэффициент наполнения близок к 100% для 16-канального пользовательского прототипа. Двумя основными компонентами корпуса являются структурная опора и нагрудные чашечки (). Мы изготовили оба компонента с использованием G10 (FR4) — универсального термореактивного ламината, обладающего высокой прочностью и отличными электрическими свойствами.

    Открыть в отдельном окне

    16-канальная индивидуальная двусторонняя катушка для грудной клетки. (a) Термопластический слепок от женщины с размером груди чашки В. (b) Принципиальная схема одной катушки. (c) С каждой стороны восемь элементов катушки покрывают область груди (включая подмышечную область) внахлест, чтобы минимизировать взаимную индуктивность. (d) Окончательный вариант катушки, включающий изготовленную вручную копию формы из термопласта, изготовленную из прочного материала G10, совместимого с магнитно-резонансной томографией.

    Простые круглые плоские элементы не подходят для нагрудных чашек из-за их сферической кривизны. Поэтому мы аппроксимировали элементы срезом конуса, касательного к сфере в месте расположения катушки. Мы уложили элементы на гибкую печатную плату и придали им окончательный размер. Четырнадцать из шестнадцати элементов катушки имеют одинаковый физический размер (внутренний диаметр 7,5 см и площадь 88 см), в то время как мы немного уменьшаем размер последних двух элементов до внутреннего диаметра 5,0 см (39 см). см площади) для обеспечения необходимого геометрического перекрытия между соседними витками. Расположение элементов катушки охватывает всю молочную железу, включая подмышечную область, и обеспечивает параллельную визуализацию в двух направлениях, как показано на рис.

    Схема для одного элемента катушки показана на . Мы используем входной конденсатор емкостью 68 пФ для всех элементов катушки. Для ловушек расстройки мы используем меньшие конденсаторы (33 пФ или 39 пФ), чтобы максимизировать импеданс блокировки и улучшить развязку между элементами. Мы установили предусилители на катушках на расстоянии от 5 до 15 см от элемента катушки и соединили элемент катушки с платой питания предусилителя медным коаксиальным кабелем. Сбалансированные/несбалансированные ловушки на выходе каждой фидерной платы, а также посередине каждого кабеля помогают изоляции каналов.

    SNR и

    g -факторные измерения

    Были описаны многочисленные методы оценки SNR, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения[19]. Мы внедрили метод «псевдомножественной реплики» для расчета SNR, который состоит в добавлении соответствующим образом масштабированного и коррелированного шума к полученному k -пространству перед реконструкцией изображения[20]. Во-первых, мы получили данные только о шуме (без RF). и только одно изображение фантома или субъекта.Мы оценили данные чувствительности катушки, применив фильтры нижних частот к исходным данным катушки.Из данных только о шуме мы рассчитали ковариационную матрицу шума (Ψ), которая описывает гауссовский шум и связь между элементами катушки

    Всего было получено 650 000 выборок для формирования ковариационной матрицы шума. Затем мы синтезировали гауссов шум с той же статистикой шума и добавили шум в k-пространство исходного изображения. Мы повторили эту процедуру синтеза 100 раз, каждый раз реконструируя полное изображение, используя реконструкцию SENSE с R = 1 [10]. Карта SNR представляет собой среднее значение реальной части реконструкции SENSE R = 1, деленное на стандартное отклонение реальной части реконструкции SENSE R = 1 по всем 100 синтезированным изображениям. Этот метод оценки SNR является надежным и не увеличивает время сканирования. Для получения 650 000 образцов, содержащих только шум, требуется всего несколько секунд.

    Фактор геометрии, g -фактор, является важным параметром при выполнении параллельных изображений [10]. Он сильно зависит от профиля чувствительности каждого элемента катушки и отражает способность массива разворачивать ускоренные изображения. SNR ускоренного изображения обратно пропорционально коэффициенту g и квадратному корню из коэффициента уменьшения R .

    В наших экспериментах с фантомами мы применили ускорение SENSE 1D и 2D и рассчитали г -факторы с использованием [10]. Для экспериментов на добровольцах мы рассчитали ARC (GE Healthcare, Waukesha, WI) g -фактор, используя метод псевдомножественной реплики [20]. ARC использует калибровку на основе данных по каждой катушке, метод, представленный GRAPPA, который показал свою надежность без точных карт чувствительности катушек[9]. Используя стандартную схему недостаточной выборки, ARC также содержит усовершенствования, которые позволяют ему использовать преимущества полного ядра 3D-сглаживания в клинически приемлемое время реконструкции [21, 22].

    Визуальные исследования

    Все сканы были выполнены на сканере 3T GE MR750 с последовательностью 3D SPGR. Мы сравнили результаты нашей 16-канальной специальной катушки с 8-канальной стандартной катушкой с теми же параметрами сканирования. Мы сформировали каждое составное изображение, используя RSS для параллельных изображений и исследований с высоким разрешением, и мы использовали реконструкцию SENSE для исследования SNR [10, 23]. Мы проанализировали все данные с помощью MATLAB (Matlab 7.1, The Mathworks, Inc.). Для всех параллельных экспериментов с визуализацией мы сообщаем общий коэффициент уменьшения R как время сканирования без ускорения, деленное на время сканирования с ускорением.

    SENSE

    g -Factor Maps

    Мы визуализировали два гомогенных желатиновых фантома для сравнения SENSE g -факторов [10]. В коронарной плоскости форма фантома представляла собой квадрат с закругленными краями и стороной 16 см. Мы использовали следующий протокол: корональный, TR/TE/α=4,6 мс/2,1 мс/3 угла поворота, ±62,5 кГц приемная полоса пропускания, размер матрицы 256×256×64, разрешение 1,4×1,4×1,0 мм и S/I. зачитать. При постобработке мы применили ускорение SENSE в 2 раза по S/I и 1×, 2×, 3× или 4× в направлении L/R; поэтому общие коэффициенты уменьшения составили 2, 4, 6 и 8. Используя неускоренные данные, мы аппроксимировали профиль чувствительности каждого элемента, сгладив изображение каждой катушки с помощью окна Хемминга нижних частот и разделив результат на изображение RSS. В идеале на г -факторных экспериментов и оптимальная оценка чувствительности катушек, мы будем использовать однородный фантом, охватывающий все поле зрения. Из-за геометрических различий между обеими катушками мы не могли охватить все поле зрения одним и тем же фантомом. Фоновое пороговое значение обеспечивало g. Значения факторов были рассчитаны с использованием данных, где сигнал был адекватным.

    Используя обе катушки, мы провели экспериментов in vivo на 9 здоровых добровольцах, включая оценку SNR, параллельную визуализацию и визуализацию с высоким пространственным разрешением. Кроме того, мы выполнили DCE-сканирование у 2 пациентов с известными аномалиями, используя только 16-канальную катушку. Все добровольцы и пациенты дали информированное согласие на протокол, одобренный нашим исследовательским советом. Для всех экспериментов по визуализации с участием добровольцев и пациентов мы использовали ARC для параллельной визуализации и получили 24 калибровочные линии в центре k-пространства для каждого направления с недостаточной выборкой.

    SNR и ARC

    g -Factor Maps

    Мы провели измерения SNR для 2 здоровых добровольцев. Мы выполнили сканирование с низким разрешением, измерили матрицы корреляции шума и рассчитали карты SNR. Мы измерили матрицы корреляции шума на сканере, отключив ВЧ-усилители, сохранив при этом те же аналоговые и цифровые коэффициенты усиления, что и при сканировании с низким разрешением. Для одного из добровольцев мы рассчитали коэффициент ARC g путем недостаточной выборки полных данных и использования метода псевдомножественной реплики. Мы использовали номинальное ускорение 2× ускорение S/I в дополнение к ускорению 1×, 2×, 3× или 4× L/R, эффективно R = 1,9., 3.4, 4.6 и 5.7. Параметры сканирования: аксиальное, TR/TE/α=4,8 мс/2,2 мс/3, ширина полосы приема ±62,5 кГц, размер матрицы 256×160×64, разрешение 1,4×2,2×3,0 мм, время сканирования 0:43 и Показания А/П. SNR представляли как среднее значение SNR в груди для центрально-аксиальных, сагиттальных и коронарных срезов.

    Параллельная визуализация

    Мы оценили эффективность параллельной визуализации в одном направлении, применяя 4-кратное ускорение в направлении L/R, эффективное R = 3,9. Параметры сканирования: спектрально-пространственный РЧ-импульс для подавления жира, аксиальный, TR/TE/α=4,8 мс/2,2 мс/13, ±142,9полоса пропускания приема кГц, размер матрицы 512 × 272 × 312, разрешение 0,7 × 1,3 × 1,0 мм, время сканирования 1:13 и считывание A / P.

    Мы сравнили параллельную визуализацию в двух направлениях, используя ускорение 2x S/I в дополнение к ускорению 1x, 2x или 4x L/R. Мы также получили неускоренные данные для сравнения. Мы переформатировали все изображения в коронарной плоскости и выполнили коррекцию интенсивности на основе фильтрации нижних частот для всех изображений. Параметры сканирования: спектральное подавление жира, аксиальное, TR/TE/α=4,6 мс/1,1 мс/угол поворота 15, приемная полоса пропускания ±62,5 кГц, матрица 256×256×256, разрешение 1,4×1,4×1,0 мм, 5: 22/2:50/1:26/0:44 раз сканирования для R = 1/1,9/ 3.7/ 7.3 и показания A/P.

    Высокое пространственное разрешение

    Сканирование с высоким пространственным разрешением сравнило визуализацию мелких элементов молочной железы. Параметры сканирования: спектральное подавление жира, аксиальное, TR/TE/α=10,6 мс/2,2 мс/10, ±62,5 кГц приемная полоса пропускания, размер матрицы 1024×512×32, разрешение 0,3×0,6×0,6 мм, 2:43. время сканирования и показания A/P.

    Для пациента мы представляем результаты высокоускоренного сканирования с высоким пространственным разрешением с использованием 16-канальной специальной катушки. Мы вводили контрастное вещество Prohance (Gadoteridol) в дозе 0,1 ммоль/кг в течение 10 секунд и визуализировали через две минуты после вымывания. Параметры сканирования: спектральное подавление жира, аксиальное, TR/TE/α× =11,7 мс/6,5 мс/15, ±48,8 кГц приемная полоса пропускания, размер матрицы 800×720×156, 220×264×9Поле обзора 3,6 мм, разрешение 0,3 × 0,4 × 0,6 мм, время сканирования 3:15 и показания A / P. Для этого пациента мы применили параллельную визуализацию с R = 6,3 (4× L/R и 2× S/I).

    g -Factor Maps

    показывает карты факторов SENSE g для коронарного среза двух желатиновых фантомов. По сравнению с картами 8-канальной стандартной катушки g , средний коэффициент g был ниже для 16-канальной пользовательской катушки во всех случаях. 8-канальная стандартная катушка плохо работала с высокими коэффициентами ускорения со средним значением 9. 5705 г — коэффициенты 4,4 и 20,0 для R=6 и R=8 соответственно. 16-канальная пользовательская катушка имела низкий средний коэффициент g во всех случаях, 1,2 и 1,5 для R = 6 и R = 8 соответственно.

    Открыть в отдельном окне

    G — Факторные карты коронарного среза фантомов с L/R и S/I ускорением с использованием 8-канальной стандартной катушки (столбец 1) и 16-канальной пользовательской катушки (столбец 2). Мы получили полные данные k-пространства с помощью последовательности 3D SPGR и применили ускорение SENSE в постобработке — 2× S/I и 1×, 2×, 3× или 4× L/R. Мы применяли пороговое значение фона и сглаживание до г -коэффициент расчета. 16-канальная нестандартная катушка имела гораздо более низкий средний коэффициент g по сравнению со стандартной 8-канальной катушкой для всех ускоренных изображений SENSE.

    показаны карты факторов g для коронарного среза здорового добровольца с использованием ARC для параллельной визуализации. Средние коэффициенты g были низкими для обеих катушек для всех коэффициентов ускорения, а 16-канальная пользовательская катушка имела средние коэффициенты g меньше 1 для R = 1,9 и R = 3,4.

    Открыть в отдельном окне

    G — Факторные карты коронарного среза (переформатированные из 3D-снимков) здорового добровольца с L/R и S/I ускорением с использованием 8-канальной стандартной катушки (столбец 1) и 16-канальная пользовательская катушка (столбец 2). Мы получили полные данные k-пространства с помощью 3D-последовательности SPGR и применили ускорение ARC в постобработке — 2× S/I и 1×, 2×, 3× или 4× L/R для эффективных ускорений R = 1,9. , 3.4, 4.6 и 5.7. Мы рассчитали ARC g -факторы, используя метод псевдомножественной реплики. Обе катушки имели довольно низкие г -коэффициенты для всех изображений с ускорением ARC, но пользовательская катушка имеет более низкие средние и пиковые значения для R = 1,9, 3,4 и 4,6.

    SNR

    Мы использовали как данные изображения, так и матрицу корреляции шума для расчета карт SNR для 2 добровольцев. Матрицы корреляции шума для одного из добровольцев показаны с использованием 8-канальной стандартной катушки () и 16-канальной пользовательской катушки (). Средние значения взаимной корреляции были ниже при использовании 16-канальной специальной катушки (среднее = 12%, максимальное = 47%) по сравнению с 8-канальной стандартной катушкой (среднее = 34%, максимальное = 65%).

    Открыть в отдельном окне

    Матрицы корреляции шума от здорового добровольца с использованием 8-канальной стандартной катушки (a) и 16-канальной пользовательской катушки (b) . Корреляция шума была намного ниже при использовании 16-канальной пользовательской катушки (среднее значение = 12%, максимальное значение = 47%), чем при использовании стандартной 8-канальной катушки (среднее значение = 34%, максимальное значение = 65%).

    показывает карты SNR с использованием обеих катушек для трех ортогональных срезов сканирования добровольца. У этого добровольца среднее отношение сигнал-шум в груди по всем трем срезам было в 4 раза выше при использовании 16-канальной специальной катушки по сравнению со стандартной 8-канальной катушкой. Несмотря на то, что при использовании 16-канальной специальной катушки наблюдается некоторое снижение отношения сигнал-шум на грудной клетке, это значение отношения сигнал-шум все же выше, чем соответствующее отношение сигнал/шум при использовании стандартной 8-канальной катушки. Среднее значение SNR для обоих добровольцев было в 3,6 раза выше при использовании 16-канальной индивидуальной катушки по сравнению со стандартной 8-канальной катушкой (2).

    Открыть в отдельном окне

    Карты SNR здорового добровольца. Показаны аксиальный ( a,d ), корональный (b,e ) и сагиттальный виды (c,f) . Для этого добровольца во всех трех проекциях среднее SNR в груди было в 4 раза выше при использовании 16-канальной специальной катушки, чем при использовании стандартной 8-канальной катушки. Для карт SNR с 16-канальной катушкой, несмотря на некоторое снижение SNR на грудной стенке, SNR все еще выше на грудной стенке при использовании 16-канальной пользовательской катушки по сравнению со стандартной 8-канальной катушкой. суммирует результаты обоих добровольцев. Параметры сканирования: аксиальное, время сканирования 0:43, размер матрицы 256×160×64 и разрешение 1,4×2,2×3,0 мм.

    Таблица 1

    Соотношение SNR при использовании 16-канальной специальной катушки по сравнению с 8-канальной стандартной катушкой для двустороннего аксиального сканирования молочной железы здоровых добровольцев. Измерения среднего SNR проводились в центрально-аксиальном, сагиттальном и коронарном срезах.

    Subject Coil Axial Coronal Sagittal Composite
    1 8-Ch Standard 64 67 71 67
    1 16-Ch Custom 168 253 217 213
    2 8-Ch Standard 73 81 75 76
    2 16-Ch Custom 260 351 296 302

    Open in a separate window

    Parallel Imaging

    сравнивает качество изображения для 4-кратного ускорения L/R с использованием как 16-канальной пользовательской катушки, так и 8-канальной стандартной катушки. На 8-канальном изображении со стандартной катушкой заметно усиление шума как на фоне, так и на груди из-за параллельного изображения. На изображении соответствующей 16-канальной пользовательской катушки значительно меньше шума.

    Открыть в отдельном окне

    Ускоренное (R = 3,9) 3D SPGR-сканирование нормального добровольца с использованием одинаковых параметров для обеих катушек: 3D-последовательность SPGR, спектрально-пространственное подавление жира и 4-кратное ускорение ARC в L/R направлении (R = 3,9). Мы сравнили 8-канальную стандартную катушку (a) и 16-канальную пользовательскую катушку (b) . В изображении 16-канальной пользовательской катушки наблюдается существенное улучшение качества сигнала, а видимый параллельный шум изображения практически отсутствует. Белые стрелки в (a) указывают на параллельный шум изображения с 8-канальной стандартной катушкой. Для изображения с 16-канальной пользовательской катушкой низкая чувствительность в области сердца уменьшает артефакты движения сердца. Мы подогнали оба изображения к одному уровню и получили оба скана с одинаковыми параметрами: аксиальное, время сканирования 1:13, размер матрицы 512×272×312 и разрешение 0,7×1,3×1,0 мм.

    сравнивает характеристики параллельной визуализации в коронарном срезе другого сканирования добровольца. Для сравнения с ускоренными изображениями мы получили и реконструировали данные полной выборки. При использовании стандартной 8-канальной катушки качество изображения молочной железы постепенно ухудшается с увеличением коэффициента ускорения, а шумы затемняют детали молочной железы. С другой стороны, качество изображения молочной железы практически не меняется при использовании 16-канальной специальной катушки для этих коэффициентов ускорения. Для 16-канального изображения с пользовательской катушкой с R = 7,3 наблюдается некоторое наложение краев груди на фон, но это наложение не влияет на качество изображения груди.

    Открыть в отдельном окне

    Сравнение коронарных параллельных изображений у здорового добровольца с использованием идентичных параметров сканирования для обеих катушек. Мы получили полные данные (a,b) и ускоренные данные (c–h) как с 8-канальной стандартной катушкой (левый столбец), так и с 16-канальной пользовательской катушкой (правый столбец). Для всех ускоренных изображений мы применили двукратное ускорение в направлении S/I и дополнительное ускорение в направлении L/R для общего ускорения R = 1,9, 3,7 и 7,3. При использовании стандартной 8-канальной катушки значительный шум (см. стрелки) затемняет детали груди при R = 3,7 и R = 7,3. Для соответствующих изображений с 16-канальной пользовательской катушкой наблюдается отличное сохранение деталей груди. При использовании 16-канальной катушки наблюдается некоторое наложение края груди на фон для R = 8 (см. стрелку), но это наложение не влияет на качество изображения груди. Коррекция интенсивности применялась при постобработке ко всем изображениям для учета неоднородностей B1 при передаче и приеме. Между катушками различия в форме груди связаны с пассивной поддержкой, которую обеспечивает 16-канальная пользовательская катушка. Параметры сканирования: аксиальное, время сканирования 5:22/2:50/1:26/0:44 для R = 1/1,9./ 3,7/ 7,3, размер матрицы 256×256×256 и разрешение 1,4×1,4×1,0 мм.

    Высокое пространственное разрешение

    Для изображений с высоким пространственным разрешением способность идентифицировать мелкомасштабные объекты зависит от отношения сигнал/шум изображения. Мы показываем аксиальные изображения с очень высоким пространственным разрешением (0,3×0,6×0,6 мм) сканирования добровольца для 8-канальной стандартной катушки () и 16-канальной пользовательской катушки (), а также увеличенную коробку со сторонами 1 см. . На изображении 16-канальной пользовательской катушки четко виден кровеносный сосуд диаметром 2 мм. Низкое отношение сигнал-шум на изображении стандартной 8-канальной катушки ограничивает возможность идентификации этого кровеносного сосуда.

    Открыть в отдельном окне

    Аксиальные сканы с высоким пространственным разрешением у здорового добровольца с одинаковыми параметрами для обеих катушек: последовательность 3D SPGR без параллельного изображения. Мы сравнили 8-канальную стандартную катушку (a) и 16-канальную пользовательскую катушку (b) . Изображение 16-канальной катушки четко очерчивает мелкие морфологические особенности, такие как кровеносный сосуд шириной 2 мм (см. стрелку). Низкое отношение сигнал/шум на изображении 8-канальной катушки ограничивает возможность идентификации этих особенностей. Параметры сканирования: время сканирования 2:43, размер матрицы 1024×512×32 и разрешение 0,3×0,6×0,6 мм.

    показывает всю грудь, контрастное сканирование «МР-микроскопии» пациента с использованием 16-канальной специальной катушки. Мы можем четко визуализировать тонкие морфологические особенности протоков, а также кровеносный сосуд диаметром 0,4 мм. Полученный размер вокселя, 61 нл, сравним с размером вокселя, о котором сообщалось для изображения груди с одной поверхностной катушкой «МР-микроскопия», но с двусторонним охватом всей груди.

    Открыть в отдельном окне

    Аксиальное постконтрастное сканирование DCE с использованием 16-канальной пользовательской катушки, показывающее сканирование со сверхвысоким пространственным разрешением с использованием последовательности 3D SPGR. Хорошо визуализируются мелкомасштабные детали, включая кровеносный сосуд диаметром 0,4 мм (стрелка). Мы применили ускорение ARC с R = 6,3 (4 × L / R и 2 × S / I). Параметры сканирования: время сканирования 3:15, размер матрицы 800×720×156, 220×264×9Поле зрения 3,6 мм и разрешение 0,3 × 0,4 × 0,6 мм.

    Для МРТ молочной железы при 3 Тл мы продемонстрировали преимущества 16-канального набора плотно прилегающих поверхностных катушек для двунаправленного ускорения, увеличения отношения сигнал-шум и сокращения времени сканирования. Мы разработали этот массив для размера груди «чашка B», хотя аналогичные катушки могут быть сконструированы для разных размеров груди. В исследованиях здоровых добровольцев сканирование с использованием 16-канальной специальной катушки привело к увеличению среднего значения SNR в 3,6 раза и улучшению качества параллельных изображений по сравнению с соответствующими сканированиями с использованием имеющейся в продаже 8-канальной стандартной катушки. 8-канальная стандартная катушка совместима с биопсией и имеет более крупные элементы катушки для лучшей однородности, но обе эти особенности приводят к более низкому SNR по сравнению с плотно прилегающей экранирующей катушкой. Используя 16-канальную специальную катушку, мы также получили высококачественные изображения обеих молочных желез с высоким пространственным разрешением для сканирования молочных желез с помощью DCE у двух пациентов.

    Основной целью МРТ молочной железы, которую преследует эта работа, является получение изображений с очень высоким пространственным разрешением, которые можно использовать для оценки морфологии областей увеличения груди. Однако эти изображения должны быть получены в течение приблизительно 5 минут после сканирования, чтобы избежать снижения заметности цели из-за раннего вымывания контраста и/или прогрессирующего
    постепенное усиление фона, которое затемняет целевые поля. Наша 16-канальная нестандартная катушка обеспечивает необходимое соотношение сигнал-шум, позволяющее значительно уменьшить размер вокселя, необходимый для изображений с высоким разрешением. Возможность двунаправленной параллельной визуализации катушки также имеет решающее значение, поскольку отсутствие высоких коэффициентов ускорения недопустимо увеличивает время сканирования. Например, у пациента мы получили изображения сверхвысокого разрешения (размер вокселя 0,3×0,4×0,6 мм) всего за 3 минуты при R = 6,3. При использовании только 2-кратного ускорения (что типично для стандартных спиралей для груди) сканирование заняло бы более 10 минут, после чего большая часть контраста была бы вымыта.

    Дополнительным преимуществом индивидуальной геометрии 16-канальной катушки является ее минимальная чувствительность к сердечным сокращениям. Мы расположили катушки для ускорения в направлениях S/I и L/R. Это оставляет частотное кодирование в направлении A/P, что удаляет из изображения большую часть артефактов-призраков движения сердца. Кроме того, 16-канальная нестандартная катушка еще больше уменьшает артефакты сердечного движения, поскольку сердце не находится в чувствительном объеме катушки.

    Основной прирост отношения сигнал/шум при использовании 16-канальной специальной катушки обусловлен уменьшением размера элемента катушки по сравнению со стандартной 8-канальной катушкой. Меньший размер элемента требует увеличения количества элементов катушки для охвата FOV. Мы построили эту катушку для размера «чашка B», и для адаптации этой конструкции катушки для груди «чашка C/D» есть два варианта: 1) сохранить размер элемента катушки и увеличить количество элементов катушки или 2) используйте 16 элементов катушки с большим размером элемента. Женщины с «чашкой C/D» лучше загрузят стандартную 8-канальную катушку и увеличат SNR катушки по сравнению со случаем «чашка B». Для варианта 1 будет наблюдаться увеличение локального SNR на краю молочной железы, а также улучшение качества параллельных изображений по сравнению со случаем «чашка B». Для варианта 2) качество параллельных изображений будет сравнимо с случае «чашка B», но сравнительный коэффициент усиления SNR по сравнению с 8-канальной стандартной катушкой будет не таким высоким.

    В идеале предпочтительнее более однородный профиль SNR; однако при использовании 16-канальной специальной катушки SNR был выше в передней части груди. Этот результат возникает из-за того, что в целом изображения с массивов поверхностных катушек имеют большее затенение катушек по сравнению с объемными изображениями катушек. Для изображений в , мы использовали фильтр нижних частот с окном Хэмминга для оценки полей смещения и исправили изображения путем деления на поля смещения. В будущих экспериментах мы сможем выяснить, какие различные алгоритмы коррекции интенсивности и комбинации катушек надежно уменьшают вариации интенсивности в наших сканах [10, 23–26].

    Коэффициент г отражает способность катушки выполнять параллельное ускорение визуализации. Высокие значения фактора g приводят к резкому снижению SNR. Для реконструкций SENSE 16-канальная пользовательская катушка имела низкий средний коэффициент g (1,5 и ниже) для всех исследований, в то время как стандартная 8-канальная катушка имела неприемлемо высокий средний коэффициент g при высоких коэффициентах ускорения ( 20,0 для R = 8). Компоновка элементов 16-канальной пользовательской катушки позволяет лучше разделять свернутые промежуточные изображения катушек. Изучив изображения отдельных катушек с 8-канальной стандартной катушки, мы обнаружили, что нет заметной разницы в профилях чувствительности S/I. Таким образом, 8-канальная стандартная катушка не является оптимальной для параллельной визуализации в направлении S/I для SENSE-реконструкций. 9Значения фактора 5705 G менее 1 для GRAPPA-подобных реконструкций являются известным явлением, и о нем сообщалось в других источниках [20]. Для исследований ARC in vivo 16-канальная специальная катушка имела средний коэффициент g меньше 1 для R = 1,9 и R = 3,4. Интересно, что 8-канальная стандартная катушка имела более низкий средний коэффициент перегрузки при более высоких ускорениях по сравнению с R = 1,9 (2 × S/I). Это происходит из-за низкого коэффициента g 8-канальной катушки в ускорении L/R, компенсирующего неоптимальные характеристики в направлении S/I. В общем, АРК g -факторы были низкими для всех ускорений с обеими катушками по сравнению с SENSE g -факторами.

    Разница в SNR между 16-канальной специальной и 8-канальной стандартной катушкой очевидна при сканировании человека. При использовании 16-канальной пользовательской катушки качество изображения в молочных железах сохраняется для R = 7,3. Меньшее отношение сигнал/шум при использовании стандартной 8-канальной катушки ухудшает качество изображения груди при R = 3,7 и выше. Для 16-канальных пользовательских изображений катушки с R = 7,3 было некоторое наложение груди на фон. Это наложение связано с отсутствием чувствительности катушки в области между грудями. Потенциальные решения включают в себя добавление большего количества элементов катушки между грудями, использование алгоритма порогового значения, основанного на калибровочном сканировании, или увеличение количества линий сбора данных для реконструкции ARC. Мы используем стандартную простую сетку для недостаточной выборки, а метод типа CAIPIRINHA может быть полезен для уменьшения алиасинга[27].

    Геометрическое перекрытие элементов специальной катушки и предусилители с низким входным сопротивлением облегчили развязку в 16-канальной специальной катушке. В этой конструкции мы избегаем дополнительного шума кабеля, связанного с системными предусилителями, используя предусилители на катушке. При использовании предусилителей на катушках шум кабеля дополнительно минимизируется за счет размещения предусилителей ближе к катушке. Несмотря на то, что коммерческий 8-канальный стандарт имеет более оптимальное расположение предусилителя (менее 3 см от катушки), чем 16-канальная пользовательская катушка (между 5 и 15 см), отношение сигнал-шум у 8-канальной стандартной катушки ниже из-за к более крупным элементам катушки. Однако основным недостатком предусилителей на катушке является зависимость настройки предусилителя от размера катушки. Если бы мы хотели внедрить систему, в которой нагрудные чаши взаимозаменяемы, предусилители системы могли бы привести к более надежному массиву за счет снижения требований к настройке.

    С точки зрения SNR и г -фактора, трудно количественно сравнить 16-канальную пользовательскую катушку с другими опубликованными результатами катушек из-за различий в параметрах визуализации, нагрузке и выборе ROI. Кроме того, необходимо знать карту B1+, поскольку она влияет на локальное SNR. 16-элементная открытая катушка-прототип Sentinel продемонстрировала преимущества SNR по сравнению с имеющейся в продаже 8-канальной катушкой и низким коэффициентом g для параллельной визуализации в двух направлениях [18]. Геометрия 16-канального прототипа Sentinel отличается от геометрии нашего 16-канального индивидуально подобранного массива, и было бы интересно напрямую сравнить SNR и параллельную визуализацию у добровольцев с использованием одного и того же протокола. Кроме того, геометрия грудной катушки также может способствовать уменьшению артефактов движения. В 16-канальной геометрии катушки Sentinel уменьшение подвижности груди достигается за счет умеренного сжатия груди; однако это также может привести к дискомфорту пациента. И наоборот, повышенный комфорт катушки обеспечивает лучший опыт для субъекта, а также уменьшает движение груди из-за сокращения движений субъекта.

    Хотя количественно оценить уровень комфорта каждой катушки сложно, наши неформальные беседы с испытуемыми после осмотра показывают, что наша 16-канальная изготовленная на заказ катушка была более удобной, чем 8-канальная катушка, доступная в продаже. В частности, испытуемые жаловались на боль в грудине после сканирования имеющейся в продаже катушкой. Возможно, этот дискомфорт вызывает более тонкая и жесткая набивка или поддерживающий стержень грудины на имеющейся в продаже катушке. В изготовленной на заказ катушке используется более толстая и эластичная прокладка вокруг области грудины, и она не имеет опорной планки для грудины. Кроме того, некоторые испытуемые отметили более высокий комфорт специальной катушки из-за поддержки, которую она обеспечивает для груди. В имеющейся в продаже катушке грудь свободно висит в катушке, что может быть неудобно для субъекта, в то время как нестандартная катушка действует как бюстгальтер, обеспечивая пассивную поддержку груди, не сжимая ее активно. Опять же, эта пассивная поддержка помогает уменьшить артефакты дыхательных движений, поскольку висячая несжатая грудь имеет небольшое дыхательное движение из-за сил, передаваемых от мускулатуры стенки грудной клетки. Побочным эффектом геометрии бюстгальтера является то, что ниппель может соприкасаться с корпусом катушки FR4. Это может привести к ложному восприятию выворота сосков, что может быть признаком заболевания молочной железы. Таким образом, радиологам, использующим 16-канальную нестандартную катушку, потребуется опыт, чтобы отличить этот эффект от реального случая выворота соска.

    В заключение мы разработали и протестировали 16-канальный двусторонний массив молочной железы только для приема для параллельной визуализации в двух направлениях. Используя этот точно подобранный массив, мы продемонстрировали высокоскоростную визуализацию с высоким разрешением у добровольцев и пациентов. По сравнению с 8-канальным стандартным массивом, изображения с 16-канальной специальной катушки показывают в 3,6 раза более высокое отношение сигнал-шум в груди, а также ускоренные изображения с уменьшенным уровнем артефактов.

    Мы хотели бы поблагодарить GE Healthcare и Fifth Ave Design за поставку некоторых электрических и механических компонентов. Мы также благодарим Рональда Уоткинса и Мину Макрам за их консультации во время изготовления катушки, а также Мисунг Хана и Кьюнг Сунга за методы постобработки. Мы также благодарим источники финансирования этого проекта.

    Спонсоры гранта:

    Эта работа была поддержана P41RR009784, R01-EB009055, Lucas Foundation и General Electric Healthcare.

    1. Saslow D, Boetes C, Burke W, Harms S, Leach MO, Lehman CD, Morris E, Pisano E, Schnall MD, Sener S, Smith RA, Warner E, Yaffe M, Andrews KS, Russell CA. Рекомендации Американского онкологического общества по скринингу молочных желез с помощью МРТ в качестве дополнения к маммографии. CA Рак J Clin. 2007; 57: 75–89. [PubMed] [Google Scholar]

    2. Kuhl C. Текущее состояние МРТ молочной железы: Часть I. выбор техники, интерпретация изображений, точность диагностики и перенос в клиническую практику. Радиология. 2007; 244:356–378. [PubMed] [Академия Google]

    3. Орел С.Г., Шналль М.Д. МРТ молочной железы для обнаружения, диагностики и определения стадии рака молочной железы. Радиология. 2001; 220:13–30. [PubMed] [Google Scholar]

    4. Konyer NB, Ramsay EA, Bronskill MJ, Plewes DB. Сравнение спиралей молочной железы для МРТ. Радиология. 2002; 222:830–834. [PubMed] [Google Scholar]

    5. Zhu J, Kurihara Y, Kanemaki Y, Ogata H, Fukuda M, Nakajima Y, Maeda I. Диагностическая точность МРТ высокого разрешения с использованием катушки для микроскопии у пациентов с подозрением на DCIS после маммографии скрининг. Журнал магнитно-резонансной томографии. 2007;25:96–103. [PubMed] [Google Scholar]

    6. Kuhl C, Schild HH. Динамическая интерпретация изображений МРТ молочной железы. Журнал магнитно-резонансной томографии. 2000; 12:965–974. [PubMed] [Google Scholar]

    7. Kaiser WA, Zeitler E. МРТ молочной железы: быстрая визуализация с Gd-DTPA и без него. Радиология. 1989; 170: 681–686. [PubMed] [Google Scholar]

    8. Sodickson DK, Manning WJ. Одновременное получение пространственных гармоник (SMASH): быстрая визуализация с помощью массивов радиочастотных катушек. Магнитный резонанс в медицине. 1997;38:591–603. [PubMed] [Google Scholar]

    9. Griswold MA, Jakob PM, Heidemann RM, Nittka M, Jellus V, Wang J, Kiefer B, Haase A. Обобщенная автокалибровка с частичным параллельным сбором данных (GRAPPA) Магнитный резонанс в медицине. 2002;47:1202–1210. [PubMed] [Google Scholar]

    10. Pruessmann KP, Weiger M, Scheidegger MB, Boesiger P. SENSE: кодирование чувствительности для быстрой МРТ. Магнитный резонанс в медицине. 1999; 42: 952–962. [PubMed] [Google Scholar]

    11. Глокнер Дж. Ф., Ху Х. Х., Стэнли Д. В., Ангелос Л., Кинг К. Параллельная МРТ-визуализация: руководство пользователя. Рентгенография. 2005;25:1279–1297. [PubMed] [Google Scholar]

    12. Ниендорф Т., Содиксон Д.К. Параллельная визуализация в МРТ сердечно-сосудистой системы: методы и приложения. ЯМР в биомедицине. 2006; 19: 325–341. [PubMed] [Google Scholar]

    13. Schmitt M, Potthast A, Sosnovik DE, Polimeni JR, Wiggins GC, Triantafyllou C, Wald LL. 128-канальная кардиальная катушка только для приема для высокоускоренной МРТ сердца при 3 тесла. Магнитный резонанс в медицине. 2008; 59: 1431–1439. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

    14. Wichmann T, Lanz T, Griswold MA, Greiser A, Nittka M, Jakob PM. Высокоскоростная визуализация сердечной функции в режиме реального времени с использованием 32-канальной фазированной решетки с частотой 3T. Материалы 14-го ежегодного собрания ISMRM; Сиэтл, Вашингтон, США. 2006. с. 145. [Google Академия]

    15. Wintersperger BJ, Reeder SB, Nikolaou K, Dietrich O, Huber A, Greiser A, Lanz T, Reiser MF, Schoenberg SO. МРТ сердца CINE с 32-канальной катушкой сердца и параллельной визуализацией: влияние факторов ускорения на качество изображения и объемную точность. Журнал магнитно-резонансной томографии. 2006; 23: 222–227. [PubMed] [Google Scholar]

    16. Wiggins GC, Triantafyllou C, Potthast A, Reykowski A, Nittka M, Wald LL. 32-канальная головная катушка с фазированной решеткой мощностью 3 тесла, предназначенная только для приема, с геометрией элемента футбольного мяча. Магнитный резонанс в медицине. 2006; 56: 216–223. [PubMed] [Академия Google]

    17. Wiggins GC, Alagappan V, Potthast A, Schmitt M, Wiggins CJ, Fischer H, Jahns K, Benner T, Polimeni J, Wald LL. Оптимизация конструкции и характеристики SNR головных катушек 3T с 96-канальной фазированной решеткой. Материалы 15-го ежегодного собрания ISMRM; Берлин, Германия. 2007. с. 243. [Google Scholar]

    18. Marshall H, Devine PM, Shanmugaratnam N, Fobel R, Siegler P, Piron CA, Plewes DB. Оценка массивов молочной железы с несколькими катушками для параллельной визуализации. Журнал магнитно-резонансной томографии. 2010; 31: 328–338. [PubMed] [Академия Google]

    19. Келлман П., Маквей Э.Р. Реконструкция изображения в единицах SNR: общий метод измерения SNR. Магнитный резонанс в медицине. 2005; 54:1439–1447. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

    20. Robson PM, Grant AK, Madhurantakam AJ, Lattanzi R, Sodickson DK, McKenzie CA. Комплексная количественная оценка отношения сигнал-шум и g-фактора для параллельных реконструкций изображений на основе изображений и на основе k-пространства. Магнитный резонанс в медицине. 2008; 60: 895–907. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

    21. Beatty PJ, Brau ACS, Chang S, Joshi SM, Michelich CR, Bayram E, Nelson TE, Herfkens RJ, Brittain JH. Метод автоматической калибровки 2-D ускоренной объемной параллельной визуализации с клинически практичным временем реконструкции; Материалы 15-го ежегодного собрания ISMRM; Берлин, Германия. 2007. с. 1749. [Google Scholar]

    22. Brau ACS, Beatty PJ, Skare S, Bammer R. Сравнение точности и эффективности реконструкции между методами автоматической калибровки параллельных изображений, управляемых данными. Магнитный резонанс в медицине. 2008;59: 382–395. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

    23. Roemer PB, Edelstein WA, Hayes CE, Souza SP, Mueller OM. ЯМР фазированная решетка. Магнитный резонанс в медицине. 1990; 16: 192–225. [PubMed] [Google Scholar]

    24. Brey WW, Narayana PA. Поправка на спад интенсивности при магнитно-резонансной томографии с поверхностной катушкой. Медицинская физика. 1987; 15: 241–245. [PubMed] [Google Scholar]

    25. Коэн М.С.

    Published by admin