Тема: КРОВЬ КАК ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА И СРЕДСТВО ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ. План лекции: 1. Функциональная система крови (состав, функции, методы исследования). 2. Физико-химический состав гомеостаз внутренней среды (состав и физикохимические показатели крови). 3. Кровь как средство транспорта веществ. Кровь является частью внутренней среды организма. Внутренняя среда организма – это совокупность жидкостей: крови, лимфы, тканевой и цереброспинальной жидкостей. Кровь – это непрозрачная красная жидкость, состоящая из бледно-желтой плазмы (плазма, лишенная фибрина, называется сывороткой) и взвешенных в ней форменных элементов – клеток: • эритроцитов (красных кровяных телец), • лейкоцитов (белых кровяных телец), • тромбоцитов (кровяных пластинок).
Функциональная система кровь состоит:
Строение системы
Функции отдельных частей
Кровь циркулирующая и депонированная
Формы и средство транспорта веществ, находящихся в крови
Органы кроветворения и кроверазрушения
Механизмы регуляции нервной и гуморальной
Физико-химический гомеостаз внутренней среды
Относительное постоянство количества крови и ее состава
Функции крови: 1.
Дыхательная
6.
Защитная (иммунная)
2.
Трофическая
7.
Участие в КЩР организма
3.
Выделительная
8.
Гемостатическая
4.
Гуморальная
5.
Терморегуляторная
9.
Креаторная
Функции крови: I. Транспортная функция: • Дыхательная – перенос О2 и СО2; • Трофическая – питательные вещества; • Выделительная – продукты метаболизма, Н2О и соли; • Гуморальная; • Терморегуляторная (за счет переноса Н 2О как вещества, обладающего высокой теплоемкостью, участвует в перераспределении тепла, образующегося в процессе метаболизма, и его выделении через легкие, кожу и дыхательные пути); • Участие в КЩР организма; • Креаторная. II. Защитная функция: • Гемостатическая – защита от кровопотери (свертывающая и антисвертывающая системы); • Иммунная – защита от инородных агентов – клеточный и гуморальный иммунитет (за счет фагоцитирующих и антителообразующих клеток). Состав и физические свойства циркулирующей крови постоянно контролируются механизмами нервной и гуморальной регуляции, за счет чего достигается постоянство внутренней среды организма, в каких бы условиях не находился организм. Кровь является средством транспорта находящихся в ней веществ и образует формы транспорта этих веществ.
Состав крови. Физико-химический гомеостаз внутренней среды. Функциональная система кровь
Циркулирующая и депонированная кровь
Циркулирующая кровь = 6-8% от массы тела
Органы кроверазрушения
Депонированная кровь
Из них 84% находится в большом круге кровообращения, в основном в венах (64%), 9% - в малом круге, 7% - в сердце
Плазма 55%
Органы кроветворения
Механизмы нервной и гуморальной регуляции
Красный костный мозг, печень, селезенка, лимфатические сосуды, тимус
Селезенка, печень, подкожные сосудистые сплетения
Оптимальное содержание в единице объема крови (1 л) форменных элементов и компонентов плазмы
Форменные элементы 45% Эритроциты = 4,5-5,5*1012/л Лейкоциты = 4-10*109/л Тромбоциты = 200-300*109/л
В зависимости от объема циркулирующей крови (в N = 6-8% от массы тела) выделяют следующие состояния: 1.
2.
Нормоволемия: a.
Простая
b.
Олигоцитемическая
c.
Полицитемическая
Гиперволемия
3.
Гиповолемия
Состав циркулирующей крови можно представить себе по гематокриту – это часть объема крови, которая приходится на долю эритроцитов. Норма гематокрита для мужчин = 44-46%, для женщин = 41-43%. Определяют путем центрифугирования цитратной крови (метод Цинтроба). В зависимости от показателя гематокрита выделяют: 1.
Нормоцитемию
2.
Полицитемию – увеличение гематокрита
3.
Олигоцитемию – уменьшению гематокрита. Олигоцитемия возникает при угнетении красного костного мозга или при кровопотере. Несовместимая с жизнью кровопотеря – более 30% циркулирующей крови. Механизм: тканевая жидкость устремляется в сосудистое русло через стенку сосуда микроциркуляторного русла. Объем крови может быть частично восстановлен, но количество форменных элементов остается уменьшенным.
Вязкость крови = 3,5 – 5,4 (4,5) относительных единиц. При увеличении гематокрита вязкость возрастает несколько быстрее, чем при линейной зависимости, поэтому при патологическом увеличении гематокрита быстро нарастает вязкость, как результат нарастает гидродинамическое сопротивление, в результате чего может нарушаться кровообращение в некоторых органах. Вязкость
1,050 – 1,060 г/см3
Гематокрит
Удельный вес: нативной крови = 1,050-1,060 г/см3 плазмы = 1,025 эритроцитов = 1,090
Состав плазмы крови
90% массы плазмы приходится на долю воды
Органические вещества – 9%
10% - сухой остаток
Неорганические вещества – 1%
А. Белки плазмы крови – 6,5-8%: - альбумины – 4,5%; - глобулины – 2-3%; - фибриноген – 0,4%
Б. Азотсодержащие вещества небелковой природы. Они составляют показатель – остаточный азот – 14,3-28,6 мкмоль/л. Остаточный азот включает следующие компоненты: азот мочевины, азот мочевой кислоты, азот аминокислот (глутамина и глутаминовой кислоты). При некоторых патологических состояниях содержание остаточного азота увеличивается – развивается азотемия, которая бывает 2х форм: 1)
Ретенционная – возникает при снижении выделения через азотсодержащих продуктов, но при нормальном поступлении их в кровь;
2)
Продукционная – возникает при увеличении поступления азотсодержащих веществ в кровь (например, при опухолях – распад тканевых белков), но при нормальном выделении их с мочой.
С. Безазотистые органические вещества плазмы:
почки
1) глюкоза – 3,5-5,5 ммоль/л; 2) молочная и пировиноградная кислоты; 3) липиды – фосфолипиды, жирные кислоты, лецитин. Липиды находятся в плазме в основном в виде липопротеидов, связанных с α- и β-глобулинами
Д. Гормоны, ферменты, витамины
БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ В плазме крови (ее объем до 3 л) содержится в общем 200-300 г белков (65-85 г/л – общий белок крови – показатель биохимического анализа крови), они составляют 3 основные группы: 1.
Альбумины – молекулярная масса 69 000, от 1 до 10 нм в диаметре = 37-41 г/л;
2.
Глобулины – α1, α2, β, γ – молекулярная масса от 90 000 до 160 000, диаметр до 30 нм = 30-34 г/л (26-36 г/л);
3.
Фибриноген – молекулярная масса 400 000, диаметр свыше 30 нм = 3,0 – 3,3 г/л.
Частицы таких размеров относятся к коллоидным, отсюда концентрация белков в плазме создает осмотически-коллоидное (онкотическое) давление. Величина онкотического давления – 25-30 мм рт.ст. Сама величина небольшая, но его наличие предполагает важную роль в регулировании распределения воды между плазмой и интерстициальной жидкостью, т.е. тканями. Это и будем считать первой функцией белков плазмы. Функции белков плазмы: 1.
Формирование онкотического давления, за счет которого обеспечивается регулирование водного обмена между кровью и тканями. В связи с тем, что стенки капилляров свободно пропускают небольшие молекулы, концентрация этих молекул, а следовательно, и создаваемое ими осмотическое давление, в плазме и тканях одинаково. Крупные молекулы белков плазмы с большим трудом проходят через стенки капилляров. Благодаря этому между плазмой и интерстициальной жидкостью существует градиент концентрации белков и формируется онкотическое давление. Это обеспечивает нормальный водный баланс в тканях. При снижении концентрации альбуминов в крови (а именно они принимают активную роль в формировании онкотического давления в силу своего количества и малого молекулярного размера) обмен воды искажается и она задерживается в тканях (интерстициальный отек – голодные отеки).
2.
Питательная или трофическая функция – клетки из плазмы захватывают не сами белки, а их мономеры – аминокислоты, однако клетки РЭС захватывают белки плазмы и расщепляют их при помощи своих внутриклеточных ферментов до аминокислот, которые сразу же поступают в кровь и используются для синтеза белков другими клетками. Этот кругооборот белков плазмы настолько интенсивен, что суточную потребность в белках можно полностью удовлетворить путем парентерального введения.
3.
Неспецифические переносчики катионов крови. 2/3 Са2+ крови находятся в составе неспецифических связей с белками плазмы, за счет чего ионы Са 2+ теряют свою диффундирующую способность и находятся в равновесии со свободно растворенным Са2+ в крови.
4.
Стабилизирующая функция для эритроцитов, за счет создания вязкости.
5.
Вязкость – для артериального давления (АД).
6.
Буферные свойства – возможность поддержания рН, входят в состав кислотнощелочной системы крови.
7.
Содержат факторы иммунитета (антитела – γ-глобулины).
8.
Участвуют в свертывании крови (фибриноген).
9.
Транспортная функция – белки плазмы крови обладают большим количество липофильных и гидрофильных участков на своих молекулах (присоединяют к своим липофильным участкам жирорастворимые вещества и удерживают их в крови, транспортируя их от кишечника или депо к месту потребления).
Альбумины – около 60% всех белков плазмы, берут на себя 80% онкотического давления. Основной трофический белок. Транспортирующий белок – переносит билирубин (связывает до 25-50 мол.), жирные кислоты, соли желчных кислот, при введении – пенициллин, сульфониламиды, ртуть. Глобулины – в порядке убывания электрофоретической активности могут быть разделены на α1, α2, β, γ-глобулины: •
α1 – гликопротеины; 2/3 всей глюкозы плазмы циркулирует в составе α1глобулинов;
•
α2 – это мукопротеины и медьсодержащий белок церулоплазмин – переносчик меди в крови. Кроме этого, сюда относятся тироксинсвязывающий белок, билирубинсвязывающий белок, кортизолсвязывающий белок, витамин В12-связывающий белок;
•
β-глобулины – белки-переносчики липидов и полисахаридов;
•
γ-глобулины – в большинстве своем к ним относятся защитные вещества крови. Они обладают ферментативной активностью и являются готовым антителами. Повышение γ-глобулинов сопровождается снижением альбуминов, что приводит к снижению альбуминно-глобулинового коэффициента (А/Г коэффициент – соотношение количества альбуминов к количеству глобулинов; в норме А/Г коэффициент составляет 1,5-2,3). К γглобулинам относятся α- и β-агглютинины.
Фибриноген – растворенный предшественник фибрина. Молекула вытянутая, соотношение длины/ширины = 17/1. Раствор фибриногена имеет высокую вязкость. Синтез и обновление белков плазмы: в сутки образуется при нормальном питании 17 г альбумина и 5 г глобулина. Период полураспада альбумина равен 10-15 дней, а глобулина – 5 дней. Это значит, что за такой срок 50% белков плазмы заменяются вновь синтезированными. Таким образом, белки и электролиты плазмы обеспечивают ее основные свойства, поэтому их называют функциональными компонентами плазмы. Другие вещества лишь транспортируются плазмой: a. питательные вещества, витамины, микроэлементы: i. липиды в связи с глобулинами и альбуминами (вещества, растворимые в эфире, - жиры, липоиды, стероиды); ii.
аминокислоты;
iii.
витамины (их транспорт зависит и от успешного всасывания – внутренний фактор Касла для витамина В12);
iv.
микроэлементы: 1.
железо – всасывается в кишечнике в составе белкового комплекса – ферритина;
2.
медь – в связи с церулоплазмином (α2-глобулин);
3.
Со – для образования В12;
4.
Йод – в связи с тироксинсвязывающим белком;
b.
продукты промежуточного обмена – молочная кислота, пировиноградная кислота;
c.
гормоны и ферменты – 50 гормонов и ферментов плазмы крови;
d.
вещества, подлежащие выведению (конечные продукты обмена – шлаки) – СО 2, мочевина, мочевая кислота, креатинин, билирубин, аммиак. Эти вещества
являются азотсодержащими и при нормальной функции почек выводятся из организма. При нарушении функции почек уровень этих веществ в крови увеличивается. Кровь обладает тремя физико-химическими свойствами: 1)
Суспензионными;
2)
Коллоидными;
3)
Электролитными.
1.
Электролитные свойства плазмы, а следственно, и крови, создаются минеральными соединениями. Электролиты плазмы:
Можно говорить о суспензионно-коллоидном состоянии крови, в той же мере и плазмы
a.
Катионы: Na+, K+, Ca2+, Mg2+
b.
Анионы: SO42-, Cl-, HCO3-, HPO42-, H2CO3, органические кислоты (молочная, лимонная, пировиноградная)
Концентрация электролитов выражается в милиэквивалентах на л (мэкв/л): Na+ - 130-150 мэкв/л К+ - 3,4-4,9 мэкв/л Са2+ - до 10 мэкв/л Mg2+ - 0-5 мэкв/л Неорганические вещества плазмы – минеральные соли, которые создают осмотическое давление, рН, участвуют в процессах свертывания.
В организме человека существует 3 основных водных пространства: 1. 2.
3.
Плазма – около 3,5 л
Для человека с массой тела 65Межклеточная жидкость – около 10 л – это внешняя среда 70 кг для всех клеток организма Внутриклеточная жидкость – около 30 л
Концентрация растворенных в плазме веществ создает осмотическое давление. Осмотическое давление плазмы=5600 мм рт.ст. или 6,6-7,6 атм или 285-300 мосм/л. Обмен водой и веществами можно представить схематично. Этот обмен происходит по законам осмоса (согласно наличию осмотического давления). Поступление Н2О ЖКТ Желудок Кишечник Легкие, кожа Плазма (+лимфа) Почки Интерстициальная жидкость Обмен не затруднен для воды и мелкомолекулярных белков, анионов и катионов, поэтому эти 2 среды отличаются в составе только по крупномолекулярным белкам
Внутриклеточная жидкость Конечный результат обмена: перераспределение воды и веществ в организме и обмен с окружающей средой
Растворы, осмотическое давление которых такое же, как у плазмы, называются изотоническими с большим давлением – гипертонические с меньшим – гипотонические. 96% от общего осмотического давления крови приходится на долю неорганических электролитов, главным образом (до 60%) – натрия хлорида. Раствор натрия хлорида, концентрация которого 0,9%, называется физиологическим. Его осмотическое давление такое же, как и у плазмы, поэтому в этом растворе объемные форменные элементы не теряют своих функций. Любое отклонение осмотического давления плазмы и интерстициальной жидкости от нормальных величин приводит к перераспределению воды между клетками и тканевой жидкостью, что, в свою очередь,
сопровождается движением воды между тканевой жидкостью и кровью. Если плазма становится гипотоничной (большой приток крови в организм через ЖКТ с низким содержанием солей – ключевая, талая вода), то вода входит в клетки и эритроциты крови и вызывает клеточный отек и осмотический гемолиз крови (эритроциты лопаются, лаковая кровь). Это происходит при концентрации натрий хлора от 0,45% до 0,28% (минимальная и максимальная резистентность эритроцитов). При концентрации 0,45% разрушается до 50% всего количества эритроцитов, при 0,28% разрушаются почти все. Отсюда % гемолизированной крови в норме 10 ммоль/л. Гемолиз может произойти и в результате других причин. Согласно этому обстоятельству различают виды гемолиза: Механический (в донорской крови – при встряхивании; в условиях целостного организма – маршевая вибрация); 1.
Биологический (при действии ядов – анафилактический шок, при переливании крови, несовместимой по групповой принадлежности); 2.
3.
Температурный (при повышении температуры тела выше 40°С);
Химический (при вдыхании паров растворителей – ацетон, хлороформ, эфир (дыхательный наркоз)). 4.
Функции электролитов плазмы – изотоничность среды: 1.
Создание осмотического давления – одно из основных условий поддержания жизнедеятельности организма;
2.
рН крови (и, прежде всего, плазмы).
Физико-химический гомеостаз крови Поддержание рН крови (кислотно-щелочное равновесие)
Поддержание постоянного осмотического давления крови
Артериальная кровь 7,4 Венозная кровь 7,37 Клетки 7,0-7,2
Физико-химические механизмы
Физиологические механизмы
Буферные системы крови
ЖКТ, газообмен в легких, система выделения (функции почек)
Буферная емкость
Поддержание буферной емкости
Перераспределение воды между водными средами организма (3 основные среды)
Удаление избытка воды и солей (функция почек)
Поддержание постоянства онкотического давления (за счет концентрации белков плазмы)
рН – это отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода. Буферные системы крови: 1.
Карбонатная (Н2СО3 + NaHCO3);
2.
Фосфатная (NaH2PO4 + Na2HPO4);
3.
Белковый буфер (белки плазмы и гемоглобин);
4.
Буферные основания – это анионы всех слабых кислот: бикарбонаты и анионные группы белков («протеинаты»).
Вся совокупность этих соединений не позволяется смещаться рН крови в норме ниже 7,37 и повышаться более 7,43, т.е. создается постоянная слабощелочная реакция крови. Это необходимо для протекания всех процессов метаболизма, которые обеспечиваются целым набором ферментов, работающих только в определенной полосе рН. Крайние пределы смещения = 7,0 – 7,8. Смещение рН даже на 0,1-0,2 по отношению к указанному уровню может вызвать гибель организма, даже если это смещение будет кратковременным. Постоянство рН не всегда может поддерживаться 3 указанными механизмами на постоянном уровне. Сдвиг рН в кислую сторону (< 7,37) называется ацидозом, сдвиг
рН в щелочную сторону (>7,43) – алкалозом. Каждый из этих двух типов сдвигов, в свою очередь, подразделяется на несколько разновидностей в зависимости от причин сдвига рН. Дыхательный (респираторный) ацидоз и алкалоз При снижении функции легких напряжение СО 2 в крови увеличивается, а при гипервентиляции напряжение СО2 уменьшается, соответственно, развивается ацидоз или алкалоз. Метаболический ацидоз и алкалоз При нарушениях реакций метаболизма – например, при сахарном диабете – в крови могут накапливаться продукты – нелетучие кислоты. И наоборот, поступление в кровь оснований или выделение с рвотой соляной кислоты приводит к ее защелачиванию. При нарушении функции почек почечные канальцы не справляются с функцией реабсорбции Н+ и их выделением. Все эти сдвиги рН называются нереспираторными ацидозом и алкалозом. В клинике особое значение придается оценке состояния КЩР. Для этого определяют: 1.
рН крови (при нормальной рН еще нельзя уверенно говорить о нормальном КЩР);
2.
Р СО2 крови (в норме 35-45 мм рт.ст.) – изменение этого показателя наряду с нормальным рН свидетельствует о респираторном ацидозе или алкалозе.
3.
Избыток оснований (в норме от -2,5 до +2,5 ммоль/л) – изменения этого показателя непосредственно отражают снижение или увеличение содержания нелетучих кислот в крови.
Все 3 исследования позволяют выявить при наличии ацидоза или алкалоза его вид: - компенсированный – связан с уменьшением буферной емкости крови, но сдвига рН не происходит; - некомпенсированный – происходит сдвиг рН, связанный с истощением буферной емкости и невозможностью поддержания КЩР.