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
Органы кроветворения и кроверазрушения
Механизмы регуляции нервной и гуморальной
Формы и средство транспорта веществ, находящихся в крови
Физикохимический гомеостаз внутренней среды
Относительное постоянство количества крови и ее состава
Функции крови: 1. 2. 3. 4. 5.
Дыхательная Трофическая Выделительная Гуморальная Терморегуляторная
6. 7. 8. 9.
Защитная (иммунная) Участие в КЩР организма Гемостатическая 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 Н2О 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 кроветворения
Депонированная кровь Селезенка, печень, подкожные сосудистые сплетения
Из них 84% находится в большом круге кровообращения, в основном в венах (64%), 9% - в малом круге, 7% в сердце
Органы кроверазрушения
Механизмы нервной и гуморальной регуляции
Красный костный мозг, печень, селезенка, лимфатические сосуды, тимус
Оптимальное содержание в единице объема крови (1 л) форменных элементов и компонентов плазмы
Форменные элементы 45% Плазма 55%
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. Нормоволемия: a. Простая b. Олигоцитемическая c. Полицитемическая 2. 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
10% - сухой остаток
Органические вещества – 9%
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 почки 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: 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 αи 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.
Можно говорить о суспензионно-коллоидном состоянии крови, в той же мере и плазмы
1. Электролитные свойства плазмы, а следственно, и крови, создаются минеральными соединениями. Электролиты 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. Плазма – около 3,5 л Для человека с 2. Межклеточная жидкость – около 10 л – это внешняя среда массой тела 65для всех клеток организма 70 кг 3. 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
Легкие, кожа
ЖКТ
Плазма (+лимфа)
Интерстициальная жидкость
Внутриклеточная жидкость
Желудок
Кишечник
Почки
Обмен не затруднен для воды и мелкомолекулярных белков, анионов и катионов, поэтому эти 2 среды отличаются в составе только по крупномолекулярным белкам
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: 1. Механический (в донорской крови – при встряхивании; в условиях целостного организма – маршевая вибрация); 2. Биологический (при действии ядов – анафилактический шок, при переливании крови, несовместимой по групповой принадлежности); 3. Температурный (при повышении температуры тела выше 40°С); 4. Химический (при вдыхании паров растворителей – ацетон, хлороформ, эфир (дыхательный наркоз)). 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 Физиологические механизмы Физико- равновесие) химические Артериальная кровь 7,4 ЖКТ, газообмен в механизмы Венозная кровь 7,37 легких, система Клетки 7,0-7,2 выделения Буферные (функции почек) системы крови Буферная емкость
Поддержание буферной емкости
Поддержание постоянного осмотического давления крови Перераспределение воды между Удаление избытка водными средами воды и солей Поддержание постоянства онкотического организма (3 (функция почек) давления (за счет концентрации белков плазмы) основные среды)
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 СО2 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.