Занятие 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ. ФИЗИОЛОГИЯ ЭРИТРОЦИТОВ.
Плазма крови, ее состав и свойства.
Плазма — жидкая часть крови (ее объем приблизительно равен 2,8–3,0 л), представляет собой надосадочную жидкость, полученную после центрифугирования цельной крови с добавленными к ней антикоагулянтами (веществами, предотвращающими свертывание). Надосадочная жидкость, образующаяся после центрифугирования свернувшейся крови, называется сывороткой. В отличие от плазмы в сыворотке нет фибриногена и ряда других плазменных факторов свёртывания крови.
Плазма крови — коллоидно-полимерный раствор, в котором растворителем является Н2О, растворенными веществами — соли и низкомолекулярные органические соединения. Коллоидным компонентом являются белки и их комплексы.
Состав плазмы: Н2О (90–92 %) и сухой (плотный) остаток (8–10 %), который включает неорганические и органические вещества.
I. Органическая часть:
Белки. Количество общего белка плазмы составляет 65–85 г/л.
Белки плазмы методом электрофореза могут быть разделены на альбумины, глобулины и фибриноген; фракция глобулинов разделяется на альфа-1, альфа-2, бета и гамма-глобулины.
Альбумины (35–55 г/л).
Ø в значительной степени (до 80%) определяют онкотическое (коллоидно-осмотическое) давление за счет их высокой концентрации и относительно небольшого размера молекул (Mr ≈60–65 кД). При снижении их количества (гипоальбуминемия) развиваются отеки (например, при голодании — «голодные» отёки).
Ø участвуют в регуляции водно-солевого баланса.
Ø осуществляют транспорт многих веществ (билирубин, жирные кислоты, экзогенные вещества, в том числе и лекарственные — антибиотики, сульфаниламиды и др.);
|
|
Ø связывают гормоны (например, тироксин).
Ø являются белковым резервом.
2. Глобулины (20–35 г/л) образуют комплексные соединения с углеводами, липидами, полисахаридами, связывают гормоны, микроэлементы, являются компонентами иммунной системы (иммуноглобулины) и системы свертывания крови.
Глобулины включают:
α1-глобулины:
· α1-антитрипсин (ингибитор трипсина);
· α1-липопротеины (высокой плотности);
· протромбин (фактор свертывания крови).
α2-глобулины:
· α2-макроглобулин ( вместе с α1-антитрипсином является одним из основных ингибиторов протеаз плазмы);
· α2-антитромбин III (антикоагулянт);
· гаптоглобин (связывает гемоглобин, высвобождающийся из эритроцитов);
· церулоплазмин (связывает и транспортирует ионы меди);
· плазминоген (предшественние основного фермента фибринолиза – плазмина, или фибринолизина).
β-глобулины:
· трансферрин (транспорт ионов железа)
· β-липопротеины (низкой плотности),
· гемопексин (гликопротеид, выполняющий функцию транспортного белка при переносе гема из циркулирующей крови в паренхиму печени);
· C-реактивный белок (относится к группе белков острой фазы, концентрация которых повышается при воспалении, С-реактивный белок используется в клинической диагностике наряду с СОЭ как индикатор воспаления).
γ -Глобулины: иммуноглобулины (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM). К данной фракции глобулинов относятся агглютинины крови.
3. Фибриноген (2–4г/л) — участие в свертывании крови.
Образование белков:
а) альбумины, фибриноген — в печени.
б) глобулины — в костном мозге, селезенке, печени, лимфатических узлах, клетках.
|
|
Роль белков плазмы:
Ø Создают онкотическое давление (1/200 осмотического давления плазмы
Ø Поддерживают рН (буферные свойства).
Ø Поддерживают вязкость крови (важно для артериального давления).
Ø Участвуют в свертывании крови (фибриноген и др.).
Ø Являются факторами иммунитета (иммуноглобулины, белки комплемента).
Ø Выполняют транспортную функцию (перенос гормонов, микроэлементов).
Ø Выполняют питательную функцию (пластическую).
Ø Препятствуют (альбумины) или способствуют (глобулины) оседанию эритроцитов.
Ø Являются ингибиторами по отношению к некоторым протеазам (антитрипсин — ингибитор трипсина).
Ø Регулируют функции, обмен веществ (белковые гормоны, ферменты).
Ø Обеспечивают перераспределение воды между тканями и кровью
Ферменты плазмы. В плазме крови присутствуют ферменты, как функционирующие в самой плазме (ферменты свертывающей и противосвертывающей систем), так и клеточные ферменты, появляющиеся в крови в большом количестве только при повышении проницаемости мембран клеток, их повреждении и разрушении (позволяют судить о степени повреждения органов). В практической медицине чаще всего определяют активность следующих ферментов:
Аминотрансферазы — аланинаминотрансфераза (AлT), аспартатамино- трансфераза (AcT) — близкие по действию ферменты, участвующие в обмене аминокислот, содержится в клетках многих органов (печень, сердце, скелетные мышцы и других), увеличение их активностив сыворотке крови отмечается при заболеваниях печени (АлТ), инфаркте миокарда (АсТ) и др.
|
|
Креатинфосфокиназа (КФК) — фермент, участвующий в реакциях анаэробного энергообразования в сердечной и скелетной мышцах. Его активность в сыворотке крови возрастает, например, у спортсменов под влиянием тренировок скоростно-силового характера (борцы). Определение активности КФК используется для диагностики заболеваний мышечной системы, инфаркта миокарда и др.
Лактатдегидрогеназа ( ЛДГ) — фермент, участвующий в одном из конечных этапов превращения глюкозы, содержится во многих органах и тканях (почки, сердце, скелетные мышцы, печень, легкие и др.), активность его увеличивается при заболевании печени, почек, инфаркте миокарда и др.
Щелочная фосфатаза (ЩФ) большей частью образуется в остеобластах, поэтому ее активность в сыворотке крови повышается при заболеваниях, связанных с усилением их пролиферации.
Альфа-амилаза — фермент, участвующий в расщеплении крахмала, гликогена и других углеводов. Его содержание резко увеличивается в сыворотке крови при остром заболевании поджелудочной железы — панкреатите.
Глюкоза — главный источник энергии для клеток. Содержание глюкозы в крови в норме (у взрослых) составляет:
Ø Цельная кровь — 3,3–5,5 ммоль/л.
Ø Сыворотка, плазма — 3,3–6,1 ммоль/л
У новорожденных — 1,70 – 4,20 ммоль/л.
Небелковые, содержащие азот, вещества (полипептиды, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин, билирубин и др.). Это так называемый небелковый (остаточный) азот — 14,3–28,5 ммоль/л. Из него 1/2 приходится на долю азота мочевины.
Мочевина — конечный продукт деградации белков, который подлежит выведению из организма с мочой. Увеличение ее концентрации в крови, так же как и креатинина — конечного продукта обмена креатинфосфата, участвующего в обеспечении сокращения мышц, отмечается при почечной недостаточности. Содержание мочевины — 2,5–8,3 ммоль/л.
Билирубин — пигмент крови, желто-красного цвета, образующийся через промежуточные продукты при распаде гемоглобина, миоглобина, цитохромов в селезенке и печени (См. раздел «гемоглобин»). Количество общего билирубина — 3,4–20,5 мкмоль/л. При уровне билирубина в крови выше 27–34 мкмоль/л у больного появляется желтая окраска склер глаз и кожи (желтуха).
Холестерол и триглицериды — в плазме крови формируют комплексы с белками — липопротеины (ЛП). Различают липопротеины низкой плотности (ЛПНП), ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП), ЛП промежуточной плотности (ЛППП), ЛП высокой плотности (ЛПВП), а также хиломикроны. ЛПНП и ЛПОНП переносят липиды от печени к другим тканям, а ЛПВП транспортируют избыточный холестерол из тканей в печень, где он и его эфиры превращаются в желчные кислоты и выводятся с желчью в кишечник, а затем из организма.
С клинической точки зрения (вероятность развития артериосклеротического поражения — атеросклероза) существенное значение имеет содержание в крови холестерола и способность ЛП фиксироваться в стенке артерий (атерогенность). ЛПВП (5–12 нм) наименьшие по размеру, легко проникают в стенку артерий и также легко её покидают, т.е. ЛПВП не атерогенны. К категории атерогенных ЛП относятся ЛПНП (18–25 нм), ЛППП (25–35 нм) и небольшая часть ЛПОНП (около 50 нм), поскольку они достаточны малы для того, чтобы проникнуть в стенку артерий, после окисления легко задерживаются в стенке артерий. Крупные по размеру ЛП — хиломикроны (75–1200 нм) и ЛПОНП значительных размеров (80 нм) — слишком велики для того, чтобы проникнуть в артерии и не расцениваются как атерогенные.
Вероятность атеросклеротического поражения сосудов прямо пропорциональна уровню общего холестерола сыворотки крови. Чем выше гиперхолестеролемия (точнее — отношение содержания холестерола в ЛПНП к содержанию холестерина в ЛПВП), тем выше риск развития атеросклероза.
Триглицериды содержатся в основном в хиломикронах (80–95%) и в ЛПОНП (55–80%). ЛПНП и ЛПВП содержат небольшое количество триглицеридов (5–15%). В норме в крови содержание триглицеридов — 0,55–1,65 ммоль/л, холестерина — 3,0–6,2 ммоль/л.
Кроме того, в плазме содержатся гормоны, витамины.
II. Неорганическая часть: газы (О2, азот, СО2) и минеральные вещества.
Минеральные вещества — 0,9% (ионы калия, натрия, хлора, кальция, НСО3- НРО42- и др.). Основными катионами плазмы являются Na+, К+, Са2+, которые играют существенную роль в поддержании осмотического давления, перераспределении воды между кровью и тканями, свертывании крови, возбудимости и сократимости клеток и др. Основными анионами плазмы являются CI-, бикарбонаты НСО3-, фосфаты, имеющие значение в регуляции рН, кислотно-щелочного состояния, возбудимости клеток др.
Физико–химические свойства крови. Кислотно-основное состояние.
Осмотическое давление — 7,6–8,1 атм. (≈5800 мм рт.ст., 770 кПа). Оно создается в основном солями, находящимися в диссоциированном состоянии. Осмотическое давление имеет существенное значение в поддержании концентрации различных веществ, растворенных в жидкостях организма, и определяет распределение воды между кровью, клетками и тканями. Свыше 60% осмотического давления крови обеспечивается NaCl. А всего за счет неорганических веществ обеспечивается 96% осмотического давления.
По величине осмотического давления в сравнении с осмотическим давлением крови различают растворы изотонические, гипотонические и гипертонические.
Изотонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению крови (например, 0,85% раствор NaCl). Эритроциты, помещенные в такой раствор, не изменяются, так как осмотическое давление в них и в растворе одинаково. Данный раствор получил название — физиологический. Его используют в качестве кровезамещающего раствора, растворителя для многих лекарственных веществ, для парентерального введения. Гипотонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого ниже осмотического давления крови (например, 0,3% раствор NaCI). Эритроциты, помещенные в такой раствор, набухают и лопаются (гемолизируются) в результате перехода воды в клетку, так как осмотическое давление в эритроците выше, чем в растворе.
Гипертонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови (например, 2% раствор NaCI). Эритроциты, помещенные в такой раствор, сморщиваются в результате выхода воды из клетки, так как осмотическое давление в эритроцитах ниже, чем в растворе.
Осмотическое давление у человека довольно постоянное. В нейрогуморальной его регуляции участвуют органы выделения (почки, потовые железы). Изменение осмотического давления воспринимается специальными осморецепторами, расположенными как на периферии (в эндотелии сосудов), так и центрально (в гипоталамусе). В гипоталамусе выделяется антидиуретический гормон, который, влияя на процессы реабсорбции в почечных канальцах, регулирует процесс мочеобразования. Кроме АДГ в регуляции осмотического давления крови принимают участие альдостерон, паратгормон, натрийуретический гормон сердца. Происходит рефлекторное изменение деятельности выделительных органов, приводящее к удалению или задержке в организме воды или солей, перераспределению ионов между плазмой и эритроцитами, плазмой и тканями. В этих процессах важная роль принадлежит белкам, способным связывать и отдавать ионы (онкотическое давление).
Онкотическое давление. Осмотическое давление, создаваемое белками, называется онкотическим (в силу их способности притягивать Н2О).
На долю осмотического давления, создаваемого белками, приходится 0,03–0,04 атм. (≈25 мм рт.ст., или 3,3 кПа), что, примерно составляет 1/200 всего осмотического давления плазмы. Так как белки имеют большой размер молекул, и неспособны поэтому проходить через эндотелий капилляров (остаются в кровотоке), то они удерживают определенное количество воды в крови. Онкотическое давление крови в 5 раз больше онкотического давления межклеточной жидкости.
Онкотическое давление имеет значение в:
· образовании тканевой жидкости;
· образовании лимфы;
· образовании мочи;
· всасывании Н2О в кишечнике;
· перераспределении Н2О между кровью и тканями.
Вязкость крови: цельной — 5 (вязкость воды принято за 1,0);
плазмы — 1,7–2,2.
Вязкость крови повышается при дегидратации организма, приводящей к сгущению крови (профузный понос, неукротимая рвота), увеличении в крови форменных элементов (полицитемия, лейкоз), накоплении СО2, повышенном содержании белков, особенно фибриногена. С повышением вязкости крови повышается гидродинамическое периферическое сопротивление в сосудах, что приводит к затруднению работы сердца и замедлению кровотока.
Вязкость крови зависит от количества эритроцитов. С увеличением их количества она возрастает.
Вязкость крови понижается при гидратации организма (прием большого объема воды, задержка воды в организме при заболеваниях почек), анемии, гипопротеинемии, снижении свертываемости крови (под влиянием введенного гепарина). Снижение вязкости крови приводит к ускорению кровотока.
Относительная плотность ( удельный вес) крови зависит от содержания в ней белков, солей и эритроцитов. Относительная плотность цельной крови колеблется в довольно узких пределах (1,050–1,060 г/мл), плазмы 1,025–1,034 г/мл, а относительная плотность эритроцитов выше, чем цельной крови и плазмы (1,090).
Реакция крови (кислотно-основное состояние (КОС)) зависит от концентрации в среде ионов водорода, которое выражается в единицах рН. Концентрацию ионов водорода [H+] — водородный показатель — выражают в логарифмической шкале:
pH = log 1/[H+] = –log [H+]
КОС является одним из самых жестких параметров гомеостаза. В норме:
рН артериальной крови —7,40 (7,35–7,45);
рН венозной крови —7,35 (7,26–7,36) (в ней больше углекислоты);
рН внутри клеток —7,0–7,2 (кислые продукты обмена веществ).
ФУС поддержания рН крови.
Крайние пределы рН, которые совместимы с жизнью 7,0–7,8. Но длительное смещение рН на 0,1–0,2 является опасным и может оказаться гибельным. Отклонение рН прежде всего отражается на активности ферментов, т. к. максимальная активность каждого фермента проявляется при определенной (оптимальной) величине рН (нормальный ход реакции).
Несмотря на то, что в процессе обмена веществ в кровь непрерывно поступает СО2 (диоксид углерода), молочная кислота и другие кислые компоненты, которые могли бы изменить рН крови, активная реакция (рН) сохраняется постоянной. Это обеспечивается буферными свойствами крови и деятельностью выделительных органов (выделение СО2 легкими, выделение кислых и удержание щелочных продуктов почками).
Буферные системы крови.
Буферными системами называются растворы, обладающие свойствами достаточно стойко сохранять постоянство концентрации водородных ионов как при добавлении кислот или щелочей, так и при разведении. Любая буферная система состоит из равновесного соотношения протонов (Н+), сопряженного основания (А-) и недиссоциированной слабой кислоты (формула):
В соответствии с законом действующих масс повышение содержания протонов сопровождается увеличением концентрации недиссоциированной кислоты, а ощелачивание среды приводит к росту диссоциации кислоты с образованием протонов, и константа диссоциации (равновесия) К не изменяется.
Буферные системы крови состоят из смеси слабых кислот с солями этих кислот и сильных оснований. Благодаря буферным системам поддерживается активная реакция крови (рН).
Буферные системы крови:
1. Карбонатная — (смесь угольной кислоты [H2СO3] и гидрокарбоната натрия, калия [NaHCO3, KНСО3]) — основной буфер крови и межклеточной жидкости, составляет около половины буферной ёмкости крови (53%) и более 90% — плазмы и интерстициальной жидкости. Механизм действия карбонатной буферной системы: NaHCO3 диссоциирует на Na+ и НСО3-. Поступившие в кровь кислые компоненты взаимодействует с бикарбонатом. В результате чего образуется Н2СО3, которая диссоциирует на Н2О и СО2, избыток которых удаляется органами выделения и рН не изменяется.
Поступающие в кровь щелочные компоненты взаимодействуют с Н2СО3, в результате чего образуются соль и Н2О (удаляются органами выделения).
СО2 + Н2О «Н2СО3 «Н+ + НСО3–
2. Гемоглобиновая — (35% буферной емкости крови), состоит из кислого компонента — оксигенированного Hb (HbO2) и основного — восстановленного неоксигенированного (Hb). Восстановленный Нb является более слабой кислотой, чем Н2СО3 и отдает ей ион К+, а сам присоединяет Н+ и становится очень слабодиссоциируемой кислотой. В тканях гемоглобин играет роль щелочи. В легких же ведет себя как кислота (оксигемоглобин HHbО2 является более сильной кислотой, чем Н2СО3), предотвращая защелачивание крови после выделения из нее углекислоты.
KHbO2→KHb+O2
KHb+H2CO3→HHb+KHCO3
3. Фосфатная образована дигидрофосфатом и гидрофосфатом натрия: NаН2РО4/Nа2НРО4. При поступлении в кровь кислоты она реагирует с гидрофосфатом с образованием дигидрофосфата, щелочь реагирует с дигидрофосфатом натрия, образуя гидрофосфат. В обоих случаях избытки образующихся гидро- или дигидрофосфатов удаляются из организма почками.
H2CO3 + Na2HPO4 «NaHCO3 + NaH2PO4
4. Белковая. Белки плазмы играют роль буферной системы благодаря амфотерным свойствам, которые обусловлены амино- и карбоксильной группами: в кислой среде белки ведут себя как щелочи, связывая кислоты, в щелочной — как кислоты.
R-NH2 + СО2 «R-NH-CОО– + Н+
Буферные системы имеются и в клетках тканей (главными являются белковая и фосфатная).
В процессе обмена веществ кислых продуктов образуется больше, чем основных, поэтому существует опасность сдвига рН в кислую сторону. Подсчитано, что в организме человека в день образуется количество кислот (суммарная кислотность НCl, молочной, пировиноградной, угольной и др. кислот), которое эквивалентно 20–30 литрам 1,0н НСl. Но, невзирая на это, организм живет и при этом поддерживается постоянная величина рН. Буферные системы крови и тканей обеспечивают большую устойчивость к действию кислот! Щелочные соли слабых кислот, содержащиеся в крови, образуют так называемый щелочной резерв крови. А поскольку в крови существует определенное (довольно постоянное) соотношение между кислотными и щелочными эквивалентами, принято говорить о кислотно-щелочном равновесии крови.
Буферные системы имеют очень ограниченную емкость, и их хватает только на 3–5 минут, а затем они истощаются. Препятствуют же истощению резервов буферных систем функциональные системы.
Функциональные системы поддержания рН:
1. Дыхательная система обеспечивает выделение из организма летучего ангидрида угольной кислоты — углекислого газа.
2. Почки удаляют из организма избыток кислот и оснований. При ацидозе возрастает выделение дигидрофосфата натрия NaН2РО4, при алкалозе — гидрофосфата натрия и NаНСО3, соответственно изменяется кислотность мочи, рН которой колеблется в широком диапазоне (4,5–8,5).
3. Важную роль в поддержании рН крови играет желудочно-кишечный тракт, слизистые оболочки которого секретируют эквимолярные количества соляной кислоты (желудок) и гидрокарбоната (кишечник и поджелудочная железа). При патологии состояния, сопровождающиеся неукротимой рвотой, способны привести к алкалозу за счет потери ионов водорода, а диарея, сопровождающаяся потерей бикарбонатов, — к системному ацидозу.
4. Кроме того, в организме функционирует система метаболической нейтрализации (печень, почки).