Для нормальной жизнедеятельности организма и его нормального функционирования необходимо относительное постоянство состава внутренней среды, ее физико-химических и биологических свойств. Понятие о внутренней среде организма было введено в XIX веке французским физиологом Клодом Бернаром.
В настоящее время под внутренней средой организма понимают совокупность жидкостей - крови, лимфы, тканевой, цереброспинальной, плевральной, суставной жидкостей др., которые омывают все его клетки и ткани. От состава и свойств внутренней среды организма зависит возбудимость органов и тканей, их чувствительность к раздражителям. Кроме того, состав внутренней среды организма влияет на питание (трофику) клеток, органов и тканей. Таким образом, внутренняя среда определяет все жизненные проявления организма, в том числе его рефлекторную деятельность, и должна быть постоянна.
Постоянство состава и свойств внутренней среды организма является не абсолютным, а относительным, так как в процессе жизнедеятельности создаются условия для ее изменения. В организме человека имеются специальные механизмы (гомеостатические реакции), которые обеспечивают саморегуляцию состава и свойств внутренней среды. Это достигается непрерывно происходящей работой ряда органов и физиологических систем, то есть отклонение любого параметра жизнедеятельности в организме от нормы является стимулом возвращения к норме.
Относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания и т.д.) организма получило название гомеостаза. Гомеостаз характеризуется рядом биологических констант, под которыми понимают устойчивые количественные показатели, определяющие нормальную жизнедеятельность организма.
К биологическим константам гомеостаза относят:
- активную реакцию крови,
- содержание сахара и питательных веществ в крови,
- величину осмотического давления,
- величину артериального давления,
- температуру тела и т.д.
Гомеостатические реакции организма имеют приспособительный характер. Функциональные возможности механизмов, поддерживающих гомеостаз не беспредельны.
Кровь как внутренняя среда организма.
Внутренняя среда организма не имеет контакта с внешней средой и отделена от нее специальными структурами, которые получили название внешних барьеров. К ним относятся кожа, слизистые оболочки, эпителий желудочно-кишечного тракта.
Кровь не соприкасается непосредственно с клетками органов (исключение составляют костный мозг и селезенка). Поэтому питание клеток и удаление метаболитов осуществляется тканевой жидкостью (межклеточной, интерстициальной), которая образуется из плазмы крови. Состав и свойства тканевой жидкости специфичны для отдельных органов и соответствуют их структурным и физиологическим особенностям. В связи с тем, что кровь является источником образования тканевой жидкости, ее называют универсальной внутренней средой организма.
Состав крови.
Кровь – это жидкость красного цвета, солоноватая на вкус, слабо щелочной реакции (pH = 7,4)
Кровь состоит из клеточных элементов, называемых форменными элементами крови и жидкого межклеточного вещества – плазмы крови.
Если кровь с добавленным противосвёртывающего вещества поместить в цилиндр и дать отстояться, то форменные элементы, как более тяжёлые, осядут на дно и столб крови разделится на два слоя: верхний, прозрачный бесцветный или слегка желтоватый, представляет собой плазму крови, и нижний, красный, состоит из форменных элементов.
Объём плазмы составляет 55-60 % объёма всей крови, а 40-45 % приходится на долю форменных элементов.
Основные функции крови
Кровь, циркулирующая в сосудах, переносит различные вещества необходимые для жизнедеятельности органов и тканей, а также продукты обмена веществ (кислород, углекислый газ, питательные вещества, гормоны, медиаторы, электролиты, ферменты и др.) и выполняет следующие функции.
1. Дыхательная функции.
Перенос кислорода от легких к тканям и органам, а углекислого газа от тканей и органов к легким;
2. Питательная (трофическая) – перенос основных питательных веществ от органов пищеварения к тканям организма;
3. Выделительная (экскреторная) - перенос «шлаков жизни»- конечных продуктов обмена веществ (мочевины, мочевой кислоты и др.) и лишних количеств солей и воды от тканей к местам их выделения (почки, потовые железы, легкие, кишечник).
4.Терморегуляторная функция.
Регулирует температуру тела за счёт физиологических механизмов, позволяющих быстро перераспределять кровь в сосудистом русле. Кроме того кровь, нагреваясь в одних органах (мышцы, печень), повышает температуру других органов.
5. Регуляторная (гуморальная)
Доставка гормонов, других биологически активных веществ, солей, ионов водорода и др. от мест их синтеза к клеткам организма, в результате чего осуществляется гуморальная регуляция организма.
6. Защитная функция
· способность к свёртыванию, что предохраняет организм от кровопотери;
· в крови присутствуют иммунные тела, обезвреживающие микроорганизмы, их токсины и инактивирующие чужеродные белки;
· лейкоциты крови способны к фагоцитозу.
7. Гомеостатическая функция.
Поддерживает гомеостаз, т. е. постоянство внутренней среды организма.
Эта функция вытекает из всех выше перечисленных функций.
Основные физиологические показатели крови
Кровь характеризуется наличием множества устойчивых количественных показателей - констант, которые можно разделить на две группы:
· пластичные – могут колебаться в довольно широких пределах, не приводя к серьезным изменениям жизнедеятельности (объем циркулирующей крови, количество форменных элементов, относительная плотность, вязкость и др.);
· жесткие - отклонение этих показателей даже в незначительных пределах ведет к нарушению жизнедеятельности (ионный состав плазмы, белковый состав плазмы, количество глюкозы и др.).
Количество (объем) крови в организме взрослого в норме составляет 6-8% от массы тела, т.е. у человека массой 70 кг приблизительно 5-6 литров. Быстрая потеря 1/2 - 1/3 общего количества крови может привести к смерти (вследствие резкого падения кровяного давления).
В обычных условиях (в покое) только 40 – 45 % крови циркулирует в кровеносных сосудах, что облегчает работу сердца, а остальная часть её находится в так называемых депо (в капиллярах печени, селезёнки, подкожной клетчатки). Кровь из депо поступает в общее кровяное русло при повышении температуры тела, мышечной работе, при кровопотерях.
Относительная плотность цельной крови: 1,050 – 1,060, плазмы – 1,025 – 1,034, эритроцитов 1,090.
Зависит в основном от количества эритроцитов и белков плазмы крови.
Вязкость крови: 5,0 усл. ед., плазмы – 2,2 усл. ед. по сравнению с вязкостью воды, которая принята за единицу.
Обусловлены наличием в крови эритроцитов и в меньшей степени белков плазмы.
Осмотическое давление крови: 7,6 атмосфер, что называется нормоосмией. Повышение осмотического давления носит название гиперосмии, снижение – гипоосмии. Осмотическое давление это сила, с которой растворитель (для крови - вода) переходит через полунепроницаемую мембрану из менее в более концентрированный раствор.
Оно играет важную роль в распределении воды между клетками и внеклеточным пространством. Осмотическое давление крови обусловлено растворенными в ней осмотически активными веществами, главным образом неорганическими электролитами (около 60 % осмотического давления создается солями натрия - NaCl), в значительно меньшей степени белками.
Функции клеток организма могут осуществляться лишь при относительной стабильности осмотического давления. Осмотическое давление является одной из жестких гомеостатических констант.
Онкотическое давление крови: часть осмотического давления, создаваемого белками плазмы в основном альбуминами. Оно равно 0,03 - 0,04 атм. или 25 – 30 мм.рт.ст.
Белки обладают способностью притягивать воду и удерживать ее в кровяном русле. При снижении онкотического давления крови происходит выход воды (стенка капилляров в большинстве органов непроницаема для белков) из сосудов в межклеточное пространство, что приводит к отеку тканей.
Кислотно-основное состояние крови (КОС): активная реакция крови, характеризующаяся постоянством соотношения водородных и гидроксильных ионов.
КОС – определяет активность ферментов, интенсивность процессов окисления и восстановления, расщепления и синтеза белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, активность витаминов и микроэлементов, биофизические свойства клеток и молекул (проницаемость мембран, возбудимость). В свою очередь КОС зависит от состояния клеточного метаболизма, процессов питания, внешнего дыхания, газотранспортной функции крови, водно-электролитного обмена.
Для определения активной реакции крови используют водородный показатель pH – концентрацию водородных ионов.
рН-концентрация водородных ионов выражается отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода и показывает кислотность или щелочность среды.
В норме рН артериальной крови -7,4; венозной – 7,35 (реакция слабоосновная). При различных физиологических состояниях рН крови может меняться от 7,35 до 7,45. Сдвиг реакции в кислую сторону (ниже 7,35) называется ацидозом, сдвиг реакции крови в щелочную сторону (выше 7,45) – алкалозом.
В организме всегда имеются условия для сдвига реакции в строну ацидоза или алкалоза. В клетках и тканях постоянно образуются кислые продукты: молочная, фосфорная и серная кислоты (при окислении фосфора и серы белковой пищи). При усиленном потреблении растительной пищи в кровоток постоянно поступают основания. При преимущественном потреблении растительной пищи в крови создаются условия для накопления кислых соединений. Однако величина активной реакции крови постоянна.
Активная реакция крови является жесткой константой.
Крайние пределы рН крови, совместимые с жизнью, равны 7,0 – 7,7.
КОС (рН) поддерживается буферными системами. Они нейтрализуют значительную часть поступающих в кровь кислот и щелочей, связывая гидроксильные (ОН-) и водородные (Н+) ионы и поддерживают постоянную реакцию крови. В крови имеются четыре буферные системы: гемоглобиновая, бикарбонатная, белковая и фосфатная.
Состав плазмы.
Плазма крови является довольно сложной биологической средой.
В состав плазмы входят вода (90-92 %) и сухой остаток (8-10 %) т.е. вещества, растворенные в ней. Сухой остаток состоит из: органических (7-9%) и неорганических веществ (1%).
К органическим веществам плазмы относятся:
ü белки
ü небелковые азотсодержащие соединения
ü безазотистые органические вещества
ü Белки составляют 6-8 % и представлены тремя основными группами: альбуминами (3,5 – 5,5%),глобулинами (2,0 – 3,6%) и фибриногеном (0,2 – 0,6%).
Белки плазмы крови выполняют разнообразные функции: 1) обеспечивают онкотическое давление; 2) регулируют водный гомеостаз; 3) определяют вязкость и свертываемость крови; 4) обеспечивают иммунный гомеостаз (иммунные антитела); 5) поддерживают кислотно-основной гомеостаз (белковый буфер);
6) участвуют в транспорте многих веществ; 7) осуществляют питательную функцию (резерв аминокислот).
Данные по основным белкам. Альбумины сотавляют 60% всех белков плазмы имеет небольшой молекулярный вес и создают 80% онкотического давления. Синтезируются в печени.
Глобулины - крупномолекулярные белки, имеют фракции альфа, бетта и гамма.
Альфа-глобулины переносят гормоны, витамины, микроэлементы, липиды.
Бетта-глобулины переносят холестерин, стероиды, транспорт железа, многие факторы свертывания крови.
Гамма-глобулины – включают антитела, сюда же относятся анта-А и анти-В антитела (а- и в-агглютинины) крови.
Глобулины образуются в печени, костном мозге, селезенке, лимфатических узлах.
Фибриноген (относится к бетта-глобулинам) – это фактор свертывания крови. Под воздействием тромбина он переходит в нерастворимую форму фибрин, обеспечивая образование сгустка крови. Фибриноген образуется в печени.
Липопротеиды связывают, поступающие в кровь, лекарственные вещества.
ü К небелковым азотсодержащим соединениям относятся аминокислоты, полипептиды, мочевина, мочевая кислота, креатинин, аммиак.
ü Из безазотистых органических веществ в плазме крови содержится глюкоза, нейтральные жиры, липиды, молочная и пировиноградная кислоты, витамины, гормоны.
Количество глюкозы в плазме составляет 3,5 – 6,1 ммоль/л, или 65 – 110 мг%
является жесткой константой. Если ее количество будет меньше 2,22 ммоль/л (гипогликемия), то у человека появляются судороги, затем кома и смерть.
К неорганическим веществам (минеральным веществам) плазмы крови (1%) относятся ионы: Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, угольной, хлористоводородной и фосфорной кислот и ряд других ионов; микроэлементы: медь, кобальт, цинк, селен, марганец, хром, стронций и др.
Cодержание катионов является более жесткой величиной, чем концентрация анионов. Ионы обеспечивают нормальную функцию всех клеток организма, обуславливают осмотическое давление, регулируют рН.
Если поместить эритроциты в солевой раствор, имеющий одинаковое осмотическое давление с кровью, то они не изменяют свой объем. Такой раствор называют изотоническим или физиологическим. В медицине для частичного восполнения потерь крови используют 0,85% раствор хлористого натрия (NaCI).
В растворе, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови, или гипертоническом, эритроциты сморщиваются, так как вода выходит из них в раствор.
В растворе с более низким осмотическим давлением, чем давление крови, или гипотоночиском, эритроциты набухают в результате перехода воды из раствора в клетку и лопаются. Разрушение эритроцитов с выходом гемоглобина в окружающую среду называется гемолизом, кровь становится красной и прозрачной. Такая кровь называется лаковой кровью.
Микроэлементы играют важную роль в процессах метаболизма клеток и их функций, т.к. входят в состав ферментов, участвующих в гемопоэзе.