Кровь совмещает в себе свойства коллоидных растворов, электролитов и суспензии. К физико-химическим показателям крови относятся: относительная плотность (удельный вес), вязкость, рН, осмотическое давление, онкотическое давление, скорость оседания эритроцитов (СОЭ).
Для оценки относительной плотности и вязкости крови используют условные единицы, которые показывают, во сколько раз плотность или вязкость крови (плазмы) больше соответствующих показателей для дистиллированной воды.
Удельный вес цельной крови равен 1,050-1,060, а плазмы – 1,028-1,032.
Вязкость крови равна 5 усл.ед., а плазмы крови 1,7-2,0 усл.ед.
К факторам, влияющим на вязкость крови, относятся форменные элементы крови (особенно количество эритроцитов, их форма и эластичность), количественный и качественный состав белков плазмы крови, температура крови, скорость кровотока (чем выше скорость кровотока, тем меньше вязкость крови) и диаметр сосуда (чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость крови). Повышение вязкости крови влечет за собой возрастание сопротивления току крови, и как следствие повышение артериального давления, снижение линейной скорости кровотока и возрастание риска тромбообразования.
Осмотическое давление крови – это давление, обусловленное растворенными в жидкой части крови осмотически активными веществами (основным осмотически активным веществом является хлорид натрия). В норме осмотическое давление плазмы крови должно быть равно 7,6 атм. Осмотическое давление крови обеспечивает обмен воды между клетками и внеклеточной средой, между внеклеточной средой и сосудами, между содержимым полых органов и кровью, поскольку вода через все мембраны в организме перемещается свободно путем осмоса. Осмос – это диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в область с более высокой концентрацией вещества. Осмотическую активность раствора характеризует такой показатель как осмолярность раствора. Осмолярность – это суммарная концентрация всех растворенных веществ в 1 литре раствора. В норме осмотическая активность плазмы крови равна 285-310 миллиосмоль/л.
В клинической практике широко используются такие понятия как изотонические, гипотонические и гипертонические растворы. Изотонические (физиологические) растворы – это растворы, которые имеют такую же осмотическую активность, как и плазма крови (285-310 миллиосмоль/л). К таким растворам относятся 0,9% раствор натрия хлорида, 1,1% раствор калия хлорида, 5,5% раствор глюкозы, 1,3% раствор бикарбоната натрия и т.д. Гипотонические растворы, соответственно, это растворы, которые имеют меньшую осмотическую активность, чем плазма крови (менее 285 миллиосмоль/л), а гипертонические растворы – большую (более 310 миллиосмоь/л). Эритроциты, как известно, в изотонических растворах не меняют свой объем. В гипертонических растворах размер эритроцитов уменьшается, в гипотонических растворах – увеличиваются вплоть до разрыва их оболочки.
Онкотическое давление крови — это часть осмотического давления плазмы крови обусловленного белками плазмы крови. Оно составляет около 0,5% осмотического давления и равна 0,03-0,04 атм., или 25-30 мм. рт.ст. Белки обладают свойством притягивать и удерживать вокруг себя воду и благодаря этому свойству они образуют онкотическое давление плазмы крови, которое способствует притягиванию и сохранению жидкости в сосудистом русле. Онкотическое давление более чем на 80% определяется альбуминами, так как альбумины являются наиболее многочисленными из всех белков плазмы крови. Онкотическое давление играет большую роль в обмене воды между кровью и тканями. Оно влияет на процессы образования тканевой жидкости, лимфы, мочи, всасывания воды в кишечнике. Крупные молекулы белков плазмы крови, как правило, не проходят через эндотелий капилляров. Оставаясь в кровотоке, они удерживают в крови некоторое количество воды в соответствии с величиной их онкотического давления.
рН крови и поддержание ее постоянства. Буферные системы крови. Активная реакция крови (рН) обусловлена соотношением в ней водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов. рН крови поддерживает оптимальную активность ферментов, структурных белков, витаминов и других биологически активных веществ, участвующих в процессах метаболизма; влияет на транспорт веществ через клеточные мембраны, на возбудимость мембран, способность гемоглобина связывать кислород и углекислый газ.
Показатель рН относится к самым жестким константам. Даже небольшие его изменения, например сдвиг на 0,1, сопряжены с нарушением функций дыхания и сердечно-сосудистой деятельности; снижение рН на 0,3 вызывает ацидотическую кому, а на 0,4 — несовместимо с жизнью.
Кровь имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови равна 7,4; рН венозной крови — 7,34 из-за большого содержания в ней углекислого газа. Сдвиг рН в кислую сторону (7,30-7,0) называется «ацидоз», сдвиг в щелочную сторону (7,45-7,8) - «алкалоз».
Несмотря на непрерывное поступление в кровь углекислоты, молочной кислоты и других кислых продуктов метаболизма, рН крови сохраняется на постоянном уровне благодаря наличию буферных систем крови, а также деятельностью органов выделения, удаляющих из организма избыток углекислого газа, кислот и щелочей. В крови содержится 4 буферных системы: гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная и белковая. Каждая буферная система состоит из слабой кислоты и сопряженного с ней основания.
Гемоглобиновый буфер является самым главным буфером крови, обеспечивает 80% всей буферной емкости крови. Находится в эритроцитах. Представлен дезоксигемоглобином (ННb) и оксигемоглобином (КНbО2). При накоплении в эритроцитах избытка водородных ионов дезоксигемоглобин, теряя ион калия, присоединяет к себе Н+ (связывает ионы водорода). Этот процесс происходит в период прохождения эритроцита по тканевым капиллярам, благодаря чему не возникает закисления крови, несмотря на поступление в кровь большого количества угольной кислоты. В легочных капиллярах в результате повышения парциального напряжения кислорода гемоглобин присоединяет кислород, отдавая ион водорода, которые используются для образования угольной кислоты и в дальнейшем выделяется из легких в виде воды.
Карбонатный буфер состоит из бикарбоната натрия (NaHCO3) и угольной кислоты (H2СО3). При появлении в крови избытка ионов водорода в реакцию вступает бикарбонат натрия, в результате чего образуется нейтральная соль и угольная кислота. Т.е. происходит замена сильной кислоты (хорошо диссоциирующей на анион и ион водорода) на более слабую кислоту (она слабо диссоциирует на анион и ион водорода), какой является угольная кислота. Избыток угольной кислоты выделяется легкими.
При появлении в крови избытка щелочи в реакцию вступает угольная кислота, в результате чего образуется бикарбонат натрия и вода. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки.
Таким образом, благодаря легким и почкам соотношение между бикарбонатом и угольной кислотой поддерживается на постоянном уровне 20:1. Кстати, это соотношение свидетельствует о том, что щелочной компонент буфера (или т.н. щелочной резерв) должен быть больше кислотного компонента, так как образование кислых продуктов в организме выше, чем образование щелочных продуктов. В клинике бикарбонатный буфер широко применяется для коррекции КОС.
Фосфатный буфер представлен солями фосфорной кислоты, двух- и однозамещенным натрием (Na2HPO4 и NaH2PO4) в соотношении 4:1. При появлении в среде кислого продукта образуется однозамещенный фосфат – менее кислый продукт, а при защелачивании – двухзамещенный фосфат. Избыток каждого компонента буфера выводится с мочой.
Белковый буфер образован белками плазмы крови. За счет наличия в составе белков плазмы щелочных и кислых аминокислот белок обладает амфотерными свойствами: в кислой среде ведут себя как основания, связывая свободные ионы водорода, и тем самым препятствуя закислению среды; а в щелочной среде белки ведут себя как кислоты.
Сыворотка крови к закислению устойчива в 300-400 раз, а к защелачиванию – в 40-70 раз. Это свидетельствует о том, что кровь более устойчива к закислению. Это объясняется тем, что большинство продуктов метаболизма – кислые, поэтому в процессе эволюции выработалась более мощная защита к закислению. Это особенно важно при накоплении большого количества кислых продуктов в результате интенсивного метаболизма.