Физико химические свойства плазмы крови. Физико-химические свойства крови: вязкость, удельный вес, осмотическое и онкотическое давление. Физико-химические свойства крови и плазмы
Кровь представляет собой суспензию, в которой жидкая фаза - плазма, а частицы - форменные элементы. Как и все другие клетки организма, мембраны эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов поляризованы, причем наружная поверхность мембран заряжена положительно по отношению к внутренней. Вокруг клеток крови, как и эндотелиальных клеток, формируется облако отрицательных зарядов. Благодаря одноименным зарядам клетки крови отталкиваются друг от друга и от стенок кровеносных сосудов. При потере зарядов форменные элементы крови могут склеиваться и слипаться.
Кровь обладает следующими физико-химическими свойствами: плотностью, вязкостью, поверхностным натяжением, кислотно-щелочным равновесием (рН), коллоидно-осмотическим давлением и свертыванием.
Плотность и вязкость крови. Плотность (удельная масса) крови - это масса единицы объема. Плотность цельной крови равна 1,045...1,055. Это означает, что 1 мл крови имеет массу 1,045...1,055 г, а 1 л крови - 1,045.„1,055 кг. Поэтому концентрацию веществ в крови выражают в граммах, в миллиграммах или молях, содержащихся в 1 л крови. Например, выражение 8 г/л означает, что в 1 л крови содержится 8 г какого-то вещества. Допускается также расчет концентрации не на 1 л, а на 100 мл крови (г/100 мл или г/%).
Плотность плазмы крови равна 1,025... 1,034, а эритроцитов - 1,090. Большая плотность эритроцитов по сравнению с плазмой объясняется наличием в них железа. Благодаря разной плотности эритроциты и плазму можно разделить при центрифугировании или отстаивании.
Плотность крови зависит от количества в ней эритроцитов, гемоглобина, белков и солей в плазме. Большое количество липидов в плазме крови снижает ее плотность.
Вязкость крови - это сила внутреннего трения, или сцепления, частиц жидкости. Она в 4...5 раз больше вязкости дистиллированной воды, это величина относительной вязкости крови. Чем больше эритроцитов в крови, тем больше вязкость крови. Увеличивают вязкость крови глобулярные белки, особенно фибриноген. Альбумины в меньшей степени влияют на вязкость.
Интересно, что вязкость крови, движущейся по кровеносным сосудам (in vivo), отличается от вязкости крови, взятой для исследования (in vitro). In vivo вязкость крови зависит от длины и диаметра сосуда, от скорости кровотока. Например, в крупных сосудах, где большая скорость движения крови, форменные элементы перемещаются ближе к оси сосуда, а вблизи стенок течет плазма с меньшей вязкостью. В капиллярах вязкость крови уменьшается, так как форменные элементы могут проходить только по одному, а между ними располагается столбик плазмы. При резком замедлении тока крови эритроциты могут слипаться и образовывать большие скопления - конгломераты. В этом случае вязкость крови увеличивается.
Чем больше вязкость, тем больше сердцу приходится работать, чтобы проталкивать кровь по сосудам. Поэтому вязкость крови значительно влияет на гемодинамику и формирование кровяного давления.
Поверхностное натяжение крови. Поверхностное натяжение крови - это сила сцепления или взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости, направленная от поверхности внутрь. Поверхностное натяжение крови ниже, чем у воды, за счет присутствия в ней поверхностно-активных веществ (ПАВ): низкомолекулярных жирных кислот, желчных кислот, различных ароматических веществ.
При увеличении в крови ПАВ поверхностное натяжение вначале уменьшается, но затем быстро - в течение нескольких минут - восстанавливается до первоначального уровня. Считают, что в этих реакциях участвуют катионы кальция, которые осаждают различные органические кислоты, влияющие на поверхностное натяжение.
Поддержание постоянства поверхностного натяжения крови важно для нормальной транспортировки веществ между кровью и тканями и для движения крови по сосудам.
Кислотно-щелочное равновесие (КЩР) крови. В крови имеются кислотные и щелочные ионы. Суммарный заряд щелочных ионов больше, чем кислотных, и их соотношение называется кислотно-щелочным равновесием крови. Поэтому реакция крови слабоще-почная и рН составляет 7,35. Показатель концентрации водородных ионов (рН) является одним из самых жестких констант организма. Это связано с тем, что любая химическая реакция протекает при" оптимальном для нее уровне рН. Всякое изменение рН крови ведет к нарушению сердечной деятельности, дыхания, рабо-
ты мозга, печени и других органов. Сдвиг рН крови на несколько десятых, особенно в кислую сторону, несовместим с жизнью.
Между тем в кровь постоянно поступают различные вещества, способные нарушить рН крови. Они всасываются из пищеварительного тракта, реабсорбируются из канальцев почек, образуются в тканях. Среди метаболитов преобладают кислые вещества - угольная и молочная кислоты, кислые фосфаты и сульфаты, желчные кислоты и др. Но, несмотря на непрерывное изменение состава крови, ее рН остается на постоянном уровне. Как это происходит? Регуляция кислотно-щелочного равновесия осуществляется как химическими, так и физиологическими механизмами.
Химические механизмы регуляции протекают на молекулярном уровне. К ним относятся буферные системы крови и щелочной резерв. Физиологическая регуляция включает сложные нейрогуморальные механизмы, затрагивающие функции различных систем органов.
Буферные системы крови - это вещества, которые могут взаимодействовать либо с кислотными, либо с щелочными ионами, поступающими в кровь, и нейтрализовывать их. В результате химических реакций рН крови не изменяется, а уменьшается буферная емкость крови. При этом сами компоненты буферных систем не влияют на активную реакцию крови. Три буферные системы - би-карбонатная, фосфатная и белковая - находятся в плазме крови и одна - гемоглобиновая - в эритроцитах.
Бикарбонатная буферная система состоит из угольной кислоты (Na 2 C0 3) и бикарбонатов натрия и калия (NaHC0 3 и КНС0 3). При попадании в кровь какой-либо кислоты, более сильной, чем угольная, она взаимодействует с бикарбонатами. В результате образуются нейтральная соль и угольная кислота. Угольная кислота нестойкая, она разлагается на воду и диоксид углерода; последний выводится через легкие. При появлении в крови избытка щелочных ионов они взаимодействуют с угольной кислотой и реакция крови не изменяется.
Фосфатная буферная система образована первичным (NaHjPO^ и вторичным (Na 2 HP04) фосфатом натрия. Первичный фосфат обладает свойствами слабой кислоты, вторичный - слабой щелочи. Емкость этой системы небольшая, но она имеет важное значение в регуляции выделения фосфорных солей почками.
Белковая буферная система плазмы крови выполняет свою функцию благодаря тому, что белки являются амфотерными соединениями и могут нейтрализовывать как кислоты, так и щелочи.
Гемоглобиновая буферная система находится в эритроцитах. Если буферные свойства крови принять за 100 %, то 75 % приходится на гемоглобиновую. Она состоит из оксигемоглобина, т. е. соединения гемоглобина с кислородом, и восстановленного гемоглобина, т. е. освободившегося от кислорода. Механизм работы гемоглобиновой буферной системы заключается в следующем.
В тканевых капиллярах оксигемоглобин, отдавая кислород, превращается в восстановленный гемоглобин. Это вещество является очень слабой кислотой и существенно не влияет на рН крови. В легочных капиллярах диоксид углерода выводится из крови, и реакция крови могла бы измениться в щелочную сторону. Однако этого не происходит, так как образующийся оксигемоглобин обладает кислотными свойствами и предотвращает защелачивание крови.
Таким образом, значение буферных систем заключается в том, что рН крови может довольно долго оставаться на уровне 7,35, несмотря на поступление в кровь кислотных или щелочных компонентов.
Щелочной резерв крови - это сумма всех щелочных веществ крови, главным образом бикарбонатов натрия и калия. Величину щелочного резерва крови определяют по количеству диоксида углерода, которое может выделиться из бикарбонатов при взаимодействии с кислотой. В среднем щелочной резерв крови составляет 55...60 см 3 . Чем больше щелочной резерв крови, тем лучше она защищена от кислых метаболитов. Поэтому у высокопродуктивных молочных коров, у спортивных лошадей с более интенсивным обменом веществ щелочной резерв крови находится на верхней границе нормы. Для повышения щелочного резерва в некоторых случаях в качестве подкормки жвачным животным дают питьевую соду - бикарбонат натрия, особенно это эффективно при скармливании кислого силоса.
Наряду с щелочным резервом в крови имеется и кислотный резерв, или кислотная емкость крови. Кислотная емкость крови имеет меньшее физиологические значение, но она необходима для нейтрализации избытка щелочных ионов.
Таким образом, при увеличении содержания в крови кислотных или щелочных компонентов прежде всего КЩР крови восстанавливается на молекулярном уровне за счет буферных систем или щелочного резерва, что не требует активного участия нейрогумо-ральных механизмов.
Если же молекулярные механизмы не способны сохранить КЩР, то наступают активные изменения в работе выделительных систем организма - почек, потовых желез, легких и пищеварительного тракта.
Почки нейтрализуют или удаляют из крови избыток либо кислотных, либо щелочных солей. Поэтому реакция мочи может колебаться в широких пределах - от 5,7 до 8,7. Потовые железы выполняют ту же функцию, удаляя из организма главным образом кислые ионы. Через легкие выводится из крови диоксид углерода, поэтому при повышенной концентрации углекислоты в крови наступает одышка, имеющая компенсаторное значение.
Большое значение в регуляции рН крови имеют железы пище-нарительного тракта. В печени происходит нейтрализация сернокислых соединений, аммиака. Со слюной, поджелудочным и ки-
Шечным соками выделяется много бикарбонатов. Например, со слюной у крупного рогатого скота за сутки удаляется до 300 г бикарбонатов. Энергичным способом удаления из крови водородных ионов является перевод их в состав желудочного сока. Обкладоч-ные железы желудка синтезируют из поступающих с кровью водородных ионов и ионов хлора соляную кислоту, а также переводят в желудочный сок органические кислоты. Этим, кстати, объясняется хорошо известный факт: после напряженной мышечной работы усталость проходит после еды. И дело не в восстановлении затраченных калорий, ибо из пищи питательные вещества так быстро не всасываются, а в выделении из крови в желудок молочной кислоты и других метаболитов, накопившихся в результате мышечной деятельности.
Физиологические механизмы, участвующие в регуляции КЩР и рН крови, включают в себя рецепторы, улавливающие концентрацию водородных ионов, афферентные нервные пути, нервные центры, эфферентные нервы и органы-эффекторы.
Итак, рН крови имеет постоянную величину, что достигается как молекулярными, так и физиологическими регуляторными механизмами. Тем не менее кислотно-щелочной баланс может изменяться. При некоторых физиологических и патологических реакциях возможно увеличение в крови кислых или щелочных продуктов. Сдвиг КЩР в кислую сторону называется ацидозом, а в щелочную - алкалозом.
По величине сдвига КЩР ацидозы и алкалозы бывают компенсированными и некомпенсированными. Вначале при поступлении в кровь избытка кислот или щелочей рН крови не изменяется, но уменьшается запас буферной емкости. Такой ацидоз или алкалоз - без сдвига рН - называется компенсированным, так как он компенсирован за счет запаса имевшегося в крови щелочного или кислотного резерва. Компенсированные ацидозы и алкалозы наблюдаются часто у здоровых животных и отличаются кратковременностью.
Когда буферная емкость крови окажется исчерпанной, тогда реакция крови, естественно, изменяется. Такой ацидоз или алкалоз, когда изменяется рН крови, называется некомпенсированным.
По механизмам возникновения ацидозы и алкалозы могут быть газовыми и негазовыми. Газовый ацидоз наблюдается при затруднении дыхания, при содержании животных в душных, плохо вентилируемых помещениях. В крови тогда накапливается диоксид углерода, превращающийся в угольную кислоту. Негазовый, или метаболический, ацидоз возникает при накоплении в крови не угольной кислоты, а других кислот - молочной, фосфорной и др. Это возможно, например, при тяжелой мышечной работе или при скармливании большого количества кислого силоса.
Алкалозы встречаются реже, чем ацидозы. Газовый алкалоз возможен при усиленной вентиляции легких, когда кровь содержит
меньше диоксида углерода и защелачивается. Негазовый алкалоз обычно связан с поступлением в организм большого количества щелочных солей, в этом случае увеличивается резервная щелочность крови.
Коллоидно-осмотическое давление крови. Осмотическое давление - это сила, которая вызывает перемещение воды или растворенных в ней веществ через полупроницаемые мембраны. В организме все мембраны - сосудистые стенки, оболочки клеток или поверхности внутриклеточных образований - полупроницаемые. Они хорошо пропускают воду, но избирательно - растворенные вещества. Перемещение веществ между клетками, тканевой жидкостью и кровью зависит от их концентрации. Чем больше концентрация растворенных веществ, тем больше осмотическое давление данной жидкости.
В основном осмотическое давление крови определяется концентрацией минеральных солей. Их суммарное количество в плазме крови составляет около 0,9 г в 100 мл, это соответствует осмотическому давлению в 7,6 ати, или 5776 мм рт. ст. Органические вещества (например, глюкоза) мало влияют на величину осмотического давления. Объясняется это тем, что молекулы органических веществ намного крупнее неорганических ионов, поэтому в единице объема количество их частиц (молекул) меньше; осмотическое же давление зависит именно от числа молекул растворенного вещества.
Вещества, растворенные в плазме крови, переходят через мембраны из более концентрированного раствора в менее концентрированный, а вода, наоборот, из среды с меньшей концентрацией в большую. Постоянство осмотического давления крови имеет значение для обмена веществами между кровью, тканевой жидкостью и клетками и является столь же необходимым условием для жизни, как и другие показатели гомеостаза - рН, температура.
Рассмотрим на примере эритроцитов, как изменяются свойства клеток в растворах с разным осмотическим давлением. Внутри эритроцитов (в цитоплазме) такая же концентрация солей, как и в плазме крови, т. е. внутренняя среда эритроцитов изотонична плазме крови. Если эритроциты отделить от плазмы крови и поместить их в раствор соли с более высокой концентрацией (гипертонический), чем внутри эритроцитов, то вода будет переходить из эритроцитов в раствор до выравнивания осмотического давления по обе стороны мембраны. Эритроциты будут обезвоживаться, сморщиваться, уменьшаться в размере. Вначале этот процесс обратимый, и если эритроциты вернуть в изотонический раствор, то они восстановят и свою форму, и функции. В условиях, когда градиент концентрации солей по обе стороны мембраны большой, а эритроциты длительное время находятся в них, они погибают.
В растворах с более низкой концентрацией солей (гипотонический), чем внутри эритроцитов, вода под действием осмотического давления переходит в эритроциты. Эритроциты вби-
Рают в себя воду, из двояковогнутых становятся сферическими (шарообразными), увеличиваются в объеме и разрываются. Такое явление - разрушение эритроцитов и выход из них гемоглобина - называется гемолизом (буквально - растворение крови). Гемолиз, произошедший в гипотоническом растворе, называется осмотическим.
Исходя из изложенного, следует помнить, что внутривенно можно вводить лишь те растворы, которые изотоничны крови, т. е. имеют такое же осмотическое давление, как и плазма крови. Такие растворы называются физиологическими. Самый элементарный физиологический раствор - это раствор хлорида натрия концентрацией 0,85 % для млекопитающих и птицы и 0,65 % - для холоднокровных животных.
Поскольку плазма крови содержит коллоиды (белки), то кровь обладает также и коллоидным давлением. Коллоидное давление называется также онкотическим (греч. onkos - припухание, вздутость). Оно составляет 15...35 мм рт. ст., т. е. менее 1 % от осмотического. Однако значение онкотического давления велико: это та сила, которая удерживает воду внутри сосудов и способствует переходу ее из тканевой жидкости в кровь. Это связано с гидрофильными свойствами белков плазмы крови. Онкотическим это давление называется потому, что при уменьшении его (например, при голодании, когда снижается содержание белков в крови) вода не удерживается в кровеносных сосудах и переходит в ткани, появляются «голодные» отеки. Внешний вид создается такой, будто ткани опухают.
Коллоидно-осмотическое давление складывается из осмотического и онкотического. При необходимости введения в кровь большого количества жидкостей или для перфузии органов и искусственного кровообращения, а также для выращивания культуры тканей следует учитывать не только осмотическое и онкоти-ческое давление, но и оптимальный набор минеральных веществ. Поэтому физиологические растворы могут содержать кроме хлорида натрия и другие вещества. Так, в растворе Рингера содержатся хлориды натрия, калия, кальция и бикарбонат натрия. В раствор Локка кроме перечисленных компонентов входит глюкоза, а в раствор Тироде - хлорид магния и однозамещенный фосфат натрия. Более сложные растворы в своем составе имеют белки (альбумины) и поэтому называются плазмозамещающими растворами. Такие растворы в большей степени соответствуют плазме крови, так как имеют оптимальное коллоидно-осмотическое давление, реакцию, соответствующую крови, и соотношение различных компонентов.
В бывш. СССР была разработана искусственная кровь, содержащая помимо определенных катионов и анионов и других свойственных плазме крови компонентов фторуглеродные соединения, способные связывать и переносить кислород. Эту жидкость, а ее
назвали «голубой кровью», можно использовать для замещения крови вместо донорской.
Регуляция коллоидно-осмотического давления. Коллоидное давление крови зависит от содержания белков и, следовательно, обусловлено регуляцией белкового обмена. Осмотическое давление крови подвержено более частым колебаниям, обычно не выходящим из физиологических границ благодаря сложным регуляторным взаимодействиям между кровью и органами.
Рассмотрим следующий опыт: лошади ввели в вену 7 л 5%-ного раствора сульфата натрия. По расчету это должно повысить осмотическое давление крови в два раза, однако уже через 10 мин оно восстановилось. Каким образом происходит восстановление осмотического давления?
Процесс начинается с перераспределения воды между кровью и тканевой жидкостью. Если этого недостаточно и осмотическое давление не восстанавливается, то вступают в действие более сложные регуляторные механизмы.
В стенках кровеносных сосудов имеются рецепторные клетки, чувствительные к изменению осмотического давления крови. Эти клетки называются осморецепторами. Помимо кровеносных сосудов они находятся также в определенных структурах мозга, например в гипоталамусе (промежуточный мозг). При изменении осмотического давления крови в осморецепторах возникает потенциал действия, который по центростремительным нервным волокнам передается в гипоталамус и в кору больших полушарий. Центробежные нервные пути идут к выделительным органам. При участии почек, потовых желез, желудочно-кишечного тракта из организма уменьшается или увеличивается выделение воды и солей. Одновременно регулируется активность центра жажды, что вызывает изменение потребления животным воды и солей.
В эфферентную часть рефлекторной дуги часто вовлекаются как самостоятельные звенья железы внутренней секреции - гипофиз, надпочечники, щитовидная и паращитовидные железы, и их гормоны влияют на выделение воды и отдельных минеральных веществ из организма.
Таким образом, при изменении коллоидно-осмотического давления крови включаются нейрогуморальные механизмы, быстро восстанавливающие нормальные параметры крови.
Определение понятия системы крови
Система крови (по Г.Ф. Лангу, 1939) — совокупность собственно крови, органов кроветворения, кроверазрушения (красный костный мозг, тимус, селезенка, лимфатические узлы) и нейрогуморальных механизмов регуляции, благодаря которым сохраняются постоянство состава и функции крови.
В настоящее время систему крови функционально дополняют органами синтеза белков плазмы (печень), доставки в кровоток и выведения воды и электролитов (кишечник, ночки). Важнейшими особенностями крови как функциональной системы являются следующие:
- она может выполнять свои функции, только находясь в жидком агрегатном состоянии и в постоянном движении (по кровеносным сосудам и полостям сердца);
- все ее составные части образуются за пределами сосудистого русла;
- она объединяет работу многих физиологических систем организма.
Состав и количество крови в организме
Кровь — это жидкая соединительная ткань, которая состоит из жидкой части - и взвешенных в ней клеток - : (красных клеток крови), (белых клеток крови), (кровяных пластинок). У взрослого человека форменные элементы крови составляют около 40-48%, а плазма — 52-60%. Это соотношение получило название гематокритного числа (от греч.haima - кровь,kritos - показатель). Состав крови приведен на рис. 1.
Рис. 1. Состав крови
Общее количество крови (сколько крови) в организме взрослого человека в норме составляет 6-8% массы тела, т.е. примерно 5-6 л.
Физико-химические свойства крови и плазмы
Сколько крови в организме человека?
На долю крови у взрослого человека приходится 6-8% массы тела, что соответствует приблизительно 4,5-6,0 л (при средней массе 70 кг). У детей и у спортсменов объем крови в 1,5-2,0 раза больше. У новорожденных он составляет 15% от массы тела, у детей 1-го года жизни — 11%. У человека в условиях физиологического покоя не вся кровь активно циркулирует по сердечно-сосудистой системе. Часть ее находится в кровяных депо — венулах и венах печени, селезенки, легких, кожи, скорость кровотока в которых значительно снижена. Общее количество крови в организме сохраняется на относительно постоянном уровне. Быстрая потеря 30-50% крови может привести организм к гибели. В этих случаях необходимо срочное переливание препаратов крови или кровезамещающих растворов.
Вязкость крови обусловлена наличием в ней форменных элементов, прежде всего эритроцитов, белков и липопротеинов. Если вязкость воды принять за 1, то вязкость цельной крови здорового человека составит около 4,5 (3,5-5,4), а плазмы — около 2,2 (1,9-2,6). Относительная плотность (удельный вес) крови зависит в основном от количества эритроцитов и содержания белков в плазме. У здорового взрослого человека относительная плотность цельной крови составляет 1,050- 1,060 кг/л, эритроцитарной массы — 1,080-1,090 кг/л, плазмы крови — 1,029-1,034 кг/л. У мужчин она несколько больше, чем у женщин. Самая высокая относительная плотность цельной крови (1,060-1,080 кг/л) отмечается у новорожденных. Эти различия объясняются разницей в количестве эритроцитов в крови людей разного пола и возраста.
Показатель гематокрита — часть объема крови, приходящаяся на долю форменных элементов (прежде всего, эритроцитов). В норме показатель гематокрита циркулирующей крови взрослого человека составляет в среднем 40-45% (у муж- чип — 40-49%, у женщин — 36-42%). У новорожденных он приблизительно на 10% выше, а у маленьких детей — примерно на столько же ниже, чем у взрослого человека.
Плазма крови: состав и свойства
Осмотическое давление крови, лимфы и тканевой жидкости определяет обмен воды между кровью и тканями. Изменение осмотического давления жидкости, окружающей клетки, ведет к нарушению в них водного обмена. Это видно на примере эритроцитов, которые в гипертоническом растворе NaCl (много соли) теряют воду и сморщиваются. В гипотоническом растворе NaCl (мало соли) эритроциты, наоборот, набухают, увеличиваются в объеме и могут лопнуть.
Осмотическое давление крови зависит от растворенных в ней солей. Около 60% этого давления создается NaCl. Осмотическое давление крови, лимфы и тканевой жидкости приблизительно одинаково (примерно 290-300 мосм/л, или 7,6 атм) и отличается постоянством. Даже в случаях, когда в кровь поступает значительное количество воды или соли, осмотическое давление не претерпевает значительных изменений. При избыточном поступлении в кровь вода быстро выводится почками и переходит в ткани, что восстанавливает исходную величину осмотического давления. Если же в крови повышается концентрация солей, то в сосудистое русло переходит вода из тканевой жидкости, а почки начинают усиленно выводить соль. Продукты переваривания белков, жиров и углеводов, всасывающиеся в кровь и лимфу, а также низкомолекулярные продукты клеточного метаболизма могут изменять осмотическое давление в небольших пределах.
Поддержание постоянства осмотического давления играет очень важную роль в жизнедеятельности клеток.
Концентрация водородных ионов и регуляция рН крови
Кровь имеет слабощелочную среду: рН артериальной крови равен 7,4; рН венозной крови вследствие большого содержания в ней углекислоты составляет 7,35. Внутри клеток рН несколько ниже (7,0-7,2), что обусловлено образованием в них при метаболизме кислых продуктов. Крайними пределами изменений рН, совместимыми с жизнью, являются величины от 7,2 до 7,6. Смещение рН за эти пределы вызывает тяжелые нарушения и может привести к смерти. У здоровых людей колеблется в пределах 7,35-7,40. Длительное смещение рН у человека даже на 0,1 -0,2 может оказаться гибельным.
Так, при рН 6,95 наступает потеря сознания, и если эти сдвиги в кратчайший срок не ликвидируются, то неминуем летальный исход. Если рН становится равен 7,7, то наступают тяжелейшие судороги (тетания), что также может привести к смерти.
В процессе обмена веществ ткани выделяют в тканевую жидкость, а следовательно, и в кровь «кислые» продукты обмена, что должно приводить к сдвигу рН в кислую сторону. Так, в результате интенсивной мышечной деятельности в кровь человека может поступать в течение нескольких минут до 90 г молочной кислоты. Если это количество молочной кислоты прибавить к объему дистиллированной воды, равному объему циркулирующей крови, то концентрация ионов возрастет в ней в 40 000 раз. Реакция же крови при этих условиях практически не изменяется, что объясняется наличием буферных систем крови. Кроме того, в организме рН сохраняется за счет работы почек и легких, удаляющих из крови углекислый газ, избыток солей, кислот и щелочей.
Постоянство рН крови поддерживается буферными системами: гемоглобиновой, карбонатной, фосфатной и белками плазмы.
Буферная система гемоглобина самая мощная. На ее долю приходится 75% буферной емкости крови. Эта система состоит из восстановленного гемоглобина (ННb) и его калиевой соли (КНb). Буферные свойства ее обусловлены тем, что при избытке Н + КНb отдает ионы К+, а сам присоединяет Н+ и становится очень слабо диссоциирующей кислотой. В тканях система гемоглобина крови выполняет функцию щелочи, предотвращая закисление крови вследствие поступления в нее углекислого газа и Н+ -ионов. В легких гемоглобин ведет себя как кислота, предотвращая защелачивание крови после выделения из нее углекислоты.
Карбонатная буферная система (Н 2 СО 3 и NaHC0 3) по своей мощности занимает второе место после системы гемоглобина. Она функционирует следующим образом: NaHCO 3 диссоциирует на ионы Na + и НС0 3 - . При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, происходит реакция обмена ионами Na+ с образованием слабо диссоциирующей и легко растворимой Н 2 СО 3 Таким образом, предотвращается повышение концентрации Н + -ионов в крови. Увеличение в крови содержания угольной кислоты приводит к ее распаду (под влиянием особого фермента, находящегося в эритроцитах, — карбоангидразы) на воду и углекислый газ. Последний поступает в легкие и выделяется в окружающую среду. В результате этих процессов поступление кислоты в кровь приводит лишь к небольшому временному повышению содержания нейтральной соли без сдвига рН. В случае поступления в кровь щелочи, она реагирует с угольной кислотой, образуя гидрокарбонат (NaHC0 3) и воду. Возникающий при этом дефицит угольной кислоты немедленно компенсируется уменьшением выделения углекислого газа легкими.
Фосфатная буферная система образована дигидрофосфатом (NaH 2 P0 4) и гидрофосфатом (Na 2 HP0 4) натрия. Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота. Второе соединение обладает щелочными свойствами. При введении в кровь более сильной кислоты она реагируете Na,HP0 4 , образуя нейтральную соль и увеличивая количество мало диссоциирующего дигидрофосфата натрия. В случае введения в кровь сильной щелочи она взаимодействует с ди гидрофосфатом натрия, образуя слабощелочной гидрофосфат натрия; рН крови при этом изменяется незначительно. В обоих случаях избыток ди гидрофосфата и гидрофосфата натрия выделяется с мочой.
Белки плазмы играют роль буферной системы благодаря своим амфотерным свойствам. В кислой среде они ведут себя как щелочи, связывая кислоты. В щелочной среде белки реагируют как кислоты, связывающие щелочи.
Важная роль в поддержании рН крови отводится нервной регуляции. При этом преимущественно раздражаются хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон, импульсы от которых поступают в продолговатый мозг и другие отделы ЦНС, что рефлекторно включает в реакцию периферические органы — почки, легкие, потовые железы, желудочно-кишечный тракт, деятельность которых направлена на восстановление исходных величин рН. Так, при сдвиге рН в кислую сторону почки усиленно выделяют с мочой анион Н 2 Р0 4 -. При сдиге рН в щелочную сторону увеличивается выделение почками анионов НР0 4 -2 и НС0 3 -. Потовые железы человека способны выводить избыток молочной кислоты, а легкие — СО2.
При различных патологических состояниях может наблюдаться сдвиг рН как в кислую, так и в щелочную среду. Первый из них носит название ацидоз, второй - алкалоз.
Физико-химические свойства крови
Гиперволемия полицитемическая
Гиперволемия олигоцитемическая
Увеличение объема крови за счет плазмы (уменьшения гематокрита).
Развивается при задержке воды в организме в связи с заболеванием почек, при введении кровезаменителей. Ее можно моделировать в эксперименте путем внутривенного введения животным изотонического раствора натрия хлорида.
Увеличение объема крови за счет нарастания количества эритроцитов (увеличения гематокрита).
Наблюдается при длительной интенсивной физической работе.
Наблюдается также при понижении атмосферного давления, а также при различных заболеваниях, связанных с кислородным голоданием (порок сердца, эмфизема) и рассматривается как компенсаторное явление.
Однако при истинной эритремии (болезни Вакеза) полицитемическая гиперволемия является следствием разрастания клеток эритроцитарного ряда костного мозга.
Может наблюдаться во время мышечной работы [++736+ C.138-139]. Часть плазмы через стенки капилляров уходит из сосудистого русла в межклеточное пространство работающих мышц [++736+ C.138-139] (мышечный, тканевый рабочий отёк [НД55]). В результате объем циркулирующей крови уменьшается [++736+ C.138-139]. Поскольку форменные элементы остаются в сосудистом русле гематокрит повышается [++736+ C.138-139]. Это явление называется рабочей гемоконцентрацией (подробнее см [++736+ C.138-139]. 11 [++736+ C.138-139].2 [++736+ C.138-139].3) [++736+ C.138-139].
Рассмотрим конкретный случай (задачу) [++736+ C.138-139].
Как изменится гематокрит при физической работе, если объём крови в покое равен 5,5 л [++736+ C.138-139], объём плазмы - 2,9 л, который изменяется на 500 мл?
Объём крови в покое равен 5,5 л [++736+ C.138-139]. Из них 2,9 л составляет плазма и 2,6 л - форменные элементы крови, что соответствует гематокриту 47 % (2,6 / 5,5) [++736+ C.138-139]. Если во время работы из сосудов уходит 500 мл плазмы, объем циркулирующей крови снижается до 5 л [++736+ C.138-139]. Поскольку объем форменных элементов крови при этом не изменяется, гематокрит увеличивается - до 52 % (2,6 / 5,0) [++736+ C.138-139].
Подробнее Покровский I том С.280-284.
К физико‑химическим свойствам крови относят:
Плотность (абсолютную и относительную)
Вязкость (абсолютную и относительную)
Осмотическое давление, включающее онкотическое (коллоидно‑осмотическое) давление
Температуру
Концентрация водородных ионов (pH)
Суспензионная устойчивость крови, характеризуемая СОЭ
Цвет крови
Цвет крови определяется содержанием гемоглобина, ярко-красная окраска артериальной крови - оксигемоглобином , темно-красная с синеватым оттенком окраска венозной крови - восстановленным гемоглобином.
Плотность – объёмная масса
Относительная плотность крови составляет 1,058 - 1,062 и зависит преимущественно от содержания эритроцитов.
Относительная плотность плазмы крови в основном определяется концентрацией белков и составляет 1,029-1,032.
Плотность воды (абсолютная) = 1000 кг ·м -3 .
Вязкость крови
Подробнее Ремизов ++636+ С.148
Вязкость – внутреннее трение.
Вязкость воды (при 20ºС) 0,001 Па×с или 1 мПа×с.
Вязкость крови человека (при 37ºС) в норме 4-5 мПа×с, при патологии колеблется 1,7 ¸ 22,9 мПа×с.
Относительная вязкость крови в 4,5-5,0 раз больше вязкости воды. Вязкость плазмы не превышает 1,8-2,2.
Отношение вязкости крови и вязкости воды при той же температуре называютотносительной вязкостью крови.
Изменения вязкости крови как неньютоновской жидкости
Кровь – неньютоновская жидкость – вязкость анормальная, т.е. взкость крови величина непостоянная.
Вязкость крови в сосудах
Чем меньше скорость движения крови, тем больше вязкость крови. Это связано с обратимой агрегацией эритроцитов (образование монетных столбиков), прилипанием эритроцитов к стенкам сосудов.
Феномен Фареуса‑Линдквиста
В сосудах диаметром менее 500 мкм вязкость резко уменьшается и приближается к вязкости плазмы. Это связано с ориентацией эритроцитов вдоль оси сосуда и образованием «бесклеточной краевой зоной».
Вязкость крови и гематокрит
Вязкость крови зависит главным образом от содержания эритроцитов и в меньшей степени от белков плазмы.
Увеличение Ht сопровождается более быстрым возрастанием вязкости крови, чем при линейной зависимости
Вязкость венозной крови несколько больше, чем артериальной[Б56] .
Вязкость крови возрастает при опорожнении депо крови, содержащей большее число эритроцитов.
Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови.
Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, - уменьшают.
Вязкость крови влияет на скорости оседания эритроцитов (СОЭ).
Методы определения вязкости крови
Совокупность методов измерения вязкости называютвискозиметрией, а приборы, используемые для таких целей, -вискозиметрами.
Наиболее распространенные методы вискозиметрии:
падающего шарика
капиллярные
ротационные.
Капиллярный метод основан на формуле Пуазейля и заключается в измерении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном перепаде давлений.
Метод падающего шарика используется в вискозиметрах, основанных на законе Стокса.
Имеет огромное значение в обменных процессах организма человека. Она включает в себя плазму и взвешенные в ней форменные элементы: эритроциты, тромбоциты и лейкоциты, которые занимают около 40-45 %, на входящие в состав плазмы элементы приходится 55-60 %.
Что такое плазма?
Плазма крови является жидкостью с однотипной вязкой структурой светло-желтого цвета. Если рассматривать ее как взвесь, можно обнаружить кровяные клетки. Плазма обычно прозрачная, но употребление в пищу жирных продуктов может сделать ее мутной.
Каковы же основные свойства плазмы? Об этом далее.
Состав плазмы и функции её частей
Большая часть состава плазмы (92 %) занята водой. Помимо этого, она содержит такие вещества, как аминокислоты, глюкоза, белки, ферменты, минералы, гормоны, жир, а также жироподобные вещества. Главным белком является альбумин. Он имеет невысокую молекулярную массу и занимает более 50 % во всём объёме белков.
Состав и свойства плазмы интересуют многих студентов-медиков, и следующая информация будет для них полезной.
Белки принимают участие в обмене веществ и синтезе, регулируют онкотическое давление, отвечают за сохранность аминокислот, переносят разного рода вещества.
Также в составе плазмы выделяют крупномолекулярные глобулины, которые производятся органами печени и иммунной системы. Различаются альфа-, бета- и гамма-глобулины.
Фибриноген - белок, который образуется в печени, обладает свойством растворимости. Из-за влияния тромбина может потерять этот признак и стать нерастворимым, вследствие чего появляется кровяной сгусток там, где был повреждён сосуд.
Плазма крови, помимо вышеперечисленного, содержит белки: протромбин, трансферрин, гаптоглобин, комплемент, тироксинсвязывающий глобулин и С-реактивный белок.
Функции плазмы крови
Она выполняет очень много функций, среди которых выделяются:
Транспортная - перенос продуктов обмена веществ и кровяных клеток;
Связывание жидких сред, расположенных за пределами кровеносной системы;
Контактная - обеспечивает связь с тканями в организме с помощью внесосудистых жидкостей, что позволяет плазме осуществлять саморегуляцию.
Физико-химические свойства плазмы
Она применяется в медицине в качестве стимулятора регенерации и заживления тканей организма. Белками, входящими в состав плазмы, обеспечивается свертываемость крови, осуществление транспортировки питательных веществ.
Также благодаря им происходит функционирование кислотно-основного гемостаза, поддерживается агрегатное состояние крови. Альбуминами выполняется синтез в печени. Питаются клетки и ткани, осуществляется транспортировка желчных веществ, а также резерв аминокислот. Выделим основные химические свойства плазмы:
- Альбуминами доставляются лекарственные компоненты.
- α-глобулинами активизируется выработка белков, осуществляется транспортировка гормонов, микроэлементов, липидов.
- β-глобулинами выполняется транспортировка катионов таких элементов, как железо, цинк, фосфолипиды, стероидные гормоны и желчные стерины.
- В G-глобулинах содержатся антитела.
- От фибриногена зависит свертываемость крови.
Самыми значимыми свойствами крови физико-химического характера, а также её компонентов (в том числе и свойствами плазмы) являются следующие:
Осмотическое и онкотическое давление;
Суспензионная устойчивость;
Коллоидная стабильность;
Вязкость и удельный вес.
Осмотическое давление
Осмотическое давление напрямую связано с концентрацией в плазме молекул растворённых веществ, суммой осмотических давлений разных ингредиентов в её составе. Такое давление представляет собой жёсткую гомеостатическую константу, которая у здорового человека равна примерно 7,6 атм. Оно осуществляет переход растворителя от менее концентрированного к более насыщенному посредством полунепроницаемой мембраны. Играет значимую роль в рассредоточении воды между клетками и внутренней средой организма. Основные свойства плазмы рассмотрим ниже.
Онкотическое давление
Онкотическое давление - это давление осмотического типа, создающееся в белками (другое название - коллоидно-осмотическое). Поскольку белки плазмы обладают плохой проходимостью в тканевую среду через стенки капилляров, онкотическое давление, которое ими создаётся, удерживает воду в крови. При этом осмотическое давление одинаковое в тканевой жидкости и плазме, а онкотическое гораздо выше в крови. Кроме того, уменьшенная концентрация белков в тканевой жидкости связана с тем, что они вымываются лимфой из внеклеточной среды; между тканевой жидкостью и кровью есть перепад насыщенности белка и онкотического давления. Так как в составе плазмы наиболее высокое содержание альбуминов, то онкотическое давление в ней создаётся преимущественно данным видом белков. Уменьшение их в плазме приводит к потере воды, отёкам тканей, а повышение - к задержке в крови воды.
Суспензионные свойства
Суспензионные свойства плазмы взаимосвязаны с коллоидной стабильностью белков в ее составе, то есть с сохранением клеточных элементов в состоянии взвеси. Показатель данных свойств крови оценивается по скорости оседания эритроцитов (СОЭ) в недвижимом кровяном объёме. Наблюдается следующее соотношение: чем больше альбуминов содержится по сравнению с менее устойчивыми тем выше суспензионные свойства крови. Если же повышается уровень фибриногена, глобулинов и других нестабильных белков, СОЭ растёт и суспензионная способность снижается.
Коллоидная стабильность
Коллоидная стабильность плазмы детерминирована свойствами гидратации белковых молекул и присутствия на их поверхности двойного слоя ионов, создающих фи-потенциал (поверхностный), в который включён дзета-потенциал (электрокинетический), находящийся на стыке между коллоидной частицей и жидкостью, окружающей её. Он обусловливает возможность скольжения частиц в коллоидном растворе. Чем выше дзета-потенциал, тем сильнее белковые частицы отталкивают друг друга, и на этом основании определяется устойчивость коллоидного раствора. Величина его значительно больше у альбуминов в составе плазмы, и её стабильность чаще всего определяется данными белками.
Вязкость
Вязкость крови - способность её сопротивляться течению жидкости во время перемещения частиц с помощью внутреннего трения. С одной стороны, это сложные взаимоотношения между макромолекулами коллоидов и водой, с другой - между форменными элементами и плазмой. Вязкость плазмы выше, чем у воды. Чем больше она содержит крупномолекулярных белков (липопротеинов, фибриногена), тем сильнее вязкость плазмы. В целом данное свойство крови отражается на общем периферическом сосудистом сопротивлении кровотоку, то есть обусловливает функционирование сердца и сосудов.
Удельный вес
Удельный вес крови связан с количеством эритроцитом и содержанием в них гемоглобина, структуры плазмы. У взрослого человека средних лет колеблется от 1,052 до 1,064. За счёт различного содержания эритроцитов у мужчин такой показатель выше. Кроме того, удельный вес возрастает из-за потери жидкости, обильном потении в процессе физической трудовой деятельности и высокой температуры воздуха.
Мы рассмотрели свойства плазмы и крови.
Часть крови находится в кровяном депо - селезёнка, лёгкие и глубокие сосуды кожи.
При потере 1 литра крови у взрослого человека - состояние не совместимое с жизнью.
Вязкость крови обусловлена наличием в ней белков и красных кровяных телец - эритроцитов. Если вязкость воды принять за 1, то вязкость плазмы будет равна 1,7-2,2, а вязкость цельной крови около 5,1.
Относительная плотность крови зависит от форменных элементов крови. Относительная плотность крови взрослого человека равна 1,050-1,060, плазмы - 1,029-1,034.
Гематокрит . При отстаивании, а ещё лучше при центрифугировании кровь разделяется на два слоя. Верхний слой - слегка желтоватая жидкость, называемая плазмой; нижний слой - осадок тёмно-красного цвета, образованный эритроцитами. На границе между плазмой и эритроцитами имеется тонкая светлая плёнка, состоящая из лейкоцитов и тромбоцитов
Процентное соотношение между плазмой и форменными элементами крови называют гематокритом . У здоровых людей примерно 55% объёма крови приходится на плазму и 45% - на долю форменных элементов. При некоторых заболеваниях, например анемии (малокровии), увеличивается объём плазмы, при других заболеваниях - форменных элементов. Поэтому величина гематокрита может служить одним из показателей при установлении диагноза того или другого заболевания.
Осмотическое давление крови равно 7,6 атм. Оно создаётся суммарным числом молекул и ионов. Несмотря на то что белков в плазме 7-8%, а солей около 1%, на долю белков приходится всего 0,03-0,04 атм (онкотическое давление). В основном осмотическое давление крови создается солями, 60% его приходится на долю NaCl. Это объясняется тем, что молекулы белков имеют огромные размеры, а величина осмотического давления зависит только от числа молекул и ионов. Постоянство осмотического давления очень важно, так как гарантирует одно из условий, необходимых для правильного хода физиологических процессов,- постоянное содержание воды в клетках и, следовательно, постоянство их объёма. Под микроскопом это можно наблюдать на примере эритроцитов. Если поместить эритроциты в раствор с более высоким, чем в крови, осмотическим давлением, то они теряют воду и сморщиваются, а в растворе с меньшим осмотическим давлением набухают, увеличиваются в объёме и могут разрушиться. То же самое происходит со всеми другими клетками при изменении осмотического давления в окружающей их жидкости.
Изотонический раствор - это раствор осмотическое давление которого равно давлению крови. Физраствор содержит 0,9% NaCl.
Гипертонический раствор (повышенное давление) - это раствор, осмотическое давление которого выше давления крови. Он приводит к плазмозу клеток. Эритроциты отдают воду и погибают.
Гипотонический раствор (пониженное давление) - при введении приводит к гемолизу (разрушение эритроцитов, сопровождающееся выходом из них гемоглобина).
Гемолиз в организме бывает:
- осмотический (от пониженной концентрации соли);
- механический (синяки, сильные встряски);
- химический (кислоты, щёлочи, наркотики, алкоголь);
- физический (при повышенной или при пониженной температуре).
Водородный показатель . В крови поддерживается постоянство реакции. Реакция среды определяется концентрацией водородных ионов, которую выражают водородным показателем - pH. В нейтральной среде pH 7,0, в кислой среде меньше 7,0, а в щелочной - больше 7,0. Кровь имеет pH 7,36, т. е. её реакция слабощелочная. Жизнь возможна в узких пределах смещения pH - от 7,0 до 7,8. Это объясняется тем, что катализаторами всех биохимических реакций являются ферменты, а они могут работать только при определённой реакции среды. Несмотря на поступление в кровь продуктов клеточного распада - кислых и щелочных веществ, даже при напряженной мышечной работе pH крови уменьшается не более чем на 0,2-0,3. Это достигается за счёт буферных систем крови (бикарбонатный, белковый, фосфатный и гемоглобиновый буферы), которые могут связывать гидроксильные (ОН -) и водородные (Н +) ионы и тем самым поддерживать реакцию крови постоянной. Выводятся из организма образовавшиеся кислые и щелочные продукты почками, с мочой. Через лёгкие удаляется углекислый газ.
Плазма крови представляет собой сложную смесь белков, аминокислот, углеводов, жиров, солей, гормонов, ферментов, антител, растворённых газов и продуктов распада белка (мочевина, мочевая кислота, креатинин, аммиак), подлежащих выведению из организма. Она имеет слабощелочную реакцию (рН 7,36). Основными компонентами плазмы являются вода (90-92%), белки (7-8%), глюкоза (0,1%), соли (0,9%). Состав плазмы характеризуется постоянством.
Белки плазмы делятся на глобулины (альфа, бета и гамма), альбумины и липопротеиды. Значение белков плазмы многообразно.
- Очень важную роль играет глобулин, называемый фибриногеном: он участвует в процессе свертывания крови.
- Гамма-глобулин содержит антитела, обеспечивающие иммунитет. В настоящее время очищенный γ-глобулин используют для лечения и повышения невосприимчивости к некоторым болезням.
- Наличие белков в плазме крови повышает её вязкость, что имеет значение в поддержании давления крови в сосудах.
- Белки имеют большую молекулярную массу, поэтому они не проникают через стенки капилляров и удерживают в сосудистой системе определенное количество воды. Таким путём они принимают участие в распределении воды между кровью и тканевой жидкостью.
- Являясь буферами, белки участвуют в поддержании постоянства реакции крови.
Содержание глюкозы в крови составляет 4,44-6,66 ммоль/л. Глюкоза является основным источником энергии для клеток организма. Если количество глюкозы снижается до 2,22 ммоль/л, то резко повышается возбудимость клеток мозга, у человека появляются судороги. При дальнейшем уменьшении содержания глюкозы человек впадает в коматозное состояние (нарушаются сознание, кровообращение, дыхание) и умирает.
Неорганические вещества плазмы . В состав минеральных веществ плазмы входят соли NaCl, CaCl 2 , KCl, NaHCO3, NaH 2 PO 4 и др. Соотношение и концентрация Na + , Са 2+ и К + играют важнейшую роль в жизнедеятельности организма, поэтому постоянство ионного состава плазмы регулируется очень точно. Нарушение этого постоянства, главным образом при заболеваниях желёз внутренней секреции, опасно для жизни.
- катионы в плазме: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ ,..;
- анионы в плазме: Cl - , HCO 3 - ,..
Значение:
- обеспечение осмотического давления крови (на 60% обеспечивается NaCl);
- обеспечение pH крови;
- обеспечение определённого уровня чувствительности клеток, участвующих в формировании мембранного потенциала.