Роль растворов в организме

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей, биоорганической и биологической химии

Реферат

Роль растворов в организме

Подготовила студентка группы №: 123

лечебного факультета

Луковникова Анастасия Дмитриевна

Руководитель: Одинцова Марина Валерьевна

Гомель 2020

Введение

Вокруг нас нет практически чистых веществ - все они находятся в виде смесей, а чаще - растворов. Наш организм не исключение - все жизненно важные вещества, поступающие в организм, усваиваются после того, как будут растворены в жидких средах организма.

Теория растворов

Растворы -- это гомогенные устойчивые системы переменного состава, состоящие минимум из двух компонентов: растворителя и растворенного вещества. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объема одинаковы. В отличие от простого смешивания веществ при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Как растворитель, так и растворенное вещество могут находиться в различных агрегатных состояниях. Однако наиболее часто встречаются и находят более широкое применение растворы в жидкостях, причем первое место по популярности среди растворителей занимает вода.

Вещества в различных агрегатных состояниях растворяются в воде при различных условиях. Если несколько различных веществ находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то на их растворимость существенно влияет их природа.

Растворимость газов в воде обратно пропорциональна температуре растворителя. Кроме того, большая часть газов плохо растворяется в воде из-за того, что вода - полимерный растворитель. Жидкости растворяются в воде в большинстве случаев ограниченно. Изменение температуры влияет на растворимость различных жидкостей по-разному. Растворимость в воде твердых веществ также зависит от природы вещества, однако преимущественно с ростом температуры она увеличивается.

Важной характеристикой раствора является его кислотность (или щелочность). Эта величина отражает концентрацию ионов Н+ (или ОН-) и обозначается рН. В зависимости от концентрации ионов Н+ среда раствора может быть кислой (рН=0-7), щелочной (рН=7-14) и нейтральной (рН=7).

Часто бывает необходимо, чтобы среда раствора не изменялась, несмотря на протекающие в растворе реакции ( продукты этих реакций способны влиять на среду раствора 0. Для этих случаев используются буферные растворы- это растворы, способные практически сохранять рН при добавлении умеренных количеств кислот и щелочей.

Чтобы уровень рН оставался постоянным, в организме человека функционируют следующие буферные системы:

1) гидрокарбонатная;

2) фосфатная;

3) аминокислотная;

4) белковая.

Гидрокарбонатная буферная система состоит из угольной кислоты и её натриевой или калиевой кислой соли. Соотношение между компонентами этой буферной системы Н₂O * СO₂: NaHCO₃ = 1:20. По силе это наиболее мощная буферная система крови - на ее долю приходится 53 % общего буферного действия крови. Принцип действия буфера заключается в том, чтобы превращать вещества, способные существенно изменить рН крови (NaOH, НСl), в вещества не изменяющие среды раствора (Н2О, NaCl), и компоненты буферного раствора (NaHCO₃/ H2O/ СO₂).

Фосфатная буферная система состоит из кислых солей фосфорной кислоты: гидрофосфата Na₂HP0₄ и дигидрофосфата NaH₂PO₄. По важности в крови эта система занимает второе место, тогда как в тканях и некоторых биологических жидкостях (например, в пищеварительных соках) фосфатный буфер составляет основу буферных систем.

Аминокислотные буферные системы представляют собой водные растворы аминокислот, которые подвергались гидролизу по уравнению

Белковые буферные системы обеспечивают буферное действие тканей и клеток организма. В общем виде белковый буфер может быть представлен следующими уравнениями:

R-COOH R-COO + H⁺

R-COONa R-COO + Na⁺

Данный буфер может образовываться белками плазмы, гемоглобином и оксигемоглобином.

В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия, или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2-2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды выводится из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50-60% воды. При потере организмом человека 6-8 % влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15-20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце.

Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа, внутриклеточные жидкости и т.д.). Процессы усвоения пищи человеком и животными, так же связаны с переводом питательных веществ в раствор.

Учение о растворах представляет для медиков особый интерес потому, что важнейшие биологические жидкости - кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде.

Биологические жидкости участвуют в транспорте питательных веществ (жиров, аминокислот, кислорода), лекарственных препаратов к органам и тканям, а также в выведении из организма метаболитов (мочевины, билирубина, углекислого газа и т. д.). Плазма крови является средой для клеток - лимфоцитов, эритроцитов, тромбоцитов.

Классификация растворов

Растворы веществ с молярной массой меньше 5000 г/моль называются растворами низкомолекулярных соединений (НМС), а растворы веществ с молярной массой больше 5000 г/моль - растворами высокомолекулярных соединений (ВМС).

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС подразделяют на два класса - растворы электролитов и неэлектролитов.

Растворы электролитов - растворы диссоциирующих на ионы солей, кислот, оснований, амфолитов. Например, растворы KNО₃, HCl, КОН, Аl(ОН)₃, глицина.

Электрическая проводимость растворов электролитов выше, чем растворителя.

Растворы неэлектролитов - растворы веществ, практически не диссоциирующих в воде. Например, растворы сахарозы, глюкозы, мочевины. Электрическая проводимость растворов неэлектролитов мало отличается от растворителя.

Растворы НМС (электролитов и неэлектролитов) называются истинными в отличие от коллоидных растворов. Истинные растворы характеризуются гомогенностью состава и отсутствием поверхности раздела между растворенным веществом и растворителем. Размер растворенных частиц (ионов и молекул) меньше 10^-9 м.

Большинство ВМС - полимеры, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок или мономерных звеньев, со-единенных между собой химическими связями. Растворы ВМС называются растворами полиэлектролитов.

К полиэлектролитам относятся поликислоты (гепарин, полиадениловая кислота, полиаспарагиновая кислота и др.), полиоснования (полилизин), полиамфолиты (белки, нуклеиновые кислоты).

Роль воды и растворов в жизнедеятельности

Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. Тело среднего человека массой 70 кг содержит примерно 40 кг воды. При этом около 25 кг воды приходится на жидкость внутри клеток, а 15 кг составляет внеклеточная жидкость- плазма крови, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость, внутриглазная жидкость и жидкое содержимое желудочно-кишечного тракта. Вода - уникальный растворитель, который очень хорошо приспособлен для жизнедеятельности.

Прежде всего вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано с ее высокой диэлектрической проницаемостью (78,5).

В воде хорошо растворяются такие ПОЛЯРНЫЕ органические соединения, как сахар, альдегиды, кетоны, спирты.

Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей, например с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов.

Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.

Также вода является конечным продуктом биологического окисления веществ, в частности глюкозы. При этом выделяется большое количество энергии - приблизительно 29 кДж/моль.

Также важны аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Для воды характерно наличие ассоциатов - групп молекул, соединенных водородными связями.

В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых частиц подразделяются на:

· гидрофильные (притягивающие воду), легко сольватируемые водой,

· гидрофобные (отталкивающие воду)

· дифильные.

К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы: гидроксильная --ОН, амино --NH₂, тиольная --SH, карбоксильная --СООН. К гидрофобным - неполярные группы, например углеводородные радикалы: СНз--(СН₂)п --, С₆Н₅ --. К дифильным относят вещества (аминокислоты, белки), молекулы которых содержат как гидрофильные группы (--ОН, --NH₂, --SH, --СООН), так и гидрофобные группы: (СН₃ - (СН₂)п,--С₆Н₅--).

При растворении дифильных веществ происходит изменение структуры воды как результат взаимодействия с гидрофобными группами. Степень упорядочения молекул воды, близко расположенных к гидрофобным группам, увеличивается, и контакт молекул воды с гидрофобными группами сводится к минимуму. Гидрофобные группы, ассоциируясь, выталкивают молекулы воды из области своего расположения.

Осмос в организме человека

Характерным явлением в жидкостных системах организма является осмос. При нормальных условиях (температура тела равна 36,6-37 °С) осмотическое давление крови равно 755-796 кПа. Это очень высокое значение. Объясняется оно наличием в крови большого числа ионов, низко - и высокомолекулярных соединений.

Здоровый организм человека характеризуется постоянным осмотическим давлением крови. Можно сказать иначе - пока осмотическое давление крови не изменяется, с этой стороны болезнь человеку не угрожает. Это же справедливо и для осмотического давления внутри организма. Именно оно «несет ответственность» за распределение воды между органами, поэтому крайне важно, чтобы его значение не изменялось.

Осмотическое давление существует и в клетке. В качестве действующих растворов выступает содержимое клетки и внешняя среда; полупроницаемой мембраной служат стенки клетки. Если, клетка здорова и условия нормальные, то давление клеточного содержимого (тургорное давление или тургор)превышает давление внешней среды.

На долю высокомолекулярных компонентов - белков - приходится незначительная часть от общего давления, называемая онкотическим давлением. Величина онкотического давления крови, вызываемого альбуминами и глобулинами, составляет только 0.03-0.04 атм. Стенка капилляров проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идет в обратном направлении, так как венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. На клеточное осмотическое давление влияет обмен веществ. При распаде больших молекул осмолярность повышается; при синтезе - снижается. Осмотические взаимоотношения ответственны за распределение воды в жидкостных пространствах организма. При нахождении клеток в сильно гипотоническом растворе они набухают и разрываются. Такой распад клеток крови называют гемолизом. Обратное явление, при котором клетка сжимается, находясь в гипертонической среде, представляет плазмолиз. Основную задачу осморегуляции выполняют почки. Осмотическое давление мочи в норме значительно выше, чем плазмы крови, что и обеспечивает активный транспорт из крови в почку. Осморегуляция осуществляется под контролем ферментативных систем. Нарушение их деятельности приводит к патологическим процессам. При внутривенных инъекциях, чтобы избежать нарушения осмотического баланса, следует использовать изотонические растворы.

раствор вещество буферный жизнедеятельность

Гипертонические и изотонические растворы

В медицинской практике широко используются как гипертонические относительно крови растворы, так и изотонические (т. е, имеющие с кровью равное осмотическое давление).

Гипертонические растворы используются для очищения ран: в тканях марлевых повязок, смоченных такими растворами, движение жидкости будет направлено в сторону раствора с большим осмотическим давлением, т. е. из раны в ткань. Концентрация этих растворов превышает физиол, концентрацию: для хлорида натрия она выше 0,85%, для мочевины выше 1,65%, для глюкозы выше 5,14%. В медицинской практике применяют 10, 25 и 40% растворы глюкозы, 3, 5 и 10% растворы хлорида натрия, 20% и 25% растворы сульфата магния, 10% раствор хлорида кальция, 30% раствор тиосульфата натрия и др.

Изотонические растворы характеризуются осмотическим давлением, равным по величине осмотическому давлению крови. Как правило, они используются для восполнения значительных потерь крови и плазмы. Для человека и теплокровных животных изотоническими являются 0,9% р-р NaCl и 4,5--5% р-ры глюкозы, а для холоднокровных животных 0,6% р-р NaCl.

В качестве препаратов для практического применения используются следующие стерильные И. р.: 0,9% р-р NaCl (Solutio Natrii chloridi isotonica 0,9% pro injectionibus) и 5% р-р глюкозы (Solutio Glucosi 5%). Эти р-ры по своему составу относятся к простым И. р., т. к. они соответствуют только одной из физиологических констант внутренней среды организма-- осмотическому давлению.

Роль растворов в организме человека

Если рассмотреть реакции между различными веществами, протекающие в организме, то мы увидим, что практически все они протекают в растворах. Поскольку практически все жидкие системы организма человека представляют собой растворы, то становится понятной важность изучения свойств растворов и условий протекания в них реакций.

Процесс растворения различных веществ в различных жидкостях - это процесс огромной важности для организма человека. Большое физиологическое значение имеет растворяемость в жидких средах организма различных газов, в особенности кислорода 0₂, оксида углерода(IV) С0₂, азота N₂ и других. Большую важность в этом процессе имеет и характер среды, в которой происходит растворение.

Громадное влияние на состояние организма оказывает изменение внешних условий, в связи с чем изменяется растворимость газов в крови. Например, если существенно изменится давление, то результат для организма может быть самым плачевным. Представим ситуацию - водолаз быстро поднимается с глубины. При этом давление понижается, а, следовательно, растворимость газов в жидкостях уменьшается. В результате из крови начинают бурно выделяться растворенные в ней газы. Образующиеся пузырьки представляют большую опасность - они могут вызвать гибель человека. То же наблюдается при разгерметизации самолетов, космических кораблей и скафандров космонавтов. Необходимо указать, что изменение растворимости газов под влиянием перемены давления может обусловить тяжелую патологию человеческого организма. Резкое понижение атмосферного давления, например, при слишком быстром подъеме водолазов или кессонщиков с больших глубин, при разгерметизировании кабин или скафандров при высотных полетах приводит к «закипанию» крови вследствие выделения растворенных в ней газов; их пузырьки закупоривают мелкие сосудики в мозгу и других органах, что может привести к серьезным заболеваниям и гибели человека. Пузырьки газов закупоривают мелкие сосуды в различных тканях и органах, что приводит к тяжелому заболеванию или даже гибели человека. Подобная же патология может возникнуть и в результате резкого падения атмосферного давления при разгерметизировании скафандров летчиков и кабин самолетов при высотных полетах. Для лечения кессонной болезни больного помещают в барокамеру, где создают большое давление. Пузырьки газов вновь растворяются в крови; при последующем медленном (в течение нескольких суток) снижении давления в барокамере избыток газов удаляется из крови через легкие.

При значительном понижении давления довольно велика вероятность алкалоза - недомогания, вызванного высокой щелочностью крови. Чаще всего это наблюдается у альпинистов. В разреженной атмосфере резко снижается концентрация растворенного в крови СО₂, что приводит к сверхактивной вентиляции легких. В результате заметно возрастает щелочность крови. Для борьбы с описанным явлением используется раствор лимонной кислоты.

Заключение

В природе и в жизни человека растворы играют очень большую роль, потому что без них жизнь не могла бы существовать. Без растворов воды люди бы могли наверно прожить только неделю, а без газового раствора т.е. кислорода всё человечество и животные погибли бы за считанные минуты.

Здоровье организма во многом зависит от того, насколько постоянны характеристики жидкостных систем организма. Поскольку главным растворителем в организме является вода, то важным показателем состояния жидкостных систем служит рН. Колебания уровня рН могут привести к нарушению жизнедеятельности организма и даже к гибели.

Список литературы

1. Третьяков Ю. Д., Твердофазные реакция, М., 1983.

2. Шахпаронов, М. И. Введение в современную теорию растворов (Межмолекулярные взаимодействия. Строение. Простые жидкости) / М.И. Шахпаронов. М.: Высшая школа, 2017. 296 c.

3. Рассел, Джесси Концентрация растворов / Джесси Рассел. М.: VSD, 2012. 800 c.

4. Рафиков, С. Р. Введение в физико-химию растворов полимеров / С.Р. Рафиков, В.П. Будтов, Ю.Б. Монаков. М.: Наука, 2017. 324 c.

5. https://cyberpedia.su/16xac67.html

Размещено на Allbest.ru