Аморфное вещество соединительной ткани как дисперсная система

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра медицинской химии

Реферат

Аморфное вещество соединительной ткани как дисперсная система

Содержание

Введение

1. Понятие дисперсной системы и ее виды

2. Понятие соединительной ткани и ее состав

3. Синерезис

4. Тиксотропия

Заключение

Литература

Введение

дисперсный соединительный ткань

Вся природа -- организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра -- представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело. Этим определяется особое положение Коллоидная химия, развитие которой осуществляется в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства. Развитие Коллоидной химии связано с актуальными проблемами различных областей естествознания и техники.

Коллоидная химия разрабатывает научные основы технологических процессов с участием дисперсных систем. Совместно с биохимией и физикохимией полимеров коллоидная химия составляет основу учения о биологических структурах, о возникновении и развитии жизни.

Дисперсные системы соединительной ткани, рассматриваемые в данной работе, имеют биологически важное значение для организма человека. Правильное понимание работы данных систем позволит предупреждать и верно определять системные заболевания соединительной ткани, что, безусловно, положительно скажется на уровне жизни населения, подверженного данному типу заболеваний.

1. Понятие дисперсной системы и ее виды

Дисперсные системы - это системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.

В дисперсных системах различают дисперсную фазу -- мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду -- однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Так как газы свободно смешиваются между собой и не могут образовать две обособленные газообразные фазы, то остается восемь возможных сочетаний. Дисперсные системы с частицами одинакового размера называют монодисперсными, различного-полидисперсными. В природе в основном встречаются полидисперсные системы. Гетерогенность дисперсных систем проявляется в том, что эти системы состоят из двух (или более) фаз: дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза - это раздробленная фаза. Она состоит из частиц нерастворимого тонкоизмельченного вещества, распределенных по всему объему дисперсионной среды.

Высокая дисперсность придает веществам новые качественные признаки: повышенную реакционную способность и растворимость, интенсивность окраски, светорассеяние. Большая поверхность раздела создает в этих системах большой запас поверхностной энергии, которая делает их термодинамически неустойчивыми, чрезвычайно реакционноспособными. В них легко протекают самопроизвольные процессы, приводящие к снижению запаса поверхностной энергии: адсорбция, коагуляция (слипание дисперсных частиц), образование макроструктур. Таким образом, самые важные и неотъемлемые черты всякой дисперсной системы - гегетрогенность и высокая дисперсность - полностью определяют свойства и поведение этих систем.

Классификацию дисперсных систем проводят на основе различных признаков, а именно: по степени дисперсности и по характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы между собой и со средой.

По степени дисперсности системы делят на:

1-грубодисперсные(размер частиц от 10^-5 до 10^-7)

2-коллоидно-дисперсные(размер частиц от 10^-7 до 10^-9)

Системы с размером частиц менее 1 нм представляют собой истинные растворы, состоящие из молекул или ионов растворенного вещества. Их следует рассматривать как однофазную систему.

По интенсивности межмолекулярного взаимодействия:

Между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды можно выделить два типа систем:

1-лиофобные (слабое взаимодействие)

2-лиофильные (сильно взаимодействие)

Мицеллы -- отдельная частица дисперсной фазы золя, то есть высокодисперсной коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой. Мицеллы состоят из ядра кристаллической или аморфной структуры и поверхностного слоя, включающего сольватно связанные молекулы окружающей жидкости. Поверхностный слой мицеллы лиофобного золя образован адсорбированными молекулами или ионами стабилизирующего вещества. В случае лиофобных гидрозолей, стабилизованных электролитами, ядро мицеллы окружено двумя слоями противоположно заряженных ионов, то есть двойным электрическим слоем. Число положительных и отрицательных зарядов в нём одинаково, и поэтому мицелла в целом электронейтральна.

Практически все дисперсные системы живых организмов (белки плазмы крови, клеточные мембраны, липопротеиды) являются лиофильными, то есть содержат на поверхности раздела фаз большое количество адсорбированной воды)

2. Понятие соединительной ткани и ее состав

Соединительная ткань -- это ткань живого организма, не отвечающая непосредственно за работу какого-либо органа или системы органов, но играющая вспомогательную роль во всех органах, составляя 60--90 % от их массы.

Соединительная ткань является универсальной тканью организма. Она присутствует практически во всех органах, образуя их строму (каркас). Помимо разнообразия клеточных элементов (более 10 разновидностей высокодифференцированных клеток) важной составляющей частью соединительной ткани являются волокна. Основными видами волокон являются коллагеновые, эластические, ретикулярные. Биохимической основой строения волокон являются полимеры белков: коллаген, эластин, гиалин, оссеин. Они, удерживая воду, образуют пространственные структурные сетки, обладая всеми свойствами гелей. Наиболее богато гелевые структуры представлены в хрящах, костной ткани, суставно-связочном аппарате, строме кровеносных сосудов, коже. В их состав входят также такие белковые полимеры как хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота. Последняя в совокупности с ферментом гиалуронидазой, изменяющей коллоидные свойства гиалуроновой кислоты, образует динамически функционирующую систему, позволяющую регулировать проницаемость сосудистой стенки и обновлять волокнистые структуры. Белки волокон продуцируются клетками соединительной ткани, к которым относятся также хондроциты, остеобласты и остеокласты.

Подробнее рассмотрим виды волокон соединительной ткани.

Коллагеновые волокна имеют различную толщину (от 1-3 до 10 и более мкм). Они обладают высокой прочностью и малой растяжимостью. Каждое коллагеновое волокно состоит из двух химических компонентов:

1) фибриллярного белка коллагена;

2) углеводного компонента - гликозаминогликанов и протеогликанов.

Оба данных компонента синтезируются фибробластами и выделяются во внеклеточную среду, где и осуществляется их сборка и построение волокна.

В структурной организации коллагенового волокна выделяют пять уровней.

I уровень - полипептидный. Коллаген представлен полипептидными цепочками, состоящие из трех аминокислот - пролина, глицина, лизина.

II уровень - молекулярный, представлен молекулой белка коллагена длиной 280 нм, шириной 1,4 нм, состоящей из трех полипептидных цепочек, закрученных в спираль.

III уровень - протофибриллярный (толщина 10 нм, состоит из нескольких продольно расположенных молекул коллагена, соединенных между собой водородными связями).

IV уровень - микрофибриллы (толщиной от 11-12 нм, и более). Они состоят из 5-6 протофибрилл, связанных боковыми связями.

V уровень - фибрилла (или коллагеновое волокно) толщина 1-10 мкм, состоящее из нескольких микрофибрилл - в зависимости от толщины, связанных гликозаминогликанами и протеогликанами. Коллагеновые волокна имеют поперечную исчерченность, обусловленную как расположением аминокислот в полипептидной цепи, так и расположением цепей в молекуле коллагена. Коллагеновые волокна с помощью углеводных компонентов соединяются в пучки толщиной до 150 мкм.

В зависимости от порядка расположения аминокислот в полипептидных цепочках, от степени их гидроксилирования и от качества углеводного компонента различают двенадцать типов белка коллагена, из которых хорошо изучены только пять типов.

Эти разновидности белка коллагена входят в состав не только коллагеновых волокон, но и в состав базальных мембран эпителиальной ткани и сосудов, хрящевых тканей, стекловидного тела и других образований. При развитии некоторых патологических процессов происходит распад коллагена и поступление его в кровь. В плазме крови биохимически определяется тип коллагена, а следовательно, определяется и предположительная область его распада и его интенсивность.

Эластические волокна характеризуются высокой эластичностью, способностью растягиваться и сокращаться, но незначительной прочностью.

Они тоньше коллагеновых, не имеют поперечной исчерченности, по ходу разветвляются и анастомозируют друг с другом, образуя эластическую сеть. Химический состав эластических волокон - белок эластин и гликопротеины. Оба компонента синтезируются и выделяются фибробластами, а в стенке сосудов - гладкомышечными клетками. Белок эластин отличается от белка коллагена как составом аминокислот, так и их гидроксилированностью. Структурно эластическое волокно организовано следующим образом: центральная часть волокна представлена аморфным компонентом из молекул эластина, а периферическая часть - мелкофибриллярной сетью. Соотношение аморфного и фибриллярного компонента в эластических волокнах может быть различным. В большинстве волокон преобладает аморфный компонент. При равенстве аморфного и фибриллярного компонентов волокна называют элауниновыми. Встречаются также окситалоновые эластические волокна, состоящие только из фибриллярного компонента. Локализуются эластические волокна прежде всего в тех органах, которые постоянно изменяют свой объем - в легких, сосудах.

Ретикулярные волокна состоят из коллагена третьего типа и углеводного компонента. Они тоньше коллагеновых, имеют слабо выраженную поперечную исчерченность. Разветвляясь и анастомозируя, они образуют мелкопетлистые сети, откуда и происходит их название. В ретикулярных волокнах в отличие от коллагеновых более выражен углеводный компонент, который хорошо выявляется солями азотнокислого серебра, поэтому эти волокна называют еще аргирофильными. Следует помнить, что аргирофильными свойствами обладают и незрелые коллагеновые волокна, состоящие из белка преколлагена. По своим физическим свойствам ретикулярные волокна занимают промежуточное положение между коллагеновыми и эластическими. Они образуются за счет деятельности ретикулярных клеток. Локализуются в основном в кроветворных органах, составляя их строму. Через соединительнотканные структуры осуществляется целый ряд процессов: транспорт и распределение воды, солей и других веществ, регуляция энзиматических реакций, восстановление тканей, подавление инфекций и многие другие процессы. Соединительная ткань выполняет главную опорную функцию в организме, является основой построения костного скелета, суставов, связок, фасций и стромы внутренних органов. В процессе старения белки волокон теряют свои гидрофильные свойства за счет частичной потери ими четвертичной или третичной структуры. При этом на поверхности белковых молекул уменьшается количество гидрофильных (карбоксильных, амино- и сульфгидрильных) групп, способных в силу электростатических взаимодействий притягивать молекулы воды. Одновременно на их поверхности увеличивается количество гидрофобных (углеводородных) групп. Этот процесс приводит к тому, что тонкие нити соединительнотканных волокон «сшиваются» друг с другом в грубые канаты, и происходит обезвоживание, сжатие и ухудшение питания клеток внутренних органов через соединительную ткань, происходят нарушения их функций. Именно в этом в значительной степени и заключается процесс появления морщин на коже, ее истончение.

Аморфное м вещество -- гелеобразное вещество, способное связывать воду. Гликопротеины аморфного вещества образуются фибробластами. С основным аморфным веществом связан транспорт веществ между клетками и кровью. Оно выполняет механическую, опорную и защитную функции, участвует в метаболизме воды, регуляции ионного состава межклеточной жидкости.

Аморфное вещество образуется за счет деятельности, прежде всего, фибробластов - коллагенов и гликозаминогликанов, а также за счет веществ плазмы крови - альбуминов и глобулинов. Углеводы представлены полимерными формами, в основном гликозаминогликанами (сульфатированными - хондроитинсерными кислотами, дерматансульфатом).

Углеводные компоненты, образуя длинные полимерные цепи, способны удерживать воду в различном количестве. Количество воды зависит от качества углеводного компонента. В зависимости от содержания воды аморфное вещество может быть более или менее плотным (в форме золя или геля), что определяет и функциональную роль данной разновидности соединительной ткани. Аморфное вещество соединительной ткани заполняет все пространство между клетками. С точки зрения коллоидной химии представляет собой студень - то есть монофазную дисперсную систему, в которой все молекулы дисперсионной среды (воды) прочно связаны с мицеллами дисперсной фазы. Отсутствие свободной воды делает мицеллы неподвижными друг относительно друга. Студнями именуют системы, характеризующиеся обратимостью процесса коагуляции. Гели разрушаются необратимо.

3. Синерезис

Синерезис (от греч. synбiresis -- сжатие, уменьшение) -- уменьшение объ?ма студней или гелей, сопровождающееся отделением жидкости.

Так происходит повреждение соединительной ткани (студень) в процессе старения, перепадов температуры при воспалении или обморожении. Соединительная ткань сжимается.

Синерезис очень распространенное явление и может наблюдаться не только в студнях с сеткой из макромолекул, но и в лиогелях, сетка которых состоит из кристаллических частиц.

Общей причиной сннерезиса является то, что при образовании студня не достигается еще равновесия системы и в ней продолжаются процессы, связанные с его установлением. У лиогелей эти процессы могут сводиться к рекристаллизации. У высокомолекулярных студней эти процессы сводятся к установлению связей между макромолекулами, что способствует дальнейшему уменьшению объема студня. Синерезис может являться также следствием достижения равновесия в студне при его охлаждении, если высокомолекулярное вещество не полностью растворимо в среде. Наконец, в некоторых случаях непосредственной причиной сннерезиса являются химические процессы, протекающие в веществе студня. Например, водные студни ксантогената целлюлозы претерпевают синерезис в результате разложения ксантогената.

Синерезис «свойствен не только водным студням (например, студню желатина и крахмала), но и студням, где средой являются органические жидкости (например, каучуковому студню). Предел, к которому стремится объем студня при синерезисе, зависит от концентрации студня. Синерезис обычно тем больше, чем выше концентрация растворителя в исходном студне. Определенной зависимости скорости синерезиса от концентрации исходного студня нет. Например, при высоких концентрациях синерезис каучукового студня ускоряется, а студня крахмала и агара замедляется. При значительном повышении температуры может произойти переход студня в раствор. Внешнее давление на студень, конечно, всегда способствует синерезису.

Для студней амфотерных белков максимальный синерезис наблюдается в изоэлектрической точке, так как в таком состоянии молекулы несут равное число разноименных зарядов, что способствует сжатию молекулярной сетки студня. С изменением рН среды (относительно изоэлектрической точки) синерезис уменьшается, так как молекулярные цепочки приобретают одноименный заряд, обусловливающий их распрямление и отталкивание друг от друга.

Влияние на синерезис студня низкомолекулярных электролитов весьма сложно. Однако, как правило, электролиты, способствующие набуханию, уменьшают синерезис и наоборот. Найдено, что синерезис зависит от размеров образца студня, и причем синерезис тем меньше, чем больше образец. Это вполне понятно, так как жидкость, которая должна быть выпрессована при синерезисе из образцов студня большего размера, должна преодолеть большее сопротивление.

Явления синерезиса имеют очень большое значение в биологии, медицине (отвечает за свертываемость крови), геологии, языкознании и технике. Его можно рассматривать как положительное явление при получении некоторых синтетических смол, поскольку при этом происходит самопроизвольное отделение смолы от растворителя. Положительное значение имеет синерезис и в молочной промышленности, так как на нем основано получение творога. В крахмало-паточной, мармеладной и некоторых других отраслях пищевой промышленности это явление имеет отрицательное значение, и усилия технолога направлены на его предупреждение. В производстве взрывчатых веществ синерезис (например, выделение из студня, которым является бездымный порох, самовзрывающегося нитроглицерина) чрезвычайно опасен. Также явление синерезиса влияет на качество краски.

4. Тиксотропия

Тиксотропия (от греч. thixis - прикосновение и trope - поворот, изменение) - обратимое изменение физико-механических свойств дисперсных систем при механическом воздействии в изотермических условиях (удары, падение). В условиях организма появляется свободная вода и студень (гель) частично переходит в золь, который быстро уходит в кровоток.

При достаточно сильной астабилизации прослойки дисперсионной среды, находящиеся между частицами, в местах их соприкосновения полностью вытесняются, и благодаря этому, осуществляется непосредственный контакт частиц друг с другом. Это отвечает образованию наиболее прочных, но одновременно и наиболее хрупких коагуляционных структур. Однако довольно часто при более слабой астабилизации в месте контакта между частицами остаются достаточно толстые слои дисперсионной среды.

Наличие тонкой жидкостной прослойки между частицами обуславливает меньшую прочность структуры, но зато придает ей пластичность, а в некоторых случаях и эластичность. Чем толще прослойка среды между частицами, тем меньше сказывается действие молекулярных сил, обусловливающих сцепление частиц, тем менее прочна структура и тем жидкообразней система.

Эти процессы лежат в основе возрастного уменьшения высоты межпозвоночных дисков, уменьшения толщины хрящей после перенес?нных травм и болезней.

Гели -- дисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твёрдых тел: способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью. Эти свойства обусловлены существованием у них структурной сетки (каркаса), образованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между собой молекулярными силами различной природы Типичные гели в виде студенистых осадков (коагелей) образуются из золей при их коагуляции или в процессах выделения новой фазы из пересыщенных растворов как низко-, так и высокомолекулярных веществ. Гели с водной дисперсионной средой называют гидрогелями, с жидкой углеводородной средой -- органогелями.

Студень (твердый коллоид) - это в общем тоже гель, но содержащий меньше воды в дисперсной фазе.

Застудневание может происходить:

1) при действии между сближающимися частицами сил межмолекулярного притяжения;

2) за счет объединения макромолекул под влиянием возникающих водородных связей;

3) под воздействием добавок посторонних веществ, способствующих образованию дополнительных химических связей ("сшивающих мостиков"), В результате образуется пространственная структурная сетка.

Тиксотропия имеет важное практическое значение. Тиксотропные материалы используют в технологии силикатов, пластических масс, пищевых продуктов. Тиксотропными свойствами обладают некоторые водоносные грунты (плывуны), биологические структуры, различные технические материалы (промывочные глинистые растворы, применяемые при бурении нефтяных скважин, краски, смазки и др.).

Заключение

В заключении хочется отметить, что оперируя всеми свойствами дисперсных систем и явлениями (синерзисом и тиксотропией), можно сделать вывод, что дисперсные системы аморфного вещества соединительной ткани играют важную роль в организме человека и любые нарушения в их работе негативно сказываются на здоровье человека.

На данный момент дисперсные системы соединительной ткани плохо изучены и современные медики имеют довольно скудные познания в системных заболеваниях соединительной ткани, которым подвержена большая часть населения планеты. Получение новых знаний в данной области помогло бы в изучении патогенеза и лечении коллагенозов, соединительнотканных опухолей, заболеваний опорно-двигательного аппарта.

Литература

1. Коллоидная химия: учебное пособие / Е.В. Егорова, Ю.В. Поленов; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2018. - 130 с. mkl.isuct.ru: [Сайт]-URL: http://lib.jizpi.uz/pluginfile.php/3017/mod_resource/content/0/ФиКХ_27.03.2018.pdf (дата обращения 13.11.2023).

2. Основы коллоидной химии / Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф., Назарова Е.А., Сталюгин В.В. Поверхностные явления и дисперсные системы. - СПб: Университет ИТМО, 2019. - 138 с:books.ifmo.ru:[Сайт]-URL: https://books.ifmo.ru/file/pdf/2484.pdf(дата обращения16.11.23).

3. Цитология / Г.В. Рева, И.В. Рева, Е.С. Можилевская, А.С. Новиков, Т. Ямамото; ДВФУ, Школа медицины; научн. ред. Г.В. Рева. - Владивосток: Издательство Дальневосточного федерального университета,2021.-139с:dvfu.ru:[Сайт].-URL: https://www.dvfu.ru/upload/medialibrary/b07/hr7opcarm5bjwkvlohwrdtwhzmgagt86/Гистология_цитология_эмбриология_Ч_1_Цитология.pdf (дата обращения 9.11.2023).

4. Лекция: «Растворы высокомолекулярных соединений». /Сидоренко Л.М.//studfiles.net:[Сайт] - URL: https://studfile.net/preview/1903060/ (дата обращения 14.11.2023).

5. Дисперсные системы/ВУНТ//studfiles.net:[Сайт]-URL: https://studfile.net/preview(дата обращения 10.11.2023).

6. Гистология соединительные ткани. Собственно соединительные ткани/Селезнева Т.Д.//med.wikireading.ru:[Сайт]-URL: https://med.wikireading.ru/7444(дата обращения 12.11.2023).

Размещено на Allbest.ru