Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный медицинский

университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО НГМУ Минздрава России)

Кафедра медицинской химии

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Коллоидная химия

Тема: «Органические мицеллы различных тканей. Кровь как сложная дисперсная система»

Новосибирск

2017 год

Содержание

Введение

1. Ткани организма как коллоидные системы

2. Кровь, как сложная дисперсная система

2.1 Дисперсионная среда крови

2.2 Дисперсная фаза крови

2.3 Основное назначение крови в организме

3. Лимфа, как дисперсионная среда

Заключение

Список использованных источников и литературы

Введение

В природе обычно встречаются не индивидуальные химические вещества, а их смеси - растворы и дисперсные системы. Коллоидной дисперсной системой (дисперсией) называется микрогетерогенное образование, в котором одно мелкораздробленное вещество (дисперсная фаза) в виде мелких частиц равномерно распределено (диспергировано) в объеме другой фазы (дисперсионной среде).

В коллоидных системах размер частиц дисперсной фазы составляет 10-⁹-10-⁷ м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе.

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. Глобальная роль коллоидов в естествознании заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.

Функционирование многоклеточного организма как единой системы обеспечивается согласованностью в работе ее отдельных звеньев. Системный подход предполагает, что организм как система складывается из подсистем - органов, выполняющих специализированные функции. Согласованное действие различных органов есть результат системной регуляции. Регуляция функционирования организма осуществляется, в том числе, благодаря свободному перемещению различных биологически-активных веществ, распределенных в растворителе, которым может служить внеклеточная жидкость. Внеклеточная жидкость формирует внутреннюю среду организма - она является зоной свободного перемещения веществ, концентрация которых находится под контролем различных механизмов. Тем самым обеспечивается стабильность функционирования органов и регуляция их функциональной активности.

Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.

Так как размеры коллоидных частиц очень малы, их собственные направления движения изменяются непрерывно в результате случайных столкновений с молекулами дисперсионной среды. Каждая частица движется по зигзагообразной траектории. Это явление в 1827 впервые наблюдал Р. Броун в воде, в которой были суспендированы частицы цветочной пыльцы; оно было названо броуновским движением.

1. Ткани организма как коллоидные системы

Можно смело сказать, что весь человек - это «ходячий» коллоид, а все органы и системы организма - дисперсная система в их связи с поверхностными явлениями. Необходимость слаженной работы подсистем организма предъявляет к его внутренней среде определенные требования, а именно, она должна:

· иметь постоянство солевого состава для создания оптимального осмотического давления;

· поддерживать кислотно-щелочное равновесие, обеспечивающее постоянство зарядового потенциала на клеточных поверхностях и в активных центрах белков;

· обеспечивать внеклеточный запас и распределение субстратов энергетического и пластического обмена;

· содержать набор факторов - регуляторов, которые поддерживают функционирование организма как сложной многокомпонентной системы. К таким факторам относятся в основном низкомолекулярные соединения - медиаторы и гормоны, регулирующие функциональную активность клеток.

Полидисперсные системы всегда гетерогенны, они состоят из сплошной непрерывной фазы - дисперсионной среды, и находящихся в этой среде автономных частиц того или иного размера и формы - дисперсной фазы. Обязательным условием существования дисперсной системы является взаимная нерастворимость диспергированного вещества и дисперсионной среды. Дисперсная система характеризуется степенью дисперсности, которая определяется как D=1\а, где а - поперечник дисперсной частицы. Чем больший размер имеют частицы дисперсной фазы, тем дисперсия грубее. По отношению к крови взвесь клеток в плазме можно считать грубой дисперсией. Если размер частиц находится в пределах 10-⁵ - 10^-7, то такая дисперсная система является коллоидным раствором.

2. Кровь как дисперсная система

Объективная необходимость функционирования многоклеточного организма как единого целого приводит к появлению в процессе эволюции специфического органа - крови, который представляет собой сложную лиофилизированную дисперсную систему, в которой дисперсионной средой крови является плазма, а дисперсная фаза крови представлена форменными элементами или клетками крови - эритроцитами, лейкоцитами и тромбоцитами, а также коллоидными частицами малорастворимых веществ.

Клетки крови составляют микрогетерогенную фракцию дисперсной фазы: размеры лейкоцитов составляют (10-13) * 10^-6 м, эритроцитов - (7,2-7,5) * 10^-6 м и тромбоцитов - (2-5) * 10^-6 м.

Коллоидная (ультрамикрогетерогенная) фракция дисперсной фазы в крови представлена мицеллами липопротеинов, белков, а также мицеллами нерастворимых в воде уратов (кальциевых солей мочевой кислоты), лиофилизированных адсорбированными макромолекулами растворенных белков. Мицелла -- от лат. mica крошечка, частица дисперсной фазы, окруженная слоем молекул или ионов дисперсионной среды.

2.1 Дисперсионная среда крови

К настоящему времени наиболее изученными являются коллоидные системы плазмы крови, являющейся дисперсионной средой крови. Практически все органические составляющие плазмы находятся в ней в коллоидном состоянии. В самой плазме крови основной дисперсионной средой является вода, а дисперсионная фаза плазмы представляет собой самые разнообразные по химическому составу и молекулярному строению вещества: от молекул аминокислот и олигопептидов до крупных белковых молекул (фибрин, альбумины, глобулины, ферменты, нуклеопротеиды, гормоны белковой природы, транспортные белки и др.), от молекул моно- и дисахаридов и жирных кислот до лецитинов, триглицеридов и липидных хиломикронов высокой и низкой плотности. Плазма крови содержит изобилие низкомолекулярных органических веществ, таких как мочевина, креатинин, холестерин, стероидные гормоны, витамины. В плазме находятся электролиты в виде ионов калия, натрия, магния, кальция, хлора, сульфата, фосфата, карбоната, а также полный спектр микроэлементов. В %-ном отношении состав плазмы крови выглядит следующим образом: вода - 92 %, в которой содержатся хорошо растворимые белки - 6 %, органические промежуточные и конечные продукты метаболизма, а также растворенные неорганические компоненты в виде катионов (Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺⁾ и анионов (Сl-, SO4(2-), Н2РО4(-), составляющие по массе очень малую долю (всего 2%), но вносящие основной вклад в осмотическое давление крови по сравнению с коллоидной фракцией крови. В связи с этим в качестве физиологического раствора, вводимого в кровь, используют водный раствор хлорида натрия, который при концентрации 0,9% изотоничен крови. Введение этого раствора в кровь в больших объемах не вызывает разрушения ее форменных элементов (гемолиза или лизиса).

С точки зрения коллоидной химии плазма крови представляет собой сложную систему коллоидов. Белки представляют собой основную составляющую дисперсионной фазы. В плазме крови находится целый ряд белков, представляющих собой каскадные системы, обеспечивающие осуществление жизненно важных функций организма. Сюда относятся свёртывающая и противосвёртывающая системы крови (система фибринолиза), калликреин-кининовая система и система комплемента.

Обращая свои лиофобные группы (-CH₂, -СH₃ и др.) в сторону нерастворимых в воде молекул липидов, стероидов и жирных кислот, а гидрофильные концы (-COOH, -NH₂, -SH) - в сторону молекул воды и электролитов, белки являются основными стабилизаторами коллоидной системы плазмы крови. Обладая наряду с этим амфотерными свойствами, они являются основными переносчиками, транспортерами низкомолекулярных веществ в организме. Основными белками крови являются сывороточные альбумины и фибриноген. Именно эти соединения обеспечивают коллоидные свойства плазмы в том числе её вязкость и др.

Таким образом, коллоидное состояние крови определяется большим количеством высокомолекулярных соединений - белков и некоторых белок-липидных комплексов (БЛК), например ассоциатов альбумина со свободными жирными кислотами (СЖК). Липопротеиды (ЛП)- это БЛК, имеющие размер частиц от 60 до 400 нм, которые образуют тонкую дисперсию. Растворенные в воде низкомолекулярные соединения и ионы являются истинным раствором.

2.2 Дисперсная фаза крови

Дисперсная фаза крови представлена форменными элементами или клетками крови - эритроцитами, лейкоцитами и тромбоцитами, а также коллоидными частицами малорастворимых веществ.

Коллоидная (ультрамикрогетерогенная) фракция дисперсной фазы в крови представлена мицеллами липопротеинов, белков, а также мицеллами нерастворимых в воде уратов (кальциевых солей мочевой кислоты), лиофилизированных адсорбированными макромолекулами растворенных белков.

Клетки крови составляют микрогетерогенную фракцию дисперсной фазы: размеры лейкоцитов составляют (10-13) * 10^-6 м, эритроцитов - (7,2-7,5) * 10^-6 м и тромбоцитов - (2-5) * 10^-6 м. Основная физиологическая роль эритроцитов заключается в том, что они переносят кислород из легких в ткани живого организма, а углекислый газ - из тканей в легкие. В этом активную роль играет гемоглобин, содержащийся в эритроцитах (разд. 10.4). Кроме того, гемоглобин (ННb) и оксигемоглобин (ННbО2), как слабые кислоты, образуют буферные системы со своими анионами (ННb, Нb- и ННbО2, НЬО2(-)) и тем самым регулируют кислотно-основное равновесие в крови. Лейкоциты поглощают (захватывают) чужеродные микроорганизмы, попадающие в кровь, и тем самым лишают их активности. Это свойство лейкоцитов обусловлено способностью лейкоцитарных мембран адсорбировать микроорганизмы, а затем транспортировать их внутрь клетки (фагоцитоз). Тромбоциты при травмах кровеносных сосудов выделяют ферменты, которые способствуют полимеризации фибриногена, растворенного в плазме. При этом кровь из свободнодисперсной системы превращается в связнодисперсную за счет образования сетчатых структур из нитей фибриногена, в ячейках которых фиксируются клетки крови. Это приводит к образованию сгустков крови, закрывающих повреждения ткани.

В последнее время установлено, что и цельная кровь, и ее форменные элементы, и плазма крови проявляют свойства лиотропных жидкокристаллических систем. Это обусловлено наличием в крови воды, а также белков, липидов и их анизометричных мицелл, движущихся согласованно. Поэтому свойства крови изменяются под действием направленных полей, включая биополе.

Лиофильность форменных элементов крови определяется толщиной и плотностью гидратных оболочек на их поверхности и зависит от состава и конформации белков, солюбилизированных в клеточной мембране, а также белков, содержащихся в плазме. Изменение конформации белков при различных патологиях влияет на количество структурированной воды на поверхности клеток и коллоидных частиц крови, а, следовательно, на их лиофильность и агрегативную устойчивость системы в целом.

2.3 Основное назначение крови в организме

Основное назначение крови в организме - транспортировать низкомолекулярные соединения, которые являются субстратами и продуктами энергетического и пластического обмена, медиаторами регуляторных процессов. Концентрации большинства низкомолекулярных соединений постоянны и поддерживаются на стационарном уровне за счет регулирования их синтеза и секреции. Однако для выполнения специализированных функций клеткам часто требуются количества низкомолекулярных соединений, существенно отличающиеся от их концентраций во внеклеточной жидкости. Избирательное поступление таких соединений в клетки происходит путем рецептор-зависимого захвата. Роль лиганда, взаимодействующего со специфическим рецептором на поверхности клетки, выполняют белки. Иногда белки-лиганды являются одновременно и основным транспортным средством в кровотоке того или иного низкомолекулярного соединения.

Способность дисперсной системы сохранять во времени свое состояние и свойства характеризует устойчивость дисперсной системы.

Различают седиментационную и агрегативную устойчивость.

Седиментационная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не оседать под действием сил тяжести.

Агрегативная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы противостоять их слипанию между собой.

Седиментационная устойчивость коллоидных систем обусловлена малыми размерами частиц и их броуновским движением. Седиментационная устойчивость крови, то есть устойчивость частиц дисперсной системы к оседанию под действием сил тяжести, связана с непрерывным движением крови по кровяному руслу за счет деятельности сердца и стенок сосудов. При отсутствии движения кровь теряет седиментационную устойчивость, то есть форменные элементы крови постепенно оседают. Один из распространенных методов клинического анализа крови - измерение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) - связан с определением седиментационной устойчивости крови в условиях in vitro. Проба свежей крови выдерживается в вертикально расположенном капилляре с делениями некоторое время, в течение которого происходит оседание клеток крови и образуется два слоя: верхний, бесцветный, представляющий собой плазму, и нижний, окрашенный, содержащий форменные элементы. Скорость оседания наблюдается визуально по перемещению окрашенной границы между слоями и измеряется в мм/ч. В норме СОЭ не превышает 10-12 мм/ч, а при патологии в связи с уменьшением агрегативной и седиментационной устойчивости крови СОЭ возрастает.

Агрегативная устойчивость коллоидных растворов с ионным стабилизатором обусловлена наличием на поверхности частиц диффузной ионной атмосферы, которая препятствует их слипанию. Агрегативная устойчивость - результат воздействия на сближающиеся коллоидные частицы двух противоположно направленных сил: Ван-дер-Ваальсовых сил межмолекулярного притяжения и электростатических сил отталкивания одноименно заряженных частиц. При большой толщине диффузной части мицеллы преобладают силы отталкивания между одноименно заряженными противоионами. При малой толщине диффузного слоя частицы сближаются на расстояния, при которых молекулярное притяжение сильнее, что приводит к их агрегации (слипанию). Агрегативная устойчивость крови обеспечивается мощными гидратными оболочками на поверхности клеточных мембран, препятствующих слипанию клеток между собой.

Таким образом, агрегативная устойчивость коллоидных систем зависит от условий формирования мицеллы - заряда твердой фазы, толщины и заряда диффузного слоя. Агрегативная устойчивость крови обеспечивается мощными гидратными оболочками на поверхности клеточных мембран, препятствующих слипанию клеток между собой. Потеря агрегативной устойчивости приводит к слипанию коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов - коагуляция. Следствием коагуляции является потеря седиментационной устойчивости: укрупненные частицы оседают под действием возросшей силы тяжести.

Примером коагуляции коллоидной системы служит процесс свертывания крови. Ему способствует наличие в крови катионов кальция, поэтому для длительного хранения крови, предназначенной для консервирования, эти ионы удаляют из крови различными физико-химическими методами. Коагуляцию можно вызвать различными внешними воздействиями: добавлением небольших количеств электролита, концентрированием коллоидного раствора, изменением температуры, действием ультразвука, электромагнитного поля и др. Наибольшее практическое значение имеет коагуляция под действием электролитов. Свежеполученный при коагуляции осадок можно вернуть в коллоидное состояние. Процесс, обратный коагуляции - превращение осадка в устойчивый коллоидный раствор, называется пептизацией. Пептизации способствует промывание осадка чистым растворителем, вымывающим из системы ионы-коагулянты, и добавление электролита-пептизатора, содержащего ионы, способные, адсорбируясь на поверхности частиц осадка, восстановить ионные атмосферы вокруг них и перевести их в коллоидное состояние. Пептизация усиливается при перемешивании и нагревании. Процесс пептизации лежит в основе лечения многих заболеваний: рассасывания атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов, почечных и печеночных камней. Однако застарелые тромбы и уплотнившиеся камни не пептизируются.

3. Лимфа, как дисперсионная среда

Подобно крови лимфа состоит из жидкой части и форменных элементов. Причем эритроцитов в ней находится очень незначительное количество. Качественный состав жидкой части лимфы совершенно одинаков с составом плазмы крови, но в количественном отношении резко отличается. Лимфа содержит меньше плотных веществ, особенно мало в ней фибриногена и протромбина, Количество же минеральных веществ (особенно солей натрия) в лимфе больше чем в плазме крови. Лимфа является посредницей между кровью и каждой клеткой организма, осуществляя транспорт к клеткам питательных веществ и унося от них продукты жизнедеятельности.

Лимфа, оттекающая от кишечника, содержит в больших количествах продукты пищеварения, которые она получает во время всасывания. Она носит название хилюса и представляет собой эмульсию, содержащую крупные хиломикроны эмульгированного жира. Точный состава лимфы не известен. Он очень подвержен индивидуальным колебаниям. На него влияют такие факторы как состояние иммунной системы, деятельность различных органов и систем Липиды находятся в плазме в виде эмульсий. Частицы дисперсной фазы липидных эмульсий получили название хиломикронов. Дисперсное состояние и величина хиломикронов напрямую зависят от участия в процессе их эмульгации белковых молекул. Белки способствуют эмульгированию липидов, находящихся в плазме, осуществляют их транспорт и как бы передают другим белкам при передаче через мембраны. Хиломикроны крови состоят из холестерина и жирных кислот, нейтральных липидов и фосфолипидов с присоединенными к ним молекулами белков. В клинической практике их называют липопротеидами высокой (ЛПВП) и низкой (ЛПНП) плотности. Определение их количественного содержания в крови пациентов имеет большое значение в диагностике гиперхолестеринемии и борьбы с ней.

При патологических состояниях в плазме крови могут оказаться вещества различной химической природы, которые в норме либо отсутствуют в ней, либо присутствуют в очень небольших количествах. Так, при заболеваниях, сопровождающихся нарушениями выделительной функции пораженных органов, в плазме крови резко изменяется содержание ряда ее компонентов: при желтухах резко возрастает содержание желчных кислот и продуктов распада гемоглобина, при уремии - продуктов катаболизма белков мочевины и креатинина, ионов калия; при различных инфекциях в ней появляются микробные токсины белковой или полисахахаридной природы, при химических отравлениях - чужеродные химические вещества. Изменения в белковом составе плазмы крови могут происходить при многих заболеваниях. Эти изменения нарушают биохимический состав и влияют на коллоидные свойства плазмы крови и те функции, которые функции, которые должны выполнять ее коллоидные компоненты. Так, например, нарушения в системах свертывания - противосвертывания крови сдвигает динамическое равновесие между ними в сторону преобладания процесса свертывания, что приводит к образованию тромбов в кровеносных сосудах. Это, в свою очередь, является патогенетической основой развития инфарктов миокарда, ишемических инсультов головного мозга и тромбозов сосудов любой локализации.

Заключение

коллоидный дисперсный кровь лимфа

Кровь относится к корпускулярным дисперсным системам, так как ее дисперсная фаза состоит из сферических частиц (молекул, ионов, молекулярных агрегатов (мицелл и везикул), клеток) и обладает свойствами одновременно истинного раствора, коллоидного раствора, тонкой и грубой дисперсии. Кровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутри других. В.А.Исаев дает определение крови как дисперсной системе, в которой форменные элементы - эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма - дисперсной средой.

Однако по определению максимальных размеров, которых могут достигать коллоидные частицы он составляет 10^-7 м., тогда как размер тромбоцитов равен 0,5-0,75 x 10^-6 м, эритроцитов: 7x10^-6 м., а размеры лейкоцитов превышают размеры эритроцитов в несколько раз. Таким образом, форменные элементы не могут считаться дисперсной фазой коллоидной системы и сами представляют из себя коллоид в коллоиде. Тем не менее именно они обусловливают вязкость крови, которая в 5 раз превышает вязкость воды.

Одними из основных свойств коллоидного состояния веществ в биологических системах являются: Броуновское движение частиц дисперсной фазы, неспособность к ультрафильтрации и прохождению их через полупроницаемые мембраны, низкие значения или отсутствие осмотического потенциала, способность к коагуляции и набуханию.

Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.

Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды. Можно сказать, что весь организм человека - это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностными явлениями.

Наиболее изученной является такая коллоидная система организма как кровь. Кровь - это совокупность дисперсных систем. В плазме крови дисперсной фазой являются белки и жиры, а дисперсной средой вода. В свою очередь, форменные элементы крови могут рассматриваться как дисперсная фаза по отношению к плазме, которая в этом случае выполняет роль дисперсной среды. Сами клетки крови - тромбоциты, эритроциты, лейкоциты представляют собой, как и любые другие клетки организма, сложные по составу дисперсные системы. Лиофильность форменных элементов крови определяется толщиной и плотностью гидратных оболочек на их поверхности и зависит от состава и конформации белков, солюбилизированных в клеточной мембране, а также белков, содержащихся в плазме. Изменение конформации белков при различных патологиях влияет на количество структурированной воды на поверхности клеток и коллоидных частиц крови, а, следовательно, на их лиофильность и агрегативную устойчивость системы в целом.

Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковой являются, например, кровь и лимфа. Нарушение целостности тканей в результате травм, попадания в кровь чужеродных объектов (вирусы, бактерии) нарушают поверхностное натяжение и другие свойства этих коллоидных систем. Нарушение коллоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованию тромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов.

Итак, кровь является важнейшей биологической жидкостью и представляет собой сложную дисперсную систему, находящуюся в жидкокристаллическом состоянии. Разнообразные физико-химические свойства крови -- буферное действие, осмотическое давление, устойчивость, адсорбционная способность частиц дисперсной фазы, способность превращения жидкой крови в связнодисперсную систему и другие свойства - обеспечивают нормальную жизнедеятельность организма и защитное действие при различных патологиях.

Важнейшие функции крови - дыхательная, питательная, транспортная, выделительная, терморегуляционная, регуляторная (pH, гормоны и др.), защитная (системы свёртывания - противосвёртывания, антитела, цитокины).

Список использованных источников (литература и электронный ресурс):

1. Коллоидная химия / А.Г. Пасынский, 3-е изд. - М., 1968.

2. Курс коллоидной химии / Д.Г. Фролов - М., 1989.

3. Химия. Основы химии живого: учебник для вузов / В.И. Слесарев, 4-е изд., испр. -- СПб: Химиздат, 2007. - 784 с.

4. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин; под ред. В. А. Попкова, А. В. Жолнина. - 2012. - 400 с.

5. Курс коллоидной химии для медицинских вузов /В.Н. Сергеев,2012.-176с. 6. Коллоидная химия / Ю.А.Ершов, 2012.- 352 с. 7. Коллоидная химия / Б.Д. Сумм, 4-е издание, перераб.- 2013.- 240 с. 8. https://studopedia.org https://ru.wikipedia.org/wiki https://www.google.ru

Размещено на Allbest.ru