Физико–химические свойства крови. Кислотно-основное состояние.

Осмотическое давление — 7,6–8,1 атм. (≈5800 мм рт.ст., 770 кПа). Оно создается в основном солями, находящимися в диссоциированном состоянии. Осмотическое давление имеет существенное значение в поддержании концентрации различных веществ, растворенных в жидкостях организма, и определяет распределение воды между кровью, клетками и тканями. Свыше 60% осмотического давления крови обеспечивается NaCl. А всего за счет неорганических веществ обеспечивается 96% осмотического давления.

По величине осмотического давления в сравнении с осмотическим давлением крови различают растворы изотонические, гипотонические и гипертонические.

Изотонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению крови (например, 0,85% раствор NaCl). Эритроциты, помещенные в такой раствор, не изменяются, так как осмотическое давление в них и в растворе одинаково. Данный раствор получил название — физиологический. Его используют в качестве кровезамещающего раствора, растворителя для многих лекарственных веществ, для парентерального введения. Гипотонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого ниже осмотического давления крови (например, 0,3% раствор NaCI). Эритроциты, помещенные в такой раствор, набухают и лопаются (гемолизируются) в результате перехода воды в клетку, так как осмотическое давление в эритроците выше, чем в растворе.

Гипертонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови (например, 2% раствор NaCI). Эритроциты, помещенные в такой раствор, сморщиваются в результате выхода воды из клетки, так как осмотическое давление в эритроцитах ниже, чем в растворе.

Осмотическое давление у человека довольно постоянное. В нейрогуморальной его регуляции участвуют органы выделения (почки, потовые железы). Изменение осмотического давления воспринимается специальными осморецепторами, расположенными как на периферии (в эндотелии сосудов), так и центрально (в гипоталамусе). В гипоталамусе выделяется антидиуретический гормон, который, влияя на процессы реабсорбции в почечных канальцах, регулирует процесс мочеобразования. Кроме АДГ в регуляции осмотического давления крови принимают участие альдостерон, паратгормон, натрийуретический гормон сердца. Происходит рефлекторное изменение деятельности выделительных органов, приводящее к удалению или задержке в организме воды или солей, перераспределению ионов между плазмой и эритроцитами, плазмой и тканями. В этих процессах важная роль принадлежит белкам, способным связывать и отдавать ионы (онкотическое давление).

Онкотическое давление. Осмотическое давление, создаваемое белками, называется онкотическим (в силу их способности притягивать Н2О).

На долю осмотического давления, создаваемого белками, приходится 0,03–0,04 атм. (≈25 мм рт.ст., или 3,3 кПа), что, примерно составляет 1/200 всего осмотического давления плазмы. Так как белки имеют большой размер молекул, и неспособны поэтому проходить через эндотелий капилляров (остаются в кровотоке), то они удерживают определенное количество воды в крови. Онкотическое давление крови в 5 раз больше онкотического давления межклеточной жидкости.

Онкотическое давление имеет значение в:

• образовании тканевой жидкости;

• образовании лимфы;

• образовании мочи;

• всасывании Н₂О в кишечнике;

• перераспределении Н₂О между кровью и тканями.

Вязкость крови: цельной — 5 (вязкость воды принято за 1,0);

плазмы — 1,7–2,2.

Вязкость крови повышается при дегидратации организма, приводящей к сгущению крови (профузный понос, неукротимая рвота), увеличении в крови форменных элементов (полицитемия, лейкоз), накоплении СО₂ , повышенном содержании белков, особенно фибриногена. С повышением вязкости крови повышается гидродинамическое периферическое сопротивление в сосудах, что приводит к затруднению работы сердца и замедлению кровотока.

Вязкость крови зависит от количества эритроцитов. С увеличением их количества она возрастает.

Вязкость крови понижается при гидратации организма (прием большого объема воды, задержка воды в организме при заболеваниях почек), анемии, гипопротеинемии, снижении свертываемости крови (под влиянием введенного гепарина). Снижение вязкости крови приводит к ускорению кровотока.

Относительная плотность (удельный вес) крови зависит от содержания в ней белков, солей и эритроцитов. Относительная плотность цельной крови колеблется в довольно узких пределах (1,050–1,060 г/мл), плазмы 1,025–1,034 г/мл, а относительная плотность эритроцитов выше, чем цельной крови и плазмы (1,090).

Реакция крови (кислотно-основное состояние (КОС)) зависит от концентрации в среде ионов водорода, которое выражается в единицах рН. Концентрацию ионов водорода [H⁺] — водородный показатель — выражают в логарифмической шкале:

pH = log 1/[H⁺] = –log [H⁺]

КОС является одним из самых жестких параметров гомеостаза. В норме:

рН артериальной крови —7,40 (7,35–7,45);

рН венозной крови —7,35 (7,26–7,36) (в ней больше углекислоты);

рН внутри клеток —7,0–7,2 (кислые продукты обмена веществ).

ФУС поддержания рН крови.

Крайние пределы рН, которые совместимы с жизнью 7,0–7,8. Но длительное смещение рН на 0,1–0,2 является опасным и может оказаться гибельным. Отклонение рН прежде всего отражается на активности ферментов, т. к. максимальная активность каждого фермента проявляется при определенной (оптимальной) величине рН (нормальный ход реакции).

Несмотря на то, что в процессе обмена веществ в кровь непрерывно поступает СО₂ (диоксид углерода), молочная кислота и другие кислые компоненты, которые могли бы изменить рН крови, активная реакция (рН) сохраняется постоянной. Это обеспечивается буферными свойствами крови и деятельностью выделительных органов (выделение СО₂ легкими, выделение кислых и удержание щелочных продуктов почками).

Буферные системы крови.

Буферными системами называются растворы, обладающие свойствами достаточно стойко сохранять постоянство концентрации водородных ионов как при добавлении кислот или щелочей, так и при разведении. Любая буферная система состоит из равновесного соотношения протонов (Н⁺), сопряженного основания (А^-) и недиссоциированной слабой кислоты (формула ):

В соответствии с законом действующих масс повышение содержания протонов сопровождается увеличением концентрации недиссоциированной кислоты, а ощелачивание среды приводит к росту диссоциации кислоты с образованием протонов, и константа диссоциации (равновесия) К не изменяется.

Буферные системы крови состоят из смеси слабых кислот с солями этих кислот и сильных оснований. Благодаря буферным системам поддерживается активная реакция крови (рН).

Буферные системы крови:

1. Карбонатная — (смесь угольной кислоты [H₂СO₃] и гидрокарбоната натрия, калия [NaHCO₃, KНСО₃]) — основной буфер крови и межклеточной жидкости, составляет около половины буферной ёмкости крови (53%) и более 90% — плазмы и интерстициальной жидкости. Механизм действия карбонатной буферной системы: NaHCO₃ диссоциирует на Na⁺ и НСО₃^-. Поступившие в кровь кислые компоненты взаимодействует с бикарбонатом. В результате чего образуется Н₂СО₃, которая диссоциирует на Н₂О и СО₂ , избыток которых удаляется органами выделения и рН не изменяется.

Поступающие в кровь щелочные компоненты взаимодействуют с Н₂СО₃, в результате чего образуются соль и Н₂О (удаляются органами выделения).

СО₂ + Н₂О  Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^–

2. Гемоглобиновая — (35% буферной емкости крови), состоит из кислого компонента — оксигенированного Hb (HbO₂) и основного — восстановленного неоксигенированного (Hb). Восстановленный Нb является более слабой кислотой, чем Н₂СО₃ и отдает ей ион К⁺, а сам присоединяет Н⁺ и становится очень слабодиссоциируемой кислотой. В тканях гемоглобин играет роль щелочи. В легких же ведет себя как кислота (оксигемоглобин HHbО₂ является более сильной кислотой, чем Н₂СО₃), предотвращая защелачивание крови после выделения из нее углекислоты.

KHbO₂→KHb+O₂

KHb+H₂CO₃→HHb+KHCO₃

3. Фосфатная образована дигидрофосфатом и гидрофосфатом натрия: NаН₂РО₄/Nа₂НРО₄. При поступлении в кровь кислоты она реагирует с гидрофосфатом с образованием дигидрофосфата, щелочь реагирует с дигидрофосфатом натрия, образуя гидрофосфат. В обоих случаях избытки образующихся гидро- или дигидрофосфатов удаляются из организма почками.

H₂CO₃ + Na₂HPO₄  NaHCO₃ + NaH₂PO₄

4. Белковая. Белки плазмы играют роль буферной системы благодаря амфотерным свойствам, которые обусловлены амино- и карбоксильной группами: в кислой среде белки ведут себя как щелочи, связывая кислоты, в щелочной — как кислоты.

R-NH₂ + СО₂  R-NH-CОО^– + Н⁺

Буферные системы имеются и в клетках тканей (главными являются белковая и фосфатная).

В процессе обмена веществ кислых продуктов образуется больше, чем основных, поэтому существует опасность сдвига рН в кислую сторону. Подсчитано, что в организме человека в день образуется количество кислот (суммарная кислотность НCl, молочной, пировиноградной, угольной и др. кислот), которое эквивалентно 20–30 литрам 1,0н НСl. Но, невзирая на это, организм живет и при этом поддерживается постоянная величина рН. Буферные системы крови и тканей обеспечивают большую устойчивость к действию кислот! Щелочные соли слабых кислот, содержащиеся в крови, образуют так называемый щелочной резерв крови. А поскольку в крови существует определенное (довольно постоянное) соотношение между кислотными и щелочными эквивалентами, принято говорить о кислотно-щелочном равновесии крови.

Буферные системы имеют очень ограниченную емкость, и их хватает только на 3–5 минут, а затем они истощаются. Препятствуют же истощению резервов буферных систем функциональные системы.

Функциональные системы поддержания рН:

1. Дыхательная система обеспечивает выделение из организма летучего ангидрида угольной кислоты — углекислого газа.

2. Почки удаляют из организма избыток кислот и оснований. При ацидозе возрастает выделение дигидрофосфата натрия NaН₂РО₄, при алкалозе — гидрофосфата натрия и NаНСО₃, соответственно изменяется кислотность мочи, рН которой колеблется в широком диапазоне (4,5–8,5).

3. Важную роль в поддержании рН крови играет желудочно-кишечный тракт, слизистые оболочки которого секретируют эквимолярные количества соляной кислоты (желудок) и гидрокарбоната (кишечник и поджелудочная железа). При патологии состояния, сопровождающиеся неукротимой рвотой, способны привести к алкалозу за счет потери ионов водорода, а диарея, сопровождающаяся потерей бикарбонатов, — к системному ацидозу.

4. Кроме того, в организме функционирует система метаболической нейтрализации (печень, почки).

Нарушения кислотно-основного состояния.

Возможны сдвиги активной реакции крови как в кислую (ацидоз), так и в щелочную (алкалоз) сторону.

По степени выраженности различают компенсированный и некомпенсированный ацидоз и алкалоз. При компенсированном ацидозе при поступлении кислот в кровь изменения в крови могут ограничиваться лишь уменьшением щелочного резерва без изменений рН. Несмотря на химические и функциональные сдвиги в организме рН поддерживается при действии буферных систем. При истощении щелочного резерва и недостаточности защитных механизмов рН смещается за пределы нормы и развивается некомпенсированный ацидоз.

По происхождению различают:

• газовый ацидоз и газовый алкалоз;

• негазовый ацидоз и негазовый алкалоз.

Газовый (дыхательный) ацидоз — вследствие избыточного накопления углекислого газа в организме. Он может возникать при:

• недостаточности функции внешнего дыхания (поражении легких, дыхательных мышц и др.).

• недостаточности кровообращения (затрудняется удаление углекислоты из крови).

• вдыхании воздуха (смеси) с повышенной концентрацией углекислоты.

Газовый (дыхательный) алкалоз — при гипервентиляции легких в избытке выделяется СО2 (горная болезнь, чрезмерное искусственное дыхание).

Негазовый (метаболический) ацидоз — при накоплении в организме кислых продуктов. Такое состояние может возникать при:

• избыточном образовании кислых продуктов при нарушенном обмене веществ (сахарный диабет, голодание).

• нарушении выведения кислых продуктов из организма (заболевания почек).

• потери организмом оснований (профузный понос, свищи кишечника).

• избыточном введении в организм минеральных веществ (отравление уксусной кислотой).

Негазовый (метаболический) алкалоз — при накоплении в организме щелочных продуктов. Такое состояние может возникать при:

• введении в организм большого количества щелочных продуктов (злоупотребление приемом питьевой соды, щелочных вод).

• потере большого количества желудочного сока (неукротимая рвота, желудочный свищ).

• гиперпродукции глюкокортикоидов или лечении препаратами гормонов коры надпочечников. В этом случае ионы К⁺ в клетках замещаются Н⁺, что приводит к их нарастанию в клетках, но к снижению в крови.

Исследование кислотно-основного состояния проводится при помощи специальных анализаторов и включает измерение следующих параметров:

• pH крови;

• pCO₂, — парциальное давление CO₂ в крови;

• [НСО₃^–] — концентрация гидрокарбоната в крови;

• ВВ (buffer base) — буферные основания; сумма оснований (анионов) всех буферных систем крови

• ВЕ (base excess) — избыток (недостаток) оснований, является вторичным вычисленным параметром, характеризует отклонение концентрации буферных оснований от нормального уровня.