Тема : физико-химические свойства крови. Основные константы крови

• Продолжительность изучения темы: 6 часов;

из них на занятие 4 часа; самостоятельная работа 2 часа

• Место проведения учебная комната

Цель занятия: Знать систему крови и роль ее как средства транспорта веществ в приспособительных реакциях организма, направленных на поддержание гомеостазиса., знать константы крови и уметь определять некоторые из них.

Задачи:

1. Знать состав внутренней среды организма и ее назначение;

2. Знать буферные системы, обеспечивающие постоянство активной реакции крови;

3. Уметь описать основные константы крови;

4. Уметь объяснить причины изменения осмотической стойкости эритроцитов;

5. Знать факторы, влияющие на СОЭ, и клиническое значение показателя;

6. Уметь оценить осмотическую резистентность эритроцитов и определить величину СОЭ.

Тема занятия представляет интерес для клинической практики, поскольку кровь является легкодоступным материалом для исследования и при многих заболеваниях ее состав и свойства компонентов изменяются характерным образом. Полученные практические навыки будут необходимы при обучении на последующих теоретических и практических кафедрах.

• Методические рекомендации по самоподготовке

Кровь — одна из тканей внутренней среды. Основные компоненты крови — жидкое межклеточное вещество (плазма) и взвешенные в плазме клетки (так называемые форменные элементы крови). Свернувшаяся (коагулировавшая) кровь состоит из сгустка (тромб), включающего клеточные элементы крови и некоторые белки плазмы, и прозрачной жидкости, сходной с плазмой, но лишённой фибриногена (сыворотка). Система крови: органы кроветворения (гемопоэза) и периферическая кровь (как её циркулирующая, так и депонированная [зарезервированная] в органах и тканях фракции). Кровь — одна из интегрирующих систем организма. Различные отклонения в состоянии организма и отдельных органов приводят к изменениям в системе крови и наоборот. Именно поэтому при оценке состояния здоровья или нездоровья человека тщательно исследуют параметры, характеризующие кровь (гематологические показатели).

Функции крови

Многочисленные функции крови определяются не только присущими самой крови (плазме и клеточным элементам) свойствами, но и теми обстоятельствами, что кровь циркулирует в сосудистой системе, пронизывающей все ткани и органы, и находится в постоянном обмене с интерстициальной жидкостью, омывающей все клетки организма. В самом общем виде к функциям крови относятся транспортная, гомеостатическая, защитная и гемокоагуляционная.

· Транспорт. Кровь циркулирует в замкнутой системе сосудов и переносит газы, питательные вещества, гормоны, аминокислоты и белки, ионы, промежуточные и конечные продукты метаболизма.

· Гомеостаз. Кровь поддерживает постоянство внутренней среды организма, регулирует тепловой баланс, осмотическое равновесие и КЩР.

· Защита. Кровь осуществляет защитные функции: уничтожение микроорганизмов, участие в воспалительных и иммунных реакциях.

· Гемокоагуляция. Кровь содержит тромбоциты и плазменные факторы свёртывания, при нарушении целостности сосудистой стенки образующие тромб, препятствующий потере крови.

Как часть внутренней среды организма, кровь является интегральной частью практически любой функциональной активности (например, участие крови в дыхании, питании и метаболизме, экскреции, регуляция гормональная и температурная, КЩР и объёма жидкостей, реализация иммунных реакций).

· Дыхание. Кровь транспортирует кислород и углекислый газ между лёгкими и тканями.

· Питание и метаболизм. Кровь транспортирует аминокислоты, глюкозу, жирные кислоты и другие питательные вещества из ЖКТ в различные участки тела.

· Экскреция. Кровь транспортирует конечные продукты обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин и другие) из тканей в почки.

· Кислотно-щелочное равновесие. Hb, бикарбонаты и белки плазмы действуют как буфер.

· Регуляция жидкостей тела. Кровь распределяет жидкости между тканями.

· Температурная регуляция. Высокая теплоёмкость и теплопроводность крови обеспечивают аккомодацию организма и его частей в среде обитания.

· Гормональная регуляция. Кровь транспортирует гормоны из мест образования к местам действия.

· Иммунные реакции. АТ и фагоциты защищают против чужеродных веществ и организмов.

Общий анализ крови При общем анализе крови определяют содержание гемоглобина, количество эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, подсчитывают лейкоцитарную формулу, определяют СОЭ. Этот анализ может быть дополнен определением количества ретикулоцитов. Обычно исследуют капиллярную кровь, получаемую при уколе подушечки безымянного пальца левой руки, или кровь из локтевой вены. Для забора крови применяют одноразовые иглы-скарификаторы. Кожу в месте укола протирают ватным тампоном, смоченным спиртом, затем — эфиром. Укол лучше всего производить на глубину 2–3 мм. Кровь желательно брать утром натощак, однако при необходимости анализ крови может быть проведён в любое время суток. Методы определения уровня гемоглобина, подсчёта эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, а также лейкоцитарной формулы рассмотрены подробно в специальных изданиях, включающих и описание современных способов с помощью специальных электронных счётчиков. Несмотря на огромную важность исследования периферической крови, необходимо подчеркнуть, что результаты общего анализа крови следует оценивать только в совокупности со всеми другими клиническими данными, особенно при динамическом наблюдении за больным.

Объёмы крови. Общий объём крови принято рассчитывать от массы тела (без учёта жира), что составляет примерно 7% (6–8%, для новорождённых — 8,5%). Так, у взрослого мужчины массой 70 кг объём крови составляет около 5600 мл (60 мл/кг массы тела). При этом 3,5–4 л обычно циркулирует в сосудистом русле и полостях сердца (циркулирующая фракция крови, или ОЦК — объём циркулирующей крови), а 1,5–2 л депонировано в сосудах органов брюшной полости, лёгких, подкожной клетчатки и других тканей (депонированная фракция). Объём плазмы составляет примерно 55% общего объёма крови. Клеточные элементы составляют 45% (36–48) от общего объёма крови.

Гематокрит (Ht, или гематокритное число) — отношение объёма клеточных элементов крови (99% приходится на эритроциты) к объёму плазмы — в норме равен у мужчин 0,41–0,50, у женщин — 0,36–0,44. Определение объёма крови осуществляют прямо (за счёт мечения эритроцитов 51Cr) или косвенно (за счёт мечения альбумина плазмы 131I или определения гематокрита).

Реологические свойства Реологические (в том числе вязкие) свойства крови важны для оценки движения крови в сосудах и для оценки суспензионной стабильности эритроцитов.

Вязкость — свойство жидкости, влияющее на скорость её движения. Вязкость крови на 99% определяют эритроциты. Сопротивление потоку крови (по закону Пуазейля) прямо пропорционально вязкости, а вязкость прямо пропорциональна гематокриту. Таким образом, увеличение гематокрита означает увеличение нагрузки на сердце (т.е. происходит увеличение объёмов наполнения и выброса сердцем).

Суспензионная стабильность эритроцитов. Эритроциты в крови отталкиваются друг от друга, так как имеют на поверхности отрицательный заряд. Уменьшение поверхностного отрицательного заряда эритроцитов приводит к их агрегации, такие агрегаты менее устойчивы в гравитационном поле, так как увеличена их эффективная плотность. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) является мерой оценки суспензионной устойчивости эритроцитов. Измерение величины СОЭ проводят в градуированных капиллярных пипетках, а для предотвращения свёртывания крови к ней добавляют трёхзамещённый цитрат натрия (так называемая цитратная кровь). В течение часа в верхней части капиллярной трубки появляется светлый столбик плазмы, высота которого в миллиметрах и является величиной СОЭ (у здоровых лиц 2–15 мм/ч). Наиболее типичная причина повышения СОЭ — воспаление различного генеза (бактериальное, аутоиммунное), беременность, опухолевые заболевания. Белки острой фазы. При травме, инфекциях, многих острых заболеваниях в течение нескольких часов в крови появляются так называемые белки острой фазы (воспаления), синтезируемые преимущественно в печени. К ним относятся C-реактивный и связывающий маннозу белки, компонент амилоида P, α1-антитрипсин, фибриноген, церулоплазмин. Содержание белков острой фазы увеличивается в ответ на интерлейкины 1, 6, 11. Увеличение содержания белков острой фазы в плазме крови (в особенности и главным образом фибриногена) увеличивает СОЭ. Помимо острого воспалительного процесса — наиболее типичной причины повышения СОЭ — увеличение значений это показателя наблюдается и при других состояниях. Особенно заметно СОЭ увеличивается при появлении в плазме парапротеинов, что характерно, например, для миеломной болезни. В настоящее время разработаны методики для идентификации парапротеинов. На СОЭ влияет рН плазмы крови: при ацидозе отмечают снижение, при алкалозе — повышение. При анемии СОЭ увеличивается, при эритроцитозе — уменьшается. СОЭ отражает активность воспалительного процесса при многих ревматических болезнях (наблюдают повышение СОЭ). Величина данного показателя позволяет контролировать динамику заболевания.

Плазма. Надосадочная жидкость, образующаяся после центрифугирования свернувшейся крови, — кровяная сыворотка. Надосадочная жидкость после центрифугирования цельной крови с добавленными к ней антикоагулянтами (цитратная кровь, гепаринизированная кровь), — плазма крови. В отличие от плазмы в сыворотке нет ряда плазменных факторов свёртывания крови (I — фибриноген, II — протромбин, V — проакцелерин и VIII — антигемофилический фактор). Плазма — жидкость бледноянтарного цвета, содержащая белки, углеводы, липиды, липопротеины, электролиты, гормоны и другие химические соединения. Объём плазмы — около 5% массы тела (при массе 70 кг — 3500 мл) и 7,5% всей воды организма. Плазма крови состоит из воды (90%) и растворённых в ней веществ (10%, органические — 9%, неорганические — 1%; в твёрдом остатке на долю белков приходится примерно 2/3, а 1/3 — низкомолекулярные вещества и электролиты). Химический состав плазмы сходен с интерстициальной жидкостью (преобладающий катион — Na+, преобладающие анионы — Cl–, HCO₃^–), но концентрация белка в плазме выше (70 г/л).

Белки. В плазме содержится несколько сотен различных белков, поступающих в основном из печени, но также из циркулирующих в крови клеточных элементов и из множества внесосудистых источников. Функции плазменных белков крайне разнообразны. Плазменные белки классифицируют по физико-химической характеристике (точнее — по их подвижности в электрическом поле), а также в соответствии с выполняемыми функциями. Альбумины (40 г/л, Mr »60–65 кД) в значительной степени определяют онкотическое (коллоидно-осмотическое) давление (25 мм рт.ст., или 3,3 кПа) крови (в 5 раз более онкотического давления межклеточной жидкости). Именно поэтому при массивной потере альбуминов (гипоальбуминемия) через почки развиваются «почечные» отёки, а при голодании — «голодные» отёки. Глобулины (30 г/л), в том числе (примеры): α1-Глобулины: α1-антитрипсин, α1-липопротеины (высокой плотности), протромбин. α2-Глобулины: α2-макроглобулин, α2-антитромбин III, α2-гаптоглобулин, плазминоген. β-Глобулины: β-липопротеины (низкой плотности), апоферритин, гемопексин, фибриноген, C-реактивный белок. g-Глобулины: иммуноглобулины (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM).

Функциональная классификация. Выделяют три главных группы: 1. белки системы свёртывания крови; 2. белки, участвующие в иммунных реакциях; 3. транспортные белки.

1. Белки системы свёртывания крови (см. подробнее ниже). Различают коагулянты и антикоагулянты. Обе группы белков обеспечивают равновесие между процессами формирования и разрушения тромба. Коагулянты (в первую очередь это плазменные факторы свёртывания) участвуют в формировании тромба. Например, фибриноген (синтезируется в печени и при гемокоагуляции превращается в фибрин). Антикоагулянты — компоненты фибринолитической системы (препятствуют свёртыванию).

2. Белки, участвующие в иммунных реакциях. К этой группе относят Ig и белки системы комплемента. Белки комплемента (C1–C9) участвуют в неспецифической защите клеток хозяина и инициируют реакции воспаления. α2-Макроглобулины плазмы сходны с белками комплемента по функциям и структуре. Эти гликопротеины также связывают цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6) и факторы роста.

3. Транспортные белки — альбумины (жирные кислоты), аполипопротеины (холестерин), трансферрин (железо), гаптоглобин (Hb), церулоплазмин (медь), транскортин (кортизол), транскобаламины (витамин B12) и множество других.

Липопротеины. В плазме крови холестерин и триглицериды формируют комплексы с белками. Такие различные по величине и другим характеристикам комплексы называются липопротеинами (ЛП). Транспорт холестерина осуществляют липопротеины низкой плотности (ЛПНП), ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП), ЛП промежуточной плотности (ЛППП), ЛП высокой плотности (ЛПВП), а также хиломикроны. С клинической точки зрения (вероятность развития артериосклеротического поражения — атеросклероза) существенное значение имеет содержание в крови холестерина и способность ЛП фиксироваться в стенке артерий (атерогенность). ЛПВП — наименьшие по размеру (5–12 нм) ЛП — легко проникают в стенку артерий и также легко её покидают, т.е. ЛПВП не атерогенны. ЛПНП (18–25 нм), ЛППП промежуточной плотности (25–35 нм) и небольшая часть ЛПОНП (размер около 50 нм) достаточны малы для того, чтобы проникнуть в стенку артерий. После окисления эти ЛП легко задерживаются в стенке артерий. Именно эти категории ЛП атерогенны. Крупные по размеру ЛП — хиломикроны (75–1200 нм) и ЛПОНП значительных размеров (80 нм) — слишком велики для того, чтобы проникнуть в артерии и не расцениваются как атерогенные. Вероятность атеросклеротического поражения сосудов (в т.ч. приводящей к развитию ишемической болезни сердца — ИБС) прямо пропорциональна уровню общего холестерина сыворотки крови. Чем выше гиперхолестеринемия (точнее — отношение содержания холестерина в ЛПНП к содержанию холестерина в ЛПВП), тем выше риск развития ИБС. Триглицериды содержатся в основном в хиломикронах (80–95%), они синтезируются в слизистой оболочке тонкой кишки из жиров, поступающих с пищей, и в ЛПОНП (55–80%). Выраженную гипертриглицеридемию не считают атерогенной, так как крупные по размеру хиломикроны и ЛПОНП не могут проникнуть через стенку артерий. ЛПНП и ЛПВП содержат небольшое количество триглицеридов (5–15%).

Осмотическое и онкотическое давление. Содержащиеся в плазме осмолиты (осмотически активные вещества), т.е. электролиты низкомолекулярных (неорганические соли, ионы) и высокомолекулярных веществ (коллоидные соединения, преимущественно белки) определяют важнейшие характеристики крови — осмотическое и онкотическое давление. В медицинской практике эти характеристики важны не только по отношению к крови per se (например, представление об изотоничности растворов), но и для реальной ситуации in vivo (например, для понимания механизмов перехода воды через капиллярную стенку между кровью и межклеточной жидкостью [в частности механизмов развития отёков], разделённых эквивалентом полупроницаемой мембраны — стенкой капилляра). В этом контексте для клинической практики существенны и такие параметры, как эффективное гидростатическое и центральное венозное давление. Осмотическое давление (p) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от растворителя (воды) полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (в условиях in vivo ею является сосудистая стенка). Осмотическое давление крови может быть определено по точке замерзания (т.е. криоскопически) и в норме составляет 7,5 атм (5800 мм рт.ст., 770 кПа, 290 мосмоль/кг воды).Онкотическое давление (коллоидно-осмотическое давление — КОД) — давление, которое возникает за счёт удержания воды в сосудистом русле белками плазмы крови. При нормальном содержании белка в плазме (70 г/л) КОД плазмы — 25 мм рт.ст. (3,3 кПа), тогда как КОД межклеточной жидкости значительно ниже (5 мм рт.ст., или 0,7 кПа). Эффективное гидростатическое давление — разница между гидростатическим давлением межклеточной жидкости (7 мм рт.ст.) и гидростатическим давлением крови в микрососудах. В норме эффективное гидростатическое давление составляет в артериальной части микрососудов 36–38 мм рт.ст., а в венозной — 14–16 мм рт.ст.

Инфузионные растворы и отёки Солевые инфузионные растворы для внутривенного введения должны иметь то же осмотическое давление, что и плазма, т.е. быть изоосмотическими (изотоническими, например, так называемый физиологический раствор — 0,85% раствор хлорида натрия). Если осмотическое давление вводимой (инфузионной) жидкости выше (гиперосмотический, или гипертонический раствор), это приводит к выходу воды из клеток. Если осмотическое давление вводимой (инфузионной) жидкости ниже (гипоосмотический, или гипотонический раствор), это приводит к поступлению воды в клетки, т.е. к их набуханию (клеточный отёк) Осмотический отёк (накопление жидкости в межклеточном пространстве) развивается при повышении осмотического давления тканевой жидкости (например при накоплении продуктов тканевого обмена, нарушении выведения солей) Онкотический отёк (коллоидно-осмотический отёк), т.е. увеличение содержания воды в интерстициальной жидкости, обусловлен снижением онкотического давления крови при гипопротеинемии (в основном, за счёт гипоальбуминемии, так как альбумины обеспечивают до 80% онкотического давления плазмы).

Кислотно-щелочное равновесие

pH = log 1/[H+] = –log [H+]

рН — водородный показатель — отрицательный десятичный логарифм молярной [H+] в среде. рН жидких сред организма зависит от содержания в них органических и неорганических кислот и оснований. Кислота — вещество, которое в растворе является донором протонов. Основание — вещество, являющееся в растворе акцептором протонов.

В норме в организме образуются почти в 20 раз больше кислых продуктов, чем основных (щелочных). В связи с этим в организме доминируют системы, обеспечивающие нейтрализацию, экскрецию и секрецию избытка соединений с кислыми свойствами. К этим системам относятся химические буферные системы и физиологические механизмы регуляции КЩР. Химические буферные системы представлены бикарбонатным, фосфатным, белковым и гемоглобиновым буферами. Принцип действия буферных систем заключается в трансформации сильных кислот и сильных оснований в слабые.. Буферные системы начинают действовать сразу же при увеличении или снижении [H+], т.е. являются быстрой системой компенсации сдвигов рН. Например, буферы крови способны устранять умеренные сдвиги КЩР в течение 10–40 с. Эти реакции реализуются как внутри-, так и внеклеточно (в крови, межклеточной, спинномозговой и других жидких средах), но в большем масштабе — в клетках. Гидрокарбонатная буферная система — основной буфер крови и межклеточной жидкости и составляет около половины буферной ёмкости крови и более 90% — плазмы и интерстициальной жидкости. Гидрокарбонатный буфер внеклеточной жидкости состоит из смеси угольной кислоты — H₂СO₃ и гидрокарбоната натрия — NaHCO₃. В клетках в состав соли угольной кислоты входят калий и магний. Функционирование гидрокарбонатного буфера ассоциировано с функцией внешнего дыхания и почек. Система внешнего дыхания поддерживает оптимальный уровень РСО₂ крови (и как следствие — концентрацию H₂CO₃), а почки — содержание аниона HCO₃^–. Фосфатная буферная система играет существенную роль в регуляции КЩР внутри клеток, особенно — канальцев почек. Это обусловлено более высокой концентрацией фосфатов в клетках в сравнении с внеклеточной жидкостью (около 8% общей буферной ёмкости). Фосфатный буфер состоит из двух компонентов: щелочного — (Na₂HPO₄) и кислого — (NaH₂PO₄). Белковая буферная система — главный внутриклеточный буфер. Он составляет примерно три четверти буферной ёмкости внутриклеточной жидкости. Гемоглобиновая буферная система — наиболее ёмкий буфер крови — составляет более половины всей её буферной ёмкости. Гемоглобиновый буфер состоит из кислого компонента — оксигенированного Hb — HbO₂ и основного — неоксигенированного. HbO₂ примерно в 80 раз сильнее диссоциирует с отдачей в среду H+, чем Hb. Основная роль гемоглобиновой буферной системы заключается в её участии в транспорте CO₂ от тканей к лёгким..Физиологические механизмы. Наряду с мощными и быстродействующими химическими системами в организме функционируют органные механизмы компенсации и устранения сдвигов КЩР. К наиболее эффективным физиологическим механизмам регуляции КЩР относят процессы, протекающие в лёгких, почках, печени и ЖКТ.

Клеточные элементы крови. К клеткам крови (устаревшее название — форменные элементы) относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, или кровяные пластинки. Клетки крови изучают микроскопически на мазках, окрашенных по Романовскому–Гимзе, Райту и др.. Содержание в периферической крови взрослого человека эритроцитов у мужчин — 4,5–5,1х10¹²/л (у женщин — 3,9–5х10¹²/л), лейкоцитов — 3,8–9,8х10⁹/л (лимфоциты — 1,2–3,3х10⁹/л, моноциты — 0,2–0,7х10⁹/л, зернистые лейкоциты — 1,8–6,6х10⁹/л), тромбоцитов — 190–405х10⁹/л. В периферической крови циркулируют дефинитивные формы клеток, образование которых (кроветворение, или гемопоэз) происходит в красном костном мозге и органах лимфоидной системы (тимусе, селезёнке, лимфатических узлах и лимфоидных фолликулах). Из стволовой кроветворной клетки в красном костном мозге формируются эритроидные клетки (в кровь поступают эритроциты и ретикулоциты), миелоидные клетки (зернистые лейкоциты, в кровь поступают палочко- и сегментоядерные нейтрофильные лейкоциты, зрелые базофильные и эозинофильные лейкоциты), моноциты, кровяные пластинки и часть лимфоцитов, в органах лимфоидной системы — T- и B-лимфоциты.

Базисные знания студентов, необходимые для реализации целей занятия.

Знать:

1. Понятия о внешней среде и внутренней среде.

2. Понятия о гомеостазе и гомеокинезе.

3. Кровь - как внутренняя среда организма и средство транспорта.

4. Функции крови.

Вопросы для самоподготовки к занятию:

1. Система крови, ее строение, физиологическое значение.

2. Функция крови, состав циркулирующей крови, методы исследования.

3. Основные физиологические константы крови (осмотическое давление, онкотическое давление, рН, гемоглобин, эритроциты, белки, СОЭ и др.).

4. Кровозамещающие растворы, их классификация.

5. СОЭ, механизм, клиническое значение показателя.

Выполните следующие лабораторные работы:

1.Определение осмотической резистентности эритроцитов.

Под осмотической резистентностью подразумевают способность эритроцита противостоять понижающемуся осмотическому давлению. При различных заболеваниях крови резистентность эритроцитов может меняться, поэтому определение ее границ имеет диагностическое значение.

Необходиы: штатив с 18 пробирками, растворы NaCl убывающей концентрации (0,9%, 0,85, 0,8 и т.д. до 0,1%), пробирка с цитратной кровью, две пипетки.

Цель работы: научиться определять, при какой концентрации раствора NaCl отмечаются первые признаки гемолиза; определить верхнюю и нижнюю границы резистентности эритроцитов и сравнить данные с нормой.