Вода. Физические свойства. Внутренняя среда организма и ее значение Основу внутренней среды живых организмов образует

Кровь, лимфа, тканевая жидкость образуют внутреннюю среду организма. Из плазмы крови, проникающей через стенки капилляров, формируется тканевая жидкость, которая омывает клетки. Между тканевой жидкостью и клетками постоянно происходит обмен веществ. Кровеносная и лимфатическая системы обеспечивают гуморальную связь между органами, объединяя обменные процессы в общую систему. Относительное постоянство физико-химических свойств внутренней среды способствует существованию клеток организма в довольно неизменных условиях и уменьшает влияние на них внешней среды. Постоянство внутренний среды - гомеостаз - организма поддерживается работой многих систем органов, которые обеспечивают саморегуляцию жизненно важных процессов, взаимосвязь с окружающей средой, поступление необходимых организму веществ и выводят из него продукты распада.

1. Состав и функции крови

Кровь выполняет следующие функции: транспортную, распре­деления теплоты, регуляторную, защитную, участвует в выделении, поддерживает постоянство внутренней среды организма.

В организме взрослого человека содержится около 5 л крови, в среднем 6-8% от массы тела. Часть крови (около 40%) не циркулирует по кровеносным сосудам, а находится в так называемом депо крови (в капиллярах и венах печени, селезенки, легких и кожи). Объем циркулирующей крови может меняться за счет изменения объема депонированной крови: во время мышечной работы, при кровопотерях, в условиях пониженного атмосферного давления кровь из депо выбрасывается в кровяное русло. Потеря 1/3- 1/2 объема крови может привести к смерти.

Кровь представляет собой непрозрачную красную жидкость, состоящую из плазмы (55%) и взвешенных в ней клеток, форменных элементов (45%) - эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов.

1.1. Плазма крови

Плазма крови содержит 90-92% воды и 8-10% неорганических и органических веществ. Неорганические вещества составляют 0,9-1,0% (ионы Na, К, Mg, Са, CI, Р и др.). Водный раствор, который по концентрации солей соответствует плазме крови, называют физиологическим раствором. Его можно вводить в организм при недостатке жидкости. Среди органических веществ плазмы 6,5-8% составляют белки (альбумины, глобулины, фибриноген), около 2% приходится на низкомолекулярные органические вещества (глюкоза - 0,1%, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, липиды, креатинин). Белки наряду с минеральными солями поддерживают кислотно-щелочное равно­весие и создают определенное осмотическое давление крови.

1.2. Форменные элементы крови

В 1 мм крови содержится 4,5-5 млн. эритроцитов . Это безъядерные клетки, имеющие форму двояковогнутых дисков диаметром 7-8 мкм, толщиной 2-2,5 мкм (рис.1). Такая форма клетки увеличивает поверхность для диффузии дыхательных газов, а также делает эритроциты способными к обратимой деформации при прохождении через узкие изогнутые капилляры. У взрослых людей эритроциты образуются в красном костном мозге губчатого вещества костей и при выходе в кровяное русло теряют ядро. Время циркуляции в крови составляет около 120 сут., после чего они разрушаются в селезенке и печени. Эритроциты способны разрушаться и тканями других органов, о чем свидетельствует исчезновение «синяков» (подкожных кровоизлияний).

В эритроцитах содержится белок - гемоглобин , состоящий из белковой и небелковой частей. Небелковая часть (гем) содержит ион железа. Гемоглобин образует в капиллярах легких непрочное соединение с кислородом - оксигемоглобин. Это соединение по цвету отличается от гемоглобина, поэтому артериальная кровь (кровь, насыщенная кислородом) имеет ярко-алый цвет. Оксигемоглобин, отдавший кислород в капиллярах тканей, называют восстановленным. Он находится в венозной крови (крови, бедной кислородом), которая имеет более темный цвет, чем артериальная. Кроме того, в венозной крови содержится нестойкое соединение гемоглобина с углекислым газом - карбгемоглобин. Гемоглобин может входить в соединения не только с кислородом и углекислым газом, но и с другими газами, например с угарным газом, образуя прочное соединение карбоксигемоглобин . Отравление угарным газом вызывает удушье. При уменьшении количества гемоглобина в эритроцитах или уменьшении числа эритроцитов в крови возникает анемия.

Лейкоциты (6-8 тыс./мм крови) - ядерные клетки размером 8-10 мкм, способные к самостоятельным движениям. Различаются несколько типов лейкоцитов: базофилы, эозинофилы, нейтрофилы, моноциты и лимфоциты. Они образуются в красном костном мозге, лимфатических узлах и селезенке, разрушаются в селезенке. Продолжительность жизни большинства лейкоцитов - от нескольких часов до 20 сут., а лимфоцитов - 20 лет и более. При острых инфекционных заболеваниях число лейкоцитов быстро нарастает. Проходя сквозь стенки кровеносных сосудов, нейтрофилы фагоцитируют бактерии и продукты распада тканей и разрушают их своими лизосомными ферментами. Гной состоит главным образом из нейтрофилов или их остатков. И.И.Мечников назвал такие лейкоциты фагоцитами, а само явление поглощения и разрушения лейкоцитами чужеродных тел - фагоцитозом, что является одной из защитных реакций организма.

Рис. 1. Клетки крови человека:

а - эритроциты, б - зернистые и незернистые лейкоциты, в - тромбоциты

Увеличение числа эозинофилов наблюдается при аллергических реакциях и глистных инвазиях. Базофилы продуцируют биологически активные вещества - гепарин и гистамин. Гепарин базофилов препятствует свертыванию крови в очаге воспаления, а гистамин расширяет капилляры, что способствует рассасыванию и заживлению.

Моноциты - самые крупные лейкоциты; способность к фагоцитозу у них наиболее выражена. Они приобретают большое значение при хронических инфекционных заболеваниях.

Различают Т-лимфоциты (образуются в вилочковой железе) и В-лимфоциты (образуются в красном костном мозге). Они выполняют специфические функции в реакциях иммунитета.

Тромбоциты (250-400 тыс./мм 3)-мелкие безъядерные клетки; участвуют в процессах свертывания крови.

2014-05-31

Среди неорганических соединений живых организмов особая роль принадлежит воде. Вода является основной средой, в которой происходят процессы обмена веществ и превращения энергии.

Содержание воды в большинстве живых организмов составляет 60-70 %. Вода образует основу внутренней среды живых организмов (крови, лимфы, межклеточной жидкости). Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула воды полярная (диполь). Положительный заряд сосредоточен на атомах водорода, поскольку кислород является более электроотрицательным, чем водород. Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атома водорода другой молекулы, образуя при этом водородная связь, который в 15-20 раз слабее, чем ковалентная. Поэтому водородные связи легко разрываются, что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие теплового движения молекул в воде некоторые водородные связи разрываются, некоторые образуются.

Таким образом, молекулы являются подвижными в жидком состоянии, что очень важно для процессов обмена веществ. Молекулы воды легко проникают через клеточные мембраны. Благодаря высокой полярности молекул вода является растворителем других полярных соединений. В зависимости от способности растворяться определенных соединений в воде, их условно разделяют на гидрофильные, или полярные, и гидрофобные, или неполярные. К гидрофильных соединений, растворимых в воде, относится большинство солей. Гидрофобные соединения (почти все жиры, некоторые белки) содержат неполярные группы, не образуют водородные связи, поэтому эти соединения не растворяются в воде. Она обладает высокой теплоемкостью и одновременно высокую для жидкостей теплопроводность. Эти свойства делают воду идеальной для поддержания теплового равновесия организма.

Для поддержания процессов жизнедеятельности отдельных клеток и организма в целом важное значение имеют минеральные соли. Живые организмы содержат как растворенные соли (в виде ионов), так и соли в твердом состоянии. Ионы разделяются на положительные (катионы металлических элементов К +, Na +, Са2 +, М2 + и др.) и отрицательные (анионы кислот соляной — Сl -, серной — НSO4 -, SО42 -, карбонатной — НСО3 -, фосфатной — Н2РО4 -, НРО42 — и др.).. Различная концентрация катионов К + и Na + в клетке и межклеточной жидкости вызывает разность потенциалов на мембране клетки; изменение проницаемости мембраны по К + и Na + под влиянием раздражения обеспечивает возникновение нервного и мышечного возбуждения. Анионы фосфорной кислоты поддерживают нейтральную реакцию внутриклеточной среды (рН = 6,9), анионы карбоновой кислоты — слабощелочную реакцию плазмы крови (рН = 7,4). Соединения кальция (СаСO3) входят в состав раковин моллюсков и простейших, панцирей раков. Соляная кислота создает кислую среду в желудке позвоночных животных и человека, обеспечивает этим активность ферментов желудочного сока. Остатки серной кислоты, присоединяясь к нерастворимых в воде соединений, обеспечивающих их растворимость, что способствует выведению данных соединений из клеток и организма.

Познакомившись с элементами, присутствующими в живых организмах, обратимся теперь к соединœениям, в состав которых эти элементы входят (рис.). Здесь также обнаруживается фундаментальное сходство между всœеми живыми организмами. Больше всœего в них содержится воды. Во всœех организмах мы находим также простые органические соединœения, играющие роль «строительных блоков», из которых строятся более крупные молекулы. Это, прежде всœего, аминокислоты, моносахариды, органические кислоты, спирты, нуклеотиды и некоторые другие вещества.

Вода. Среди неорганических соединœений живых организмов особая роль принад­лежит воде.Она является основной средой, в кото­рой происходят процессы обмена веществ и энергии. Содержание воды в живых организмах составляет 60 – 75 % от их массы, а у некоторых (к примеру, ме­дузы) – до 98 %. Вода образует основу внутренней среды организмов (крови, лимфы, тканевой жидкости). Наи­боль­шее со­дер­жа­ние во­ды в ор­га­низ­ме наблюдается в эм­брио­наль­ный пе­рио­д (95 %) и с воз­рас­том по­сте­пен­но умень­ша­ет­ся. Ко­ли­че­ст­во во­ды не­оди­на­ко­во в раз­ных тка­нях. Так, в се­ром ве­ще­ст­ве моз­га ее со­дер­жа­ние со­став­ля­ет 85 %, в кос­тях - 20 %, в эма­ли зу­бов - 10 %. Чем боль­ше в клет­ках организма во­ды, тем ин­тен­сив­нее идет об­мен ве­ществ. При по­те­ре ор­га­низ­мом 20 % во­ды мо­жет на­сту­пить смерть. Без по­треб­ле­ния во­ды че­ло­век мо­жет жить не бо­лее пяти-семи дней.

Свойства воды. Как известно, жизнь зародилась в воде и по-прежнему остается тесно с нею связанной. По этой причине физические и химические свойства воды имеют фундаментальное значение для процессов жизнедеятельности. По сравнению с другими жидкостями у воды относительно высокая температура кипения и испа­рения .

Молекула НО состоит из двух атомов водорода, соединœенных ковалентными связями с атомом кислорода (рис.).

Связи Н - О - Н расположе­ны под углом друг к другу. Атом кислорода как более электроотрицательный элемент притягивает к себе общие электронные пары от атомов водорода. Атомы водорода приобретают частично положительный заряд, а атом кислорода – частично отрицательный, ᴛ.ᴇ. молекула является полярной и представляет собой электрический диполь .В результате между молекулами воды воз­никает электростатическое взаимодействие, а, по­скольку противоположные заряды притягиваются, молекулы воды склонны «склеиваться» (рис.). Эти взаимодействия, более слабые, чем обычные ионные связи, называются водородными связями. Энергия водородной связи в 10 - 40 раз меньше энергии ковалентной связи.Каждая молекула во­ды, подобно маленькому магниту, притягива­ет к себе за счет образования водородных связей еще четыре молекулы. Благодаря образованию водородных связей молекулы связаны одна с другой, что обусловливает исходное жидкое состо­яние воды при температурах от 0º до 100 ºС и образует твердые кристаллы льда при темпе­ратуре ниже 0ºС.

Функции воды. Вода определя­ет объем и внутриклеточное давление (тургор) кле­ток. Она способна формировать водную оболочку вокруг некоторых соединœений (к примеру, белков), чем препятствует их взаимодействию. Такую воду называ­ют связанной (структурированной). Она составляет 4 - 5% от общего количества воды в организме. Другую часть воды (95 - 96%), не связанную с соединœениями, называют свободной. Именно она является универса­льным растворителœем, лучшим, чем большинство известных жидкостей.

Учитывая зависимость отрастворимости в воде, соединœе­ния условно делят на полярные, илигидрофиль­ные (от греч. гидор - вода, филиа - любить) и неполярные , или гидрофобные (от греч. фобос - страх). Гидрофильными веществами являются многие минœеральные соли, сахара, спирты, кислоты и др. Для гидрофобных веществ характерны неполярные ковалентные связи и, в связи с этим они не растворимы в воде. Гидрофобны парафин, бензин, керосин и др . Твердые гидрофобные вещества не смачиваются водой.

Воде как универсальному растворителю принад­лежит чрезвычайно важная роль. Большинство химических реакций в организме происходит толь­ко в водных растворах. Вещества проникают в клет­ку, а продукты жизнедеятельности выводятся из нее в основном в растворенном виде. Вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза - расщеплении органических соединœений с присое­динœением к месту разрыва ионов молекулы воды (Н + и ОН).

Вода является также источником электронов в реакциях фотосинтеза. Отщепление от молекул воды электронов приводит к появлению побочного для растительных клеток продукта - кислорода, являющегося, однако, веществом, имеющим планетарное значение.

С водой связана также регуляция теплового режи­ма организмов. Ей свойственна высокая тепло­емкость, ᴛ.ᴇ. способность поглощать тепло при незначительных изменениях собственной температу­ры. Благодаря этому вода предотвращает резкие из­менения температуры в клетках и в организме в целом, даже когда она значительно колеблется в окружающей сре­де. Испарение воды при транспирации и потоотделœении?

При испарении воды организмами (транспирация и потоотделœение) тратится много теплоты, что защищает их от перегрева. Благодаря высокой теплопроводности вода обеспечивает рав­номерное распределœение теплоты между тканями организма (к примеру, через систему кровообращения, циркуляцию жидкости в полостях тела).

Растворенные в воде вещества могут изменять ее свойства, в частности температуру замерзания и кипе­ния, что имеет важное биологическое значение. Так, в клетках морозоустойчивых растений и холоднокровных животных с наступлением зимы повышается концент­рация растворимых белков, углеводов и других соединœений, понижающих температуру перехода воды в кристаллическое состояние, что и предотвращает их гибель.

Минœеральные соли и кислоты. Дляподдержания жизнедеятельности организма в целом и его клеток, важное значение, кроме воды, имеют минœеральные соли. В живых организмах они находятся либо в растворенном виде (дис­со­ции­ро­ван­ы на ио­ны), ли­бо в твер­дом со­стоя­нии. Наи­бо­лее важ­ны сре­ди ио­нов ка­тио­ны К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анио­ны НСО, НРО, HPO, Cl–, НSO, SO.

Общее содержание неорганических веществ в раз­личных клетках варьирует в пределах от одного до нескольких процентов. Их роль в клетке разнообразна. Так, разная концентрация К + внутри и Na + снаружи клеток приводит к возникновению разности элек­трических потенциалов на цитоплазматической мембране, что очень важно для передачи нервных импульсов, а также для транспорта веществ через мембраны. При умень­ше­нии этой раз­но­сти сни­жа­ет­ся воз­бу­ди­мость кле­ток.

Регуляторную функцию и активизацию многих ферментов осуществляют Са 2+ и Mg 2+ . Ионы Са2+необходимы для осуществления мышечного сокращения, сверты­вае­­мости крови, они входят в состав костей . Ионы Mg2+ входят в состав костей и зубов , активизируют энергетический обмен и синтез АТФ.

Некоторые ионы необходимы для синтеза важных органических веществ. К примеру, остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов, АТФ; ион Fe 2+ - в состав гемоглобина, Mg 2+ - в со­став хлорофилла и т.д. Ионы NО, NHявляются источником атомов азота͵ ион SO- атомов серы, которые необходимы для синтеза молекул аминокислот.

Соеди­нения кальция (CaCO) входят в состав раковин мол­люсков, панцирей ракообразных и других животных. У некоторых протистов (радио­лярий) внутриклеточный скелœет построен из двуоксида диоксида кремния (SiO) или сернонокислого стронция (SrSО 4).

Важные функции в организме выполняют также неорганические кислоты. Так, соляная кислота создает кислую среду в желудке позвоночных живо­тных и человека, обеспечивая тем самым активность ферментов желудочного сока.

Кислотность среды. На протекание биохимических реакций в живых организмах существенное влияние оказывает концентрация ионов водорода (Н) - кислотность среды. В нейтральных растворах эта концентрация состав­ляет 10моль/л, в кислых она больше этого значения, в щелочных - меньше. В химии для описания кислот­ности среды используют так называемый водород­ный показатель (рН). Протяженность шкалы рН - от 0 до 14. Стоит сказать, что для нейтральных раство­ров рН = 7, для кислых рН < 7, для щелочных рН > 7. Внутри клеток среда нейтральная или слабощелочная (рН = 7,0-7,3); в крови величина рН обычно меняется в пределах 7,35 – 7,45, что несколько больше, чем в клетках.

В пищеварительном тракте, и в выделœениях организма рН варьирует. Экстремальные величины рН наблюдаются в желудке (около 2) и в тонком кишечнике (более 8). По причине того, что почки могут выделять как катионы, так и анионы, значительные вариации рН (4,8 – 7,5) наблюдаются в моче.

Понятие о буферных растворах. Организм в целом и его отдельные клетки поддерживают кислотность среды на постоянном уровне благодаря буферным свойствам их содержимого. Буферным принято называть раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда концентрация ионов водорода увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяются со свободными ионами Ни удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы водорода. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н. Спо­соб­ность под­дер­жи­вать сла­бо­ще­лоч­ную ре­ак­цию внеклеточной среды обеспечивают ионы НСО; нейтральную или слабощелочную внутриклеточной среды – ионы НРО, HPO.

s 1. Каково содержание воды в живых организмах? От чего оно зависит? 2. Каковы свойс­тва воды как основной составляющей внутренней среды организмов? Какие особенности строения молекул воды обеспечивают ее свойства? 3. Участвует ли вода в химических реакциях в организмах? Приведите примеры таких реакций, если они вам известны. 4. Почему вода является хоро­шим растворителœем? 5. Каковы основные функции воды в живых организмах?6. Почему неполярные вещества плохо ра­створимы в воде? 7. В каком состоянии в клетке содержатся минœеральные вещества? 8. Какова роль минœеральных веществ в клетке? 9. Что такое буферные свойства и чем они определяются?

Среда - это совокупность условий обитания живых существ. Выделяют внешнюю среду, т.е. комплекс факторов, находящихся вне организма, но необходимых для его жизнедеятельности, и внутрен­нюю среду.

Внутренней средой организма называют совокупность биологичес­ких жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), омывающих клет­ки и структуры тканей и принимающих участие в процессах обмена веществ. Предложил понятие "внутренняя среда" в 19 веке Клод Бернар, подчеркивая тем самым, что в отличие от изменчивой внешней среды, в которой существует живой организм, постоянство жизненных процессов клеток требует соответствующего постоянства их окружения, т.е. внутренней среды.

Живой организм представляет собой открытую систему. Откры­той называют систему, для существования которой необходим по­стоянный обмен веществом, энергией и информацией с внешней средой. Взаимосвязи организма и внешней среды обеспечивают поступление во внутреннюю среду кислорода, воды и пищевых ве­ществ, удаление из нее углекислоты и ненужных, а иногда и вред­ных, метаболитов. Внешняя среда поставляет организму огромное количество информации, воспринимаемой многочисленными чувстви­тельными образованиями нервной системы.

Внешняя среда оказывает не только полезные, но и вредные для жизнедеятельности организма влияния. Однако, здоровый организм нормально функционирует, если воздействия среды не переходят границ допустимости. Такая зависимость жизнедеятельности орга­низма от внешней среды с одной стороны, и относительная ста­бильность и независимость жизненных процессов от изменений в окружающей среде с другой стороны, обеспечивается свойством организма, получившим название гомеостазис (гомеостаз). Организм представляет собой ультрастабильную систему, которая сама осу­ществляет поиск наиболее устойчивого и оптимального состояния, удерживая различные параметры функций в границах физиологичес­ких ("нормальных") колебаний.

Гомеостазис - относительное динамическое постоянство внут­ренней среды и устойчивость физиологических функций. Это имен­но динамическое, а не статическое постоянство, поскольку оно под­разумевает не только возможность, но необходимость колебаний со­става внутренней среды и параметров функций в пределах физио­логических границ с целью достижения оптимального уровня жиз­недеятельности организма.

Деятельность клеток требует адекватной функции снабжения их кислородом и эффективного вымывания из них углекислого газа и других отработанных веществ или метаболитов. Для восстановления разрушающихся белковых структур и извлечения энергии клетки должны получать пластический и энергетический материал, посту­пающий в организм с пищей. Все это клетки получают из окру­жающей их микросреды через тканевую жидкость. Постоянство последней поддерживается благодаря обмену газами, ионами и мо­лекулами с кровью. Следовательно, постоянство состава крови и состояние барьеров между кровью и тканевой жидкостью, так на­зываемых гистогематических барьеров, являются условиями гомеостазиса микросреды клеток. Избирательная проницаемость этих ба­рьеров обеспечивает определенную специфику состава микросреды клеток, необходимую для их функций.

С другой стороны, тканевая жидкость участвует в образовании лимфы, обменивается с дренирующими тканевые пространства лим­фатическими капиллярами, что позволяет эффективно удалять из клеточной микросреды крупные молекулы, неспособные диффунди­ровать через гистогематические барьеры в кровь. В свою очередь, оттекающая из тканей лимфа через грудной лимфатический проток поступает в кровь, обеспечивая поддержание постоянства ее состава. Следовательно, в организме между жидкостями внутренней среды происходит непрерывный обмен, являющийся обязательным услови­ем гомеостазиса.

Взаимосвязи компонентов внутренней среды между собой, с внешней средой и роль основных физиологических систем в реали­зации взаимодействия внутренней и внешней среды представлены на рис.2.1. Внешняя среда влияет на организм через восприятие ее характеристик чувствительными аппаратами нервной системы (ре­цепторами, органами чувств), через легкие, где осуществляется га­зообмен и через желудочнокишечный тракт, где осуществляется всасывание воды и пищевых ингредиентов. Нервная система оказы­вает свое регулирующее воздействие на клетки за счет выделения на окончаниях нервных проводников специальных посредников - ме­диаторов, поступающих через микроокружение клеток к специаль­ным структурным образованиями клеточных мембран - рецепторам. Воспринимаемое нервной системой влияние внешней среды может опосредоваться и через эндокринную систему, секретирующую в кровь специальные гуморальные регуляторы - гормоны. В свою очередь, содержащиеся в крови и тканевой жидкости вещества в большей или меньшей степени раздражают рецепторы интерстициального пространства и кровеносного русла, тем самым обеспечивая нервную систему информацией о составе внутренней среды. Удале­ние метаболитов и чужеродных веществ из внутренней среды осу­ществляется через органы выделения, главным образом, почки, а также легкие и пищеварительный тракт.

Постоянство внутренней среды - важнейшее условие жизнеде­ятельности организма. Поэтому отклонения состава жидкостей внут­ренней среды воспринимаются многочисленными рецепторными Рис.2.1. Схема взаимосвязей внутренней среды организма.

структурами и клеточными элементами с последующим включением биохимических, биофизических и физиологических регуляторных реакций, направленных на устранение отклонения. В то же время сами регуляторные реакции вызывают изменения во внутренней среде для того, чтобы привести ее в соответствие с новыми уг овиями существования организма. Поэтому регуляция внутренней среды всегда имеет целью оптимизацию ее состава и физиологичес­ких процессов в организме.

Границы гомеостатического регулирования постоянства внутренней среды могут быть жесткими для одних параметров и пластичными для других. Соответственно, параметры внутренней среды называют жесткими константами, если диапазон их отклонений очень мал (рН, концентрация ионов в крови), или пластичными константами (уровень глюкозы, липидов, остаточного азота, давление интерстициальной жидкости и др.), т.е. подверженными сравнительно боль­шим колебаниям. Константы меняются в зависимости от возраста, социальных и профессиональных условий, времени года и суток, географических и природных условий, а также имеют половые и индивидуальные особенности. Условия внешней среды часто явля­ются одинаковыми для большего или меньшего числа людей, про­живающих в определенном регионе и относящихся к одной и той же социальной и возрастной группе, но константы внутренней сре­ды у разных здоровых людей могут отличаться. Таким образом, гомеостатическая регуляция постоянства внутренней среды не озна­чает полной идентичности ее состава у разных лиц. Однако, не смотря на индивидуальные и групповые особенности, гомеостазис обеспечивает поддержание нормальных параметров внутренней среды организма.

Обычно нормой называют среднестатистические значения пара­метров и характеристик жизнедеятельности здоровых лиц, а также интервалы, в пределах которых колебания этих значений соответ­ствуют гомеостазису, т.е. способны удерживать организм на уровне оптимального функционирования.

Соответственно, для общей характеристики внутренней среды организма в норме обычно приводятся интервалы колебаний раз­личных ее показателей, например, количественного содержания раз­личных веществ в крови у здоровых людей. Вместе с тем, харак­теристики внутренней среды являются взаимосвязанными и взаимо­обусловленными величинами. Поэтому, сдвиги одной из них часто компенсируются другими, что не обязательно отражается на уровне оптимального функционирования и здоровье человека.

Внутренняя среда представляет собой отражение сложнейшей ин­теграции жизнедеятельности разных клеток, тканей, органов и сис­тем с влияниями внешней среды.

Это определяет особую важность индивидуальных особенностей внутренней среды, отличающих каждого человека. В основе инди­видуальности внутренней среды лежит генетическая индивидуаль­ность, а также длительное воздействие определенных условий внеш­ней среды. Соответственно, физиологическая норма - это индиви­дуальный оптимум жизнедеятельности, т.е. наиболее согласованное и эффективное сочетание всех жизненных процессов в реальных ус­ловиях внешней среды.

2.1. Кровь как внутренняя среда организма.

Рис.2.2. Основные составные части крови.

Кровь состоит из плазмы и клеток (форменных элементов) - эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, находящихся во взвешен­ном состоянии (рис.2.2.). Поскольку плазма и клеточные элементы имеют разобщенные источники регенерации, кровь часто выделяют в самостоятельный вид ткани.

Функции крови многообразны. Это, прежде всего, в обобщенном виде, функции транспорта или переноса газов и веществ, необхо­димых для жизнедеятельности клеток или подлежащих удалению из организма. К ним относятся: дыхательная, питательная, интегративнорегуляторная и экскреторная функции (см. главу 6).

Кровь выполняет в организме и защитную функцию, благодаря связыванию и нейтрализации токсических веществ, попадающих в организм, связыванию и разрушению инородных белковых молекул и чужеродных клеток, в том числе и инфекционного происхожде­ния. Кровь является одной из основных сред, где осуществляются механизмы специфической защиты организма от чужеродных моле­кул и клеток, т.е. иммунитета.

Кровь участвует в регуляции всех видов обмена веществ и тем­пературного гомеостазиса, является источником всех жидкостей, секретов и экскретов организма. Состав и свойства крови отражают сдвиги, происходящие в других жидкостях внутренней среды и клет­ках, в связи с чем исследования крови являются важнейшим мето­дом диагностики.

Количество или объем крови у здорового человека находится в пределах 68 % массы тела (4 - 6 литров). Это состояние носит название нормоволемия. После избыточного приема воды объем кро­ви может повышаться {гиперволемия), а при тяжелой физической работе в жарких цехах и избыточном потоотделении - падать (гиповолемия).

Рис.2.3. Определение гематокрита.

Поскольку кровь состоит из клеток и плазмы, общий объем крови также складывается из объема плазмы и объема клеточных элементов. Часть объема крови, приходящаяся на кле­точную часть крови, получила название гематокрит (рис. 2.3.). У здоровых мужчин гематокрит находится в преде­лах 4448%, а у женщин - 4145%. Благодаря наличию многочисленных механизмов регуляции объема крови и объема плазмы (волюморецепторные рефлексы, жажда, нервные и гумораль­ные механизмы изменения всасывания и выделения воды и солей, регуляция белкового состава крови, регуляция эритропоэза и др.) гематокрит является относительно жесткой гомеостатической константой и его длительное и стойкое изменение возможно лишь в условиях высокогорья, когда приспособление к низкому парциальному давлению кис­лорода усиливает эритропоэз и, соот­ветственно, повышает долю объема крови, приходящуюся на клеточные элементы. Нормальные величины гематокрита и, соответственно, объема клеточных элементов называют нормоцитемией. Увеличение объема, занимаемого клетками крови, называют полицитемией, а уменьшение - олигоцитемией.

Физикохимические свойства крови и плазмы. Функции крови во многом определяются ее физикохимическими свойствами, среди которых наибольшее значение имеют осмотическое давление, онкотическое давление и коллоидная стабильность, суспензионная ус­тойчивость, удельный вес и вязкость.

Осмотическое давление крови зависит от концентрации в плазме крови молекул растворенных в ней веществ (электролитов и не­электролитов) и представляет собой сумму осмотических давлений содержащихся в ней ингредиентов. При этом свыше 60% осмоти­ческого давления создается хлористым натрием, а всего на долю неорганических электролитов приходится до 96% от общего осмо­тического давления. Осмотическое давление является одной из жест­ких гомеостатических констант и составляет у здорового человека в среднем 7,6 атм с возможным диапазоном колебаний 7,38,0 атм. Если жидкость внутренней среды или искусственно приготовленный раствор имеет такое же осмотическое давление, как нормальная плазма крови, подобную жидкую среду или раствор называют изо­тоническим. Соответственно, жидкость с более высоким осмотичес­ким давлением называется гипертонической, а с более низким - гипотонической.

Осмотическое давление обеспечивает переход растворителя через полунепроницаемую мембрану от раствора менее концентрированно­го к раствору более концентрированному, поэтому оно играет важ­ную роль в распределении воды между внутренней средой и клет­ками организма. Так, если тканевая жидкость будет гипертоничес­кой, то вода будет поступать в нее с двух сторон - из крови и из клеток, напротив, при гипотоничности внеклеточной среды вода переходит в клетки и кровь.

Литература основная

1. Физиология человека. Под редакцией В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько.- Медицина, 2003 (2007) г.- С. 229-237.

2. Физиология человека В двух томах. Том I. Под редакцией В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько.- Медицина, 1997 (1998, 2000, 2001) г. С. 276-284.

Долгое время за кровью признавали могучую и исключительную силу: кровью скрепляли священные клятвы; жрецы заставляли своих деревянных идолов «плакать кровью»; древние гре­ки приносили кровь в жертву своим богам[Мф1] . Некоторые философы Древней Гре­ции считали кровь носителем души. Древнегреческий врач Гиппократ наз­начал душевнобольным кровь здоро­вых людей. Он думал, что в крови здоровых людей - здоровая душа[Мф2] .

Подвижность крови - важнейшее ус­ловие жизни организма[Мф3] .

Мы продолжаем изучать систему кровообращения . Помните, что составляет систему кровообращения? Правильно! Сердечно‑сосудистая система + кровь .

Если сердечно‑сосудистую систему можно назвать транспортирующей системой, то кровь – транспортируемой средой.

Как нельзя се­бе представить государство без транс­портных линий связи, так нельзя по­нять существование человека или жи­вотного без движения крови по сосу­дам, когда во все органы и ткани разно­сится кислород, вода, белки и другие вещества.[Мф4]

Кровь является важнейшей составляющей внутренней среды организма человека, поэтому перед тем, как перейти к характеристике крови, необходимо познакомиться с основными вопросами физиологии внутренней среды.

1. Понятие «внутренняя среда организма[Мф5] »

Первичные организмы развивались в Мировом океане. Вода приносила им питательные вещества и принимала продукты обмена[Б6] . У многоклеточных организмов большинство клеток утратило контакт с внешней средой, да и среда эта для вышедших из воды существ существенно (!) изменилась. Была вода, стало сухо и не всегда комфортно. Но частичка того океана плещется в нас и сейчас, являясь основой внутренней среды организма.

Внутренняя среда организма [Мф7] – совокупность жидкостей принимающих непосредственное участие в процессах обмена веществ и поддержании гомеостаза организма[Мф8] . [a]

Понятие внутренняя среда организма ввел в физиологию К.Бернар в 1854-1857 гг. [b]

Внутренняя среда характеризуется динамическим постоянством[Мф9] .

Для описания этого состояния в 1929 г. У.Кэннон ввел термин гомеостаз [Мф10] [c].

В связи с выявлением роли биоритмов в деятельности живого организма хронобиология стала оперировать термином не «гомеостаз », а «гомеокинез »или «гомеорез », под которым понимается не только значение параметров, но и процесс их изменения во времени.

Однако в литературе чаще используется термин «гомеостаз», при этом имеют ввиду, что постоянство внутренней среды относительно[Мф11] .

Границы гомеостаза могут быть жесткими и пластичными. Их по­казатели зависят от видовых, индивидуальных, половых и других условий. Жесткими константами являются параметры внутренней среды , которые определяют оптимальную активность ферментов, т.е. возможность осуществления обменных процессов[Мф12] .--162- C.13]

Общая вода, жидкости организма и жидкости внутренней среды

Человеческий организм в основном состоит из воды.

Её относительное содержание изменяется с возрастом от 75 % у новорожденного до 55 % у пожилых людей [Б14] ].

У женщин относительное содержание воды меньше, чем у мужчин процентов на 5 %.

Баланс воды (поступление, образование, циркуляция, участие в обмене веществ, выведение) – тема других лекций, посвященных водно-солевому обмену.

Вода – основа всех жидких сред[Мф15] .

Жидкости организма разделены на следующие компартменты [d]:

Внутриклеточная (интрацеллюлярная[Б16]) жидкость

Внеклеточная (экстрацеллюлярная) жидкость

Интравазальная жидкость

Плазма крови

Экстравазальная жидкость

Межклеточная жидкость (син.: тканевая, интерстициальная)

Кристаллизационная (структурированная) вода кости и хряща (15 % всей воды организма[Б17])

Трансцеллюлярные [Б18] (специализированные) жидкости

Жидкости закрытых полостей (т.е. не имеющих прямого сообщения с внешней средой). [Мф19]

Ликвор (синонимы – цереброспинальная или спинно-мозговая жидкость)

Синовиальная (внутрисуставная[Б20]) жидкость

Смазка серозных оболочек (брюшина, плевра, перикард[Б21])

Жидкие среды глазного яблока

Жидкие среды внутреннего уха

Жидкости открытых полостей[Б22]

Секреты пищеварительных желёз (слюна, желудочный сок, жёлчь, сок поджелудочной железы, кишечный сок)

Увлажняющие жидкости (дыхательные пути, среднее и наружное ухо).

Жидкости, выделяемые из организма[Мф23] (моча, пот, слезы, молоко)

Обратите внимание! Жидкость форменных элементов крови - это внутриклеточная вода, поэтому к внеклеточной жидкости относится плазма крови, а не вся кровь.

К жидкостям внутренней средой организма относят:

тканевую (межклеточную) жидкость.

Однако[Б24] , следует включать в эту совокупность и специализированные жидкости.

Подробнее о ликворе см. [++601++] C.129-130.

В мозге различают цереброспинальную жидкость и межклеточную жидкость (внеклеточные пространства мозга[Б25]). Не отождествляйте эти понятия!

Под специализированными жидкостями чаще подразумевают жидкости закрытых полостей организма. Не следует забывать и о жидкостях открытых полостей организма. Все эти жидкости принимают участие в поддержании гомеостаза организма. Как Вы будете себя чувствовать при ответе, если во рту пересохнет?

Как правило, подчеркивают особую роль тканевой жидкости , поскольку лишь она контактирует с клетками организма[Б26] . Её называют истинной [Б27] внутренней средой организма. Есть мнение, что основой внутренней среды является кровь , а непосредственной питательной средой – тканевая жидкость[Б28]

Иногда клетка непосредственно (без посредничества тканевой жидкости) контактирует и осуществляет обмен с другими жидкостями внутренней среды. Например, кровь, соприкасаясь непосредственно с эндокардом и эндотелием сосудов, обеспечивает их жизнедеятельность[Мф29] .

Интерстиций (интерстициальное пространство) (лат. Interstitium промежуток, щель) – составная часть соединительной ткани[Мф30] и имеет довольно сложную структуру[Мф31] .

Полезно запомнить следующие отношения:

[Б32]

Распределение воды в организме в зависимости от возраста в % от массы тела[Б33]

Распределение воды в организме в зависимости от пола при средней массе тела 70 кг[Б34]

Распределение воды в организме женщины на 38-40-й неделе беременности в % от массы тела[Б35]

3. Гистогематические барьеры[Мф36]

На компартменты жидкости разделены внешними и внутренними барьерами[Мф37] .

Внешние барьеры – кожа, почки, органы дыхания, пищеварительный тракт, печень(!).

Внутренние барьеры – гистогематические.

Изолирующие (специализированные):

Гематоэнцефалический

Гематонейрональный

Гематотестикулярный

Гематоофтальмический

Частично изолирующие:

Гематохолический

Гематокортикосупраренальный

Гематотиреоидный

Гематопанкреатический

Неизолирующие:

Миогематические

Гематопаратиреоидный

Гематомедуллосупраренальный

Структурной основой гистогематических барьеров является эндотелий капилляров[Б38] . Барьером между внутриклеточным и внеклеточным жидкостными компартментами является биологическая мембрана. Биологические мембраны органоидов клетки (внутриклеточные барьеры делит жидкости на внутриклеточные компартменты[Б39] .[Б40]

Вода, не разделенная биологическими барьерами также компартметализирована. Вода связанная с белками, другими органическими соединениями, ионами (образует гидратные оболочки) называется гидратационной.

Вода связанная, с трудом вовлекаемая в общий круговорот воды в организме называется иммобильной (неподвижной).Вода не связанная, легко вовлекаемая в общий круговорот воды в организме называется мобильной .

Внеклеточные жидкости имеют довольно сходный [Б42] состав , что связывают с постоянным обменом между плазмой крови, лимфой, межтканевой жидкостью. Внутриклеточные жидкие среды по своему составу весьма различны между собой[Б43] .

Различие состава жидкостных компартментов определяет интенсивность обмена веществ между ними.

Похожая информация.