Физико – химические свойства крови

Кровь представляет собой сложный комплекс различных минеральных и органических соединений, которые находятся в виде водных коллоидных растворов.

Плотность крови колеблется в очень узких пределах и зависит в основном от содержания в ней форменных элементов. Плотность крови равна 1,060 – 1,064 г/мл. Плотность эритроцитов выше, чем лейкоцитов и тромбоцитов, поэтому при отстаивании крови в пробирке несвернувшейся крови сверху располагается плазма, ниже слой лейкоцитов и тромбоцитов, внизу – слой эритроцитов.

Осмотическое давлениекрови определяется концентрацией минеральных веществ (солей). В крови человека она равна 0,9 %. Даже незначительное изменение осмотического давления может оказаться губительным для клеток крови. Величина осмотического давления составляет около 7,3 атм. (5600 мм рт. ст.). В медицинской практике используется физиологический раствор, представляющий собой водный раствор определенных солей, концентрация которых равна 0,9%. Самым простым физиологическим раствором является 0,9 % раствор поваренной соли. Используются физиологические растворы и более сложного состава, но с такой же общей концентрацией.

Онкотическое давление –это осмотическое давление, создаваемое низкомолекулярными белками плазмы. Благодаря этому давлению осуществляется поступление воды через стенку капилляров из крови в ткани и обратно. Онкотическое давление равно 30 мм рт. ст.

Реакция крови (рН) поддерживается на очень постоянном уровне и равно 7,35 – 7,47 для артериальной крови. В венозной крови рН на 0,1 – 0, 2 единицы кислее.

В плазме крови содержится около 90 % воды, 7 - 8 % белков, 0,9 % солей, 0,1 % глюкозы, а также витамины, аминокислоты, гормоны и др. вещества.

Белки плазмы– это несколько десятков видов белков. Они различаются по строению, свойствам и функциям:

• белки альбумины – низкомолекулярные белки, основная функция которых – транспорт различных веществ. Количество альбуминов в плазме – 60 % от общего содержания белков.
• белки глобулины – это высокомолекулярные белки, они подразделяются на три группы: α-глобулины, β-глобулины , γ-глобулины. Первые две группы выполняют транспортную функцию, а γ-глобулины являются антителами (иммуноглобулины). Количество глобулинов около 40 % всех белков плазмы.
• белки фибриноген и протромбин являются компонентом свертывающей системы крови, его количество около 0,3 % всех белков. Плазма крови, лишенная фибриногена, называется кровяная сыворотка. Сыворотка крови не может свертываться.

Клетки крови

Эритроциты

Эритроциты составляют основную массу форменных элементов крови. Они определяют красный цвет крови. Количество эритроцитов в норме у здорового взрослого человека 4 – 5 млн. в 1 мм 3 крови. Эритроциты – это высокоспециализированные клетки, строение которых подчинено выполнению их главной функции - транспорту кислорода.

Функции эритроцитов:

• транспортная:транспорт газов (кислорода и углекислого газа); эритроциты также переносят на своей поверхности в адсорбированномсостоянииряд других веществ;
• антигенная: в наружную мембрану эритроцитов встроены разнообразные белки и полисахаридно-аминокислотные комплексы, которые определяют специфические антигенные свойства этих клеток крови.

Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска, средний диаметр которых около 7 – 7,5 мкм, не имеют ядра. Благодаря особой форме эритроциты имеет большую относительную площадь поверхности. Общая площадь поверхности эритроцитов взрослого человека составляет около 3800 кв. м, т.е. в 1500 раз превышает площадь поверхности тела. Образуются эритроциты в красном костном мозгу из ядерных клеток - предшественниц, которые теряют ядро перед выходом в кровеносное русло.

Продолжительность жизни эритроцитов примерно 120 суток. Отжившие эритроциты разрушаются в селезенке и печени.

Эритроциты практически не содержат клеточных органоидов, все внутреннее содержимое заполнено гемоглобином. Каждый эритроцит содержит около 400 млн. молекул гемоглобина. Гемоглобин – это дыхательный пигмент красного цвета, с химической точки зрения является сложным белком. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц. Каждая субъединица включает белковую часть – глобини небелковую часть - гем.В составе гема имеется один атом двухвалентного железа, поэтому вся молекула содержит четыре атома железа. Благодаря атому железа происходит соединение гемоглобина с различными веществами, и прежде всего с кислородом.

Существует несколько видов гемоглобина:

• оксигемоглобин– окисленный гемоглобин, связанный с кислородом; это нестойкое соединение, легко диссоциирует, имеет яркий алый цвет; образуется в легочных капиллярах
• карбогемоглобин -гемоглобин, связанный с углекислым газом; имеет темно-вишневый цвет; образуется в капиллярах тканей; в виде карбогемоглобина транспортируется около 4% СО₂ , а остальное количество этого газа переносится в растворенном виде плазмой крови как ионы НСО₃
• карбоксигемоглобин– патологический гемоглобин, связанный с окисью углерода; гемоглобин имеет химическое сродство к угарному газу выше, чем к кислороду; эта форма гемоглобина - очень прочное, слабо диссоциирующее соединение, поэтому отравление угарным газом очень опасно; при концентрации СО, равной 0,1 % во вдыхаемом воздухе, 80% гемоглобина связываются с этим газом, у человека наступает тяжелое отравление в результате кислородного голодания; это состояние сопровождается рвотой, головной болью, потерей сознания; первой помощью при таких отравлениях является искусственное дыхание чистым кислородом или свежим воздухом; при концентрации СО во вдыхаемом воздухе 1% через несколько минут наступает смерть человека; в нормальных условиях около 1% общего количества гемоглобина приходится на карбоксигемоглобин, а у курильщиков – от 3 до 10%
• метгемоглобин – патологический гемоглобин, соединенный с различными веществами-сильными окислителями (атомы тяжелых металлов, анилин, бензол и др.); имеет коричневый цвет; чаще образуется у людей, занятых на вредных химических производствах, а также при чрезмерном употреблении лекарств, обладающих окислительными свойствами; при этом железо гемоглобина становится трехвалентным и очень прочно удерживает кислород
• фетальный гемоглобин – форма гемоглобина плода, возникает с 9 недели внутриутробного развития и в первый год жизни постепенно заменяется обычным гемоглобин
• патологические формы гемоглобина , возникающие как наследственные заболевания в результате мутаций в генах, кодирующих белок гемоглобина; пример – наследственное заболевание серповидноклеточная анемия, распространенное у людей африканской расы
• миоглобин – дыхательный пигмент, находящийся в мышцах; по своей структуре очень близок к гемоглобину; миоглобин способен связывать гораздо большее количество кислорода и поэтому выполняет депонирующую функцию (запас кислорода в мышцах).

Количество гемоглобина в 1 литре крови взрослого человека в норме у женщин 127 – 147 граммов, а у мужчин 135 – 160 граммов. В крови взрослого человека с массой тела 65 кг общее количество гемоглобина около 600 граммов.. Это его количество может

связать при полном насыщении около 800 мл кислорода. Снижение количества эритроцитов и гемоглобина ведет к развитию малокровия, или анемии.

Молодые эритроциты человека содержат ядро, которое они теряют перед выходом в кровяное русло из органов кроветворения (красного костного мозга). В результате в них может содержаться больше гемоглобина и они могут приобрести двояковогнутую форму.

Рис.41. Видовые различия эритроцитов у позвоночных животных. 1 – протей; 2 – лягушка; 3 – ящерица; 4 – линь; 5 – голубь; 6 – человек; 7 – лама; 8 – сурок; 9 – коза; 10 - мускусная кабарга.

В процессе эволюции позвоночных животных наблюдается тенденция уменьшения размера эритроцитов, увеличения их числа в единице объема крови но общее количество кислорода, которое содержится в крови при этом увеличивается. Гемоглобин может связываться с кислородом, с углекислым газом и другими газами. В эритроцитах, имеющих шарообразную форму и заполненных гемоглобином, дыхательную функцию (транспорт газов) осуществляет преимущественно только тот гемоглобин, который находится в поверхностной примембранной области, поскольку газы не успевают проникнуть в толщу эритроцита. Получается, что часть гемоглобина не участвует в транспорте газа, и эритроциты носят его впустую. В ходе эволюции гемоглобин, содержащийся в одной крупной клетке, распределяется по нескольким мелким клеткам. При уменьшении размеров эритроцитов суммарный объем гемоглобина, транспортирующего газы в крови, увеличивается, поэтому и содержание кислорода в ней может быть больше, чем если бы этот гемоглобин находился в крупных клетках, т.е. растет кислородная емкость крови. На рисунке показано соотношение размеров эритроцитов у разных животных. Видно, что только у млекопитающих эритроциты безъядерны, имеют специфическую двояковогнутую форму, значительно меньших размеров, чем у птиц, пресмыкающихся и амфибий. Самые крупные эритроциты у хвостатых амфибий, к которым относятся, в частности, саламандры и протеи. Размер красных кровяных клеток этих животных около 70 мкм.

В клинической практике используют показатель скорость оседания эритроцитов (СОЭ).В крови, помещенной в стеклянный капилляр, эритроциты под действием силы тяжести оседают вниз. Высота столбика плазмы в верхней части капилляра, образовавшегося в течение часа, измеряется в миллиметрах. Это и есть величина СОЭ. В норме этот показатель равен 5 – 9 мм у мужчин и 8 – 10 мм у женщин. Увеличение показателя наблюдается при интенсивной физической нагрузке, во время беременности и может свидетельствовать о протекающем в организме патологическом процессе.

Лейкоциты

Рис. 42. Лейкоциты, проходящие сквозь стенку кровеносного капилляра. 1. эритроциты 2. лейкоциты.

Лейкоциты – это группа белых (бесцветных) кровяных клеток. Все лейкоциты имеют крупное ядро. Общее количество лейкоцитов в 1 мм 3 крови человека в норме около 4000 – 8000. Количество лейкоцитов колеблется в течение суток и во многом зависит от функционального состояния человека. Увеличение количества лейкоцитов сверх нормы называется лейкоцитоз,а уменьшение - лейкопения.Лейкоцитоз обычно наблюдается при инфекционных заболеваниях, лейкопения - при некоторых воспалительных процессах.

Все лейкоциты способны к амебоидному движению за счет образования ложноножек, благодаря которым могут передвигаться против направления движения крови и выходить за пределы сосудов.

Основной функцией лейкоцитов является осуществление иммунных реакций организма: они разрушают различные генетически чужеродные агенты, попадающие в организм, а также разрушают собственные отмершие или измененные клетки. Защитная функция лейкоцитов осуществляется путем фагоцитозаи выработкой антител.

Лейкоциты – это сборная группа бесцветных клеток крови, которые отличаются друг от друга строением и формой ядра, размерами клеток, характером цитоплазмы и конкретными функциями. По особенностям цитоплазмы все лейкоциты подразделяются:

• Зернистые (гранулоциты)
• базофилы (0 – 1%)
• нейтрофилы (50 – 75 %)
• эозинофилы (1 – 5 %)
• Незернистые (агранулоциты)
• моноциты (2 – 10 %)
• лимфоциты (20 – 24 %)

Процентное соотношение лейкоцитов каждой группы называетсялейкоцитарной формулой. Самыми многочисленными являются нейтрофилы, самыми крупными - моноциты. Лимфоциты – особая группа лейкоцитов, которые вырабатывают иммуноглобулины - антитела.

Лейкоциты вырабатываются в красном костном мозгу из стволовых лимфоидных клеток.Продолжительность жизни лейкоцитов в среднем от нескольких суток до нескольких десятков суток. Более 50 % всех лейкоцитов находятся за пределами сосудистого русла – в различных тканях.

Тромбоциты

Тромбоциты, или кровяные пластинки это плоские мелкие клетки неправильной округлой формы диаметром 1 – 4 мкм, не имеют ядра. Образуются в красном костном мозгу. Продолжительность жизни тромбоцитов от 5 до 11 суток. Количество этих клеток в 1 мм 3 составляет 200 000 – 400 000.

Функции тромбоцитов:

• способность к фагоцитозу инородных тел, в том числе вирусов
• выработка биологически активных веществ – серотонина и гистамина
• выработка веществ, участвующих в свертывании крови.

Снижение количества тромбоцитов ведет к снижению свертываемости крови.

Свертывание крови

Свертывание крови – это защитный механизм, предотвращающий потерю крови при ранениях кровеносных сосудов. Процесс свертывания заключается в последовательной цепи биохимических превращений белков плазмы. По современным представлениям существует не менее 12 веществ-факторов свертывания.

Основная последовательность процессов свертывания следующая:

1. тромбоциты разрушаются при контакте с неровными краями раны сосуда, и при этом из разрушившихся клеток выделяется активный фермент тромбопластин
2. тромбопластин взаимодействует с неактивным белком плазмы протромбином, и последний переходит в активное состояние - фермент тромбин
3. тромбин действует на растворимый белок плазмы фибриногени переводит его в нерастворимый белокфибрин
4. фибрин выпадает в виде белых тонких нитей, которые натягиваются в области раны в виде сеточки
5. в нитях фибрина оседают эритроциты, лейкоциты, формируется полужидкий кровяной сгусток
6. нити фибрина сокращаются, отжимают жидкую часть из сгустка, и формируется тромб.

На всех этапах свертывания крови обязательно должны присутствовать ионы кальция и витамин К. Время свертывания крови у человека составляет 5 -12 минут. Недостаток какого-либо фактора свертывания приводит к снижению свертывания.

В крови человека кроме свертывающей системы имеется комплекс веществ противосвертывающей системы (например, гепарин), благодаря которой в норме в нераненном сосуде кровь не свертывается.