Фізіологія крові

1. Загальна характеристика системи крові. Склад і функції крові. Поняття про гомеостаз.

Кров циркулююча– знаходиться в стані активної циркуляції .

Кров депонована – кров, яка перебуває в депо. Депо крові в організмі: – синуси селезінки та судини з низькою лінійною швидкістю кровотоку (венозні судини шкіри, ШКТ, легень і т.п.).

Органи кровотворення– червоний кістковий мозок, тимус, лімфатичні вузли, селезінка, лімфатичні фолікули травного тракту.

Органи руйнування елементів крові– макрофагоцитарна система організму.

Нервові механізми регуляції забезпечують швидку зміну складу крові за рахунок перерозподілу її елементів (між депо і активною циркуляцією).

Гуморальні механізми спрямовані на стимуляцію гемопоезу й викликають повільні, але надійні зміни складу крові.

Ще раз підкреслемо, що діяльність системи крові спрямована на забезпечення двох результатів (див. вище схему).

Гомеостаз – відносна сталість параметрів внутрішнього середовища організму. Внутрішнє середовище – кров, лімфа, міжклітинна рідина. Вони знаходяться в стані динамічної рівноваги. Підтримання сталості параметрів гомеостазу є необхідною умовою нормального функціонування всіх клітин організму (міжклітинна рідина, в якій існують клітини є частиною внутрішнього середовища)! В клініці стан внутрішнього середовища оцінюють за показниками крові, так як її найлегше отримати для дослідження.

Найважливішими параметрами фізико-хімічного гомеостазу є:

1. рН – від’ємний десятковий логарифм концентрації йонів водню (Н⁺). В артеріальній крові його величина складає 7,4, у венозній – 7,35. Сталість рН необхідна для нормального протікання процесів обміну речовин в клітинах (ферменти змінюють свою активність при зміні рН).

2. Осмотичний тиск (Росм.) – тиск розчинника на напівпроникну мембрану, якщо вона розділяє розчини з різною концентрацією осмотично активних речовин. Складає біля 7,6 атмосфер (1 атмосфера – 760 мм рт.ст.). Впливає на обмін між плазмою крові та міжклітинною рідиною.

3. Онкотичний тиск – частина осмотичного, що створюється білками. Його величина в крові складає 25-30 мм рт. ст. (1/200 від осмотичного тиску). Впливає на обмін води між плазмою крові та міжклітинною рідиною.

4. Ізойонія – постійний йонний склад плазми крові. Особливо велике значення має підтримання стійкості концентрації йонів Na⁺ та К⁺ в плазмі крові (концентрації йонів Na⁺ складає 142 ммоль/л, К⁺ – 5 ммоль/л), так як від цього залежить стан всіх збудливих клітин організма.

5. В’язкість крові – визначає величину її внутрішнього тертя та вимірюється у відносних одиницях (в порівнянні з в’язкістю води). В’язкість плазми крові складає 1,7-2,3 й зумовлена наявністю в ній білків. В’язкість крові складає 4,5-5,0. збільшення в’язкості крові в порівнянні з в’язкістю плазми пов’язана з наявністю в ній форменних елементів, перш за все, червоних кров’яних тілець (еритроцитів). В’язкість крові впливає на рух крові по судинам, особливо мікроциркуляторного русла.

6. Гематокрит – відсотковий вміст форменних елементів в крові. В нормальних умовах складає для чоловіків 40-48%, жінок – 36-42%. Величина змінюється, перш за все, при зміні обміну води. Наприклад, збільшення гематокрита найчастіше є наслідком зневоднення організму. При збільшенні показника зростає в’язкість крові й порушується мікроциркуляція.

7. Щільність крові – визначається наявністю в плазмі крові розчинних речовин (щільність плазми складає 1,025-1,034 г/см³) та форменних елементів (щільність крові – 1,050-1,060 г/см³).

2. Електроліти плазми крові. Осмотичний тиск крові і його регуляція.

Вміст йонів в плазмі крові складає близько 310 ммоль/л; на долю катіонів та аніонів припадає по 155 ммоль/л. З катіонів плазми найбільш важливими є йони Na⁺ (142 ммоль/л) та К⁺ (5 ммоль/л). З аніонів – йони хлора (Сlˉ – 103 ммоль/л) та бікарбонати (НСО₃ˉ - 27 ммоль/л). Хлорид натрію складає 80% від загального вмісту йонів плазми крові; йони натрію, калію, хлора та бікарбоната складають 90% від загального вмісту йонів плазми. Ізойонія необхідна для нормального функціонування всіх клітин, а особливо збудливих, так як від величини градієнта концентрації залежить величина ПС клітинної мембрани Ù здатність до генерації ПД. В забезпеченні ізойонії велику роль відіграють гормони (гормон кіркової речовини наднирників альдостерон, стимулює реабсорбцію йонів Na⁺ та секрецію йонів К⁺ канальцями нирок, гормони тиреокальцитонін та паратгормон забезпечують гомеостаз йонів К⁺).

Осмотичний тиск (Р_осм.) плазми крові складає біля 7,6 атм (біля 5500 мм рт. ст.). Осмотичний тиск – тиск розчинника на напівпроникну мембрану, якщо вона розділяє розчини з різною концентрацією осмотично активних речовин. Загальний осмотичний тиск плазми крові пов’язаний, в основному, з розчиненими в ній йонами (80% Р_осм. створюється йонами Na⁺ та Сlˉ, ще 10% – йонами К⁺ та НСО₃ˉ). Певну роль в утворені Р_осм. крові відіграють й інші осмотично активні речовини – глюкоза, моноцукриди, амінокислоти і т.д.

Напівпроникна мембрана пропускає молекули розчинника та не пропускає осмотично осмотично активні речовини. Осмотичний тиск є силою, що змушує розчинник рухатись через напівпроникну мембрану з розчину, де концентрація осмотично активних речовин (Р_осм.) нижча, в розчин, де концентрація осмотично активних речовин вища.

По відношенню до загального осмотичного тиску крові, напівпроникною є зовнішня клітинна мембрана, бо вона вільно пропускає молекули води, але не пропускає йони та інші речовини, що створюють осмотичний тиск. Саме тому, загальний осмотичний тиск впливає на обмін води між внутрішньоклітинним та інтерстиційним (позаклітинним) середовищем.

Підвищення Р_осм. наприклад, до 8,5 атм. може бути наслідком:

- втрати води організмом без втрати еквівалентної кількості солей;

- введення в організм надлишку солей, наприклад при вживанні дуже солоної їжі.

Підвищення Р_осм. позаклітинної рідини (інтерстиційної рідини та плазми крові) призводить до виходу води з усіх клітин організму Ù їх зморщування (порушення структури) Ù порушення функції клітин. Найбільш чутливими до таких змін є клітини ЦНС, а особливо – клітини головного мозку.

При пониженні Р_осм., що може спричинити надходженням надлишку води, або втрата солей організмом, проходять протилежні зміни: за градієнтом осмотичного тиску вода рухається в клітини Ù клітини набухають Ù порушується їх структура та функції. Але і в даному випадку найбільше страждають клітини КГМ.

В підтриманні постійності Р_осм. найбільшу роль відіграють нирки, які при збільшенні Р_осм. здійснюють:

- затримку води в організмі (при цьому посилюється виділення гормона вазопресина, який посилює проникність дистальних канальців нефрона та збиральних трубочок для води Ù її посилена реабсорбція Ù врівноваження Р_осм.

- виводять із організму надлишок солей, а особливо хлорид натрію (при цьому пригнічується секреція гормона альдостерона, який посилює реабсорбцію йонів натрію і секрецію йонів калію Ù посилення виведення йонів натрію, а разом з ним і йонів хлору з організму.

При підвищенні Р_осм. затримка води та виведення солей нирками сприяють нормалізації цього показника. Окрім того, у людини виникає мотивація спраги Ù пошук та вживання води Ù нормалізація Р_осм.

3. Білки плазми крові, їх функціональне значення ШОЕ.

Вміст білків в плазмі крові складає близько 70г/л. Більша частина білків плазми крові представлена низькомолекулярними альбумінами (близько 40г/л), менша – високомолекулярними глобулінами (близько 30г/л). Окрім того, в плазмі знаходиться близько 3г/л фібриногена. Альбуміно-глобуліновий коефіцієнт складає 1,2 – 2,0.

Джерелом білків плазми крові є перш за все печінка.

Білки плазми крові виконують в організмі наступні функції:

1. Транспортна – зв’язуючись з білками, кров’ю транспортуються багато речовин (йони, ліпіди, жиророзчинні гормони, багато лікарських препаратів).

2. Створюють онкотичний тиск, який впливає на обмін води між кров’ю та інтерстиційною рідиною.

3. Приймають участь в підтриманні постійності рН крові (складають білкову буферну систему).

4. Фібриноген та інші білкові плазменні фактори згортання приймають участь в процесах згортання крові, чим забезпечують захист організму від крововтрати.

5. Багато білків плазми крові виконують функцію захисту організму від чужорідних речовин та мікроорганізмів. Частина з них забезпечують неспецифічний захист (система комплементу, інтерферони, інтерлейкіни і т.д.). Різні класи антитіл (білки-глобуліни) забезпечують специфічний захист.

6. Трофічну функцію білки плазми виконують при різкому або тривалому обмеженні надходження білків в організм. Білки плазми крові в таких умовах розпадаються з утворенням амінокислот, які використовуються клітинами для проходження пластичних процесів (побудова структур).

ШОЕ – швидкість осідання еритроцитів. Визначається за методом Панченкова: в капіляр Панченкова до помітки “К” набирають свіжоцитратну кров (співвідношення крові до цитрату натрію = 4:1) і ставлять на штатив на 1 год. Після цього вимірюють за шкалою на пробірці довжину стовбчика плазми над стовбчиком еритроцитів в капілярі. Довжина цього стовбчика плазми = ШОЕ (мм/год.). В нормі величина ШОЕ = у жінок – 2 – 15мм/год.; у чоловіків – 1 – 10мм/год.

Величина ШОЕ в певній мірі залежить від кількості еритроцитів в одиниці об’єму крові: так, при анемії величина ШОЕ збільшується. Але головним фактором, що впливає на показник ШОЕ, є білки плазми крові.

Зовнішня поверхня еритроцитів має негативний заряд – так званий дзета-потенціал. Він пов’язаний з наявністю в складі мембран еритроцитів великої кількості сіалоглікопротеїдів: негативно заряджені ділянки молекул спрямовані назовню та забезпечують формування дзета-потенціалу. Однойменнй заряд мембран еритроцитів не дає їх злипатися, утворювати конгломерати, які будуть швидше осідати, внаслідок більшої маси, ніж поодинокі еритроцити.

Глобуліни нейтралізують дзета-потенціал еритроцитів Ù утворення конгломератів Ù збільшення ШОЕ. Альбуміни стабілізують дзета-потенціал на поверхні еритроцитів Ù вони підтримуються у підвішаному стані Ù зменшення ШОЕ.

Таким чином, в найбільшій мірі величина ШОЕ залежить від співвідношення в плазмі крові кількості альбумінів та глобулінів (так званий альбуміно-глобуліновий коефіцієнт, його величина в нормі складає 1,2-2,0). Найчастіше збільшення ШОЕ зумовлює підвищення вмісту в плазмі глобулінів (наприклад, при запальних процесах). Але причиною збільшення ШОЕ може бути й зменшення вмісту в плазмі альбумінів (наприклад, при хронічних захворюваннях печінки, з якої, головним чином, в кров надходять альбуміни; при захворюваннях нирок, які супроводжуються втратої білків із сечею – цими білками також є низькомолекулярні альбуміни і т.п.).

4. Онкотичний тиск плазми крові і його значення.

Онкотичний тиск – частина осмотичного тиску, що створюється білками (Р_онк.). В утворенні онкотичного тиску найбільшу роль відіграють низькомолекулярні білки альбуміни – саме від їх вмісту в плазмі залежить, перш за все, Р_онк.. Його нормальна величина складає 25-30 мм рт.ст.

Напівпроникною мембраною для онкотичного тиску є стінка капілярів – вона вільно пропускає розчинник (вода), але не пропускає білки, що створюють онкотичний тиск!!! Білки є осмотично активними речовинами – вони гідрофільні та утримують при собі достатньо велику кількість води. Оскільки, стінка капілярів не пропускає білки в міжклітинну рідину, то це сприятиме затримці води в капілярах. Саме тому, Р_онк. Впливає на обмін води між кров’ю та інтерстеціальною рідиною.

На обмін води між кров’ю та тканинами за механізмом фільтрації-резорбції впливають:

- Р_онк. крові (25-30 мм рт.ст.);

- Р_онк. інтерстеційної рідини (3-5 мм рт.ст.);

- Р_г.кр.- гідростатичний тиск крові на стінки капілярів (на початку капіляра складає 30 мм рт.ст., а в кінці – біля 15 мм рт.ст.);

- Р_г.тк.- гідростатичний тиск інтерстеційної рідини на стінки капілярів (складає 3-4 мм рт.ст.).

Сумарна сила, що виникає внаслідок додавання чотирьох названих сил, визначає рух води з капілярів в тканини (фільтраційна сила) та із тканин в капіляри (резорбційна сила).

Р_онк. крові перешкоджає виходу води з капілярів (білки не фільтруються самі та утримують при собі воду). Його величина однакова в артеріальній та венозній частині капіляра.

Р_онк. інтерстеційної рідини сприяє виходу води з капілярів у тканини (білки інтерстеціальної рідини “тягнуть” на себе воду внаслідок своєї гідрофільності).

Р_г.тк. перешкоджає виходу води з капілярів в тканини та діє однаково на артеріальний та венозний відділи капіляра.

Р_г.кр. сприяє виходу води з капілярів в тканини. Величина цього тиску змінюється під час руху крові по капіляру (зменшується від 30 до 15 мм рт.ст.). Тому, сумарна сила спрямована з капіляра в тканини в артеріальному відділі капіляра – це фільтраційна сила, вона зумовлює вихід (фільтрацію) води та розчинених в ній речовин з капіляра в тканини. У венозному відділі капіляра сумарна сила має протилежний напрямок – з тканин в капіляр – резорбційна сила. Вона зумовлює повернення (резорбцію) води та розчинних в ній речовин із тканин в капіляр.

Якщо Р_онк. крові знижується (довготривале голодування, хвороби печінки та нирок) Ù збільшується фільтраційна сила та зменшується резорбційна Ù збільшується фільтрація та зменшується резорбція рідини Ù надлишок рідини накопичується в інтерстеційному просторі Ù розвивається міжкілітинний набряк.

Якщо Р_онк. крові підвищується, відбуваються протележні зміни обміну води: збільшується резорбційна сила та зменшується фільтраційна Ù відбуваєтся мобілізація рідини з інтерстеційного простору, перехід її в кров Ù розвивається міжклітинна дегідратація.

5. Кислотно-основний стан крові роль буферних систем крові та його забезпечення.

Механізми підтримки сталості рН в організмі:

Кислотно-основний стан (КОС) крові залежить від співвідношення концентрацій іонів Н⁺ та ОНˉ у плазмі крові. Характеризує КОС рН від’ємний десятковий логарифм концентрації іонів водню. Його нормальна величина – 7,4 в артеріальній крові та 7,36 у венозній. Величина рН крові відображає величину рН інтерстиційної рідини та рідини в клітинах. Внутрішньоклітинний рН визначає активність внутрішньоклітинних ферментів, а, відповідно, і стан обміну речовин в клітинах організму.

Буферні системи крові:

Сольові. Представлені солями слабких кислот і сильних основ і слабкими кислотами.

Рівняння Голдерсона – Гассельбаха дозволяє розрахувати необхідне співвідношення концентрацій солі слабкої кислоти і цієї кислоти для підтримки компонентами сольових буферних систем необхідного рівня рН.

рН = рК + lg , де рК – від’ємний десятковий логарифм константи дисоціації кислоти, [МА] – концентрація солі в буферній системі, [НА] – концентрація слабкої кислоти в буферній системі.

Рівняння дозволяє, знаючи значення рК, розрахувати, яким має бути співвідношення в розчині слабкої кислоти та її солі для підтримання необхідного рівня рН (7,4).

1. Гемоглобінова буферна система рахуться найбільшою – до 75 % від усієї буферної ємності крові. Ця система складється з відновленого гемоглобіна (ННb) та його калієвої солі (КНb). Буферні властивості ННb зумовлені тим, що він будучи більш слабкою кислотою, ніж Н₂СО₃, віддає їй йони К⁺, а сам приєднуючи Н⁺, стає слабко дисоційованою кислотою. В тканинах система гемоглобіну виконує функцію основи, попереджуючи закислення крові внаслідок надходження до неї СО₂ та Н⁺-йонів. В легенях гемоглобін крові поводить себе як кислота, попереджуючи залужнення крові після видалення з неї СО₂.

2. Карбонатна буферна система за силою займає друге місце, а за швидкістю реагування – перше. Складається з вугільної кислоти та бікарбонату натрію (плазма крові) або бікарбонату калію (цитоплазма клітин).

Формула карбонатної буферної системи - або .

При утворенні в організмі надлишку кислоти, більш сильної, ніж вугільна, ця кислота реагує з сіллю вугільної кислоти (з бікарбонатом калію чи натрію). В результаті утворюється сіль цієї кислоти і слабка вугільна кислота, котра погано дисоціюєю. Таким чином, сильна кислота заміщується більш слабкою – запобігає зміні рН. При утворенні в організмі надлишку лужних сполук, вони взаємодіють з вугільною кислотою з утворенням бікарбонатів – запобігання зміні рН крові

рК вугільної кислоти складає 6,1. Тому карбонатна буферна система забезпечує підтримання рН на рівні 7,4 при умові, що концентрація карбонатів у 20 разів перевищує концентрацію вугільної кислоти.

Підтримку нормального співвідношення бікарбонатів та кислоти (20:1) забезпечують:

- легені – виводять надлишок СО₂ (а відповідно й вугільної кислоти).

- нирки – забезпечують надходження в кров бікарбонатних іонів, що утворюються в клітинах ниркового епітелію в ході карбоангідразної реакації.

Характеристика бікарбонатної буферної системи:

1.Вона забезпечує швидку нейтралізацію кислот та лугів, що утворюються в ході метаболізму.

2.Має досить велику ємність – від 15 до 40% від загальної буферної ємності крові.

3.Швидко відновлюється за рахунок діяльності легень і нирок.

3. Фосфатна буферна система утворена дигідрофосфатом (NaH₂PO₄) та гідрофосфатом (Na₂HPO₄) натрію.

Відповідно, формула формула фосфатної буферної системи така:

Перша сполука слабко дисоціює та поводить себе як слабка кислота. Друга сполука має основні властивості.

Ця буферна система забезпечує підтримку рН на рівні 7,4 при співвідношенні основної та кислої солей, що рівне 4:1.

При введені в кров більш сильної кислоти, вона прореагує з Na₂HPO₄, утворюючи нейтральну сіль та збільшуючи кількість дигідрофосфату натрію. При введенні в кров сильної основи, вона прореагує з NaH₂PO₄, утворивши гідрофосфат натрію. Надлишок в крові дигідрофосфату та гідрофосфату натрію буде виводитись із сечею.

Внесок у створення загальної буферної ємності відносно невеликий (5-10%). Відновлюється ця система значно повільніше, ніж карбонатна. В цьому процесі важливу роль відіграє вихід фосфорних солей з кісток.

4. Білкова буферна система. Білки плазми крові завдяки своїм амфотерним властивостям відіграють певну роль в кислотно-основній рівновазі. В кислому середовищі білки реагують як основи, а в основному як кислоти.