Кровь. Понятие о внутренней среде организма. Гомеостаз. Количество и состав крови. Плазма, сыворотка. Форменные элементы крови: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты
Вопросы для изучения:
1. Понятие о внутренней среде организма и гомеостазе
2. Кровь: количество, состав, функции
3. Физико-химические свойства крови, их характеристика
4. Эритроциты: количество, морфология, функции. Эритроцитоз, эритропения.
5. Гемоглобин: строение, количество, виды.
6. Лейкоциты: количество, морфология, функции. Лейкоцитарная формула, ее значение. Лейкоцитоз, лейкопения.
7. Тромбоциты: количество, морфология, функции. Тромбоцитоз, тромбопения.
Для жизни многоклеточным организмам нужна определенная система, которая бы обеспечивала каждую клетку питательными веществами, кислородом и выводила продукты обмена веществ. Поэтому в ходе эволюции возникли специальные приспособления и структуры организма, например, жидкая внутренняя среда.
Внутренняя среда – единая система жидкостей является естественным продолжением водной основы клетки.
Кровь, лимфа, тканевая жидкость, спинномозговая, плевральная и др. жидкости являются внутренней средой организма. Внутренняя среда организма не имеет контакта с внешней средой и отделена от нее барьерами: кожа, слизистые оболочки, эпителий пищеварительного тракта, стенка кровеносных сосудов.
Т.о. внутренняя среда организма –это комплекс жидкостей, которые циркулируют по системе замкнутых сосудов или омывают клеточные элементы и участвуют в обмене веществ в органах и тканях.
Основной составной частью тканевой жидкости, лимфы и крови является вода. В организме человека вода составляет 75% от массы тела. Тканевая жидкость и лимфа – до 30%, внутриклеточная жидкость – 40%, плазма – около 5%.
В состоянии покоя у человека до 45-50% всего объема крови, имеющейся в организме, находится в кровяных депо: селезенке (500мл), печени (1л), подкожном сосудистом сплетении и легких. Роль депо крови выполняет вся венозная система и в наибольшей степени вены кожи. Существует предел потери крови, после которого никакие регуляторные приспособления (сужение сосудов, выброс крови из депо, усиленная работа сердца и т.д.) не могут удержать АД на нормальном уровне: если организм быстро теряет 40-50% содержащейся в нем крови, то это может привести к смерти.
С клетками тела непосредственно граничит межклеточная (тканевая) жидкость. По составу она сходна с жидким компонентом крови – плазмой, но содержит меньше белков и больше углекислого газа. В целом объем тканевой жидкости у человека составляет в среднем 26,5% массы тела. Через нее осуществляется непосредственный обмен с цитоплазмой клеток и для них служит средой существования.
Выходящая из крови жидкость становится частью тканевой жидкости. Большая часть (90%) ее снова поступает в капилляры. В нормальных условиях избыток тканевой жидкости поступает в лимфатические сосуды. В них она изменяет свой состав – значительно увеличивается количество жиров, белков. Лимфа накапливается и по лимфатическим сосудам вновь попадает в кровеносное русло.
При постоянно меняющихся условиях внешней среды внутренняя среда организма человека остается относительно постоянной. Поддержание постоянства внутренней среды – единственно возможный способ существования любой открытой системы, находящейся в постоянном контакте с внешней средой. В 1929г. американский физиолог Уолтер Кеннон для обозначения постоянства внутренней среды организма ввел понятие – гомеостаз (от греческого гомес – подобный, стазис – состояние).
Химический состав и физические свойства внутренней среды имеют определенную величину, которая является постоянной и называется физиологическим показателем гомеостаза:
§ Температура
§ АД
§ Осмотическое давление
§ рН среды и др.
Постоянный состав внутренней среды обеспечивает нормальный обмен веществ в клетке и выполнение свойственных им функций. Гомеостаз поддерживается непрерывной работой органов и тканей.
Динамичность гомеостатических параметров в значительной мере снижает зависимость организма от внешних влияний.
Основой внутренней среды является кровь. Кровь дает начало тканевой жидкости, а из нее происходит лимфа, лимфа возвращается в кровь.
Кровь,sanguis, - это особая ткань, состоящая из форменных элементов (40-45%) и жидкого межклеточного вещества – плазмы (55-60% объема крови).
Кровь циркулирует в кровеносных сосудах и отделена от других тканей сосудистой стенкой, однако форменные элементы, а также плазма крови могут переходить в соединительную ткань, окружающую кровеносные сосуды. Благодаря этому кровь обеспечивает постоянство состава внутренней среды организма.
Функции крови:
1. Транспортная
- Дыхательная (транспорт кислорода и углекислого газа)
- Выделительная (транспорт продуктов обмена – мочевой кислоты, билирубина и др. к органам выделения – почкам, кишечнику, коже и др.)
- Питательная (транспорт глюкозы, аминокислот и др.)
- Гомеостатическая (равномерное распределение крови между органами и тканями, поддержание постоянного осмотического давления и pH с помощью белков плазмы крови и др.)
2. Защитная (обезвреживание микроорганизмов, токсинов, продуктов распада тканей, образование антител, образование тромба)
3. Регуляторная
- Регуляторная (транспорт гормонов)
- Терморегуляторная (перенос тепла наружу из глубоколежащих органов к сосудам кожи, равномерное распределение тепла в организме благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности крови)
У человека масса крови составляет 6-8% массы тела (4,5-5л). В состоянии покоя циркулирует 40-50% всей крови, остальная находится в депо (печень, селезенка, кожа). В малом круге кровообращения находится 20-25% объема крови, в большом – 75-80%. В артериальной системе циркулирует 15-20% крови, в венозной – 70-75%, в капиллярах – 5-7%.
Состав крови:
1. форменные элементы – 40-45% объема крови
2. плазма крови (межклеточное вещество) – 55-60% объема крови (ок.3л)
Плазму можно получить путем центрифугирования крови – это жидкая светло-желтого цвета часть крови, без форменных элементов.
Плазма крови на 90% состоит из воды, в которой растворены соли и низкомолекулярные органические вещества, а также содержатся липиды, белки и их комплексы. Белки (7-8 %) представлены:
- фибриногеном, участвующим в процессе свертывания крови
- альбумином (60% белков), низкомолекулярные белки, транспортирующим малорастворимые вещества, в т.ч. лекарственные
- глобулином, образующим антитела (высокомолекулярный белок)
Плазма обеспечивает постоянство объема внутрисосудистой жидкости и кислотно-щелочное равновесие (КЩР), участвует в переносе активных веществ и продуктов метаболизма.
Плазма крови, лишенная фибриногена, называется сывороткой. Сыворотка не свертывается. Сыворотка остается после свертывания крови (при удалении сгустка).
Физико-химические свойства крови:
Кровь – коллоидно-полимерный раствор, растворителем в котором является вода, а растворимыми веществами – соли, низкомолекулярные органические соединения, белки и их комплексы.
1. Плотность крови (зависит от содержания в ней форменных элементов, белков и липидов) - 1,060-1,064г/мл.
2. Вязкость крови зависит от содержания эритроцитов и белка, в 3-6 раз выше вязкости воды.
3. Онкотическое давление крови зависит от концентрации белка (80% создают альбумины) – 30 мм.рт.ст. Онкотическое давление играет важную роль в регуляции водного обмена. Чем больше его величина, тем больше воды удерживается в сосудистом русле и тем меньше его переходит в ткани и наоборот. Поэтому кровезамещающие растворы должны содержать в своем составе коллоидные вещества, способные удерживать воду. При снижении концентрации белка в плазме развиваются отеки, т.к. вода перестает удерживаться в сосудах и переходит в ткани.
4. Осмотическое давление крови – это сила движения растворителя через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Оно относительно постоянно и равно 7,3-7,6 атм. Осмотическое давление крови зависит от содержания растворенных в ней низкомолекулярных соединений, главным образом ионов и солей (около 60%этого давления создает NaCl), которые находятся в диссоциированном состоянии, а также от количества растворенных в организме жидкостей. Концентрация солей в крови – 0,9% . При помощи осмотического давления вода равномерно распределяется между клетками и тканями.
Растворы, у которых уровень осмотического давления выше, чем в содержимом клеток или плазме (гипертонические растворы), вызывают сморщивание клеток в результате перехода воды из клетки в раствор (используется 10% раствор NaCl для лечения гнойных ран), гипотонические растворы вызывают увеличение объема клеток за счет перехода воды из раствора в клетку. Растворы, имеющие одинаковое с кровью/плазмой осмотическое давление и которые не вызывают изменения клеток, называются изотоническими (для человека изотоничен 0,9% раствор поваренной соли или 5% р-р глюкозы). Физиологический раствор – раствор, который по своему качественному составу и концентрации солей соответствует составу плазмы. Такие жидкости используют для поддержания жизнедеятельности изолированных от тела органов, а также как заменитель крови при кровопотерях (раствор Рингера, раствор Рингера-Локка – р-р Рингера +глюкоза).
Регуляция осм.давления осуществляется нейро-гуморальным путем. Также в стенках сосудов, тканях, гипоталамусе находятся специальные рецепторы, раздражение которых приводит к изменению деятельности выделительных органов (почки, потовые железы).
5. В крови поддерживается постоянство рН реакции (водородный показатель, который определяет кислотную или щелочную реакцию среды). Абсолютное большинство химических реакций может происходить в норме только при определенных показателях рН. Кровь человека имеет слабощелочную реакцию: рН венозной крови - 7,36, артериальной – 7,4. Жизнь возможна при рН 7,0-7,8. Постоянство рН поддерживается буферными системами крови, которые связывают гидроксильные (ОН-) и водородные (Н+) ионы. При этом из организма выделяется избыток кислых и щелочных продуктов обмена с мочой, а легкими выделяется углекислый газ. Ацидоз – сдвиг в кислую среду (угнетение нервной системы, потеря сознания, смерть), алкалоз – сдвиг в щелочную среду (перевозбуждение НС, появление судорог, смерть).
В процессе обмена веществ ткани выделяют в тканевую жидкость, а следовательно и в кровь, «кислые» продукты обмена. Так, в процессе мышечной деятельности в кровь человека может поступать в течение нескольких минут до 90г молочной кислоты, что могло бы увеличить концентрацию ионов Н+ в 40 000 раз. Однако этого не происходит, что объясняется наличием буферных систем крови, кроме того постоянство рН сохраняется за счет работы почек и легких, удаляющих из крови углекислый газ, избыток солей, кислот и щелочей.
Буферные системы крови более устойчивы к действию кислот, чем оснований. Основные соли слабых кислот, содержащиеся в крови, образуют так называемый щелочной резерв крови.
Химический состав плазмы (%):
| Ммоль/л | % | Ммоль/л | % |
| Белки 63-87 г/л | Кальций 2,1-2,6 | 0,012 | |
| Липиды <1,54 | 0,3 | Железо 6,6-27 | |
| Глюкоза 3-6,4 | 0,12 | Мочевина 1,7-8,3 | 0,03 |
| Мочевая к-та 0,14-0,42 | 0,004 | Холестерин 2,7-6,2 | |
| Креатин 44-115 | 0,006 | Вода | 90,5 |
Форменные элементы кровиподразделяются на:
1. эритроциты,
2. лейкоциты и
3. тромбоциты.
Все форменные элементы крови образуются в костном мозге из стволовой клетки, оттуда поступают в венозную кровь. Все клетки выполняют специфические функции, но в то же время все они участвуют в транспорте различных веществ, выполняют защитные и регуляторные функции.
Количество форменных элементов в единице объема крови называется гемограммой – это клинический анализ крови. Включает данные о количестве всех форменных элементов крови, их морфологических особенностях, СОЭ, содержании гемоглобина соотношении различных видов лейкоцитов и др.
Эритроциты –впервые обнаружены в крови лягушки Мальпигием (1661г), а Левенгук показал, что они есть и в крови человека (1673г). Это высокоспециализированные безъядерные клетки диаметром 7-8 мкм, по форме напоминают двояковогнутый диск (площадь поверхности такого диска в 1,7 раза больше, чем сферы такого же диаметра). Эритроциты отличаются большой эластичностью, они легко проходят по капиллярам, имеющим вдвое меньший диаметр, чем сама клетка.
Продолжительность жизни эритроцита около 3 месяцев. Образуются эритроциты в красном костном мозге из клеток-предшественниц, которые теряют ядро перед выходом в кровеносное русло, а погибают (разрушаются) – в селезенке и печени.
Функции эритроцитов:
1. Дыхательная – гемоглобин способен связать в 70 раз больше кислорода, чем растворено в плазме
2. Питательная – адсорбируют на поверхности аминокислоты
3. Защитная – способны связывать токсины за счет антител на поверхности, а также участвуют в свертывании крови
4. Ферментативная – являются носителями ферментов.
В цитоплазме эритроцита содержится особый белок хромопротеид -гемоглобин, который состоит из белковой (глобин) и железосодержащей (гемм) части. Занимает 25% объема эритроцита. На 1 молекулу глобина приходится 4 молекулы гемма. С молекулой Hb может связаться 4 молекулы кислорода. Атомы Fe(II) придают отдельным эритроцитам в свежей крови желтый цвет, а самой крови (много эритроцитов) – красный. В норме в крови содержится 140г/л гемоглобина (женщины 135-140г/л, мужчины 135-155г/л). О содержании в эритроцитах гемоглобина судят по цветовому показателю (процентное соотношение гемоглобина и эритроцитов), который в норме 0,75-1,0. Основное назначение гемоглобина – транспорт кислорода и углекислого газа, кроме того он обладает буферными свойствами и способен связывать токсичные вещества.
После разрушения в селезенке эритроцитов, атомы железа используются в основном для нужд организма, часть гемма превращается в желчные пигменты (билирубин и биливердин), которые и обусловливают цвет мочи и кала.
Виды гемоглобина:
§ Гемоглобин, присоединивший кислород, называется оксигемоглобином,
§ отдавший кислород – восстановленный, или редуцированный гемоглобин.
В артериальной крови преобладает оксигемоглобин, от чего ее цвет приобретает алую окраску. В венозной крови до 35% восстановленного гемоглобина.
§ Кроме того, часть гемоглобина связывается с углекислым газом, образуя карбогемоглобин, благодаря чему переносится от 10 до 20% всего транспортируемого кровью СО2.
§ Карбоксигемоглобин – соединение гемоглобина и угарного газа, который в 300 раз легче присоединяется к гемоглобину, чем кислород. Поэтому гемоглобин, присоединивший СО, не способен связываться с О2. При отравлении угарным газом наблюдается рвота, головная боль, потеря сознания; надо дать подышать чистым кислородом, что ускоряет распад карбоксигемоглобина. В норме – ок.1% карбоксигемоглобина, у курильщиков – 3-10%.
§ Сильные окислители (ферроцианид, перекись водорода и др.) изменяют заряд железа с 2+ на 3+, в результате чего возникает окисленный гемоглобин – метгемоглобин, который очень прочно удерживает кислород, при этом нарушается транспорт кислорода. Имеет коричневый цвет. Чаще встречается у людей занятых на вредных хим. Производствах, а также при чрезмерном потреблении лекарств, обладающих окислительными свойствами.
§ Миоглобин – дыхательный пигмент, находящийся в мышцах; по структуре близок к гемоглобину; способен связывать гораздо большее количество кислорода и поэтому выполняет депонирующую фуекцию (запас кислорода в мышцах)
В крови содержится 4-4,5 млн эритроцитов/мл у женщин и 4,5-5 млн эритроцитов/мл у мужчин. Повышенное количество эритроцитов (эритроцитоз) у жителей высокогорья, у спортсменов, у детей, при гипоксии, врожденных пороках сердца, сердечно-сосудистой недостаточности. Уменьшение количества гемоглобина эритроцитов в крови называется анемией. Разрушение эритроцитов, при котором гемоглобин выходит в плазму, называется гемолизом. При этом кровь приобретает лаковый цвет. Гемолиз может быть вызван химическими агентами, разрушающими мембрану эритроцитов (отравление уксусной кислотой, укусы некоторых змей); механический гемолиз – при встряхивании ампулы с кровью, у больных с кардиопротезами клапанов, при длительной ходьбе; иммунный гемолиз - при переливании несовместимой крови.
Удельная плотность эритроцитов выше плотности плазмы (1,096 и 1,027), поэтому в вертикальной пробирке происходит оседание эритроцитов (необходимо добавить в кровь цитрат натрия – для предотвращения свертывания крови). Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) характеризует некоторые физико-химические свойства крови. Наибольшее влияние на величину СОЭ оказывает содержание фибриногена (более 4 г/л СОЭ повышается), поэтому СОЭ больше зависит от свойств плазмы, чем эритроцитов. СОЭ у мужчин в норме 5-7 мм/ч, у женщин 8-12 до 15 мм/ч. Повышенная СОЭ характерна для беременных – до 30 мм/ч, больных инфекционными и воспалительными заболеваниями, а также со злокачественными образованиями – до 50 и более мм/ч.
Среди великого множества клеток организма эритроциты выделяются тем, что не имеют ядра. В чем физиологический смысл этого?
1. Для чего клеткам нужно ядро? Оно содержит генетическую информацию, необходимую для синтеза различных белков.
2. Что необходимо для синтеза белка? Набор аминокислот и энергия, используемая для образования пептидных связей в молекуле белка, а также для работы ряда ферментов.
3. В чем состоит главная функция эритроцитов? Захват кислорода и доставка его во все клетки организма.
4. Для чего клеткам необходим кислород? Для обеспечения протекания различных химических реакций, в результате чего освобождается необходимая клеткам энергия.
Благодаря тому, что в эритроците нет ядра, он из того количества кислорода, которое «перевозит», потребляет лишь небольшую часть. Расчеты показывают, что при наличии ядра эритроцит потреблял бы в 200 раз больше кислорода. Что бы тогда доставалось клеткам?
Если бы гемоглобин содержался непосредственно в плазме, а не в эритроцитах, то присоединение кислорода происходило бы быстрее. Почему же гемоглобин «упакован» в эритроцитах?
Гемоглобин – хромопротеид и содержит белок – глобин. Раствор такого вещества в плазме повысил бы вязкость крови в несколько раз. Это привело бы к повышению кровяного давления и расплачиваться пришлось бы сердцу.
Лейкоциты – шаровидные клетки, в отличие от эритроцитов имеют ядро. Размер лейкоцита до 20 мкм. Продолжительность жизни лейкоцита – несколько суток. В 1 мл крови содержится 4-9тысяч лейкоцитов. Количество лейкоцитов меняется на протяжении суток, меньше всего утром натощак. Увеличение количества лейкоцитов в крови – лейкоцитоз, уменьшение – лейкопения.
Образуются в красном костном мозге из стволовых клеток, в селезенке, тимусе, лимфоузлах. Разрушаются в селезенке и печени.
Продолжительность жизни лейкоцитов в среднем от неск. Суток до неск. Десятков суток. Более 50% лейкоцитов находятся за пределами сосудистого рксла – в различных тканях.
Лейкоциты способны к активному движению (как амебы), они могут проникать через стенку капилляров в окружающую соединительную и эпителиальную ткани и участвовать в защитных реакциях организма (переваривание инородных тел, микроорганизмов, образование антител).
Лейкоциты могут иметь в цитоплазме зернистость(гранулы) – гранулоциты, которые незернистые – агранулоциты. Гранулы могут окрашиваться в различные цвета. В зависимости от окраски гранул гранулоциты делятся на:
- эозинофилы (окрашиваются кислыми красителями в розовый цвет) – способны обезвреживать чужеродные белки и белки отмерших тканей. Количество эозинофилов увеличивается при аллергических реакциях.
- базофилы (окрашиваются основными красителями в синий цвет) – принимают участие в свертывании крови и регуляции проницаемости сосудов для форменных элементов. Базофилы вырабатывают гепарин и гистамин.
- нейтрофилы (окрашиваются нейтральными красителями в розово-фиолетовый цвет) – способны проникать в межклеточные пространства и захватывать и переваривать микроорганизмы, стимулировать размножение клеток. Погибшие нейтрофилы вместе с остатками клеток и тканей образуют гной.
Агранулоциты – это лейкоциты, которые состоят из ядра округлой формы и незернистой цитоплазмы. Их разделяют на лимфоциты и моноциты.
Лимфоциты – шаровидные, диаметром 7-10мкм. Состоят из двух популяций: лимфоциты, образующиеся в вилочковой железе (тимусе) – Т-лимфоциты (отвечают за систему клеточного иммунитета и при помощи ферментов самостоятельно уничтожают чужеродные клетки, в т.ч.мутировавшие, противодействуют патогенным вирусам, грибкам - Т-киллеры, усиливающие клеточный иммунитет или облегчающие течение гуморального иммунитета Т-хелперы, препятствующие иммунитету при выздоровлении Т-супрессоры, Т-клетки памяти – хранят информацию о ранее действующих антигенах, т.о. ускоряют вторичный иммунный ответ) и В-лимфоциты, образующиеся из стволовых лимфоидных клеток костного мозга и селезенки, лимфоидных скоплениях стенки тонкой кишки, миндалинах, лимфатических узлах (они ответственны за систему гуморального иммунитета и защищают организм от бактерий и вирусов путем выработки специальных белков – антител). Продолжительность жизни лимфоцитов от 3 суток до 6 месяцев, а некоторых – до 5 лет.
Моноциты – самые крупные клетки крови, размер до 20 мкм. Образуются в костном мозге. Они активно проникают в очаги воспаления и поглощают (фагоцитируют) бактерии.
Соотношение форменных элементов крови называется гемограммой (формулой крови), процентное соотношение различных видов лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой:
Лейкоциты 4-9 *109/л
Эозинофилы 1-5%
Базофилы 0-0,5%
Нейтрофилы 60-70%: юные 0-1%, палочкоядерные 2-5%,
сегментоядерные 55-68%
Лимфоциты 25-30%
Моноциты 5-8%
В крови здорового человека могут встречаться зрелые и юные формы лейкоцитов, однако в норме обнаружить их удается только у самой многочисленной группы – нейтрофилов. К ним относятся юные и палочкоядерные нейтрофилы. Увеличение количества юных и палочкоядерных нейтрофилов свидетельствует об омоложении крови и носит название сдвиг лейкоцитарной формулы влево, часто наблюдается при лейкозах, инфекционных и воспалительных заболеваниях. При ряде заболеваний количество отдельных видов лейкоцитов увеличивается. При коклюше, брюшном тифе – лимфоцитов, при малярии – моноцитов, при бактериальных инфекциях – нейтрофилов, при аллергических реакциях – эозинофилов.
Тромбоциты – бесцветные полиморфные безъядерные тельца размером 1-4 мкм., содержат большое количество гранул. Образуются тромбоциты в клетках костного мозга мегакариоцитах. Продолжительность их жизни 5-11 дней. В 1 мл крови содержится 180-320 до 400 тысяч тромбоцитов. При мышечной работе, стрессе, принятии пищи, беременности количество тромбоцитов увеличивается (тромбоцитоз). Основное назначение тромбоцитов – участие в процессе гемостаза (способствуют остановке кровотечения). При нарушении целостности стенки сосуда тромбоциты разрушаются и выделяют специфическое вещество, способствующее свертыванию крови.
При активации тромбоциты приобретают сферическую форму и образуют специальные выросты (псевдоподии), с помощью которых они могут соединяться друг с другом (агрегировать) и прилипать к поврежденной стенке сосуда. В тромбоцитах содержится фибриноген, а также сократительный белок тромбастенин. Они богаты гликогеном, серотонином (суживает сосуды), гистамином, содержат неактивный тромбопластин (запускает свертывание).
Лимфа – жидкость, возвращаемая в кровоток из тканевых пространств по лимфатической системе. Лимфа образуется из тканевой жидкости, накапливающейся в межклеточном пространстве. Наиболее важной функцией лимфы является возврат белков, электролитов и воды из межтканевого пространства в кровь. За сутки возвращается более 100г. белка. Лимфатическая система действует как транспортная система по удалению эритроцитов, оставшихся в тканях после кровотечения, а также по удалению и обезвреживанию бактерий, попавших в ткани. Она состоит из плазмы и форменных элементов. Лимфоплазма в отличие от крови содержит больше продуктов обмена веществ, поступающих из тканей. Из форменных элементов в лимфе преобладают лимфоциты (до 20.000/мл), в небольшом количестве встречаются моноциты и эозинофилы.