Курс лекций по биологии

1. Плазма крови, ее состав

  Плазма  составляет жидкую часть крови и  является водно-солевым раствором  белков. Состоит на 90–95 % из воды и на 8—10 % из сухого остатка. В состав сухого остатка входят неорганические и органические вещества. К органическим относятся белки, азотосодержащие вещества небелковой природы, безазотистые органические компоненты, ферменты.

  Белки составляют 7–8 % от сухого остатка (что составляет 67–75 г/л) и выполняют ряд функций. Они отличаются по строению, молекулярной массе, содержанию различных веществ. При увеличении концентрации белков возникает гиперпротеинемия, при уменьшении – гипопротеинемия, при появлении патологических белков – парапротеинемия, при изменении их соотношения – диспротеинемия. В норме в плазме присутствуют альбумины и глобулины. Их соотношение определяется белковым коэффициентом, который равняется 1,5–2,0.

  Альбумины – мелкодисперсные белки, молекулярная масса которых 70 000—80 000 Д. В плазме их содержится около 50–60 %, что составляет 37–41 г/л. В организме они выполняются следующие функции:

  1) являются депо аминокислот;

  2) обеспечивают суспензионное свойство крови, поскольку являются гидрофильными белками и удерживают воду;

  3) участвуют в поддержании коллоидных свойств за счет способности удерживать воду в кровеносном русле;

  4) транспортируют гормоны, неэтерефицированные жирные кислоты, неорганические вещества и т. д.

  При недостатке альбуминов возникает отек тканей (вплоть до гибели организма).

  Глобулины – крупнодисперсные молекулы, молекулярная масса которых более 100 000 Д. Их концентрация колеблется в пределах 30–35 %, что составляет около 30–34 г/л. При электрофорезе глобулины распадаются на несколько видов:

  1) β₁– глобулины;

  2) β₂-глобулины;

  3) β-глобулины;

  4) γ-глобулины.

  За  счет такого строения глобулины выполняют  различные функции:

  1) защитную;

  2) транспортную;

  3) патологическую.

  Защитная  функция связана с наличием иммуноглобулинов – антител, способных связывать  антигены. Также они входят в состав защитных систем организма, такие как  – системы пропердина и комплемента, обеспечивая неспецифическую резистентность организма. Участвуют в процессах свертывания крови за счет наличия фибриногена, занимающего промежуточное положение между β-глобулинами и γ-глобулинами, являющимися источником фибриновых нитей. Образуют в организме систему фибринолиза, основным компонентом которой является плазминоген.

  Транспортная  функция связана с переносом  металлов с помощью гаптоглобина и церулоплазмина. Гаптоглобин относится к β₂-глобулинам и образует комплекс с трансферрином, сохраняющим для организма железо. Церулоплазмин является β₂-глобулином, который способен соединять медь.

  Патологические  глобулины образуются в ходе воспалительных реакций, поэтому в норме не обнаруживаются. К ним относятся интерферон (образуется при внедрении вирусов), С-реактивный белок, или белок острой фазы (является β-глобулином и присутствует в плазме при тяжелых, хронических заболеваниях).

  Таким образом, белки обеспечивают физико-химические свойства крови и выполняют защитную функцию.

  В плазме также содержатся аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатинин;

  Их  содержание невелико, поэтому они  обозначаются как остаточный азот крови. В норме он составляет примерно 14,3—28,6 %. Уровень остаточного азота поддерживается за счет наличия белков в пище, выделительной функции почек и интенсивности белкового обмена.

  Органические  вещества в плазме представлены в  виде продуктов обмена углеводов  и липидов. Компоненты обмена углеводов:

  1) глюкоза, содержание которой в норме составляет 4,44– 6,66 ммоль/л в артериальной крови и 3,33—5,55 ммоль/л в венозной и зависит от количества углеводов в пище, состояния эндокринной системы;

  2) молочная кислота, содержание которой резко повышается при критических состояниях. В норме ее содержание равно 1–1,1 ммоль/л;

  3) пировиноградная кислота (образуется при утилизации углеводов, в норме содержится приблизительно 80–85 ммоль/л). Продуктом липидного метаболизма является холестерин, участвующий в синтезе гормонов, желчных кислот, построении клеточной мембраны, выполняющий энергетическую функцию. В свободном виде он представлен в форме липопротеидов – комплекса белков и липидов. Выделяют пять групп:

  1) хиломикроны (участвуют в транспорте триацилглицеридов экзогенного происхождения, образуются в эндоплазматической сети энтероцитов);

  2) липопротеиды очень низкой плотности (переносят триацилглицериды эндогенного происхождения);

  3) липопротеиды низкой плотности (доставляют холестерин к клеткам и тканям);

  4) липопротеиды высокой плотности (образуют комплексы с холестерином и фосфолипидами).

  Биологически  активные вещества и ферменты относятся  к группе веществ, обладающих высокой  энзимной активностью, на их долю приходится 0,1 % сухого остатка.

  Неорганические  вещества являются электролитами, т. е. анионами и катионами. Они выполняют ряд функций:

  1) регулируют осмотическое давление;

  2) поддерживают pH крови;

  3) участвуют в возбуждении клеточной мембраны.

  У каждого элемента имеются свои функции:

  1) йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы;

  2) железо входит в состав гемоглобина;

  3) медь катализирует эритропоэз.

  Осмотическое  давление крови обеспечивается за счет концентрации в крови осмотически активных веществ, т. е. это разность давлений между электролитами и неэлектролитами.

  Осмотическое  давление относится к жестким  константам, его величина 7,3–8,1 атм. Электролиты создают до 90–96 % всей величины осмотического давления, из них 60 % – хлорид натрия, так как электролиты имеют низкую молекулярную массу и создают высокую молекулярную концентрацию. Неэлектролиты составляют 4—10 % величины осмотического давления и обладают высокой молекулярной массой, поэтому создают низкую осмотическую концентрацию. К ним относятся глюкоза, липиды, белки плазмы крови. Осмотическое давление, создаваемое белками, называется онкотическим. С его помощью форменные элементы поддерживаются во взвешенном состоянии в кровеносном русле. Для поддержания нормальной жизнедеятельности необходимо, чтобы величина осмотического давления всегда была в пределах допустимой нормы.

2. Физиология эритроцитов

  Эритроциты  – красные кровяные тельца, содержащие дыхательный пигмент – гемоглобин. Эти безъядерные клетки образуются в красном костном мозге, а  разрушаются в селезенке. В зависимости  от размеров делятся на нормоциты, микроциты и макроциты. Примерно 85 % всех клеток имеет форму двояковогнутого диска или линзы с диаметром 7,2–7,5 мкм. Такая структура обусловлена наличием в цитоскелете белка спектрина и оптимальным соотношением холестерина и лецитина. Благодаря данной форме эритроцит способен переносить дыхательные газы – кислород и углекислый газ.

  Важнейшими  функциями эритроцита являются:

  1) дыхательная;

  2) питательная;

  3) ферментативная;

  4) защитная;

  5) буферная.

  Гемоглобин  участвует в иммунологических реакциях.

  Дыхательная функция связана с наличием гемоглобина  и бикарбоната калия, за счет которых  осуществляется перенос дыхательных  газов.

  Питательная функция связана со способностью мембраны клеток адсорбировать аминокислоты и липиды, которые с током крови транспортируются от кишечника к тканям.

  Ферментативная  функция обусловлена присутствием на мембране карбоангидразы, метгемоглобинредуктазы, глютатионредуктазы, пероксидазы, истинной холинэстеразы и др.

  Защитная  функция осуществляется в результате оседания токсинов микробов и антител, а также за счет присутствия факторов свертывания крови и фибринолиза.

  Поскольку эритроциты содержат антигены, то их используют в иммунологических реакциях для  выявления антител в крови.

  Эритроциты  являются самыми многочисленными форменными элементами крови. Так, у мужчин в  норме содержится 4,5–5,5 × 10¹²/л, а у женщин – 3,7–4,7 × 10¹²/л. Однако количество форменных элементов крови изменчиво (их увеличение называется эритроцитозом, а при уменьшение – эритропенией).

  Эритроциты  обладают физиологическими и физико-химическими  свойствами:

  1) пластичностью;

  2) осмотической стойкостью;

  3) наличием креаторных связей;

  4) способностью к оседанию;

  5) агрегацией;

  6) деструкцией.

  Пластичность  во многом обусловлена строением  цитоскелета, в котором очень важным является соотношение фосфолипидов и холестерина. Это соотношение выражается в виде липолитического коэффициента и в норме составляет 0,9. Пластичность эритроцитов – способность к обратимой деформации при прохождении через узкие капилляры и микропоры. При снижении количества холестерина в мембране наблюдается снижение стойкости эритроцитов.

  Осмотическое  давление в клетках немного выше, чем в плазме, за счет внутриклеточной  концентрации белков. Также на осмотическое давление оказывает влияние и  минеральный состав (в эритроцитах  преобладает калий и снижено  содержание ионов Na). За счет наличия осмотического давления обеспечивается нормальный тургор.

  В настоящее время установлено, что  эритроциты являются идеальным переносчиками, поскольку обладают креаторными связями, транспортируют различные вещества и осуществляют межклеточное взаимодействие.

  Способность к оседанию обусловлена удельным весом клеток, который выше, чем  все плазмы крови. В норме она  невысока и связана с наличием белков альбуминовой фракции, которые  способны удерживать гидратную оболочку эритроцитов. Глобулины являются лиофобными коллоидами, которые препятствуют образованию гидратной оболочки. Соотношение альбуминовой и глобулиновой фракций крови (белковый коэффициент) определяет скорость оседания эритроцитов. В норме он составляет 1,5–1,7.

  При уменьшении скорости кровотока и  увеличении вязкости наблюдается агрегация. При быстрой агрегации образуются «монетные столбики» – ложные агрегаты, которые распадаются на полноценные клетки с сохраненной  мембраной и внутриклеточной  структурой. При длительном нарушении  кровотока появляются истинные агреганты, вызывающие образование микротромба.

  Деструкция (разрушение эритроцитов) происходит через 120 дней в результате физиологического старения. Оно характеризуется:

  1) постепенным уменьшением содержания липидов и воды в мембране;

  2) увеличенным выходом ионов K и Na;

  3) преобладанием метаболических сдвигов;

  4) ухудшением способности к восстановлению метгемоглобина в гемоглобин;

  5) понижением осмотической стойкости, приводящей к гемолизу.

  Стареющие эритроциты за счет понижения способности  к деформации застревают в миллипоровых фильтрах селезенки, где поглощаются фагоцитами. Около 10 % клеток подвергаются разрушению в сосудистом русле.

3. Виды гемоглобина и его значение

  Гемоглобин  относится к числу важнейших  дыхательных белков, принимающих  участие в переносе кислорода  от легких к тканям. Он является основным компонентом эритроцитов крови, в каждом из них содержится примерно 280 млн молекул гемоглобина.

  Гемоглобин  является сложным белком, который  относится к классу хромопротеинов и состоит из двух компонентов:

  1) железосодержащего гема – 4 %;

  2) белка глобина – 96 %.