БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
Неорганические вещества
Среди неорганических соединений живых организмов особая роль принадлежит воде. Вода является основной средой, в котором происходят процессы обмена веществ и превращения энергии. Содержание воды в большинства 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 полярна (диполь). Положительный заряд сосредоточен на атомах Водорода, поскольку Кислород является более електронегативним, чем Водород. Отрицательно заряженный атом Кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атому 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 является 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 розчинюватися определенных соединений в воде, их условно делят на гидрофильные, или полярные, и гидрофобные, или неполярные. В гидрофильных соединений, растворимых в воде, относится большинство солей. Гидрофобные соединения (почти все жиры, некоторые белки) содержат неполярные группы, которые не образуют водородные связи, поэтому эти соединения не растворяются в воде. Она имеет высокую теплоемкость 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 растворенные соли (в виде ионов), так и соли в твердом состоянии. Ионы делятся на положительные (катионы металлических элементов К + , N а + , Са 2+ , М 2+ т. д) и отрицательные (анионы кислот соляной - С l - , сульфатной - Н SO 4 - , S O 4 2- , карбонатной - НСО 3 - , фосфатной - Н 2 РО 4 - , НРО 4 2- и др.). Разная концентрация катионов К + и N а + в клетке и межклеточной жидкости вызывает разницу потенциалов на мембране клетки; изменение проницаемости мембраны по К + и N а + под влиянием раздражение обеспечивает возникновения нервного и мышечного возбуждения. Анионы фосфатной кислоты поддерживают нейтральную реакцию внутриклеточного среды (рН = 6,9), анионы карбоновой кислоты - слабощелочную реакцию плазмы крови (рН = 7,4). Соединения кальция (СаС O 3 ) входят в состав ракушек моллюсков и простейших, панцирей раков. Хлоридная кислота создает кислую среда 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.
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.
Познакомившись с элементами, присутствующими в живых организмах, обратимся теперь к соединениям, в состав которых эти элементы входят (рис.). Здесь также обнаруживается фундаментальное сходство между всеми живыми организмами. Больше всего в них содержится воды. Во всех организмах мы находим также простые органические соединения, играющие роль «строительных блоков», из которых строятся более крупные молекулы. Это, прежде всего, аминокислоты, моносахариды, органические кислоты, спирты, нуклеотиды и некоторые другие вещества.
Вода. Среди неорганических соединений 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, соединенных 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 соединений (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 соединениями, называют свободной. Именно она является универсальным растворителем, лучшим, чем большинство известных жидкостей.
Учитывая зависимость отрастворимости в воде, соединения условно делят на полярные, илигидрофильные (от греч. гидор - вода, филиа - любить) и неполярные , или гидрофобные (от греч. фобос - страх). Гидрофильными веществами являются многие минеральные 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 соединений с присоединением 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 потоотделении?
При испарении воды организмами (транспирация и потоотделение) тратится много теплоты, что защищает их от перегрева. Благодаря высокой теплопроводности вода обеспечивает равномерное распределение 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 соединений, понижающих температуру перехода воды в кристаллическое состояние, что и предотвращает их гибель.
Минеральные соли и кислоты. Дляподдержания жизнедеятельности организма в целом и его клеток, важное значение, кроме воды, имеют минеральные 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 скелет 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 выделениях 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 растворителем? 5. Каковы основные функции воды в живых организмах?6. Почему неполярные вещества плохо растворимы в воде? 7. В каком состоянии в клетке содержатся минеральные вещества? 8. Какова роль минеральных веществ в клетке? 9. Что такое буферные свойства и чем они определяются?
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.
Понятие о внутренней среде организма
Любой организм - одноклеточный или многоклеточный - нуждается в определенных условиях существования. Эти условия обеспечивает организмам та среда, к которой они приспособились в ходе эволюционного развития.
Внутренней средой для клеток и органов человека служат кровь, лимфа и тканевая жидкость.
Если сильно порезать палец, то потечет кровь; если порез неглубокий и сосуды не повреждены, то вместо крови на разрезе иногда проступает несколько капелек прозрачной жидкости - это и есть тканевая жидкость. Тканевая жидкость постоянно омывает клетки и служит для них средой существования. Тканевая жидкость постоянно обновляется через систему лимфатических сосудов: тканевая жидкость собирается в эти сосуды (внутри лимфатических сосудов она называется лимфой), а затем по самому крупному лимфатическому сосуду попадает в общий кровоток, где смешивается с кровью.
Первые живые образования возникли в водах Мирового океана, и средой обитания для них служила морская вода. По мере усложнения живых организмов часть их клеток изолировалась от внешней среды. Так часть среды обитания оказалась внутри организма, что позволило многим организмам покинуть водную среду и начать жить на суше.
"Маленькое море", усложняясь, постепенно превратилось во внутреннюю среду животных. В связи с этим не должен вызывать удивления тот факт, что содержание солей в морской воде и во внутренней среде организма сходно.
Во внутренней среде организма, помимо солей, содержится очень много различных веществ - белки, сахар, жироподобные вещества, гормоны и т. д. Каждый орган постоянно выделяет во внутреннюю среду продукты своей деятельности и получает из нее необходимые для себя вещества. И, несмотря на такой активный обмен, состав внутренней среды остается практически неизменным.
Гомеостаз. Поддержание постоянства условий жизни во внутренней среде называют гомеостазом .
Отдельные клетки и группы клеток человеческого организма чрезвычайно чувствительны к изменению окружающей их среды. Что же касается целого организма, то границы изменений внешней среды, которые он может переносить, значительно шире, чем у отдельных клеток. Клетки человека нормально функционируют лишь при температуре 36-38° С. Повышение или снижение температуры за пределы этих границ приводит к нарушению функций клеток. Человек же, как известно, может нормально существовать при значительно более широких колебаниях температуры внешней среды.
В клетках поддерживается постоянное количество воды и минеральных веществ. Многие клетки почти мгновенно гибнут при помещении их в дистиллированную воду. Организм же как целое может переносить и водное голодание, и избыточное поступление воды и солей.
Отдельные клетки чрезвычайно чувствительны к незначительным изменениям концентрации ионов водорода. Целый организм способен поддерживать постоянную концентрацию водородных ионов, даже когда в тканевую жидкость поступает много кислых или щелочных продуктов обмена веществ.
Этих примеров достаточно, для того чтобы убедиться в наличии у организмов специальных приспособлений для обеспечения постоянства среды обитания их клеток.
Очень важной особенностью внутренней среды является то, что содержание веществ в ней не абсолютно одинаково, а изменяется в определенных пределах, т. е. для содержания каждого Вещества нормой является не одна какая-то цифра, а определенный диапазон показателей . Например, в справочнике можно прочитать: содержание ионов калия в крови здорового человека - 16-20 мг% (т. е. 16-20 мг в 100 мл).
Практически содержание любого вещества во внутренней среде никогда не является абсолютно одинаковым - оно постоянно колеблется, но в строго определенных пределах.
Диапазон показателей для разных веществ различен. Некоторые показатели поддерживаются особенно точно; они получили название констант. К числу констант относится, например, реакция крови (т. е. концентрация в ней водородных ионов - рН).
В организме на относительно постоянном уровне удерживаются такие показатели, как кровяное давление, температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, содержание в них белков и сахара, ионов натрия, калия, кальция, хлора, водорода.
Постоянным остается не только состав внутренней среды, но и ее объем. Однако постоянство объема внутренней среды не абсолютно неизменно. Часть жидкости из внутренней среды выводится из организма через почки с мочой, через легкие с выдыхаемыми парами воды и в пищеварительный тракт с пищеварительными соками. Часть воды испаряется с поверхности тела в виде пота. Эти потери воды постоянно пополняются за счет всасывания воды из пищеварительного тракта. Происходит постоянное обновление воды при общем сохранении ее объема. В поддержании постоянства объема жидкости во внутренней среде принимают участие и клетки. Вода, находящаяся внутри клеток, составляет примерно 50% массы тела. Если по каким-либо причинам во внутренней среде уменьшается количество жидкости, то начинается движение воды из клеток в межклеточное пространство. Это способствует сохранению постоянства объема внутренней среды.
Постоянство внутренней среды - гомеостаз - поддерживается непрерывной работой органов и тканей.
Роль различных органов в поддержании гомеостаза
Роль разных органов в сохранении гомеостаза различна. Система органов пищеварения обеспечивает поступление в кровь питательных веществ в таком виде, в каком они могут быть усвоены клетками организма.
Органы кровообращения осуществляют непрерывное движение крови и доставляют кислород и питательные вещества клеткам, а продукты распада уносят от них. Органы дыхания обеспечивают поступление кислорода в кровь и удаление углекислого газа.
Через легкие, почки, кожу из организма удаляются конечные продукты обмена веществ и некоторые другие вещества.
В поддержании гомеостаза важнейшая роль принадлежит нервной системе. Быстро реагируя на различные изменения внешней или внутренней среды, нервная система так изменяет деятельность органов, что выравниваются сдвиги или нарушения в организме.
Благодаря развитию приспособлений, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма, его клетки менее подвержены изменяющимся влияниям внешней среды.
Нарушение гомеостаза приводит к значительным изменениям в работе органов и к различным заболеваниям. Вот почему измерение таких показателей, как температура тела, физико-химический состав крови, артериальное давление, имеет большое значение для диагностики, т. е. распознавания болезней.
Хотите опытную гетеру, представлен огромный выбор.
