ВУЗ: Ростовский Государственный Медицинский Университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Химия
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 9993
Скачиваний: 53
71
Все биологические жидкости (лимфа, сыворотка и плазма крови) –
растворы, поэтому они обладают коллигативными свойствами. Осмотиче-
ское давление в биологических жидкостях зависит как от растворѐнных в
них минеральных веществ, так и от ВМС (белков, нуклеиновых кислот,
полисахаридов). Осмотическое давление крови человека постоянно и
при 37°С составляет 7,4-7,8 атм. (0,74-0,78 МПа). Учитывая это, в меди-
цинской практике во избежание осмотических конфликтов широко ис-
пользуют различные изотонические растворы.
Изотонический раствор – раствор какого-либо вещества в воде, ос-
мотическое давление которого равно осмотическому давлению крови. На-
пример, 0,85% раствор NaCl, 5% раствор глюкозы. В изотонических рас-
творах эритроциты не изменяют свою форму, т.к. Росм изотонического
раствора равно Росм эритроцита, поэтому потоки Н
2
О в эритроцит и из не-
го уравновешены. Изотонические растворы используют в качестве крове-
заменителей при небольших потерях крови или для внутривенного введе-
ния растворѐнных в них лекарственных веществ.
Существуют и неизотонические растворы: гипотонические и гипер-
тонические. Раствор, осмотическое давление которого ниже изотоническо-
го, называется гипотоническим. Раствор, осмотическое давление которого
выше изотонического, называется гипертоническим.
Введение в организм значительных объѐмов неизотонических рас-
творов может привести к осмотическим конфликтам. Росм гипертониче-
ского раствора больше Росм эритроцитов. В результате ток воды направ-
лен из эритроцитов в окружающую среду (в сторону раствора с большей
концентрацией). Наступает обезвоживание эритроцитов и, как следствие,
их сморщивание (плазмолиз).
Росм гипотонического раствора меньше Росм эритроцита. В резуль-
тате ток воды направлен в эритроцит из окружающей среды (в сторону
раствора с большей концентрацией). Наступает набухание эритроцита и,
как следствие, его разрыв (гемолиз). Тем не менее, неизотонические рас-
72
творы применяют в медицине.
Например:
1.
при повышении внутриглазного давления (глаукоме) неболь-
шое количество гипертонического раствора вводят внутривенно, чтобы
«оттянуть» избыточное количество воды из передней камеры глаза и, тем
самым, снизить внутриглазное давление;
2.
повязки с гипертоническим раствором NaCl (10% водный рас-
твор) используют для лечения гнойных ран – ток раневой жидкости на-
правляется по марле наружу, что способствует постоянному очищению
раны от гноя, микроорганизмов и продуктов распада;
3.
гипертонические растворы MgSO
4
и Na
2
SO
4
используют в ка-
честве слабительных средств, эти соли плохо всасываются в ЖКТ, что
вызывает переход Н
2
О из слизистой в просвет кишечника; в результате,
увеличивается объѐм кишечного содержимого, раздражаются рецепторы
слизистой, усиливается перистальтика, и ускоряется эвакуация кишечного
содержимого;
4.
введение гипотонических растворов входят в программу лече-
ния гиперосмолярной комы – тяжѐлого осложнения сахарного диабета.
Часть осмотического давления, которое обусловлено только раство-
рѐнными белками, называется онкотическим давлением. Оно составляет
примерно 0,5% от общего осмотического давления и равно 0,04 атм или
30-40 см водного столба.
Биологическое значение онкотического давления состоит в том, что
оно поддерживает равновесие между кровью и внеклеточной жидкостью
для постоянного обмена питательными веществами и конечными продук-
тами обмена.
Согласно гипотезе Старлинга, в крови, в артериальной и венозной
частях капилляров, соотношение между гидростатическим давлением,
обусловленным работой сердца (45 и 15 см водного столба соответствен-
но), и онкотическим давлением (30 см водного столба) различно. Разница
73
давлений одинакова и составляет 15 см водн. ст., но в артериальной об-
ласти преобладает Ргидр, а в венозной области – Ронк.
Артериальная область Венозная область
Ргидр.= 45 см водн. ст. Ргидр = 15 см водн. ст.
Ронк = 30 см водн. ст. Ронк = 30 см водн. ст.
∆Р=15 см водн. ст. в пользу
∆Р=15 см водн. ст. в пользу
гидростатического давления онкотического давления
Отток из крови ↔ приток в кровь
Рис.3.7. Гипотеза Старлинга в норме
Таким образом, в артериальной части, где преобладает Ргидр, это
способствует выходу безбелковой части плазмы и с ней веществ из крови в
межклеточную жидкость. Оттуда питательные вещества поступают в клет-
ки. В венозной части более высокое Ронк вызывает движение тока жидко-
сти и с ней веществ по осмотическому градиенту из клеток окружающих
тканей в кровь. Происходит выведение метаболитов и продуктов распада
из клеток. В физиологических условиях отток безбелковой части плазмы
равен притоку, т.к. разность давлений в артериальной и венозной части
одинаковая.
При нарушении этого равновесия может развиваетсяся отѐк. Отѐк –
накопление внесосудистой жидкости. Одна из причин отѐка – гипопротеи-
немия – уменьшение концентрации белков в плазме, ведущая к снижению
онкотического давления. Она возникает вследствие длительного голодания
(«голодные отѐки»), нарушения синтеза белков для плазмы в печени, поте-
ри с мочой при заболеваниях почек, обширных ожогах и т.п.
3.5. Теория растворов и сильных электролитов. Ионная сила
растворов, коэффициент активности и активность ионов
В водных растворах сильные электролиты практически полностью
74
диссоциированы, в растворе содержится большое количество ионов, рас-
стояние между которыми мало. В результате около каждого иона находят-
ся преимущественно ионы противоположного знака, и образуется так на-
зываемая «ионная атмосфера».
Как следствие, возникает эффект уменьшения числа ионов, участ-
вующих в химических процессах. Ионы ориентируются друг относительно
друга и поэтому их эффективная концентрация (активность) отличается от
истинной.
Под активностью электролита x понимают эффективную концен-
трацию в соответствии с которой он участвует в различных процессах.
Активность связана с истинной концентрацией растворенного веще-
ства: a(x) = f(x)×C(x)
a(x) – активность электролита, моль/л
C(x) – концентрация, моль/л
f(x) – коэффициент активности (величина безразмерная)
Коэффициент активности
выражает отклонение раство-
ра с концентрацией C(x) от поведения раствора при бесконечном разведе-
нии, т.е. в отсутствии межионных взаимодействий.
Если f(x) = 1 – это означает, что движения ионов не ограничены дей-
ствием электростатических сил и a=C.
Если f(x) < 1, то на движение ионов оказывает влияние их электро-
статическое взаимодействие и вместо концентрации C надо подставлять
активность a.
Если f(x) = 1 → a(x) = C(x)
Если f(x) < 1 → a(x) < C(x)
Активность (эффективная концентрация) ионов какого-то одного ви-
да из-за их взаимодействия зависит от общего содержания ионов в раство-
ре. Мерой этого общего содержания ионов является ионная сила раство-
ра I
75
I – это полусумма произведений концентраций ионов на квадрат их
зарядов. Для устранения влияния знака заряда необходимо возведение Z
(заряда) в квадрат. Из определения следует, что ионная сила должна изме-
ряться в тех же единицах, что и концентрация (на практике часто ее пишут
без размерности).
Ионная сила бинарного электролита, диссоциирующего на 2 одноза-
рядных иона численно равна его концентрации.
[I] = [C] = [моль/л]
Например: AB (KCl → K
+
+ Cl
-
)
I = 0,5(0,1×12 + 0,1×12) = 0,1
Во сколько раз ионная сила больше концентрации для электролита
типа A
2
B
3
, например для Al
2
(SO
4
)
3
.
Пусть концентрация данного электролита условно равна C :
[Al+3] = 2C
[SO
4
2-
] = 3С
I = 0,5(2C×32 + 3C×22) = 15C, I = 15 С, т.е. в 15 раз.
Еще рассмотрим пример: фосфатный буфер
Пусть C
1
= C(NaH
2
PO
4
) = 0,1M
C
2
= C(Na
2
HPO
4
) = 0,05M
Находим концентрации ионов:
[Na
+
] = C
1
+ 2C
2
= 0,1 + 2×0,05 = 0,2M
[H
2
PO
4
-
] = 0,1
[HPO
4
2-
] = 0,05
I = 0,5(0,2×12 + 0,1×12 + 0,05×22) = 0,25
В 1923 Дебай и Хюккель показали, что для разбавленных водных
растворов с ионной силой I ≤ 0,01 коэффициенты активности ионов можно
рассчитать по формуле