Коллоидные системы в организме и их функции

Коллоидные свойства мембран обеспечивают барьерную, метаболическую. разделительную, каркасную, защитную поддержания тургора в растительных клетках, транспортную, контактную(плазмодесмы, десмосомы), ферментативную и другие функции мембран. Мембраны принимают участие в образовании мембранных клеточных органелл (ядра, митохондрии, лизосомы и др.). Одной из важнейших функций мембран является их участие в лиганд-рецепторном взаимодействии (гликокаликс), обеспечивающем «узнавание» и распознавание чужеродной антигенной информации и др.Гиалоплазмаесть ничто иное как совокупность лиофильных и лиофобных коллоидов со свойствами золей, гелей и эмульсий, участие в формировании которых принимают белки, нуклеиновые кислоты (РНК), соли металлов, липиды и другие вещества. Крупные конгломераты веществ, которые находятся в коллоидном состоянии, имеют обозначение клеточных включения (например, жировые). Для гиалоплазмыхарактерен переход из состояния золя в гель при некоторых условиях. Многообразие коллоидов гиалоплазмы и их взаимопереход создает условия для биохимических процессов (в том числе поддержание осмотического давления), которые происходят в цитоплазме клеток и формирует так называемыйцитоскелет клетки (коллоидно-белковая система, пронизывающая клетку). Цитоскелетопределяет движение клеток, цитоплазмы, органелл, транспорт веществ и формирует каркас клетки. Гиалоплазма и ее коллоиды объединяют клетку в единое целое.Ядро является коллоидной средой, и коллоидная среда ядра обеспечивает процессы репликации ДНК и биосинтеза белка – работу информационных и транспортных РНК (диффузный и конденсированный хроматин), процессы сборки белковых молекул на и-РНК и формирование структур белковых молекул. Процесс репликации клеточной ДНК во время митоза возможен только в определенной динамически меняющейся среде, обеспечиваемой свойствами коллоидов. 2.3 Коллоидная система тканей2.3.1 КровьКровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды входят в состав других. Издавна дается определение крови как дисперсной системе, форменные элементы которой – эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма – дисперсной средой. Тем не менее по определению максимальных размеров, достигаемые коллоидными частицами он составляет 10-7 м., тогда как размер тромбоцитов равен 0,5-0,75 x 10-6, эритроцитов: 7x10-6 м, а размеры лейкоцитов могут превышать размеры эритроцитов в несколько раз. Таким образом, форменные элементы не могут считаться дисперсной фазой коллоидной системы и сами представляют из себя коллоид в коллоиде. Тем не менее именно они обусловливают вязкость крови, которая в 5 раз превышает вязкость воды.На данные моментмаксимально изученными являются коллоидные системы плазмы крови. Большинство всех органических составляющих плазмы находятся в ней в состоянии коллоида. Дисперсной средой в основном является вода, а дисперсионная фаза есть сгусток самых разнообразных по химическому составу и молекулярному строению веществ: от молекул аминокислот и олигопептидов до крупных белковых молекул (фибрин, альбумины, глобулины, ферменты, нуклеопротеиды, гормоны белковой природы, транспортные белки и тому подобные), от молекул моно- и дисахаридов и жирных кислот до лецитинов, триглицеридов и липидных хиломикроновразных плотностей. Кровяная плазма содержит огрмное количество органических веществ низкой молекулярности, такими являются мочевина, креатинин, холестерин, стероидные гормоны, витамины. В плазме находятся катионы электролитов калия, натрия, магния, кальция, анионы хлора, сульфата, фосфата, карбоната, а также полный спектр микроэлементов. Если рассматривать кровь с точки зрения коллоидной химии то мы получим сложную систему коллоидов. Белки представляют собой основную составляющую дисперсионной фазы. Обращая свои лиофобные группы (- CH2, - СH3 и др.) в сторону слаборастворимых в воде молекул липидов, стероидов и жирных кислот, а гидрофильные концы (-COOH, -NH2, -SH) – в сторону молекул воды и электролитов, белки являются основными стабилизаторами коллоидной системы плазмы крови. Кроме того, характерные амфотерные свойства определяют их свойства в качестве основных переносчиков, транспортеров низкомолекулярных веществ в организме. Самыми главными белками крови являются сывороточные альбумины и фибриноген. Они иобеспечивают коллоидные свойства плазмы в том числе её вязкость.В крови можно обнаружить целый ряд белков, которые представляют собой каскадные системы, способные обеспечить осуществление самых важных для жизни функций организма. К этим функциям можно отнести свёртывающую и противосвёртывающую системы крови (система фибринолиза), калликреин-кининовую систему и систему комплемента. Искажение целостности тканей в результате травм, попадания в кровь чужеродных объектов (вирусы, бактерии) нарушают поверхностное натяжение и другие свойства этих коллоидных систем. Это приводит к активации фактора Хагемана, приводящий в действие первые три из названных систем. Начало работы системы свёртывания становится причиной образования на поверхности бактерий и вирусов, а также на повреждённых тканях нитей фибрина из фибриногена. В то же время фактор Хагеманаактивирует плазмин из системы фибринолиза, разрубающий нити фибрина на фибринпептиды. Стало быть, запускается каскад белков двух противоположно направленных систем, которые динамически уравновешивают друг друга. При этом растворённый в плазме в виде золя фибриноген ферментативным способом переходит в фибрин, который представляет собой гель и обратно, подобно тому как это происходит при изотермическом обратимом переходе золь в гель и обратно, что именуетсяетиксотропией. Данное явление ранее было описано вне живого организма(Г. Фрейндлих). Тиксотропные структуры возникают лишь при определённой концентрации коллоидных частиц и электролитов и относятся к коагуляционным структурам, которые склонны образовываться при определённых условиях. В примере с кровьютакой переход осуществляется под действием ферментов свёртывающей и противосвёртывающей систем крови.Липиды обнаруживаются плазме в виде эмульсий. Частицы дисперсной фазы липидных эмульсий имеют названиехиломикронов. Дисперсное состояние и величина хиломикронов прямо пропорционально зависят от участия в процессе их эмульгации белковых молекул. Белки являются причиной эмульгирования липидов, которые находятся в плазме, транспортируют их и как бы передают другим белкам при передаче через мембраны. Хиломикроны крови состоят из холестерина и жирных кислот, нейтральных липидов и фосфолипидов с присоединенными к ним молекулами белков. В клинической практике их называют липопротеидами высокой (ЛПВП) и низкой (ЛПНП) плотности. Определение количественного состава данных групп в крови пациентов имеет важное значение в диагностике гиперхолестеринемии и борьбы с ней.При патологических состояниях в плазме крови могут оказаться вещества разнообразной химической природы, отсутствующие в нормальной крови, либо присутствующие в очень малых количествах. Например, при заболеваниях, которые сопровождаются нарушениями выделительной функции пораженных органов, в плазме крови наблюдается резкое изменениесодержания ряда ее компонентов: при желтухах резко возрастает содержание желчных кислот и продуктов распада гемоглобина, при уремии – продуктов катаболизма белков мочевины и креатинина, ионов калия; при различных инфекциях в ней появляются микробные токсины белковой или полисахахаридной природы, при химических отравлениях - чужеродные химические вещества. Изменения в белковом составе плазмы крови могут происходить при многих заболеваниях. Такие изменения бывают максимально выражены при миеломной болезни и болезни Вальденстрема, во время которых в крови в больших количествах можно обнаружить так называемые парапротеины - макроглоблины М типа белка Бенс Джонса, а также при коллагенозах и злокачественных новообразованиях, сопровождающихся гиперпродукцией иммуноглобулинов. Такие изменения нарушают биохимический состав и нарушают коллоидные свойства плазмы крови и те функции, которые должны выполнять ее коллоидные компоненты. Так, к примеру, нарушения в системах свертывания – противосвертывания крови приводит к сдвигу динамического равновесия между ними в сторону преобладания процесса свертывания, приводящее к образованию тромбов в кровеносных сосудах. Это, в свою очередь, является патогенетической основой развития инфарктов миокарда, ишемических инсультов головного мозга и тромбозов сосудов любой локализации.2.3.2. ЛимфаПодобно крови лимфа состоит из жидкой части и форменных элементов. Причем эритроцитов в ней находится очень незначительное количество.Качественный состав жидкой части лимфы совершенно одинаков с составом плазмы крови, но в количественном отношении резко отличается. Лимфа содержит меньше плотных веществ, особенно мало в ней фибриногена и протромбина, Количество же минеральных веществ (особенно солей натрия) в лимфе больше чем в плазме крови. Лимфа является посредницей между кровью и каждой клеткой организма, осуществляя транспорт к клеткам питательных веществ и унося от них продукты жизнедеятельности. Лимфа, оттекающая от кишечника, содержит в больших количествах продукты пищеварения, которые она получает во время всасывания. Она носит название хилюса и представляет собой эмульсию, содержащую крупные хиломикроныэмульгированного жира. Точный состава лимфы не известен. Он очень подвержен индивидуальным колебаниям. На него влияют такие факторы как состояние иммунной системы, деятельность различных органов и систем, кровяное давление и др.2.3.3. Соединительная тканьСоединительная ткань является универсальной тканью организма. Она присутствует практически во всех органах, образуя их строму (каркас). Помимо разнообразия клеточных элементов (более 10 разновидностей высокодифференцированных клеток) важной составляющей частью соединительной ткани являются волокна. Основными видами волокон являются коллагеновые, эластические, гиалиновые и другие. Биохимической основой строения волокон являются полимеры белков: коллаген, эластин, гиалин, оссеин. Они, удерживая воду, образуют пространственные структурные сетки, обладая всеми свойствами гелей. Наиболее богато гелевые структуры представлены в хрящах, костной ткани, суставно-связочном аппарате, строме кровеносных сосудов, коже. В их состав входят также такие белковые полимеры как хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота. Последняя в совокупности с ферментом гиалуронидазой, изменяющей коллоидные свойства гиалуроновой кислоты, образует динамически функционирующую систему, позволяющую регулировать проницаемость сосудистой стенки и обновлять волокнистые структуры. Белки волокон продуцируются клетками соединительной ткани, к которым относятся также хондроциты, остеобласты и остеокласты. Через соединительнотканные структуры осуществляется целый ряд процессов: транспорт и распределение воды, солей и других веществ, регуляция энзиматических реакций, восстановление тканей, подавление инфекций и многие другие процессы. Соединительная ткань выполняет главную опорную функцию в организме, является основой построения костного скелета, суставов, связок, фасций и стромы внутренних органов. В процессе старения белки волокон теряют свои гидрофильные свойства за счет частичной потери ими четвертичной или третичной структуры. При этом на поверхности белковых молекул уменьшается количество гидрофильных (карбоксильных, амино- и сульфгидрильных) групп, способных в силу электростатических взаимодействий притягивать молекулы воды. Одновременно на их поверхности увеличивается количество гидрофобных (углеводородных) групп. Этот процесс приводит к тому, что тонкие нити соединительнотканных волокон «сшиваются» друг с другом в грубые канаты, и происходит обезвоживание, сжатие и ухудшение питания клеток внутренних органов через соединительную ткань, происходят нарушения их функций. Именно в этом в значительной степени и заключается процесс появления морщин на коже, ее истончение. К настоящему времени многие вопросы, связанные с изучением биохимических, коллоидных и других свойств соединительной ткани, остаются без ответа. Решение их помогло бы добиться значительных успехов в изучении патогенеза и лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата, коллагенозов и соединительнотканных опухолей.Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, содержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость, моча. При патологических изменениях в организме в коллоидном состоянии находятся белки отечной жидкости (транссудаты) или белки в воспалительных экссудатах. Нарушение коллоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованию тромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов. В желчи и моче при этом образуются камни, в суставной ткани – выпадение солей мочевой кислоты (подагра).ЗаключениеПрактически вся природа — организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра — представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело. Этим определяется особое положение коллоидной химии – науки, занимающейся изучением коллоидных систем и их поверхностных явлений, развитие которой осуществляется в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства. Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды. Коллоидно-химическая физиология человека – это раздел науки, изучающий функционирование систем организма человека, образующих коллоидные соединения. Можно сказать, что весь организм человека – это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностными явлениями.Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь. Коллоидные системы суть основа химического состояния всех веществ, из которых построены клетки, ткани и органы организма человека. Этим и обусловлено многообразие функций, которые обеспечивают в организме коллоидные системы. Применение коллоидов находит все большее применение в медицинской практике.От использования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии и применения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка до использования гидрокси алюминия в качестве стабилизатора и носителя лекарственных веществ и далее к использованию липосом и нанокапсул.Список литературы1.Ребиндер П. А., Влодавец И. Н., Физико-химическая механика пористых и волокнистых дисперсных структур, в кн.: Проблемы физико-химической механики волокнистых и пористых дисперсных структур, и материалов, Рига, 19672. Ребиндер П. А., Фигуровский Н. А., Коллоидная химия, в кн.: Развитие физической химии в СССР, под ред. Я. И. Герасимова, М., 1967, с. 2393. Збарский Б.И., Иванов И. И., Мардашёв С. Р., Биологическая химия, М., 19544. Фукс Н. А., Механика аэрозолей, М., 19555. Рубинштейн Д. Л., Физико-химические основы биологии, М.,19326. Шаде Г., Физическая химия во внутренней медицине, Л.,19307. Абдергальден Э., Учебник физиологической химии, М.,19348. Фролов Д.Г. Курс коллоидной химии. М., 1989 9. Петрянов-Соколов И.В. Коллоидная химия и научно-технический прогресс. М., 1988 10. Пасынский А. Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 196811. Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, М., 1964