Тема 4.1 Система кислородного обеспечения организма человека

Внутренняя среда организма. Кровь, лимфа и тканевая жидкость образуют внутреннюю среду организма, которая окружает его клетки. Химический состав и физико-химические свойства внутренней среды относительно постоянны, поэтому клетки организма существуют в сравнительно стабильных условиях и мало подвержены воздействию внешней среды. Обеспечение постоянства внутренней среды достигается непрерывной работой многих органов (сердца, пищеварительной, дыхательной, выделительной системами), которые поставляют клеткам организма необходимые для жизнедеятельности вещества и удаляют из них продукты распада. Регуляторную функцию по поддержанию постоянства внутренней среды осуществляют нервная и эндокринная системы.

Между тремя составляющими внутренней среды организма - кровью, лимфой и тканевой жидкостью - существует тесная взаимосвязь. Так, бесцветная и прозрачная тканевая жидкость образуется из жидкой части крови - плазмы, проникающей через стенки капилляров в межклеточное пространство, а также из продуктов жизнедеятельности, поступающих из клеток. Ее проникновение через мембраны объясняется разницей гидростатического давления в кровеносных капиллярах и тканях, У взрослого человека объем тканевой жидкости, образуемой за сутки, достигает 20 л. Кровь поставляет в тканевую жидкость необходимые клеткам растворенные питательные вещества, кислород, гормоны и поглощает продукты жизнедеятельности клеток (углекислый газ, мочевину и др.). Большая часть тканевой жидкости успевает возвратиться обратно в кровяное русло, а меньшая ее часть поступает в слепо замкнутые капилляры лимфатических сосудов, образуя лимфу.

Лимфа - это полупрозрачная жидкость желтоватого цвета. Состав лимфы близок к составу плазмы крови. Однако белка в ней содержится в 3-4 раза меньше, чем в плазме, но больше, чем в тканевой жидкости. В лимфе имеется небольшое количество лейкоцитов. Мелкие лимфатические сосуды, сливаясь, образуют более крупные. В них имеются полулунные клапаны, обеспечивающие ток лимфы в одном направлении - к грудному и правому лимфатическим протокам, впадающим в верхнюю полую вену. Лимфа протекает через лимфатические узлы, обезвреживаясь в них за счет деятельности лейкоцитов, и в кровь поступает очищенной.

Движение лимфы медленное - около 0,2-0,3 мм/мин. Оно происходит главным образом вследствие сокращений скелетных мышц, присасывающего действия грудной клетки при вдохе и в меньшей степени вследствие сокращений мышц собственных стенок лимфатических сосудов. За сутки в кровь возвращается около 2 л лимфы. При патологических явлениях, нарушающих отток лимфы, наблюдается отек тканей.

Кровь - третья составляющая внутренней среды организма. Это ярко-красная жидкость, непрерывно циркулирующая в замкнутой системе кровеносных сосудов человека. Ее объем составляет 4,5-6 л, т. е. около 6-8% массы тела. Потеря одной трети объема крови приводит к гибели человека.

Состав и функции крови. Кровь - основная транспортная система внутри организма, осуществляющая перенос различных веществ. Она выполняет следующие функции:

1. питательную - за счет транспорта растворенных питательных веществ от пищеварительного тракта к тканям, местам резервных запасов и от них;

2. дыхательную - путем транспорта газов (кислорода и углекислого газа) от дыхательных органов к тканям и в обратном направлении;

3. транспорт гормонов от желез внутренней секреции к органам (гуморальная регуляция);

4. транспорт конечных продуктов метаболизма из тканей к органам выделения;

5. защитную - обеспечение клеточного и гуморального иммунитета, свертывания крови;

6. терморегуляторную - перераспределение тепла между органами, регуляцию теплоотдачи через кожу;

7. механическую - придание тургорного напряжения органам за счет прилива к ним крови, а также обеспечения ультрафильтрации в капиллярах капсул нефрона почек и др.;

8. гомеостатическую - поддержание постоянства внутренней среды организма, пригодной для клеток в отношении ионного состава, концентрации водородных ионов и др.

Кровь состоит из жидкой части - плазмы (55%) и взвешенных в ней клеточных (форменных) элементов (45%).

Плазма крови содержит 90-92% воды и 8-10% сухого вещества. Сухой остаток состоит из органических соединений и минеральных веществ. Основными органическими соединениями плазмы крови являются белки, жиры и углеводы. Белки составляют 7-8% плазмы крови. Несколько десятков различных белков объединены в три основные группы: альбумины (около 4,5%), глобулины (2-3%) и фибриноген (0,2-0,4%). Белки выполняют ряд важных функций. С их помощью в значительной степени осуществляется транспорт веществ из крови к тканям. Обладая буферными свойствами, они участвуют в поддержании концентрации водородных ионов (рН) на постоянном уровне. Белки придают крови вязкость, участвуют в ее свертывании, осуществляют защитную функцию. Плазма крови, лишенная белка фибриногена, называется сывороткой. Жиры плазмы крови поставляются главным образом с пищей, поэтому их содержание непостоянно (около 0,7%).Углеводы (главным образом в виде глюкозы) удерживаются в плазме на относительно постоянном уровне, равном 0,12%.

Минеральные вещества плазмы составляют 0,9%. В их состав входят преимущественно катионы натрия, калия, кальция, магния и анионы хлора, гидрокарбоната, гидрофосфата. Искусственные растворы, обладающие одинаковым с кровью осмотическим давлением, т. е. содержащие равную ей концентрацию солей, называют изоосмотическими или изотоническими. Изотоническим для теплокровных животных и человека является 0,95%-ыый раствор хлорида натрия. Такой раствор называют физиологическим. Раствор, имеющий большее осмотическое давление, чем плазма крови, называютгипертоническим, меньшее - гипотоническим. Форменные элементы крови в изотоническом растворе сохраняют свойственную им форму, в гипертоническом растворе сморщиваются, а в гипотоническом — набухают и лопаются. Отсюда вытекает важность поддержания концентрации солей плазмы крови на постоянном уровне.

Кровь человека имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови равна 7,4, а венозной, вследствие большего содержания в ней углекислого газа, - 7,35. Несмотря на то, что в процессе обмена веществ в кровь непрерывно поступают углекислый газ, молочная кислота и другие продукты жизнедеятельности, которые могут изменить концентрацию водородных ионов, активная реакция крови сохраняется постоянной. Это постоянство обеспечивается буферными свойствами плазмы и эритроцитов крови, а также деятельностью выделительных органов, непрерывно удаляющих из организма избыток кислых и щелочных продуктов метаболизма.

Форменные элементы крови и их функции. К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

Эритроциты — красные безъядерные клетки крови диаметром 7-8 мкм, определяющие ее цвет. В 1 мм^? крови их содержится в среднем около 4,5-5,5 млн. Эритроциты человека имеют форму двояковогнутых дисков, что увеличивает диффузную поверхность клетки. Благодаря такому строению эритроцитов их суммарная поверхность достигает огромных величин, приближающихся к 3 800 м², что в 1 500 раз превышает поверхность тела человека. Образуются эритроциты в красном костном мозге губчатых костей, а разрушаются в печени и селезенке. Продолжительность их жизни составляет около 120 суток.

Основной функцией эритроцитов является транспорт кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким. Осуществляется эта функция благодаря наличию в эритроцитах дыхательного пигмента - гемоглобина. В состав гемоглобина входят белок глобин и небелковая пигментная часть - гем. Двухвалентное железо, входящее в состав тема, способно присоединять кислород без изменения валентности. В процессе связывания кислорода гемоглобин превращается в оксигемоглобин, благодаря которому артериальная кровь приобретает ярко-алый цвет. В капиллярах тканей кислорода меньше, и здесь оксигемоглобин распадается на гемоглобин и кислород, где он потребляется клетками. Гемоглобин, отдавший кислород, называют восстановленным. Здесь же, в тканях, он присоединяет углекислый газ и превращается в карбогемоглобин. Именно он придает венозной крови, оттекающей от тканей, темно-вишневый цвет. Таким способом переносится около 10% углекислого газа, а большая его часть транспортируется плазмой крови в виде карбонатных соединений. Свойство гемоглобина легко присоединять и отдавать газы лежит в основе газообмена.

Гемоглобин способен образовывать и вредные для организма человека соединения. Одним из них является карбоксигемоглобин - соединение гемоглобина с угарным газом. Это соединение в 300 раз прочнее оксигемоглобина. Отравление угарным газом опасно для жизни, так как резко снижает транспорт кислорода. В нормальных условиях на долю карбоксигемоглобина приходится лишь 1% гемоглобина крови, у курильщиков его содержание достигает 3%, а после глубокой затяжки - до 10%.

Содержание гемоглобина в крови здорового человека составляет около 14 г % (14г в 100 мл крови). 1 г гемоглобина способен связать 1,3 мл кислорода.

Лейкоциты - бесцветные (белые) клетки размером 0,07-0,02 мм, не имеющие постоянной формы и способные к амебоидному движению. В отличие от эритроцитов они имеют ядро. Основной функцией лейкоцитов является осуществление иммунитета - защиты организма от живых тел и веществ, которые несут генетически чужеродную информацию. Ее источник - вирусы, чужеродные белки, а также клетки-мутанты самого организма. Все перечисленные факторы являются антигенами, т. е. агентами, которые при введении в организм способны вызвать ту или иную форму иммунного реагирования. Чаще антигенами являются чужеродные белки и нуклеиновые кислоты. Основным побудительным фактором активного движения лейкоцитов в сторону мест распада тканей либо микроорганизмов являются выделяемые ими химические вещества, т.е. хемотаксис. Следовательно, основная задача иммунной системы крови — поддержание генетического постоянства организма.

Лейкоциты образуются в красном костном мозге, лимфатических узлах, селезенке, а разрушаются в очагах воспаления. Продолжительность жизни лейкоцитов различна: от нескольких часов, суток (для большинства их разновидностей) до нескольких лег.

В крови взрослого здорового человека лейкоцитов содержится около 6-8 тыс. в 1 мм³, однако их число может изменяться после приема пищи, мышечной работы, в стрессовой ситуации. При инфекционных и некоторых других заболеваниях число лейкоцитов резко увеличивается. При лучевой болезни оно значительно снижается в связи с поражением костного мозга.

Выделяют две группы лейкоцитов: зернистые (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы) и незернистые (моноциты, или макрофаги, и лимфоциты). Самыми многочисленными являются нейтрофилы (50-79% всех лейкоцитов) и лимфоциты (20-40%). Наибольшей двигательной активностью и способностью к внутриклеточному перевариванию чужеродных частиц — фагоцитозу- обладают нейтрофилы и моноциты. Некоторые разновидности лимфоцитов способны вырабатывать защитные белки - антитела, или иммуноглобулины, которые разрушают чужеродные белки. Благодаря этой способности лимфоциты считаются центральным звеном иммунной защиты человека. При заболевании СПИД поражаются именно лимфоциты.

Иммунитет. В зависимости от происхождения различают естественный и искусственный виды иммунитета.

Естественный иммунитет представляет собой невосприимчивость к тому или иному заболеванию, полученную организмом ребенка от матери (плацентарный, или врожденный,) либо приобретенную в результате перенесенного заболевания (постинфекционный). Естественный иммунитет сохраняется длительно.

Искусственно созданный иммунитет имеет также две формы. При одной из них в организм вводят ослабленные или убитые возбудители той или иной болезни. В этом случае организм, которому ввели вакцину, легко переболевает благодаря активной выработке им антител против введенного возбудителя болезни. Поэтому такая форма искусственно созданного иммунитета называется активной. По длительности действия он примерно идентичен постинфекционному.

В медицинской практике широко пользуются пассивной иммунизации, когда заболевшему человеку вводят лечебные сыворотки с уже содержащимися в них готовыми антителами против возбудителя заболевания. Такой иммунитет будет сохранен до тех пор, пока не погибнут антитела (1-2 месяца).

Тромбоциты (кровяные пластинки) - самые мелкие клетки крови. Их диаметр 0,003 мм, они плоские и безъядерные. В 1 мм³ крови содержится 200-400 тыс. тромбоцитов. Образуются они в красном костном мозге, живут около 8 суток, разрушаются в селезенке. Основная функция тромбоцитов - участие в свертывании крови.

Свертывание крови - это защитная реакция организма, направленная на предотвращение потери крови из поврежденных сосудов. Механизм свертывания крови очень сложен. В нем участвуют 13 плазменных факторов, обозначенных римскими цифрами в порядке их хронологического открытия. В случае отсутствия повреждения кровеносных сосудов все факторы свертывания крови находятся в неактивном состоянии.

Сущность ферментативного процесса свертывания крови заключается в переходе растворимого белка плазмы крови фибриногенав нерастворимый волокнистый фибрин, образующий основу кровяного сгустка - тромба. Цепную реакцию свертывания крови начинает фермент тромбопластин, высвобождающийся при

разрыве тканей, стенок сосудов, повреждении тромбоцитов (1-й этап). Совместно с определенными плазменными факторами и в присутствии ионов Са²" он превращает неактивный фермент протромбин, образуемый клетками печени в присутствии витамина К, в активный фермент тромбин (2-й этап). На 3-м этапе происходит превращение фибриногена в фибрин при участии тромбина и ионов Са²⁺ (рис. Схема этапов свертывания крови).

В крови имеется антисвертывающая система, препятствующая внутрисосудистому образованию тромбов. Одним из веществ этой системы является гепарин, образуемый базофилами и тучными клетками соединительной ткани. Он тормозит превращение протромбина в тромбин, препятствует образованию тромбопластина, угнетает процесс образования фибрина. При патологических явлениях возникают внутрисосудистые тромбы. Так, образовавшиеся тромбы в сосудах сердца могут вызвать инфаркт, в сосудах мозга - инсульт.

Рис. Схема этапов свертывания крови.

Генетический дефицит плазменных факторов VIII и IX приводит к несвертываемости крови - гемофилии.

Процесс свертывания крови регулируется нервными и гуморальными механизмами.

Группы крови. При большой кровопотере необходимо переливание крови. В 1901 г. австрийский исследователь К. Ландштейнер и в 1903 г. чешский ученый Я. Янский установили причину склеивания эритроцитов друг с другом - агглютинации. Этот процесс возникает в результате взаимодействия встроенных в мембрану эритроцитов антигенов - агглютиногенов А и В - и содержащихся в плазме антител - агглютининов a и b.

Агглютинин а склеивает эритроциты с агглютиногеном А, а агглютинин р склеивает эритроциты с агглютиногеном В. Поэтому в крови каждого человека находятся разноименные агглютиноген и агглютинин. Для человека свойственны четыре их комбинации, или группы:

I (0) группа - эритроциты не содержат ни А-, ни В-агглютиногенов, а в плазме имеются два вида агглютининов - а и b;

II (А) группа - в эритроцитах имеется агглютиноген A, в плазме - агглютинин р;

III (В)группа - соответственно агтлютиноген B и агглютинина; IV(AB) группа - в эритроцитах имеются агглютиногены A и В, агглютинины отсутствуют.

Табл. Характеристикагрупп крови человека по системе АВО.

Наличие агглютиногенов либо их отсутствие в эритроцитах человека дало основание назвать эту систему групп крови АВО.

Как видно из табл. Характеристикагрупп крови человека по системе АВО, агглютинация эритроцитов происходите том случае, когда эритроциты донора (дающего кровь) встречаются с одноименными агглютининами реципиента (получающего кровь).

Людям I группы крови можно переливать кровь только этой же группы (рис. Схематическое изображение допустимого переливания крови.). Кровь I группы можно переливать людям всех групп крови. Поэтому людей с 1 группой крови называют универсальными донорами. Люди с IV группой крови принимают кровь всех групп, поэтому их называют универсальными реципиентами.

Рис. Схематическое изображение допустимого переливания крови.

К настоящему времени выявлено более 200 различных агглютиногенов, не входящих в систему АВО. Одним из них является резус-фактор (Rh). Он обнаружен у 85% людей (резус-положительная кровь, Rh⁺), 15% населения планеты имеют резус-отрицательную кровь, Rh^-. Осложнения возникают, если неоднократно переливать людям с кровью Rh кровь Rh^-, а также в том случае, если женщина с кровью Rh вынашивает плод, который унаследовал от отца кровь группы Rh⁺. В этом случае в крови реципиента вырабатываются иммунные антирезус-агглютинины (антитела), вызывающие агглютинацию эритроцитов.