Защитное действие высокомолекулярных соединений, механизмов. Биологическая роль «защиты».

Типичные гидрофобные золи легко коагулируют при прибавлении к ним малых количеств электролитов (миллиграммы на литр). Растворы высокомолекулярных соединений, наоборот, обладают большой устойчивостью против коагулирующего действия электролитов. Многочисленными исследованиями было установлено, что растворы ВМС, будучи прибавлены к гидрофобным золям, сообщают им повышенную устойчивость к электролитам. Так, если к золю золота (гидрофобный коллоид) прибавить небольшое количество желатина, гидрозоль золота становится более устойчивым. При прибавлении электролитов даже в количествах, значительно превосходящих порог коагуляции, а также при длительном стоянии этот золь не испытывает практически никаких изменений. Если этот золь выпарить, то при смешении сухого препарата с водой вновь образуется коллоидный раствор. Таким образом, типичный гидрофобный золь золота при прибавлении к нему желатина как бы приобрел свойства гидрофильного золя и стал обратимым. Подобное явление получило название защитного действия или просто защиты, а сами вещества, повышающие устойчивость гидрофобных золей, получили название защитных.

Как правило, защитным действием обладают высокомолекулярные вещества лиофильной природы (т. е. поверхностно-активные). Ниже приведены важнейшие защитные вещества и указано, какие гидрофобные золи хорошо защищаются этими веществами (Табл.6.6).

Таблица 6.6 Исследования показали, что степень защитного действия растворов ВМС зависит от природы растворенного полимера и от природы защищаемого гидрофобного золя. Количественной мерой защитного действия растворов ВМС являются золотое, рубиновое и железное число. Золотое число — это минимальное число миллиграммов защищающего высокополимера, достаточное, чтобы воспрепятствовать перемене красного цвета в фиолетовый у 10 мл гидрозоля золота (концентрации 6·10^-9 г/л, полученного по методу Зигмонди) от коагулирующего действия 1 мл раствора хлорида натрия с мас­совой концентрацией 100 г/л.

Золотое число, введенное в практику Зигмонди, рассчитано на самый чувствительный золь — гидрозоль золота. Позднее В. Оствальд в качестве стандарта вместо золотого числа предложил рубиновое число. Оно определяется как минимальное число миллиграммов защищающего золя, которое способно защитить 10 мл раствора красителя конго красного (конгорубина) с массовой концентрацией 0,1 г/л от коагулирующего действия 1 мл раствора хло­рида натрия с массовой концентрацией 100 г/л.

Помимо золотого и рубинового чисел, некоторое применение получило еще более простое и легко доступное железное число, которое можно определить как минимальное число миллиграммов защищающего высокополимера, способного защитить 10 мл золя гидроксида железа от коагулирующего действия 1 мл 0,025 М раствора Na₂SO₄. М еханизм защитного действия достаточно хорошо объясняется теорией Зигмонди, в основе которой лежит представление об адсорбционном взаимодействии между частицами защищаемо­го и защищающего золей. Более крупная частица гидрофобного золя адсорбирует на своей поверхности более мелкие макромолекулы ВМС с их сольватными (гидратными) оболочками

Коллоидная защита играет очень важную роль в ряде физиологических процессов, совершающихся в организмах человека и животных. Так, белки крови являются защитой для жира, холестерина и ряда других гидрофобных веществ. При некоторых заболеваниях содержание защитных белков в крови уменьшается, что приводит к отложению, например, холестерина и кальция в стенках сосуда (артеросклероз и кальциноз). Понижение защитной роли белков и других стабилизирующих веществ в крови может привести к образова­нию камней в почках, печени, протоках пищеварительных желез и т. п. С другой стороны, способность крови удерживать в растворенном состоянии большое количество газов (кислорода и углекислого газа) также обусловлена защитным действием белков. В данном случае белки обволакивают микропузырьки этих газов и предохраняют их от слияния.

85.Понятие о биогенных элементах. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека. Аналитические реакции на ионы Ва²⁺ и Са²⁺.

Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливаются в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод – в щитовидной, фтор – в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден – в почках, олово – в тканях кишечника, стронций – в предстательной железе, костной ткани, барий – в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром – в гипофизе и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макро- и микроэлементов в организме человека приведены на схеме.В организмах микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что кремний, алюминий, медь и титан в тканях головного мозга находятся в виде комплексов с белками, тогда как марганец – в ионном виде.Водород и кислород – макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65 %. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 99,5 до 90 %. В моче, сером веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце – 70 – 80 %. Меньше всего – 40 % воды содержится в скелете.Макроэлементы – углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор – входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет от 51 до 55 %, кислорода – от 22 до 24 %, азота – от 15 до 18 %, водорода – от 6,5 до 7 %, серы – от 0,3 до 2,5 %, фосфора – около 0,5 %Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных и человека невелико – примерно 2 %. Эти элементы входят в состав липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12 %), а затем в печени (5 %), молоке (2 – 3 %) и сыворотке крови (0,6 %). Однако основная часть фосфора – 600 г – содержится в костной ткани. Это составляет 85 % от массы всего фосфора, находящегося в организме человека. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гидроксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Ca₅(PO₄)₃X, где X = OH, Cl, F соответственно.Кальций преимущественно концентрируется в костной ткани, а также и в зубной ткани. Натрий и хлор в основном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний – во внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани. Магний в виде фосфата Mg₃(PO₄)₂ содержится в твердых тканях зуба.Десять металлов, жизненно необходимых для живого организма, получили название «металлы жизни». Так, установлено, что в организме человека массой 70 кг содержание «металлов жизни» составляет (в граммах): кальция – 1700, калия – 250, натрия – 70, магния – 42, железа – 5, цинка – 3, меди – 0,2, марганца, молибдена и кобальта, вместе взятых, – менее 0,1. В теле взрослого человека содержится около 3 кг минеральных солей, причем 5/6 этого количества (2,5 кг) приходится на долю костных тканей.Некоторые макроэлементы (магний, кальций) и большинство микроэлементов содержатся в организме в виде комплексов с биолигандами – аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами, гормонами, витаминами и т. д. Так, ион Fe²⁺ в качестве комплексообразователя входит в состав гемоглобина, Co²⁺ – в витамин B₁₂, Mg²⁺ – в хлорофилл. Известны многочисленные биокомплексы и других элементов (Cu, Zn, Mo и др.), играющие важную биологическую роль в организме.На изменение содержания химических элементов в организме влияют различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание кальция, натрия, хлора и повышается содержание магния, калия в организме.Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро– и макро–элементы неравномерно распределяются между раз–ными органами и тканями. Большинство микроэлемен–тов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основными депо (запасниками) для многих микроэлементов.Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержаться в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод – в щи–товидной, фтор – в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ва–надий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден – в почках, олово – в тканях кишечника, стронций – в предстательной железе, костной ткани, барий – в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром – в гипофизе и т. д.В организмах микроэлементы могут находиться в свя–занном состоянии и в виде свободных ионных форм. Известно, что кремний, алюминий, медь и титан в тка–нях головного мозга находятся в виде комплексов с бел–ками, тогда как марганец – в ионном виде.Водород и кислород – макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65%. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 89,5 до 90%, в моче, сером веществе головного мозга, почках – 80%, в белом веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце – 70—80%.Меньше всего – 40% воды – содержится в ске–лете.Макроэлементы – углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор – входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет 51—55%, кислорода – 22—24%, азота – 15—18%, водорода – 6,5—7%, серы – 0,3—2,5%, фосфора – около 0,5%.Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных не–велико – примерно 2%. Эти элементы входят в состав липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12%), затем в печени (5%), молоке (2—3%) и сыворот–ке крови (0,6%). Однако основная часть фосфора (600 г) содержится в костной ткани. Это составляет 85% от мас–сы всего фосфора, находящегося в организме челове–ка. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гидроксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Са5 (РO4)3Х, где X = ОН, CI, F соответственноКальций преимущественно концентрируется в кост–ной, а также и в зубной тканях. Натрий и хлор в основ–ном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний – во внутриклеточных. В виде фторидов нат–рий и калий входят в состав костной и зубной тканей. Магний в виде фосфата Mg3 (PO4)2 содержится в твер–дых тканях зуба.В поддержании определенного содержания макро-и микроэлементов в организме участвуют гормоны.