Физиология системы крови

Представление о крови как о системе создал наш соотечественник Г.Ф. Ланг в 1939 г. В эту систему он включил 4 части: 1) периферическую кровь, циркулирующую по сосудам; 2) органы кроветворения (красный костный мозг, лимфатические узлы и селезенку); 3) органы кроверазрушения; 4) регулирующий нейрогуморальнй аппарат.

За сутки сердце выбрасывает в аорту около 8000 - 9000 л крови. При прохождении крови в капиллярах, через их стенки, в ткани за это время проходит около 200 л жидкости. Из них 180 л приходится на почки. Примерно 20 л транспортируется во все остальные органы и ткани, 14 -17 л из этих 20 л возвращаются в капиллярное русло крови, 3-6 л попадают в кровь через лимфатическую систему.

Кровь – жидкая ткань организма. Кровь вместе с лимфой и тканевой жидкостью является внутренней средой и состоит из жидкой части – плазмы и взвешенных в ней клеток (форменных элементов): эритроцитов (красных кровяных телец), лейкоцитов (белых кровяных телец) и тромбоцитов (кровяных пластинок). Объемное соотношение между плазмой крови и форменными элементами определяется с помощью гематокрита – специального стеклянного капилляра, разделенного на 100 равных частей. Путем центрифугирования крови в гематокрите установлено, что на долю форменных элементов приходится 40-45% крови, а на долю плазмы – 55-60%.

Общее количество крови в организме взрослого человека в норме составляет 6 – 8% массы тела. У детей количество крови относительно больше, чем у взрослых. У новорожденных кровь составляет 15% веса, а у детей в возрасте 1 года – 11%. В нормальных условиях не вся кровь, а только ее часть циркулирует в кровеносных сосудах. Другая часть находится в кровяных депо (печень, селезенка, кожа) и мобилизуется организмом, когда возникает необходимость в пополнении количества циркулирующей крови. Потеря 1/2-1/3 количества крови опасна для жизни.

Активная реакция крови (рН), обусловленная соотношением в ней водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов, является одним из жестких параметров гомеостаза, т.к. только при определенном рН возможно оптимальное течение обмена веществ.

Кровь имеет слабо-щелочную реакцию. РН артериальной крови равен 7,4; рН венозной крови вследствие большого содержания в ней углекислоты составляет 7,35. Внутри клеток рН несколько ниже (7,0-7,2), что зависит от образования в них при метаболизме кислых продуктов.

Осмотическое давление. Давление, которое оказывают растворенные в жидкости вещества, называется осмотическим. Чем выше концентрация веществ в растворе, тем больше значение осмотического давления. Осмотическое давление в организме составляет 7,3 атм (5600 мм рт.ст.) и поддерживается на постоянном уровне путем регулирования поступления или выделения воды и минеральных солей.

Постоянство осмотического давления имеет важное значение для нормальной деятельности клеток. Осмотическое давление создается электролитами плазмы: 96% от общего осмотического давления крови приходится на долю хлорида натрия (поваренной соли). Специальные рецепторы (осморецепторы), находящиеся в кровеносных сосудах органов выделения (почки, потовые железы и др.) воспринимают увеличение или уменьшение осмотического давления и вызывают рефлекторное изменение деятельности выделительных органов, а также переход воды и солей из ткани в кровь или из крови в ткани, в зависимости от причин, вызвавших изменение осмотического давления.

Растворы, имеющие одинаковое с кровью осмотическое давление, называются изотоническими. Для теплокровных животных и для человека изотоническим раствором является 0,9% р-р NaCl – физиологический раствор. Для холоднокровных животных – 0,6% р-р NaCl. Растворы, имеющие большее осмотическое давление, чем кровь, называются гипертоническими, а меньшее – гипотоническими.

Изотонический раствор NaCl может некоторое время поддерживать жизнедеятельность отдельных изолированных органов (например, вырезанного из организма сердца лягушки). Однако этот раствор не является полностью физиологическим. В настоящее время разработаны растворы, соответствующие своим составом содержанию отдельных солей в плазме и являющиеся более физиологическими, чем изотонический р-р NaCl. Наибольшее распространение имеют растворы Рингера – Локка и Тироде. Кроме того, созданы синтетические коллоидные кровезаменители, которые вводят человеку после кровопотери и по другим показаниям для нормализации объема крови и артериального давления (реополиглюкин, желатиноль, гемодез и др.).

В 1973 году американские ученые случайно получили новое химическое соединение фторуглерод. Вещества этой группы абсолютно инертны, не реагируют ни с чем, и не растворяются ни в чем, кроме друг друга. Выдерживают огромное давление и могут растворять в себе до 50% кислорода, 200% углерода и 2% воды. Человек может дышать в этой жидкости, а человек с такой кровью мог бы жить под водой. В 1974-75 гг. советские разведчики вывезли из США формулу фторуглерода и летом 1976 г. в СССР была создана секретная лаборатория по созданию искусственной крови, которую возглавлял Феликс Белоярцев. Белоярцев — врач-анестезиолог стал доктором медицинских наук в 33 года и ушел из практической медицины в науку. Под его руководством был создан Перфторан, так называемая «голубая кровь». В 1979 г. появились первые публикации в отечественной прессе, в 1980 году собаке Ладе было заменено 70% крови фторуглеродом, после чего она еще 7 раз щенилась. В 1985 г. Ф. Белоярцев стал лауреатом Государственной премии, в декабре этого же года он погиб при невыясненных обстоятельствах, а в 1987 г. было заведено уголовное дело по фальсификации документов в лаборатории. При тщательной проверке было выяснено, что фторуглероды плохо выводятся из организма, накапливаясь в легких. Кроме того, они обладают канцерогенным и тератогенным свойством. У собаки Лады был обнаружен цирроз печени и аплазия костного мозга. Из 415 человек, которым в 1982-83 гг был введен перфторан, у 26 наблюдалось временное улучшение, а у 380 — резкая отрицательная реакция, которая выражалась в появлении сыпи, удушье и высокой температуре. Параллельно с проверками в лаборатории стало известно, что в Китае еще в 1936 г. специальный отряд занимался опытами над людьми, которым вводились различные вирусы. Глава отряда переехал в Японию и в 1973 г. занимался фторуглеродами. Пепарат, созданный им, назывался Флюозол. В 1982 г. США закупили партию флюозола, а через некоторое время выяснилось, что препарат заражен вирусом СПИД-а, а сами фторуглероды являются прекрасной средой для жизни и размножения любых бактерий и вирусов. В этом же 1982 г. в СССР стали проверять действие перфторана на людях. Сейчас перфторан используют для хранения в нем органов и тканей и улучшают им свойства крови (перенос кислорода и расширение сосудов).

Онкотическое давление. Давление, создаваемое белками, называется онкотическим и составляет 0,03-0,04 атм (25-30 мм рт. ст.). Белки удерживают жидкую часть крови в кровяном русле. Онкотическое давление играет решающую роль в обмене воды между кровью и тканями. Влияет на процессы образования тканевой жидкости, лимфы, мочи, всасывания воды в кишечнике.

Кислотно-основное состояние (КОС). КОС – соотношение водородных и гидроксильных ионов, – один из важнейших и наиболее стабильных параметров постоянства внутренней среды организма.

Активность реакции среды влияет на: способность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям; проницаемость биологических мембран; процессы обмена белков, жиров и углеводов; активность ферментов и др.

Сдвиг рН крови на 0,1 приводит к нарушению функций ССС, дыхательной и других систем; сдвиг на 0,3 вызывает коматозные состояния; на 0,4 – смерть.

КОС поддерживается буферными системами крови: бикарбонатная (NaHCO3/H2CO3), фосфатная (Na2HPO4/NaH2PO4), белковая (альбумины/глобулины/фибриноген), гемоглобиновая (HHb/HbO2).

Крайними пределами изменений рН, совместимыми с жизнью, являются величины от 7,0 до 7,8. Смещение рН крови за эти пределы вызывает тяжелые нарушения и может привести к смерти. У здоровых людей рН крови колеблется в пределах 7,35-7,4. Сохранение постоянства рН крови объясняется буферными свойствами плазмы и эритроцитов, а также деятельностью легких и органов выделения, удаляющих из организма избыток СО2, кислот и щелочей.

Буферные свойства крови обусловлены тем, что в ней содержатся:

1. буферная система гемоглобина;

2. карбонатная буферная система;

3. фосфатная буферная система

4. буферная система белков плазмы.

Сдвиг рН в кислую сторону, называется ацидозом, сдвиг в щелочную сторону – алкалозом.

Система крови выполняет множество функций:

1. Транспортная функция. Циркулируя по сосудам, кровь осуществляет транспортную функцию, которая определяет ряд других.

2. Дыхательная функция. Эта функция заключается в связывании и переносе О₂ и СО₂.

3. Трофическая (питательная) функция. Кровь обеспечивает все клетки организма питательными веществами: глюкозой, аминокислотами, жирами, витаминами, минеральными веществами, водой.

4. Экскреторная (выделительная) функция. Кровь уносит из тканей конечные продукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту и другие вещества, удаляемые из организма органами выделения.

5. Терморегуляторная функция. Кровь охлаждает энергоемкие органы и согревает органы, теряющие тепло.

6. Стабилизирующая функция. Кровь поддерживает стабильность ряда констант гомеостаза – рН, осмотическое давление и др.

7. Кровь обеспечивает водно-солевой обмен между кровью и тканями. В артериальной части капилляров жидкость и соли поступают в ткани, а в венозной части капилляров – возвращаются в кровь.

8. Защитная функция. Кровь является важным фактором иммунитета, что определяется фагоцитарной активностью лейкоцитов (клеточный иммунитет) и наличием в крови антител, обезвреживающих микробы и их яды (гуморальный иммунитет). Эту задачу выполняет также бактерицидная пропердиновая система.

9. Гуморальная регуляция. Благодаря своей транспортной функции кровь обеспечивает химическое взаимодействие между всеми частями организма, т.е. гуморальную регуляцию. Кровь переносит гормоны от клеток, где они образуются к другим клеткам.

10. Осуществление креаторных связей. Макромолекулы, переносимые плазмой и форменными элементами крови, осуществляют межклеточную передачу информации, обеспечивающую регуляцию внутриклеточных процессов синтеза белков, сохранение степени дифференцированности клеток, восстановление и поддержание структуры тканей.

Плазма представляет собой слегка желтоватую полупрозрачную жидкость. Если вязкость воды принять за единицу, то вязкость плазмы крови равна 1,7-2,2, а вязкость цельной крови – около 5. Вязкость крови обусловлена наличием белков и особенно эритроцитов, которые при своем движении преодолевают силы внешнего и внутреннего трения. Вязкость может увеличиваться при сгущении крови за счет потери воды (например, при обильном потении) или за счет увеличения количества эритроцитов (например, при эритремии).

Относительная плотность (удельный вес) цельной крови равен 1,050-1,060, эритроцитов – 1,090, плазмы – 1,025-1,034.

Плазма состоит из воды, органических соединений и неорганических солей. 90-92% плазмы составляет вода, а 8-10% приходится на долю сухого остатка. Сухой остаток состоит из белков, отличающихся по своим свойствам и функциональному значению: альбумины (4,5%), глобулины (2-3%) и фибриноген; других органических соединений (глюкоза, мочевина, аминокислоты, мочевая кислота и др.) – 0,17%; и минеральных солей (Na, К, Са2, CL, HCO3 , и др.) – 0,9%.

В плазме крови содержится несколько десятков различных белков, которые составляют три основные группы: альбумины, глобулины и фибриноген. Значение белков крови многообразно:

• они обусловливают онкотическое давление, которое определяет обмен воды между кровью и тканями;

• обладая буферными свойствами — образование солей при взаимодействии с кислотами и основаниями, поддерживают рН крови;

• обеспечивают вязкость плазмы крови, имеющую важное значение в поддержании артериального давления;

• препятствуют оседанию эритроцитов;

• участвуют в свертывании крови;

• являются необходимыми факторами иммунитета;

• служат переносчиками ряда гормонов, минеральных веществ, липидов, холестерина;

• представляют собой резерв для построения тканевых белков;

• осуществляют креаторные связи, т.е. передачу информации, влияющей на генетический аппарат клеток и обеспечивающей процессы роста, развития, дифференцировки и поддержания структуры организма.

Реологические свойства крови. Вязкость цельной крови и её плазмы.

Агрегация эритроцитов – способность эритроцитов создавать в цельной крови конгломераты – «монетные столбики» или «выросты».

Деформируемость эритроцитов – способность эритроцитов деформироваться в потоке крови, при прохождении её через капилляры и поры.

Форменные элементы крови. Эритроциты.

• Красные кровяные клетки в форме двояковыгнутого диска, при поперечном разрезе, напоминающего гантели.

• Эритроциты не имеют ядра и потребляют в 200 раз меньше кислорода, чем незрелые клетки-предшественники: нормобласты и эритробласты.

• Количество эритроцитов: у мужчин – 4,5 - 5,5 10¹²/л, у женщин – 3,7 - 4,7 10¹²/л, у новорожденных – 6-6,2 10¹²/л

Эритроциты, или красные кровяные тельца, представляют собой клетки, которые у человека и млекопитающих не имеют ядра. Диаметр эритроцитов человека равен 7-8 μ, а толщина 2-2,5 μ. Образуются и созревают они в красном костном мозгу (эритропоэз). В процессе созревания эритроциты теряют ядро и только после этого поступают в кровь. В крови они циркулируют приблизительно в течение 130 дней, а затем разрушаются, преимущественно в печени и селезенке. Составные части разрушенных эритроцитов используются для синтеза новых красных кровяных телец и в других обменных реакциях. Ядерные эритроциты могут появиться в крови после больших кровопотерь, когда для восполнения объема циркулирующей крови мобилизуются все резервы организма или при нарушениях нормальных функций ткани красного костного мозга. В крови у женщин содержится в среднем 4 500 000 эритроцитов в 1 мкл, у мужчин – около 6 000 000 в 1 мкл. Количество эритроцитов непостоянно. Увеличение их числа называют эритроцитозом (эритремией), а уменьшение – эритропенией (анемией).

Абсолютный эритроцитоз – увеличение числа эритроцитов в организме при снижении барометрического давления (на высокогорье), у больных с хроническими заболеваниями легких и сердца вследствие гипоксии, которая стимулирует эритропоэз.

Относительный эритроцитоз – увеличение числа эритроцитов в единице объема крови без увеличения их общего количества в организме – наблюдается при сгущении крови (при обильном потении, ожогах, дизентерии, холере). Он возникает также при тяжелой мышечной работе вследствие выброса эритроцитов из селезеночного кровяного депо.

Абсолютная эритропения развивается вследствие пониженного образования, усиленного разрушения эритроцитов или после кровопотери.

Относительная эритропения возникает при разжижении крови за счет быстрого увеличения жидкости в кровотоке.

Общая поверхность всех эритроцитов достигает 3 000 квадратных метров, что в 1 500 раз превышает поверхность тела человека. Такая большая поверхность эритроцитов объясняется их большим числом и своеобразной формой – двояковыгнутого диска, при поперечном разрезе, напоминающего гантели. Если бы они имели форму шара, то общая площадь эритроцитов была бы на 20% меньше.

Лишение ядра привело к тому, что эритроцит потребляет в 200 раз меньше кислорода, чем его предшественники нормобласты и эритробласты.

Функции эритроцитов:

• Транспорт О2 и СО2.

• Перенос аминокислот, пептидов и нуклеотидов к различным органам и тканям для обеспечения восстановительных процессов.

• Детоксикация путем адсорбирования и инактивации эндо- и экзотоксикантов.

• Участие в стабилизации КОС за счет гемоглобина, обладающего амфотерными свойствами.

• Участие в процессах свертывания крови и фибринолиза.

• Участие в иммунных реакциях организма за счет содержания в мембране полисахаридно-аминокислотных соединений, обладающих свойствами антигенов (агглютиногенов).

Большая суммарная поверхность эритроцитов и их постоянное движение по организму способствует тому, что кроме транспорта газов они являются идеальными переносчиками веществ, осуществляющих межклеточные воздействия – креаторные связи, обеспечивающие сохранение структуры органов и тканей. Доказано, что при повреждении печени у крыс эритроциты начинают транспортировать из костного мозга в печень нуклеотиды, пептиды и аминокислоты, восстанавливающие структуру органа.

Около 90% сухого вещества эритроцитов составляет гемоглобин, остальные 10% — другие белки, липиды, глюкоза и минеральные соли.

Гемоглобин – это дыхательный фермент, состоящий из двух частей: белковой – глобина, и железосодержащей – гема. В молекуле гемоглобина содержится одна молекула глобина и 4 молекулы гема. Гем имеет в своем составе атом железа, способный присоединять и отдавать молекулу кислорода.

В истории медицины известен случай, когда влюбленный юноша решил извлечь из своей крови железо, выковать из него кольцо и подарить своей возлюбленной. К сожалению, его кровь кончилась раньше, чем он смог собрать достаточное количество железа и несчастный умер от острой анемии.

В крови здоровых мужчин содержится от 13 до 16 г% гемоглобина (130-160 г/л). В крови женщин от 12 до 14 г% (120-140 г/л). Относительное насыщение эритроцитов гемоглобином называется цветовым показателем. В норме он составляет 0,8-1. Эритроциты, имеющие такой показатель, называют нормохромными. Если показатель больше 1, то эритроциты называют гиперхромными, а если меньше 0,8 – гипохромными.

Гемоглобин синтезируется эритробластами и нормобластами костного мозга. При разрушении эритроцитов Нb после отщепления гема превращается в желчный пигмент билирубин, который вместе с желчью поступает в кишечник, где превращается в желчные пигменты стеркобилин и уробилин и выводится с калом и мочой.

В норме гемоглобин содержится в виде 3 физиологических соединений.

Гемоглобин, присоединивший кислород, превращается в оксигемоглобин – НbO2. Это соединение по цвету отличается от Нb, поэтому артериальная кровь имеет ярко-алый цвет. Оксигемоглобин, отдавший кислород, называют восстановленным или дезоксигемоглобином (Hb). Он находится в венозной крови, которая имеет более темный цвет, чем артериальная.

Кроме того, в венозной крови содержится соединение Hb с углекислым газом – карбогемоглобин, который транспортирует СО₂ из тканей к легким.

В скелетных тканях и миокарде (сердечной мышце) находится мышечный гемоглобин – миоглобин, глобин которого обладает меньшей молекулярной массой, чем у Hb.

При некоторых неблагоприятных условиях внешней среды Hb образует патологические соединения. Одним из них является карбоксигемоглобин – соединение гемоглобина с угарным газом (HbСО). Сродство железа гемоглобина к СО превышает его сродство к О₂, поэтому даже 0,1% СО в воздухе ведет к превращению 80% гемоглобина в HbCO, который неспособен присоединять кислород, что является опасным для жизни. Слабое отравление угарным газом – обратимый процесс. При дыхании свежим воздухом СО постепенно отщепляется, а вдыхание чистого кислорода увеличивает скорость расщепления HbCO в 20 раз.

Другим патологическим соединением является метгемоглобин (MetHb) – окисленный гемоглобин, в котором под влиянием сильных окислителей (феррицианид, перманганат калия, анилин, бертолетовая соль и др.) железо гема из двухвалентного превращается в трехвалентное. При накоплении в крови больших количеств метгемоглобина транспорт кислорода тканям нарушается и может наступить смерть.

Лейкоциты. Лейкоциты – бесцветные клетки, содержащие ядро и протоплазму, способные к самостоятельному перемещению. Образуются лейкоциты в красном костном мозгу, лимфатических узлах и селезенке.

Количество лейкоцитов – 4 - 9 10⁹/л, или в 1 кубическом мм крови содержится 4000-9000 лейкоцитов.

Количество лейкоцитов подвержено колебаниям. Увеличение их количества называют лейкоцитозом, а уменьшение лейкопенией. Различают два вида лейкоцитозов – физиологические и реактивные. Физиологические лейкоцитозы отличаются быстротой развития, небольшим увеличением числа лейкоцитов, отсутствием изменений в лейкоцитарной формуле и кратковременностью. Виды физиологических лейкоцитозов: пищеварительный – возникает после еды; миогенный – наблюдается после тяжелой физической работы; эмоциональный; при болевых воздействиях.

Реактивные, или истинные лейкоцитозы развиваются при воспалительных процессах и инфекционных заболеваниях. Реактивные лейкоцитозы характеризуются значительным увеличением числа белых кровяных телец и изменением лейкоформулы за счет увеличения количества молодых форм нейтрофилов – миелоцитов, юных и палочкоядерных.

Лейкопения в последние годы встречается гораздо чаще, чем 40-50 лет назад. Уменьшение числа белых кровяных телец объясняют урбанизацией, повышением фоновой радиоактивности, широким применением различных лекарств и другими причинами. Особенно тяжелая лейкопения встречается при лучевой болезни и обусловлена поражением костного мозга. Падение числа лейкоцитов ниже 500 в 1 мкл приводит к смерти.

Лейкоциты делятся на:

1. Зернистые лейкоциты, или гранулоциты.

2. Незернистые, или агранулоциты.

Гранулоциты отличаются от остальных тем, что их протоплазма зерниста. В свою очередь они делятся на нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Нейтрофилы различаются по степени зрелости и форме ядра и подразделяются на юные, палочкоядерные и сегментоядерные. Вырабатываются они в красном костном мозгу. К незернистым лейкоцитам относятся лимфоциты – незначительных размеров клетки с большим ядром, окруженным тонким слоем незернистой протоплазмы, образующиеся в лимфатических узлах и моноциты – клетки с большим ядром, окруженным небольшим, слегка зернистым слоем протоплазмы.

Процентное соотношение между отдельными видами лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой (табл. 1). У здоровых людей лейкограмма довольно постоянна и ее изменения служат признаком различных заболеваний.

Свойства лейкоцитов

Амебовидная подвижность.

Миграция – способность проникать через стенку неповрежденных капилляров.

Фагоцитоз:

первая стадия – нейтрофилы-микрофаги (16-20 чужеродных агентов);

вторая стадия – моноциты-макрофаги (более 100 чужеродных агентов).

Таблица 1