Дисперсные системы живого организма

В любом живом организме представлены практически все виды коллоидных систем – лиофобные и лиофильные, связнодисперсные и свободнодисперсные.

Лиофильные системы представлены белками, нуклеиновыми кислотами, полисахаридами. Они могут находиться как в виде растворов (кровь, лимфа, спинномозговая жидкость), так и в виде связнодисперсных систем (цитоплазма, вещество мозга, водянистое содержимое глазного яблока, мышцы). Растворы белков содержат отдельные частицы, как истинные растворы, однако размер этих частиц близок к коллоидным, поэтому они обладают многими свойствами коллоидных систем.

В состав лиофобных дисперсных систем входят труднорастворимый фосфат кальция (участвующий в образовании аденозинтрифосфата, костного матрикса, неорганической основы зубов), холестерин (сложные эфиры которого входят в липидную часть клеточных мембран), фосфолипиды (из которых образованы клеточные мембраны и оболочки нервных волокон) и другие вещества.

Согласно современным представлениям, слюну также можно представить как биологическую жидкость, состоящую из мицелл, окруженных плотными структурированными водно-белковыми оболочками. Отдельные шарообразные мицеллы, тесно соприкасаясь, взаимно отталкивают и тем поддерживают друг друга в растворе.

Основу слюны составляют мицеллы фосфата кальция. Роль потенциалопределяющих ионов выполняют гидрофосфат-анионы, противоионами служат катионы кальция. Состав мицелл можно представить следующей схемой:

{[mCa₃(PO₄)₂] nHPO₄^2- (n – x) Ca²⁺}^2х- xCa²⁺

При подкислении слюны состав мицеллы изменяется. В кислой среде потенциалопределяющими становятся дигидрофосфат-ионы, заряд гранулы уменьшается, а следовательно, уменьшается толщина диффузного слоя и устойчивость мицеллы:

{[mCa₃(PO₄)₂] nH₂PO₄^- 0,5(n – x) Ca²⁺}^х- 0,5xCa²⁺

Ионы дигидрофосфата, не образующие с кальцием труднорастворимых соединений, не участвуют в процессе реминерализации, поэтому для поддержания мицеллы в устойчивом состоянии частично растворяется эмаль зубов. Вследствие расходования кислоты на этот процесс среда приближается к нейтральной, что приводит к постепенному восстановлению строения мицеллы, после чего вновь начинается реминерализация растворившейся эмали.

Подщелачивание слюны также приводит к изменению строения мицелл; в этом случае роль потенциалопределяющих ионов принадлежит фосфат-ионам:

{[mCa₃(PO₄)₂] nPO₄^3- 1,5(n – x) Ca²⁺}^3х- 1,5xCa²⁺

Эта мицелла неустойчива, поскольку ионы кальция и фосфата взаимодействуют друг с другом с образованием трудно-растворимого фосфата кальция, что приводит к активизации процесса камнеобразования.

На поверхности коллоидных частиц слюны адсорбируются высокомолекулярные соединения – белки альбумины, муцины и др. Они создают на поверхности коллоидных мицелл барьер, не позволяющий им сближаться и объединяться в более крупные агрегаты. Благодаря такой защите слюна как коллоидный раствор сохраняет устойчивость даже в условиях высоких концентраций ионов Са²⁺ и РО₄^3-, значительно превышающих ПР фосфата кальция.

Очень широко и разнообразно представлены коллоидные растворы в крови. В ней присутствуют наряду с истинными молекулярными растворами сахаров, электролитов, аминокислот, белков и коллоидные растворы – золи фосфатов кальция, холестерина, билирубина, уратов, жиров, фосфолипидов; к дисперсным системам крови относятся также газовые эмульсии кислорода, азота и диоксида углерода и суспензии эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов.

В последние годы в медицинской практике наблюдается увеличение случаев тромбозов и эмболий, связанных с коагуляцией крови в кровеносных сосудах. В норме форменные элементы крови и интима (внутренняя поверхность кровеносных сосудов) имеют ДЭС с отрицательным значением ζ-потенциала. Повреждение стенок сосудов, введение лекарственных средств развитие атеросклероза или артериита приводит к перезарядке ДЭС, вследствие чего происходит прилипание отрицательно заряженных тромбоцитов и отложение белка фибрина на поврежденной стенке сосуда, т.е. образуются пристеночные тромбы. Аналогично формируются и эритроцитные тромбы.

Снижение содержания веществ, стабилизирующих дисперсные системы, приводит к патологиям не только в крови, но и в других биологических жидкостях организма – желчнокаменной и мочекаменной болезням, кальцинозу, холестенозу и др. Анафилактический шок связан с нарушением равновесия коллоидных дисперсных систем в организме и их агрегацией в более крупные частицы – коллоидоплазией.

Вопросы для самоконтроля

1. Как меняется структура раствора ПАВ и ВМС при увеличении его концентрации? Истинные и коллоидные растворы ПАВ и ВМС. От чего зависит критическая концентрация мицеллообразования?

2. Сравните молекулярно-кинетические и оптические свойства, а также устойчивость лиофильных и лиофобных коллоидных растворов.

3. Что такое солюбилизация, как она используется?

4. Из каких стадий складывается процесс набухания полимера? К чему он приводит? Какие факторы влияют на процесс набухания ВМС?

5. Сравните вязкость и коллигативные свойства истинных растворов электролитов и лиофильных коллоидных растворов ВМС.

6. Как возникает гель? Какие факторы способствуют гелеобразованию?

7. Дисперсные системы живого организма.

8. Мицеллярное строение слюны и его зависимость от рН слюны.

9. Нарушения агрегативной устойчивости коллоидных систем живых организмов – фактор, вызывающий различные патологии.