Реферат: Коллоидные системы в организме и их функции

МосковскийГосударственный Университет имени М.В. Ломоносова

Факультет фундаментальноймедицины

Курс общей инеорганической химии

Реферат

по общей и неорганическойхимии:

Коллоидные системы ворганизме и их функции

ИСПОЛНИТЕЛЬ:

студ. I курса Селявко ЮрийАлександрович

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

к.х.н., доц. Захаров Максим Александрович

Москва 2004г.

Содержание

Глава 1. Коллоидные системы. Общие сведения… 3

1.1 Понятие коллоиднойсистемы. Коллоидная химия… 3

1.2 Развитиепредставлений о коллоидных системах и их свойствах… 5

1.3 Типы и свойстваколлоидных систем. Лиофобные золи. Лиофильные коллоиды. Области практическогоприминения коллоидов… 8

Глава 2 Организм человека как единая коллоидная система.Биологическая роль основных коллоидных систем организма… 26

2.1 Коллоидно-химическаяфизиология человека… 26

2.2 Коллоидная системаклеток и тканей организма… 27

2.3. Ткани организма какколлоидные системы… 28

Глава 3 Коллоиды как лекарственные средства… 35

Заключение… 45

Библиография… 50

Глава1. Коллоидные системы. Общие сведения

1.1. Понятие коллоиднойсистемы. Коллоидная химия.

 

Коллоидныедисперсные системы (дисперсии) – микрогетерогенные образования, в которых одномелкораздробленное вещество – дисперсная фаза – равномерно распределено(диспергировано) в другой фазе – дисперсионной среде. В коллоидных системахразмер частиц дисперсной фазы составляет 10–9–10–7 м,т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта областьпревосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимогов обычном оптическом микроскопе.

Коллоиднаяхимия (далееК.х.)— раздел физической химии, занимающийся изучением коллоидных системи их поверхностных явлений. К. х. как самостоятельная наука возникла в 60-егоды 19 в. С тех пор её предмет и методы существенно изменились. В периодстановления К. х. «коллоидами» называли клееподобные аморфные тела (в отличиеот кристаллических тел, «кристаллоидов»); теперь термин «коллоиды» — синонимвысокодисперсных (микрогетерогенных) систем, то есть дисперсных систем снаиболее развитой поверхностью раздела фаз. К. х. изучает своеобразные процессыи явления, обусловленные особенностями высокодисперсного состояния тел. К нимотносятся, например, самопроизвольное укрупнение частиц твёрдой дисперсной фазыили капель жидкости (коагуляция и коалесценция) как проявлениетермодинамической (агрегативной) неустойчивости дисперсных систем; застудневаниежидких дисперсных систем с образованием гелей и возникновениепространственных дисперсных структур; взаимодействие соприкасающихся тел(трение, адгезия) и изменение этого взаимодействия под влиянием веществ,адсорбирующихся на поверхностях соприкосновения; явления в тонких жидких итвёрдых плёнках; самопроизвольное диспергирование жидкостей и твёрдыхтел. Характерные особенности объектов изучения К. х. обусловили развитиеспецифических методов исследования, таких как ультрацентрифугирование, ультрафильтрация,диализ и электродиализ, электроосмос и электрофорез, различныеметоды фракционирования и дисперсионного анализа, ультрамикроскопия,электронная микроскопия, нефелометрия и т.д.

СовременнаяК. х. включает следующие основные разделы. 1) Молекулярно-кинетические явления(броуновское движение, диффузия) в дисперсных системах; гидродинамикадисперсных систем; дисперсионный анализ. 2) Поверхностные явления: адсорбция(термодинамика и кинетика), смачивание, адгезия, поверхностно-химическиепроцессы в дисперсных системах; строение и свойства поверхностных(адсорбционных) слоев. 3) Теория возникновения новой (дисперсной) фазы вметастабильной (пересыщенной) среде; конденсационные методы образованиядисперсных систем. 4) Теория устойчивости, коагуляция и стабилизацияколлоидно-дисперсных систем; строение частиц дисперсной фазы (мицелл).5) Физико-химическая механика дисперсных систем, включающая теориюмеханического диспергирования, явления адсорбционного понижения прочности твёрдыхтел, реологию дисперсных систем; образование и механические свойства пространственныхструктур в дисперсных системах. 6) Электрические и электрокинетические явленияв дисперсных системах. 7) Оптические явления в дисперсных системах (коллоиднаяоптика) — светорассеяние, светопоглощение; К. х. фотографических процессов.

 Вся природа— организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра —представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипныхгрубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполнеуниверсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело.Этим определяется особое положение К. х., развитие которой осуществляется внепосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связаннымимежду собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.Развитие К. х. связано с актуальными проблемами различных областейестествознания и техники.

К. х.разрабатывает научные основы технологических процессов с участием дисперсныхсистем. К ним относятся технология строительных материалов, силикатов (особеннокерамики), технология пластмасс, резины, лакокрасочных материалов сиспользованием высокодисперсных пигментов и наполнителей; технология бурениягорных пород, механической обработки твёрдых материалов, в том числе металлов;процессы гетерогенного катализа и адсорбционные процессы. Учение о дисперсныхструктурах лежит в основе науки о материалах будущего, без которой невозможентехнический прогресс. К. х. указывает рациональные пути разрушения нефтяныхэмульсий (деэмульгирование сырых нефтей — основной способ ихобезвоживания и обессоливания); создания дисперсных — наиболее эффективных —форм пестицидных препаратов, широко применяемых в сельском хозяйстве;использования поверхностно-активных веществ в составе моющих и очищающихсредств, эмульгаторов, флоторсагентов, присадок к смазочным маслами т.д. Важнейшие проблемы геологии и геохимии (возникновение и превращенияминералов и горных пород, выветривание), почвоведения, грунтоведения теснейшимобразом связаны с законами поведения многокомпонентных и микрогетерогенныхсистем. Метеорология в изучении атмосферных осадков опирается на учение обаэродисперсных системах. Совместно с биохимией и физикохимией полимеровК. х. составляет основу учения о биологических структурах, о возникновении иразвитии жизни.

 

1.2 Развитие представлений о коллоидныхсистемах и их свойствах.

Развитие представлений о коллоидных системах и их свойствах. Коллоидные процессы, такие, как крашение и склеивание,использовались еще в древнем Египте. Слово «коллоид» (от греческого слова,означающего «клей») было введено Т. Грэмом в 1862. Он установил различие междукристаллоидами (например, соль, сахар), которые после растворения в воде легко диффундируютчерез мембрану из пергамента, и коллоидами, такими, как желатин, которые необладают такими свойствами. В 1857 М.Фарадей приготовил коллоидный раствор золязолота и показал, что сильный пучок (луч) света значительно рассеивается,проходя через эту дисперсию, таким образом, что его путь становится видимым –так же, как это происходит с лучом света в пыльной комнате или лучом отавтомобильных фар туманным вечером. Это явление называется эффектом Тиндаля (вчесть Дж. Тиндаля, который изучал его в 1869). Теория рассеяния света быларазработана Дж.Рэлеем в 1871. Работа в этом направлении была продолжена Г.Маеми П.Дебаем в 1908 и 1909 соответственно. Эксперименты по рассеянию светаявляются одним из наиболее эффективных средств для изучения коллоидных частиц имакромолекул; компьютерное обеспечение позволило достичь значительного успеха вэтих исследованиях.

Так какразмеры коллоидных частиц очень малы, их собственные направления движенияизменяются непрерывно в результате случайных столкновений с молекуламидисперсионной среды. Каждая частица движется по зигзагообразной траектории. Этоявление в 1827 впервые наблюдал Р.Броун в воде, в которой были суспендированычастицы цветочной пыльцы; оно было названо броуновским движением. В период1902–1912 Р.Зигмонди создал ультрамикроскоп, который сделал возможнойидентификацию коллоидных частиц по отраженному ими свету. Ультрамикроскоппозволял считать количество коллоидных частиц и изучать их движение. Основныеположения теории броуновского движения и его макроскопического проявления –диффузии – были разработаны А.Эйнштейном в 1905 и экспериментально подтвержденыв 1908 Ж.Перреном. В 1923 Т.Сведберг разработал ультрацентрифугу, котораяпозволила разделять коллоидные частицы и определять их массы.

В химии поверхностныхявлений И. Ленгмюр предположил в 1916 и позже доказал существованиемономолекулярной адсорбции, т.е. прилипания к поверхности слоя веществатолщиной в одну молекулу. Это свойство особенно важно при изучении адсорбциигазов и в гетерогенном катализе, но оно также имеет отношение и к границамраздела фаз в коллоидных системах. Обычно на границе раздела фаз существуетразделение электрического заряда, связанное с ионной природой фаз и снеэквивалентной (специфической) адсорбцией ионов. Это приводит к возникновениюдвойного электрического слоя и электрокинетических явлений, таких, какэлектрофорез, электроосмос и потенциал течения (см. ниже). Электрофорез(движение заряженных частиц в электрическом поле) впервые наблюдал Ф.Ройс в1809, который показал, что отрицательно заряженные частицы суспензии глинымигрируют в сторону положительного электрода. А.Тизелиус в 1937 применилэлектрофорез для анализа биополимеров, в частности методом электрофорезаразделял сыворотку крови на пять белковых фракций. В 1910 Л.Гуи и Д.Чапменразвили простую (электростатическую) теорию двойного электрического слоя.Дальнейшим усовершенствованием этой теории занимались О.Штерн (1924) и Д.Грэм(1947) на основе более сложных моделей, которые значительно лучше согласовалисьс экспериментом, чем теория Гуи – Чапмена. В 1931 Г.Шульце и В.Харди изучилипроцесс коагуляции простых лиофобных золей при добавлении электролита иустановили, что наиболее важным параметром в этом процессе является валентностьпротивоиона. Было установлено, что в простейшем случае устойчивость коллоиднойдисперсной системы зависит от баланса вандерваальсовых (слабые силы притяжения)и кулоновских (электростатическое отталкивательное взаимодействие двойныхслоев) сил. В 1937 X.Хамейкер показал, каким образом можно рассчитатьвандерваальсово притяжение между коллоидными частицами с помощью суммированиясил притяжения между всеми атомными парами системы. Б.В.Дерягиным и Л.Д.Ландауи независимо от них Э.Фервейем и Я.Овербеком в 1937 была разработана и впоследующие годы усовершенствована теория устойчивости коллоидных систем.Лучшее понимание роли вандерваальсовых сил в коллоидных системах вытекает измакроскопического приближения, разработанного Е.М.Лифшицем в 1956. Современныеэкспериментальные методы позволяют измерить вандерваальсовы иэлектростатические взаимодействия двойных слоев.

Важный вкладв изучение коллоидных систем организма человека внесли труды Л. Михаэлиса,Г.Шаде, В. Оствальда, Ф.Гофмейстера, Э. Абдергальдена, Г.Фрейндлиха и др.

Отличительнойчертой современной коллоидной химии является то, что она охватывает широкоеполе деятельности, включая чрезвычайно изощренную (сложную) теорию, с однойстороны, и простые эмпирические наблюдения, с другой.

1.3 Типы и свойства коллоидных систем.Лиофобные золи. Лиофильные коллоиды. Области практического приминенияколлоидов.

Типы и свойства коллоидных систем. Физические свойства коллоиднойдисперсной системы зависят от соответствующих свойств фаз, составляющихколлоидную систему. Например, эмульсия масла в воде (М/В) и эмульсия воды вмасле (В/М) могут иметь почти одинаковый состав, однако их физико-химическиесвойства будут сильно различаться. Термин «золь» используется для отличенияколлоидных суспензий от макроскопических; хотя четкое разграничение между нимиотсутствует, размеры частиц золя в общем случае достаточно малы, чтообеспечивает их свободное прохождение через фильтровальную бумагу. Еслидисперсионной средой является вода, то используется термин «гидрозоль», а еслидисперсная фаза имеет полимерную природу, дисперсная система называетсялатексом. Паста является золем или суспензией с высокой концентрациейдисперсной фазы.

Свойстваколлоидных дисперсий зависят также от природы границы раздела междудисперсионной фазой и дисперсной средой. Несмотря на большую величину отношенияповерхности к объему, количество вещества, необходимого для модификации границыраздела в типичных дисперсных системах, очень мало; добавление малых количествподходящих веществ (особенно поверхностно-активных (ПАВ), полимеров иполивалентных противоионов, см. ниже) может существенно изменитьобъемные свойства коллоидных дисперсных систем. Например, резко выраженноеизменение консистенции (плотности, вязкости) суспензий глины может быть вызванодобавлением малых количеств ионов кальция (загущение, уплотнение) илифосфат-ионов (разжижение). Исходя из этого, химию поверхностных явлений можнорассматривать как составную часть коллоидной химии, хотя обратное соотношениевовсе не обязательно.

Всоответствии с составом и строением коллоидные дисперсии классифицируютсяследующим образом:

ТИПЫ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Дисперсная фаза

Дисперсионная среда

Наименование

Примеры

Жидкость Газ Жидкие аэрозоли Туман, кучевые облака Твердое тело Газ Твердые аэрозоли Дым, пыль, перистые облака Газ Жидкость Пены Мыльные пены Жидкость Жидкость Эмульсии Молоко (М/В), масло (В/М), нефть Твердое тело Жидкость Золи Жидкая глина, зубная паста Газ Твердое тело Твердые пены Пенополистирол, пенопласт, пенобетон Жидкость Твердое тело Твердые эмульсии Опал, жемчуг, почва Твердое тело Твердое тело Твердые суспензии Окрашенные пластмассы

Термины лиофобный(«боящийся жидкости») и лиофильный («любящий жидкость») используются дляописания тенденции поверхности или функциональной группы к смачиванию илисольватации. Если жидкой дисперсионной средой является вода, используютсятермины гидрофобный и гидрофильный.

Лиофобныедисперсные системы (например, дисперсии иодида серебра, кремнезема иполистирольного латекса) образуются в результате механической или химическойобработки. В этих системах, однако, всегда существует некоторое (частозначительное) сродство между поверхностью диспергированных частиц идисперсионной средой (иначе поверхность частицы не смачивалась бы и дисперсиябы не образовалась), так что частицы этих «лиофобных» дисперсий на самом делеимеют «лиофильные» поверхности. К «лиофильным» традиционно относят растворимыемакромолекулы (хотя в них могут присутствовать «лиофобные» области, как вслучае белков). Возможно, удобнее классифицировать коллоидные системы потермодинамическому принципу как обратимые и необратимые, в зависимости от того,могут или не могут они самопроизвольно образовываться при смешении ихкомпонентов.

Лиофобные золи термодинамически неустойчивы и их частицы с течением временисклонны к агрегации и осаждению. Образование таких золей происходит врезультате дробления вещества в объеме раствора либо при агрегации небольшихмолекул или ионов. Диспергирование объемных материалов посредствоммеханического измельчения, ультразвуковой обработки и других подобных методовобычно не приводит к получению частиц меньшего размера, чем верхний пределобласти коллоидных частиц. Более высокая степень диспергирования частодостигается применением метода агрегации, связанного с образованием молекулярнодиспергированного пересыщенного раствора, из которого дисперсная фаза«осаждается» в нужной форме. Для этой цели могут быть использованыкомбинированные методы, такие, как замена хорошего растворителя на менеехороший, охлаждение и различные химические реакции. Примеры химических реакций,с помощью которых получаются гидрозоли в соответствующих условиях эксперимента:кипячение раствора хлорида железа(III), в результате чего получаются частицыоксида железа(III) малого размера; реакция между разбавленными растворамитиосульфата натрия и соляной кислоты с образованием дисперсной серы; реакциямежду разбавленными растворами нитрата серебра и иодида калия с образованиеммалых частиц иодида серебра. Полимерные латексы можно получать методомэмульсионной полимеризации.

Образованиеновой фазы в процессе «осаждения» включает образование зародышей (центровкристаллизации) и рост новой фазы; соотношение скоростей этих процессов иопределяет размер частиц. Высокая степень дисперсности получается, еслискорость зародышеобразования велика, а скорость роста частицы мала. Ингибиторыроста могут применяться не только для получения частиц малого размера, но такжедля селективного действия на рост отдельных граней кристалла, т.е. дляизменения формы частицы. Это важно для приготовления катализаторовгетерогенного катализа, так как кристаллографическая ориентация граней влияетна эффективность катализатора. Если осаждаемый порошок обладает умереннойрастворимостью, то состав дисперсной фазы меняется во времени (наблюдаетсяявление старения), когда менее растворимые частицы большего размера растут засчет малых (но более растворимых) частиц.

Большинствопрепаративных методов приводит к образованию полидисперсных золей (в которыхчастицы имеют распределение по размерам). Можно приготовить (например, спомощью методов зародышеобразования при условиях, которые приводят к спонтаннойкристаллизации) почти монодисперсные золи, в которых размеры частиц примерноравны. Эти золи очень полезны в качестве калибровочных стандартов, а также вэкспериментах для проверки новых гипотез. Они имеют и специальные применения вмножительной технике, при получении антиотражательных покрытий линз и т.д.

Вероятно,наиболее важным физическим свойством коллоидных дисперсных систем являетсятенденция частиц к агрегации. Коагуляция – это сильная агрегация, флокуляция –слабая, легко обратимая. Пептизация –процесс, в котором дисперсиявосстанавливается (при слабом перемешивании или без него) при изменении составадисперсионной среды, например при добавлении разбавленного раствораэлектролита.

Устойчивостьколлоидных систем – сложный вопрос. В простейшем случае она определяетсябалансом сил между вандерваальсовым притяжением и кулоновским отталкиваниемчастиц двойных слоев. (Эффекты ПАВ и полимерных добавок рассмотрены ниже.)

Вандерваальсовысилы обычно проявляются как силы межмолекулярного притяжения, которыеобусловливают переход газов в жидкое состояние. Энергия вандерваальсовавзаимодействия двух атомов чрезвычайно мала и быстро уменьшается с увеличениемрасстояния между ними (примерно обратно пропорционально шестой степенирасстояния). Если силы притяжения между всеми атомными парами в двух коллоидныхчастицах суммируются, значительно возрастает не только общее взаимодействие, нои дальнодействующие кулоновские силы отталкивания (обратно пропорционально, встепени 1–2, расстоянию между частицами).

Коллоидныечастицы, диспергированные в полярной жидкости, такой, как вода, обычно несутчистые (несвязанные) заряды на своей поверхности. Ионы дисперсионной среды,имеющие заряд, противоположный заряду частицы (противоионы), притягиваются кповерхности частицы, а ионы одинакового заряда (коионы) отталкиваются от нее(что не так существенно). Наложение этого эффекта на эффект перемешивания оттеплового движения приводит к образованию двойного электрического слоя (ДЭС),образованного заряженной поверхностью частицы и избытком противоионовотносительно коионов, распределенных диффузно в дисперсионной среде. Такимобразом, частица может рассматриваться как окруженная диффузной ионнойатмосферой с общим зарядом, равным ее заряду, но противоположного знака. Восновном два параметра количественно определяют строение ДЭС: поверхностныйпотенциал (определяемый по измерению поверхностной плотности заряда) иэффективная толщина (определяемая измерением расстояния от поверхности, накотором существует влияние ДЭС). Поскольку поверхность частицы реальнонаходится в области с резко изменяющимся ионным составом, определение (неговоря уже об измерении) поверхностного потенциала чрезвычайно затруднено.Однако частный случай определения поверхностного потенциала, так называемогодзета-потенциала, часто используется в исследованиях устойчивости коллоидныхсистем. Дзета-потенциал рассчитывается из результатов электрокинетическихизмерений, которые проще всего получить при исследовании электрофореза –движения заряженных частиц в электрическом поле. «Толщина» ДЭС зависит отконцентрации электролита и валентности противоионов. Чем больше концентрация ивалентность, тем меньше расстояние от поверхности частицы, на котором зарядчастицы «экранируется» противоположным зарядом ДЭС со стороны дисперсионнойсреды. Если две коллоидные частицы сближаются, возникает энергия отталкиваниявследствие взаимодействия одинаково заряженных частиц в диффузной части ДЭСвокруг них. Энергия отталкивания увеличивается с возрастанием дзета-потенциала(вначале быстро, а затем стремится к пределу при больших значенияхдзета-потенциала) и уменьшается экспоненциально по мере возрастания отношениярасстояния между частицами к толщине ДЭС.

Общая энергиявзаимодействия является суммой вандерваальсова притяжения и кулоновскогоотталкивания двойных слоев. Рассмотрим два крайних случая. При низкихконцентрациях электролита отталкивательное взаимодействие двойных слоевявляется дальнодействующим и (при условии, что дзета-потенциал являетсядостаточно большим – обычно выше 25–30 мВ) определяет энергетический барьеркоагуляции (подобно энергии активации в химической реакции). Скоростькоагуляции соответственно будет замедляться и может сделаться такой малой, чтозоль можно считать практически стабильным. При высокой концентрации электролитаотталкивание двойных слоев действует на малом расстоянии и на всех расстояниях междучастицами превалирует вандерваальсово притяжение, так что энергетический барьеротсутствует и коагуляция происходит быстро. Переход между этими двумя крайнимислучаями можно осуществить путем добавления электролита; избыток электролита,необходимый для такого уменьшения потенциального барьера, при котором времякоагуляции сократилось бы, например, от месяцев до минут, относительно мал.Отсюда можно измерить критическую концентрацию коагуляции; она зависит восновном от валентности противоионов.

Лиофильные коллоиды. К лиофильным коллоидам относятся растворымакромолекул, например желатин или крахмал в воде. Растворимости этих веществзависят от их сродства к молекулам растворителя и собственным молекулам.Макромолекулы с высоким сродством к растворителю имеют достаточно открытуюконфигурацию и обладают высокой растворимостью, в то время как молекулы с б/>льшим сродствомдруг к другу, чем к растворителю, имеют тенденцию к свертыванию (в клубок) ипоказывают более ограниченную растворимость. Баланс подобных свойств зависит оттаких факторов, как рН, концентрация соли и температура. Вследствие большихразмеров и способности к свертыванию растворимые макромолекулы имеют тенденциюк связыванию относительно большого числа молекул растворителя и их растворы вобщем случае обладают большей вязкостью по сравнению с обычными растворами.Если все молекулы растворителя механически связаны и захваченымакромолекулярной цепью клубка, система в целом приближается к твердомусостоянию и называется гелем.

Устойчивостьлиофобных золей можно часто повысить добавлением макромолекулярного материала,который адсорбируется на поверхности частиц. Такое адсорбирующееся веществоназывается протектором или стабилизирующим агентом. Лучшими протекторамиявляются блок-сополимеры, которые имеют лиофобную часть (якорную группу),которая прочно связывает макромолекулу с поверхностью частицы, и лиофильныйхвост, который свободно размещается в дисперсионной среде. Адсорбированнаямакромолекула может определять устойчивость золя благодаря своему влиянию навандерваальсовы взаимодействия и взаимодействия двойных электрических слоев, нонаиболее важна их роль, вероятно, в пространственной стабилизации частиц золя.В основном условия стабильности дисперсной системы будут теми же, что и длярастворимости той части стабилизирующей макромолекулы, которая обращена всторону дисперсионной среды. Если возникает агрегация частиц, то она будетослабляться и становиться легко обратимой (флокуляция) благодаряадсорбированным макромолекулам протектора, которые способствуют разделениючастиц. Равновесие между стабилизацией и флокуляцией очень подвижно и можетменяться при изменении температуры. ПАВ также могут играть роль мощныхстабилизаторов. Они обычно сильно адсорбируются на поверхности частиц и делаютее более лиофильной. Адсорбированные ионы ПАВ часто увеличиваютэлектростатическую стабилизацию.

Гидроксидыметаллов, кремнезем и глины имеют высокое сродство к воде и могут существоватьв форме гелей. Молекулы гидроксида алюминия после удаления молекул воды могутсвязываться в форме неорганических полимерных цепей, которые являютсясоставными частями структуры геля. Частицы некоторых глин при подходящихусловиях могут иметь отрицательно заряженные грани и положительно заряженныеребра, при этом притяжение грань – ребро делает легким образование структурыгеля типа «карточного домика».

В некоторыхслучаях коллоидные дисперсные системы становятся более чувствительными кагрегации при добавлении малых количеств макромолекулярных веществ или ПАВ,которые в б/>льшихколичествах действуют как стабилизаторы. Если частицы золя и добавки (например,ионного ПАВ) заряжены противоположно, чувствительность к агрегации появляетсяпри уровне концентрации (и адсорбции) добавки, почти нейтрализующем зарядчастиц, тогда как при более высоких концентрациях происходит стабилизацияблагодаря перезарядке и стерическим эффектам. При малых концентрацияхмакромолекулы могут вызывать самопроизвольную флокуляцию посредствоммостикового механизма, когда одна макромолекула адсорбируется на двух и болеечастицах.

Агрегациячастиц имеет важные следствия для седиментации и течения дисперсных систем.Если осаждающиеся частицы объединяются (склеиваются) друг с другом, объемосадка будет возрастать. Этот эффект важен, например, для улучшения плодородияпочв (для аэрации) и качества красок. Результатом агрегации частиц являетсявозрастание вязкости и возможность гелеобразования (желатинизации). Сдвиг(например, перемешивание) агрегированных дисперсных частиц способствуетразрушению дисперсии. Если убрать усилие сдвига, агрегатная структура (ивязкость) в некоторых случаях медленно восстанавливается. Это свойствоназывается тиксотропией. Оно важно для процесса нанесения краски кистью, таккак желательно, чтобы краска была текучей при нанесении на поверхность икороткое время после этого, чтобы можно было при необходимости выровнять мазок,но чтобы краска не подтекала.

Эмульсии (новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю; одной изпервых изученных эмульсий было молоко), дисперсные системы, состоящие измелких капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости(дисперсионной среде). Различают Э. прямые, типа «масло в воде», с капляминеполярной жидкости, например минерального масла, в полярной (обычно водной)среде, и обратные, типа «вода в масле», с каплями полярной жидкости внеполярной среде. Встречаются также «множественные» Э., в которых каплидисперсной фазы являются в то же время и дисперсной средой для более мелкихкапелек. Кроме того, Э. делят на лиофильные и лиофобные. Лиофильные Э.,образующиеся самопроизвольно при температурах, близких к критическойтемпературе смешения жидких фаз, термодинамически устойчивые обратимые системы.Лиофобные Э., возникающие при механическом, акустическом или электрическом диспергированииодной жидкости в другой либо вследствие выделения новой капельножидкой фазы изпересыщенных растворов или расплавов, термодинамически неустойчивы. Они могутдлительно существовать только в присутствии эмульгаторов. Лиофильные Э.— высокодисперсные (коллоидные) системы, размер их капель не превышает 10-5см. Лиофобные Э. — грубодисперсные системы (размер капель обычно лежит впределах 10-5—10-2см). При достаточнобольшой разнице в плотностях дисперсной фазы и дисперсионной среды ониседиментационно (кинетически) неустойчивы. Седиментация капель Э., хорошозащищенных от коалесценции, приводит к концентрированию капель и образованиюсливок или осадка без расслаивания Э. на две сплошные жидкие фазы.

Тип исвойства Э. зависят от состава и соотношения жидких фаз, количества ихимическая природы эмульгатора, способа и температуры эмульгирования и другихфакторов. Изменение состава Э. или внешнего воздействия могут вызвать такназываемое обращение фаз — превращение прямой Э. в обратную или, наоборот,обратной в прямую. Низкоконцентрированные Э. с каплями, перемещающимисясвободно и независимо друг от друга в легкоподвижной среде, — типичныежидкости. При повышении концентрации дисперсной фазы свыше 74% по объему (дляЭ. с одинаковым размером капель) вязкость системы резко возрастает, Э.желатинируются и приобретают свойства геля. При этом капли, имеющиепервоначально сферическую форму, сильно деформируются и приобретаютконфигурацию, близкую к многограннику. Содержание дисперсной фазы ввысококонцентрированных Э. можно довести до 99% по объему; при этомдисперсионная среда сохранится между каплями лишь в виде тонких прослоек,подобных жидким пленкам между пузырьками в пенах.

 Разнообразныепо составу и свойствам, Э. широко используют в промышленности, сельскомхозяйстве, медицине, быту и других областях. Многокомпонентными Э. являютсямногие пищевые продукты (например, молоко, яичный желток), а кроме того,млечные соки растений, сырая нефть.

 В видеЭ. применяют смазочно-охлаждающие жидкости, некоторые пестициды, косметическиесредства, лекарства, связующие для эмульсионных красок. В строительстве широкоприменяют битумные Э.

Пены – дисперсии газов, т.е. дисперсные системы с газовой дисперсной фазой ижидкой или твердой дисперсионной средой. Пены в большинстве случаев получаютсявзбиванием жидкости либо насыщением жидкости газом под давлением с последующимснятием давления. Пены, подобно эмульсиям, термодинамически нестабильны, и дляих стабилизации требуется наличие стабилизаторов, которые будут адсорбироватьсяна границе раздела газ/раствор. Хорошие эмульгаторы – в общем случае такжехорошие стабилизаторы пен, поскольку факторы, которые влияют на стабильностьэмульсии (исключающую коалесценцию) и на стабильность пен (сохраняющуюпузырьки), аналогичны.

Стабильностьжидких пен зависит от способности жидких пленок стекать (с пузырьков) иутончаться без разрыва в результате случайных повреждений. Нестабильные пенытипичны для водных растворов низкомолекулярных жирных кислот и спиртов.Присутствие этих слабых ПАВ сдерживает стекание жидкости, и процесс разрывапленки замедляется, но не прекращается полностью и пузырьки в конечном счете лопаются.Метастабильные пены типичны для водных растворов мыл, детергентов, белков,сапонинов и др. Стекание жидкости происходит до момента достижения равновесиямежду вандерваальсовым притяжением в сочетании с капиллярными силами,способствующими утоньшению пленки, и отталкиванием двойных электрических слоев,которое противодействует им. Гибкий механизм саморегулирования в значительнойстепени защищает пленку от случайных повреждений; такие пены могут бытьустойчивы в течение долгого времени.

Действиепеногасителей обычно связано с заменой стабилизаторов на границе газ/раствор насоединение, не обеспечивающее стабильность пены.

Аэрозоли (от аэро... и золи), системы, состоящие из твёрдыхили жидких частиц, взвешенных в газообразной среде. По характеру образованияразличают диспергационные и конденсационные А. Диспергационные А. возникают: 1)при разбрызгивании жидкостей — таковы водяные туманы, образующиеся в водопадах,при морском прибое, в фонтанах и пр., А. из слизи, образующиеся при кашле ичихании, А. из инсектицидов, получаемые с помощью аэрозольных баллончиков; 2)при измельчении твёрдых тел и взмучивании порошков — например, пыль,поднимаемая с земли ветром, автомобильными колёсами, при подметании илиобразующаяся при пересыпании тонких порошков (муки, мела и пр.), вкамнедробилках, при разрушении каменных стен, отбивании угля, шлифовании и т.д. Конденсационные А. появляются при конденсации паров — таковы природныеоблака, состоящие из водяных капелек или ледяных кристалликов, возникающих приконденсации водяного пара атмосферы, и близкие к облакам наземные туманы. Привыплавке металлов пары их сгорают, а продукты горения конденсируются с образованиемдыма, состоящего из твёрдых частиц металлических окислов. Примерно так жеобразуется дым и при горении топлива (в печах, автомобильных моторах), табака,пороха и различных органических веществ, но в этом случае, помимо твёрдыхчастиц сажи, в дыме содержатся ещё капельки смолистых веществ.

Свойства А.определяются природой вещества, из которого состоят частицы, природой газовойсреды, а также концентрацией А. по массе (т. е. общей массой частиц,содержащихся в единице объёма А.), и счётной концентрацией (числом частиц вединице объёма), размером, формой и зарядом частиц. Все эти величины могутиметь самые различные значения. Так, в безветренную ясную погоду за городом в 1л воздуха содержится несколько десятков тысяч частиц с общей массойменьше 10-4 мг, а в шахте вблизи работающего угольногокомбайна — миллиарды частиц с массой до нескольких десятков мг. Только споверхности морей и океанов в атмосферу ежегодно поднимается в виде А. около 1010т соли. Размер частиц в А. колеблется примерно от 1 нм до долей мм,например, размеры капелек облаков 5—50 мкм, частиц табачного дыма —десятые доли мкм, в пыли содержатся обычно частицы весьма различныхразмеров. Частицы диспергационных А. имеют довольно большие электрическиезаряды, как положительные, так и отрицательные. В конденсационных А.,образовавшихся при не очень высокой температуре, частицы не заряжены, нопостепенно приобретают небольшие заряды, захватывая лёгкие ионы, всегдаприсутствующие в газах.

 Важнейшиепроцессы, происходящие в А., — седиментация, броуновское движение, коагуляцияи испарение частиц. Скорость седиментации (оседания под действием силы тяжести)пропорциональна приблизительно квадрату размера частиц и составляет несколькихдесятков см/сек для частиц размером 100 мкм, нескольких мм/секдля частиц в 10 мкм и чрезвычайно мала для частиц меньше 1 мкм.Броуновское движение частиц тем интенсивнее, чем они мельче, и делаетсязаметным лишь в случае частиц меньше 1 мкм. Под действием броуновскогодвижения частицы осаждаются на любых поверхностях, с которыми А. соприкасаются,под действием же седиментации — лишь на обращенных кверху поверхностях, и наних поэтому всегда гораздо больше пыли, чем на вертикальных стенках. КоагуляцияА. происходит при столкновениях между частицами под действием броуновскогодвижения, неодинаковой скорости седиментации частиц разной величины, нагоняющихдруг друга, под влиянием электрических сил и пр. Твёрдые частицы слипаются пристолкновениях, а жидкие сливаются, и число «свободных» частиц уменьшается.Скорость коагуляции, т. е. уменьшение числа частиц в единицу времени,пропорциональна квадрату их концентрации. Поэтому при концентрации 1010в см3 она уменьшается вдвое за 0,7 сек, а приконцентрации 106 в см3 — за 12 мин.Испарение частиц наблюдается в А. из летучих веществ, например при «таянии»облаков. Все эти процессы приводят к разрушению А., однако обычно одновременнопроисходит образование новых частиц упомянутыми выше путями.

Важнейшиеоптические свойства А. — рассеяние и поглощение ими света. При пропусканиисветового пучка через А. (например, лучей прожектора через атмосферу ночью илисолнечных лучей через щель в затемнённую комнату) наблюдается светящийся конусТиндаля, тем более яркий, чем выше концентрация и размер частиц. Отдельныерассеивающие свет частицы удобно наблюдать с помощью ультрамикроскопа,однако рассеяние света быстро падает с уменьшением размера частиц и таким путёмможно видеть лишь частицы больше 0,1 мкм. Тонкие А. рассеиваютпреимущественно короткие световые волны и кажутся поэтому голубоватыми,например дым, выходящий из горящего конца сигарет.

А. играютбольшую положительную роль в жизни человека. Облака — важнейшее звено вкруговороте воды в природе; поглощая солнечные лучи и тепловое излучение Земли,они умеряют и жару, и холод. Опыление многих растений, в том числе злаков,осуществляется А. из цветочной пыльцы. Всё жидкое и почти всё твёрдое топливосжигается ныне в виде А. Борьба с вредителями и болезнями культурных растений илесов ведётся с помощью А. из ядохимикатов. Многие важные техническиематериалы, например сажу, получают в виде А. Большое значение приобретает аэрозольтерапияи аэрозольная иммунизация людей и домашних животных. А. успешно применяют дляборьбы с градобитием.

 Вместес тем некоторые А. приносят большой вред. Огромную опасность представляютрадиоактивные А., образующиеся при атомных взрывах, при добыче и переработкерасщепляющихся материалов. Пыль, содержащая кремнезём, вызывает тяжёлоезаболевание лёгких — силикоз, не менее опасна бериллиевая, свинцовая,хромовая пыль. Поэтому борьба с производственной пылью — одна из важнейшихзадач промышленной гигиены. Бактериальные А., содержащие болезнетворныемикроорганизмы и образующиеся при кашле и чихании больных, могут служитьисточником инфекц. болезней, в том числе гриппа. Природные туманы препятствуютпосадке самолётов. Пыльные бури — настоящее бедствие для жарких, сухихбезлесных местностей. Борьба с аэрозольным загрязнением атмосферы впромышленных центрах — одна из важных проблем. А., содержащиеся ватмосфере, часто называют атмосферными аэрозолями.

Мицеллы (новолат. micella, уменьшительное от лат. mica — крошка, крупинка),отдельная частица дисперсной фазы золя, т. е. высокодисперсной коллоиднойсистемы с жидкой дисперсионной средой. М. состоит из ядра кристаллической илиаморфной структуры и поверхностного слоя, включающего сольватно связанные (см. Сольватация)молекулы окружающей жидкости. Поверхностный слой М. лиофобного золя (см. Лиофильныеи лиофобные коллоиды) образован адсорбированными молекулами или ионамистабилизирующего вещества. В случае лиофобных гидрозолей, стабилизованныхэлектролитами, ядро М. окружено двумя слоями противоположно заряженных ионов,т. н. двойным электрическим слоем. Число положительных и отрицательныхзарядов в нём одинаково, и поэтому М. в целом электронейтральна.

Непосредственноу поверхности ядра расположены ионы адсорбционного слоя. В него входят все ионыодного знака и часть ионов другого знака (противоионы). Остальные противоионыобразуют диффузный слой; он окружает М. в виде ионного «облака», плотностькоторого падает по мере удаления от ядра. Диффузный слой препятствует сближениюи агрегированию (сцеплению) частиц в процессе броуновского движения.

В лиофильныхзолях, коллоидных дисперсиях типа гидрозолей мыл, например олеата натрия илилаурилсульфата калия, М. представляет собой ассоциат (объединение) молекул. Вкаждой такой молекуле длинный углеводородный (гидрофобный) радикал связан с полярной(гидрофильной) группой. При образовании М. несколько десятков или сотен молекулобъединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область),а гидрофильные группы — поверхностный слой М. Если дисперсионной средойявляется органическая жидкость, ориентация молекул в М. может быть обратной: вядре сосредоточатся полярные группы, тогда как гидрофобные радикалы будутобращены во внешнюю фазу. Изобразив молекулу мицеллообразующего вещества в видеволнистой линии (гидрофобный радикал) с кружочком на конце (гидрофильнаягруппа), можно представить простейшие структурные типы М. схемами:

/>

Гели (от лат. gelo — застываю), дисперсные системы с жидкой или газообразнойдисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твёрдых тел:способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью. Этисвойства Г. обусловлены существованием у них структурной сетки (каркаса),образованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между собоймолекулярными силами различной природы Типичные Г. в виде студенистых осадков(коагелей) образуются из золей при их коагуляции или в процессахвыделения новой фазы из пересыщенных растворов как низко-, так ивысокомолекулярных веществ. Г. с водной дисперсионной средой называютгидрогелями, с жидкой углеводородной средой — органогелями. Отверждение золейво всём объёме без выделения осадка и нарушения их однородности даёт т. н.лиогели. Вся дисперсионная среда в таких Г. лишена подвижности (иммобилизована)вследствие механического захватывания в ячейках структурной сетки. Чем большеасимметрия частиц, тем при более низком содержании дисперсной фазы образуетсягель. В случае гидрозоля пятиокиси ванадия, например, для отверждения системыдостаточно 0,05%, в др. случаях — нескольких объёмных процентов дисперснойфазы. Лиогели обладают малой прочностью, пластичностью, некоторой эластичностьюи тиксотропией, т. е. способностью обратимо восстанавливать структуру,разрушенную механическим воздействием. Таковы, например, Г. мыл и мылоподобныхповерхностно-активных веществ, Г. гидроокисей многих поливалентных металлов.Высушиванием лиогелей можно получить аэрогели, или ксерогели, — микропористыесистемы, лишённые пластичности, имеющие хрупкую, необратимо разрушаемуюструктуру. Так получают распространённые сорбенты: алюмогель из Г.гидроокиси алюминия и силикагель из студней кремнёвой кислоты.

Г. частоотождествляют со студнями. Однако последние, в отличие от Г., являютсяоднофазными (гомогенными) системами — истинными растворами полимеров(органических или неорганических) в низкомолекулярных жидкостях. В химии итехнологии синтетических смол Г. по традиции называют неплавкие и нерастворимыетвёрдые (хрупкие) или твёрдообразные (упруго-вязкопластичные) продукты поликонденсацииили полимеризации. Пространственную структуру в таких системах образуетнепрерывная сетка химически связанных макромолекул.

Латексы (от лат. latex — жидкость, сок), млечный сок растений,жидкое содержимое млечных сосудов (млечников). Может быть прозрачным,молочно-белым, желтовато-коричневым, жёлтым или оранжевым. Много Л. содержитряд растений из семейства молочайных, тутовых, сложноцветных и др. В Л.растворены или суспендированы углеводы, белки, гликозиды, соли, эфирные масла ит. п. Характерные компоненты Л. гуттаперченосных растений, каучуконосныхрастений —смолы, гутта, каучук. Л. некоторых растений семействамаковых содержит большое количество алкалоидов, а Л. дынного дерева — ферментпапаин.

Областьраспространения практически важных коллоидных систем чрезвычайно обширна, так как существуетбезграничное множество материалов и процессов, в которых необходимо учитыватьколлоидные или поверхностно-химические свойства, – красители, ткани, продуктыпитания, гербициды и пестициды, чернила, бумага, фармацевтические икосметические препараты, почвы и т.д. Рудная флотация, очистка поверхности,измельчение, бурение нефтяных скважин, дорожные покрытия, фотография, очистка иосветление воды и стоков – типичные процессы, в которых коллоидные явленияиграют заметную роль.

Особую рольколлоиды играют в жизнедеятельности живых организмов, включая организмчеловека.

Глава 2. Организм человека как единая коллоидная система.Биологическая роль коллоидных систем организма.

 

2.1Коллоидно-химическая физиология человека.

Глобальнаяроль коллоидов в естествознании заключается в том, что они являются основнымикомпонентами таких биологических образований как живые организмы. Все веществаорганизма человека представляют собой коллоидные системы.

Коллоидыпоступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеваренияпревращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.

Коллоидно-химическаяфизиология человека – это раздел науки, изучающий функционирование систем организмачеловека, образующих коллоидные соединения.

Из 10 функцийорганизма, выделенных в отдельные системы, каковыми являются пищеварительная,сердечно-сосудистая, дыхательная, нервная, иммунная, эндокринная, мочеполовая,крови, печени, почек, выделим те, которые представляют из себя коллоидныесистемы.

Можно смелосказать, что весь человек – это ходячий коллоид, а все органы и системыорганизма дисперсная система в их связи с поверхностными явлениями.

Кости – этоколлаген, насыщенный кальцием и фосфором, мигрирующими в присутствии витаминаД.

Кровь – этодисперсная система, в которой ферментные элементы эритроциты, тромбоциты,лейкоциты являются фазой, а плазма – дисперсной средой.

Из коллоидов,богатых белками соединительной ткани (аминокислоты пролин и глицин), состояткожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечныйтракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.

Всечеловеческое тело – это мир частиц, находящихся в постоянном движении строго поопределенным правилам, подчиняющимся физиологии человека.

Коллоидныесистемы организмов обладают рядом биологических свойств, характеризующих то илииное коллоидное состояние:

2.2 Коллоидная системаклеток.

С точкизрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собойсложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии.Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Ужесама клетка представляет собой сложный комплекс коллоидных образований,основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро, ЭПР, рибосомы,лизосомы, комплекс Гольджи и др.

Мембраны: многослойные комплексы,включающие билипидный слой, стабилизированный белковыми молекулами, гидрофобныеконцы которых обращены в сторону молекул липидов, а гидрофильные – в сторонуцитоплазмы и наружу, в сторону межклеточного вещества. В силу водородных связейпоследние притягивают молекулы воды, придавая мембране стабильность иопределенную степень гидрофильности. Коллоидные свойства мембран обеспечиваютбарьерную, метаболическую. разделительную, каркасную, защитную поддержаниятургора в растительных клетках, транспортную, контактную (плазмодесмы,десмосомы), ферментативную и другие функции мембран. Мембраны принимают участиев образовании мембранных клеточных органелл (ядра, митохондрии, лизосомы идр.). Одной из важнейших функций мембран является их участие влиганд-рецепторном взаимодействии (гликокаликс), обеспечивающем «узнавание» ираспознавание чужеродной антигенной информации и др.

Гиалоплазма: представляет собойсовокупностьлиофильных и лиофобных коллоидов со свойствами золей, гелейи эмульсий,участие в формировании которых принимают белки, нуклеиновые кислоты (РНК), солиметаллов, липиды и другие вещества. Крупные конгломераты веществ, находящихся вколлоидном состоянии, обозначаются как клеточные включения (например, жировые).Для гиалоплазмы характерны переходы из состояния золя в гель при определенныхусловиях. Многообразие коллоидов гиалоплазмы и их взаимных переходов создаетусловия для биохимических процессов (в том числе поддержание осмотическогодавления), происходящих в цитоплазме клеток и формирует цитоскелет клетки(коллоидно-белковая система, пронизывающая клетку). Цитоскелет обеспечиваетдвижение клеток, цитоплазмы, органелл, транспорт веществ и формирует каркасклетки. Гиалоплазма и ее коллоиды объединяют клетку в единое целое.

Ядро: коллоидная среда ядраобеспечивает процессы репликации ДНК и биосинтеза белка – работу информационныхи транспортных РНК (диффузный и конденсированный хроматин), процессы сборкибелковых молекул на и-РНК и формирование структур белковых молекул. Процессрепликации клеточной ДНК во время митоза возможен только в определеннойдинамически меняющейся среде, обеспечиваемой свойствами коллоидов.

ЭПР: также объединяет клетку вединое целое (контакт всех органелл), участвует в синтезе белковых, липидныхколлоидов, их накоплении, транспортировке, а также детоксикации ядовитыхвеществ (гепатоциты).

 

2.3 Ткани организма как коллоидныесистемы

1. Кровь

Кровьявляется типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутридругих. В.А.Исаев дает определение крови как дисперсной системе, в которойформенные элементы – эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма– дисперсной средой. Однако по определению максимальных размеров, которых могутдостигать коллоидные частицы он составляет 10-7 м., тогда как размертромбоцитов равен 0,5-0,75 x 10-6 м, эритроцитов: 7x10-6 м., аразмеры лейкоцитов превышают размеры эритроцитов в несколько раз. Такимобразом, форменные элементы не могут считаться дисперсной фазой коллоиднойсистемы и сами представляют из себя коллоид в коллоиде. Тем не менее именно ониобусловливают вязкость крови, которая в 5 раз превышает вязкость воды.

К настоящемувремени наиболее изученными являются коллоидные системы плазмы крови. Практическивсе органические составляющие плазмы находятся в ней в коллоидном состоянии.Основной дисперсионной средой является вода, дисперсионная фаза представляетсобой самые разнообразные по химическому составу и молекулярному строениювещества: от молекул аминокислот и олигопептидов до крупных белковых молекул(фибрин, альбумины, глобулины, ферменты, нуклеопротеиды, гормоны белковойприроды, транспортные белки и др.), от молекул моно- и дисахаридов и жирныхкислот до лецитинов, триглицеридов и липидных хиломикронов высокой и низкойплотности. Плазма крови содержит изобилие низкомолекулярных органическихвеществ, таких как мочевина, креатинин, холестерин, стероидные гормоны,витамины. В плазме находятся катионы электролитов калия, натрия, магния,кальция, анионы хлора, сульфата, фосфата, карбоната, а также полный спектрмикроэлементов.

С точкизрения коллоидной химии плазма крови представляет собой сложную системуколлоидов. Белки представляют собой основную составляющую дисперсионной фазы.Обращая свои лиофобные группы (- CH2, — СH3 и др.) в сторону нерастворимых в воде молекуллипидов, стероидов и жирных кислот, а гидрофильные концы (-COOH, -NH2, -SH) – в сторону молекулводы и электролитов, белки являются основными стабилизаторами коллоиднойсистемы плазмы крови. Обладая наряду с этим амфотерными свойствами, ониявляются основными переносчиками, транспортерами низкомолекулярных веществ ворганизме. Основными белками крови являются сывороточные альбумины ифибриноген. Именно эти соединения обеспечивают коллоидные свойства плазмы вт.ч. её вязкость и др.

В кровинаходится целый ряд белков, представляющих собой каскадные системы,обеспечивающие осуществление жизненно важных функций организма. Сюда относятсясвёртывающая и противосвёртывающая системы крови (система фибринолиза),калликреин-кининовая система и система комплемента. Нарушение целостноститканей в результате травм, попадания в кровь чужеродных объектов (вирусы,бактерии) нарушают поверхностное натяжение и другие свойства этих коллоидныхсистем. Это приводит к активации фактора Хагемана, который запускает в действиепервые три из названных систем. Активация системы свёртывания приводит кобразованию на поверхности бактерий и вирусов, а также на повреждённых тканяхнитей фибрина из фибриногена. Одновременно фактор Хагемана активирует плазминиз системы фибринолиза, который разрубает нити фибрина на фибринпептиды. Т.о.запускается каскад белков двух действующих в противоположном направлениисистем, которые приходят в динамическое равновесие между собой. При этомрастворённый в плазме в виде золя фибриноген ферментативным способом переходитв фибрин, представляющий собой гель и обратно, подобно тому как это происходитпри изотермическом обратимом переходе золь в гель и обратно, что получилоназвание тиксотропии. Явление тиксотропии ранее было описано вне живогоорганизма   (Г. Фрейндлих). Тиксотропные структуры возникают лишь приопределённой концентрации коллоидных частиц и электролитов и относятся к коагуляционнымструктурам, образующимся при определённых условиях. В нашем примере такойпереход осуществляется под действием ферментов свёртывающей ипротивосвёртывающей систем крови.

Активацияфактором Хагемана калликреин-кининовой системы также приводит кпоследовательной, каскадной активации белков этой системы, расширениюкапилляров и повышению их проницаемости.

Системакомплемента имеет колоссальное значение в сохранении иммунного гомеостаза иборьбе с чужеродными агентами (бактерии, вирусы, злокачественные клетки).Система состоит из 25 белков, которые активируются компонентом С3 ипоследовательно переходят в состояние золь-гель, присоединяясь к комплексуантиген-антитело.

Липидынаходятся в плазме в виде эмульсий. Частицы дисперсной фазы липидных эмульсийполучили название хиломикронов. Дисперсное состояние и величина хиломикроновнапрямую зависят от участия в процессе их эмульгации белковых молекул. Белкиспособствуют эмульгированию липидов, находящихся в плазме, осуществляют ихтранспорт и как бы передают другим белкам при передаче через мембраны. Хиломикроныкрови состоят из холестерина и жирных кислот, нейтральных липидов ифосфолипидов с присоединенными к ним молекулами белков. В клинической практикеих называют липопротеидами высокой (ЛПВП) и низкой (ЛПНП) плотности.Определение их количественного содержания в крови пациентов имеет большоезначение в диагностике гиперхолестеринемии и борьбы с ней.  

Припатологических состояниях в плазме крови могут оказаться вещества различнойхимической природы, которые в норме либо отсутствуют в ней, либо присутствуют вочень небольших количествах. Так, при заболеваниях, сопровождающихсянарушениями выделительной функции пораженных органов, в плазме крови резкоизменяется содержание ряда ее компонентов: при желтухах резко возрастаетсодержание желчных кислот и продуктов распада гемоглобина, при уремии –продуктов катаболизма белков мочевины и креатинина, ионов калия; при различныхинфекциях в ней появляются микробные токсины белковой или полисахахариднойприроды, при химических отравлениях — чужеродные химические вещества. Измененияв белковом составе плазмы крови могут происходить при многих заболеваниях. Онибывают наиболее выражены при миеломной болезни и болезни Вальденстрема, прикоторых в крови в больших количествах обнаруживаются так называемые парапротеины- макроглоблины М типа белка Бенс Джонса, а также при коллагенозах излокачественных новообразованиях, сопровождающихся гиперпродукциейиммуноглобулинов. Эти изменения нарушают биохимический состав и влияют наколлоидные свойства плазмы крови и те функции, которые функции, которые должнывыполнять ее коллоидные компоненты. Так, например, нарушения в системахсвертывания – противосвертывания крови сдвигает динамическое равновесие междуними в сторону преобладания процесса свертывания, что приводит к образованиютромбов в кровеносных сосудах. Это, в свою очередь, является патогенетическойосновой развития инфарктов миокарда, ишемических инсультов головного мозга итромбозов сосудов любой локализации.

2. Лимфа

 

Подобно кровилимфа состоит из жидкой части и форменных элементов. Причем эритроцитов в нейнаходится очень незначительное количество.

Качественныйсостав жидкой части лимфы совершенно одинаков с составом плазмы крови, но вколичественном отношении резко отличается. Лимфа содержит меньше плотных веществ,особенно мало в ней фибриногена и протромбина, Количество же минеральныхвеществ (особенно солей натрия) в лимфе больше чем в плазме крови. Лимфаявляется посредницей между кровью и каждой клеткой организма, осуществляятранспорт к клеткам питательных веществ и унося от них продуктыжизнедеятельности. Лимфа, оттекающая от кишечника, содержит в большихколичествах продукты пищеварения, которые она получает во время всасывания. Онаносит название хилюса и представляет собой эмульсию, содержащую крупные хиломикроныэмульгированного жира. Точный состава лимфы не известен. Он очень подвержениндивидуальным колебаниям. На него влияют такие факторы как состояние иммуннойсистемы, деятельность различных органов и систем, кровяное давление и др.

3.Соединительная ткань

 

Соединительнаяткань является универсальной тканью организма. Она присутствует практически вовсех органах, образуя их строму (каркас). Помимо разнообразия клеточныхэлементов (более 10 разновидностей высокодифференцированных клеток) важнойсоставляющей частью соединительной ткани являются волокна. Основными видамиволокон являются коллагеновые, эластические, гиалиновые и другие. Биохимическойосновой строения волокон являются полимеры белков: коллаген, эластин, гиалин,оссеин. Они, удерживая воду, образуют пространственные структурные сетки,обладая всеми свойствами гелей. Наиболее богато гелевые структуры представленыв хрящах, костной ткани, суставно-связочном аппарате, строме кровеносныхсосудов, коже. В их состав входят также такие белковые полимеры какхондроитинсульфат и гиалуроновая кислота. Последняя в совокупности с ферментомгиалуронидазой, изменяющей коллоидные свойства гиалуроновой кислоты, образуетдинамически функционирующую систему, позволяющую регулировать проницаемостьсосудистой стенки и обновлять волокнистые структуры. Белки волоконпродуцируются клетками соединительной ткани, к которым относятся такжехондроциты, остеобласты и остеокласты. Через соединительнотканные структурыосуществляется целый ряд процессов: транспорт и распределение воды, солей идругих веществ, регуляция энзиматических реакций, восстановление тканей,подавление инфекций и многие другие процессы. Соединительная ткань выполняетглавную опорную функцию в организме, является основой построения костногоскелета, суставов, связок, фасций и стромы внутренних органов. В процессестарения белки волокон теряют свои гидрофильные свойства за счет частичнойпотери ими четвертичной или третичной структуры. При этом на поверхностибелковых молекул уменьшается количество гидрофильных (карбоксильных, амино- исульфгидрильных) групп, способных в силу электростатических взаимодействий притягиватьмолекулы воды. Одновременно на их поверхности увеличивается количествогидрофобных (углеводородных) групп. Этот процесс приводит к тому, что тонкиенити соединительнотканных волокон «сшиваются» друг с другом в грубые канаты, ипроисходит обезвоживание, сжатие и ухудшение питания клеток внутренних органовчерез соединительную ткань, происходят нарушения их функций. Именно в этом взначительной степени и заключается процесс появления морщин на коже, ееистончение. К настоящему времени многие вопросы, связанные с изучениембиохимических, коллоидных и других свойств соединительной ткани, остаются безответа. Решение их помогло бы добиться значительных успехов в изучениипатогенеза и лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата, коллагенозов исоединительнотканных опухолей.

Практическилюбая жидкость или ткань организма человека представляет собойколлоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, содержимоежелудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость, моча. Припатологических изменениях в организме в коллоидном состоянии находятся белкиотечной жидкости (транссудаты) или белки в воспалительных экссудатах. Нарушениеколлоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованиютромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов. В желчи и моче приэтом образуются камни, в суставной ткани – выпадение солей мочевой кислоты(подагра).

Глава 3.Коллоиды как лекарственные средства.

Стольчужеродно звучащее слово «коллоид» происходит от греческого слова «коlla»– клей. Коллоиды знакомы нам под другими названиями. Так, большие молекулыпротеинов, полисахаридов и нуклеиновых кислот в нашем организме являются не чеминым, как коллоидами.
«Кровь, кожа и многое другое представляют собой коллоидные системы, – объясняетпрофессор Маркус Антониетти из института Макса Планка по изучению коллоидов играничных поверхностей. – Само собой разумеется, что мы берем природу заобразец, когда создаем коллоиды сами. Между тем мы можем мастерить молекулы сразличными функциями».

В химииполимеров стали возможными новые методы синтеза, с помощью которых химическаясистема может быть нарезана на частички, имеющие размеры в области нанометров.Тем самым ученые могут изготовлять коллоидные шарики из полистирола, на которыхони прикрепляют тысячи щупальцеобразных акцепторов. Такие ловушечки изблокполимера, состоящего из стирола и винилпиридина, позволяют, например,«выуживать» ртуть из крови при отравлении ртутью. Коллоиды, построенные такимобразом, чрезвычайно реакционноспособны. Они могут связывать ионы тяжелыхметаллов в количестве, составляющем до 16 процентов их массы.

В настоящеевремя в медицине уже используются так называемые липосомы. Липосомы похожи накрохотные капсулы. Они состоят из обертывающей мембраны и внутренней полости,наполненной активным веществом, растворимым в воде или в масле. Посколькуструктура липосомной оболочки воспринимается мембранами клеток как своя, умаленьких транспортных капсул меньше проблем при преодолении естественныхбарьеров кожи, чем у “незапакованных” активных веществ. В глубинных слояхверхней кожи липосомы должны отдать свой груз активного вещества клеткам, асвоей опустевшей оболочкой укрепить межклеточное пространство.

Липосомы, илилипидные пузырьки, известны давно, да и знакомы, наверно, каждому: очень похожина них те капельки жира, которые попадают в воду, но это, разумеется, сходствочисто внешнее. Липосомы представляют собой замкнутые пузырьки воды, окруженныеодним или несколькими слоями липидов. Размеры и форма липосом зависят от многихфакторов: кислотности среды, присутствия солей и т.п. Впервые на них обратилвнимание английский исследователь Алек Бангем с коллегами в 1965 году. Онизаметили, что липосомы (это название утвердилось года три спустя) весьманапоминают мембраны клеток. В те годы уже было известно, что клеточные мембранывыполняют много функций, и липосомы сразу же стали важным инструментом для ихизучения. Как модели мембран, липосомы позволили исследовать ряд их свойств:электрическое сопротивление, проницаемость для молекул воды, для ионов и другихзаряженных частиц, а также для содержимого клеток. Липосомы используются, крометого, для изучения действия на мембраны витаминов, гормонов, антибиотиков идругих препаратов. Эта сторона дела привлекла наибольшее вниманиеисследователей, поскольку выяснилось, что липосомы хорошо справляются с рольюносителей лекарств.

        

/>

Липосомымогут быть однослойными (диаметр 250...300 ангстрем) и многослойными (5...50микрометров). Заштрихованные тоны – место нахождения воды, светлые –бимолекулярный липидный слой, «хвосты» составляющих его молекул обращены внутрьслоя.

Какие жекачества липосом дают им преимущества перед другими носителями лекарств? Преждевсего, это сродство с природными мембранами клеток по химическому составу.Известно, что липиды, входящие в состав мембран, занимают от 20 до 80 процентових массы. Поэтому при правильном подборе компонентов липосом их введение ворганизм не вызывает негативных реакций.

Второе важноесвойство липосом – это универсальность. Благодаря полусинтетической природеможно широко варьировать их размеры, характеристики, состав поверхности. Этопозволяет поручать липосомам переносить широкий круг фармакологически активныхвеществ: противоопухолевые и противомикробные препараты, гормоны, ферменты,вакцины, а также дополнительные источники энергии для клетки, генетическийматериал.

В-третьих,липосомы сравнительно легко разрушаются в организме, высвобождая доставленныевещества, но в пути следования липосомы, сами лишенные свойств антигена,надежно укрывают и свой груз от контакта с иммунной системой и, стало быть, невызывают защитных и аллергических реакций организма.

Важную рольиграет также характер взаимодействия липосом с клетками. Оно может приниматьразные формы: самая простая – липосомы адсорбируются (прикрепляются) наклеточной поверхности. Дело может на этом закончиться, а может пойти дальше:липосому поглотит клетка (этот процесс «заглатывания» называется эндоцитоз), ивместе с ней внутрь клетки попадут те вещества, которые она доставила. Наконец,липосомы могут слиться с мембранами клеток и стать их частью. При этом могутизменяться свойства клеточных мембран: например, их вязкость и проницаемость,величина электрического заряда. Может также увеличиться или уменьшитьсяколичество каналов, проходящих через мембраны. Таким образом, благодарялипосомам появляется новый способ направленного воздействия на клетку, которыйможно назвать «мембранной инженерией».

/>

Формывзаимодействия липосом с мембраной клетки: липосома может увеличитьпроницаемость мембраны – вызвать образование дополнительных каналов (I); можетприкрепиться к мембране – адсорбироваться (II); важная форма взаимодействия –поглощение липосомы клеткой, в этом случае вещество, принесенное липосомой,попадает непосредственно в клетку (III); иногда клеточная мембрана и липосомаобмениваются липидами (IV), а в других случаях мембраны липосомы и клеткисливаются (V).Как носители лекарств липосомы наиболее широкое применениеполучили в экспериментальной онкологии. Суть в том, что существует ряд препаратов,весьма эффективно разрушающих злокачественные клетки или тормозящих их рост.Однако применить их в терапевтических целях не всегда возможно из-за их большойтоксичности или плохой растворимости в воде. С помощью липосом эти трудностиможно преодолеть. Так, в одной лаборатории с помощью липосом вводили мышам,больным лейкемией, нерастворяющиеся препараты и наблюдали замедление ростачисла злокачественных клеток. Другие исследователи нагружали липосомыантрациклинами: эти вещества активны против широкого круга злокачественныхопухолей, но весьма ядовиты для остальных тканей, особенно для сердечной мышцы,– и вредное воздействие этих соединений значительно снижалось, что, какследствие, позволяло существенно увеличивать их дозы.

Липосомыможно использовать и для борьбы с инфекционными заболеваниями. Обычныйлейшманиоз лечат препаратами сурьмы, которые весьма токсичны. Но когда их ввелиэкспериментальным животным с помощью липосом, то они стали подавлятьразмножение возбудителей болезни в клетках печени в сотни раз эффективнее, чемобычно, а токсическое действие на сердце и почки заметно снизилось, чтопозволило увеличить дозу препарата. Сходные результаты были получены и прилечении похожих на лейшманиоз грибковых заболеваний – криптококкоза игистоплазмоза.

Когдамикроорганизмы – возбудители болезней «прячутся» внутри клеток, то тем самымони защищаются как от иммунной системы организма (антител), так и от действиялекарств. Иногда макрофаги, захватив болезнетворные бактерии, не могут ихпереварить. Во всех таких случаях заболевание приобретает затяжное, хроническоетечение, и тогда необходимо, чтобы лечебные средства могли проникать внутрьзараженных клеток, причем в нужной для лечения концентрации. Результатыэкспериментов группы американских исследователей, которые работали смакрофагами мышей, зараженных бактериями мышиного брюшного тифа, показали, чтолипосомы и здесь значительно повышают эффективность лечения: они доставлялимакрофагам антибиотик цефалотин, и число бактерий внутри клеток снизилось намногосильнее, чем при обработке таких же клеток чистым антибиотиком. При этомудавалось достичь весьма высокой его концентрации внутри клеток, то есть именнотам, где находились возбудители заболевания.

Другиеисследователи, используя антибиотик гентамицин, заключенный в липосомы,получили такие же результаты против возбудителей бруцеллеза, причем опыты былипроведены как на культуре клеток, так и на животных – морских свинках.

Такимобразом, липосомы помогают дольше сохранять высокий уровень концентрации лекарственныхпрепаратов в крови и в клетках, а также помогают им проникнуть в те области,куда без липосом они попасть не могут.

Формывзаимодействия липосом с клетками, во многом объясняют их способностьпреодолевать некоторые анатомические барьеры организма, в частности, стенкижелудочно-кишечного тракта. Это обстоятельство было использовано для лечениясахарного диабета путем введения инсулина преорально в липосомах. Опытыпроводились на крысах, у которых предварительно искусственным путем вызывалисахарный диабет, И оказалось, что введение инсулина в липосомах вызывалоснижение сахара в крови животных, ибо липосомы защищают этот гормон отразрушения желудочно-кишечном тракте. В настоящее время исследования в этомнаправлении продолжаются. Цель их – добиться возможности лечения диабетавведением инсулина через рот, что будет большим подарком для больных этойтяжелой болезнью.

Былипредприняты попытки введения таким методом и других веществ. Они не всегдаоказывались удачны, однако некоторых случаях был достигнут несомненный успех.Так, в опытах на животных удавалось ввести в липосомах через желудочно-кишечныйтракт активаторы выработки интерферона, разрушающий тромбы террилитин, витаминК и другие вещества. Такой путь введения в организм ряда лекарств являетсявесьма перспективным, особенно в тех случаях, когда их инъекции менеежелательны или вообще невозможны. Но пока еще не совсем понятно, почему однивещества, заключенные в липосомы, проходят сквозь стенку кишечника, а другиеэтого сделать не могут. Механизм этого явления в настоящее время изучается.

Использованиелипосом для точной, целенаправленной доставки лекарственных веществ имеет,однако, и определенные ограничения. После попадания в организм большая частьлипосом поглощается клетками ретикулоэндотелиальной системы, состоящей восновном из макрофагов, способных поглощать из крови посторонние частицы иуничтожать (переваривать) их, что необходимо для поддержания постоянствавнутренней среды. Наибольшее скопление этих клеток находится в печени, селезенке,костном мозге, лимфатических узлах и кровотоке. Поэтому, если цель введениялипосом заключается в их контакте с клетками ретикулоэндотелиальной системы, топроблем почти не возникает: липосомы туда попадут (возбудители инфекционныхзаболеваний, о лечении которых мы говорили выше, находились именно в такихклетках). Если же требуется, чтобы липосомы доставили свое содержимое в другиеместа, то добиться этого сложнее.

Однакоисследования, проведенные в последние годы, позволяют надеяться на преодолениеи этого препятствия в ближайшем будущем.

Во Всесоюзномкардиологическом научном центре, в лаборатории В.П. Торчилина былосуществлен направленный транспорт липосом в зону экспериментального инфарктамиокарда. Сделали это с помощью антител к миозину – белку сердечной мышцы.Антитела были прикреплены химически к поверхности липосом. Липосомынакапливались как в зоне инфаркта, так и в нормальной ткани сердца (то естьтам, где был миозин), хотя значительная их часть все же локализовалась вклетках печени.

Весьма эффективнымоказалось также введение липосом внутривенно. При этом в печень и селезенкупопадает липосом во много раз больше, чем при введении их через брюшину иособенно под кожу.

Такимобразом, комбинируя способы введения, можно надеяться на успешное лечение спомощью липосом и тех заболеваний, которые мало связаны с клеткамиретикулоэндотелиальной системы.

/>

Исследованияпоследних лет установили, что система макрофагов играет важную роль в защитеорганизма от различных инфекций и новообразований (опухолей). Макрофагиспособны уничтожать как опухолевые клетки, так и клетки, пораженные вирусами,не затрагивая при этом нормальные, здоровые клетки. Но делают все это макрофагилишь в активированном состоянии. А активируют их лимфоциты, которые выделяютдля этого специальные вещества – лимфокины.

 В 1981 годубыло установлено, что способность лимфокинов и мурамилдипептида активироватьмакрофаги значительно возрастает, если эти вещества вводить в липосомах. Приэтом наблюдается увеличение длительности их действия, иногда до несколькихсуток. Важно и то, что удается во много раз снизить их дозы без ущерба дляэффективности. Интересно отметить, что оба препарата, заключенные в одни и теже липосомы, при активации усиливали действие друг друга.

Мурамилпептидв липосомах оказался также весьма эффективным против вируса герпеса, а всочетании с таким препаратом, как глюкантин, – и против уже упоминавшегосялейшманиоза.

Такимобразом, практическое использование липосом в лечении ряда заболеваний являетсявесьма перспективным направлением фармакологии, основанном на достижениях визучении коллоидных свойств веществ, частности билипидных слоев.

 Наоснове твердых коллоидов можно создавать защитные оболочки из белковых тел.Таким способом в капсуле наночастиц удалось бы с потоком крови доставитьнерастворимые в крови лекарства к месту действия. «Особенно полезными были бытакие нанокапсулы, – заявил Антониетти, – которые благодаря дополнительномупомещению в них какого-нибудь антитела были бы адресными и целенаправленномогли посылаться к определенному типу клеток».При такой форме применениялекарственное средство действует только в очаге заболевания, так что достаточнолишь незначительной дозы препарата. Кроме того, такие наночастицы так малы, чтомогут проходить через большинство барьеров, например через стенки кишечника.Правда, такие нанокапсулы не должны вызывать побочного действия в организме.

/>

Шарики, палочки, диски – различные
формы коллоидных частиц

Но коллоиды вмедицине, конечно, способны на большее. Гели, которые содержат полимерыколлоидных частиц, реагируют на внешние факторы, такие, как изменения значенийрН, температуры или силы электрического поля. В кислой среде желудка такой гелькоагулирует, а в слабокислой среде кишечника, напротив, разбухает. Гели моглибы стать идеальным транспортным средством для медикамента, который долженпроявить свое действие только в кишечнике.

Несомненно,существует целая палитра возможных новшеств в медицине. Например, в эндоскопиипокрывают кабель-зонд из стекловолокна коллоидным гелем. Гель то разбухает, тоснова сжимается, когда накладывается переменное напряжение. В результате кабельпродвигается вперед. Сейчас в Японии проводят опыты по внедрению такихискусственных роботов – «дождевых червей» в хирургию минимального вмешательствав организм. Большим преимуществом метода является то, что не нужно с усилиемпроталкивать эндоскоп через сосуды, он сам себе прокладывает путь.

Когда химикВольфганг Оствальд первый раз увидел коллоиды под микроскопом в двадцатых годахXX в., он уже тогда осознал их громадный потенциал: «Я не знаю ни одной областинынешних естественных наук, которая так или иначе не затрагивала бы так много итаких разнообразных областей интересов. Конечно, теория атомов ирадиоактивность тоже интересует каждого. Но эти вдохновенные деликатесысравнимы с химией коллоидов, которая для многих областей необходима какнасущный хлеб».
Тем не менее прошло более семидесяти лет, прежде чем открытие получило новуюжизнь.

Заключение

 

Коллоидныедисперсные системы (дисперсии) – микрогетерогенные образования, в которых одномелкораздробленное вещество – дисперсная фаза – равномерно распределено(диспергировано) в другой фазе – дисперсионной среде. В коллоидных системахразмер частиц дисперсной фазы составляет 10–9–10–7 м,т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта областьпревосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимогов обычном оптическом микроскопе.

Вся природа —организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра —представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипныхгрубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполнеуниверсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело.Этим определяется особое положение коллоидной химии – науки, занимающейсяизучением коллоидных систем и их поверхностных явлений, развитие которойосуществляется в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, частоне связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельскогохозяйства.

Важный вкладв изучение коллоидных систем организма человека внесли труды Л. Михаэлиса,Г.Шаде, В. Оствальда, П. Ребиндера, Ф.Гофмейстера, Э. Абдергальдена,Г.Фрейндлиха и др.

Коллоиднаяхимия изучает все многообразие коллоидных систем, включающее следующие их типы:

1.Золи. 2.Гели.3. Эмульсии. 4. Пены. 5. Аэрозоли.

Основнымисвойствами коллоидного состояния веществ в биологических системах являются: 1.Броуновскоедвижение частиц дисперсной фазы. 2. Неспособность к ультрафильтрации ипрохождению их через полупроницаемые мембраны. 3. Низкие значения илиотсутствие осмотического потенциала. 4.Способность к коагуляции. 5.Поверхностные свойства – способность к адсорбции различных веществ. 5. Переходызоль-гель и обратно.6. способность к набуханию.

Глобальнаяроль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами такихбиологических образований как живые организмы. Все вещества организма человекапредставляют собой коллоидные системы.

Коллоидыпоступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеваренияпревращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.

Коллоидно-химическаяфизиология человека – это раздел науки, изучающий функционирование систем организмачеловека, образующих коллоидные соединения.Можно сказать, что весьорганизм человека – это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностнымиявлениями.

Из коллоидов,богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды,легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима самажизнь.

С точкизрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собойсложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии.Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Ужесама клетка представляет собой сложный комплекс коллоидных образований,основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро, ЭПР и др.Основными функциями коллоидов мембран клетки являются: барьерная,метаболическая, разделительную, каркасную, защитную поддержания тургора врастительных клетках, транспортная, контактная (плазмодесмы, десмосомы),ферментативная и другие. Мембраны принимают участие в образовании клеточныхорганелл (ядра, митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи и др.). Одной изважнейших функций мембран является их участие в лиганд-рецепторномвзаимодействии (гликокаликс), обеспечивающем «узнавание» и распознаваниечужеродной антигенной информации и обеспечение так называемых клеточныхконтактов.

Гиалоплазмаклеток также представляет собой сложную коллоидно-дисперсную систему, в функциикоторой входит формирование цитоскелета клетки (коллоидно-белковая система,пронизывающая клетку). Цитоскелет обеспечивает движение клеток, цитоплазмы,органелл, транспорт веществ и формирует каркас клетки. Гиалоплазма и ееколлоиды объединяют клетку в единое целое.

Наиболееизученной является такая коллоидная система организма как кровь. Кровь – этосовокупность дисперсных систем. В плазме крови дисперсной фазой являются белкии жиры, а дисперсной средой вода. В свою очередь, форменные элементы кровимогут рассматриваться как дисперсная фаза по отношению к плазме, которая в этомслучае выполняет роль дисперсной среды. Сами клетки крови – тромбоциты,эритроциты, лейкоциты представляют собой, как и любые другие клетки организма,сложные по составу дисперсные системы. Важнейшие функции крови – дыхательная,питательная, транспортная, выделительная, терморегуляционная, регуляторная (pH, гормоны и др.),защитная (системы свёртывания — противосвёртывания, антитела, цитокины).

Практическилюбая жидкость или ткань организма человека представляет собойколлоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, лимфа, молокосодержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость, моча.

Моча представляетсобой гидрофильный золь, состоящий из мицелл уратов, фосфатов и оксалатов.Молоко грудных желез и лимфа это сочетание эмульсии с белковым золем.Соединительнотканные волокна это гели.

Припатологических изменениях в организме в коллоидном состоянии находятся белкиотечной жидкости (транссудаты) или белки в воспалительных экссудатах. Нарушениеколлоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованиютромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов. В желчи и моче приэтом образуются камни, в суставной ткани – выпадение солей мочевой кислоты(подагра).

Такимобразом, коллоидные системы суть основа химического состояния всех веществ, изкоторых построены клетки, ткани и органы организма человека. Этим и обусловленомногообразие функций, которые обеспечивают в организме коллоидные системы.Многообразие их функций можно условно разделить на 3 группы, которые безусловнотесно связаны между собой.

1.Функции,связанные с физико-химическими свойствами коллоидов:

1.1Обеспечение и регуляция проницаемости мембран

1.2 Регуляцияонкотического и (в меньшей степени) осмотического давления.

1.3Обеспечение и регуляция поверхностного натяжения сред организма.

1.4 РегуляциярН

1.5Ферментативная функция.

1.6Детоксикация организма.

2.Функцииобщебиологического значения:

2.1 Барьернаяи разделительная.

2.2Опорно-двигательная.

2.3Транспортная

2.4Питательная.

2.5Биосинтетическая.

2.6Дыхательная.

2.7Выделительная.

2.8Терморегуляционная.

2.9Репродуктивная.

2.10Обеспечение клеточных контактных взаимодействий и распознавание генетическойинформации.

2.11 Защитная(иммунологические реакции, антитела – иммуноглобулины).

3.Специфическиефункции:

3.1Регуляторные белки (гормоны, медиаторы иммунитета – цитокины, и др.)

3.2Обеспечение свертывания крови и фибринолиза

3.3 Регуляциясосудистого тонуса (калликреин-кининовый каскад, система белковренин-ангиотензин и др.).

3.4Обеспечение иммунологических реакций (каскад белков системы комплемента и др.).

3.5Рецепторная.

Применениеколлоидов находит все большее применение в медицинской практике.

Отиспользования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии иприменения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка доиспользования гидрокси алюминия в качестве стабилизатора и носителялекарственных веществ и далее к использованию липосом и нанокапсул.

Библиография:

1.        ФроловД.Г. Курс коллоидной химии. М., 1989

2.        Петрянов-СоколовИ.В. Коллоидная химия и научно-технический прогресс. М., 1988

3.        ПасынскийА. Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 1968

4.        ВоюцкийС. С., Курс коллоидной химии, М., 1964

5.        РебиндерП. А., Влодавец И. Н., Физико-химическая механика пористых и волокнистыхдисперсных структур, в кн.: Проблемы физико-химической механики волокнистых ипористых дисперсных структур и материалов, Рига, 1967

6.        РебиндерП. А., Фигуровский Н. А., Коллоидная химия, в кн.: Развитие физической химии вСССР, под ред. Я. И. Герасимова, М., 1967, с. 239

7.        ЗбарскийБ.И., Иванов И. И., Мардашёв С. Р., Биологическая химия, М., 1954

8.        ФуксН. А., Механика аэрозолей, М., 1955

9.        Эмульсии,пер. с англ., Л., 1972

10.     Bild der Wissenshaft, 1994. — B. 11, S. 38–41

11.     РубинштейнД. Л., Физико-химические основы биологии, М.,1932

12.     ШадеГ., Физическая химия во внутренней медицине, Л.,1930

13.     Аэрозоли— пыли, дымы и туманы, пер. с англ., Л., 1969

14.     АбдергальденЭ., Учебник физиологической химии, М.,1934