Гетерогенные процессы в живом организме кратко

Обновлено: 05.07.2024

Гетерогенные процессы и их значение в процессах жизнедеятельности организма. Закономерности образования и растворения малорастворимых солей в организме человека. Физико-химические основы развития таких заболеваний как мочекаменная болезнь, рахит, подагра.

Рубрика	Медицина
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	09.04.2019
Размер файла	12,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Гетерогенные процессы, их биологическая роль и применение в медицине

Xугаева А.И., Неёлова О.В.

Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова

Гетерогенные процессы имеют важное значение в процессах жизнедеятельности организма и позволяют понять механизм формирования вещества костной ткани, действие кальциевого буфера, физико-химические основы развития таких заболеваний, как мочекаменная болезнь, рахит, подагра и др., а также обосновать ряд терапевтических мероприятий и диагностических методов исследования. Глубокое понимание закономерностей образования и растворения малорастворимых солей в организме человека необходимо будущему врачу.

В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксофосфат кальция Ca5(PO4)3OH [1]. Наряду с кристаллическим гидроксофосфатом кальция в состав костной ткани входит аморфный фосфат кальция Са3(РО4)2, придающий гибкость костной ткани, содержание которого с возрастом уменьшается. Образованию Ca5(PO4)3OH способствует слабощелочная среда (рН?8,3); в более кислой среде происходит процесс деминерализации. При образовании костной ткани зуба наряду с гидроксофосфатом кальция в эмали зуба образуется и фторидфосфат кальция Са5(РО4)3F, менее растворимое и механически более прочное соединение. Кроме того, повышенная концентрация ионов кальция в слюне (одноименный ион) приводит к его стабилизации. Причиной кариеса является растворение гидроксофосфата кальция под действием кислот, содержащихся в слюне. Поскольку Са5(РО4)3F более устойчив к действию кислот необходимо применять зубные пасты, содержащие ионы Са2+ и F-, стабилизирующие эмаль зуба. гетерогенный соль организм человек

Костная ткань взрослого человека находится в стационарном состоянии. Ежедневный обмен кальция в составе костной ткани составляет 0,7-0,8 г. Полная перестройка костной ткани осуществляется приблизительно каждые 10 лет. Поддержание в организме концентрации ионов кальция на постоянном уровне (2,25-2,75 ммоль/л) обеспечивают костная ткань и плазма крови. Эту систему нужно рассматривать как кальциевый буфер, функционирование которого регулируется гормонами. При понижении концентрации ионов кальция в крови активируется резорбция (рассасывание) костной ткани специальными клетками - остеокластами. При этом в межклеточном веществе образуются органические кислоты, в основном, молочная, способствующие растворению фосфатов кальция. При повышении концентрации ионов кальция уменьшается число остеокластов, угнетается резорбция костной ткани и активируется минерализация.

Механизм гетерогенных процессов лежит в основе и ряда патологических состояний. Кроме фосфатов ионы кальция в условиях организма образуют и другие малорастворимые соединения. Например, образование карбоната кальция СаСО3 является причиной атеросклеротического кальциноза. Развитию мочекаменной болезни способствует образование оксалата кальция СаС2О4, фосфата аммония магния NH4MgPO4, карбонатфосфата кальция Са10(РО4)6СО3*Н2О, мочевой кислоты и ее солей.

Костная ткань способна к изоморфному замещению ионов ее компонентов в узлах кристаллической решетки на другие компоненты. Явление изоморфизма может служить причиной ряда патологий. Так конкурентное замещение кальция на стронций, образующий менее растворимое соединение Sr5(PO4)3OH приводит к развитию стронциевого рахита, вызывающего хрупкость костей. Замещение кальция на бериллий вызывает беррилоз - размягчение костей.

Гетерогенные процессы используются и для коррекции некоторых патологических состояний. Например, реакции осаждения используют при отравлении щавелевой кислотой или ее солями, вводя в качестве антидота раствор СаCl2, при отравлении солями бария промывают желудок раствором MgSO4. Реакции растворения осадков применяют реже. Например, лечение подагры и мочекаменной болезни проводят солями лимонной кислоты, виннокаменной кислоты и ее солями, солями лития. Некоторые малорастворимые соединения используют в фармакотерапии. Их действие основано на совмещении гетерогенного и протолитического равновесий. Гидроксид алюминия, составляющий его основу, является антацидным средством. Растворение гидроксида алюминия прекращается при рН=4, что предотвращает полную нейтрализацию желудочного содержимого. При этом переваривающая активность уменьшается, но не прекращается. Нерастворившаяся часть Аl(ОН)3 оказывает обволакивающее и адсорбирующее действие.

Подобные документы

Особенности и роль пищеварительной системы в процессах жизнедеятельности организма человека. Процесс начальной обработки. Механизм секреции желудочного сока. Роль и значение витаминов в организме человека, их классификация и краткая характеристика.

реферат [22,7 K], добавлен 09.07.2010

Строения и активные формы аскорбиновой кислоты. Биосинтез в растениях. Биологическая роль жизнедеятельности организма человека. Содержание в некоторых пищевых продуктах. Применение витамина С в медицине и его источники среди растительных культур.

курсовая работа [1,8 M], добавлен 07.03.2015

Характеристика железа, его физические, химические и биологические свойства. Железо в составе гемоглобина и миоглобина человека. Количество гемоглобина в крови человека. Уровень железа в плазме крови. Процессы разрушения и образования эритроцитов.

реферат [36,1 K], добавлен 13.02.2014

Изучение безусловных и условных рефлексов. Процессы иррадиации, концентрации и индукционной восприимчивости как основы развития психической деятельности организма. Описание парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы.

реферат [21,3 K], добавлен 09.07.2010

Анамнез заболевания и жизни. История развития мочекаменной болезни, объективные обследования больного. Состояние систем организма, органов пищеварения. Обоснование предварительного диагноза, клинические исследования. Патогенез заболевания и его лечение.

история болезни [26,6 K], добавлен 24.10.2013

Рахит как заболевание растущего организма, возникающее в результате полигиповитаминоза. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена, процессов костеобразования и минерализации костей. Предрасполагающие факторы. Симптомы гиперплазии остеоидной ткани ребенка.

презентация [1,3 M], добавлен 23.10.2013

Классификация биоритмов. Процессы анаболизма и катаболизма в клетке. Факторы, угнетающие биоритмы клеток. Влияние Луны на периодические процессы в природе и организме человека. Сезонная активность органов. Биоритмология и здоровье, хрономедицина.

В основе растворения в-ва в растворителе лежит межмолекулярные взаимодействия между ними с образ. Сольватов. В-ва по растворимости: неограниченные (истинные), ограниченные.
При контакте малорастворимого сильного электролита с растворителем очень низкая часть его диссоциирует.

Гетерогенное равновесие – Получение раствора с осадком – равновесная гетерогенная с-ма:

Условия образования и растворения осадков

Осадок малорастворимого сильного электролита растворяется, если в растворе над осадком этого малорстворимого электролита создать условия, при кот. Стехиом. Произв. Конц. ионов станет меньше его произведения растворимости, т.е. ненасыщенные раствор

Растворимость труднорастворимых электролитов понижается в присутствии др. сильных эл, имеющих одноименный ион.

Гетерогенные процессы в живом организме.

Наиболее важные – при образовании костной ткани, а также различного вида камней при почечной и желчнокаменной болезнях. Желчнокаменная болезнь связана с обр. холестериновых камней, билирубината кальция, карбоната кальция. Отложение карбоната кальция может происходить на стенках кровеносных сосудов, вызывая кальциноз.

В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксофосфат кальция Ca5(PO4)3OH [1]. Наряду с кристаллическим гидроксофосфатом кальция в состав костной ткани входит аморфный фосфат кальция Са3(РО4)2, придающий гибкость костной ткани, содержание которого с возрастом уменьшается. Образованию Ca5(PO4)3OH способствует слабощелочная среда (рН≈8,3); в более кислой среде происходит процесс деминерализации. При образовании костной ткани зуба наряду с гидроксофосфатом кальция в эмали зуба образуется и фторидфосфат кальция Са5(РО4)3F, менее растворимое и механически более прочное соединение. Кроме того, повышенная концентрация ионов кальция в слюне (одноименный ион) приводит к его стабилизации. Причиной кариеса является растворение гидроксофосфата кальция под действием кислот, содержащихся в слюне. Поскольку Са5(РО4)3F более устойчив к действию кислот необходимо применять зубные пасты, содержащие ионы Са2+ и F–, стабилизирующие эмаль зуба.

Костная ткань взрослого человека находится в стационарном состоянии. Eжедневный обмен кальция в составе костной ткани составляет 0,7-0,8 г. Полная перестройка костной ткани осуществляется приблизительно каждые 10 лет. Поддержание в организме концентрации ионов кальция на постоянном уровне (2,25-2,75 ммоль/л) обеспечивают костная ткань и плазма крови. Эту систему нужно рассматривать как кальциевый буфер, функционирование которого регулируется гормонами. При понижении концентрации ионов кальция в крови активируется резорбция (рассасывание) костной ткани специальными клетками – остеокластами. При этом в межклеточном веществе образуются органические кислоты, в основном, молочная, способствующие растворению фосфатов кальция. При повышении концентрации ионов кальция уменьшается число остеокластов, угнетается резорбция костной ткани и активируется минерализация.

Механизм гетерогенных процессов лежит в основе и ряда патологических состояний. Кроме фосфатов ионы кальция в условиях организма образуют и другие малорастворимые соединения. Например, образование карбоната кальция СаСО3 является причиной атеросклеротического кальциноза. Развитию мочекаменной болезни способствует образование оксалата кальция СаС2О4, фосфата аммония магния NH4MgPO4, карбонатфосфата кальция Са10(РО4)6СО3·Н2О, мочевой кислоты и ее солей.

гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов.

Формирование костной ткани – результат протекания процессов осаждения- минерализации и растворения – деминерализации. Около 30% костной ткани составляют органические соединения, в основном коллагеновые волокна, 70 % - неорганические вещества ( дентин содержит около 75% неорганического вещества и имеет очень большую плотность) . Основным минеральным компонентом костной и зубной ткани является основная соль- гидроксифосфат кальция Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (точнее Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 - гидроксиапатит).

Образование костной ткани начинается с плазмы крови и включает несколько стадий: При физиологическом значении рН крови (7,4) в системе сосуществуют ионы (30%) и .(70%).

Однако, в первую очередь в присутствии ионов Ca 2+ образуется менее растворимый CaHPO 4 (конкуренция анионов за катион):

1-я садия: Ca 2+ + ⇄ CaHPO 4 (СаНPO 4 ) = 2,710 –7

Ca(Н 2 PO 4 ) 2 = 110 –3

Коллоидный CaHPO 4 , окруженный белками и гидратной оболочкой, вместе с током крови направляется в сторону костной ткани, где в остеобластах происходит конечный этап образования костной ткани - минерализация. Способствующие факторы: рН=8, повышенная концентрация фосфат- ионов, образующихся при гидролизе сложных эфиров фосфорной кислоты, углеводов, аморфного фосфата кальция .

2- я стадия : 3CaHPO 4 + 2OH – + Ca 2+ ⇄ Ca 4 Н (PO 4 ) 3 + 2H 2 O

Са 3 (РО 4 ) 2  СаНРО 4

3-я стадия: Ca 4 H ( PO 4 ) 3 + 2 OH – + Ca 2+ ⇄ Ca 5 ( PO 4 ) 3 ОН + Н 2 О

Растворимость электролитов в ряду

CaHPO 4  Ca 4 H ( PO 4 ) 3  Ca 5 ( PO 4 ) 3 OH

постоянно понижается, что способствует образованию термодинамически устойчивой в условиях организма формы фосфата кальция:

Са 3 (РО 4 ) 2 = 210 –29 , Са 5 (РО 4 ) 3 ОН = 1,610 –58

В поверхностных слоях кости содержится небольшое количество аморфного Са 3 (РО 4 ) 2 , который придает гибкость костной ткани и является лабильным резервом кальция и фосфатов в организме. По мере взросления и старения организма его содержание уменьшается.

Костная ткань выполняет роль своеобразного минерального депо. содержащего катионы практически всех металлов, присутствующих в организме.

Часть ионов Ca 2+ в костной ткани замещена ионами Mg 2+ . Незначительная часть ионов OH – замещена ионами фтора. Это приводит к уплотнению кристаллической решетки, а следовательно, к увеличению твердости и повышению устойчивости соединения к действию кислот ( фторид-ион - менее сильное основание Бренстеда по сравнению с гидроксид-ионом). Явление замещения ионов в узлах кристаллической решетки другими ионами, имеющими сходные кристаллохимические характеристики, называется изоморфизмом .

Таким образом, помимо гидроксиапатита в состав костной ткани входят и другие неорганические минералы:

CaНPO 4 2H 2 O- гидрофосфат кальция (брушит)

Ca 5 (PO 4 ) 3 F- фторапатит (в составе зубной эмали)

Ca 10 (PO 4 ) 6 СO 3 – карбонапатит

Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 ∙ 5H 2 O- октакальция фосфат

Mg 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2

Ca 3 (PO 4 ) 2 – аморфный фосфат кальция

. В стоматологической практике как компонент биокерамики и в качестве имплантата костной ткани используют поликристаллический синтетический гидроксиаппатит, благодаря его уникальной биосовместимости чрезвычайно низкой растворимости .

Регуляция ионов кальция в плазме крови. Механизм функционирования кальциевого буфера.

Обмен ионами кальция в организме составляет до 800мг/сут . Концентрация ионов кальция в плазме крови постоянна и составляет 0,0025М, а фосфатов – 0,001М. Только половина кальция находится в ионизированном состоянии, другая половина связана с белками плазмы. Поддержание концентрации ионов кальция на постоянном уровне обеспечивает костная ткань и плазма крови; эту систему можно рассматривать как кальциевый буфер. Плазма крови представляет собой почти насыщенный раствор гидрофосфата кальция (CaHPO 4 ), находящийся в динамическом равновесии с неорганическими составными частями костной ткани, поэтому костная ткань не растворяется. Полная перестройка костной ткани происходит каждые 10 лет.

При увеличении концентрации ионов Са 2+ в плазме крови согласно принципу Ле- Шателье наблюдается сдвиг равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани. Наоборот, снижение концентрации ионов Са 2+ в плазме крови приводит к смещению равновесия в сторону растворения минеральных компонентов костной ткани, ее обызвествлению. Например, при рахите из-за недостаточности всасывания ионов Са 2+ из желудочно-кишечного тракта, при беременности концентрация ионов Са 2+ в плазме крови поддерживается постоянной за счет мобилизации (высвобождения) ионов Са 2+ из неорганических компонентов костей. Растворение костной ткани происходит в специальных клетках- остеокластах, чему способствуют: уменьшение рН, увеличение концентрации лактатов, цитратов, белков, комплексно связывающих ионы кальция, отсутствие в пище витамина Д, . являющегося проводником кальция в составе растворимого комплекса через стенки кишечника в плазму.

В полости рта в результате жизнедеятельности микробов образуются сильные кислоты: молочная, пировиноградная, янтарная, которые разрушают зубы вследствие повышения кислотности среды и за счет связывания катионов кальция в устойчивые комплексные соединения.

При небольшом понижении рН слюны и уменьшении содержания в ней ионов кальция эмаль зуба начинает растворяться, отдавая вначале катионы кальция:

Ca 5 (PO 4 ) 3 ОН + 2H +  Ca 4 Н (PO 4 ) 3 – + Ca 2+ + H 2 О

Мочевина C О( N H 2 ) 2 , входящая в состав жевательных резинок, направленно связывает избыток H + по неподеленной электронной паре атома азота и кислотность слюны понижается.

При большей кислотности среды происходит полный распад зубной эмали

Ca 5 (PO 4 ) 3 ОН + 7H +  3 + 5Ca 2+ + H 2 O

.Использование кальций и фторсодержащих зубных паст значительно повышает твердость и устойчивость зубной эмали к растворению.

Таким образом, устойчивость зубной эмали к деминерализации определяется, с одной стороны изоморфным образованием Ca 5 ( PO 4 ) 3 F , с другой – повышенным содержанием ионов кальция в слюне .

Функционирование кальциевого буфера в организме регулируется гормонально. При уменьшении концентрации ионов кальция в крови паратгормон (гормон паращитовидных желез) активирует резорбцию ( рассасывание) костной ткани остеокластами. В результате происходит деминерализация кости и повышается концентрация ионов кальция в плазме. При увеличении концентрации ионов кальция в плазме происходит активация секреции гормона кальцитонина ( гормон щитовидной железы) , который уменьшает число остеокластов, что ускоряет отложение ионов кальция в костной ткани ( минерализация ) и снижает содержание ионов кальция в крови. Из скелета без заметных нарушений опорно- двигательного аппарата может высвобождаться ионов кальция в 3 раза больше, чем их содержится во внеклеточной жидкости.

Патология костной ткани

Возможное замещение кальция на близкие ему по свойствам бериллий, стронций, барий в условиях организма строится на явлении изоморфизма ( конкуренция катионов за анион) и образовании менее растворимых соединений:

Be 5 (PO 4 ) 3 OH, Sr 5 (PO 4 ) 3 OH B а 5 (PO 4 ) 3 OH

Ионы Ве 2+ вытесняют ионы Са 2+ из костной ткани , вызывая ее размягчение, т.к. ионный радиус Ве 2+ меньше ионного радиуса Са 2+ Это приводит к заболеванию – бериллозу (бериллиевый рахит). .

В скелете также депонируется обладающий высокой остеотропностью свинец (период полувыведения 20 лет), радий, олово, кадмий (заболевание итай-итай), лантаноиды и актиноиды, например,уран.

Гетерогенные процессы, протекающие при патологии.

В организме человека, помимо фосфатов, ионы Са 2+ могут образовываться и другие малорастворимые соединения- патологические конкременты. Локально повышение концентрации некоторых ионов может наблюдаться при различных нарушениях обмена веществ..

Рекомендации и лечение

образование уратов кальция (солей мочевой кислоты) при рН

Молочная, растительная диета,ЭДТА, трилон Б, цитраты (соли лимнной кислоты).

образование фосфатов кальция при рН>7

ЭДТА,кислые минеральные воды

При различных рН образование оксалата кальция Са (соль щавелевой кислоты).

щелочные минеральные воды, трилон Б.

Образование холестериновых камней, билирубината кальция, карбоната кальция

Отложение урата натрия в мелких суставах, хрящах.

Соли лития, виннокаменная кислота

Отложение карбоната кальция на стенках сосудов

Задачи дисциплины (4)

. . Однотипные и разнотипные конкурирующие химические равновесия в гетерогенных системах. Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов (образование гидроксидфосфата кальция, образование конкрементов .

Тематический план лекций по общей химии № п/п

. от Различных факторов. Произведение растворимости. Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов. Условия образования и растворения осадков. Газовые .

Пособие рассчитано на студентов и преподавателей, а также всех, кто интересуется жизнедеятельностью общества.  М. Ю. Зеленков, 2015

• тема занятия; • цель занятия; • основные вопросы темы (2)

. конкуренция за катион или анион) 5.4.Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности: реакции, лежащие в основе образования . и способствующие этому факторы; патологические гетерогенные процессы в организме и образование конкрементов: оксалатов, уратов .

Биологии систему уровней организации жизни

. , сформулировавшим закон генетического равновесия в популяциях организмов (1908), Т.Г. Моргану . высокоэффективных систем энергообеспечения жизнедеятельности организмов в эволюции возникает . развитие организма, является гетерогенность цитоплазмы .

1. Гетерогенные равновесия и процессы в жизнедеятельности организма

2. План лекции:

1.
2.
3.
4.
Основные понятия и теоретические
основы;
Условия смещения гетерогенного
равновесия;
Условия образования и растворения
осадков;
Гетерогенные процессы и равновесия в
живых организмах.
2

3. Что такое гетерогенные системы?

Гетерогенные системы – это системы,
состоящие из нескольких фаз, имеющих
границу раздела
Гетерогенное равновесие – равновесие,
устанавливающееся на границе раздела
фаз.
3

4. Примеры гетерогенных процессов и равновесий в организме

Минерализация и деминерализация
неорганического компонента
костной ткани и зубов;
Образование камней в почках,
желчном пузыре;
Анестезирующий эффект действия
некоторых газов (например, N2O, Xe,
(C2H5)O).
4

Читайте также: