woda w organizmie - pum.edu.pl · i roztworów wzorcowych metodą wizualną(w cylindrach) albo za...

1

WODA W ORGANIZMIE

CZŁOWIEKA – KOLOIDY

Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

2

SKŁADNIKI UKŁADU – substancje chemiczne, z których złożonyjest dany układ; tworzą ze sobą różnego rodzaju mieszaniny – cosprawia, że w układzie mogą współistnieć ze sobą różne fazy

FAZA - część układu oddzielona od pozostałych granicą, na którejnastępuje skokowa zmiana właściwości fizykochemicznych;- faza zawierająca jeden składnik - substancja czysta,- faza składająca się z więcej, niż jednego składnika - roztwór

ROZTWÓR – mieszanina dwóch lub więcej substancjirozpuszczonych w rozpuszczalniku, czyli substancji przeważającejilościowo nad pozostałymi składnikami roztworu

3

HETEROGENICZNE – wielofazowe (pozornie jednofazowe),niejednorodne; np. woda z lodem (układ heterogeniczny, dwufazowy,jednoskładnikowy), woda z rtęcią (układ heterogeniczny, dwufazowy,dwuskładnikowy)

HOMOGENICZNE –jednofazowe, jednorodne w całej przestrzenizarówno pod względem chemicznym, jak i fizycznym;np. roztwór glukozy (układ homogeniczny, jednofazowy, dwuskładnikowy)

Podział układów ze względu na:1) liczbę występujących substancji: ➢ jednoskładnikowe➢ wieloskładnikowe

2) liczbę występujących faz:➢ jednofazowe➢ wielofazowe

UKŁADY:

UKŁADY

4

TYPY ROZTWORÓW – w zależności od stanu skupienia rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej:

roztwory w stanie stałym – atomy pierwiastka rozpuszczonego sąrozproszone bezładnie w sieci rozpuszczalnika stałego i zajmująpozycje węzłowe przynależne rozpuszczalnikowi lub pozycje międzywęzłami (jeżeli atomy pierwiastka rozpuszczonego są znacznie mniejszeniż atomy rozpuszczalnika), np. kryształy mieszane

roztwory gazowe – otrzymywane przez zmieszanie np. jednego gazuz drugim; taka mieszanina jest jednorodna (np. powietrze – mieszaninaazotu, tlenu, dwutlenku węgla, pary wodnej i gazów szlachetnych)

roztwory ciekłe - otrzymywane przez rozpuszczenie gazu, cieczylub ciała stałego w cieczy; jest to więc mieszanina atomów, cząsteczeklub jonów w ciekłym rozpuszczalniku

5

RODZAJE ROZTWORÓW – w zależności od stopnia rozdrobnienia substancji rozproszonej

w fazie rozpraszającej:

RODZAJ ROZTWORU ŚREDNICA CZĄSTEK

FAZY ROZPROSZONEJ

Właściwy/ rzeczywisty

(homogeniczny)

< 10-9 m (<1nm)

Koloidalny (heterogeniczny) 10-9 - 10-7 m (1-100 nm)

Zawiesina > 10-7 m (>100 nm)

6

w przyrodzie ożywionej (białka, węglowodany)

w przyrodzie nieożywionej (gliny, mgły, pył wulkaniczny)

ROZTWORY KOLOIDALNE - heterogeniczne układy dyspersyjne,w których można wyróżnić fazę ciągłą rozpraszającą (rozpuszczalnik)i nieciągłą fazę rozproszoną o średnicy cząsteczek 10-9 - 10-7 m(1 – 100 nm, czasem nawet do 500nm)

UKŁADY KOLOIDALNE są szeroko rozpowszechnione:

ROZTWORY KOLOIDALNE

wśród związków otrzymywanych sztucznie w laboratorium(mydła, barwniki, siarka koloidalna, tlenki metali)

Wszystkie żywe komórki są zespołami różnorodnych układów koloidalnych.

7

WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (1)

Przesączają się przez zwykłe sączki bibułowe, ale są zatrzymywanena ultrasączkach

Nie dializują – nie przechodzą przez błony półprzepuszczalnepozostające w kontakcie z czystym rozpuszczalnikiem. Dializa toproces polegający na oczyszczaniu koloidów, wykorzystującyprzechodzenie przez błony półprzepuszczalne tylko elektrolitu lubsubstancji niskocząsteczkowych (równowaga membranowa Donnana)

Wykazują ruchy Browna, czyli ustawiczne i bezładne ruchy niezależneod przyczyn zewnętrznych i nie znikające z czasem; są one wywołaneuderzeniami cząsteczek fazy rozpraszającej o powierzchnię cząstekfazy rozproszonej

Są widoczne w ultramikroskopie

8

WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (2)

Wykazują:➢ niewielkie obniżenie temperatury krzepnięcia➢ niewielkie obniżenie prężności par rozpuszczalnika ➢ niewielkie podwyższenie temperatury wrzenia➢ małe wartości ciśnienia osmotycznego

Wykazują efekt Faraday’a-Tyndalla

Mogą ulegać koagulacji

9

EFEKT FARADAY’A-TYNDALLA

Efekt Faraday’a-Tyndalla – rozproszenie światła przezdrobne cząstki zawieszone w ośrodku ciekłym, względniegazowym, czyli w tzw. ośrodku mętnym (np. kurz, mgła, mleko)z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego

tzw. stożka Tyndalla.

Intensywność tego zjawiska jest tym większa, im większa jestróżnica między współczynnikiem załamania fazy rozproszoneji ośrodka dyspersyjnego.

10

EFEKT FARADAY’A-TYNDALLA

11

WYKORZYSTANIE EFEKTU FARADAY’A-TYNDALLA

w nefelometrii:

➢ do ilościowego oznaczania substancji na podstawie pomiaru stopniazmętnienia roztworu, zawierającego drobną zawiesinę trudnorozpuszczalnego związku oznaczanej substancji. Stopień zmętnieniaokreśla się przez porównanie zmętnień zawiesiny substancji oznaczaneji roztworów wzorcowych metodą wizualną (w cylindrach) albo zapomocą nefelometruZastosowanie: w chemii koloidów, biochemii, chemii polimerów(oznaczanie ciężarów cząsteczkowych)

w konstrukcji ultramikroskopu, który ma duże zastosowaniew różnorodnych badaniach koloidów, np. liczeniu cząsteczek,obserwacji ruchów Browna, pomiarze szybkości koagulacji itd.

12

KLASYFIKACJA UKŁADÓW KOLOIDALNYCH W ZALEŻNOŚCI OD (1):

I. stanu skupienia fazy rozproszonej i rozpraszającej

FAZA ROZPROSZONA

FAZA ROZPRASZAJĄCA

KOLOID PRZYKŁAD

Gaz

Ciecz

Ciało stałe

Gaz

Gaz

Gaz

-

Aerozole ciekłe

Aerozole stałe

-

Mgła, chmury, pary

Dym, kurz

Gaz

Ciecz

Ciało stałe

Ciecz

Ciecz

Ciecz

Piana

Emulsja

Zole

Piana: mydlana, na piwie

Kremy, lakier do paznokci, mleko, majonez, masło

Zole tlenków i wodorotlenków metali, roztwory

wielkocząsteczkowych polimerów

Gaz

Ciecz

Ciało stałe

Ciało stałe

Ciało stałe

Ciało stałe

Piany trwałe

Emulsje stałe

Zole stałe

Pumeks, styropian

Galaretka, opale

Szkło rubinowe, barwne kryształy

13


wymiarów cząstek koloidalnych

➢ monodyspersyjne (cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość)

➢ polidyspersyjne (cząstki fazy rozproszonej mają różne wymiary)

stosunku fazy rozproszonej do ośrodka rozpraszającego➢ koloidy liofilowe - mają duże powinowactwo do cząsteczekrozpuszczalnika; na powierzchni cząstek koloidalnych tworzą sięotoczki z cząsteczek rozpuszczalnika

➢ koloidy liofobowe - mają małe powinowactwo do rozpuszczalnika,gromadzą na swej powierzchni dużą ilość jonów jednego rodzajuz ośrodka rozpraszającego

II.

III.

14


IV. jakości fazy rozproszonej ciekłe układy koloidalne dzieli się na:

roztwory molekularne – koloidy bardziej zbliżone do układówjednofazowych niż dwufazowych a klasyfikowanie ich do koloidów wynikagłównie z rozmiarów cząsteczek np. wielkocząsteczkowe biopolimeryo dużych rozmiarach cząstek i dużych masach cząsteczkowych(kwasy nukleinowe, polisacharydy, białka)

roztwory micelarne – cząstki mają niewielkie rozmiary i niewielkie masycząsteczkowe np. roztwory mydeł, detergentów, kwasów żółciowych.Charakterystyczną cechą struktury molekularnej tych związków jestwystępowanie obszarów o wybitnie polarnym i wybitnie niepolarnymcharakterze. Jeżeli stężenie fazy rozproszonej jest bardzo małe towłaściwości tych koloidów niewiele różnią się od roztworów rzeczywistych

*Roztwory molekularne i micelarne są hydrofilowe i noszą nazwęemulsoidów lub koloidów odwracalnych

15

KLASYFIKACJA UKŁADÓW KOLOIDALNYCH W ZALEŻNOŚCI OD (cd 3):

cd.IV. jakości fazy rozproszonej ciekłe układy koloidalne dzieli się na:

emulsje – w organizmach żywych takie układy koloidalne są tworzoneprzez lipidy (tłuszcze, glikolipidy, fosfatydy); drobne kropelki tłuszczumogą być utrzymane w środowisku wodnym w stanie rozproszeniakoloidalnego jedynie przy udziale cząstek mających zdolnośćzmniejszania napięcia powierzchniowego, czyli emulgatorów.

Emulgatorem jest substancja, która wykazuje rozpuszczalność w obuemulgowanych cieczach (np. spożyte tłuszcze w przewodzie pokarmowym sąemulgowane przez kwasy żółciowe zawarte w żółci).

*Emulsje mają charakter hydrofobowy i noszą nazwę suspensoidówlub koloidów nieodwracalnych.

16

BUDOWA MICELI AgI WYTRĄCONEJ NADMIAREM KI

17

BUDOWA CZĄSTECZEK KOLOIDALNYCH

Hydrofobowe micele koloidalne są tworzonenajczęściej przez siarczki, tlenki, wodorotlenkimetali ciężkich

Koloidy hydrofilowe są zbudowane zwyklez olbrzymich cząsteczek np. białka a swą trwałośćzawdzięczają zaadsorbowanym na nichcząsteczkom wody

18

KOAGULACJA (1)

KOAGULACJA – dążenie cząsteczek koloidu do łączenia sięw większe jednostki (agregaty), które po osiągnięciu odpowiedniejwielkości tracą zdolność do utrzymania się w roztworze i opadająna dno naczynia (sedymentują).

1. Naświetlanie radiochemiczne – prom. beta powoduje koagulację zolidodatnich

2. działanie mechaniczne – mieszanie, wytrząsanie3. ogrzewanie – ścinanie się białka4. odparowanie lub wymrażanie ośrodka dyspersyjnego5. dehydratacja lub desolwatacja środkami odwadniającymi – aceton,

alkohol6. dodatek elektrolitu

Czynniki wywołujące koagulację :

19

KOAGULACJA (2)

Peptyzacja – proces odwrotny do koagulacji - ponownerozdrobnienie wytrąconych produktów koagulacji i przechodzenieskoagulowanego osadu z powrotem w stan koloidalny

ZOL koagulacja ŻEL/KOAGULAT

peptyzacja

20

KOAGULACJA (3)

Koloidów hydrofobowych (nieodwracalna) – uzyskiwana przezzobojętnienie ładunku elektrycznego nagromadzonego napowierzchni cząsteczek koloidalnych.

Koloidów hydrofilowych (odwracalna) - polega na usunięciuotaczającej cząsteczki koloidalne, warstwy hydratacyjnejzwanej też otoczką lub płaszczem wodnym.

21

KOAGULACJA (4)

Kędryna T.Chemia ogólna… 2001

22

KOAGULACJA (5)

Białka najłatwiej jest wysolić w punkcie izoelektrycznym (pI) – cząsteczkisą elektrycznie obojętne i siły przyciągania między nimi są największe, cosprawia, że łatwo ulegają agregacji prowadzącej do wytrącania osadu.

W pH różnym od pI dzięki posiadanemu ładunkowi cząsteczki białkamogą się utrzymywać w roztworze mimo pozbawienia ich płaszcza wodnego(zachowują się jak koloidy hydrofobowe).

Warunki strącania (wysalania) białka z roztworów (1)

Dodatek małych ilości jonów zobojętniających ładunek elektrycznyprowadzi do wytrącenia białek, których cząsteczki nie posiadają wtedy anipłaszcza wodnego ani ładunku.

23

KOAGULACJA (6)

Warunki strącania (wysalania) białka z roztworów (2)

anion białkowy(emulsoid) białko w PI

kation białkowy(emulsoid)

dodatek zasad

wzrost pH

odwod

nienie

odwod

nienie

odwod

nienie

obniżenie pH

dodatek kwasów

anion białkowy(suspensoid)

kation białkowy(suspensoid)

OSAD

utrata ładunku

dodatek kationów dodatek anionów

utrata ładunku

24

OCHRONNE DZIAŁANIE KOLOIDÓW HYDROFILOWYCH NA KOLOIDY HYDROFOBOWE

Koloidy hydrofilowe wykazują większą trwałość niż koloidy hydrofobowe,działają tu bowiem dwa czynniki stabilizujące:

➢ warstwa hydratacyjna

➢ czasami jednoimienny ładunek cząstek (ładunek ten jest wynikiem dysocjacji kwasowych lubzasadowych grup znajdujących się w cząsteczkach tworzących cząstkę koloidalną)

Koloidy hydrofilowe działają ochronnie na koloidy hydrofobowe - dodatek koloiduhydrofilowego do hydrofobowego powoduje powstanie trwałego układu, z któregotrudno wytrącić zawieszone cząstki hydrofobowe (np. drobne ilości białkadodane do koloidalnej zawiesiny złota chronią ją przed koagulacją).

Ochronne działanie koloidu można określić ilościowo, podając jego tzw. liczbęzłota (czyli najmniejszą liczbę miligramów koloidu ochronnego, w przeliczeniu naczystą substancję, jaka zabezpiecza 10cm3 0,1% formaldehydowego zolu złotaprzed zmianą barwy z czerwonej na fioletową wskutek dodania 1cm3

10% roztworu NaCl).

25

KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (1)

Płynoterapia (1):

zabieg polegający na podaży płynów (najczęściej dożylnej,rzadziej dotętniczej lub podskórnej)

często stosowana zarówno w leczeniu szpitalnym, jaki w pomocy doraźnej

26


Płynoterapia (2):

wyrównywanie niedoborów płynów jest jednym z najpilniejszych zadań w leczeniu chorych w ciężkim stanie z hipowolemią

✓ hipowolemia

- zmniejszenie objętości wewnątrznaczyniowej, w wyniku niedostatecznegofunkcjonowania prawidłowych mechanizmów utrzymujących płyn w łożysku

- może występować ze zmniejszoną, prawidłową lub zwiększoną objętościązewnątrzkomórkową

- duża hipowolemia prowadzi do wstrząsu hipowolemicznego

Prowadzenie adekwatnej terapii płynowej przyczynia się do ograniczenia dysfunkcji narządowej i skraca czas hospitalizacji.

27


Podstawowe stany wymagające płynoterapii:

wszelkie postacie wstrząsu (najczęściej wstrząs hipowolemiczny, ale także: anafilaktyczny, septyczny, neurogenny)

odwodnienie na skutek wzmożonej utraty płynów (biegunki, wymioty)

oparzenia (zwiększenie przepuszczalności naczyń w przypadku oparzeńpowoduje utratę płynów przez pacjenta)

inne stany niedoboru płynów w organizmie

28


Cele prowadzenia płynoterapii:

uzupełnianie płynów (np. krwi utraconej w wyniku krwotoku)

uzupełnianie elektrolitów i substancji odżywczych

podaż leków w połączeniu z płynami (gdy dany lek powinien byćpodawany przez kilkadziesiąt minut lub w dużym rozcieńczeniu)

29


Płyny wykorzystywane w płynoterapii:

krystaloidy (wodne roztwory elektrolitów lub glukozy, m.in. 0,9% NaCl,5% roztwór glukozy, płyn Ringera, płyn wieloelektrolitowy izotoniczny „PWE”)

roztwory koloidalne (naturalne i syntetyczne)

krew i preparaty krwiopochodne (m.in. koncentrat krwinekczerwonych (KKCz), osocze świeżo mrożone (FFP), koncentrat płytek)

- stosowane przy utracie krwi do 15%

- stosowane przy utracie krwi przekraczającej 15%

- wskazane u pacjentów, którzy mają deficyt płynów w przestrzeni śródmiąższowejlub u pacjentów z niedoborami elektrolitowymi (oparzonych i odwodnionych)

- wskazane w sytuacjach, gdy podaż krystaloidów jest niewystarczająca lub istniejeprzeciwwskazanie do ich stosowania (np. ryzyko obrzęku płuc)

- szacuje się, że podanie 1 litra koloidu odpowiada podaniu 4 litrów krystaloidów

30


Roztwory koloidalne -zalety:

pozwalają na szybkie uzupełnienie przestrzeni wewnątrznaczyniowej(krwotoki, wstrząsy)

w porównaniu z krystaloidami dają szybszy, silniejszy i dłużej trwającyefekt objętościowy

- długo utrzymują się w przedziale wewnątrznaczyniowym (2-12 godzin)

- powodują wzrost ciśnienia onkotycznego, co prowadzi do przemieszczania się wody donaczyń

mają pozytywny wpływ na hemodynamikę, perfuzję narządowąi zaopatrzenie w tlen

- po podaniu koloidów obserwuje się wzrost objętości wewnątrznaczyniowej na poziomieod 100 % do nawet 400%

31


Roztwory koloidalne – wady:

mogą wywołać reakcje uczuleniowe

po podaniu dużej ilości może wystąpić:

cena

- efekt rozcieńczenia składników krwi: białek, czynników krzepnięcia

- zmniejszenie stężenia hematokrytu

32

albumina ludzka żelatyny dekstrany skrobia hydroksyetylowa

(HES/HAES)

Roztwory koloidalne

naturalne syntetyczne


33

uzyskiwana z surowicy krwi wielu dawców


Albumina ludzka

rzadko wywołuje reakcje alergiczne

duża jej ilość może wywołać koagulopatię z rozcieńczenia

jest stosowana m.in. w:✓ stanach ciężkiego niedoboru białka ✓ przypadkach rozległych oparzeń✓ obrzękach mózgu✓ wodobrzuszu

długo utrzymuje się w łożysku naczyniowym, działa 24–36 h

w płynoterapii - roztwór 5% lub 20% (100 ml 20% roztworu albuminypowoduje zwiększenie objętości osocza o 500 ml, a 100 ml 5% – o ok. 100 ml)

droga!

34


Żelatyny

wykazują słabszy efekt osmotyczny i krócej pozostają w krążeniu (zdolnośćwiązania wody wynosi 14mg/g, czas przebywania w naczyniach ok. 2-3 h) niżdekstrany i HES

mają niewielką masę cząsteczkową - 35 kDa (są szybko wydalane z moczem)

wytwarzane z kolagenu bydlęcego (otrzymywanego ze ścięgien, skóryi kości)

w płynoterapii stosowane są jej roztwory 3-5,5%- oksypoliżelatyna (Gelifundol)- zmodyfikowana płynna żelatyna (Gelafundin)- żelatyna zawierająca mocznikowe wiązania krzyżowe (Haemaccel)

zalety:- rzadko powodują alergie- mogą być stosowane w niewydolności nerek- względnie bezpieczne u chorych z niewydolnością krążenia- są stosunkowo niedrogie

35

polimery złożone z 200-450 cząsteczek glukozy(połączonych wiązaniami -1,6-glikozydowymi), wytwarzanez sacharozy przez wiele gatunków bakterii z rodzinyLactobacillaceae


Dekstrany (1)

nie są kumulowane w organizmie - w ciągu 10 dni dochodzi dowydalenia 90% podanych dekstranów

36


Dekstrany (2)

w praktyce klinicznej znalazły zastosowanie:

✓6% i 10% roztwór dekstranu 40 tys. - w powstałych z różnych przyczyn zaburzeńprzepływu krwi w mikrokrążeniu

✓6% roztwór dekstranu 70 tys.

- późne okresy wstrząsu- świeży zawał mięśnia sercowego- przeszczepy narządowe

- ostra hipowolemia- stany odwodnienia np. w wyniku długotrwałych biegunek- profilaktyka wstrząsu- zapobieganie powikłaniom zatorowo-zakrzepwowym u osób ze zwiększonym ryzykiem(operowanych lub unieruchomionych)- leczenie wczesnej zakrzepicy żył głębokich kończyn dolnych i zakrzepów tętniczych

• po 12 h w ustroju pozostaje 20-40%

• po 12 h w ustroju pozostaje 60-70%

37

działanie uboczne


Dekstrany (3)

✓ wstrząs anafilaktyczny (reakcja krzyżowa z antygenem polisacharydowym bakterii)- śmiertelność 1/4500 przetoczeń

✓ alergie

✓ niewydolność nerek

✓ po podaniu ilości >1,5g/kg m.c./24h rozwija się skłonność do krwawień (poprzezhamowanie agregacji płytek i spadek aktywności czynników krzepnięcia; gł. u pacjentówz upośledzoną funkcją nerek, u których jest zmniejszona eliminacja tego koloidu)

✓ stany nadwrażliwości na dekstran

✓ utrudniają wykonanie próby krzyżowej (pokrywają powierzchnię erytrocytów)

przeciwwskazania

✓ skaza krwotoczna

✓ ciężka niewydolność krążenia i nerek z oligurią

38

syntetyzowana z amylopektyny (z kukurydzy lub sorgo)


Skrobia hydroksyetylowa (HES/HAES) (1)

preparaty:

-Plasmasteril (6% HES 450/0.7)-3%, 6%, 10% roztwory HES 200/0.5 - 6 i 10% roztwory HES 130/0.4

- substytucja resztami hydroksyetylowymi zabezpiecza przed osoczową amylazą

jest enzymatycznie rozkładana i usuwana z przestrzeniwewnątrznaczyniowej poprzez nerki i/lub metabolizowana przezukład siateczkowo-śródbłonkowy

39



poszczególne roztwory HES różnią się między sobą wpływem nawłaściwości reologiczne krwi i jej krzepliwość, ciśnieniemkoloidoosmotycznym oraz czasem półtrwania w naczyniach

- efekt objętościowy zależy od masy cząsteczkowej i od stężenia

- czas działania – Plasmasteril: 4-8 h, 6% i 10% HES 200: 2-4 h

- wyrównywanie śród- i pooperacyjnych strat krwi (HES 450/0,7, HES130/0.4 )- przedoperacyjna hemodylucja normowolemiczna (roztwory 3-6% HES 200/0.5)- poprawa ukrwienia i profilaktyka zakrzepów ( roztwory 6% i 10% HES 200/0.5)

zastosowanie kliniczne

40

preparaty hydroksyetylowej skrobi



✓ w porównaniu z dekstranami rzadziej powodują:

- alergie, reakcje anafilaktyczne- niewydolność nerek- krwawienia (wpływ minimalny lub żaden)- niemożność wykonania próby krzyżowej

✓wykazują korzystne działanie reologiczne oraz hamujące agregację płytek krwi

✓ ich przewaga nad albuminami polega na:

- braku możliwości przenoszenia chorób wirusowych- ograniczeniu kosztów leczenia- pełnej dostępności

41

nie powinien kumulować się w osoczu i tkankach,ale łatwo poddawać się eliminacji z organizmu


Idealny roztwór koloidalny:

HES 130/0,4

nie powinien wpływać na hemostazę i czynnośćnerek

powinien być zawieszony w zrównoważonym do składu osoczaroztworze krystaloidowym

42

Dziękuję za uwagę ☺ !

woda w organizmie - pum.edu.pl · i roztworów wzorcowych metodą wizualną(w cylindrach) albo za...

Documents