WODA W ORGANIZMIE · 2019. 10. 31. · KOLOID PRZYKŁAD Gaz Ciecz Ciało stałe Gaz Gaz Gaz -...

1

WODA W ORGANIZMIE

CZŁOWIEKA – KOLOIDY

Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

2

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

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

ROZTWÓR – mieszanina dwóch lub więcej substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku, czyli substancji przeważającej ilościowo 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 przestrzeni zarówno 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 są rozproszone bezładnie w sieci rozpuszczalnika stałego i zajmują pozycje węzłowe przynależne rozpuszczalnikowi lub pozycje między węzłami (jeżeli atomy pierwiastka rozpuszczonego są znacznie mniejsze niż atomy rozpuszczalnika), np. kryształy mieszane

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

roztwory ciekłe - otrzymywane przez rozpuszczenie gazu, cieczy lub ciała stałego w cieczy; jest to więc mieszanina atomów, cząsteczek

lub 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 zatrzymywane na ultrasączkach

Nie dializują – nie przechodzą przez błony półprzepuszczalne pozostające w kontakcie z czystym rozpuszczalnikiem. Dializa to proces polegający na oczyszczaniu koloidów, wykorzystujący przechodzenie przez błony półprzepuszczalne tylko elektrolitu lub substancji niskocząsteczkowych (równowaga membranowa Donnana)

Wykazują ruchy Browna, czyli ustawiczne i bezładne ruchy niezależne od przyczyn zewnętrznych i nie znikające z czasem; są one wywołane uderzeniami cząsteczek fazy rozpraszającej o powierzchnię cząstek fazy 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 przez drobne cząstki zawieszone w ośrodku ciekłym, względnie gazowym, 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 jest różnica między współczynnikiem załamania fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego.

10

EFEKT FARADAY’A-TYNDALLA

11

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

12


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 cząsteczek rozpuszczalnika; na powierzchni cząstek koloidalnych tworzą się otoczki z cząsteczek rozpuszczalnika koloidy liofobowe - mają małe powinowactwo do rozpuszczalnika, gromadzą na swej powierzchni dużą ilość jonów jednego rodzaju z ośrodka rozpraszającego

II.

III.

13


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

roztwory molekularne – koloidy bardziej zbliżone do układów jednofazowych niż dwufazowych a klasyfikowanie ich do koloidów wynika głównie z rozmiarów cząsteczek np. wielkocząsteczkowe biopolimery o dużych rozmiarach cząstek i dużych masach cząsteczkowych (kwasy nukleinowe, polisacharydy, białka)

roztwory micelarne – cząstki mają niewielkie rozmiary i niewielkie masy cząsteczkowe np. roztwory mydeł, detergentów, kwasów żółciowych. Charakterystyczną cechą struktury molekularnej tych związków jest występowanie obszarów o wybitnie polarnym i wybitnie niepolarnym charakterze. Jeżeli stężenie fazy rozproszonej jest bardzo małe to właściwości tych koloidów niewiele różnią się od roztworów rzeczywistych

*Roztwory molekularne i micelarne są hydrofilowe i noszą nazwę emulsoidów lub koloidów odwracalnych

14

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 tworzone przez lipidy (tłuszcze, glikolipidy, fosfatydy); drobne kropelki tłuszczu mogą być utrzymane w środowisku wodnym w stanie rozproszenia koloidalnego jedynie przy udziale cząstek mających zdolność zmniejszania napięcia powierzchniowego, czyli emulgatorów.

Emulgatorem jest substancja, która wykazuje rozpuszczalność w obu emulgowanych cieczach (np. spożyte tłuszcze w przewodzie pokarmowym są emulgowane przez kwasy żółciowe zawarte w żółci).

*Emulsje mają charakter hydrofobowy i noszą nazwę suspensoidów

lub koloidów nieodwracalnych.

15

BUDOWA MICELI AgI WYTRĄCONEJ NADMIAREM KI

16

BUDOWA CZĄSTECZEK KOLOIDALNYCH

Hydrofobowe micele koloidalne są tworzone najczęściej przez siarczki, tlenki, wodorotlenki metali ciężkich

Koloidy hydrofilowe są zbudowane zwykle z olbrzymich cząsteczek np. białka a swą trwałość zawdzięczają zaadsorbowanym na nich cząsteczkom wody

17

KOAGULACJA (1)

KOAGULACJA – dążenie cząsteczek koloidu do łączenia się w większe jednostki (agregaty), które po osiągnięciu odpowiedniej wielkości tracą zdolność do utrzymania się w roztworze i opadają na dno naczynia (sedymentują).

1. Naświetlanie radiochemiczne – prom. beta powoduje koagulację zoli dodatnich 2. działanie mechaniczne – mieszanie, wytrząsanie 3. ogrzewanie – ścinanie się białka 4. odparowanie lub wymrażanie ośrodka dyspersyjnego 5. dehydratacja lub desolwatacja środkami odwadniającymi – aceton, alkohol 6. dodatek elektrolitu

Czynniki wywołujące koagulację :

18

KOAGULACJA (2)

Peptyzacja – proces odwrotny do koagulacji - ponowne rozdrobnienie wytrąconych produktów koagulacji i przechodzenie skoagulowanego osadu z powrotem w stan koloidalny

ZOL koagulacja ŻEL/KOAGULAT

peptyzacja

19

KOAGULACJA (3)

Koloidów hydrofobowych (nieodwracalna) – uzyskiwana przez zobojętnienie ładunku elektrycznego nagromadzonego na powierzchni cząsteczek koloidalnych.

Koloidów hydrofilowych (odwracalna) - polega na usunięciu otaczającej cząsteczki koloidalne, warstwy hydratacyjnej zwanej też otoczką lub płaszczem wodnym.

20

KOAGULACJA (4)

Kędryna T.Chemia ogólna… 2001

21

KOAGULACJA (5)

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

W pH różnym od pI dzięki posiadanemu ładunkowi cząsteczki białka mogą 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 elektryczny prowadzi do wytrącenia białek, których cząsteczki nie posiadają wtedy ani

płaszcza wodnego ani ładunku.

22

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

23

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 lub zasadowych grup znajdujących się w cząsteczkach tworzących cząstkę koloidalną)

Koloidy hydrofilowe działają ochronnie na koloidy hydrofobowe - dodatek koloidu hydrofilowego do hydrofobowego powoduje powstanie trwałego układu, z którego trudno wytrącić zawieszone cząstki hydrofobowe (np. drobne ilości białka dodane do koloidalnej zawiesiny złota chronią ją przed koagulacją).

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

24

KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (1)

Płynoterapia (1):

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

często stosowana zarówno w leczeniu szpitalnym, jak i w pomocy doraźnej

25


Płynoterapia (2):

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

hipowolemia

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

- może występować ze zmniejszoną, prawidłową lub zwiększoną objętością zewnątrzkomórkową

- duża hipowolemia prowadzi do wstrząsu hipowolemicznego

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

26


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 oparzeń powoduje utratę płynów przez pacjenta)

inne stany niedoboru płynów w organizmie

27


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 być podawany przez kilkadziesiąt minut lub w dużym rozcieńczeniu)

28


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 krwinek czerwonych (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 śródmiąższowej lub u pacjentów z niedoborami elektrolitowymi (oparzonych i odwodnionych)

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

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

29


Roztwory koloidalne -zalety:

pozwalają na szybkie uzupełnienie przestrzeni wewnątrznaczyniowej (krwotoki, wstrząsy)

w porównaniu z krystaloidami dają szybszy, silniejszy i dłużej trwający efekt objętościowy

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

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

mają pozytywny wpływ na hemodynamikę, perfuzję narządową i zaopatrzenie w tlen

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

30


Roztwory koloidalne – wady:

mogą wywołać reakcje uczuleniowe

po podaniu dużej ilości może wystąpić efekt rozcieńczenia składników krwi (białek, czynników krzepnięcia)

cena

31

albumina ludzka żelatyny dekstrany skrobia hydroksyetylowa

(HES)

Roztwory koloidalne

naturalne syntetyczne


32

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 albuminy powoduje zwiększenie objętości osocza o 500 ml, a 100 ml 5% – o ok. 100 ml)

droga!

33


Żelatyny

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

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

wytwarzane z kolagenu bydlęcego (otrzymywanego ze ścięgien, skóry i 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

34

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


Dekstrany (1)

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

35


Dekstrany (2)

w praktyce klinicznej znalazły zastosowanie:

6% i 10% roztwór dekstranu 40 tys. - w powstałych z różnych przyczyn zaburzeń przepływu 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%

36

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 (poprzez hamowanie agregacji płytek i spadek aktywności czynników krzepnięcia; gł. u pacjentów z 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

37

syntetyzowana z amylopektyny (z kukurydzy lub sorgo)


Skrobia hydroksyetylowa (HES) (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 przestrzeni wewnątrznaczyniowej poprzez nerki i/lub metabolizowana przez układ siateczkowo-śródbłonkowy

38



poszczególne roztwory HES różnią się między sobą wpływem na właściwości reologiczne krwi i jej krzepliwość, ciśnieniem koloidoosmotycznym 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, HES 130/0.4 ) - poprawa ukrwienia i profilaktyka zakrzepów ( roztwory 6% i 10% HES 200/0.5)

zastosowanie kliniczne

39

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

40

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 czynność nerek

powinien być zawieszony w zrównoważonym do składu osocza roztworze krystaloidowym

41

Dziękuję za uwagę !

WODA W ORGANIZMIE · 2019. 10. 31. · KOLOID PRZYKŁAD Gaz Ciecz Ciało stałe Gaz Gaz Gaz -...

Documents

Transcript of WODA W ORGANIZMIE · 2019. 10. 31. · KOLOID PRZYKŁAD Gaz Ciecz Ciało stałe Gaz Gaz Gaz -...