№7. Коллоиды и их значение в медицине (1). Лекция 7 Коллоиды и их значение в медицине Классификация коллоидных систем по диаметру частиц
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Кафедра общей и биоорганической химии Лекция №7 Коллоиды и их значение в медицине Классификация коллоидных систем по диаметру частиц (таблица 1.) 10 -9 -10 -7 (м) 10 -6 -10 -4 (м) Высокодисперсные системы: Ультрамикрогетерогенная дисперсность (золи или коллоидные растворы) Среднедисперсные коллоидные системы: Микрогетерогенная дисперсность (суспензии, эмульсии) Коллоиды – это микрогетерогенные системы, содержащие вещества в высокодисперсном состоянии (от 10 -9 -10 -4 м). Коллоидно - дисперсные системы классифицируются: • По агрегатному состоянию дисперсионной среды: газ - аэрозоли , жидкость - лиозоли, вода – гидрозоли, твердое вещество - солидозоли • По диапазону дисперсности: монодисперсные (одинаковый диаметр частиц дисперсной фазы) и полидисперсные (разный диаметр частиц дисперсной фазы) . Таблица 3. Классификация коллоидных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсная фаза дисперсионная среда Тип системы Примеры тв/ж Золи, суспензии Суспензионные лекарственные препараты, нерастворимые в воде (инсулин, преднизолон) ж/ж Эмульсии Молоко, майонез, мази (линимент алоэ) газ/ж Пены Мыльная, морская пены ж/тв Гели, пористые тела Почва, слизь, гелиевые лекарственные препараты, мокрота газ/тв Пористые и капиллярные системы Альвеолы легких, адсорбенты – активированный уголь, силикагель, пемза тв/тв Твердые растворы Элементы костного матрикса, сплавы, драгоценные камни тв/газ Аэрозоли Пыли, дымы Туман, тучи ж/газ Аэрозоли Лекарства в аэрозольной упаковке • По характеру взаимодействия между частицами дисперсной фазы: свободнодисперсные (а) - отсутствие связей (коллоидные растворы, эмульсии, кровь) связаннодисперсные (б) - устойчивые связи между частицами (гели, студни, костная ткань, альвеолы легких). Таблица 4. Классификация коллоидных систем по характеру взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды Гидрофобные Гидрофильные Слабое взаимодействие смолекулами воды Сильное взаимодействие смолекулами воды Тонкая оболочка из молекул воды Толстая гидратная оболочка Самопроизвольно недиспергируются Диспергируются самопроизвольно Необходим стабилизатор Стабилизатор не требуется Термодинамически неустойчивы (ΔG > 0) Термодинамически устойчивы (ΔG ˂ 0) Примеры: золи серебра, лекарственные препараты «протаргол», «преднизолон»; красители; фибриноген в процессе свертывания крови Примеры: молекулярные коллоиды – многие белки, мыла, растворы ПАВ, суспензоиды – глина, крахмал. 1 2 3 4 5 6 Таблица 5. Сравнение свойств истинных растворов и коллоидных систем Коллоидные системы Истинные растворы 10 -10 – 10 -12 м Эмульсии, суспензии 10 -4 – 10 -6 м Коллоидные растворы (лиозоли) 10 -7 – 10 -9 м Гетерогенные Гомогенные Не проникают через поры растительных и животных мембран Проникают через любые мембраны Частицы видимы в микроскоп Частицы видимы в ультрамикроскоп Частицы не видимы в ультрамикроскоп Не фильтруются через бумажный фильтр Фильтруются через бумажный фильтр Фильтруются через любые фильтры Непрозрачные Рассеивание света, опалесцируют Прозрачные Отражают свет Дают четкий конус Тиндаля, Оптически пусты Неустойчивы седиментационно, расслаиваются Седиментационно устойчивы,метастабильны Устойчивы, не расслаиваются Отношение к фильтрам и мембранам Сравнительно крупные частицы коллоидного раствора, в отличие от молекул и ионов, не проходят через поры фильтров и мембран Диализ – очистка коллоидных растворов от низкомолекулярных примесей в результате их диффузии через полупроницаемую мембрану Очистка крови в организме происходит в нефронах по принципу ультрафильтрации Ультрафильтрация – это диализ под давлением. На принципе гемодиализа и ультрафильтрации основано действие аппарата «искусственная почка», применяемого для детоксикации организма при заболеваниях почек и острых отравлениях. Устойчивость коллоидов Δ G s = σ . Δ S уд Коллоидные системы термодинамически неустойчивы , т.к. обладают большим запасом поверхностной свободной энергии Гиббса G s. Агрегативная устойчивость способность частиц дисперсной фазы противодействовать их агрегации и таким образом сохранять неизменными свои размеры. Для сохранения агрегативной устойчивости необходимо наличие стабилизаторов Седиментационная устойчивость способность частиц дисперсной фазы противостоять действию силы тяжести (оседанию) При повышении агрегативной устойчивости седиментационная устойчивость тоже повышается Патологические процессы могут привести к нарушению устойчивости коллоидной системы – крови, что проявляется в изменении количественных показателей в клиническом анализе крови (например, СОЭ – скорость оседания эритроцитов) Ионно-электростатический фактор устойчивости заключается в наличии адсорбционного слоя из ионов электролита–стабилизатора, которые сообщают коллоидным частицам одноименный заряд, препятствуют их слипанию. В результате адсорбции ионов стабилизатора возникает двойной электрический слой (ДЭС) Структурно-механический фактор агрегативной устойчивости действует в случае использования стабилизаторов – молекул ПАВ, белков и других высокомолекулярных соединений (ВМС). В результате адсорбции на поверхности коллоидных частиц создаются слои молекул стабилизатора. Эти слои препятствуют слипанию, создавая структурно-механический барьер. Понижение защитных свойств белков и других соединений в крови может привести к выпадению уратов (солей мочевой кислоты) при подагре, к образованию камней в почках, печени, протоках пищеварительных желез и т.д. «Коллоидной защитой» называется стабилизация коллоидных растворов высокомолекулярными веществами(белками,фосфолипидами,ПАВ) Методы получения коллоидных систем 1. Диспергационный метод – дробление крупных частиц вещества до требуемой дисперсности. 2. Конденсационный метод – объединение молекул или ионов в агрегаты коллоидных размеров. Способы достижения коллоидной степени дисперсности Грубодисперсная система d>10 -4 м Коллоидно- дисперсная система 10 -4 -9 м Истинный раствор d<10 -9 м ДИСПЕРГИРОВАНИЕ КОНДЕНСИРОВАНИЕ увеличение степени измельчения увеличение размеров частиц 7 8 9 10 11 12 Конденсационные методы получения коллоидов 1. Физическая конденсация - Метод конденсации из паров, например, при образовании тумана. - Метод замены растворителя, при котором происходит образование новой фазы вследствие меньшей растворимости вещества в новом растворителе. Например, коллоидный раствор белка можно получить, приливая спирт к его водному раствору. 2. Химическая конденсация Основана на образовании нерастворимого соединения, которое появляется в результате химической реакции, протекающей при избытке одного из реагентов. Образование мицеллы золя AgI в избытке AgNO 3 AgNO 3 + KI AgI (тв.) + KNO 3 I – образование агрегата по типу кристаллической решетки II – образование адсорбционного слоя: а – присоединение к агрегату потенциалопределяющих ионов, достраивающих кристаллическую решетку; б – адсорбция противоионов III – завершение построения коллоидной мицеллы Избыток AgNO 3 стабилизатор {mAgI . nAg + . (n-x)NO 3 - } +x . xNO 3 - агрегат адсорбционный слой ядро гранула (коллоидная частица) диффузный слой м и ц е л л а Схема строения коллоидной мицеллы золя иодида серебра AgI Ag + Ag + Ag + Ag + Ag + Ag + Ag + NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - Схема строения коллоидной мицеллы золя иодида серебра Избыток KI - стабилизатор {mAgI . nI - . (n-x)K + } -x . xK + AgI I- I- I- I- I- I- I- I- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Модель двойного электрического слоя Распределение ионов Распределение потенциала ζ Δ φ L 0 ζ –потенциал (дзета) – мера устойчивости коллоидных систем и белков. Чем больше электрокинетический потенциал ζ, тем устойчивее коллоид. • Коагуляция – процесс потери агрегативной устойчивости коллоидов. Происходит под действием внешних факторов, например, добавлением небольших количеств электролита. Порог коагуляции – минимальное количество электролита, которое нужно добавить к 1 литру коллоидного раствора, чтобы вызвать коагуляцию. Правило Шульце-Гарди: Коагулирующий ион имеет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы. Чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующее действие (тем меньше порог коагуляции). 13 14 15 16 17 18 При одинаковом заряде коагулирующее действие ионов зависит от способности к гидратации и согласуется с лиотропным рядом Гофмейстера: CNS - ˂ Br - ˂ NO 3 - ˂ Cl - ˂ [ацетат] - ˂ [тартрат] 2- ˂ [цитрат] 3- ˂ Li + > Na + > K + > Rb + > Cs + > Mg 2+ > Ca 2+ > Sr 2+ > Ba 2+ Увеличение степени гидратации Увеличение размера гидратированного иона Увеличение адсорбции Увеличение коагулирующей способности Лиотропные ряды SO 4 2 - Коагуляция проявляется в процессе свертывания крови, который уменьшает потерю крови при повреждении тканей и вызывает образование тромбов в кровеносной системе. Пептизация (процесс, обратный коагуляции) – превращение осадка, образовавшегося в результате коагуляции, в устойчивый коллоидный раствор. - С этой целью в медицине применяются антикоагулянты (аспирин, гепарин и др) Кровь – сложная дисперсная система: • Дисперсионная среда – плазма крови - состоит из воды (92%), в которой содержатся хорошо растворимые белки (6%), органические продукты метаболизма, неорганические компоненты в виде ионов Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , SO 4 2- , H 2 PO 4 - и др. (2%) • Дисперсная фаза: 1. Микрогетерогенная дисперсная фракция: форменные элементы или клетки крови – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты, а также коллоидными частицами малорастворимых веществ. 2. Коллоидная ультрамикрогетерогенная фракция – мицеллы липопротеинов, белков и нерастворимые в воде ураты (кальциевые соли мочевой кислоты), лиофилизованные адсорбированными макромолекулами растворенных белков Электрокинетические явления • Это взаимное перемещение частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды под действием электрического поля (либо само движение вызывает образование электрического поля) Электроосмос – движение жидкой дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием электрического поля Электрофорез – движение частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсной среде под действием внешнего электрического поля; Электрофоретическая подвижность белка определяется формой молекул, их размером и кислотностью среды. Электрофорез применяется для анализа и разделения бактериальных клеток, форменных элементов крови, ферментов, антибиотиков; для введения лекарственных препаратов непосредственно в орган. • Потенциал течения - возникает при движении жидкости дисперсионной среды через капиллярную систему дисперсной фазы. (Эффект Квинке) Один из пиков на ЭКГ отражает потенциал протекания • Потенциал оседания (седиментации) – это разность потенциалов, возникающая при оседании коллоидных частиц в жидкой дисперсионной среде Организмы человека, животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра — представляют собой сложную совокупность разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. 19 20 21 22 23 24 |