Классификация водно-дисперсных систем организма

Вода составляет основу жидких дисперсных систем организма: крови, лимфы, мочи, слюны, желудочного и кишечного соков, сино­виальной и спинномозговой жидкостей, внутреннего содержимого клеток, межклеточной жидкости. Дисперсными называются систе­мы, состоящие из мелко раздробленных частиц одного вещества, распределенных в массе другого вещества. Раздробленное вещество называют дис­персной фазой. Вещество, в котором происходит распределение ча­стиц дисперсной фазы, называется дисперсионной средой. В боль­шинстве жидких дисперсных систем организма вода является дис­персионной средой. В клеточных мембранах, состоящих в основном из белков и липидов, она может играть роль дисперсной фазы. По степени дисперсности (т. е. размеру частиц дисперсной фазы) различают истинные растворы, коллоидные растворы и взвеси (табл. 1).

Истинные растворы гомогенны (однородны), прозрачны, опти­чески пусты (направленный луч света в них не виден), между частицами дисперсионной среды и дисперсной фазы отсутствует поверхность раздела. Частицы дисперсной фазы в истинных рас­творах настолько малы, что легко проходят через бумажные филь­тры и животные мембраны, не оседают под действием силы тяже­сти, поэтому системы устойчивы, т. е. неограниченно долго не разделяются на дисперсную фазу и дисперсионную среду. Дисперс­ной фазой в истинных растворах являются отдельные молекулы или ионы.

Таблица 1. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности.

В коллоидных растворах частицы дисперсной фазы представ­ляют собой агрегаты из множества мелких молекул или ионов или гигантские полимерные молекулы. Такие частицы имеют четко вы­раженную поверхность, на которой происходят адсорбционные процессы, и сложную структуру (рис.3).

Как и частицы в истинных растворах, коллоидная частица взаимодействует с растворителем. Коллоидный раствор, в ко­тором связь между коллоидной частицей и дисперсионной средой непрочная, называется лиофобным (водный - гидрофобным). Лиофобными являются в основном неорганические коллоиды. Если эта связь прочная, молекулы растворителя могут содержаться и в ядре, и в адсорбционном слое коллоидной частицы. Такие кол­лоидные растворы называются лиофильными (водные-гидро­фильными). Гидрофильные коллоидные системы образуют в тканях организма белки и полисахариды.

Коллоидные частицы имеют размеры, позволяющие проходить через бумажные фильтры, однако мембраны задержива­ют их. Направленный на коллоидный раствор луч света становит­ся видимым, так как коллоидные частицы вызывают дифракцион­ное рассеяние света.

Рис. 3. Строение коллоидной частицы.

Коллоидные частицы не оседают под дейст­вием силы тяжести, электростати­чески отталкиваются друг от друга, что является одной из причин относительной устойчивости коллоидных систем. Любое воздейст­вие на коллоидную систему, приводящее к уменьшению электри­ческого заряда гранулы, понижает устойчивость системы. Лишенные заряда гранулы слипаются друг с другом, образуя более крупные агрегаты. Этот процесс носит название коагуляции. Укрупнившиеся частицы дисперсной фазы отделяются от дисперсионной среды - происходит седиментация (выпадение осадка). У гидрофильных коллоидов дополнительным фактором устойчивости является водная оболочка коллоидной частицы. Пока она не разрушена, нейтрализация коллоидных гра­нул не приводит к коагуляции коллоида.

Гидрофильные коллоидные растворы могут находиться в двух состояниях - жидком и студнеобразном, связанных взаимными переходами. Жидкие коллоидные системы называются золями, а студнеобразные - гелями. В гелях частицы дисперсной фазы вза­имодействуют друг с другом с образованием трехмерной сетчатой структуры, в ячейках которой в связанном состоянии находятся молекулы воды. Переход из золя в гель возможен при понижении температуры раствора, увеличении его концентрации, под дейст­вием электролитов и т. п. Примером такого перехода является свертывание крови. Из геля в золь переходят мышечные белки при сокращении мышцы. Этому сопутствует резкое изменение вязкости, тес­но связанное с рядом физиологических и биологических явлений: мы­шечным сокращением, дифференциацией некоторых внутриклеточных структур, клеточным делением, движением протоплазмы и т. п.

Коллоидные растворы являются микрогетерогенными. Гетеро­генность (неоднородность) их увеличивается с возрастанием раз­меров частиц дисперсной фазы. Устойчивость системы при этом уменьшается. Во взвесях частицы дисперсной фазы настолько ве­лики, что не проходят ни через мембраны, ни через бумажные фильтры. Они рассеивают свет в результате отражения и преломления, поэтому взвеси непрозрачны. Под действием силы тяжести происходит быстрое расслоение взвеси на дисперсную фазу и дисперсионную среду. Они образуются в том случае, если дисперсионная среда полярна, а дисперсная фаза неполярна (или наоборот). Устойчивость взвесей можно повысить, если ввести в них стабилизатор - вещество, имеющее достаточно большой непо­лярный радикал, соединенный с полярной функциональной груп­пой. Стабилизатор располагается на поверхности частиц дисперс­ной фазы, ориентируясь радикалом в направлении неполярных ве­ществ, а функциональной группой - в направлении полярных. Об­разуя тонкую пленку на поверхности частиц, стабилизатор предо­храняет их от слипания друг с другом.

Если частицы дисперсной фазы образованы твердым вещест­вом, взвесь называется суспензией; если частицы дисперсной фазы жидкие - эмульсией. Наиболее распространенными в живых орга­низмах взвесями являются водные эмульсии жиров и жироподобных веществ. Стабилизаторами в них могут быть белки, жирные кис­лоты и их соли - мыла, а также желчные кислоты.

В биологических жидкостях различные виды дисперсных си­стем образуют сложные комбинации. Например, кровь представ­ляет собой коллоидный раствор белков, в котором взвешены кро­вяные клетки и жировые капли, истинный раствор минеральных солей, глюкозы, аминокислот, молочной кислоты и других ве­ществ.