Физиология системы крови (авторский курс)

Система крови включает кровь - жидкую соединительную ткань и органы кроветворения (костный мозг). Кровь подразделяется на циркулирующую (55-60%) и депонированную (40-45%). Депо крови являются капиллярные системы печени (15-20%), селезенки (15%), кожи (10%). Объем крови у животных составляет в среднем 7-9% от массы тела. Кровь состоит из плазмы (жидкой части) и форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. Общий объем форменных элементов в 100 объемах крови называется гематокрит. Гематокрит выражается в процентах. Если объем крови принять за 100% , то форменные элементы  составляют около 40…45%, а плазма – 55…60%.

Основные функции и свойства крови:

• перенос кислорода (О₂) от легких к тканям, углекислого газа (СО₂) от тканей к легким;
• транспорт пластических элементов и энергетических ресурсов к тканям;
• перенос конечных продуктов обмена к органам выделения;
• поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия;
• обеспечение иммунных реакций против инфекций;
• обеспечение гуморальной регуляции функций различных систем и органов, переносом к ним гормонов и других биологически активных веществ;
• участие в регуляции температуры тела.

Физико-химические свойства крови:

1. Плотность крови – это масса крови, заключенная в единицу объема. Она колеблется от 1,043-1,054 г/м³, эритроцитов 1,08-1,09, плазмы 1,02-,1,03.
2. Вязкость крови – способность оказывать сопротивление течению жидкости при перемещении одних частиц относительно других за счет внутреннего трения. Если принять вязкость  воды за единицу, то вязкость крови выше вязкости воды в 3-6 раз.
3. рН крови от 7,35-7,55. Активная реакция крови – слабощелочная. Активная реакция крови, обусловлена концентрацией водородных (Η⁺) и гидроксильных ионов (OH^-) . При избытке ионов водорода (Η⁺) отмечается сдвиг реакции крови в сторону кислотности, а при избытке гидроксильных ионов (OH^-) в сторону щелочности. Сдвиг реакции крови в кислую сторону называют ацидозом, в щелочную – алкалозом. Для характеристики реакции крови пользуются водородным показателем, сдвиг рН крови на 0,3-0,4 может привести к гибели. Поддержание рН на оптимальном уровне обеспечивается буферными системами крови и деятельностью выделительных органов, удаляющих избытки кислот, щелочей и легкоудалящих СО₂. Основными буферными системами крови являются белковая (10%), гемоглобиновая (81%), оксигемоглобиновая, бикарбонатная (7%), фосфатная (1%) и кислотная (1% от общей массы). В цельной крови основной буферной системы является гемоглобиновая, в плазме – бикарбонатная. Избыток кислых и щелочных ионов выделяются из организма в виде солей с мочой и в виде углекислого газа (СО₂) легкими. Запас солей необходимых для нейтрализации избытка водородных ионов, называется щелочным резервом. В крови имеется определенное соотношение между кислыми и щелочными компонентами. Его называют кислотно-щелочным равновесием.
4. Осмотическое давление – это сила, обуславливающая движение растворителя (для крови – вода) через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Физиологический раствор является жидкостью, служащей для продления жизнедеятельности ткани, концентрация которой приблизительно равна концентрации солей в плазме крови. Его называют изотоническим раствором. Изотонический раствор для холоднокровных 0,6-,65% NaCl, для теплокровных – 0,9% NaCl. Растворы, осмотическое давление которых такое же, как у плазмы крови – изотонические растворы, с большим давлением (или концентрацией) – гипертонические, а с меньшей – гипотонические.
5. Онкотическое давление - это давление, создаваемое белками в коллоидном растворе. Оно обеспечивает удержание воды в организме.
6. 6.    Поверхностное натяжение крови сила, обуславливающая сцепление частиц внутренних с наружными, наружных с внутренними, и направленная от поверхности внутрь.

Плазма – это жидкая часть крови. Она состоит из Н₂О (90-92%) и сухого вещества (8-10%), при этом ¹/₁₀ сухого остатка – это неорганические вещества, 9/10 органические соединения. Из органических соединений большинство занимают белки (альбумины, глобулины, фибриноген), азотистые вещества, а также продукты промежуточного и конечного распада белков. Безазотистые соединения представлены углеводами и жирами. Минеральных солей в плазме около 0,9 г% или до 10 г/л. Сыворотка – это плазма, лишенная белка фибриногена и других веществ, участвующих в процессе свертывания.

Эритроциты, их функции и строение

Основная масса форменных элементов крови представлена красными кровяными тельцами – эритроцитами – специализированные безъядерные (у млекопитающих) клетки, имеющие форму двояковыпуклых дисков, у птиц и рыб они имеют форму двояковыпуклых дисков с ядрами. Количество эритроцитов в крови определяют под микроскопом с помощью счетных камер или с помощью фотометрических и электронных приборов.

В 1 л крови взрослых лошадей число эритроцитов содержится 7,5 (6…11)*10¹² , крупного рогатого скота – 6,2 (5…7)*10¹², свиней 6,5 (5…8) *10¹²,  овец – 9,4*10¹², козы – 13*10¹², кур – 3,5*10¹², у мужчин – 5*10¹², у женщин – 4,5*10¹². Общая поверхность эритроцитов крови крупного рогатого скота достигает ≈ 1,5 га (огромная величина).

Функции:

1. Перенос кислорода от легких к тканям;
2. Участие в транспорте углекислого газа от тканей к легким;
3. Транспорт питательных веществ; адсорбированных на их поверхности аминокислот;
4. Участие в поддержании рН крови;
5. Участие в явлениях иммунитета; эритроциты адсорбируют на своей поверхности различные яды, которые разрушают клетки ретикулярной эндотелиальной системы. У взрослых животных эритроциты образуются внутри сосудов в синусах красного костного мозга. Эритроциты у лошадей циркулируют 100 дней, у крупного рогатого скота – 120…160 дней, у человека – 100…120 дней, разрушаются в ретикулярной эндотелиальной системе печени, селезенки, костном мозге.

Гемолиз, его виды

Оболочка эритроцита в нормальных условиях непроницаема для гемоглобина. Он может выходить только при разрушение эритроцитов или увеличения проницаемости мембраны. Выход гемоглобина из эритроцитов называется гемолизом. Гемолизированная кровь становится прозрачной, лаковой. Виды гемолиза:

1. Химический (действие эфира, спирта, кислот, щелочей);
2. Механический (встряхивание, механическое сдавливание);
3. Температурный (охлаждение до замораживания);
4. Биологический (при действии ядов, бактерий, токсинов, переливание несовместимой группы крови);
5. Осмотический, который наблюдается в гипотонических растворах – в них эритроциты набухают и лопаются.

Гемоглобин и его производные

Эритроциты выполняют функцию переносчика кислорода, благодаря содержанию в своем составе белка гемоглобина (Нb). Он состоит из белка глобина и 4 молекул гема. Молекула гема содержит двухвалентное железо, обладающее способностью присоединять и отдавать кислород.

В капиллярах легких гемоглобин присоединяет кислород и становится оксигемоглобином (НbО₂). Каждый атом Fe присоединяет 1 молекулу O₂. В капиллярах тканей гемоглобин, отдавая кислород, превращается в восстановленный. Среднее содержание гемоглобина в крови животных – 90-100 г/л. Недостаток гемоглобина является причиной анемии. Гемоглобин, соединенный с молекулой CO₂ , называется карбогемоглобином. Гемоглобин легко соединяется с угарным газом, при этом образуется карбоксигемоглобин. Примерно 0,1% угарного газа связывает 80% гемоглобина – гипоксия. При действии на гемоглобин сильных окислителей – они окисляют двухвалентное железо до трехвалентного железа – и гемоглобин превращается в метгемоглобин.

При большом количестве метгемоглобина в крови кислород тканям не отдается, т.к. трехвалентное железо образует стойкое не распадающееся соединение с кислородом, смерть наступает от удушья. У сельскохозяйственных животных содержание метгемоглобина в крови возрастает при отравлении нитратами, что связано с поеданием зеленых кормов, выращенных на высоких дозах азотных удобрений.

В скелетных и сердечных мышцах находится мышечный гемоглобин, называется миоглобин. Он сходен с гемоглобином, но способен больше присоединять кислород (обладает большим сродством с кислородом).

Значение и виды лейкоцитов, их функции

Лейкоциты (белые кровяные тельца) – это бесцветные клетки, содержащие ядро. В крови лейкоцитов в 600-800 раз меньше, чем эритроцитов. Увеличение лейкоцитов в крови называется лейкоцитозом. В физиологических условиях лейкоцитоз может быть:

1. Пищеварительный (первые 3-4 часа после приема пищи);
2. Миогенный (во время работы);
3. Лейкоцитоз беременных;
4. Эмоциональный;
5. Лейкоцитоз новорожденных.

Патологический лейкоцитоз отмечается при воспалительных процессах. Злокачественный процесс проявляется резко выраженной пролиферацией гранулоцитов и называется лейкозом. Уменьшение количества лейкоцитов называется лейкопенией. Лейкоциты живут от 2 до 15 дней. Они способны к амебообразному движению, благодаря чему могут проходить через стенку кровеносных сосудов. Они также способны окружать инородные тела и захватывать их в цитоплазму – фагоцитоз.Функции лейкоцитов:

1. Защитная – лейкоциты способны вырабатывать специальные вещества (лейкины), которые вызывают гибель микроорганизмов или разрушают продукты их жизнедеятельности (дезинтоксикационные свойства). Такие лейкоциты способны к выработке антител. Антитела могут долгое время сохраняются в организме, поэтому повторное заболевание невозможно;
2. Участие в свертывание крови и явлениях фибринолиза;
3. Ферментативная – лейкоциты содержат различные ферменты, необходимые для осуществления процессов внутриклеточного пищеварения.

Различные типы лейкоцитов можно изучить, размазав каплю крови на предметном стекле и окрасив красителями полученный мазок. По наличию или отсутствию гранул лейкоциты разделяют на гранулоциты и агранулоциты. Зернистые лейкоциты отличаются от незернистых наличием в их цитоплазме включений в виде зерен, которые окрашиваются различными красителями. Далее по окраске гранул гранулоциты делятся на базофилы (участвуют в свертывании крови, явлениях фагоцитоза, в аллергических явлениях), эозинофилы (в аллергических реакциях), нейтрофилы (в явлениях фагоцитоза). Нейтрофилы окрашиваются как кислыми, так и основными красками. Делятся они по степени развития ядра на миелоциты, юные, палочкоядерные и сегментоядерные. Базофилы окрашиваются основными красками, эозинофилы – кислыми. Незернистые лейкоциты делятся на лимфоциты (иммунитет) и моноциты (фагоцитоз). Процентное соотношение отдельных форм лейкоцитов, определяемое при подсчете их в мазке крови под микроскопом с иммерсионной системой, называют лейкоцитарной формулой (табл. 1).

                Таблица 1  Лейкограмма животных

Вид животного	Лейкограмма, %
	Б	Э	Ю	П	С	Л	М
Лошадь Крупный рогатый скот Овца Свинья Курица Кролик	0,6 0,7   0,6 1,4 4,0 6,0	4,0 7,0   4,5 4,0 4,0 4,0	- -   - - - -	4,0 6,0   1,2 3,0 1,0 -	48,4 25,0   33,0 40,0 26,0 30,0	40,0 54,3   57,7 48,6 59,0 50,0	3,0 7,0   3,0 3,0 6,0 4,0

Примечание:

1) Практикум по физиологии сельскохозяйственных животных: Учеб. пособие / П.Н. Котуранов, В.К. Гусаков, Ю.И. Никитин и др.; Под ред. П.Н. Котуранова. -–Мн.: Ураджай, 2000. 2) Б – базофилы, Э – эозинофилы, Ю- юные нейтрофилы, П – палочкоядерные нейтрофилы, С – сегментоядерные нейтрофилы, Л – лимфоциты, М- моноциты.

Лейкограмма может быть двух типов: нейтрофильная и лимфоцитарная. Нейтрофильная формула, или нейтрофильный характер  крови, характерна для лошадей, собак  и многих других видов животных с однокамерным желудком: содержание нейтрофилов от 50 до 70%. У жвачных животных в крови преобладают лимфоциты (от 50 до 70%), и такой тип лейкограммы называется лимфоцитарным. У свиней примерно равное количество нейтрофилов и лимфоцитов, их лейкограмма имеет переходный тип.

Сосудисто - тромбоцитарный гемостаз

Под термином «гемостаз» понимают комплекс реакций, направленных на остановку кровотечения при травме сосудов.

Значение системы гемостаза намного сложнее и шире. Факторы гемостаза принимают участие в сохранении  жидкого состояния крови, регуляции транскапиллярного обмена, резистентности сосудистой стенки, влияют на интенсивность репаративных процессов  и др.

Принято различать сосудисто - тромбоцитарный гемостаз и процесс свертывания крови. В первом случае - речь идет об остановке кровотечения из мелких сосудов с низким кровяным давлением, диаметр которых не превышает 100 мкм, во втором - о борьбе с кровопотерей при повреждениях артерий и вен. Такое деление носит условный характер, потому что при повреждении как мелких, так и крупных кровеносных сосудов всегда наряду с образованием тромбоцитарной пробки осуществляется свертывание крови. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз сводится к образованию тромбоцитарной пробки, или тромбоцитарного тромба. Условно его разделяют на три стадии:

• временный (первичный) спазм сосудов;
• образование тромбоцитарной пробки за счет адгезии (прикрепления к поврежденной поверхности) и агрегации (склеивания между собой) тромбоцитов;
• ретракция (сокращение и уплотнение) тромбоцитарной пробки.

Сразу после травмы наблюдается первичный спазм кровеносных сосудов, благодаря чему кровотечение в первые секунды может не возникнуть или носит ограниченный характер. (Первичный спазм сосудов обусловлен выбросом в кровь в ответ на болевое раздражение адреналина и норадреналина и длится не более 10…15 с.).

В дальнейшем наступает вторичный спазм (обусловленный активацией тромбоцитов и отдачей в кровь сосудосуживающих агентов - серотонина, адреналина и др.).

Повреждение сосудов сопровождается немедленной активацией тромбоцитов, что обусловлено появлением высоких концентраций АДФ (из разрушающихся эритроцитов и травмированных сосудов). В результате «раскрываются» вторичные рецепторы и создаются оптимальные условия для адгезии, агрегации и образования тромбоцитарной пробки.

Следовательно, тромбоцит оказывается «подвешенным» к травмированной поверхности сосуда. Одновременно с адгезией наступает агрегация тромбоцитов, осуществляемая с помощью фибриногена - белка,  образующего между ними связующие мо­стики, что и приводит к появлению тромбоцитарной пробки.

Важную роль в адгезии и агрегации играет комплекс белков и полипептидов, получивших наименование «интегрины» (служат связующими агентами между отдельными тромбоцитами).

Агрегация тромбоцитов может носить обратимый характер (вслед за агрегацией наступает дезагрегация, т. е. распад агрегатов). Из тромбоцитов, подвергшихся адгезии и агрегации, усиленно секретируются гранулы и содержащиеся в них биологически активные соединения - АДФ, адреналин, норадреналини др. (этот процесс получил название реакции высвобождения), что приводит к вторичной, необратимой агрегации.

Одновременно с высвобождением тромбоцитарных факторов происходит образованием тромбина, резко усиливающего агрегацию и приводящего к появлению сети фибрина, в которой застревают отдельные эритроциты и лейкоциты.

Благодаря контрактильному белку тромбостенину тромбоциты подтягиваются друг к другу, тромбоцитарная пробка сокращается и уплотняется, т. е. наступает ее ретракция. В норме остановка кровотечения из мелких сосудов занимает 2…4 мин.

Процесс свертывания крови

Плазменные и клеточные факторы свертывания крови

Скорость свертывания  крови у разных животных различна (в минутах): крупный рогатый скот – 6,5-10; свиньи – 3,5-5;        лошадь – 11,5-15; птица – менее 1 мин.; человек – 3-4.

При повреждении крупных кровеносных сосудов (артерий, вен, артериол), также происходит образование тромбоцитарной пробки, но она неспособна, остановить кровотечение, так как легко вымывается током крови. Основное значение в этом процессе принадлежит свертыванию крови, сопровождающемуся в конечном итоге образованием плотного фибринового сгустка.

В свертывании крови принимает участие комплекс белков, находящихся в плазме, большинство из которых является проферментамиоров и обозначаются римскими цифрами (I, или фибриноген; (II, или протромбин; III, или тромбопластин; IV, или ион Са²⁺ и др.).

Активация плазменных факторов происходит главным образом за счет протеолиза и сопровождается отщеплением пептидных ингибиторов. Активное состояние фактора обозначается присоедине­нием к его номеру буквы «а» (фактор II,а, Va, и т.д.).

Плазменные факторы делят на 2 группы: витамин К- зависимые (образуются преимущественно в печени под влиянием витамина К) и витамин К- независимые (для синтеза которых витамин К не требуется).

В эритроцитах обнаружены многие соединения, аналогичные тромбоцитарным факторам, эритроциты содержат большое количество АДФ, фибриназу и  другие факторы. При травме сосуда около 1 % наименее стойких эритроцитов вытекающей крови разрушается, что способствует образованию тромбоцитарной пробки и фибринового сгустка. Особенно велика роль эритроцитов в свертывании крови в случае их массового разрушения (переливание несовместимой крови, резус-конфликт матери и плода, гемолитические анемии и др.)

Лейкоциты тоже содержат факторы свертывания (лейкоцитарные). Моноциты и макрофаги при стимуляции антигеном синтезируют белковую часть тромбопластина, что значительно ускоряет свертывание крови и  продуцыруют витамин К- зависимые факторы свертывания (II, VII, IX и X). Эти факторы являются одной из основных причин возникновения внутрисосудистого свертывания крови (ДВС-синдром) при многих воспалительных и инфекционных заболеваниях, что значительно отягощает течение патологического процесса, а иногда служит причиной смерти больных.

Важная роль в процессе свертывания крови отводится тканевым факторам, к которым в первую очередь относится тромбопластин (фактор III). Концентрация тромбопластина высока в коре большого мозга, легких, плаценте и стимулированном антигенами эндотелии сосудов. При разрушении тканей и стимуляции эндотелия большое количество тромбопластина поступает в кровоток, что может вызывать развитие ДВС-синдрома.

Процесс свертывания крови представляет собой преимущественно проферментно-ферментный каскад, в котором проферменты, переходя в активное состояние, приобретают способность активировать другие факторы свертывания крови.

Выделяют три фазы: первая включает комплекс последовательных реакций, приводящих к образованию протромбиназы, во вторую фазу осуществляется переход протромбина (фактор II) в тромбин (фактор IIа) и в третью фазу из фибриногена образуется фибрин.

Первая фаза - образование протромбиназы может происходить по внешнему и внутреннему механизму.

Внешний механизм предполагает обязательное присутствие тромбопластина(фактор III), внутренний же связан с участием тромбоцитов (фактор Рз) или разрушенных эритроцитов. Вместе с тем внутренний и внешний пути образования протромбиназы имеют много общего, так как активируются одними и теми же факторами, и приводят в конечном итоге к появлению одного и того же активного фермента - фактора Ха, выполняющего функции протромбиназы. При этом и полный, и частичный тромбопластин служат матрицами, на которых в присутствии ионов Са²⁺  развертываются ферментативные реакции.

Формирование протромбиназы по внешнему пути начинается с активации фактора VII при его взаимодействии с тромбопластином и фактором  ХIIа. Кроме того, фактор VII может переходить в деятельное состояние под влиянием факторов XIa, IXa, Ха, IIа и калликреина. В свою очередь фактор VIIa не только переводит фактор X в Ха (ведет к появлению протромбиназы), но и активирует фактор IX, участвующий в образовании протромбиназы по внутреннему механизму.

Образование протромбиназы происходит чрезвычайно быстро (за 20…30 с), ведет к появлению небольших порций тромбина (IIа), который способствует необратимой агрегации тромбоцитов, активации факторов VIII и V и значительно ускоряет формирование протромбиназы по внутреннему механизму. Инициатором внутреннего механизма образования протромбиназы является фактор XII, который активируется травмированной поверхностью стенки сосуда, кожей, коллагеном, адреналином, в лабораторных условиях - при контакте со стеклом, после чего переводит фактор XI в XIa. В этой реакции может принимать участие калликреин (активируется фактором ХIIа) и ВМК (активируется калликреином). Фактор XIa оказывает непосредственное влияние на фактор IX, переводя его в фактор IXa. Специфическая деятельность последнего направлена на протеолиз фактора X и протекает при обязательном участии фактора VIII (или VIIIa). Активация фактора X под влиянием комплекса факторов VIII и IXa получила название теназной реакции.

Вторая фаза процесса свертывания крови - переход фактора II в фактор IIа осуществляется под влиянием протромбиназы (фактор Ха) в присутствии фактора V (Va) и сводится к протеолитическому расщеплению протромбина, благодаря чему появляется фермент тромбин, обладающий свертывающей активностью.

Третья стадия процесса свертывания крови - переход фибриногена в фибрин - носит этапный характер. Под влиянием фактора IIа от фибриногена отщепляются фибрино-пептиды и образуется фибрин-мономер,из него формируются олигомеры и димеры фибрина, из которых образуются протофибриллы.

В дальнейшем в процесс образования фибрина вмешивается фактор XIII (фибриназа, фибринстабилизирующий фактор), который после активации тромбином в присутствии ионов Са²⁺  формирует труднорастворимый фибрин.

Образовавшийся фибриновый сгусток благодаря тромбоцитам, входящим в его структуру, сокращается и уплотняется (наступает ретракция) и прочно закупоривает поврежденный сосуд.

Естественные антикоагулянты

В естественных условиях при наличии целостности сосудов кровь остается жидкой. Это обусловлено наличием в кровотоке противосвертывающих веществ, получивших название естественных антикоагулянтов, или фибринолитического звена системы гемостаза. Естественные антикоагулянты делят на первичные и вторичные.

Первичные антикоагулянты всегда присутствуют в циркулирующей крови. Их можно разделить на три основные группы:

• антитромбопластины - обладающие антитромбопластическим и антипротромбиназным действием;
• антитромбины - связывающие тромбин;
• ингибиторы самосборки фибрина - дающие переход фибриногена в фибрин.

При снижении концентрации первичных естественных антикоагулянтов создаются благоприятные условия для развития тромбозов и ДВС-синдрома.

Вторичные - образуются в результате протеолитического расщепления факторов свертывания крови в процессе образования и растворения фибринового сгустка. К ним относят «отработанные» факторы свертывания крови (принявшие участие в свертывании) и продукты деградации фибриногена и фибрина (ПДФ), обладающие мощным антиагрегационным и противосвертывающим действием, а также стимулирующие фибринолиз. Роль вторичных антикоагулянтов сводится к ограничению внутрисосудистого свертывания крови и распространения тромба по сосудам.

Фибринолиз

Фибринолиз сопровождает процесс свертывания крови и активируется факторами, принимающими участие в этом процессе. Фибринолиз предотвращает закупорку кровеносных сосудов фибриновыми сгустками. Кроме того, он ведет к реканализации сосудов после остановки кровотечения. Ферментом, разрушающим фибрин, является плазмин (иногда его называют «фибринолизин»), который в циркуляции находится в неактивном состоянии в виде профермента плазминогена. Фибринолиз, как и процесс свертывания крови, может протекать по внешнему и внутреннему механизму (пути).

Внешний механизм активации фибринолиза осуществляется при участии тканевых активаторов, которые синтезируются главным образом в эндотелии сосудов. К ним относятся тканевый активатор плазминогена (ТАП) и урокиназа. Внутренний механизм активации фибринолиза осуществляется плазменными активаторами, а также активаторами форменных элементов крови - лейкоцитов, тромбоцитов и эритроцитов и разделяется на Хагеман-зависимый и Хагеман-независимый. Образовавшийся в результате активации плазмин вызывает расщепление фибрина. Наряду с ферментативным фибринолизом, существует так называемый неферментативный фибринолиз.