Осмотическое давление растворов вмс.

Осмотическое давление растворов ВМС выше, чем рассчитанное по уравнению Вант-Гоффа. Это объясняется следующими причинами:

- Макромолекулы, благодаря гибкости, образуют петли и сегменты, которые ведут себя как отдельные кинетические единицы. Таким образом, в растворе ВМС осмотически активными частицами являются не макромолекулы, а их сегменты. Чем больше гибкость полимера, тем больше сегментов и соответственно выше осмотическое давление раствора.

- В результате сольватации макромолекул часть растворителя связывется, поэтому уменьшается доля свободного растворителя и увеличивается концентрация раствора, а, следовательно, и осмотическое давление.

Зависимость осмотического давления от концентрации для растворов НМС (1) и растворов ВМС (2)

 

В организме важную физиологическую функцию выполняет онкотическое давление – это часть осмотического давления крови, создаваемого белками (самостоятельно Методическое пособие «Физико-химия дисперсных систем», ч.II, стр.28-30). Массовая доля белков в плазме крови составляет 6-8 %, но поскольку они имеют большую молярную массу, их осмолярная концентрация в крови очень небольшая и онкотическое давление составляет 2,5-4,0 кПа, т.е. 0,5 % от общего осмотического давления крови.

 

Передвижение жидкости между плазмой и межклеточным пространством в зависимости от величины гидростатического и онкотического давлений.

 

 

Онкотическое давление крови соизмеримо с гидростатическим давлением в кровеносной системе и имеет большое биологическое значение. От соотношения гидростатического и онкотического давлений зависит проникновение жидкости из капилляров в ткани и обратно.

Гидростатическое давление крови падает от артериальной части капилляров к венозной. В артериальной части Р _{гидр .}> Р _{онк .} и жидкость из капилляров поступает в межклеточное пространство тканей – обратный осмос. В венозной части капилляров, наоборот, Р _{онк .} > Р _{гидр .} и происходит всасывание (осмос) межклеточной жидкости в капилляр. Скорость переноса жидкости прямо пропорциональна разности Р _{гидр .}и Р _онк.

При уменьшении содержания белка в крови, которое может возникнуть при голодании, нарушении пищеварения, при выделении белка с мочой из-за почечной недостаточности, понижается онкотическое давление крови. Это приводит к нарушению соотношения между гидростатическим и онкотическим давлением. В артериальной части капилляров разница Р _{гидр .} – Р _онк становится больше, а в венозной части Р _онк – Р _{гидр .} уменьшается. В результате этого усиливается приток воды в межклеточную жидкость, замедляется ее всасывание в венозную часть капилляра и возникают общие отеки.

При увеличении проницаемости капилляров возникает возможность фильтрации белков с небольшой молекулярной массой (альбуминов). Осмотическое давление межклеточной жидкости увеличивается, а онкотическое давление крови уменьшается, что приводит к возникновению «местных» отеков.

 

Защитное действие ВМС в коллоидных растворах/

Введение в коллоидные растворы полимеров значительно повышает их устойчивость. Такое явление называется коллоидной защитой. Защитным действием обладают белки, углеводы, пектины, а для систем с неводной средой – каучук. Защищенные золи более устойчивы к действию электролитов. Механизм защитного действия зависит от строения полимера. Глобулярные гидратированные (сольватированные) белковые молекулы адсорбируются на коллоидных частицах, сообщая им дополнительные факторы устойчивости – заряд и мощную сольватную оболочку.

 

Схема коллоидной защиты для глобулярных биополимеров

 

 

Если полимер имеет фибриллярное (асимметричное) строение, то, наоборот, коллоидные частицы адсорбируются на полимерных цепочках и не могут приближаться на расстояние, при котором действуют межмолекулярные силы.

 

Схема коллоидной защиты

для фибриллярных биополимеров

 

 

Количественной характеристикой защитного действия белков является «золотое число» (предложил Зигмонди) – это количество мг белка, которое необходимо добавить к 10 мл красного золя золота, чтобы предотвратить его коагуляцию (изменение его окраски в синюю) при добавлении 1 мл раствора NaCl с w = 10 %.

Чем меньше «золотое число», тем выше защитное действие полимера.

 

Коллоидная защита выполняет важную биологическую функцию.

ü Благодаря защитному действию белков крови, нерастворимые в крови вещества: соли (оксалаты, фосфаты и т.д.), холестерин, биллирубиновая известь находятся в диспергированном состоянии и могут переноситься по сосудам током крови.

ü В молоке фосфат кальция находится в диспергированном состоянии благодаря защитному действию белка казеина.

ü В фармации многие лекарственные формы, полученные в коллоидном состоянии, стабилизируются полимерами. Например, протаргол и колларгол – это коллоидные растворы серебра и оксида серебра, защищенные белками.

ü

Астабилизация – уменьшение устойчивости коллоидного раствора при введении недостаточного количества полимера (меньше «золотого числа»). Происходит адсорбция большого количества коллоидных частиц на полимере, что приводит к седиментации крупных и тяжелых агрегатов (рис.16).

 

Схема астабилизации

 

В организме снижение белков в плазме крови при нарушении обменных процессов приводит к развитию почечно-каменной и желчно-каменной болезням, остеохондроза, атеросклероза и т.д.

 

Коацервация

Растворы ВМС термодинамически устойчивы при сохранении неизменными внешних условий. Если в раствор полимера ввести электролиты, резко изменить температуру или рН среды, то будет наблюдаться явление коацервации.

Коацервация – это разделение раствора ВМС на концентрированный и разбавленный растворы.

Сольватная оболочка макромолекулы в растворе состоит из двух слоев: плотного и диффузного. Плотный сольватный слой образуется при непосредственном взаимодействии молекулы полимера с молекулами растворителя. Диффузный сольватный слой слабее связан с макромолекулой, более удален от нее, имеет меньшую плотность и обуславливает гомогенность системы.

При введении небольшого количества электролитов, ионы которых обладают дегидратирующим действием (Cl ^-, SO ₄ ^{2 -} ) или в состоянии близком к изоэлектрической точке, происходит разрушение диффузного сольватного слоя. Это приводит к возникновению в системе гетерогенности и появлению поверхностной энергии. В системе появляется стремление к уменьшению поверхностной энергии, молекулы ВМС сближаются и образуется общий диффузный слой. При этом полного слияния макромолекул не происходит, так как этому мешает плотная сольватная оболочка и одноименный заряд.

На первой стадии коацервации из двух макромолекул, объединенных одной диффузной оболочкой, образуется первичная коацерватная (ультрамикроскопическая) капля.

 

 

                                                                                       

 

 

Образование первичной ультрамикроскопической капли

На второй стадии из роя первичных капель образуется вторичная капля, видимая в обычный микроскоп. Раствор разделяется на концентрированный и разбавленный.

Вторичная коацерватная капля

При смешивании растворов противоположно заряженных белков наблюдается комплексная коацервация, протекающая с большей скоростью.

Коацервация играет важную роль в биологических процессах, совершающихся на клеточном уровне. Явление коацервации лежит в основе процесса получения лекарственных форм в виде микрокапсул.