OCHRONNE DZIAŁANIE KOLOIDÓW HYDROFILOWYCH NA

WODA
W ORGANIZMIE
CZŁOWIEKA – KOLOIDY
Zakład Chemii Medycznej
Pomorski Uniwersytet Medyczny
1
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
2
UKŁADY
Podział układów ze względu na:
1) liczbę występujących substancji:
 jednoskładnikowe
 wieloskładnikowe
2) liczbę występujących faz:
jednofazowe
wielofazowe
UKŁADY:
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;
3
np. roztwór glukozy (układ homogeniczny, jednofazowy, dwuskładnikowy)
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)
4
ROZTWORY KOLOIDALNE
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)
Wszystkie żywe komórki są zespołami różnorodnych układów
koloidalnych.
UKŁADY KOLOIDALNE są szeroko rozpowszechnione:
w przyrodzie ożywionej (białka, węglowodany)
w przyrodzie nieożywionej (gliny, mgły, pył wulkaniczny)
wśród związków otrzymywanych sztucznie w laboratorium
(mydła , barwniki, siarka koloidalna, tlenki metali)
5
WŁAŚCIWOŚCI
ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (1)
Przesączają się przez zwykłe sączki bibułowe, ale są zatrzymywane
na ultrasączkach
Są widoczne w ultramikroskopie
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
6
WŁAŚCIWOŚCI
ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (2)
Wykazują:
niewielkie obniżenie temperatury krzepnięcia
niewielkie obniżenie prężności par rozpuszczalnika
niewielkie podwyższenie temperatury wrzenia
małe wartości ciśnienia osmotycznego
Mogą ulegać koagulacji
Wykazują efekt Faraday’a-Tyndalla (czyli zjawisko polegające na
rozproszeniu światła przez drobne cząstki zawieszone w ośrodku
ciekłym, względnie gazowym, czyli w tzw. ośrodku mętnym (np. kurz,
mgła, mleko) z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego
7
tzw. stożka Tyndalla
EFEKT FARADAY’A-TYNDALLA
8
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
Ciecz
Ciecz
Piana
Emulsja
Ciało stałe
Ciecz
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
9
KLASYFIKACJA UKŁADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (2):
II. wymiarów cząstek koloidalnych
monodyspersyjne (cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość)
polidyspersyjne (cząstki fazy rozproszonej mają różne wymiary)
III. 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
10
KLASYFIKACJA UKŁADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (3):
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
włąściwości tych koloidów niewiele różnią się od roztworów rzeczywistych
*Roztwory molekularne i micelarne
emulsoidów lub koloidów odwracalnych
są
hydrofilowe
i
noszą
nazwę
11
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.
12
BUDOWA MICELI AgI WYTRĄCONEJ NADMIAREM KI
13
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
14
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).
Czynniki wywołujące koagulację :
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
15
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
16
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.
17
KOAGULACJA (4)
18
Kędryna T.Chemia ogólna… 2001
KOAGULACJA (5)
Warunki strącania (wysalania) białka
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).
Dodatek małych ilości jonów zobojętniających ładunek elektryczny
prowadzi do wytrącenia białek, których cząsteczki nie posiadają wtedy ani
płaszcza wodnego ani ładunku.
19
KOAGULACJA (6)
Warunki strącania (wysalania) białka z roztworów (2)
anion białkowy
(emulsoid)
dodatek kwasów
wzrost pH
obniżenie pH
odwodnienie
odwodnienie
odwodnienie
dodatek zasad
dodatek kationów
dodatek anionów
utrata ładunku
anion białkowy
(suspensoid)
kation białkowy
(emulsoid)
białko w PI
utrata ładunku
OSAD
kation białkowy
(suspensoid)
20
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).
21
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (1)
Płynoterapia (1):
zabieg polegający na podaży płynów (najczęściej dożylnej,
rzadziej dotętniczej lub podskórnej)
często stosowana zarówno
i w pomocy doraźnej
w
leczeniu
szpitalnym,
jak
22
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (2)
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.
23
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (3)
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
24
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (4)
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)
25
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (5)
Płyny wykorzystywane w płynoterapii:
krystaloidy (wodne roztwory elektrolitów lub glukozy, m.in. 0,9% NaCl,
5% roztwór glukozy, płyn Ringera, płyn wieloelektrolitowy izotoniczny „PWE”)
- stosowane przy utracie krwi do 15% masy ciała
- wskazane u pacjentów, którzy mają deficyt płynów w przestrzeni śródmiąższowej
lub u pacjentów z niedoborami elektrolitowymi (oparzonych i odwodnionych)
roztwory koloidalne (naturalne i syntetyczne)
- stosowane przy utracie krwi przekraczającej 15% masy ciała
- 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
krew i preparaty krwiopochodne (m.in. koncentrat krwinek
czerwonych (KKCz), osocze świeżo mrożone (FFP), koncentrat płytek)
26
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (6)
Roztwory koloidalne
naturalne
syntetyczne
skrobia hydroksylowa (HAES/HES)
żelatyny
albumina ludzka
- wytwarzane z kolagenu otrzymywanego
ze ścięgien, skóry i kości
- niewielka masa cząsteczkowa - 35 kDa
(szybkie wydalanie z moczem)
- krótkotrwały efekt objętościowy
- minimalny wpływ na hemostazę
- działa 24–36 h,
- rzadko wywołuje reakcje alergiczne
- duża jej ilość może wywołać
koagulopatię z rozcieńczenia
- stosowana m.in. w:
 stanach ciężkiego niedoboru białka,
przypadkach rozległych oparzeń,
 obrzękach mózgu
 wodobrzuszu
- wysoki koszt
- syntetyzowana z amylopektyny
- preparaty HES: Plasmasteril (6% HES 450/0.7)
oraz 3%, 6%, 10% roztwory HES:,
HES 200/0.5, HES 200/0.5, HES 130/0.4
- preferowana:
 wykazuje korzystne działanie reologiczne
i hamujące agregację płytek krwi
 nie kumuluje się w osoczu i tkankach oraz nie wpływa na
hemostazę i czynność nerek
dekstrany
- polimery złożone z 200-450 cząsteczek glukozy
- w klinice znalazły zastosowanie:
 6% i 10% roztwór dekstranu 40 (T1/2= 2-3 h)
 6% roztwór dekstranu 70 (T1/2= 6-8h)
- stosowane jako środki uzupełniające objętość
wewnątrznaczyniową, poprawiające właściwości reologiczne
krwi, do terapii przeciwzakrzepowej
- najczęściej spośród koloidów wywołują r. anafilaktyczne
27
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (7)
Roztwory koloidalne -zalety:
pozwalają na szybkie uzupełnienie przestrzeni wewnątrznaczyniowej
(krwotoki, wstrząsy)
w porównaniu z krystaloidami dają szybszy, silniejszy i dłużej trwający
efekt objętościowy
- powodują wzrost ciśnienia onkotycznego, co prowadzi do przemieszczania się wody do
naczyń
- długo utrzymują się w przedziale wewnątrznaczyniowym (2-12 godzin)
- po podaniu koloidów obserwuje się wzrost objętości wewnątrznaczyniowej na poziomie
od 100 % do nawet 400%
mają pozytywny wpływ na hemodynamikę, perfuzję narządową
i zaopatrzenie w tlen
28
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (8)
Roztwory koloidalne – wady:
mogą wywołać reakcje uczuleniowe
po podaniu dużej ilości może wystąpić:
- efekt rozcieńczenia składników krwi: białek, czynników krzepnięcia
- zmniejszenie stężenia hematokrytu
cena
29
KOLOIDY W PŁYNOTERAPII (9)
Idealny roztwór koloidalny:
nie powinien kumulować się w osoczu i tkankach,
ale łatwo poddawać się eliminacji z organizmu
HES 130/0,4
nie powinien wpływać na hemostazę i czynność
nerek
powinien być zawieszony w zrównoważonym do składu osocza roztworze
krystaloidowym
30
Dziękuję za uwagę  !
31