Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани
Только у нас: Введите до 31.03.

2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Известно, что при продолжительной обработке кости в разведенных растворах кислот ее минеральные компоненты растворяются и остается гибкий мягкий органический остаток (органический матрикс), сохраняющий форму интактной кости.

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%.

Количество воды сохраняется в тех же пределах, что и в компактной кости (Ю.С. Касавина, В.П. Торбенко).

Химический состав костной ткани

Изучение химического состава костной ткани сопряжено со значительными трудностями, поскольку для выделения органического матрикса требуется провести деминерализацию кости. Кроме того, содержание и состав органического матрикса подвержены значительным изменениям в зависимости от степени минерализации костной ткани.

Известно, что при продолжительной обработке кости в разведенных растворах кислот ее минеральные компоненты растворяются и остается гибкий мягкий органический остаток (органический матрикс), сохраняющий форму интактной кости.

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%.

Количество воды сохраняется в тех же пределах, что и в компактной кости (Ю.С. Касавина, В.П. Торбенко).

По данным А. Уайта и соавт., неорганические компоненты составляют около 1 /4 объема кости; остальную часть занимает органический матрикс. Вследствие различий в относительной удельной массе органических и неорганических компонентов на долю нерастворимых минералов приходится половина массы кости.

Неорганический состав костной ткани. Более 100 лет назад было высказано предположение, что кристаллы костной ткани имеют структуру апатита. В дальнейшем это в значительной мере подтвердилось.

Действительно, кристаллы кости относятся к гидроксилапатитам, имеют форму пластин или палочек и следующий химический состав – Са10(РО4)6(ОН)2.

Кристаллы гидроксилапатита составляют лишь часть минеральной фазы костной ткани, другая часть представлена аморфным фосфатом кальция Са3(РО4)2. аморфного фосфата кальция подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста.

Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксилапатит. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са 2+ и фосфата.

В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция, который почти целиком находится в костях и зубах, образуя вместе с фосфатом нерастворимый гидроксилапатит. Большая часть кальция в костях постоянно обновляется. Ежедневно кости скелета теряют и вновь восстанавливают примерно 700–800 мг кальция.

В состав минеральной фазы кости входит значительное количество ионов, которые обычно не содержатся в чистом гидроксилапатите, например ионы натрия, магния, калия, хлора и др.

Высказано предположение, что в кристаллической решетке гидроксилапатита ионы Са 2+ могут замещаться другими двухвалентными катионами, тогда как анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на поверхности кристаллов, либо растворяются в гидратной оболочке кристаллической решетки.

Органический матрикс костной ткани. Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген. Вместе с минеральными компонентами коллаген является главным фактором, определяющим механические свойства кости.

Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном типа 1. Известно, что данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями.

Есть данные, что в коллагене костной ткани несколько больше оксипролина, чем в коллагене сухожилий и кожи. Для костного коллагена характерно большое содержание свободных ε-амино-групп лизиновых и оксилизиновых остатков.

Еще одна особенность костного коллагена – повышенное по сравнению с коллагеном других тканей содержание фосфата. Большая часть этого фосфата связана с остатками серина.

В сухом деминерализованном костном матриксе содержится около 17% неколлагеновых белков, среди которых находятся и белковые компоненты протеогликанов. В целом количество протеогликанов в сформировавшейся плотной кости невелико.

В состав органического матрикса костной ткани входят гликозамино-гликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-суль-фат. Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах.

Принято считать, что гликозаминогликаны имеют непосредственное отношение к оссификации . Показано, что окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным.

Костный матрикс содержит липиды, которые представляют собой непосредственный компонент костной ткани, а не являются примесью в результате недостаточно полного удаления богатого липидами костного мозга. Липиды принимают участие в процессе минерализации.

Есть основания полагать, что липиды могут играть существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.

Биохимические и цитохимические исследования показали, что остеобласты – основные клетки костной ткани – богаты РНК . Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию (табл. 22.1).

Своеобразной особенностью костного матрикса является высокая концентрация цитрата: около 90% его общего количества в организме приходится на долю костной ткани.

Принято считать, что цитрат необходим для минерализации костной ткани.

Вероятно, цитрат образует комплексные соединения с солями кальция и фосфора, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до такого уровня, при котором могут начаться кристаллизация и минерализация.

Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.

Читай также:

Костная ткань норма в процентах , Что такое остеобласты и остеокласты , Разрастание костной ткани на голени , Как правильно принимать трутневый гомогенат , В домашних условиях для выработки коллагена ,

Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Источник: https://zdorovie-ok.ru/reakciya-obrazovaniya-osnovnogo-neorganicheskogo-veschestva-kostnoj-tkani/

Биохимия соединительной ткани. Биохимия костной ткани, страница 2

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

        Костная ткань — разновидностьсоединительной тка­ни, отличающаяся большей твердостью, механическойпрочностью, наличием межклеточного вещества, в кото­ром преобладаютнеорганические вещества. Кость, как орган, — сложное структурное образование,содержащее костную ткань, костный мозг, кровеносные и лимфати­ческие сосуды,нервы, хрящевую ткань.

Б) функции костной ткани.

Функции кости:

механическая: опорная, двигательная,защитная;

биологическая: а) участвует в процессекроветворе­ния, б) обмене веществ; в) является депо неорганических веществ; г)служит буфером, стабилизирующим ионный состав внутренней среды.

          В) Структура костной ткани.

Костная ткань состоит из органических веществ(20%); минеральных веществ (70%); воды (10%). Орга­ническая часть состоит на95% из белка-коллагена, 5% приходится на неколлагеновые белки, углеводы, жиры,протеогликаны, хондроитинсульфат, цитрат. Твердость зависит от наличияминеральных веществ. В скелете со­средоточено 99% тканевого кальция, 87% —фосфата, 58% — магния.

Клетки костной ткани разделяют наостеокласты, ос­теобласты, остеоциты.

Остеобласты — клетки, синтезирующие большуючасть органического костного матрикса (проколлаген, гликозаминогликаны,белки-ферменты и др.) в период костеобразования, участвуют в переносе кальция вкостный матрикс (минерализация кости).

Остеокласты, — клетки, осуществляющие резорб­циюкостной ткани: осуществляют рассасывание межкле­точного вещества,деминерализацию хрящей, костей. В них содержится большое количество лизосом,митохонд­рий.

Остеоциты — зрелые костные клетки, обеспечива­ющиецелостность костного матрикса и участвующие в регуляции его гомеостаза.Считается, что три типа кле­ток могут превращаться друг в друга приопределенных условиях.

Коллаген I типа — белок,состоящий из трех полипептидных цепей, представляющих скрученные спира­ли,навинченные на один общий цилиндр. В отличие от коллагена соединительной тканив коллагене кости пре­обладают поперечные связи, которые придают особуюпрочность.

Синтез коллагена происходит в остеобластах при наличии ферментов,гидроксилирующих пролин и лизин. Предшественником коллагена являетсятропоколлаген, который проникает в межклеточное пространство, гдеполимеризуется, образуя волокна.

Синтез преоблада­ет над распадом и происходитнакопление коллагена во внеклеточном пространстве.

          Г) Белки неколлагеновой природы

Гликопротеины — принимают участие в процессеми­нерализации, водно-солевом обмене, росте и развитии кости.

Альбумин — составляет главную массунеколлагеновых белков. Принимает участие в доставке и распределе­нии гормонов,веществ из кровяного русла.

Углеводы — обеспечивают энергией процессминера­лизации.

Мукополисахариды — участвуют в образованиикри­сталлического кальция и связывании его с коллагеном, регуляции водного исолевого обмена.

Органические кислоты — цитрат, которыйобразует с кальцием комплексное соединение, обеспечивая увели­чениеконцентрации кальция до такого уровня, при кото­ром начинается егокристаллизация и минерализация. Цитрат принимает участие в регуляции уровнякальция в крови.

Д) Неорганические вещества

Кальций выполняет пластическую роль при форми­рованиитканевых структур. В организме находится в фор­мах: кристаллической —оксиаппатит (его структура та­кова, что может легко отдавать ионы в тканевыежидко­сти и вновь поглощать их); аморфной — более растворим и является резервомкальция и фосфора. Он преобладает в раннем возрасте, а в зрелом —кристаллический.

Микроэлементы — регулируют обмен веществ.

   Е) Особенности метаболизма костной ткани

Образование костной ткани состоит из двухэтапов: образования органической матрицы и ее дальнейшей ми­нерализации.

Этотпроцесс протекает с большой затратой энергии, которая образуется в результатетканевого ды­хания костных клеток, которые обладают такой же дыха­тельнойактивностью, как и клетки других тканей.

На процессы образования и распадакостной ткани влияют гормоны, витамины, питание, возраст.

  Ж) Влияние гормонов

Паратгормон (84 остатка аминокислот) — активи­руяферментные системы остеокластов, вызывает деми­нерализацию костей, выражающуюсяв разрушении ми­неральной и органической основы кости. Паратгормон уменьшаетколичество остеобластов и увеличивает число остеокластов. Происходит выходионов кальция в кровь из костей.

Калъцитриол (1,25-дигидрокси-Вз) — действуетана­логично паратгормону. Калъцитонин (32 остатка ами­нокислот) — являетсяантагонистом паратгормона. Кальцитонин активирует ферментную системуостеобластов, что приводит к усилению минерализации кости, способ­ствуяотложению в костях ионов кальция и фосфатов.

Половые гормоны — ускоряют созревание и сокра­щаютпериод роста кости (при раннем половом созрева­нии наступает карликовость).Эстрогены увеличивают ак­тивность остеобластов.

Тироксин (тетрайодтиронин) – активируетфермен­ты ЦПЭ; усиливает поглощение кислорода; активирует а-глицерофосфатдегидрогеназу;активирует К+/Nа+ насос; усиливает рост идифференцировку тканей; активирует обмен белков, углеводов. При недостаточнойсекреции за­медляется рост кости.

Соматотропин — гормон роста (191 остатокамино­кислот) — стимулирует образование сульфосодержащих глюкозаминогликанов;тимидина; уридина; пролина; уси­ливает биосинтезы белка, ДНК, РНК; активируетглико­лиз, распад ТАГ и ВЖК.

Кортикостероидные гормоны (кортизол,кортизон) усиливают действие паратгормона; ингибируют рост и де­лениефибробластов; биосинтез мРНК проколлагена.

При их усиленной секрециинаблюдается замедление биосин­теза коллагена, фибронектина, протеогликановматрикса.

Таким образом, стероидные гормоны усиливают деми­нерализацию кости,поэтому длительное лечение стерои­дами вызывает остеопороз, разрушениепозвоночника, угнетает заживление переломов.

          З) Влияние витаминов D3, А, С, В2,В6, РР

Витамин D3 являетсяпредшественником кальцитриола, вызывает резорбцию кости (при гипокальциемии).

Витамин А. Если он находится в недостатке, топро­исходит утолщение костей, изменение их формы, нару­шение минерализации,задержка роста. При его избытке нарушается прочность мембран лизосом иразрушаются основные компоненты кости, т. е. наблюдается рассасы­вание кости,остеопороз, переломы.

Витамин С в норме активирует гидроксилазыпролина и лизина. При его недостатке уменьшается биосин­тез коллагена, чтоприводит к деминерализации кости, уменьшению синтеза РНК.

Витамин В6 принимает участие вобмене аминокис­лот, биосинтезе белков, поэтому при его недостатке за­медляетсярост кости.

Витамины РР и В2 являютсякоферментами дегидрогеназ ЦПЭ, при их недостатке уменьшается синтез АТФ,замедляется рост кости.

      И) Энзимодиагностика

В костной ткани находятся ферменты циклаКребса, ЦПЭ, гликолиза, щелочная фосфатаза. Ее активность за­висит отактивности остеобластов. Когда в костной тка­ни происходят процессы, связанныес перестройкой кост­ной ткани, в крови увеличивается активность щелоч­нойфосфатазы.

   К) Патология костной ткани

Заболевания могут возникнуть в результатеразлич­ных причин: травмы, инфекции, врожденных нарушений, дистрофии,дисплазии.

Воспаления: остит; остеомиелит; туберкулезкости; сифилис кости; бруцеллез.

Дистрофии: цинга; рахит; остеохондропатии.

Дисплазии: опухоли костей; саркома; метастазыопу­холей.

Травмы: переломы; артрозы; спондилезы.

Источник: https://vunivere.ru/work5163/page2

Гетерогенные процессы, их биологическая роль и применение в медицине – международный студенческий научный вестник (электронный научный журнал)

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани
1 Неёлова О.В. 1 Xугаева А.И. 1 1 ФГБОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова» 1. Общая и биоорганическая химия: учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / И.Н. Аверцева [и др.]; под ред. В.А. Попкова, А.С. Берлянда. – М.

: Издательский центр «Академия», 2010. – 368 с.

Гетерогенные процессы имеют важное значение в процессах жизнедеятельности организма и позволяют понять механизм формирования вещества костной ткани, действие кальциевого буфера, физико-химические основы развития таких заболеваний, как мочекаменная болезнь, рахит, подагра и др., а также обосновать ряд терапевтических мероприятий и диагностических методов исследования. Глубокое понимание закономерностей образования и растворения малорастворимых солей в организме человека необходимо будущему врачу.

В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксофосфат кальция Ca5(PO4)3OH [1].

Наряду с кристаллическим гидроксофосфатом кальция в состав костной ткани входит аморфный фосфат кальция Са3(РО4)2, придающий гибкость костной ткани, содержание которого с возрастом уменьшается. Образованию Ca5(PO4)3OH способствует слабощелочная среда (рН≈8,3); в более кислой среде происходит процесс деминерализации.

При образовании костной ткани зуба наряду с гидроксофосфатом кальция в эмали зуба образуется и фторидфосфат кальция Са5(РО4)3F, менее растворимое и механически более прочное соединение. Кроме того, повышенная концентрация ионов кальция в слюне (одноименный ион) приводит к его стабилизации.

Причиной кариеса является растворение гидроксофосфата кальция под действием кислот, содержащихся в слюне. Поскольку Са5(РО4)3F более устойчив к действию кислот необходимо применять зубные пасты, содержащие ионы Са2+ и F–, стабилизирующие эмаль зуба.

Костная ткань взрослого человека находится в стационарном состоянии. Eжедневный обмен кальция в составе костной ткани составляет 0,7-0,8 г. Полная перестройка костной ткани осуществляется приблизительно каждые 10 лет.

Поддержание в организме концентрации ионов кальция на постоянном уровне (2,25-2,75 ммоль/л) обеспечивают костная ткань и плазма крови. Эту систему нужно рассматривать как кальциевый буфер, функционирование которого регулируется гормонами.

При понижении концентрации ионов кальция в крови активируется резорбция (рассасывание) костной ткани специальными клетками – остеокластами. При этом в межклеточном веществе образуются органические кислоты, в основном, молочная, способствующие растворению фосфатов кальция.

При повышении концентрации ионов кальция уменьшается число остеокластов, угнетается резорбция костной ткани и активируется минерализация.

Механизм гетерогенных процессов лежит в основе и ряда патологических состояний. Кроме фосфатов ионы кальция в условиях организма образуют и другие малорастворимые соединения.

Например, образование карбоната кальция СаСО3 является причиной атеросклеротического кальциноза.

Развитию мочекаменной болезни способствует образование оксалата кальция СаС2О4, фосфата аммония магния NH4MgPO4, карбонатфосфата кальция Са10(РО4)6СО3·Н2О, мочевой кислоты и ее солей.

Костная ткань способна к изоморфному замещению ионов ее компонентов в узлах кристаллической решетки на другие компоненты. Явление изоморфизма может служить причиной ряда патологий.

Так конкурентное замещение кальция на стронций, образующий менее растворимое соединение Sr5(PO4)3OH приводит к развитию стронциевого рахита, вызывающего хрупкость костей.

Замещение кальция на бериллий вызывает беррилоз – размягчение костей.

Гетерогенные процессы используются и для коррекции некоторых патологических состояний. Например, реакции осаждения используют при отравлении щавелевой кислотой или ее солями, вводя в качестве антидота раствор СаCl2, при отравлении солями бария промывают желудок раствором MgSO4.

Реакции растворения осадков применяют реже. Например, лечение подагры и мочекаменной болезни проводят солями лимонной кислоты, виннокаменной кислоты и ее солями, солями лития. Некоторые малорастворимые соединения используют в фармакотерапии.

Их действие основано на совмещении гетерогенного и протолитического равновесий. Гидроксид алюминия, составляющий его основу, является антацидным средством. Растворение гидроксида алюминия прекращается при рН=4, что предотвращает полную нейтрализацию желудочного содержимого.

При этом переваривающая активность уменьшается, но не прекращается. Нерастворившаяся часть Аl(ОН)3 оказывает обволакивающее и адсорбирующее действие.

Библиографическая ссылка

Неёлова О.В., Xугаева А.И. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ И ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=15114 (дата обращения: 27.03.2020).

Источник: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=15114

Объясните, почему радионуклид Sr90

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

Гетерогенные процессы

1. Константы растворимости Ks (Ag2SO4)=1,8 .10 -5

и Ks (CaSO4)=2,4. 10-5

Ag2SO4 2Ag+ (р-р)+ SO42-(р-р)

s 2s s

Ks(Ag2SO4)=(C2Ag+)*(CSO42)=

(2s) 2*s=4s3=s=3√1.8*10-5:4

S(Ag2SO4)= 0.01651моль/л

CaSO4Ca2+(р-р)+ SO42-(р-р)

S s s

Ks=C(Ca2+)C(SO42-)=S*S=S2=S=√Ks

S(CaSO4)= √Ks=√2.4*105

S(CaSO4)=0.005моль/л

S(Ag2SO4)>S(CaSO4)

Условия образования и растворения осадков

Процесс образования осадка можно расчленить

на три основные стадии:

1) возникновение зародышей кристаллизации;

2) рост кристаллов из зародышей;

3) агрегация кристаллов с образованием

поликристаллического осадка.

Эти стадии протекают с разной скоростью.

Растворение осадка или сдвиг равновесия вправо

может быть осуществлен с помощью любого метода у

меньшения концентрации свободных ионов An+ или Bm–:

1) связыванием этих ионов в другой менее растворимый осадок,

2) связыванием ионов металла в комплекс,

3) связыванием аниона в малодиссоциированную кислоту,

4) окислением или восстановлением катиона или аниона.

В какой последовательности будут осаждаться

Малорастворимые электролиты AgCI, AgBr, AgI,

Ks(AgCl)>Ks(AgBr)>Ks(AgJ)Следовательно, осадок AgJ менее

растворим, на его образование идет меньше концентрации ионов

серебра и этот осадок выпадает первым.Наиболее, осадок AgCl

растворимый, выпадает последним.

4,. Реакции, лежащие в основе образования

Неорганического вещества костной ткани.

Стадией лимитирующей скорость гетерогенного процесса

является самая медленная реакция образования центра кристаллизации

Регуляция образования костной ткани с помощью витаминов,

Гормонов и рН среды.

Основным минеральным компонентом костной ткани

является гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH.

Часть ионов Ca2+ замещена ионами Mg2+, а очень

незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора,

которые повышают прочность кости.

Клетки костной ткани могут легко ускорять либо отложение

либо растворение минеральных компонентов при локальных

изменениях рН, концентрации ионов Са2+ или и

комплексообразующих соединений. Так, при увеличении

концентрации ионов Са2+ в плазме крови наблюдается сдвиг

равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани.

Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови

также вызывает сдвиг равновесия, но сопровождающийся уже

растворением минеральных компонентов костной ткани.

Явление изоморфизма

Изоморфизм-замещение ионов в узлах

крист.решетки другими ионаит, имеющих сходные

кристалло-химические характеристики.

Положительный- замещение гидроксидионов

на фторид-ионы Ca5(PO4)F.

отрицательный- вызывает патологии:

-Бериливый рахит (Ве-замещение),

-Лейкоз (Sr 90), -стронцивый рахит Sr+2,

Sr5(PO4)3OH.

Реакции, лежащие в основе

Образования конкрементов

CaC2O4-оксалат

Ca3(PO4)2-урат кальция.

При повышении концентрации

мочевой кислоты

CaCO3-карбонат кальция.

Основой для уратов является

мочевая кислота и ее соли.

Какой метод объемного анализа называют

Методом осаждения?

Осаждения методы — объемные (титриметрические)

методы количественного анализа,

основанные на использовании химических

реакций осаждения, т. е. таких химических

процессов, протекающих в растворах,

при которых одно из образующихся веществ

выпадает в осадок.

Аргентометрический титриметрический метод

анализа основан на применении в качестве

осадителя: Аg+ + Наl- ↔ АgНаl↓

При выборе индикатора выбирают такой ион,

который образует окрашенное соединение с

ионом серебра в пределах скачка титрования,

то есть при рАg = 4…6 ед. наиболее пригодным

оказывается K2CrО4, т. к. Ks = 2,1 * 10 -12 и

анион CrO42- образуют окрашенный осадок

с ионами серебра при концентрации последних,

отвечающих значениям в пределах скачка

на кривой титрования.

Объясните, почему радионуклид Sr90

Стронций – остеотроп, элемент накапливающийся

в определенных тканях организмов живых существ.

Накопление стронция в организме человека

происходит в скелете. Химические свойства стронция

сходны со свойствами кальция, являющегося главным

строительным элементом скелетов всех живых

организмов. В мышечных тканях этого элемента

накапливается всего 1%, все остальное

количество – в костных тканях. Участвует

в формировании костной ткани.

Радиоактивный стронций негативно сказывается

на растущей костной ткани, облучая ее и приводя

к болезням суставов и их деформации, что также

сопровождается задержкой в росте ребенка.

Такое заболевание называется стронциевым рахитом.

Повышенное содержание бериллия в пище

способствует образованию фосфата бериллия.

Систематически “забирая” фосфаты у важнейшей

части костей, – фосфата кальция, бериллий,

тем самым, ослабляет костную ткань и способствует

ее разрушению. Экспериментально известно,

что введение этого элемента животным

вызывает “бериллиевый” рахит. Доказано,

что даже небольшое количество бериллия

в составе костей приводит к их размягчению (бериллиоз).

Источник: https://poisk-ru.ru/s4713t3.html

Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

Для проведения коррекции кислотно-основного состояния необходимо выявить, какое звено в его регулировке нарушено. Для этого необходимо определить значения рН биологических жидкостей и содержание буферных оснований.

В основе фармакологических действий лежит реакция нейтрализации.

Например, в качестве экстренной меры при ацидозе применяется внутривенное вливание раствора гидрокарбоната натрия 4,5%, а в острых случаях – 8,4%. Второе эффективное средство – трисамин 3,66%, который связывает избыточные протоны. Он эффективен только при внутривенном введении. Также в качестве средства, коррегирующего ацидоз, используют лактат натрия 11% раствор.

Для устранения явления алкалоза в некоторых случаях используют раствор аскорбиновой кислоты 5%. В гастроэнтерологии применяют средства, нормализующие секреторную функцию желудка.

При пониженной кислотности желудочного сока назначают разбавленную соляную кислоту, при повышенной кислотности – различные антацидные препараты: оксид магния, основной карбонат магния, карбонат кальция, гидрокарбонат натрия

38. Гетерогенные реакции в растворах электролитов. Константа растворимости. Конкуренция за катион или анион: изолированное и совмещенное гетерогенные равновесия в растворах электролитов. Общая константа совмещенного гетерогенного равновесия. Условия образования и растворения осадков

Многие биологические процессы связаны с растворением или образованием малорастворимых ионных соединений, преимущественно солей. Формирование неорганического вещества костной ткани, образование почечных камней, регуляция концентрации ионов кальция в плазме и многие другие процессы объясняются теорией гетерогенных равновесий в растворах электролитов.

*Произведение растворимости
Произведение растворимости (ПР, Ksp) — произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянных температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесие между твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для AgCl это равновесие можно записать в виде:
AgCl Ag++Cl-
Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

Кs(AgCl)=[Ag+]•[Cl-]/[AgCl] *Конкуренция за катион или анион. 1) изолированное гетерогенное равновесие – образование в системе одного малорастворимого электролита: В растворе присутствуют в равных концентрациях ионы натрия Na+ и серебра Ag+. При введении хлорид-ионов Cl- образуется хлорид серебра.

В реальных системах встречается редко.

2) совмещенное гетерогенное равновесие – образование в системе нескольких мало растворимых электролитов, в первую очередь образуется менее растворимое соединение (с меньшим значением KS), затем более растворимое (с бóльшим значением KS).

Происходит дробное осаждение.

39.Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера.

Коллоидный CaHPO4 , окруженный белками и гидратной оболочкой , вместе с током крови направляется в сторону костной ткани , где в остеобластах происходит конечный этап образования костной ткани -минерализация . Способствующие факторы ph=8 , повышенная концентрация фосфат-ионов , образующихся при гидролизе сложных эфиров фосфорной кислоты , углеводов , аморфного фосфата кальция .

Формирование костной ткани – результат протекания процессов осаждения-минерализации и растворения – деминерализации.

Около 30% костной ткани составляют органические соединения, в основном коллагеновые волокна, 70 % – неорганические вещества (дентин содержит около 75% неорганического вещества и имеет очень большую плотность).

Основным минеральным компонентом костной и зубной ткани является основная соль- гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH (точнее Ca10(PO4)6(OH)2 – гидроксиапатит).

Образование костной ткани начинается с плазмы крови и включает несколько стадий: При физиологическом значении рН крови (7,4) в системе сосуществуют ионы (30%) и .(70%).

Однако, в первую очередь в присутствии ионов Ca2+ образуется менее растворимый CaHPO4 (конкуренция анионов за катион):

1-я садия: Ca2+ + ⇄CaHPO4 (СаНPO4) = 2,7×10–7

Ca(Н2PO4)2= 1×10–3

Коллоидный CaHPO4 , окруженный белками и гидратной оболочкой, вместе с током крови направляется в сторону костной ткани, где в остеобластах происходит конечный этап образования костной ткани – минерализация. Способствующие факторы: рН=8, повышенная концентрация фосфат- ионов, образующихся при гидролизе сложных эфиров фосфорной кислоты, углеводов, аморфного фосфата кальция.

2-ястадия : 3CaHPO4 + 2OH– + Ca2+⇄ Ca4Н(PO4)3 + 2H2O

Са3(РО4)2×СаНРО4

3-я стадия: Ca4H(PO4)3 + 2OH– + Ca2+⇄Ca5(PO4)3ОН + Н2О

Растворимость электролитов в ряду

CaHPO4®Ca4H(PO4)3®Ca5(PO4)3OH

постоянно понижается, что способствует образованию термодинамически устойчивой в условиях организма формы фосфата кальция:

Са3(РО4)2 = 2×10–29, Са5(РО4)3ОН = 1,6×10–58

В поверхностных слоях кости содержится небольшое количество аморфного Са3(РО4)2, который придает гибкость костной ткани и является лабильным резервом кальция и фосфатов в организме. По мере взросления и старения организма его содержание уменьшается.

Костная ткань выполняет роль своеобразного минерального депо. содержащего катионы практически всех металлов, присутствующих в организме.

Часть ионов Ca2+ в костной ткани замещена ионами Mg2+. Незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора.

Это приводит к уплотнению кристаллической решетки, а следовательно, к увеличению твердости и повышению устойчивости соединения к действию кислот ( фторид-ион – менее сильное основание Бренстеда по сравнению с гидроксид-ионом).

Явление замещения ионов в узлах кристаллической решетки другими ионами, имеющими сходные кристаллохимические характеристики, называется изоморфизмом.

Таким образом, помимо гидроксиапатита в состав костной ткани входят и другие неорганические минералы:

CaНPO4 2H2O- гидрофосфат кальция (брушит)

Ca5(PO4)3F- фторапатит (в составе зубной эмали)

Ca10(PO4)6СO3 – карбонапатит

Ca8H2 (PO4)6∙ 5H2O- октакальция фосфат

Mg10(PO4)6(OH)2

Ca3(PO4)2 – аморфный фосфат кальция

. Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера.

В стоматологической практике как компонент биокерамики и в качестве имплантата костной ткани используют поликристаллический синтетический гидроксиаппатит, благодаря его уникальной биосовместимости чрезвычайно низкой растворимости .

Обмен ионами кальция в организме составляет до 800мг/сут . Концентрация ионов кальция в плазме крови постоянна и составляет 0,0025М, а фосфатов – 0,001М. Только половина кальция находится в ионизированном состоянии, другая половина связана с белками плазмы.

Поддержание концентрации ионов кальция на постоянном уровне обеспечивает костная ткань и плазма крови; эту систему можно рассматривать как кальциевый буфер.

Плазма крови представляет собой почти насыщенный раствор гидрофосфата кальция (CaHPO4), находящийся в динамическом равновесии с неорганическими составными частями костной ткани, поэтому костная ткань не растворяется. Полная перестройка костной ткани происходит каждые 10 лет.

При увеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови согласно принципу Ле- Шателье наблюдается сдвиг равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани.

Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови приводит к смещению равновесия в сторону растворения минеральных компонентов костной ткани, ее обызвествлению.

Например, при рахите из-за недостаточности всасывания ионов Са2+ из желудочно-кишечного тракта, при беременности концентрация ионов Са2+ в плазме крови поддерживается постоянной за счет мобилизации (высвобождения) ионов Са2+ из неорганических компонентов костей.

Растворение костной ткани происходит в специальных клетках- остеокластах, чему способствуют: уменьшение рН, увеличение концентрации лактатов, цитратов, белков, комплексно связывающих ионы кальция, отсутствие в пище витамина Д, . являющегося проводником кальция в составе растворимого комплекса через стенки кишечника в плазму.

40.Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксид-ионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Остеотропность металлов. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов. Применение хлорида кальция и сульфата магния в качестве антидотов.

Изоморфизм-явление возникшее в результате замещения частиц одного компонента в узлах кристаллической решетки частицами другого компонента .

Оксалаты :CaC2O4+2HCL=CaCL2+H2C2O4 реагирует с сильными кислотами .

Кальциноз сосудов -отложение карбоната кальция на стенках сосудов . Ca+CO3=CaCO3

В организме человека помимо фосфатов , ионы Са могут образовываться и другие малорастворимые соединения -патологические кокременты . Локально повышение концентраций некоторых ионов может наблюдаться при различных нарушениях обмена веществ .

Мочекаменная болезнь .

1) Образование уратов кальция (солей мочевой кислоты ) при рн 7Ca+PO4=Ca3(PO4)2

Увеличение концентрации ионов лития приводит к уменьшению концентрации ионов натрия, что необходимо для поддержания значений ионной силы плазмы и осмотического давления. Уменьшение концентрации ионов на­трия приводит к частичному растворению уратов натрия (соответственно прин­ципу Ле Шателье).

Для формирования костной ткани необходимы строгая ориентация коллагеновых волокон, гормональная регуляция, ряд других факторов.

Клетки костной ткани вследствие локальных изменений рН, концентрации ионов кальция и фосфатов, активности ферментов могут легко ускорять процессы минерализации или деминерализации, проходящей уже в остеокластах.

Растворение костной ткани происходит из-за повышения кислотности среды. Вначале отдаются катионы кальция, а затем происходит полный распад. Костную ткань можно рассматривать как кальциевый буфер.

Регуляторами данного обмена кальцием и фосфатами в организме являются: витамин D(процесс всасывания ионов кальция и фосфатов из кишечника), гормоны паратирин, кальцитонин(подавляет активность остеокластов и ингибирует освобождение ионов Ca2+ из костной ткани), йодсодержащие гормоны щитовидной железы – тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) обеспечивают оптимальный рост костной ткани, лактоферрин выполняет роль фактора роста кости и её здоровья. Благодаря им поддерживается постоянная концентрация этих ионов в сыворотке крови, межклеточной жидкости и тканях.

41. Комплексные соединения. Их строение на основе координационной теории А. Вернера. Комплексный ион, его заряд. Катионные, анионные, нейтральные комплексы. Номенклатура, примеры.

Комплексные соединения – устойчивые химические соединения сложного состава, в которых обязательно имеется хотя бы одна связь, возникшая по донорно-акцепторному механизму

По координационной теории Вернера в комплексном соединении различают внутреннюю и внешнюю сферы. Центральный атом с окружающими его лигандами образуют внутреннюю сферу комплекса.

Все остальное в комплексном соединении составляет внешнюю сферу и пишется за квадратными скобками.

Между центральным атомом и лигандами действуют силы притяжения (образуется ковалентная связь по обменному и (или) донорно-акцепторному механизму),

между лигандами – силы отталкивания.

Комплексообразователь – атом или ион, который является акцептором электронных пар, предоставляя свободные атомные орбитали, и занимает центральное положение в комплексном соединении

Число свободных атомных орбиталей, предоставляемых комплексообразователем, определяет его координационное число

Значение координационного числа комплексообразователя равно удвоенному заряду иона комплексообразователя

Катионные:

[Cu(NH3)4]2+

Анионные:

[Fe(CN)6]3-

Нейтральные: [Fe(CO)5]0



Источник: https://infopedia.su/1x4bf3.html

Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксифосфата кальция. Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера. Явление изоморфизма

Реакция образования основного неорганического вещества костной ткани

В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH. Часть ионов Ca2+ замещена ионами Mg2+, а очень незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора, которые повышают прочность кости.

Образование Ca5(PO4)3OH из слабощелочных растворов в опытах «in vitro» можно объяснить следующим образом. Известно, что при физиологическом значении рН крови в системе сосуществуют ионы: НРО42- и Н2РО4-.

Сопоставление значений констант растворимости Ks (СаНPO4) = 2,7×10–7 и Ks Ca(Н2PO4)2= 1×10–3, указывает на то, что в первую очередь в присутствии ионов Ca2+ образуется осадок CaHPO4:

Ca2+ + НРО42- ⇄ CaHPO4

Затем образующееся соединение претерпевает следующие изменения:

3CaHPO4 + 2OH– + Ca2+ ⇄ Ca4Н(PO4)3 + 2H2O

Са3(РО4)2×СаНРО4

Ca4H(PO4)3 + 2OH– + Ca2+⇄ Ca5(PO4)3ОН + Н2О

Растворимость в ряду CaHPO4→Ca4H(PO4)3→Ca5(PO4)3OH постоянно понижается, что и способствует образованию последнего соединения:

Ks Са3(РО4)2 = 2×10–29, Ks Са5(РО4)3ОН = 1,6×10–58

Несомненно, процессы осаждения фосфатов кальция, лежащие в основе формирования костной ткани в организмах, намного сложнее.

В плазме крови концентрация ионов кальция составляет 0,0025М, а фосфатов – 0,001М. В плазме только половина кальция находится в ионизированном состоянии, другая половина связана с белками.

Если учесть, что при рН=7,4 только 30% фосфатов находится в форме НРО42-и 70% в форме Н2РО4-, то легко можно вычислить, что произведение концентраций ионов Са2+ и НРО42- в плазме крови практически совпадает с величиной Ks (CaHPO4).

Иными словами, плазма крови представляет собой почти насыщенный раствор гидрофосфата кальция (CaHPO4), который находится в динамическом равновесии с неорганическими составными частями костной ткани.

Если произведение концентраций ионов Са2+ и НРО42- в крови повышается, то происходит обызвествление, если оно понижается, то уменьшается содержание неорганических компонентов в костях.

Клетки костной ткани могут легко ускорять либо отложение либо растворение минеральных компонентов при локальных изменениях рН, концентрации ионов Са2+ или НРО42- и комплексообразующих соединений.

Так, при увеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови наблюдается сдвиг равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани.

Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови также вызывает сдвиг равновесия, но сопровождающийся уже растворением минеральных компонентов костной ткани.

Например, при рахите из-за недостаточности всасывания ионов Са2+ из желудочно-кишечного тракта концентрация ионов Са2+ в плазме крови поддерживается постоянной за счет мобилизации (высвобождения) ионов Са2+ из неорганических компонентов костей.

Благодаря такому явлению, как изоморфизм (замены в кристаллической решетке минерала одних химических элементов другими), вместе с кальциевыми солями могут осаждаться в костной ткани соли и других катионов, близких по своим свойствам иону кальция: бериллия, стронция, бария.

Присутствие даже небольшого количества бериллия в окружающей среде приводит к заболеванию – бериллозу (бериллиевый рахит). Дело в том, что ионы Ве2+ вытесняют ионы Са2+ из костной ткани, вызывая ее размягчение.

Ионы стронция образуют нерастворимые соединения с теми же анионами, что и Са2+, термодинамические характеристики их очень близки.

В природе существует феномен «дискриминации» стронция в пользу кальция: соотношение Ca/Sr в растениях в 2 раза больше, чем в почве, на которой они произрастают, но еще больше увеличивается (в 5-10 раз) в организме животных, потребляющих в пищу эти растения.

Тем не менее, часть ионов Sr2+ включается в состав костной ткани. Избыток стронция вызывает ломкость костей (стронциевый рахит). Особую опасность представляет собой радионуклид стронций-90 (период полураспада 27,7 года, чистый b – излучатель).

Источниками стронция-90 являются радиоактивная пыль, питьевая вода, растительная и молочная пища. Оседая в костях, Sr90 облучает костный мозг и нарушает костномозговое кроветворение.

В организме человека, помимо фосфатов, ионы Са2+ могут образовывать и другие малорастворимые соединения. При различных нарушениях обмена веществ могут локально повышаться концентрации некоторых ионов.

Так, например, при повышении концентрации оксалат-ионов С2О42- в организме могут образовываться отложения оксалата кальция, так называемые оксалатные камни. Они образуются в почках и мочевом пузыре и служат причиной мочекаменной болезни.

Кроме оксалата кальция, в состав мочевых камней наиболее часто входят фосфат кальция и урат кальция (соль мочевой кислоты).

Основным принципом лечения мочекаменной болезни является извлечение из конкрементов (камней) кальция с переводом его в растворимые соединения.

Наиболее принятым приемом такого извлечения является воздействие на камень тех или иных комплексообразователей, взаимодействующих с ионами двухвалентных металлов, входящими в состав камней.

Примерами таких комплексообразователей являются этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и ее соли, а также лимонная кислота и ее соли.

Для явления изоморфизма необходимы следующие условия:

1. Ионные радиусы изоморфно замещающихся элементов должны быть близки.

2. Близость химических свойств элементов, замещающих друг друга.

3. Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

Источник: http://ifreestore.net/1589/9/

Лечение Костей
Добавить комментарий