Исследовательский проект "Химия крови"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 18»

Кафедра естественнонаучного обучения и математики

«ХИМИЯ КРОВИ»

Исследовательский проект

Автор: Храмцов Андрей

Руководители: Тетерина К.О.

Романовская Н.В.

Полевской

2018г

Введение

Глава 1. Что такое кровь?

1.1.          Кровь как ткань организма.

1.2.          Значение крови.

Глава 2. Практические исследования.

2.1.     Уровень знаний школьников по теме исследования.

2.2.     Изучение химического состава крови.

Заключение

Введение

Ни для кого не секрет, что организм человека – это сложная и очень точная система. Кровь в этой системе является связующим звеном между всеми ее компонентами, поэтому очень важно знать ее свойства и   строение. Эти знания позволят лучше понимать свой организм и замечать малейшие нарушения в его работе.

Актуальность: существует несколько причин, по которым мы решили выбрать для исследовательской работы именно эту тему. Во-первых, она показалась нам интересной, поскольку   проблема нашего здоровья будет всегда актуальна, но благодаря изученной теме мы поняли, насколько важно следить за питанием, за получением организма определенных витаминов и минеральных веществ. Во-вторых, проект – это хороший опыт исследовательской работы. При дальнейшей учебе в ВУЗе этот опыт поможет нам лучше справляться с выполнением курсовых и дипломных работ. Эта работа может научить нас, как правильно нужно подбирать литературу, выбирать из нее наиболее главное и необходимое. Нас привлекло и то, что для написания проектной работы по данной теме нам пришлось прочитать очень много различной справочной литературы, этим мы расширили свои знания по химии и биологии. А также защита проекта – это хороший способ научиться выступать на публике, что тоже очень может пригодиться в будущем.

Объект исследования:  кровь человека.

Предмет исследования:  химические  элементы в крови человека и их значение.

Гипотеза: кровь выполняет свои функции благодаря особенностям химического состава.

Цель исследования: выявить вещества, входящие в состав крови  и их функции.

Задачи исследования:

1.     Изучить теоретический материал по теме исследования.

2.     Изучить состав крови, её свойства и функции.

3.     Провести в малой химической лаборатории исследования, позволяющие установить наличие некоторых неорганических ионов в крови.

4.     Провести опрос среди школьников на тему «Кровь», главная цель которого -  узнать, что школьники знают о крови.

5.     Разработать пособие «Химия крови».

6.     Сделать выводы по результатам исследования.

Методы исследования: лабораторный опыт, анкетирование, анализ литераруры.

Продукт проекта: пособие «Химия крови» для школьников.

Практическая значимость: Данное пособие пригодится для изучения темы «Кровь человека» школьниками в 8 классе.

Перспективы: изучить химический состав и свойства слюны человека.

ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ КРОВЬ?

1.1.          Кровь как ткань организма

Кровь – это особый вид соединительной ткани, клетки расположены далеко друг от друга, много межклеточного вещества[16].

Ее состав и физико-химические свойства, как и всей внутренней среды организма, относительно постоянны: кровяное давление, температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, содержание в них белков, глюкозы, ионов натрия, кальция, калия, хлора, фосфора, водорода. 
Кровь, лимфа, тканевая, спинномозговая, плевральная, суставная и другие жидкости образуют внутреннюю среду организма. Эти жидкости происходят из плазмы крови и образуются путем фильтрации плазмы через капиллярные сосуды системы кровообращения.

Постоянство внутренней среды организма поддерживается непрерывной работой органов пищеварения, дыхания, выделения. Деятельность этих органов регулируется нервной системой, реагирующей на изменения внешней среды и обеспечивающей выравнивание сдвигов или нарушений в организме[9]. 

Клетки организма омываются рядом телесных жидкостей, или гуморов. Поскольку жидкости занимают промежуточное положение между внешней средой и клетками, они играют роль амортизатора при резких внешних изменениях и обеспечивают выживание клеток; кроме того, они являются средством транспортировки питательных веществ и продуктов распада.

Кровь, нагнетаемая сердцем, протекает внутри тела со скоростью 11 м/с, то есть 40 км/ч. Кровоток - это сплошной поток плотностью 1,06 г/см3. Он протекает по сети кровеносных сосудов, которая включает  в себя большие вены и артерии, многократно ветвящиеся и постепенно уменьшающиеся до размеров крохотных капилляров. Через тончайшие стенки капилляров легко просачиваются различные вещества, отчего в живых тканях происходит непрерывный обмен: кровь отдает клеткам организма вещества, поддерживающие жизнь, и вымывает продукты распада.

Количество крови в организме зависит от возраста и массы тела человека.

Кровь состоит из двух основных частей: плазмы и форменных элементов.

Плазма крови на 90% состоит из воды. Также в ней присутствуют белки и неорганические вещества. Плазма составляет до 55% от общего количества крови. Ее количество может меняться в зависимости от ряда факторов:

·        Уровня жидкости в организме,

·        Уровня солей в организме

·        Возраста

·        Пола

·        Состояния здоровья

·        Генетических особенностей.

Плазма имеет большое значение и выполняет ряд функций:

·        Осуществляет связь всех органов организма в целом и с внешней средой;

·        Питательная;

·        Выделительная;

·        Защитная;

·        Регуляторная.

Форменные элементы крови бывают трех видов: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты.

Эритроциты – это красные кровяные тельца двояковогнутой формы. Их основная функция – транспорт кислорода. Это возможно благодаря белку гемоглобину, который содержит атомы железа. Именно они связывают кислород в крови и переносят к органам и тканям.

Лейкоциты – белые кровяные тельца. Они не обладают постоянной формой и выполняют защитную функцию. Такая функция возможна благодаря явлению фагоцитоза.

Фагоцитоз – способность лейкоцитов поглощать инородные объекты, которыми являются бактерии и микроорганизмы. Таким образом осуществляется поддержание иммунитета. Обычно в организме лейкоциты содержатся в небольшом количестве. Высокий уровень лейкоцитов свидетельствует о различных заболеваниях.

 Третий вид форменных элементов – тромбоциты. Это клетки крови, которые выглядят как бесцветные удлиненные пластинки и не имеют ядра. Основная функция тромбоцитов – свертывание крови.

Активируются тромбоциты. При этом они выпускают отростки и прикрепляются к поврежденным тканям, а также скрепляются друг с другом.

Активированные тромбоциты образуют первичный тромб в месте повреждения сосуда. Кроме того, в ответ на повреждение сосуд активно сужается, и кровоток в нем уменьшается. Таким способом останавливается большинство кровотечений при небольших травмах[11].

Когда этого недостаточно, запускается система свертывания крови, и в плазме крови образуется нерастворимый белок фибрин. Нити фибрина вплетаются в первичный тромб. В сетях фибрина «запутываются» форменные элементы крови, и получается вторичный тромб, который значительно прочнее первичного.

Также кровь можно рассматривать с точки зрения ее химических свойств. Так, например, в крови содержатся катионы кальция, натрия, калия, железа, хлорид- и фосфат-анионы, диоксид углерода.

Натрий обеспечивает проницаемость клеточных мембран, проведение импульса по нервному волокну, регулирует давление крови в организме.

Калий регулирует белковый и углеродный обмен, необходим для нормального функционирования мышц организма, регулирует количество воды.

Кальций отвечает за процесс свертываемости крови.

Железо участвует в окислительно-восстановительных реакциях, отвечает за транспорт кислорода.

Именно благодаря особенностям химического состава в крови происходят такие процессы, как диффузия газов и явление осмоса.

Диффузия лучше всего видна при взаимодействии тканевой жидкости и крови. Проникновение в тканевую жидкость из крови веществ, необходимых для питания тканей, и удаление из неё продуктов обмена (метаболитов) осуществляются через гистогематические барьеры. Оттекая от органов в лимфатические сосуды, тканевая жидкость превращается в лимфу.

Постоянство осмотического давления крови также имеет большое значение для жизнедеятельности клеток организма. Мембраны многих клеток, в том числе и клеток крови, тоже являются полупроницаемыми. Поэтому при помещении кровяных телец в растворы с различной концентрацией солей в клетках крови за счет осмотических сил происходят серьезные изменения[17].

1.2.Значение крови

Организм человека – сложная система и кровь в нем – незаменимая часть. Кровь связывает между собой органы и ткани.

Кровь участвует в регуляции температуры тела. Кровь выполняет защитную функцию:

Кровь выносит из организма продукты распада.

Кровь в организме человека выполняет следующие жизненно важные задачи:

1.     Кровь осуществляет транспортную функцию, которая заключается в снабжении организма всеми нужными элементами и его очищение от других веществ. Кровь доставляет клеткам кислород и выносит из них углекислый газ. Обогащение крови кислородом происходит через капилляры легких, где кровь отдает углекислый газ, который удаляется с выдыхаемым воздухом. Протекая через капилляры различных тканей и органов, кровь отдает им кислород и поглощает углекислый газ. В процессе пищеварения происходит расщепление пищевых продуктов и образование  из них веществ, которые могут быть легко усвоены организмом. Эти вещества поступают в кровь и разносятся ею по всему организму.  Транспортная функция также делится на несколько других: дыхательную, питательную, выделительную, гуморальную.

2.     Отвечает кровь и за поддержание стабильной температуры тела, то есть играет роль терморегулятора. Прилив крови от внутренних органов в сосуды вызывает их покраснение, повышение температуры кожи и усиление теплоотдачи. Напротив, сужение кожных сосудов приводит к сохранению тепла для организма. Эта функция имеет особое значение – некоторые органы необходимо охлаждать, а некоторые требуют согрева.

3.     В составе крови имеются лейкоциты и антитела, выполняющие защитную функцию: попавшие в кровь микробы и различные чужеродные вещества разрушаются, уничтожаются и обезвреживаются.

4.     Роль крови заключается также в стабилизации многих неизменных величин в организме: осмотического давления, уровня рН, кислотности и обеспечении водно-солевого обмена, происходящего у нее с тканями. Постоянство химического состава крови имеет огромное значение, так как биохимические процессы внутри организма могут проходить в жестких рамках и малейшие изменения этих рамок могут привести к гибели всего организма [1].

Таким образом, после детального рассмотрения крови человека, ее состава и функций можно сделать следующие выводы:

1.    Кровь – один из компонентов внутренней среды организма  и особый вид соединительной ткани;

2.   Кровь имеет сложное строение и химический состав;

3.   Кровь имеет большое значение для организма и выполняет ряд жизненно важных функций.

Глава 2. Практические исследования

2.1. Изучение химического состава крови.

При изучении состава неорганических веществ в большинстве случаев приходится иметь дело с водными растворами кислот, солей и оснований. Эти вещества являются электролитами и в растворах диссоциированы на ионы. Поэтому анализ сводится к определению отдельных ионов - катионов и анионов.

В химическом анализе используется лишь незначительная часть того многообразия реакций, которое свойственно данному иону. Для открытия ионов пользуются реакциями, сопровождающимися различными внешними изменениями, например выпадением или растворением осадка, изменением окраски раствора, выделением газов. Это значит, что открываемый ион переводят в соединение, внешний вид и свойства которого характерны и хорошо известны. Происходящее при этом химическое превращение называется аналитической реакцией. [17]

Вещества, с помощью которых выполняется открытие ионов, называются реактивами на соответствующие ионы.

Реакции, характерные для какого-либо иона, называются частными реакциями этого иона. [17]

Плазма крови – это тоже раствор различных веществ, диссоциированных на ионы. Мы можем идентифицировать некоторые ионы, если их концентрация окажется достаточной.

Посуда и аппаратура:

1. Пробирки 6 шт;

2. Химические стаканы на 50 мл 3 шт, на 100 мл 3 шт;

3. Бюретка 25 мл;

4.Медная проволока;

5.Кювета для микроанализа;

6.Спиртовка

Реактивы:

1. Раствор гексанитрокобальтата  натрия Na₃[Co(NO₂)₆]

2 Раствор нитрата серебра  AgNO₃ 0,1М

3. Раствор соляной кислоты  HCl 2н.

4. Раствор гидроксида аммония NH₄ОН 2н.

5. Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K₃[Fe(CN)₆]

6. Раствор гидроксида натрия NaOH 0,2 M

7. Раствор хлорида  железа (III) FеСl₃ 

8. Тиоцианат (раствор роданида калия) KCNS

9. Раствор фторида натрия NaF

10.Концентрированная H₂SO₄

11. Раствор азотной кислоты  HNO₃ 2н.

 Методика проведения опытов.

1.     Реакции катиона калия

 Реакция с гексанитрокобальтатом(III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆].

2K⁺ + Na₃[Co(NO₂)₆] = NaK₂[Co(NO₂)₆]_(тв) + 2Na⁺.

Реакцию ведут в нейтральной или уксуснокислой среде. Образуется желтый кристаллический осадок двойной соли калия и натрия, растворимый в кислотах и щелочах, нерастворимый в уксусной кислоте.

Методика проведения реакции. 

В пробирку помещают 3 капли анализируемого раствора, содержащего ионы K⁺ и 3 капли раствора гексанитрокобальтата(III) натрия. После появления осадка проверяют его растворимость в кислотах или щелочах.

2.     Реакции катиона натрия

Ион натрия окрашивает пламя спиртовки в ярко-жёлтый цвет.

Методика проведения реакции: 

Смачиваем проволоку в анализируемом растворе, вносим проволочку в пламя спиртовки. Пламя окрашивается в жёлтый цвет, это свидетельствует о наличие иона натрия.

3.     Реакции катиона железа(II)

Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) образует с ионами железа (II) синий осадок, называемый "турнбулевой синью":

3FeCl₂ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6KCl.

Реакцию следует выполнять при рН 2-3, в более кислой среде происходит растворение осадка, в щелочных растворах – разложение реактива с выделением гидроксида железа.  Предел обнаружения железа – 0,02 мкг. Реакция специфична.

Методика проведения реакции:  

К 1-2 мл слабокислого исследуемого раствора (рН 2-3), содержащего ионы железа (II), добавляют несколько капель раствора реагента. Образуется синий осадок. Ионы Fe³⁺ не мешают открытию Fe²⁺, так как не образуют осадка с K₃[Fe(CN)₆].

4.     Реакции хлорид – иона

Реакция с нитратом серебра AgNO₃. Нитрат серебра в присутствии азотной кислоты образует с хлорид-ионами белый творожистый осадок хлорида серебра.

Ag⁺ + Cl^- = AgCl_(тв).

Этот осадок нерастворим в HNO₃

Осадок AgCl постепенно темнеет на свету вследствие его разложения:

2AgCl _(тв) = 2Ag + Cl_{2 (г)}.

Методика проведения реакции: 

В пробирку помещают 2мл анализируемого раствора, 2 капли 2 н. раствора HNO₃, 2мл раствора AgNO₃ и наблюдают образование белого творожистого осадка AgCl. К полученному осадку добавляют избыток 2 н. раствора NH₄ОН и наблюдают его растворение.

5.      Реакции гидрокарбонат-иона

 Реакция с кислотами. При взаимодействии карбонат-ионов с минеральными кислотами образуется угольная кислота, разлагающаяся на углекислый газ и воду:

HCO₃^2- + H⁺ = H₂CO₃,

H₂CO₃ → H₂O + CO₂­ _(г).

Выделение углекислого газа легко обнаружить по помутнению насыщенного раствора Са(ОН)₂ (известковой воды) в результате образования карбоната кальция:

Ca(OH)₂ + CO_{2 (г)} = CaCO₃ ↓ + H₂O.

Методика проведения реакции:

 В пробирку вносят 2мл исследуемого раствора и 5-6 капель 2 н. HCl. Пробирку закрывают пробкой, в которую вставлена газоотводная трубка. Конец трубки опускают в пробирку с известковой водой. Раствор подогревают и наблюдают помутнение раствора.

6.     Реакции гидрофосфат-иона

Реакция с нитратом серебра AgNO₃. При взаимодействии гидрофосфатов с нитратом серебра образуется желтый осадок фосфата серебра, растворимый в азотной кислоте.

3Ag⁺ + HPO₄^2- = Ag₃PO₄ ↓ + H⁺.

Методика проведения реакции:

 К 2мл анализируемого раствора раствора,  приливают 1 мл раствора нитрата серебра. После образования осадка проверяют его растворимость в азотной кислоте.

Вывод: мы доказали, что в составе крови, в плазме крови есть те ионы, о которых мы узнали при изучении теории.

7.     Реакция с пероксидом водорода («перекисью»)

2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂

Методика проведения реакции:

 К 2-3 каплям крови добавляем раствор пероксида водорода. Наблюдаем характерное «вскипание», обильное выделение пузырьков водорода.

          Вывод: действие обусловлено оксидантным эффектом — при контакте с поврежденной кожей и слизистыми водорода пероксид под влиянием каталазы (главным образом) и пероксидазы распадается с выделением кислорода (в т. ч. и активных форм) , что создает неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, особенно анаэробной и гнилостной флоры; вместе с тем оно характеризуется малой продолжительностью и слабой выраженностью эффекта. При попадании раствора в рану происходит разрушение (окисление) протеинов, крови, гноя, и механическое ее очищение вследствие обильного пенообразования (за счет пузырьков газа, поднимающихся со стенок) от загрязняющих частиц, мелких инородных тел, сгустков крови. Это вспенивание способствует тромбообразованию и остановке кровотечений из мелких сосудов.

8.     «Искусственная кровь»

Образование в опыте "крови" объясняется тем, что роданиды (тиоцианаты) CNS^- образуют с ионами трехвалентного железа Fe³⁺ комплексные соединения, которые окрашены в интенсивно-красный цвет. Самым известным среди этих соединений является Fe(CNS)₃. Реакция его образования имеет вид: 

FeCl₃ + 3KCNS = Fe(CNS)₃ + 3KCl

Методика проведения реакции:

 К раствору соли хлорида железа(III) добавили раствор роданида калия. Образовалось кроваво-красное окрашивание, внешне напоминающее кровь.

При добавлении фторида роданидные комплексы железа (III) разрушаются с образованием бесцветного иона [FeF₆]^3-: 

[Fe(CNS)₃] + 6NaF = Na₃[FeF₆] + 3NaCNS.

 Фториды ядовиты, особенно они вредны для зубов. Поэтому руки после опыта следует тщательно вымыть.

2.2.     Уровень знаний школьников по теме исследования.

В процессе работы над проектом возник вопрос: что мои одноклассники  знают по теме исследования? Для того чтобы ответить на этот вопрос нами был составлена анкета, которая позволила бы собрать информацию.

Анкета включала следующие вопросы:

1.     Что такое кровь?

2.     Какую функцию выполняют эритроциты

в крови?

3.     Какую функцию выполняют лейкоциты в крови?

4.     Какую функцию выполняют тромбоциты в крови?

5.     Достаточно ли информации по теме «Кровь» в вашем учебнике биологии?

Всего в опросе участвовало 25 человек. Проанализировав данные, мы получили следующие результаты:

Вопрос 1:

·        16 человек знают что кровь – это ткань организма; 64%;

·        4 человека ответили что кровь – это жидкость; 16%;

·        3 человека не знают что такое кровь;12%;

·        2 человека затруднились ответить; 8%.

Вопрос 2:

·        19 человек знают, что эритроциты переносят кислород и углекислый газ; 76%;

·        4 человека ответили, что эритроциты придают крови красный цвет; 16%;

·        2 человека затруднились ответить; 8%.

Вопрос 3:

·        17 человек знают, что лейкоциты выполняют защитную функцию;68%;

·        7 человек затруднились ответить; 28%;

Вопрос 4:

·        21 человек знают, что функция тромбоцитов – свертывание крови; 84%;

·        4 человека затруднились ответить; 16%.

Вопрос 5:

·        10 человек ответили, что информации в учебнике достаточно; 40%;

·        14 человек считают количество информации недостаточным и хотели бы узнать больше; 56%;

·        1 человек воздержался от ответа; 4%.

В результате анализа ответов стало понятно, что большая часть опрошенных обладает элементарными знаниями о крови, однако стала заметна следующая проблема: мои одноклассники хотели бы узнать больше о крови человека. Мне также хотелось поделиться с ними информацией о моем исследовании. Оптимальным решением стала разработка пособия, содержащего более полное описание тем, предложенных в учебнике в разделе «Кровь человека». Оно получило название «Химия крови» (Приложение 1).

Созданное пособие состоит из 28 страниц и включает в себя следующие разделы:

·        От автора

·        Что такое кровь?

·        Состав и строение крови

·        Транспорт кислорода кровью

·        Кровь и иммунитет

·        Свертывание крови

·        Группы крови

·        Это интересно!

Кроме полезной информации мы добавили в пособие схемы, яркие иллюстрации и интересные факты, чтобы привлечь как можно больший круг читателей.

Подводя итог второй главы исследовательской работы, обозначим основные выводы:

1.     Для определения химического состава крови были проведены качественные реакции, которые подтвердили наличие искомых веществ;

2.     Для оценки уровня элементарных знаний о крови было проведено анкетирование, которое показало достаточный уровень и выявило проблему нехватки информации;

3.     Как вариант решения данной проблемы было разработано пособие для школьников, содержащее углубленную информацию по теме «Кровь человека».

Заключение

Изучение особенностей крови – очень сложный и длительный процесс, который включает в себя большое количество работы с теоретической информацией. Данное исследование было очень полезным, так как я узнал много важной информации, провел лабораторные опыты и получил огромный опыт в работе с информацией.

Таким образом, после детального рассмотрения крови человека, ее состава и функций можно сделать следующие выводы:

1.     Кровь – один из компонентов внутренней среды организма  и особый вид соединительной ткани;

2.     Кровь имеет сложное строение и химический состав;

3.     Кровь имеет большое значение для организма и выполняет ряд жизненно важных функций.

4.     Для определения химического состава крови были проведены качественные реакции, которые подтвердили наличие искомых веществ;

5.     Для оценки уровня элементарных знаний о крови было проведено анкетирование, которое показало достаточный уровень и выявило проблему нехватки информации;

6.     Как вариант решения данной проблемы было разработано пособие для школьников, содержащее углубленную информацию по теме «Кровь человека».

В процессе работы основная гипотеза мы подтвердили основную гипотезу: кровь выполняет свои функции благодаря особенностям химического состава.

Список литературы

Книги:

1.     Батуев А.С. и др. Биология. Человек: Словарь-справочник. – М.: Дрофа, 2000. – 160 с.

2.     Захаров В.Б. Анатомия и физиология человека. – М.: Просвещение, 2000. – 288 с.

3.     Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология в экзаменационных вопросах и ответах. – М.: Рольф, 1998. – С.452-456.

4.     Леонтьева М.Н., Маринова К.В. Анатомия и физиология детского организма. – М.: Просвещение, 1986. – С. 124-126.

5.     Петровский. Б. В. — Б. М. Э. Том 12 — Криохирургия. Москва: «Сов. Энциклопедия», 1980г.; 536 с. 

6.     Привес М. Г., Лысенков Н. К. Анатомия человека С-Пб: «Гиппократ», 1999г.; 704 с. 

7.     Прохоров А. М. — Б. Э. С. Том 1. Москва: «Сов. Энциклопедия»,

8.     Сапин М.Р. Анатомия и физиология человека. – М.: Просвещение, 2000. – 256 с.

9.     Татаринов В.Г. Анатомия и физиология. – М.: Медицина, 1969. – С.228-235.

10. Физиологические показатели организма здорового человека: Морфологический состав и биохимические показатели крови / Е.К. Алимова и др. – Ростов н/Д., 1985. – 84 с.

11. Физиология кровообращения /Отв. ред. Б.И. Ткаченко. – Л.: Наука, 1984. – 652 с.

12. Шашкин А.В., Терсков И.А. Продукция и деструкция эритроцитов в организме. – Новосибирск: Наука, 1986. – 66 с.

13. 1991г., 863 с. 

14. Щербаков Д. И. Дет. Энциклопедия. Том 7. Москва: «Просвещение», 1966г, 527 с

Интернет – ресурсы:

15. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D0%B2%D1%8C

16. http://www.xumuk.ru/biologhim/243.html

17. http://diagnozlab.com/analysis/biochemical/himicheskij-sostav-krovi-cheloveka.html.

Приложение 1.