Осмос осмотическое давление

В-первую очередь нужно понять, что в природе практически в любой жидкости растворены те или иные вещества. Будь то вода из лужи, озеро Байкал, цитоплазма клетки или плазма крови. Вещества могут быть растворены самые разнообразные, в том числе и соли. Явления осмоса возникают тогда, когда два раствора с разной концентрацией солей разделены полупроницаемой мембраной, через которую может проходит растворитель (например, вода), но не могут пройти молекулы растворенных веществ.

Здесь важно отвлечься от непосредственно явления осмоса и разобраться в таком термине как осмотическое давление. Научное определение можно прочитать на вики. Но нам важно разобраться с явлением на более простом для понимания уровне. В учебнике по физике обнаружился очень хороший пример: если бросить в стакан с водой сморщенную изюминку, то она через некоторое время разбухнет. Внутрь ее войдет вода (ее молекулы малы и хорошо проходят через кожицу изюминки), а сахара и другие вещества останутся внутри ягоды (их молекулы слишком велики). Вода будет стремится уровнять концентрацию солей внутри и снаружи, но в какой-то момент наступит предел вместимости и процесс поступления воды внутрь остановится. Осмотическое давление — это давление, которое следует приложить к раствору что бы прекратить поступление воды внутрь.

Вернемся к осмосу.

осмос

Если концентрация солей снаружи клетки выше, чем внутри, то вода будет стремиться из клетки в окружающий ее раствор разбавить концентрацию. Клетка будет терять воду. Такой раствор называется гипертонический.

Если концентрация солей снаружи меньше, чем внутри клетки, то вода будет стремится внутрь для того что бы уравнять концентрацию солей.

Клетка будет наполнятся водой и может лопнуть, если не будет предпринимать активных действий для удаления воды. Такой раствор называется гипотонический.

Если же концентрация солей и снаружи и внутри равна, то будет происходить взаимный обоюдный обмен без трагических последствий. Такой раствор называется изотонический.

Получается, что осмос — это процесс односторонней диффузии (проникновение, поступление) через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

Понимание закономерностей осмотических явлений важно в таких темах, как поступление и перемещение растворов в растении, особенности выделительных систем пресноводных и морских жителей (и одноклеточных и многоклеточных), использование физиологического (а по сути изотонического) раствора для внутривенных инъекций.

Для понимания важности осмотических явлений приведем пример: концентрация солей в составе раствора для внутримышечной инъекции должен быть равен концентрации солей в плазме крови (поэтому раствор называют физиологическим, т.е. подходящим для физиологии человека). С точки зрения осмотических явлений такой раствор называют изотоническим. В целом после инъекции концентрация солей в плазме крови не меняется и жизнедеятельность клеток течет своим чередом.

Но если произошла ошибка и раствор инъекции более концентрирован, то из ближайших клеток крови (после укола и введения раствора) в плазму начнет поступать вода («стремясь» разбавить более концентрированную плазму) и клетки крови, например, эритроциты будут терять воду и съеживаться. А соответственно терять функциональность.

Если же раствор для инъекции менее концентрирован, чем плазма крови. То вода из плазмы начнет поступать в клетки крови, например, эритроциты и они станут набухать и лопаться. Что тоже сильно повлияет на функциональность ткани.

От чего зависит осмотическая величина

На этот показатель оказывает влияние количество электролитов и неэлектролитов, растворенных в плазме крови.

Не менее 60% составляет ионизированный хлорид натрия. Растворы, осмотическое давление которых приближается к плазменному, называют изотоническими.

Если эта величина снижена, то такой состав зовется гипотоническим, а в случае ее превышения — гипертоническим.

При изменении нормального уровня раствора в тканях клетки повреждаются. Для нормализации состояния жидкости могут вводиться извне, причем состав будет зависеть от характера болезни:

  • Гипертонический раствор способствует выведению воды в сосуды.
  • Если давление в норме, то препараты разводят в изотоническом растворе, обычно это натрий хлорида.
  • Гипотонический концентрированный раствор способен привести к разрыву клетки. Вода, проникая в клетку крови, стремительно наполняет ее. Но при правильной дозировке это способствует очистке ран от гноя, уменьшению аллергического отека.

Почки и потовые железы заботятся о том, чтобы этот показатель был неизменным. Они создают защитный барьер, который не допускает влияния продуктов обмена на организм.

Поэтому осмотическое давление у человека практически всегда имеет постоянную величину, резкий скачек может произойти лишь после интенсивной физической нагрузки. Но организм все равно сам быстро нормализует этот показатель.

Влияние на человеческий организм

Бесспорно, осмос и осмотическое давление — это основные факторы, влияющие на упругость тканей и способность организма сохранять форму клеток и внутренних органов. Они обеспечивают ткани нутриентами.

Чтобы понять, что это такое, следует эритроцит поместить в дистиллированную воду. Со временем вся клетка наполнится водой, оболочка эритроцита разрушится. Этот процесс получил название «гемолиз».

Если клетку окунуть в концентрированный солевой раствор, она потеряет свою форму и упругость, произойдет ее сморщивание. Плазмолиз приводит к потере эритроцитом воды. В изотоническом же растворе сохранятся первоначальные свойства.

Осмотическое давление обеспечивает нормальное движение воды в организме.

Главная / Клиническая химия в диагностике и лечении / Обмен натрия и воды / Единицы измерения осмотического давления: осмолярность и осмоляльность

Концентрации молекул можно выразить либо как молярность, т. е. число молей (или ммолей) на 1 л раствора, либо как моляльность, т. е. число молей (или ммолей) на 1 кг растворителя. Эти величины очень близки, если молекулы растворены в чистой воде при тех концентрациях, которые встречаются в биологических жидкостях. Плазма крови, однако, представляет собой сложный раствор.

Он содержит также большие молекулы, такие как белки, и общий объем раствора (вода плюс белок) превышает объем растворителя (только вода).

Небольшие молекулы растворены только в воде, и при концентрации белка 70 г/л объем воды примерно на 6 % меньше общего объема раствора (иными словами, моляльность будет на 6 % больше молярности).

Как правило, при измерениях содержания отдельных ионов, таких как натрий, их концентрацию выражают как молярность (ммоль/л).

Осмотическое давление также можно выразить либо как осмолярность, т. е. число молей на 1 л раствора, либо как осмоляльность, т. е. число ммолей на 1 кг растворителя.

Термин миллиосмоль (моемоль) применяли для выражения осмолярности и осмоляльности; в настоящее время его использование не рекомендуют.

«Клиническая химия в диагностике и лечении»,
Дж.Ф.Зилва, П.Р.Пэннелл

Преимущественный избыток натрия (Лабораторные исследования)

Лабораторные исследования показывают: гипокалиемию (обусловленную избытком альдостерона); высокое содержание бикарбонатов в плазме крови; содержание натрия в плазме крови, соответствующее верхней границе нормы или несколько превышающее ее; низкую концентрацию натрия в моче на ранних стадиях заболевания. В дальнейшем экскреция натрия может возрастать, возможно, в связи с повреждением проксимальных отделов канальцев в условиях гипокалиемии. Гипокалиемический алкалоз развивается…

Определение содержания натрия в моче

Определение ежедневных потерь организмом натрия с мочой и другими биологическими жидкостями с целью их количественного восполнения не только бесполезно, но может быть и опасно. Экскреция натрия с мочой отражает состояние кровотока в ночках, но не содержание натрия в организме.

У больных с уменьшенным объемом циркулирующей крови восполнение небольшого количества выведенного натрия не будет адекватным, а…

Преимущественный избыток натрия

Преимущественный избыток натрия, как правило, обусловлен неадекватной секрецией чрезмерных количеств альдостерона или других кортикостероидов при синдроме Конна (первичный альдостеронизм) или синдроме Кушинга. Задержка в организме натрия способствует задержке воды, доводя до минимума изменения концентрации натрия в плазме крови. Первичный альдостеронизм (синдром Конна). Примерно в половине всех случаев первичный альдостеронизм (секреция избытка альдостерона, не поддающаяся регуляции…

Клиническое значение концентрации натрия в плазме

Необходимо помнить два важных положения: гипернатриемия почти всегда указывает на истощение резервов воды в организме; гипонатриемия чаще обусловлена избытком воды, чем истощением резервов натрия. Некоторые жидкости для внутривенных вливаний, содержащие электролиты — Электролиты, ммоль/л Глюкоза, ммоль/л (Г/дл) Са, ммоль/л Приблизительная осмоляльность по отношению к плазме крови Na К СL НСОз Солевой раствор изотонический 154 —…

Некоторые гиперосмолярные растворы аминокислот, содержащие электролиты

– Электролиты, ммоль/л Глюкоза или сорбит Na K СL ммоль/л г/дл Аминофузин L 600 40 30 14 550 10 (как сорбит) Аминоплекс 5 35 28 43 690 12,5 (как сорбит) Аминоплекс 12 35 30 67 — — Синтамин 14 73 60 70 — — Вамин 9 Глюкоза 50 20 55 556 10 (как глюкоза) Если…

Осмотическая активность косметических композиций

Прежде чем приступить к обсуждению осмотической активности реальных косметических композиций, необходимо заметить, что представленная на рис.4.4 и 5.5 кривая является фундаментальной зависимостью, характеризующей воздействие разнообразных веществ на клеточные системы. Её фундаментальный характер связан с тем обстоятельством, что, по-видимому, существует достаточно большой перечень веществ, которые, создавая определенное осмотическое воздействие на клетки, влияют на их склонность к делению. То есть, для конкретной клеточной культуры и соответствующей питательной среды, по-видимому, в редчайших случаях, например, в случае добавления к питательной среде глицерина, кривая может быть сдвинута в область больших значений осмоляльности. А вот сдвиг кривой в область меньших значений осмоляльности встречается значительно чаще при проявлении специальных эффектов, что мы в действительности и наблюдали для аминокислот, витаминов и микроэлементов (см. гл.5). Это предположение легло в основу дальнейших исследований.

Учитывая представленные выше соображения, а также то обстоятельство, что в клеточной биотехнологии при производстве питательных сред для культур клеток нормируемая величина осмоляльности составляет 280±20mOsm/l, мы предприняли анализ более 500 опубликованных составов косметических композиций (см. Приложение 1).

В отличие от питательных сред при анализе были использованы величины осмолярности (mOsm/kg), рассчитанные по следующей формуле:

, где Mi и mi являются молекулярной массой и содержанием компонента (i) в 1 кг кремовой композиции, соответственно; ki отражает количество осмотически активных частиц, образующихся при растворении 1 М компонента (i) в литре раствора (для этилового спирта kEtOH=1000 mOsm, для хлористого натрия KNaCl=2000 mOsm, для хлористого кальция KCaCl2=3000 mOsm, а для тетранатриевой соли ЭДТА KNa4ЭДТА=5000 mOsm).

Естественно, при оценке величин осмолярности косметических композиций делались некоторые допущения.

Например, для простых алифатических кислот не учитывалась возможность частичной диссоциации, а для сильных минеральных кислот типа фосфорной кислоты учитывалось протекание только первой стадии диссоциации (KH3PO4 примерно 2000 mOsm). Однако все эти допущения вели только к снижению, а не к завышению рассчитанных значений суммарной осмолярности.

Следует заметить, что при расчёте величин осмолярности косметических средств совершенно не важно, за счёт каких ингредиентов происходит повышение осмолярности: то ли за счет относительно близких по величине вкладов цинковой соли пирролидон карбоновой кислоты, глицерина, 1,3-бутандиола, лактата натрия, цетилсульфата натрия, изоалил-пара-метоксициннамата, этилгексиллаурата, пентаэритолстеарата, 1,2-пропандиолдиэтилгексаноата, додекаметилциклогекса-силоксана, то ли за счет одной-двух определяющих добавок, например, глицерина и пропиленгликоля или этилового спирта.

Результаты анализа представлены на рис.7.1.

Рисунок 7.1 Частота использования различных величин осмолярности

Полученное распределение оценочных величин осмолярности по частоте использования свидетельствует о том, что этот параметр практически не учитывается при конструировании косметических композиций. Однако, как можно полагать на основании наших экспериментальных данных (см. рис.4.4 и 5.5), систематическое использование композиций с повышенной осмолярностью может приводить к нарушению динамического равновесного процесса формирования эпидермиса. В результате снижения скорости деления базальных клеток можно ожидать увеличения толщины рогового слоя и, соответственно, повышения вероятности возникновения и фиксации мелких морщин.

Естественно полагать, что в случае достаточно сложных по составу многофазных композиций типа эмульсий «масло в воде» или «вода в масле» теоретически трудно представить действие на клеточные системы кожи такого параметра как осмолярность. Вполне вероятно, что базальные клетки будут взаимодействовать с компонентами кремовой композиции по мере их проникновения в глубь эпидермиса. И, тем не менее, с высокой долей вероятности можно полагать, что действие любой кремовой композиции, имеющей оптимальную осмолярность около 300 mOsm/kg, будет существенно отличаться в лучшую сторону от аналогичных препаратов с величиной осмолярности 3000 mOsm и выше из-за отсутствия травмирующего осмотического воздействия. Как уже отмечалось ранее, имеются указания на то, что эндотелиальные клетки (ВСЕ) можно выдерживать в течение 10-20 минут при 37°С в питательной среде ДМЕМ с добавлением 2 М мочевины и 0,5% телячьей сыворотки. Осмолярность такой среды ориентировочно составляет 2300 mOsm/kg. В этой связи, если предположить, что базальные клетки эпидермиса выдерживают кратковременное повышение осмотического давления выше 2000 mOsm/kg, то остаётся неясным вопрос: смогут ли они без существенных изменений выдержать воздействие кремовых композиций со значительно более высокими значениями осмолярности, так как более 15% составов, подвергнутых анализу (см. рис.7.1), имеют осмолярность выше 3000 mOsm/kg, а предельные значения осмолярности могут достигать 6623 mOsm/kg (маска после бритья), 8696 mOsm/kg (спиртовый лосьон). Такие высокие значения осмолярности косметических средств достигаются обычно добавлением высоких концентраций этилового спирта. Однако во многих случаях осмолярность выше 3000 mOsm/kg достигается в бесспиртовых композициях и за cчет других ингредиентов. Например, значение осмолярности 3026 mOsm/kg достигается за счет добавления изопропилмиристата (мазь), 3413 mOsm/kg — за счет пропиленгликоля и других ингредиентов (очищающая пена, 3945 mOsm/kg — за счёт таких необычных добавок как тетрахлордифторэтан (масло для загара) и т.д.

Все вышеизложенное позволяет полагать, что оценка величины осмолярности может оказаться полезной при конструировании косметических композиций.

Добавить комментарий

Закрыть меню