Осмотическое давление крови: чем измеряют и какие факторы влияют на отклонения от нормы. Осмотическое и онкотическое давление крови На осмотическое давление крови влияет
Осмотическое давление крови (ОДК) – это уровень силы, обеспечивающей циркуляцию растворителя (для нашего организма это вода) сквозь оболочку эритроцитов.
Поддержание уровня происходит на основе перемещения из растворов, менее концентрированных в те, где сосредоточенность воды больше.
Это взаимодействие является водным обменом между кровью и тканями человеческого организма. Ионы, глюкоза, белки, и другие полезные элементы, сосредоточенные в крови.
Нормальными показателями осмотического давления является 7,6 атм., или 300 мОсмоль, что равно 760 мм.рт.ст.
Осмоль – это концентрация одного моля неэлектролита, растворенного на литр воды. Осмотическая концентрация в крови определяется именно при помощи их измерения.
Что из себя представляет ОДК?
Окружение клеток оболочкой присуще как тканям, так и элементам крови, через нее с легкостью проходит вода и практически не проникают растворенные вещества. Поэтому, отклонение показателей осмотического давления может повлечь к увеличению эритроцита, и утрате им воды и деформированию.
Для эритроцитов и большинства тканей пагубным является увеличения потребления солей в организм, которые оседаю на стенках сосудов и сужают проходы сосудов.
Такое давление всегда находится примерно на одинаковом уровне и регулируется рецепторами
, локализующимися в гипоталамусе, сосудах и тканях.
Общее их название осморецепторы, именно они поддерживают показатель ОДК на нужном уровне.
Одним из самых устойчивых параметров крови является осмотическая концентрация плазмы , которая поддерживает нормальные показатели осмотического давления крови, при помощи гормонов и сигналов организма – ощущение чувства жажды.
Какие нормальные показатели ОДК?
Нормальными показателями осмотического давления являются, показатели криоскопического исследования, не превышающие 7,6 атм. При анализе определяется точка, при которой замерзает кровь. Нормальными показателями замерзания раствора для человека является 0,56-0,58 градусов по Цельсию, что эквивалентно 760 мм.рт.ст.
Отдельный вид ОДК создается белками плазмы. Также осмотическое давление белков плазмы именуется онкотическим давлением. Такое давление в разы ниже, чем давление, которое создается в плазме солями, так как белкам присущи большие уровни молекулярной массы.
В отношении к другим осмотическим элементам присутствие их незначительно, хотя они содержатся в крови во множественном количестве.
Оно влияет на общие показатели ОДК, но в маленьком соотношении (одна целая двухсот двадцатая часть) к общим показателям.
Это эквивалентно 0,04 атм., или 30 мм.рт.ст. Для показателей осмотического давления крови имеет значимость их количественный фактор и подвижность, нежели масса растворенных частиц.
Описанное давление противодействует сильному перемещению растворителя из крови в ткани, и влияет на переход воды от тканей к сосудам. Именно поэтому прогрессируют отечности тканей, следствием уменьшения белковой концентрации в плазме.
Неэлектролит содержит меньшую осмотическую концентрацию, нежели электролит. Отмечается это потому. Что молекулы электролита растворяют ионы, что влечет к росту концентрации активных частиц, которые характеризуют осмотическую концентрацию.
Что влияет на отклонения осмотического давления?
Рефлекторные изменения деятельности выделительных органов, влечет раздражение осморецепторов. При их воспалении, они устраняют из организма избыточное количество воды и солей, которые попали в кровь.
Важную роль здесь играет кожный покров, ткани которого питаются избытком воды из крови или возвращает её в кровь, при увеличении показателей осмотического давления.
На показатели нормального ОДК влияет количественное насыщение крови электролитами и неэлектролитами, которые растворены в плазе крови.
Не меньше шестидесяти процентов составляет ионизированный хлорид калия. Изотонические растворы – это растворы в которых уровень ОДК близится к плазменному.
При росте показателей этой величины, состав именуется гипертоническим, а в случае уменьшения – гипотоническим.
Если нормальный показатель осмотического давления отклоняется от нормы, провоцируется повреждение клеток. Для того чтобы вернуть показатели осмотического давления в крови, могут внутрь вводить растворы, которые подбираются, зависимо от заболевания, провоцирующего отклонения ОДК от нормы.
Среди них:
- Гипотонический концентрированный раствор. При применении в правильной дозировке чистит раны от гноя и способствует уменьшению в размерах оттека аллергического характера. Но при неправильных дозах, провоцирует быстрое наполнение клеток раствором, что влечет к их быстрому разрыву;
- Гипертонический раствор. При помощи введения этого раствора в кровь, способствуют улучшенному выведению клеток воды в сосудистую систему;
- Разведение препаратов в изотоническом растворе. Препараты размешивают в данном растворе, при нормальных показателях ОДК. Натрий хлорида является наиболее часто размешиваемым препаратом.
За повседневным поддержанием нормальных отметок ОДК следят потовые железы и почки. Они не допускают воздействия продуктов, которые остаются после обмена веществ, на организм, путем создания защитных оболочек.
Именно поэтому осмотическое давление крови почти всегда колеблется на одном уровне. Резкое увеличение его показателей возможно при активной физической нагрузке. Но и в этом случае организм сам быстро стабилизирует показатели.
Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления. Что происходит при отклонениях?
При увеличении показателей осмотического давления крови происходит перемещение клеток воды из эритроцитов в плазму, вследствие чего клетки деформируются и теряют свою функциональность. При упадке концентрации осмолей, происходит увеличение насыщенности клетки водой , что влечет к увеличению её размеров и деформации мембраны, которая именуется гемолизом.
Гемолиз характеризуется тем, что при нем деформируются наиболее численные клетки крови – красные тельца, также именуемые эритроцитами, тогда белок гемоглобина попадает в плазму, впоследствии чего она становится прозрачной.
Гемолиз делиться на следующие виды:
| Вид гемолиза | Характеристика |
|---|---|
| Осмотический | Прогрессирует при упадке ОДК. Влечет к увеличению эритроцитов, с последующей деформацией их мембраны, и высвобождением гемоглобина |
| Механический | Данный вид гемолиза возникает вследствие сильного механического влияния на кровь. Как пример, когда пробирку с кровью сильно встряхнуть |
| Биологический | Прогрессирует под воздействием иммунных гемолизов, переливании крови, которая не совмещается по группе крови, при укусах отдельных видов змей |
| Термический | Развивается при размораживании и замораживании крови |
| Химический | Прогрессирует под действием веществ, которые деформируют белковую оболочку красных клеток. Воздействовать на это могут алкогольные напитки, эфирные масла, хлороформ, бензол и прочие |
При исследованиях, как клинических, так и в целях науки, осмотический гемолиз задействуют для определения качественных показателей красных клеток, (метод осмотического сопротивления красных клеток), а также противодействию оболочек красных клеток к деформации в растворе.
Влияет ли питание на осмотическое давление крови?
Соблюдение правильного питания, со сбалансированным рационом продуктов помогает в профилактике многих заболеваний.
Высокая концентрация потребляемой соли, влечет к отложению натрия на стенках сосудов. Они становятся уже, что нарушает нормальное обращение крови и выведение жидкости, увеличивает показатели артериального давления, и провоцирует отечности.
Употребление чистой питьевой воды менее полутора литров в день, приводит к нарушению водного баланса.
Он в свою очередь влечет повышенную вязкость крови, в связи с недостаточностью растворителя.
Так возникает ощущение жажды, удовлетворив которую, организм возобновляет нормальную функциональность организма.
Какими методами определяется?
Измерение показателя ОДК происходить при помощи осмометра — аппарат для измерения общей концентрации крови, криоскопическим методом, активных веществ (осмолярности) в жидкостях крови, мочи и водных растворах.
Осмометр Определение показателей осмотического давления крови, делают в большинстве случаев криоскопическим методом — исследования растворов, где за основу взято понижение точки замерзания раствора по сравнению с температурой, при которой замерзает чистый растворитель.
Такой метод определяет депрессию, или упадок уровня, при котором кровь замерзает. Чем выше показатель осмотического давления, тем выше концентрация в крови растворенных частиц. Из этого следует, что чем больше уровень ОДК, тем меньше температура, при которой замерзает раствор.
В пределах нормы, показатели колеблется от 7,5 до 8 атм.
Также важным является показатель онкотического давления и при его колебании ниже нормы, может указывать на патологии почек или печени, либо продолжительную голодовку.
Показатель осмотического давления является важным фактором организма, и указывает на нормальное обращение растворителя (воды) в организме человека.
Кровь, лимфа, тканевая жидкость составляют внутреннюю среду организма. Они имеют относительно постоянный состав и физико-химические свойства, обеспечивает гомеостаз организма.
Система крови состоит из периферической крови, циркулирующей сосудами, органов кровотворен ния (красный костный мозг, лимфатические узлы, селезенка), органов кроворуйнування (печень, селезенка), нейрогуморальной системы регуляции.
Система крови выполняет следующие функции:
1) транспортная;
2) дыхательная (перенос кислорода и углекислого газа);
3) трофическая (обеспечивает органы организма питательными веществами)
4) экскреторная (выводит продукты обмена из организма);
5) терморегуляторная (поддерживает температуру тела на постоянном уровне)
6) защитная (иммунитет, свертывания крови)
7) гуморальная регуляция (транспортировка гормонов и биологически активных веществ);
8) поддержание постоянства pH, осмотического давления и тому подобное;
9) обеспечивает водно-солевой обмен между кровью и тканями;
10) осуществление креаторних связей (макромолекулы, переносятся плазмой и форменными элементами, осуществляют передачу информации между клетками).
Кровь состоит из плазмы и клеток (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Объемное соотношение форменных элементов и плазмы называют гематокритом. Форменные элементы составляют 40-45% объема крови, плазма - 55-60%. Количество крови в организме взрослого человека составляет 4,5-6,0 литров (6-7% массы тела)
Плазма крови состоит из 90-92% Н20, органических и неорганических веществ. Белки плазмы: альбумин - 4,5%, глобулины - 2,3%, (альбумино-глобулиновый коэффициент в норме составляет 1,2-2,0), фибриноген - 0,2-0,4%. Белки составляют в плазме крови 7-8%, а остальные - другие органические соединения и минеральные соли. Глюкоза - 4,44-6,66 ммоль / л (по Хагедорна - Йенсен). Минеральные вещества плазмы (0,9%) - катионы Na + К +, Са 2+ и анионы Вот, НСO3_ и НРO42 +.
Значение белков плазмы крови:
1. Поддерживают онкотическое давление (С мм рт. Ст.).
2. Есть буферной системой крови.
3. Обеспечивают вязкость крови (для поддержания артериального давления).
4. Предотвращает свертыванию эритроцитов.
5. Участвуют в свертывании крови.
6. Участвуют в иммунологических реакциях (глобулины).
7. Переносят гормоны, липиды, углеводы, биологически активные вещества.
8. Есть резервом для построения тканевых белков.
Физико-химические свойства крови
Если принять вязкость воды за 1, то вязкость крови будет 5, относительная плотность 1,050-1,060.
Осмотическое давление крови
Осмотическое давление крови обеспечивает обмен воды между кровью и тканями. Осмотическим давлением называется сила, обеспечивающая движение растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону большей концентрации. Для крови эта величина - 7.6 атм. или 300 мосмоль. Смолой - осмотическое давление раствора одномолярного концентрации. Осмотическое давление обеспечивается, главным образом, неорганическими веществами плазмы. Часть осмотического давления, создаваемого белками, называется "онкотическое давление". Обеспечивается, прежде всего, альбуминами. Онкотическое давление плазмы крови больше, чем межклеточной жидкости, поскольку в последний значительно ниже содержание белков. Благодаря большей онкотического давления в плазме крови вода из межклеточной жидкости возвращается в кровь. За сутки в кровеносной системы выделяется до 20 л жидкости. 2-4 л ее в виде лимфы возвращаются лимфатическими сосудами в кровеносную систему. Вместе с жидкостью из крови в интерстиций попадают белки, циркулирующие в плазме. Часть из них расщепляется клетками тканей, только часть попадает в лимфу. Поэтому в лимфе белков меньше, чем в плазме крови Лимфа, что оттекает от различных органов, содержат разное количество белков от 20 г / л в лимфе, оттекающей от мышц; до 62 г / л - от печени (в плазме крови белков содержится 60-80 г / л). В лимфе содержится большое количество липидов, лимфоцитов, практически нет эритроцитов и не бывает тромбоцитов.
При уменьшении онкотического давления развиваются отеки. Это, прежде всего, обусловлено тем, что вода не удерживается в кровяном русле
Растворы, которые имеют одинаковый с кровью осмотическое давление, называются изотоническими. Таким раствором является 0,9% раствор NaCl. Он называется физиологическим раствором. Растворы, которые имеют больший осмотическое давление, называются гипертоническими, меньше - гипотоническими. Если клетки крови поместить в гипертонический раствор, из них течет вода, они уменьшаются в объеме Это явление называется плазмолиз. Если же клетки крови поместить в гипотонический раствор, вода в избыточном количестве поступает в них. Клетки (прежде всего эритроциты) увеличиваются в объеме и разрушаются. Это явление называется гемолиз (осмотическое). Способность эритроцитов сохранять целостность мембраны в гипотоническому растворе называется осмотическая резистентность эритроцитов. Для ее определения эритроциты вносят в ряд пробирок с 0,2-0,8% растворами NaCl. При осмотической резистентности гемолиз эритроцитов начинается в 0,45-0,52% растворе NaCI (минимальная осмотическая резистентность) 50% лизис происходит в 0,40-0,42% растворе NaCl, а полный лизис - в 0,28-0,35% растворе NaCI (максимальная осмотическая резистентность).
Регулирования осмотического давления происходит преимущественно с помощью механизмов жажды (см. Мотивации) и секреции вазопрессина (АДГ). При повышении эффективного осмотического давления плазмы крови возбуждаются осморецепторы переднего гипоталамуса, усиливается секреция вазопрессина, который стимулирует механизмы возникновения жажды. Увеличивается прием жидкости. Вода задерживается в организме, разбавляет гипертонической плазму крови. Ведущая роль в регуляции осмотического давления крови принадлежит почкам (см. Регуляцию выделения).
Что такое осмотическое давление
Осмосом называют одностороннюю самопроизвольную диффузию молекул растворителя сквозь полунепроницаемую мембрану из наименее концентрированного в более концентрированный раствор. Полунепроницаемой мембраной является такая, которая проницаема для клеток растворителя и непроницаема для растворенных в нем частиц. По определению, осмотическое давление - это такое приложение которого к данному раствору может прекратить диффузию частиц, то-есть осмос.
Осмос широко распространен в природе. Он свойственен всем биологическим организмам. Осмотическое давление возникает, если растворы разделены полупроницаемой мембраной. Например, возьмем находящиеся в клетках и межклеточном пространстве жидкости. В норме экстрацеллюлярное и интрацеллюлярное осмотическое давление одинаковы. Но если интерстициальная жидкость теряет воду, давление в ней возрастает. Под действием повышенного осмотического давления вода из клеток начинает диффундировать в межклеточное пространство. Диффузия прекратится только тогда, когда величины давления выровняются.
От чего зависит осмотическое давление
Давление при осмосе зависит от того, сколько растворенных частиц содержится в единице объема. Это могут быть молекулы, ионы или другие Можно сказать, что осмотическое давление раствора связано с концентрацией всех частиц, активных осмотически, в единице объема. От химических свойств растворителя и растворенных в нем веществ оно не зависит.
Ученые выяснили, что осмотическое давление подчиняется тем же законам, что и давление газов. Его можно измерить с помощью приборов, называемых осмометрами. Они представляют собой особого рода манометры. В этих приборах используются полунепроницаемые мембраны животного и искусственного происхождения. показывают прямую зависимость его от
Закон осмотического давления, открытый Ван-Гоффом, утверждает, что его величина в числовом выражении равна такому давлению, которое оказывало бы вещество данного раствора, будучи при этой же температуре с условием, что его объем был бы равен объему раствора.
Закон описывается уравнением: p=i C R T
С - концентрация раствора, выраженная в молях;
R - величина универсальной газовой постоянной;
T - температура термодинамическая.
Значение осмотического давления для живых организмов
Осмос присущ живой природе, так как все клетки растений и животных организмов имеют мембраны, проницаемые для воды и непроницаемые для других веществ. В живых тканях, на границе клетки и межклеточной жидкости, постоянно действует осмотическое давление. Оно обеспечивает подъем питательных веществ и воды из земли к листьям растений и тургор растений, жизнедеятельность клеток.
Растворы, обладающие одинаковым осмотическим давлением, называют изотоническими. Те, в которых давление более высокое, называются гипертоническими, более низкое ‑ гипотоническими.
Осмотическое давление в человеческой крови составляет величину в 7,7 атм. Люди способны ощущать малейшие его колебания. Например, жажда после приема соленой пищи связана с его повышением. Местные отеки при воспалениях тоже возникают из-за повышения осмотического давления в месте воспаления.
Знание законов осмотического давления в медицине необходимо при проведении лечебных мероприятий. Так, медикам известно, что для внутривенных введений можно использовать только изотоничный плазме крови 0,9% раствор NaCl. Он не вызывает раздражения тканей. Напротив, гипертонический 3-5 % NaCl применяют для лучшего очищения гнойных ран от микроорганизмов и гноя.
Знание законов осмоса необходимо не только в медицине и биологии. Без него не обходятся многие виды человеческой деятельности, в том числе промышленность и энергетика.
Осмотическое давление – один из важнейших показателей работы организма. Именно от него зависят многие обменные процессы. На фоне нарушения необходимого уровня внутриклеточного осмотического давления развивается смерть клетки.
Осмотическое давление крови – важный показатель, который обычно находится под строгим контролем организма. Именно внутренние процессы сами же не дают осмосу нарушаться.
Осмотическое и онкотическое давление плазмы крови
Осмотическое давление – то, что способствует проникновению раствора через полупроницаемую клеточную мембрану в сторону, где концентрация выше. Именно благодаря этому важному показателю в организме происходит обмен жидкостью между тканями и кровью.
А вот онкотическое давление помогает удерживать кровь в русле. За молярный уровень данного показателя отвечает белок альбумин, способный притягивать к себе воду.
Главная задача этих параметров – поддерживать внутреннюю среду организма на постоянном уровне со стабильной концентрацией составляющих клетки.
Характерными особенностями этих двух показателей можно считать:
- изменение под воздействием внутренних факторов;
- постоянство у всех живых организмов;
- уменьшение после интенсивной физической нагрузки;
- саморегуляция организмов при помощи внутриклеточного калиевого насоса – запрограммированной на клеточном уровне формулы идеального состава плазмы.
От чего зависит осмотическая величина
Осмотическое давление зависит от содержания электролитов, которые включает в себя плазма крови. Те растворы, которые по концентрации схожи с плазмой, называются изотоническими. К таковым относится популярный физраствор, вот почему его всегда используют для , когда необходимо восполнить водный баланс или когда была кровопотеря.
Именно в изотоническом растворе чаще всего растворяются вводимые препараты. Но иногда может потребоваться использование других средств. К примеру, гипертонический раствор необходим для выведения воды в сосудистый просвет, а гипотонический помогает очистить раны от гноя.
Осмотическое давление клетки может зависеть от обычного питания.
К примеру, если человек потребил большое количество , тогда концентрация ее в клетке увеличится. В дальнейшем это приведет к тому, что организм будет стремиться уравновесить показатели, потребив воды больше для нормализации внутренней среды. Таким образом, вода будет не выводиться из организма, а аккумулироваться клетками. Такое явление часто провоцирует развитие отечности, а также (за счет увеличения общего объема крови, циркулируемой в сосудах). Также клетка после перенасыщения водой может лопаться.
Чтобы более понятно разъяснить изменения, происходящие в клетках, погруженных в разную среду, следует описать кратко одно исследование: если эритроцит поместить в дистиллированную воду, то он будет напитываться ею, увеличиваясь в размерах до разрыва оболочки. Если же его поместить в среду с большой концентрацией соли, то он начнет постепенно отдавать воду, сморщиваться, усыхать. Лишь в изотоническом растворе, который имеет такой же изоосмотический, как и сама клетка, она будет оставаться на том же уровне.
Это же происходит с клетками внутри организма человека. Именно поэтому столь распространено наблюдение: после съеденного соленого человеку сильно хочется пить. Такое стремление объясняется физиологией: клетки «хотят вернуться» к привычному уровню давления, под воздействием соли они сморщиваются, вот почему у человека возникает жгучее желание выпить простой воды, чтобы восполнить недостающие объемы, уравновесить организм.
Иногда больным дают специально приобретенные в аптеках смеси электролитов, которые затем разводятся в воде и принимаются в качестве питья. Это позволяет восполнить потерю жидкости в случае отравлений.
Как измеряется, и о чем говорят показатели
Во время проведения лабораторных исследований кровь или отдельно плазма замораживаются. От того, какова будет температура заморозки, зависит тип соляной концентрации. В норме этот показатель должен составить 7,5-8 атм. Если удельный вес соли увеличится, то и температура, при которой замерзнет плазма, будет намного выше. Также измерять показатель можно при помощи специально предназначенного прибора – осмометра.
Частично осмотическая величина создает онкотическое давление при помощи белков плазмы. Они отвечают за уровень водного баланса в организме. Норма этого показателя: 26-30 мм.рт.ст.
Когда белковый показатель уменьшается, у человека возникает отечность, которая формируется на фоне повышенного потребления жидкости, что способствует ее скоплению в тканях. Такое явление наблюдается при снижении , на фоне длительного голодания, проблем с почками и печенью.
Влияние на человеческий организм
Осмотическое давление – важнейший показатель, который отвечает за поддержание формы клеток, тканей и органов человека. Собственно норма, которая обязательна для человека, отвечает также и за красоту кожи. Особенность клеток эпидермиса в том, что под действием возрастной метаморфозы содержание жидкости в организме сокращается, клетки теряют упругость. Как следствие появляется дряблость кожи, морщины. Именно поэтому медики и косметологи в один голос призывают потреблять не менее 1,5-2 литров очищенной воды в день, чтобы необходимая концентрация водного баланса на клеточном уровне не изменялась.
Осмотическое давление отвечает за правильное перераспределение жидкости в организме. Оно позволяет поддерживать постоянство внутренней среды, ведь очень важно, чтобы концентрация всех составляющих тканей и органов находилась на едином химическом уровне.
Таким образом, данная величина является не просто одним из показателей, необходимых только для медиков и их узконаправленных исследований. От нее зависят многие процессы в организме, состояние здоровья человека. Вот почему так важно знать хотя бы примерно, от чего параметр зависит, и что необходимо для поддержания его на .
2. Осмотическое давление
3. Осмометр – прибор для измерения осмотического давления
4. Биологическая роль осмоса и осмотического давления
5. Осмотическая электростанция
6. Обратный осмос
7. Литература
Глава 1. Осмос
Осмос (греч. osmos толчок, проталкивание, давление) - самопроизвольный переход вещества, обычно растворителя, через полупроницаемую мембрану, отделяющую раствор от чистого растворителя или от раствора меньшей концентрации.
Впервые осмос наблюдал Жан-Антуа Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие.
Суть процесса
Осмос обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций растворов по обе стороны мембраны путем односторонней диффузии молекул растворителя.
Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества (см. Рис. 1). Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.
Например, к яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10 % соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, достигшие равновесия, называются изотоническими.
Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу - экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению осмоса - обратной диффузии растворителя.
В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.
Глава 2. Осмотическое давление
Осмотическое давление (обозначается р) - избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое - гипотоническим.
Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу - например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту даже до 100 метров. При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.
Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.
Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3-5-10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, - соответственно, деплазмолизом.
Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:
где i - изотонический коэффициент раствора; C - молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R - универсальная газовая постоянная; T - термодинамическая температура раствора.
Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.
Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03 - 0,04 атм.). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где рОНК больше. При гнойных процессах рОНК в очаге воспаления возрастает в 2-3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков. В организме осмотическое давление должно быть постоянным (7,7 атм.). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно р плазмы 7,7 атм. - 0,9 % NaCl - физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых р больше, чем осмотическое давление плазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl2, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na2SO4 10H2O, MgSO4 7H2O).
Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).
Осмотическое давление измеряют специальным прибором
Глава 3. Осмометр – прибор для измерения осмотического давления
Осмометр - (осмо- + греч. metreo измерять) прибор для измерения осмотического давления или концентрации осмотически активных веществ; применяется при биофизических и биохимических исследованиях.
Принципиальная схема осмометра: А - камера для раствора; Б - камера для растворителя; М - мембрана. Уровни жидкости в трубках при осмотическом равновесии: а и б - в условиях равенства внешних давлений в камерах А и Б, когда rА = rБ, при этом Н - столб жидкости, уравновешивающий осмотическое давление; б - в условиях неравенства внешних давлений, когда rА - rБ = p.
Осмометры давления пара
Этот тип приборов отличается тем, что для измерения требуется минимальный объем пробы (единицы микролитров), что имеет большое значение, когда из объекта исследования нельзя взять больший объем. Однако по причине малости объема пробы осмометры давления пара имеют большую погрешность по сравнению с другими. Кроме того, результат измерения зависит от изменения атмосферного давления. Основное применение эти приборы нашли в научных исследованиях и педиатрической практике для исследований крови новорожденных, взятой из пальчика или пяточки. Диапазон измеряемых концентраций ограничивается 2000 ммоль/кг Н2О. В российских ЛПУ они не нашли широкого применения. В Европейском союзе осмометры давления пара производит фирма Dr .Knauer, Gonotec (Германия), в США - фирма Wescor .
Мембранные осмометры
На свойстве осмоса строятся осмометры, называемые мембранными. В их конструкции могут использоваться как искусственные мембраны (например, целлофан), так и природные (например, кожа лягушки).
Приборы этого типа используются для измерения так называемого коллоидно-осмотического давления крови (КОД), которое создается высокомолекулярной (более 30000 Д) составляющей общей концентрации осмотически активных частиц, содержащихся в плазме крови. Это давление называется также онкотическим и создается преимущественно белками. КОД составляет менее 3 ммоль/кг Н2О и поэтому незначительно влияет на общее осмотическое давление, но имеет определяющее значение для процессов транскапиллярного обмена. Эта составляющая общего давления имеет важное диагностическое значение. Мембранные осмометры производят фирмы Dr. Knauer , Gonotec , Германия (Osmomat 050), в США - фирма Wescor. Интересно, что фирма доктора Кнауэра предлагает всю линейку осмометров, перекрывая, таким образом, весь диапазон частиц с молекулярной массой, включая миллионные.
