Роль осмоса в биологических процессах как растительного, так и животного мира колоссальна. Осмос вместе с диализом является одной из причин, обусловливающих поступление влаги и некоторых растворенных в ней веществ из почвы по стеблю или стволу растения к листьям. Нередко при этом подъем рас­тительных соков происходит на высоту в несколько метров и воз­никающая разность давлений у основания гидростатического столба и его наивысшей точки измеряется несколькими атмос­ферами.

Живая клетка растения окружена полупроницаемой оболоч­кой, через которую проходят молекулы воды и не проходит большинство веществ, находящихся в клеточном соке. Если та­кая клетка соприкасается, например, с почвенным раствором, то происходит осмос и проникающая в клетку вода создает в ней давление, достигающее иногда 0,4—2,0 мПа (4—20 атм). Это повышенное давление придает клеткам определенную упругость и напряжение — так называемый тургор, позволяющий растению сохранять вертикальное положение и определенную форму. Осмотический градиент, определяющий собой силу, с которой вода всасывается в клетку, численно равен разности между осмотическим и тургорным давлениями. Если клетки отмирают, то это означает, что перестает действовать механизм осмоса, давление в клетках падает и растение увядает.

Если растительная клетка попадает в среду раствора с повышенной концентрацией солей и других растворимых веществ, то это приводит к осмосу, при котором вода диффундирует из клетки к раствору. При этом протоплазма отслаивается от оболочки, клетка сморщивается, а все растение теряет тургор и устойчивость, свойственную ему в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При погружении плазмолизированных клеток в воду, протоплазма вновь набухает, растение восстанавливает тургор в первоначальный вид. Происходит так называемый деплазмолиз, который можно видеть, помещая начинающие поникать срезанные цветы в воду.

Осмотическое давление крови человека довольно постоянно и при 37 °С достигает 0,74—0,78 МПа. Оно обусловлено главным образом присутствием в плазме крови катионов и анионов солей (кристаллоидов) и в меньшей степени осмотическими свойствами коллоидных частиц или осмотическим давлением (порядка 0,0025—0,0040 МПа). Присутствие в плазме крови форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов или кро­вяных пластинок) практически не отражается на величине осмотического давления. Постоянство осмотического давления в крови регулируется выделением паров воды при дыхании, работой почек, выделением пота и т. д.

Указанному осмотическому давлению крови человека отвечает осмомолярная концентрация растворенных в плазме веществ, составляющая 0,303 моль/л.

В медицинской и фармацевтической практике изотоническими называют растворы, характеризующиеся таким же осмотическим давлением, как и плазма крови, в частности 0,85 %-ный раствор хлорида натрия (146,0 моль/м 3 ). В столь разбавленных растворах NаС1 изотонический коэффициент Вант-Гоффа можно считать равным 2, и расчетное значение осмотического давления для этих растворов при 37 °С будет равно

Изотоническим по отношению к плазме крови является также 4,5—5,0 %-ный раствор глюкозы.

Растворы, обладающие более высоким осмотическим давлением, чем плазма крови, называют гипертоническими, а растворы, имеющие более низкое осмотическое давление, — гипотоническими. Во всех случаях, когда в кровяное русло, мышечную ткань, спинно-мозговой канал и т. д. с определенными терапевтическими целями вводят солевые растворы (физиологические растворы), необходимо заботиться о том, чтобы такая операция не привела к “осмотическому конфликту”—резкому несоответствию между осмотическим давлением плазмы крови, межклеточной или спинно-мозговой жидкостей и осмотическим давлением, которым обладает вливаемый раствор.

Если, например, вводимый внутривенно раствор гипертоничен по отношению к крови, то при этом будет происходить осмос воды из внутренней части эритроцитов в окружающую их плазму, эритроциты будут обезвоживаться и сморщиваться. Если же вводимый раствор гипотоничен по отношению к крови, то осмос будет осуществляться в обратном направлении — внутрь эритроцитов, эритроциты при этом будут увеличиваться в объеме, что может привести к разрыву оболочки. В результате этих разрывов гемоглобин, находящийся внутри эритроцитов, будет поступать в плазму и смешиваться с ней. Это явление называется гемолизом или эритроцитолизом. Начальная стадия гемолиза наступает уже при снижении осмотического давления в плазме до 0,36—0,40 МПа, а полный гемолиз — при снижении его до 0,26— 0,30 МПа. Опасные последствия гемолиза зависят не только от разницы осмотических давлений по обе стороны оболочки эритроцита, но также от клеточной проницаемости, которую можно снизить введением, например, строфантина, новурита, гепарина и др.

Гемолиз является частным случаем более общего явления — цитолиза — разрушения животных и растительных клеток под влиянием различных причин, чаще всего разницы осмотических давлений по обе стороны полупроницаемой оболочки клетки.

Осмос и диализ лежат в основе целого ряда физиологических процессов, происходящих в организме человека и животных. При их посредстве осуществляются усвоение пищи, окислительные процессы, связанные с дыханием, распределение питательных веществ, переносимых с кровью, и жидкостной обмен в тканях, выделение продуктов жизнедеятельности (мочи, кала) и др. Потребляя чрезмерно соленую или сладкую пищу, человек испытывает жажду, которая сигнализирует о возрастании в клеточ­ных и межклеточных жидкостях осмотического давления. При купании в морской воде замечается покраснение глаз с незначительными болевыми ощущениями (осмос воды из глазного яблока в морскую воду, где осмотическое давление несколько выше; происходит как бы некоторое усыхание). При купании же в пресной воде болевые ощущения, резь в глазах более заметны, ибо при этом осмос воды направлен внутрь глазного яблока.

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Читайте также:  Моноциты повышены у ребенка при прорезывании зубов

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

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—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 уравнение состояния для идеального газа:

π = i ⋅ C ⋅ R ⋅ T <displaystyle pi =icdot Ccdot Rcdot T> ,

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м³; 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 πОНК больше. При гнойных процессах πОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.

В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно πплазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем πплазмы, 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).

Содержание

Обоснование формулы Вант-Гоффа с термодинамических позиций [ править | править код ]

В растворе свободная энергия G = G 0 + R T l n x A + π V C <displaystyle G=G^<0>+RTlnx_+pi V_> , где x A <displaystyle x_> — молярная часть раствора, V C <displaystyle V_> — его мольный объем. Появление члена π V C <displaystyle pi V_> эквивалентно внесению в свободную энергию внешнего давления. Для чистого растворителя G = G 0 <displaystyle G=G^<0>> . При равновесии ∇ G <displaystyle
abla G> для растворителя равно нулю. Таким образом,

0 = ∇ G = G 0 + R T l n x A + π V C − G 0 = R T l n x A + π V C , <displaystyle 0=
abla G=G^<0>+RTlnx_+pi V_-G^<0>=RTlnx_+pi V_,>

π = − R T V C l n ( 1 − x B ) ≅ R T V C x B ≅ R T V C n B n A ≅ R T n B V = c R T , <displaystyle pi =-<frac >>ln(1-x_)cong <frac >>x_cong <frac >><frac >>cong RT<frac >>=cRT,>

то есть получена формула Я. Вант-Гоффа ( π = c R T <displaystyle pi =cRT> ).

При её выведении высчитано, что x B <displaystyle x_> — малая величина. Это позволяет разложить l n ( 1 − x B ) <displaystyle ln(1-x_)> в ряд и далее применить соотношение x B ≅ n B n A . <displaystyle x_cong <frac >>.> Произведение n A V C <displaystyle n_V_> в разбавленных растворах практически равно объему раствора.

Осмотическое давление коллоидных растворов [ править | править код ]

Для возникновения осмотического давления должны выполняться два условия:

  • наличие полупроницаемой перегородки (мембраны);
  • наличие по обе стороны мембраны растворов с разной концентрацией.

Мембрана проницаема для частичек (молекул) определенного размера, поэтому она может, например, выборочно пропускать сквозь свои поры молекулы воды, не пропуская молекулы этилового спирта. Для газовой смеси — водорода и азота — роль полупроницаемой мембраны может выполнять тонкая палладиевая фольга, сквозь которую свободно диффундирует водород, тогда как азот она практически не пропускает. с помощью такой мембраны можно разделять смесь водорода и азота на отдельные компоненты.

Простыми и давно известными примерами мембран, которые проницаемы для воды и непроницаемы для многих других растворенных в воде веществ, является кожа, пергамент, и другие ткани животного и растительного происхождения.

Пфеффер с помощью осмометра, в котором в качестве полупроницаемой мембраны использовался пористый фарфор, обработанный C u 2 F e ( C N ) 6 <displaystyle Cu_<2>Fe(CN)_<6>> , исследовал осмотическое давление водных растворов тростникового сахара. На основе этих измерений Вант-Гофф в 1885 году предложил эмпирическое уравнение, которому подчиняется осмотическое давление π <displaystyle pi > разведенных растворов:

Читайте также:  Сердцебиение на 12 неделе беременности пол ребенка

π = c R T <displaystyle pi =cRT> ,

где c=n/V — концентрация растворенного вещества, моль/м³.

Это уравнение по форме совпадает с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Поэтому осмотическое давление разведенных растворов можно определить как давление, которое бы создавала то же самое количество молекул растворенного вещества, если бы оно было в виде идеального газа и занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.

Уравнение Вант-Гоффа можно несколько преобразовать, подставляя вместо концентрации c i = n i / V = m i / M i V <displaystyle c_=n_/V=m_/M_V> :

π = c i R T = m i M i V R T <displaystyle pi =c_RT=<frac >V>>RT> ,

где m i <displaystyle m_> — массовая концентрация растворенного вещества; M i <displaystyle M_> — его молекулярная масса.

В таком виде уравнение Вант-Гоффа широко применяется для определения молярной массы растворенного вещества. Осмотический метод применяют зачастую для определения молярных масс высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов и других). Для этого достаточно измерить осмотическое давление раствора с известной концентрацией.

Если вещество диссоциирует в данном растворе, то осмотическое давление будет большим, чем рассчитанное и нужно вводить изотонический коэффициент:

π = i c R T . <displaystyle pi =icRT.>

Уравнение Вант-Гоффа справедливо только для разведенных растворов, которые подчиняются закону Рауля. При повышенных концентрациях растворов c i <displaystyle c_> в последнем уравнении должно быть заменено на активность a 1 <displaystyle a_<1>> или фугитивность f 1 . <displaystyle f_<1>.>

Роль осмоса в биологических системах [ править | править код ]

Явление осмоса и осмотическое давление играют огромную роль в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток. Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, которое называют тургором.

Если клетку, например, эритроцит, поместить в дистиллированную воду (или очень разбавленный раствор соли), то вода будет проникать внутрь клетки и клетка будет набухать. Процесс набухания может привести к разрыву оболочки эритроцита, если произойдет так называемый гемолиз.

Обратное явление наблюдается, если вместить клетку в концентрированный раствор соли: сквозь мембрану вода из клеток диффундирует в раствор соли. При этом протоплазма сбрасывает оболочку, клетка сморщивается, теряет тургор и стойкость, свойственные ей в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При помещении плазмолизованных клеток в воду протоплазма опять набухает и в клетке восстанавливается тургор. Происходит при этом так называемый деплазмолиз: это можно наблюдать, помещая цветы, которые начинают вянуть, в воду. И только в изотоническом растворе, который имеет одинаковую концентрацию (вернее, одинаковое осмотическое давление с содержанием клетки), объем клетки остается неизменным.

Процессы усвоения еды, обмена веществ тесно связаны с разной проницаемостью тканей для воды и других растворенных в ней веществ.

Осмотическое давление отыгрывает роль механизма, который подает нутриенты клеткам; у высоких деревьев последние поднимаются на высоту нескольких десятков метров, что соответствует осмотическому давлению в несколько десятков атмосфер. Типовые клетки, сформировавшиеся с протоплазматических мешков, наполненных водными растворами разных веществ (клеточный сок), имеют определенное значение для давления, величина которого измеряется в пределах 0,4—2 МПа.

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.

Читайте также:  Вегето сосудистая дистония к чему может привести

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector