Осмос - процесс самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану из области с более низкой концентрацией раствора в область с более высокой концентрацией

Мембрана полупроницаемая, способна пропускать воду, но не пропускает молекулы и ионы растворенных в ней веществ. В организме человека, животных, растений клеточные мембраны являются полупроницаемыми: вода проходит сквозь них легко, а ионы, сахара, белки и многие аминокислоты проходят только при участии особых белков-переносчиков, встроенных в мембрану. Стенки кровеносных капилляров, кишечная стенка, многие микроструктуры почек можно рассматривать также как полупроницаемые мембраны. С точки зрения термодинамики движущей силой осмоса является стремление системы к выравниванию концентраций, т.к. при этом энтропия системы возрастает (∆ S> 0), система переходит в менее упорядоченное состояние, энергия Гиббса системы уменьшается (∆ G< 0).

Осмотическое давление – давление столба жидкости, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить явление осмоса.

Осмотическое давление можно измерить:

Росм. = iCmRT, единица измерения – кПа

Cm – концентрация р-ра в моль/л

R – универсальная газовая постоянная, R=8, 31дж/моль∙ К

Т – температура в К (273° - 0°С)

i – число ионов, на которые диссоциирует молекула электролита в растворе (коэффициент Вант-Гоффа), для NaCl – 2, СаCl₂ – 3, Al₂(SO₄)₃ – 5, глюкоза (С₆Н₁₂О₆) – 1, уксусная к-та (СН₃СООН) – 2.

Если электролит не полностью диссоциирует, его степень диссоциации α не равна 1, тогда делается пересчет с учетом степени диссоциации:

i = 1+ а(n-1), где n = число ионов,

Например: СаСl₂ i=3, α =0, 75

i=1+ 0, 75(3-1)=1+1, 5=2, 5

Осмотическое давление крови 740-780 кПа (или ~7, 3-7, 7 атм).

1 атм = 101, 3 кПа.

Осмотическое давление создается веществами, которые не проходят через полупроницаемую мембрану, в результате препятствуют осмосу. Такие вещества называются осмотически эффективными веществами (осмотически активными). Это белки, глюкоза, ионы, в т.ч. Na⁺ и K⁺.

Суммарная концентрация всех осмотически активных частиц называется осмолярностью (σ).

σ = Σ iC_m моль/л.

Вещества, свободно проходящие через клеточные мембраны, называют осмотически неактивными (неэффективными). В крови человека к ним относят все растворенные газы и мочевину.

Осмолярность крови рассчитывают по формуле:

σ _крови =2[Na⁺] + 2[К⁺] + [глюкоза] + 0, 03[белок] = 0, 3 моль/л или 300 ммоль/л (0, 3 осмоль или 300 мосмоль).

Оценим вклад Na ⁺ в осмолярность внеклеточной жидкости:

Концентрация Na⁺ в клетке 140ммоль/л

140 х 2 = 280 ммоль/л

Составим пропорцию: σ крови =300 ммоль

300 ммоль/л - 100%

280 ммольл - х % х = 280˟ 100/300 х=93%

Ионы Na ⁺ создают 93% осмолярности крови.

Оценим вклад белковв осмолярность внеклеточной жидкости:

Содержание белков крови у человека – 65-85 г/л, тогда См= 0, 03х75г/л

= 2, 25 ммоль/л

Составим пропорцию: σ крови =300 ммоль

300 ммоль/л - 100%

2, 25 ммоль/л - х % х = 2, 25х100/300 х=0, 75%

Белки создают 0, 75% осмолярности крови. Осмотическое давление белков невелико, но оно очень важно для удержания воды в сосудистом русле. Осмотическое давление, создаваемое белками, называется онкотическим. В случае снижения содержания белка в сыворотке крови, онкотическое давление крови снижается, тогда жидкость из кровяного русла устремляется в ткани. (Примечание: стенка кровяносных сосудов проницаема для воды). В результате жидкость накапливается в тканях, что приводит к отекам. Они называются онкотическим и (от латинского oncos – опухоль).

Почему вклад белков более значителен по сравнению с ионами натрия?

Белки удерживают на себе значительного количество воды (до 4 г воды на 1 г белка) в виде «гидратной шубы». В крови содержание белка колеблется от 60 до 80 г/л, если оно станет меньше 60 г/л, часть воды из плазмы крови выходит из сосудов в ткани.

Осмолярность, создаваемая осмотически эффективными веществами, называется тоничностью.

Растворы с одинаковой тоничностью или осмолярностью называются изотоничными. Если у одного раствора осмолярность выше – это гипертоничный раствор, если ниже – гипотоничный.

При большой потере жидкости (например, при рвоте, диарее, тепловом и солнечном ударе) можно ввести некоторое количество гипоосмолярного раствора (осмолярность меньше осмолярности крови), чтобы быстро пополнить запас воды и прекратить обезвоживание тканей. Гипертонические (гиперосмолярные) растворы используют для обработки ран с признаками нагноения: при этом из глубины раны выделяется большое количество раневой жидкости и гноя, рана очищается.

При помещении клеток в гипотоничную среду вода из менее концентрированного раствора переходит в более концентрированный (в клетку). В результате клетки набухают и могут лопнуть. Такое разрушение называется - лизис. Если клетками являются эритроцитами – этот процесс называется гемолиз. При помещение клеток в гипертонический раствор: вода из клеток уходит, клетки сморщиваются. Это явление - плазмолиз.

Обезвоженные ткани прекращают нормальный метаболизм и погибают в течение короткого времени. Особенно опасно это явление для головного мозга: при незначительном обезвоживании за счет раздражения специальных осморецепторов развивается чувство жажды, при невозможности восполнения потерянной жидкости резко замедляется передача нервных импульсов, начинается гибель нейронов, человек теряет сознание, развивается кома, когда угнетены наиболее важные жизненные центры (дыхательный и сосудодвигательный).