Гипертонический – раствор с большей концентрацией и большим осмотическим давлением по сравнению с другим раствором.

Гипотонический – раствор, имеющий меньшую концентрацию и меньшее значение осмотического давления.

Изотонические растворы – растворы с одинаковым осмотическим давлением.

Изотонический коэффициент

Изотонический коэффициент Вант-Гоффа (i) показывает во сколько раз коллигативные свойства раствора электролита больше, чем раствора неэлектролита при одинаковых условиях и концентрациях.

Понятие об изоосмии (электролитном гомеостазе)

Изоосмия - относительное постоянство осмотического давления в жидких средах и тканях организма, обусловленное поддержанием на данном уровне концентраций содержащихся в них веществ: белков, электролитов и т.д.

Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей и перфузионных растворов.

Осмоти́ческая концентра́ция - суммарная концентрация всех растворённых частиц.

Может выражаться как осмолярность (осмоль на литр раствора) и как осмоляльность (осмоль на кг растворителя).

Осмоль - единица осмотической концентрации, равная осмоляльности, получаемой при растворении в одном литре растворителя одного моля неэлектролита. Соответственно, раствор неэлектролита с концентрацией 1 моль/л имеет осмолярность 1 осмоль/литр.

Все одновалентные ионы (Na+, К+, Cl-) образуют в растворе число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (электрических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.

Осмоляльность нормальной плазмы - величина достаточно постоянная и равна 285-295 мосмоль/кг. Из общей осмоляльности плазмы лишь 2 мосмол/кг обусловлены наличием растворенных в ней белков. Таким образом, главными компонентами, обеспечивающими осмоляльность плазмы, являются Na+ и С1- (около 140 и 100 мосмоль/кг соответственно). Постоянство осмотического давления внутриклеточной и внеклеточной 1 жидкости предполагает равенство молярных концентраций содержащихся в них электролитов, несмотря на различия в ионном составе внутри клетки и во внеклеточном пространстве. С 1976 г. в соответствии с Международной системой (СИ) концентрацию веществ в растворе, в том числе осмотическую, принято выражать в миллимолях на 1 л (ммоль/л). Понятие «осмоляльность», или «осмотическая концентрация», эквивалентно понятию «моляльность», или «моляльная концентрация». По существу понятия «миллиосмоль» и «миллимоль» для биологических растворов близки, хотя и не идентичны.

Таблица 1. Нормальные значения осмоляльности биологических сред

Р осм крови = 7,7 атм

Основную задачу осморегуляции выполняют почки. Осмотиче­ское давление мочи в норме значительно выше, чем плазмы крови, что и обеспечивает активный транспорт из крови в почку. Осморегуляция осуществляется под контролем ферментативных систем. Нарушение их деятельности приводит к патологическим процессам. При внутривенных инъекциях, чтобы избежать нарушения ос­мотического баланса, следует использовать изотонические раство­ры. Изотоничен по отношению к крови физиологический раствор, содержащий 0.9% хлористого натрия. В хирургии явлением осмоса пользуются, применяя гипертонические марлевые повязки (марлю пропитывают 10%-ным раствором хлорида натрия). При этом рана очищается от гноя и носителей инфекции. Гипертонические растворы вводят внутривенно при глаукоме, чтобы снизить внутриглазное давление из-за повышенного содержа­ния влаги в передней камере глаза.

Роль осмоса в биологических системах.

· Обуславливает тургор (упругость) клеток.

· Обеспечивает поступление воды в клетки и межклеточные структуры, эластичность тканей и сохранение определённой формы органов. Обеспечивает транспорт веществ.

· Осмотическое давление крови человека при 310 К – 7,7 атм, концентрация NaCl – 0,9%.

Плазмолиз и гемолиз

Плазмолиз – сжатие, сморщивание клетки в гипертоническом растворе.

Гемолиз – набухание и разрыв клетки в гипотоническом растворе.

Билет 14. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент.

Осмосом называют спонтанное движение растворителя из рас­твора с низкой концентрацией частиц в раствор с высокой концентрацией их через мембрану, проницаемую только для рас­творителя. Осмотическое давление - избыточная величина гид­ростатического давления, которое должно быть приложено к раствору, чтобы уравновесить диффузию растворителя, через., полупроницаемую мембрану 1 .

1 Энциклопедический словарь медицинских терминов.- М.: Советская эн­циклопедия, 1983, с. 270.

Осмотическое давление плазмы крови составляет в среднем 6,62 атм (пределы колебаний 6,47-6,72 атм). Осмотическое давление зависит только от концентрации частиц, растворенных в растворе, и не зависит от их массы, размера и валентности. Таким образом, осмотическое давление создают в растворе все ц частицы - как ионы (Na+, К + , С1 - , НСО 3 -), так и нейтральные молекулы (глюкоза, мочевина).

В биологии и медицине осмотическое состояние сред при­нято выражать двумя понятиями: осмолярностью, представляю­щей собой суммарную концентрацию растворенных частиц в 1 л раствора (в миллиосмолях на литр), и осмоляльностью, являющейся концентрацией частиц в 1 кг растворителя, т. е. воды (мосмоль/кг).

Осмоляльность раствора численно равна суммарной кон­центрации, выраженной в количестве веществ (в миллимолях, но не в миллиэквивалентах), содержащихся в 1 кг раствори­теля (вода), плюс количество полностью диссоциированных электролитов, недиссоциированных веществ (глюкоза, мочеви­на) или слабодиссоциированных субстанций, таких как белок. Поскольку с помощью специального прибора осмометра опре­деляется осмоляльность (но не осмолярность), мы будем поль­зоваться этим термином.

Все одновалентные ионы (Na + , К + , Cl -) образуют в раство­ре число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (элек­трических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.

Осмоляльность нормальной плазмы - величина достаточно постоянная и равна 285-295 мосмоль/кг. Из общей осмоляль­ности плазмы лишь 2 мосмол/кг обусловлены наличием рас­творенных в ней белков. Таким образом, главными компонен­тами, обеспечивающими осмоляльность плазмы, являются Na+ и С1- (около 140 и 100 мосмоль/кг соответственно). Постоянство осмотического давления внутриклеточной и внеклеточной 1 жидкости предполагает равенство молярных концентраций со­держащихся в них электролитов, несмотря на различия в ион­ном составе внутри клетки и во внеклеточном пространстве. С 1976 г. в соответствии с Международной системой (СИ) концентрацию веществ в растворе, в том числе осмотическую, принято выражать в миллимолях на 1 л (ммоль/л). Понятие «осмоляльность», или «осмотическая концентрация», эквивалент­но понятию «моляльность», или «моляльная концентрация». По существу понятия «миллиосмоль» и «миллимоль» для биологи­ческих растворов близки, хотя и не идентичны.

Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД). Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 30 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидро-фильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.

КОД плазмы крови и других сред определяют с помощью специальных приборов онкометров. Нормальные величины осмо­ляльности биологических сред и жидкостей человеческого орга­низма приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Нормальные значения осмоляльности биологических сред

Все концентрации выражаются в ммолях/л. Если измеренная осмолярность превосходит расчетную более, чем на 10 мосм/л, в крови содержатся осмотически активные вещества.

ИСТОРИЯ БОЛЕЗНИ N 2

Рабочий автосервиса был доставлен из дома в клинику без сознания. По словам соседей в последние 2 недели он находился в состоянии депрессии из-за гибели дочери в автокатастрофе. Пострадавший не приходил в сознание, температура, артериальное давление и пульс были нормальными, но имела место выраженная гипервентиляция. Лабораторные данные: сыворотка: · натрий 138 ммоль/л · калий 5,2 ммоль/л · бикарбонаты 4 ммоль/л · мочевина 7,0 ммоль/л · креатинин 110 мкмоль/л · глюкоза 4,5 ммоль/л · кальций 1,5 ммоль/л · осмолярность 326 мосмоль/л · белок, фосфаты, печеночные пробы были нормальными, · хроматографически не выявлено парацетамола и салицилатов в крови. кровь - рН 6,99, pCO 2 –18к мм Hg моча - анализ на глюкозу и кетоны отрицателен. Обсуждение: Имеет место тяжелый метаболический ацидоз, при этом диабетический кетоацидоз полностью исключается, так как концентрация глюкозы в плазме нормальная, в моче отсутствуют кетоновые тела. Ожидаемая (расчетная) осмолярность составляет 288 мосмолей/л, измеренная осмолярность составляет 326 мосмолей/л. Осмолярный интервал 38 мосмолей/л указывает на присутствие большого количества осмотически активных веществ в крови. Этим веществом может быть алкоголь, однако при отравлении спиртом, как правило, бывает кетоацидоз, в данном случае его не было. Важным показателем является низкое содержание Са +2 в сыворотке. Сочетание тяжелого ацидоза и гипокальциемии характерно для отравления этиленгликолем. Этиленгликоль метаболизируется в организме до различных органических кислот, включая оксалат, который комплексуется с Са 2+ с образованием нерастворимого оксалата-Са.

ОСМОЛЯРНОСТЬ И ОСМОЛЯЛЬНОСТЬ

В состав биологических жидкостей всегда входит несколько компонентов:

· осмолярность отражает осмотически активную концентрацию компонентов жидкости и выражается в осмолях/л.

· осмоляльность измеряется как концентрация тех же осмотически активных компонентов, но выражается в осмолях/кг Н 2 0.

В нормальных условиях осмолярность и осмоляльность плазмы достаточно близки.

Осмолярность плазмы » 300 мосмолей/л.

Осмоляльность плазмы » 290 мосмолей/ кг Н 2 О

Существенные различия («осмотический интервал») между осмолярностью и осмоляльностью возникают при попадании в кровь большого количества осмотически активных веществ (при отравлениях) или при уменьшении объема воды плазмы или при выраженной гиперлипидемии или гиперпротеинемии.

ОСМОЛЯРНОСТЬ МОЧИ

Количество растворенных веществ в моче или плотность или удельный вес является одним из самых традиционных тестов, который входит в состав общего анализа мочи. Осмолярность является более строгим показателем, чем удельный вес. Осмолярность зависит от числа частиц, растворенных в растворе, тогда как удельный вес зависит как от числа, так и от характера растворенных частиц. Осмолярность и плотность мочи тесно связаны между собой, однако преимуществом использования единиц осмолярности является возможность сравнения мочи с кровью, что предоставляет большие возможности в распознавании почечной функции. Одним из принципиальных преимуществ измерения осмолярности, а не плотности мочи является то, что белок и глюкоза не так сильно влияют на осмолярность, как на плотность (удельный вес). На увеличение в моче глюкозы, белка, лекарств или их метаболитов, маннитола или декстранов (в результате внутривенного введения) косвенно указывает нарушение линейной связи между удельным весом и осмолярностью при значениях удельного веса свыше 1030 г/л. В таблице 10 представлено соотношение между осмолярностью и удельным весом мочи.

Таблица 10.

Соотношение между осмолярностью и удельным весом

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСМОЛЯРНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОСМОЛЯРНОСТЬ)

Для практического определения осмолярности могут быть использованы три метода: криоскопический, мембранная и паровая осмометрия.

• 1 осмоль на килограмм воды понижает точку замерзания на 1,86 °С и понижает давление пара на 0,3 мм рт. ст. при температуре 25 °С. Измерение этих изменений лежит в основе криоскопического метода и метода паровой осмометрии.
• 1. Криоскопический метод

Метод основан на понижении точки замерзания растворов по сравнению с точкой замерзания чистого растворителя. Данный метод нашел самое широкое практическое применение как достаточно универсальный и точный.

1. Определение осмолярности с использованием термометра Бекмана. Определение температуры замерзания проводят на установке, изображенной на рис. 13.1. Установка состоит из сосуда А диаметром 30-35 мм и длиной около 200 мм, куда помещается испытуемый раствор (или растворитель); верхняя часть сосуда расширена и закрывается пробкой с двумя отверстиями для погружения термометра Б и мешалки В; сосуд А вставлен в более широкую емкость (Г) так, что не касается ее стенок или дна; термометр также не должен касаться стенок или дна сосуда А; уровень охлаждающей смеси в емкости Г должен быть не ниже уровня испытуемого раствора в сосуде А. При проведении эксперимента раствор (или растворитель) должен прикрывать основной ртутный резервуар термометра. Температура охлаждающей смеси должна быть на 3-5 °С ниже температуры замерзания растворителя (для бидистиллированной воды: от минус 3 до минус 5 °С); контроль минусовой температуры осуществляется минусовым термометром Д с ценой деления 0,5 °С. Состав охладительной смеси: лед + натрия хлорид кристаллический. Установку термометра Бекмана на криометрические исследования производят путем подбора количества ртути в основном резервуаре так, чтобы при замерзании чистого растворителя (бидистиллированной воды) мениск ртути в капилляре находился у верхней части шкалы измерения. При этом возможна регистрация ожидаемого понижения температуры замерзания водного раствора.

Рис. 13.1.

А - сосуд для испытуемого раствора; Б - термометр Бекмана; В - мешалка; Г - емкость с охлаждающей смесью; Д - термометр для измерения температуры охлаждающей смеси

Методика. Для определения температуры замерзания чистого растворителя пользуются следующим приемом: дают жидкости переохладиться (охлаждают без перемешивания), и когда термометр показывает температуру на 0,2-0,3 °С ниже ожидаемой точки замерзания, перемешиванием вызывают выпадение кристаллов растворителя; при этом жидкость нагревается до точки замерзания. Максимальную температуру (средний результат трех измерений, отличающихся не более чем на 0,01 °С), которую показывает термометр после начала выпадения кристаллов, регистрируют как температуру замерзания растворителя (Т±).

В высушенный сосуд А наливают достаточное количество испытуемого водного раствора; определение точки замерзания проводят, как описано выше для чистого растворителя; средний результат трех опытов регистрируют как температуру замерзания испытуемого раствора лекарственного вещества (Т2).

Осмолярность раствора рассчитывают по формуле:

Сосм.= х 1000 (мОсм/кг), (4)

где: Т2 - температура замерзания чистого растворителя, градусы Цельсия; Т - температура замерзания испытуемого раствора, градусы Цельсия (°С); К - криометрическая постоянная растворителя (для воды: 1,86).

2. Определение осмолярности растворов с использованием автоматического криоскопического осмометра. Данный вариант предусматривает применение автоматических осмометров, например, МТ-2, МТ-4 (производитель НПП «Буревестник», Санкт-Петербург). Испытуемый раствор (обычно 0,2 мл) помещают в стеклянный сосуд, погруженный в ванну с контролируемой температурой. Термопару и вибратор помещают под испытуемым раствором; температуру в ванной снижают до переохлаждения раствора. Включают вибратор и вызывают кристаллизацию воды в испытуемом растворе; выделившееся тепло поднимает температуру раствора до точки замерзания. По зафиксированной точке замерзания раствора рассчитывают осмолярность. Прибор калибруют с помощью стандартных растворов натрия или калия хлорида, которые перекрывают определяемый диапазон осмолярности (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Стандартные справочные значения понижения температуры замерзания и эффективности осмотической концентрации водных растворов хлоридов натрия и калия

2. Метод мембранной осмометрии

Метод основан на использовании свойств полупроницаемых мембран избирательно пропускать молекулы веществ.

Движущей силой процесса является процесс осмоса. Растворитель проникает в испытуемый раствор до установления равновесия; возникающее при этом дополнительное гидростатическое давление приближенно равно осмотическому давлению и может быть рассчитано по формуле:

осмотическое давление;

гидростатическое давление;

плотность жидкости;

ускорение свободного падения;

высота столба жидкости.

Осмолярность может быть рассчитана по формуле:

где: R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/мольК); Т- абсолютная температура, Кельвин.

Примечание. Данный метод применим только для растворов высокомолекулярных веществ (104-106 г/моль). При анализе растворов, содержащих электролиты и другие низкомолекулярные вещества, будет определяться только осмотическое давление, создаваемое высокомолекулярными компонентами раствора.

Методика. Испытуемый раствор с помощью шприца (рис. 13.2) с длинной иглой вносят в специальное отверстие измерительной ячейки. Калибровку проводят с помощью устройства, находящегося в приборе. Проводят не менее трех измерений. Для получения воспроизводимых результатов необходима проба объемом не менее 1,2 мл.

Рис. 13.2.

• - испытуемый раствор;
• - магистраль подвода/удаления испытуемого раствора (переключатель потоков установлен в положение «измерение»);
• - мембрана;
• - растворитель, подводимый по отдельной магистрали;
• - термостатированные блоки;
• - корпус ячейки;
• - датчик давления.
• 3. Метод паровой осмометрии

Метод основан на измерении разности температур термисторами (чувствительными к температуре сопротивлениями) вследствие различия между давлением пара над раствором вещества и чистым растворителем. При нанесении на оба термистора капли растворителя разность температур равна нулю. Если одну из капель заменяют каплей испытуемого раствора, то на поверхности этого тер-мистора происходит конденсация паров растворителя, так как давление пара растворителя над этой поверхностью меньше. При этом температура капли раствора повышается за счет экзотермического процесса конденсации до тех пор, пока давление пара над каплей раствора и давление чистого растворителя в ячейке не сравняются. Наблюдаемая разница температур измеряется. Разность температур практически пропорциональна моляльной концентрации раствора.

Методика. В предварительно термостатированную при температуре не ниже 25 °С и насыщенную парами растворителя (воды) ячейку на оба термистора наносят по капле воды (рис. 13.3).

Рис. 13.3.

• - измерительный зонд;
• - шприц;
• - окна для контроля за состоянием ячейки

и термисторов (присутствуют не во всех моделях паровых осмометров);

• - термисторы;
• - измерительная ячейка;
• - блоки для термостатирования.

Полученные показания прибора фиксируют. Далее проводят калибровку прибора по эталонным растворам нескольких концентраций. Перед каждым измерением один из термисторов промывают чистым растворителем и наносят каплю раствора. Объемы наносимых капель раствора и чистого растворителя должны быть одинаковы; объемы капель калибровочных растворов также должны быть равны.

По результатам калибровки строится график зависимости разницы температур от осмоляльности. Нулевая точка - показания прибора по чистому растворителю. Далее проводят анализ испытуемых растворов. Осмоляльность находят по калибровочному графику.

Осмос - это физическое явление, сутью которого является перемещение воды через полупроницае­мую мембрану, обусловленное разницей концент­раций недиффундирующих частиц растворенного вещества, находящихся по обе стороны мембра­ны. Осмотическое давление - это давление, ко­торое необходимо приложить, чтобы предотвра­тить движение воды через полупроницаемую мембрану в направлении раствора с большей кон­центрацией. Осмотическое давление зависит только от концентрации недиффундирующих час­тиц, поскольку средняя кинетическая энергия этих частиц одинакова и не зависит от их массы. Один осмоль соответствует 1 молю недиссоции­рующего вещества. Для веществ, находящихся в ионизированном состоянии, каждый моль соот­ветствует я-ому числу осмолей, где п - количе­ство образующихся при диссоциации ионов. При растворении 1 моля такого высокоионизирован­ного вещества, как NaCl, должно образовываться 2 осмоля, но в реальности взаимодействие катио­нов и анионов снижает эффективную осмотичес­кую активность раствора NaCl на 25 %. Разница в 1 миллиосмоль/л между двумя растворами созда­ет осмотическое давление, равное 19,3 мм рт. ст. Осмолярность раствора - это количество осмо­лей растворенного вещества, содержащегося в 1 л

ТАБЛИЦА 28-1. Жидкостные компартменты организма (у мужчины с массой тела 70 кг)

раствора, тогда как осмоляльность - это количе­ство осмолей вещества, растворенного в 1 кг растворителя. Тоничность, осмолярность и осмо­ляльность часто используют как взаимозаменяе­мые термины, что не вполне корректно. Тонич­ность отражает влияние раствора на объем клетки. Изотонический раствор не влияет на объем клетки, в то время как гипотонический ра­створ приводит к увеличению объема (вода по­ступает в клетку), а гипертонический - наоборот, к уменьшению (вода выходит из клетки).

Жидкостные компарменты организма

Вода составляет 60 % массы тела взрослого муж­чины и 50 % - взрослой женщины. Вода распреде­лена во внутриклеточном и внеклеточном компарт-ментах. Внеклеточная жидкость подразделяется на интерстициальную и внутрисосудистую. Ин­терстициальная жидкость омывает клетки снару­жи и находится вне сосудистого русла. В табл. 28-1 представлено распределение воды в жидкостных компартментах организма.

Объем жидкостных компартментов зависит от состава и концентрации растворенных в них ве­ществ (табл. 28-2). Различия в концентрации обус­ловлены в основном физическими свойствами

мембран, отделяющих жидкостные пространства. Осмотические силы, обусловленные недиффунди­рующими частицами, определяют распределение воды в организме и, соответственно, объем жидко­стных компартментов.

Внутриклеточная жидкость

Клеточная мембрана играет важную роль в регуля­ции внутриклеточного объема жидкости и ее хими­ческого состава. Мембраносвязанная АТФ-аза обеспечивает движение противоположно направ­ленных потоков Na + и K + в соотношении 3: 2. Кле­точная мембрана проницаема для ионов калия, но относительно непроницаема для ионов натрия, по­этому калий накапливается внутри клетки, а нат­рий концентрируется во внеклеточном простран­стве. Таким образом, калий является основным осмотически активным компонентом внутрикле­точной жидкости, тогда как натрий - основной осмотически активный компонент внеклеточной жидкости.

Клеточная мембрана непроницаема для боль­шинства белков, поэтому их концентрация в клет­ке высока. Белки представляют собой недиффун­дирующие анионы, поэтому мембраносвязанная Ка + /К + -зависимая АТФ-аза обеспечивает обмен Na + на K + в соотношении 3: 2, что предотвращает развитие относительной внутриклеточной гипер-

ТАБЛИЦА 28-2. Химический состав жидкостных компартментов организма человека

Молярная масса РО4 = 95 г/моль.

осмоляльности. Нарушение функции Na + /K + -3a-висимой АТФ-азы (например, при ишемии или гипоксии), приводит к прогрессирующему набу­ханию клеток.

Внеклеточная жидкость

Основная функция внеклеточной жидкости - обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов обмена. Поддержание нор­мального объема внеклеточного пространства, осо­бенно внутрисосудистой жидкости, чрезвычайно важно для нормального функционирования орга­низма. Натрий - основной катион и осмотически активный компонент внеклеточной жидкости, по­этому именно концентрация натрия определяет объем внеклеточной жидкости. Следовательно, из­менения объема внеклеточной жидкости сопряже­ны с изменениями общего содержания натрия в организме, что, в свою очередь, определяется по­ступлением натрия в организм, его экскрецией почками и внепочечными потерями.