Источник: www.chem21.info
Осмос и осмотическое давление
Одностороннее перемещение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмосом.Многие клеточные мембраны обладают свойством полупроницаемости, т. е. могут пропускать,например, только молекулы воды, а задерживать все другие частицы. Полупроницаемыми свойствами обладают животные и растительные мембраны, пленки из коллодия, целлофана и др. Диффузия молекул растворителя возможна только в сторону более концентрированного раствора. И так, осмос возможен при наличии:
а) полупроницаемой мембраны;
б) разницы концентрации по обе стороны мембраны.
Сила, заставляющая растворитель переходить через мембрану, называется осмотическим давлением.
Явление осмоса наблюдается при помощи прибора-осмометра. Для расчета осмотического давления Вант — Гофф предложил применять законы, описывающие свойства идеальных газов:
Росм.=См·R·T; См= m (х) / М (х)·V
Cм – молярная (осмомолярная) концентрация.
Т – абсолютная температура по шкале Кельвина;
R- газовая постоянная.
Осмотическое давление прямо пропорционально (при Т= const) молярной концентрации растворенного вещества. В растворах электролитов количество частиц в единице объема больше, т.к. каждая молекула диссоциирует на определенное число ионов. Поэтому и Росм. В растворах электролитов значительно больше, чем в растворах неэлектролитов той же концентрации. Формула для расчета Росм. Растворов электролитов имеет вид:
Росм.=i ·Cм·R·T; Росм.= i · R·T·m (х) / М(х)·V, где . i – изотонический коэффициент Вант – Гоффа, зависит от степени диссоциации электролита (α ),числа ионов S, на которые диссоциирует электролит:
i =1 + α (S-1)
i для растворов электролитов всегда больше 1, для неэлектролитов i =1;
i <1; — для веществ, склонных к ассоциации. Приняв условно, степень диссоциации за 1, получим для NaCI i =1 + α (S-1)= 1 + 1(2-1)=2
для СаС12 i =1 + α (S-1)= 1+ 1 (3-1)= 3.
Для Na3PO4 i =1 + α (S-1)= 1+ 1 (4-1)= 4.
Метод измерения осмотического давления растворов называется осмометрией. Он используется для определения молекулярных масс вещества.
Ее физический смысл: суммарное содержание молей всех кинетически активных частиц (т.е. способных к независимому самостоятельному движению) в 1 л раствора. При введении лекарственных препаратов в кровь необходимо, чтобы осмолярная концентрация препарата для инъекций совпадала с осмолярной концентрацией плазмы крови (0,3 моль/л).
Осмолярная концентрация раствора, содержащего одно вещество равна:
Сосм.= i ·Cм (х)
Если раствор содержит несколько веществ, то осмолярная концентрация раствора равна сумме молярных концентраций с учетом их изотонических коэффициентов.
Например, если 1 л раствора содержит 9,0 г глюкозы и 7,3 г хлорида натрия, то
Сосм.= i (С6Н12О6)·См(С6Н12О6) + i (NaCI)· Cм (NaCI)= i ·m(С6Н12О6)/ М(С6Н12О6) + i ·m(NaCI) / М(NaCI)= 1· 9 / 180·1 + 2· 7,3 / 58,5= 0,3 моль/л.
Источник: studopedia.su
Типы растворов
Osmolarity отличен от molarity, потому что это измеряет osmoles частиц раствора, а не моли раствора. Различие возникает, потому что некоторые составы могут отделить в решении, тогда как другие не могут.
Ионические составы, такие как соли, могут отделить в решении в их учредительные ионы, таким образом, нет непосредственных отношений между molarity и osmolarity решения. Например, поваренная соль (NaCl) отделяет в ионы На и Статьи. Таким образом, для каждой 1 родинки NaCl в решении, есть 2 osmoles частиц раствора (т.е., 1 решение mol/L NaCl — 2 решения osmol/L NaCl). И натрий и ионы хлорида затрагивают осмотическое давление решения.
Неионогенные составы не отделяют и формируют только 1 osmole раствора на 1 моль раствора. Например, 1 mol/L раствор глюкозы — 1 osmol/L.
Многократные составы могут способствовать osmolarity решения. Например, решение на 3 осмоли могло бы состоять из: 3 глюкозы родинок, или 1,5 родинки NaCl или 1 глюкоза родинки + 1 родинка NaCl или 2 глюкозы родинок + 0,5 родинки NaCl или любая другая такая комбинация.
Определение
osmolarity решения может быть вычислен от следующего выражения:
:
где
- φ — осмотический коэффициент, который составляет степень неидеальности решения. В самом простом случае это — степень разобщения раствора. Затем φ между 0 и 1, где 1 указывает на 100%-е разобщение. Однако φ может также быть больше, чем 1 (например, для сахарозы). Для солей электростатические эффекты заставляют φ быть меньшим, чем 1, даже если 100%-е разобщение происходит (см. уравнение Дебая-Хюкеля);
- n — число частиц (например, ионы), в который молекула отделяет. Например: у глюкозы есть n 1, в то время как у NaCl есть n 2;
- C — концентрация коренного зуба раствора;
- индекс i представляет идентичность особого раствора.
Osmolality может быть измерен, используя osmometer, который измеряет colligative свойства, такие как депрессия Точки замерзания, давление Пара или Повышение температуры кипения.
Osmolarity против tonicity
Osmolarity и tonicity связаны, но различные понятия. Таким образом условия, заканчивающиеся в — осмотический (isosmotic, гиперосмотический, hyposmotic), не синонимичны с условиями, заканчивающимися в — тоник (изотонический, гипертонический, гипотонический). Условия связаны в этом, они оба сравнивают концентрации раствора двух решений, отделенных мембраной. Условия отличаются, потому что osmolarity принимает во внимание полную концентрацию проникающих растворов и непроникающих растворов, тогда как tonicity принимает во внимание полную концентрацию только непроникающих растворов.
Проникновение через растворы может распространиться через клеточную мембрану, вызвав мгновенные изменения в объеме клетки, поскольку растворы «тянут» молекулы воды с ними. Непроникновение через растворы не может пересечь клеточную мембрану, и поэтому осмос воды должен произойти для решений достигнуть равновесия.
Решение может быть и гиперосмотическим и изотоническим. Например, внутриклеточное жидкое и внеклеточное могут быть гиперосмотическими, но изотоническими – если полная концентрация растворов в одном отделении отличается от того из другого, но ионы не могут пересечь мембрану, это не может потянуть воду с ним, таким образом не вызвав чистого изменения в объеме решения.
Плазма osmolarity против osmolality
Плазма osmolarity может быть вычислена от плазмы osmolality следующим уравнением:
Osmolarity = osmolality * (ρ − c)
где:
- ρ — плотность решения в g/ml, который составляет 1,025 г/мл для плазмы крови.
- c — (безводная) концентрация раствора в g/ml – чтобы не быть перепутанным с плотностью высушенной плазмы
Так как c немного больше, чем 0,03 г/мл, плазма osmolarity является на 1-2% меньше, чем osmolality.
Согласно IUPAC, osmolality — фактор отрицательного естественного логарифма рациональной деятельности воды и молярной массы воды, тогда как osmolarity — продукт osmolality и массовая плотность воды (также известный как осмотическая концентрация).
В более простых терминах osmolality — выражение раствора осмотическая концентрация за массу растворителя, тогда как osmolarity за объем решения (таким образом преобразование, умножаясь с массовой плотностью растворителя в решении (kg solvent/kg решение).
:
где m — molality компонента i.
См. также
- Molarity
- Molality
- Плазма osmolality
- Tonicity
- Д. Дж. Тейлор, Н. П. О. Грин, биологическая наука Г. В. Стаута
Внешние ссылки
http://goldbook
.iupac.org/O04343.html
Источник: ru.knowledgr.com
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 осмольсоответствует 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. Осмолярностьраствора — это количество осмолей растворенного вещества, содержащегося в 1 л
ТАБЛИЦА 28-1. Жидкостные компартменты организма (у мужчины с массой тела 70 кг)
| Жидкостный компартмент | % массы тела | Общий объем воды (%) | Объем, л |
| Внутриклеточный | |||
| Внеклеточный | |||
| Интерстициальная жидкость | 13,5 | ||
| Внутрисосудистая жидкость | 3,5 | ||
| Всего |
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 Внутриклеточный компартмент | Внеклеточный компартмент | |||
| Внутри сосудисты и | Интерстициальный | |||
| Натрий (мэкв/л) | 23,0 | |||
| Калий (мэкв/л) | 39,1 | |||
| Кальций (мэкв/л) | 40,1 | < 1 | ||
| Магний (мэкв/л) | 24,3 | |||
| Хлорид (мэкв/л) | 35,5 | |||
| Бикарбонат (мэкв/л) | ||||
| Фосфор | 31* | |||
| Белок (г/дл) |
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.
Источник: megaobuchalka.ru
Нормы осмолярности для ликвора, крови, мочи и всего организма
Нормальные значения осмолярности таких биологических жидкостей, как, кровь, вернее, ее сыворотка (плазма), а также спинномозговая жидкость (ликвор) мало отличаются, чего нельзя сказать о моче, в которой нормы данного параметра превосходят в 2 – 4 раза.
Таблица 1. Нормальные значения осмолярности различных биологических сред организма
| Биологическая среда | Границы нормы |
|---|---|
| Плазма (сыворотка) крови | 280 – 300 мосм/л |
| Цереброспинальная жидкость (ликвор) | 270 – 290 мосм/л |
| Урина (моча) | 600 – 1200 мосм/л |
| ИО (индекс осмолярности) | 2,0 – 3,5 |
| КСВ (клиренс свободной воды) | (-1,2) – (-3,0) мл/мин |
Числовые показатели осмолярности крови у детей, хотя и не столь существенно, но все же отличны от таковых у взрослых (таблица 2). ОСК (норма) у детей начинает изменяться, начиная с 9-месячного возраста. К году она достигает 280 – 300 мосм/л (норма взрослого человека), оставаясь в данных пределах, независимо от возраста человека – до конца жизни.
Таблица 2. Норма осмолярности плазмы крови у детей
| Возраст ребенка | Норма, мосм/л |
|---|---|
| Новорожденные до 1 недели жизни | 275 – 300 |
| Новорожденные от 1 недели до 1 месяца жизни | 276 – 305 |
| Дети от 1 месяца до 1 года жизни | 274 – 305 |
| Дети от года и старше | 280 — 300 |
Следует заметить, что приведенные выше нормы для взрослых и детей могут отличаться от таковых в других лабораториях. В связи с этим пациентам нужно в первую очередь ориентироваться на границы нормальных значений, обозначенные в бланке анализа конкретной лаборатории.
Факторы, которые поддерживают значения осмолярности
Катионы натрия и другие осмотически активные вещества создают осмотическое давление (ОД) в водных пространствах организма.
Натрий – внеклеточный катион (Na+), рост его концентрации в плазме в любом случае приведет к увеличению ОД. При этом будет стимулирован питьевой центр (центр жажды) и повысится производство антидиуретического гормона (АДГ) – вазопрессина. Влияние вазопрессина на V2-рецепторы канальцев почек повысит обратное всасывание воды и ее задержку в организме.
При снижении содержания этого внеклеточного катиона можно ожидать обратный эффект: питьевой центр подавляется, производство антидиуретического гормона падает, мочевыделение – усиливается. Подобные изменения в ту или иную сторону концентрации ионов натрия обычно (за исключением отдельных случаев) идут параллельно колебаниям значений осмолярности плазмы крови.
Определенную роль в данном случае играют белки и, хотя само по себе ОД, которое создают протеины незначительно, оно существенным образом влияет на обмен воды между внутрисосудистым водным пространством и интерстициальной частью. Немаловажными факторами влияния в изменениях осмолярности плазмы крови можно назвать глюкозу и мочевину. И особенно их эффект заметен при развитии патологических процессов, поэтому для расчета теоретической осмолярности у больного берут кровь на определение уровня:
- Натрия;
- Мочевины;
- Глюкозы.
Получив значения концентраций перечисленных показателей, производят расчет теоретической осмолярности крови по формуле:
Осмолярность плазмы (сыворотки) = 2 х натрий (Na, ммоль/л) + мочевина (CH4N2O, ммоль/л) + глюкоза (C6H12O6, ммоль/л).
Другие показатели, связанные с ОСК
Таким образом, осмолярность крови (плазмы или сыворотки) – важный параметр, свидетельствующий о сохранении либо расстройстве динамического равновесия воды в организме. Его измеряют с помощью специального лабораторного оборудования или рассчитывают по формуле после проведения необходимых биохимических анализов (натрий, мочевина, глюкоза).
Кроме описываемого объекта исследования (осмолярность), в таблице, расположенной выше, приведены и другие лабораторные тесты: клиренс свободной воды (КСВ – довольно чувствительный и важный показатель концентрационной способности почек) и индекс осмолярности (ИО – соотношение осмолярности мочи и плазмы крови). Они имеют прямое отношение к определению функциональных способностей почек при развитии острой почечной недостаточности (ОПН) и также рассчитываются по формулам.
Правда, и это пока не все: существует еще один показатель, имеющий отношение к осмолярности, который называется осмотическим окном. Норма его – менее 6 мосм/л. Осмотическое окно измеряется в мосм/л или мосм/кг, рассчитывается, исходя из значений ОСК, полученной при осмометрии – фактической, и ОСК, выведенной по формуле – теоретической:
Осмотическое окно = ОСК факт. – ОСК теорет.
Например, 287 мосм/кг – 284 мосм/кг = 3 мосм/кг (соответствует норме). Если осмотическое окно больше 6, но меньше 10 мосм/л, то врачи подозревают развитие кето-, лактат- либо почечного ацидоза. Если же уровень данного показателя пересекает 10 мосм/л и стремится к повышению, то появляются основания думать о тяжелом отравлении (этиловым или метиловым спиртом, а также другими органическими веществами, которые способны влиять на ОСК).
Помощь осмометрии и расчета осмолярности в диагностике и лечении
Определение осмолярности крови и мочи, расчет индекса осмолярности и клиренса свободной воды по формуле – исследования отнюдь не простые. Различные способы осмометрии (метод повышения точки закипания, метод депрессии точки замерзания) используются не каждым лечебным учреждением и представляют собой сложные лабораторные анализы. Однако в медицине осмолярность крови считается важным диагностическим критерием, поскольку этот индикатор позволяет установить ряд патологических состояний или даже прогнозировать их (развитие ОПН), когда классические показатели пока не реагируют. Очевидно, что в первую очередь это касается тяжелых заболеваний почек. Концентрации креатинина и мочевины, исследуемые в подобных ситуациях, изменятся лишь спустя некоторое время (ОПН – от 3 до 4 суток), когда половина структурных единиц почки, занятых производством мочи (нефронов), выйдет из строя и не сможет осуществлять свое функциональное назначение. Определение осмолярности плазмы и мочи, индекса осмолярности и клиренса свободной воды позволит прогнозировать и/или выявлять развитие острой почечной недостаточности уже на 1 – 2 сутки.
Таким образом, данный показатель будет применен и окажет помощь в диагностике:
- Острой почечной недостаточности на самом раннем этапе формирования;
- Гипоосмотических синдромов (падение уровня показателя ниже 280 мосм/л), сопровождаемых рядом неспецифических признаков: головной болью, утомляемостью, заторможенностью, тошнотой, беспричинной рвотой;
- Гиперосмотических синдромов (рост числовых значений осмолярности – выше 350 мосм/л), которые наиболее часто создают условия для развития коматозных состояний при СД (сахарном диабете);
- Причин гипонатриемии (уменьшение концентрации катионов натрия – ↓Na+);
- Гипернатриемии (возрастание содержания катионов натрия – ↑Na+);
- Псевдогипонатриемии, обусловленной увеличением концентрации жиров (гипертриглицеридемия) и белков (гиперпротеинемия), молекулы которых имеют более крупные размеры, нежели молекулы натрия, и не оказывают воздействия на изменение осмолярности крови;
- ТУР-синдрома (синдром водной интоксикации, как осложнение некоторых операций, например, резекции предстательной железы);
- Несахарного мочеизнурения (несахарный диабет), сахарного диабета (гипергликемические состояния, диабетический кетоацидоз);
- Отравлений токсическими веществами, которые также принадлежат к группе осмотически активных (этанол, метанол, кетоновые тела, лактат, этиленгликоль и др.);
- Острого повышения внутричерепного давления (внутричерепная гипертензия – ВЧГ).
Кроме этого, от данного лабораторного теста будет помощь в лечении заболеваний, требующих проведения трансфузионно-инфузионных мероприятий (оценка эффективности терапии), а также гипоосмолярных гипергидратаций и коматозных состояний, сопровождаемых повышением осмолярности плазмы крови.
О чем свидетельствует анализ?
Как разобраться в полученных на руки анализах? Наверное, это возможно, если попробовать руководствоваться приведенными ниже ориентирами:
- Известно, что изменение осмолярности плазмы крови идут параллельно колебаниям содержания катионов натрия в ней. Следовательно, возрастание концентрации Na+ (гипернатриемия) и увеличение ОСК (больше 290 мосм/л) приведет к повышению активности питьевого центра, человека будет не покидать ощущение жажды, а стимуляция синтеза вазопрессина начнет препятствовать выводу водных ресурсов из организма. Увеличение осмолярности плазмы крови на 50 – 60 мосм/л – опасный признак, поскольку в данной ситуации может наступить гибель больного от отека головного мозга.
- И, наоборот, снижение уровня Na+ (гипонатриемия) и снижение ОСК (ниже 280 мосм/л), угнетая производство вазопрессина, способствует усиленному выходу воды из организма посредством почек.
Между тем, все не так просто, поскольку, ориентируясь на концентрацию натрия, можно столкнуться с парадоксальными ситуациями, которые следует учитывать, к примеру: натрий в крови и ОСК снижаются, а осмолярность мочи растет. При этом в чрезмерно концентрированной моче отмечается увеличение содержания Na+. Подобные обстоятельства могут быть обусловлены влиянием такого этиологического фактора, как СНСАДГ (синдром несоответствия секреции антидиуретического гормона), при котором производство АДГ не зависит от того, насколько организм нуждается в воде. И получается, что для полноты картины, свидетельствующей о состоянии организма, необходимо определить количество натрия в крови и моче, а также провести анализ на осмолярность данных биологических сред. Кроме этого, в бланке анализа должен присутствовать и такой показатель, как сахар крови (гипергликемия увеличивает ОСК) и мочевина.
Безусловно, есть и другие примеры несоответствия некоторых показателей между собой, однако эта информация может только запутать пациента. А речь идет только об осмолярности крови…
Видео: осмолярность и её вычисление
Рекомендации читателям СосудИнфо дают профессиональные медики с высшим образованием и опытом профильной работы.
На ваш вопрос ответит один из ведущих авторов сайта.
В данный момент на вопросы отвечает: А. Олеся Валерьевна, к.м.н., преподаватель медицинского вуза
Поблагодарить специалиста за помощь или поддержать проект СосудИнфо можно произвольным платежом по ссылке.
Источник: sosudinfo.ru