Ciśnienie osmotyczne

Z ciśnienie osmotyczne odpowiada ciśnieniu występującemu w rozpuszczalniku po bardziej stężonej stronie membrany półprzepuszczalnej lub selektywnie przepuszczalnej. Ciśnienie napędza przepływ rozpuszczalnika przez membranę i dyktuje jej kierunek. Choroby związane z ciśnieniem osmotycznym to na przykład obniżona odporność komórek krwi na ciśnienie.

Co to jest ciśnienie osmotyczne?

Terminem ciśnienie osmotyczne medycyna określa fizjologiczne ciśnienie, które umożliwia osmozę. Osmoza odpowiada ukierunkowanemu przepływowi cząstek molekularnych przez półprzepuszczalne lub selektywnie przepuszczalne warstwy rozdzielające. Oznacza to, że osmoza jest podstawowym transportem substancji w organizmie człowieka.

Ciśnienie osmotyczne jest głównym wymaganiem dla tego procesu przenoszenia masy. Rozpuszczone cząsteczki w rozpuszczalniku powodują ciśnienie osmotyczne po stronie interfejsu o wyższym stężeniu. Wynikowe stosunki ciśnień kierują przepływem rozpuszczalnika przez odpowiednią membranę. W ten sposób rozpuszczalnik przemieszcza się przez membranę ze strony o niższym stężeniu cząstek, a tym samym przepływa na stronę o wyższym stężeniu, na której występuje ciśnienie osmotyczne. Same cząsteczki molekularne nie mogą przejść przez membranę półprzepuszczalną lub selektywnie przepuszczalną.

Funkcja i zadanie

Ciśnienie osmotyczne zależy od stosunków stężeń dwóch roztworów, które znajdują się po różnych stronach membrany półprzepuszczalnej lub selektywnie przepuszczalnej. Chociaż ciśnienie osmotyczne występuje po stronie o niższym stężeniu, ciśnienie jest zawsze wyższe po stronie bardziej stężonej substancji rozpuszczonej.

W organizmie człowieka woda wpływa do poszczególnych komórek z tkanki śródmiąższowej. Ten napływ następuje od strony o niższym stężeniu do strony o wyższym stężeniu. Komórki mają pewne ciśnienie wewnętrzne. To ciśnienie jest również znane jako turgor. Napływ trwa do momentu, gdy turgor w komórkach osiągnie ten sam poziom co ciśnienie osmotyczne. Ciśnienie istniejące wewnątrz i ciśnienie działające na zewnątrz są więc równoważne na końcu dopływu.

Ciśnienie osmotyczne można zmierzyć i obliczyć. W zasadzie w rozrzedzonych roztworach cieczy obowiązują te same prawa fizyki, co w gazach doskonałych. Z tego powodu ciśnienie osmotyczne jest w każdym przypadku zawsze proporcjonalne do temperatury bezwzględnej. Ponadto istnieje proporcjonalność między stężeniem molowym danej rozpuszczonej substancji a poziomem ciśnienia osmotycznego, które zależy przede wszystkim od liczby cząstek molekularnych w rozpuszczonej substancji.

W roztworze jednego mola substancji w 22,4 litra rozpuszczalnika ciśnienie osmotyczne w temperaturze 0 stopni Celsjusza lub 273,15 Kelvina wynosi 101,325 kPa. Prawo Van 't Hoffa zapewnia takie relacje. Jednak prawo dotyczy tylko rozcieńczonych roztworów poniżej wartości 0,1 M.

Analogia do praw gazów doskonałych jest następująca: ciśnienie osmotyczne przeciwdziała napływowi rozpuszczalników. Z tego powodu dopływ rozpuszczalnika zatrzymuje się, gdy tylko zostanie osiągnięta równowaga.

Ciśnienie osmotyczne roztworu można określić za pomocą osmometrów. Ciśnienie jest mierzone statycznie po osiągnięciu równowagi lub dynamicznie. Przy pomiarze dynamicznym do manometru pionu należy przyłożyć ciśnienie zewnętrzne, aby przerwać przepływ osmotyczny. Mierząc ciśnienie, można również określić średnią masę cząsteczkową makrocząsteczek.

Choroby i dolegliwości

Na przykład choroby związane z ciśnieniem osmotycznym mogą wpływać na komórki krwi. Czerwone krwinki mają oporność osmotyczną. Ta oporność osmotyczna czerwonych krwinek jest zmniejszona w różnych chorobach. Podobnie jak wiele chorób wiąże się ze wzrostem oporności osmotycznej. W celu rozpoznania takich chorób mierzy się oporność osmotyczną erytrocytów. Przede wszystkim pomiar umożliwia diagnozowanie chorób obniżających odporność.

Choroby te obejmują na przykład anemię sferoidalną. Jednak inne anemie hemolityczne mogą również zmniejszać oporność osmotyczną czerwonych krwinek. Niedokrwistość hemolityczna to grupa chorób związanych z niedokrwistością spowodowaną zwiększonym lub przedwczesnym rozpadem erytrocytów. Medycyna nazywa ten fakt hemolizą. Hemoliza jest często związana z chorobami podstawowymi. Mogą być spowodowane procesami mechanicznymi lub predyspozycjami genetycznymi. Oprócz fizjologicznej hemolizy spowodowanej wiekiem erytrocytów, próchnica może determinować mechaniczne przeciążenie, takie jak wymiana zastawki serca, uszkodzenie termiczne spowodowane nagrzewaniem i uszkodzenie osmotyczne. W przypadku uszkodzeń osmotycznych rzeczywistą przyczyną rozkładu są roztwory hiper- lub hipoosmolarne.

Aby zmierzyć opór osmotyczny, krwinki czerwone pacjenta umieszcza się w probówkach ze zwiększającym się stężeniem soli. Jedna z rur zawiera prawie czystą wodę. Jeden zawiera optymalne stężenie soli dla czerwonych krwinek. Po 24 godzinach krwinki pękają w czystej wodzie. W probówkach o wyższym stężeniu soli tylko kilka komórek krwi ma tendencję do pękania. Jeśli pacjent cierpi na chorobę ze zmniejszoną opornością osmotyczną krwinek, krwinki pękają nawet przy wyższych stężeniach soli i nie są w stanie oprzeć się ciśnieniu osmotycznemu.

Można również zwiększyć opór osmotyczny. Wzrost oporności jest nieswoisty i może być wynikiem różnych chorób. Przykładami chorób o zwiększonej oporności osmotycznej czerwonych krwinek są talasemia, niedokrwistość z niedoboru żelaza i anemia sierpowata. Ponadto żółtaczka i uszkodzenie wątroby mogą zwiększyć odporność.