Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах

Второй закон Рауля.

Понижение давления пара растворителя над раствором, вызванное присутствием нелетучего растворенного вещества, влияет на температуру кипения и замерзания раствора.

Повышение температуры кипения Δtк и понижения температуры замерзания Δtз разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально моляльной концентрации раствора.

Δt_к = ЕСm

Δt_з = К_кр Сm

Е – эбулиоскопическая константа, для воды Е= 0,51;

Ккр – криоскопическая константа, для воды Ккр = 1,86;

Сm – моляльная концентрация раствора, моль/л.

Для растворов электролитов в формулы необходимо добавить изотонический коэффициент:

Δtк = i ЕСm

Δtз = i КкрСm

Эбулиоскопическая и криоскопическая константы соответственно показывают, на сколько повышается температура кипения и понижается температура замерзания раствора, если он содержит 1 моль вещества в 1 кг растворителя. Эти константы зависят только от природы растворителя и не зависят от природы растворенного вещества.

Метод исследования свойств растворов на основании измерения повышения температуры кипения растворов называется эбулиоскопией, понижения температур замерзания растворов – криоскопией. Эти методы применяются для определения молекулярных масс различных веществ.

Криоскопическому методу исследования свойств растворов отдается предпочтение, поскольку температуру замерзания можно измерить с большой точностью и при низких температурах не происходит изменений в структуре растворенных веществ и растворителя.

В биологических исследованиях понижение температуры замерзания растворов называют депрессией. Депрессия крови равна 0,56°С.

Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах

Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биологических системах. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмотическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается осмос.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими.

Осмотическое давление крови человека при 37°С (310°К) составляет 7,7 атм. Такое же давление создает 0,9% раствор NaCl, который, следовательно, изотоничен с кровью. Этот раствор называется физиологическим. 5% раствор глюкозы тоже изотоничен крови. Эти растворы применяются в качестве кровезаменителей в хирургии. Однако в крови кроме ионов натрия и хлора имеются и другие ионы, а также высокомолекулярные соединения (ВМС) и элементы. Поэтому в медицинских целях более правильно использовать растворы, содержащие те же компоненты и в том же количестве, что и входящие в состав крови. Если осмотическое давление раствора больше, чем у физиологического, то такой раствор называется гипертоническим по отношения к физиологическому. Если осмотическое давление раствора меньше, чем у физиологического, то такой раствор называется гипотоническим по отношения к физиологическому.

При помещении клеток в изотонический раствор они сохраняют свой размер и нормально функционируют. При помещении клеток в гипотонический раствор вода из менее концентрированного внешнего раствора переходит внутрь клеток, что приводит набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Такое разрушение клеток называется лизисом, а в случае эритроцитов этот процесс называется гемолизом. Кровь с клеточным содержимым, выходящим наружу при гемолизе, за свой цвет называется лаковой кровью.

При помещении клеток в гипертонический раствор(раствор с большим осмотическим давлением) вода из клеток уходит в более концентрированный раствор, и наблюдается сморщивание (высушивание) клеток. Это явление называется плазмолизом.

Процессы плазмолиза и лизиса зависят от проницаемости оболочек клеток.

Так, если концентрированные растворы солей, глюкозы вызывают стойкий плазмолиз, то растворы спирта, хлороформа его не вызывают. Это связано с тем, что последние вещества, как вода, легко проникают через клеточные мембраны.

Явление осмоса широко используется в медицинской практике. Так, в хирургии применяют гипертонические повязки (марлю, смоченную в гипертоническом 10% растворе NaCl), которые вводят в гнойные раны.

По закону осмоса ток жидкости раны через марлю направляется наружу, в результате чего рана постоянно очищается от гноя, микроогранизмов и продуктов распада.

Действие слабительных (горькой соли MgSO4•7H2O и глауберовой соли Na2SO4•10H2O) также основано на явлении осмоса. Эти соли плохо всасываются при попадании в желудочно-кишечный тракт. В результате применения гипертонических растворов этих солей в просвет кишечника устремляется большое количество воды через слизистую оболочку, что способствует послабляющему действию этих солей.

Гипертонические растворы в небольших количествах вводятся иногда внутривенно при глаукоме, чтобы уменьшить избыточное количество влаги в передней камере глаза.

Гипертонические растворы соли (рассол) и сахара (сироп) используются при консервировании продуктов, так как в этой среде происходит плазмолиз микроорганизмов.

ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАЧИ

Задача 1.

Общая осмотическая концентрация в плазме крови в норме составляет 0,3 моль/л. Рассчитайте осмотическое давление плазмы крови при t° = 25°C

Эталон решения.

Решение задачи основано на законе Вант-Гоффа.

1. Для определения осмотического давления записываем уравнение Вант-Гоффа:

Р = CRT, где С – молярная концентрация.

2. Для биологических жидкостей введено понятие осмотической концентрации. Она определяется суммарной концентрацией всех частиц в жидкости и используется для расчета Р_осм вместо молярной концентрации.

3. Рассчитываем осмотическое давление крови при 25°С

Р = Сосм RT = 0,3 × 0,082 × (273 + 25) = 7,33 атм

4. Осмотическое давление крови при 25°С ниже нормы (норма 7,7 атм)

Задача 2.

Рассчитайте молярную концентрацию раствора глюкозы для внутривенного введения. Осмотическое давление крови 7,7 атм.

Задача 3.

В медицинской практике для компенсации больших потерь крови больному вводят физиологический раствор. Определите, сколько граммов соли NaCl потребуется для приготовления 200 мл физиологического раствора (плотность раствора принять равной 1 г/мл.

Эталон решения.

Решение задачи основано на понятии о физиологическом растворе и концентрациях растворов.

1. Что такое физиологический раствор?

Физиологический раствор должен иметь такое же осмотическое давление, как и кровь, т.е. быть изотоничным крови. В качестве такого раствора в клинической практике используется 0,9% раствор NaCl

2. Для приготовления 200 мл 0,9% раствора NaCl используем понятие о процентной концентрации, которая определяется по формуле:

3. Массу раствора определяем по формуле:

где ρ – плотность р-ра, г/мл;

В условии задачи ρ_р-ра = 1 г/мл, следовательно:

m_р-ра = ρ ×· V = 1 г/мл · 200 мл = 200 г

4. Для приготовления 200 мл физиологического раствора потребуется:

Задача 4.

Укажите, что произойдет с эритроцитами при 310 К в 2% -ном растворе глюкозы с плотностью равной 1,006 г/мл.

Поиск по сайту: