Что такое осмотическое артериальное давление

Что такое осмотическое давление

Осмосом называют одностороннюю самопроизвольную диффузию молекул растворителя сквозь полунепроницаемую мембрану из наименее концентрированного в более концентрированный раствор. Полунепроницаемой мембраной является такая, которая проницаема для клеток растворителя и непроницаема для растворенных в нем частиц. По определению, осмотическое давление – это такое гидростатическое давление, приложение которого к данному раствору может прекратить диффузию частиц, то-есть осмос.

Осмос широко распространен в природе. Он свойственен всем биологическим организмам. Осмотическое давление возникает, если растворы разделены полупроницаемой мембраной. Например, возьмем находящиеся в клетках и межклеточном пространстве жидкости. В норме экстрацеллюлярное и интрацеллюлярное осмотическое давление одинаковы. Но если интерстициальная жидкость теряет воду, давление в ней возрастает. Под действием повышенного осмотического давления вода из клеток начинает диффундировать в межклеточное пространство. Диффузия прекратится только тогда, когда величины давления выровняются.

От чего зависит осмотическое давление

Давление при осмосе зависит от того, сколько растворенных частиц содержится в единице объема. Это могут быть молекулы, ионы или другие коллоидные частицы. Можно сказать, что осмотическое давление раствора связано с концентрацией всех частиц, активных осмотически, в единице объема. От химических свойств растворителя и растворенных в нем веществ оно не зависит.

Ученые выяснили, что осмотическое давление подчиняется тем же законам, что и давление газов. Его можно измерить с помощью приборов, называемых осмометрами. Они представляют собой особого рода манометры. В этих приборах используются полунепроницаемые мембраны животного и искусственного происхождения. Измерения давления показывают прямую зависимость его от концентрации раствора.

Закон осмотического давления, открытый Ван-Гоффом, утверждает, что его величина в числовом выражении равна такому давлению, которое оказывало бы вещество данного раствора, будучи при этой же температуре идеальным газом, с условием, что его объем был бы равен объему раствора.

Закон описывается уравнением: p=i C R T

С – концентрация раствора, выраженная в молях;

R – величина универсальной газовой постоянной;

T – температура термодинамическая.

Значение осмотического давления для живых организмов

Осмос присущ живой природе, так как все клетки растений и животных организмов имеют мембраны, проницаемые для воды и непроницаемые для других веществ. В живых тканях, на границе клетки и межклеточной жидкости, постоянно действует осмотическое давление. Оно обеспечивает подъем питательных веществ и воды из земли к листьям растений и тургор растений, жизнедеятельность клеток.

Растворы, обладающие одинаковым осмотическим давлением, называют изотоническими. Те, в которых давление более высокое, называются гипертоническими, более низкое ‑ гипотоническими.

Осмотическое давление в человеческой крови составляет величину в 7,7 атм. Люди способны ощущать малейшие его колебания. Например, жажда после приема соленой пищи связана с его повышением. Местные отеки при воспалениях тоже возникают из-за повышения осмотического давления в месте воспаления.

Знание законов осмотического давления в медицине необходимо при проведении лечебных мероприятий. Так, медикам известно, что для внутривенных введений можно использовать только изотоничный плазме крови 0,9% раствор NaCl. Он не вызывает раздражения тканей. Напротив, гипертонический 3-5 % NaCl применяют для лучшего очищения гнойных ран от микроорганизмов и гноя.

Знание законов осмоса необходимо не только в медицине и биологии. Без него не обходятся многие виды человеческой деятельности, в том числе промышленность и энергетика.

Осмотическое давление крови — это давление, которое способствует проникновению водного растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону более концентрированного состава.

Благодаря этому в организме человека происходит водный обмен между тканями и кровью. Измерять его можно с помощью осмометра или криоскопически.

На этот показатель оказывает влияние количество электролитов и неэлектролитов, растворенных в плазме крови. Не менее 60% составляет ионизированный хлорид натрия. Растворы, осмотическое давление которых приближается к плазменному, называют изотоническими.

Если эта величина снижена, то такой состав зовется гипотоническим, а в случае ее превышения — гипертоническим.

При изменении нормального уровня раствора в тканях клетки повреждаются. Для нормализации состояния жидкости могут вводиться извне, причем состав будет зависеть от характера болезни:

• Гипертонический раствор способствует выведению воды в сосуды.
• Если давление в норме, то препараты разводят в изотоническом растворе, обычно это натрий хлорида.
• Гипотонический концентрированный раствор способен привести к разрыву клетки. Вода, проникая в клетку крови, стремительно наполняет ее. Но при правильной дозировке это способствует очистке ран от гноя, уменьшению аллергического отека.

Почки и потовые железы заботятся о том, чтобы этот показатель был неизменным. Они создают защитный барьер, который не допускает влияния продуктов обмена на организм.

Поэтому осмотическое давление у человека практически всегда имеет постоянную величину, резкий скачек может произойти лишь после интенсивной физической нагрузки. Но организм все равно сам быстро нормализует этот показатель.

Правильное питание — залог здоровья всего человеческого тела. Изменение давления происходит в случае:

• Употребления большого количества соли. Это приводит к отложению натрия, из-за чего стенки сосудов становятся плотными, соответственно, уменьшается просвет. В таком состоянии организм не справляется с выведением жидкости, что приводит к увеличению циркуляции крови и повышению артериального давления, появлению отеков.
• Недостаточного употребления жидкости. Когда организму не хватает воды, нарушается водный баланс, кровь сгущается, так как уменьшается количество растворителя, то есть воды. Человек ощущает сильную жажду, утолив которую, запускает процесс возобновления работы механизма.
• Употребления вредной пищи или нарушения работы внутренних органов (печени и почек).

Величина осмотического давления плазмы крови измеряется при замерзании последней. В среднем эта величина в норме составляет 7,5–8,0 атм. При повышении показателя температура замерзания раствора будет выше.

Часть осмотической величины создает онкотическое давление, его образуют белки плазмы. Оно отвечает за регуляцию водного обмена. Онкотическое давление крови в норме составляет 26–30 мм рт. ст. Если показатель изменяется в меньшую сторону, то появляется отечность, так как организм плохо справляется с выведением жидкости, и она скапливается в тканях.

Это может происходить при заболеваниях почек, длительном голодании, когда состав крови содержит мало белков, или при проблемах с печенью, в этом случае за сбой отвечают альбумины.

Бесспорно, осмос и осмотическое давление — это основные факторы, влияющие на упругость тканей и способность организма сохранять форму клеток и внутренних органов. Они обеспечивают ткани нутриентами.

Если клетку окунуть в концентрированный солевой раствор, она потеряет свою форму и упругость, произойдет ее сморщивание. Плазмолиз приводит к потере эритроцитом воды. В изотоническом же растворе сохранятся первоначальные свойства.

Осмотическое давление обеспечивает нормальное движение воды в организме.

О. д. измеряют с помощью специальных приборов — осмометров. Различают статические и динамические методы измерения. Первый метод основан на определении избыточного гидростатического давления по высоте столба жидкости Н в трубке осмометров (рис.) после установления осмотического равновесия при равенстве внешних давлений pA и рБ в камерах А и Б. Второй метод сводится к измерению скоростей v всасывания и выдавливания растворителя из осмотической ячейки при различных значениях избыточного давления Δp = pA — рБ с последующей интерполяцией полученных данных к ν = 0 при Δp = π. Многие осмометры позволяют использовать оба метода. Одна из главных трудностей в измерении О. д. — правильный подбор полупроницаемых мембран. Обычно применяют плёнки из целлофана, природных и синтетических полимеров, пористые керамические и стеклянные перегородки. Учение о методах и технике измерения О. д. называются осмометрией. Основное приложение осмометрии — определение молекулярной массы (М) полимеров. Значения М вычисляют из соотношения

, где с — концентрация полимера по массе; А — коэффициент, зависящий от строения макромолекулы.

О. д. может достигать значительных величин. Например, 4%-ный раствор сахара при комнатной температуре имеет О. д. около 0,3 Мн/м 2 , а 53%-ный — около 10 Мн/м 2 ; О. д. морской воды около 0,27 Мн/м 2 .

О. д. в клетках животных, растений, микроорганизмов и в биологических жидкостях зависит от концентрации веществ, растворённых в их жидких средах. Солевой состав биологических жидкостей и клеток, характерный для организмов каждого вида, поддерживается избирательной проницаемостью биологических мембран (См. Проницаемость биологических мембран) для разных солей и активным транспортом ионов. Относительное постоянство О. д. обеспечивается водно-солевым обменом (См. Водно-солевой обмен), т. е. всасыванием, распределением, потреблением и выделением воды и солей (см. Выделение, Выделительная система, Осморегуляция). У т. н. гиперосмотических организмов внутреннего О. д. больше внешнего, у гипоосмотических — меньше внешнего; у изоосмотических (пойкилоосмотических) внутреннее О. д. равно внешнему. В первом случае ноны активно поглощаются организмом и задерживаются в нём, а вода поступает через биологич. мембраны пассивно, в соответствии с осмотическим градиентом. Гиперосмотическая регуляция свойственна пресноводным организмам, мор. хрящевым рыбам (акулы, скаты) и всем растениям. У организмов с гипоосмотической регуляцией имеются приспособления для активного выделения солей. У костистых рыб преобладающие в океанических водах ионы Na + и Cl — выделяются через жабры, у морских пресмыкающихся (змеи и черепахи) и у птиц — через особые солевые железы, расположенные в области головы. Ионы Mg 2+ , SO4 2- ,

у этих организмов выделяются через почки. О. д. у гипер- и гипоосмотических организмов может создаваться как за счёт ионов, преобладающих во внешней среде, так и продуктов обмена. Например, у акуловых рыб и скатов О. д. на 60% создаётся за счёт мочевины и триметиламмония; в плазме крови млекопитающих — главным образом за счёт ионов Na + и Cl — ; в личинках насекомых — за счёт разнообразных низкомолекулярных метаболитов. У морских одноклеточных, иглокожих, головоногих моллюсков, миксин и др. изоосмотических организмов, у которых О. д. определяется О. д. внешней среды и равно ему, механизмы осморегуляции отсутствуют (исключая клеточные).

Диапазон средних величин О. д. в клетках организмов, не способных поддерживать осмотический Гомеостаз, довольно широк и зависит от вида и возраста организма, типа клеток и О. д. окружающей среды. В оптимальных условиях О. д. клеточного сока наземных органов болотных растений колеблется от 2 до 16 ат, у степных — от 8 до 40 ат. В разных клетках растения О. д. может резко различаться (так, у мангровых О. д. клеточного сока около 60 ат, а О. д. в сосудах ксилемы не превышает 1—2 ат). У гомойосмотических организмов, т. е. способных поддерживать относительное постоянство О. д., средней величины и диапазон колебаний О. д. различны (дождевой червь — 3,6—4,8 ат, пресноводные рыбы — 6,0—6,6, океанические костистые рыбы — 7,8—8,5, акуловые — 22,3—23,2, млекопитающие — 6,6—8,0 ат). У млекопитающих О. д. большинства биологических жидкостей равно О. д. крови (исключение составляют жидкости, выделяемые некоторыми железами, — слюна, пот, моча и др.). О. д., создаваемое в клетках животных высокомолекулярными соединениями (белки, полисахариды и др.), незначительно, но играет важную роль в обмене веществ (см. Онкотическое давление).

Ю. В. Наточин, В. В. Кабанов.

Лит.: Мелвин-Хьюз Э. А., Физическая химия, пер. с англ., кн. 1—2, М., 1962; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, т. 1—2, М. — Л., 1963—1966; Пасынский А. Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 1968: Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967; Гриффин Д., Новик Эл., Живой организм, пер. с англ., 1973; Нобел П., Физиология растительной клетки (физико-химический подход), пер. с англ., М., 1973.

Принципиальная схема осмометра: А — камера для раствора; Б — камера для растворителя; М — мембрана. Уровни жидкости в трубках при осмотическом равновесии: а и б — в условиях равенства внешних давлений в камерах А и Б, когда ρА = ρБ, при этом Н — столб жидкости, уравновешивающий осмотическое давление; б — в условиях неравенства внешних давлений, когда ρА — ρБ = π.

Здоровье и самочувствие человека зависят от баланса воды и солей, а также нормального кровоснабжения органов. Сбалансированный нормализованный обмен воды из одной структуры организма в другую (осмос) – основа здорового образа жизни, а также средство профилактики ряда серьезных заболеваний (ожирение, вегетососудистая дистония, систолическая гипертензия, болезни сердца) и оружие в борьбе за красоту и молодость.

О контроле и поддержании баланса воды диетологи и медики говорят много, но не углубляются в освещение истоков процесса, зависимостей внутри системы, определение структуры и связей. В результате чего люди остаются неграмотными в этом вопросе.

Понятие об осмотическом и онкотическом давлении

Осмос – процесс перехода жидкости из раствора с меньшей концентрацией (гипотонический) в соседний, с большей концентрацией (гипертонический). Такой переход возможен только в соответствующих условиях: при «соседстве» жидкостей и при разделении пропускающей (полупроницаемой) перегородки. При этом они оказывают друг на друга определенное давление, которое в медицине принято называть осмотическим.

В человеческом организме каждая биологическая жидкость представляет собой именно такой раствор (например, лимфа, тканевая жидкость). А стенки клеток являются «барьерами».

Осмотическое давление крови – важный жизненный показатель, отражающий концентрацию ее составных элементов (соли и минералы, сахара, белки). Также это измеряемая величина, определяющая силу, с которой вода перераспределяется в ткани и органы (либо наоборот).

Научно определено, что эта сила соответствует давлению в физрастворе. Так медики называют хлористый раствор натрия с концентрацией 0,9%, одна из главных функций которого – плазмозамещение и гидратация, что позволяет бороться с обезвоживанием, истощением в случае больших кровопотерь, а также он предохраняет эритроциты от разрушения при введении лекарств. То есть относительно крови он изотонический (равный).

Онкотическое давление крови – составная часть (0,5%) осмоса, чье значение (необходимое для нормального функционирования организма) колеблется от 0,03 атм до 0,04 атм. Отражает силу, с которой белки (в частности, альбумины) действуют на соседние субстанции. Белки тяжелее, но их численность и подвижность уступает частицам солей. Потому онкотическое давление гораздо меньше осмотического, однако это не уменьшает его значимость, которая заключается в поддержании перехода воды и предупреждении обратного всасывания.

Представить их взаимосвязь и значимость каждого помогает анализ структуры плазмы, отраженный в таблице.

За поддержание постоянного состава отвечают регуляторные и обменные системы (мочевыделительная, лимфатическая, дыхательная, пищеварительная). Но начинается этот процесс с сигналов, подаваемых гипоталамусом, отвечающим на раздражение осморецепторов (нервные окончания в клетках кровеносных сосудов).

Для исправной работы и жизнеспособности организма давление крови должно соответствовать клеточному, тканевому и лимфатическому. При исправной и слаженной работе систем организма его величина остается постоянной.

Она может резко вырастать при физических нагрузках, но быстро приходит в норму.

Как измеряется осмотическое давление и его важность

Осмотическое давление измеряют двумя способами. Выбор осуществляется в зависимости от сложившейся ситуации.

Криоскопический способ

Основан на зависимости температуры, при которой раствор замерзает (депрессии), от концентрации в нем веществ. У насыщенных депрессия ниже, чем у разбавленных. Для крови человека при нормальном давлении (7,5 – 8 атм) это значение колеблется от -0,56 °С до – 0,58 °С.

Измерение осмометром

Это специальный прибор, представляющий собой два сосуда с разделяющей перегородкой, имеющей частичную проходимость. В один из них помещают кровь, накрывают крышкой с измерительной шкалой, в другой – гипертонический, гипотонический или изотонический раствор. Уровень столба воды в трубке и является показателем осмотической величины.

Для жизни организма осмотическое давление плазмы крови – фундамент. Оно наделяет ткани необходимыми нутриентами, следит за здоровым и исправным функционированием систем, обуславливает движение воды. В случае ее избытка эритроциты увеличиваются, их оболочка лопается (осмотический гемолиз), при дефиците происходит противоположный процесс – усыхание. В основе работы каждого уровня (клеточный, молекулярный) лежит этот процесс. Все клетки организма – полупроницаемые мембраны. Колебания, обусловленные неверной циркуляцией воды, ведут к набуханию или обезвоживанию клеток и, как следствие, органов.

Онкотическое давление плазмы крови незаменимо в вопросах лечения серьезных воспалений, заражений, нагноений. Возрастая в самом месте локации бактерий (из-за разрушения белков и увеличения числа частиц), оно провоцирует выталкивание гноя из раны.

Еще одна важная роль – влияние на функционирование и продолжительность жизни каждой клетки. Отвечающие за онкотическое давление белки важны для свертываемости и вязкости крови, поддержания Ph – среды, защиты эритроцитов от склеивания. Также они обеспечивают синтез и транспорт питательных веществ.

Что влияет на показатели осмоса

Показатели осмотического давления могут меняться по разным причинам:

• Концентрация неэлектролитов и электролитов (минеральных солей), растворенных в плазме. Эта зависимость прямо пропорциональна. Высокое содержание частиц провоцирует повышение давления, как и наоборот. Главный компонент – ионизированный хлорид натрия (60%). Однако от химического состава осмотическое давление не зависит. Концентрация катионов и анионов солей в норме – 0,9%.
• Количество и подвижность частиц (солей). Внеклеточная среда с недостаточной концентрацией будет принимать воду, среда с избыточной концентрацией – отдавать.
• Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови, играющее главную роль в удержании воды в кровеносных сосудах и капиллярах. Отвечает за создание и распределение всех жидкостей. Снижение его показателей визуализируется отеками. Специфика функционирования обусловлена высоким содержанием альбуминов (80%).

• Электрокинетическая стабильность. Определяется электрокинетическим потенциалом частиц (белков), который выражается их гидратацией и способностью отталкиваться друг от друга и скользить в условиях раствора.
• Суспензионная устойчивость, связанная напрямую с электрокинетической. Отражает скорости соединения эритроцитов, то есть свертываемость крови.
• Способность компонентов плазмы при движении оказывать сопротивление относительно течения (вязкость). При тягучести давление повышается, при текучести – падает.
• При физической работе возрастает осмотическое давление. Значение в 1,155% хлорида натрия вызывает чувство утомления.
• Гормональный фон.
• Обмен веществ. Избыток продуктов обмена, «загрязненность» организма провоцирует рост давления.

На показатели осмоса влияют привычки человека, питание и потребление напитков.

Как питание сказывается на осмотическом давлении

Сбалансированное правильное питание – один из способов профилактики скачков показателей и их последствий. Негативно влияют на осмотическое и онкотическое давление крови следующие пищевые привычки:

• Избыток соли в пище. Увлечение солью, специями и искусственными добавками провоцирует отложение натрия, что вызывает уплотнение стенок сосудов. В результате прохождение и выведение воды затрудняется, кровь циркулирует быстрее, артериальное давление возрастает, образуются отеки.
• Увлеченность некоторыми напитками. Например, кока-кола, кофе, пиво способны за двадцать минут изменить Ph среды плазмы крови, чем спровоцировать склеивание эритроцитов и повышение давления.
• Голодание, увлечение диетами. При несбалансированном или недостаточном питании уменьшается концентрация белков (гипопротеинемия), что провоцирует изменение вязкости, образование тромбов, снижение иммунитета, чувство усталости и апатии, понижение онкотического давления.

  

  Сладкие газированные напитки повышают давление

• Несоблюдение режима потребления воды, чаще – недостаточное потребление. Возникает обезвоживание, сгущение крови, истощение клеток, возникает чувство жажды.

Важно! Лучше не допускать критического состояния, а регулярно выпивать по стакану воды и следить за режимом ее потребления-выведения из организма.

Об особенностях измерения кровяного давления вам подробно расскажут в этом видео: