Повышенное осмотическое давление крови
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.
Очень важно соблюдать баланс воды и солей в организме человека
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».
Одним из важнейших показателей состояния организма, содержания в крови солей и минералов является осмотическое давление
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.
Не менее важен и такой показатель, как онкотическое давление крови
Представить их взаимосвязь и значимость каждого помогает анализ структуры плазмы, отраженный в таблице.
| Элементы плазмы крови и их доля | ||
|---|---|---|
| Вода | 90-92% | |
| Остаток | Органика: · Белковые частицы. · Азотистые остатки. · Безазотистые вещества. · Ферменты и проферменты. | 7-8% |
| Неорганика: · Катионы. · Анионы. | 0.01 | |
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).
Уровень этого давления напрямую зависит от работы гипоталамуса
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.
Для измерения давления крови в этом случае используют специальный прибор – осмометр
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.
Запомните, что осмотическое давление оказывает влияние на весь организм в целом
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%).
На осмотическое давление влияет содержание солей в плазме крови
- 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.
Также на давление влияет обмен веществ в организме человека
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:
Источник
Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.
Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.
Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для внутривенного введения, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3—10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.
Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на уравнение состояния для идеального газа:
,
где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м³; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.
Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.
Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03—0,04 атм). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где πОНК больше. При гнойных процессах πОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.
В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому для внутривенного введения обычно используются изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно πплазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем πплазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl2, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na2SO4∙10H2O, MgSO4∙7H2O).
Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).
Обоснование формулы Вант-Гоффа с термодинамических позиций[править | править код]
В растворе свободная энергия , где — молярная часть раствора, — его мольный объем. Появление члена эквивалентно внесению в свободную энергию внешнего давления. Для чистого растворителя . При равновесии для растворителя равно нулю. Таким образом,
откуда:
то есть получена формула Я. Вант-Гоффа ().
При её выведении высчитано, что — малая величина. Это позволяет разложить в ряд и далее применить соотношение Произведение в разбавленных растворах практически равно объему раствора.
Осмотическое давление коллоидных растворов[править | править код]
Для возникновения осмотического давления должны выполняться два условия:
- наличие полупроницаемой перегородки (мембраны);
- наличие по обе стороны мембраны растворов с разной концентрацией.
Мембрана проницаема для частичек (молекул) определенного размера, поэтому она может, например, выборочно пропускать сквозь свои поры молекулы воды, не пропуская молекулы этилового спирта. Для газовой смеси — водорода и азота — роль полупроницаемой мембраны может выполнять тонкая палладиевая фольга, сквозь которую свободно диффундирует водород, тогда как азот она практически не пропускает. с помощью такой мембраны можно разделять смесь водорода и азота на отдельные компоненты.
Простыми и давно известными примерами мембран, которые проницаемы для воды и непроницаемы для многих других растворенных в воде веществ, является кожа, пергамент, и другие ткани животного и растительного происхождения.
Пфеффер с помощью осмометра, в котором в качестве полупроницаемой мембраны использовался пористый фарфор, обработанный Cu2Fe(CN)6, исследовал осмотическое давление водных растворов тростникового сахара. На основе этих измерений Вант-Гофф в 1885 году предложил эмпирическое уравнение, которому подчиняется осмотическое давление разведенных растворов:
,
где c=n/V — концентрация растворенного вещества, моль/м3.
Это уравнение по форме совпадает с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Поэтому осмотическое давление разведенных растворов можно определить как давление, которое бы создавала то же самое количество молекул растворенного вещества, если бы оно было в виде идеального газа и занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.
Уравнение Вант-Гоффа можно несколько преобразовать, подставляя вместо концентрации :
,
где — массовая концентрация растворенного вещества; — его молекулярная масса.
В таком виде уравнение Вант-Гоффа широко применяется для определения молярной массы растворенного вещества. Осмотический метод применяют зачастую для определения молярных масс высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов и других). Для этого достаточно измерить осмотическое давление раствора с известной концентрацией.
Если вещество диссоциирует в данном растворе, то осмотическое давление будет большим, чем рассчитанное и нужно вводить изотонический коэффициент:
Уравнение Вант-Гоффа справедливо только для разведенных растворов, которые подчиняются закону Рауля. При повышенных концентрациях растворов в последнем уравнении должно быть заменено на активность или фугитивность
Роль осмоса в биологических системах[править | править код]
Явление осмоса и осмотическое давление играют огромную роль в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток. Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, которое называют тургором.
Если клетку, например, эритроцит, поместить в дистиллированную воду (или очень разбавленный раствор соли), то вода будет проникать внутрь клетки и клетка будет набухать. Процесс набухания может привести к разрыву оболочки эритроцита, если произойдет так называемый гемолиз.
Обратное явление наблюдается, если вместить клетку в концентрированный раствор соли: сквозь мембрану вода из клеток диффундирует в раствор соли. При этом протоплазма сбрасывает оболочку, клетка сморщивается, теряет тургор и стойкость, свойственные ей в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При помещении плазмолизованных клеток в воду протоплазма опять набухает и в клетке восстанавливается тургор. Происходит при этом так называемый деплазмолиз: это можно наблюдать, помещая цветы, которые начинают вянуть, в воду. И только в изотоническом растворе, который имеет одинаковую концентрацию (вернее, одинаковое осмотическое давление с содержанием клетки), объем клетки остается неизменным.
Процессы усвоения еды, обмена веществ тесно связаны с разной проницаемостью тканей для воды и других растворенных в ней веществ.
Осмотическое давление отыгрывает роль механизма, который подает нутриенты клеткам; у высоких деревьев последние поднимаются на высоту нескольких десятков метров, что соответствует осмотическому давлению в несколько десятков атмосфер. Типовые клетки, сформировавшиеся с протоплазматических мешков, наполненных водными растворами разных веществ (клеточный сок), имеют определенное значение для давления, величина которого измеряется в пределах 0,4—2 МПа.
См. также[править | править код]
- Осмос
- Обратный осмос
- Осморегуляция
- Диффузионное давление
- Коллигативные свойства растворов
Литература[править | править код]
- Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для вузов — М.: Высшая школа, 1989. — С. 113.
- Яцимирський В.К. — Фізична хімія
Источник
