роль осмоса и осматического давления в биологических системах

1. РОЛЬ ОСМОСА И ОСМАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. ГИПО-,ГИПЕР-,
И ИЗОТОНИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. ПЛАЗМОЛИЗ И
ГЕМОЛИЗ.

2. Осмос - процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану
молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из
объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

3. МЕХАНИЗ ОСМОСА
Рассмотрим искусственную
полупроницаемую мембрану —
проницаемую для растворителя,
например, воды и
непроницаемую для
растворенных веществ, например,
сахара. Поры мембраны,
пропуская маленькие молекулы
растворителя (1), одновременно
блокируют доступ больших
молекул сахара (2).
Если полупроницаемая мембрана
отделяет раствор сахара от
емкости с чистой водой (3), то
изначально концентрация
молекул воды в растворе сахара
ниже, чем в чистой воде.

4. Поэтому количество молекул воды, проникающих из чистой воды в раствор сахара,
больше, чем количество молекул воды, проникающих в обратном направлении.
Спустя некоторое время молекулы воды перейдут через мембрану, распространяясь по
сосуду с раствором сахара, и так как поры слишком малы для того, чтобы пропускать
сахарный раствор через мембрану, уровень жидкости в той части, где находится сахарный
раствор, повышается.

6. Осмотическое давление- гидростатическое давление, оказываемое
избыточным столбом жидкости, образовавшимся в результате осуществления
осмоса.
Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие
встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с
другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое —
гипотоническим. Два раствора имеющих одинаковые значения
осмотического давления, называются изотоническими по отношению друг к
другу.

7. В 1887 г. Я. Вант-Гофф вывел формулу для теоретического расчета осмотического
давления раствора, которая называется законом Вант-Гоффа:
pосм= с ·R ·T
С- молярная концентрация вещества в растворе, моль/дм3, R- универсальная газовая
постоянная, равная 8,314 кПа· дм3/моль· K; Т- абсолютная температура раствора.
Учитывая, что c=n/V, закон Вант-Гоффа можно записать иначе:
p= n/V ·R ·T , или p ·V= n· R· T
Закон Вант-Гоффа соблюдается для растворов неэлектролитов, молярная концентрация
которых не превышает 1· моль/ дм3. При более высоких концентрациях
наблюдаются отклонения от закона Вант-Гоффа.

8. ИЗО-, ГИПО- И ГИПЕРТОНИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ
Среда, осмотическое давление которой равно осмотическому давлению внутри клетки,
называется изотонической. В такой среде вода не поступает в клетку и не выводится из
клетки.
Среда, осмотическое давление которой меньше осмотического давления внутри
клетки, называется гипотонической. В такой среде вода поступает через мембрану
внутрь клетки. Клетка без стенки в такой среде раздувается и может лопнуть. Если у
клетки есть стенка, то клетка давит на стенку, но не лопается.
Среда, осмотическое давление которой больше осмотического давления внутри клетки,
называется гипертонической. В такой среде вода выходит через мембрану из клетки, и
клетка сжимается.
Если ввести в человеческий организм гипотонический раствор, то клетки крови будут
лопаться, а если ввести гипертонический раствор, то клетки крови будут сжиматься.
Поэтому для внутривенных вливаний больших объемов веществ их разбавляют
изотоническим раствором — так называемым физиологическим раствором,
например, 0.9% NaCl.

10. ПЛАЗМОЛИЗ И ГЕМОЛИЗ
При контакте клетки с гипертоническим раствором происходит отток воды из клетки через
мембрану в окружающую среду. Клетка при этом теряет свою упругость вследствие
обезвоживания и уменьшения в объеме(сморщивается).Нормальное течение физических
и химических процессов в ней нарушается.
Данное явление называется плазмолизом или экзоосмосом.
Плазмолиз в большинстве случаев является обратимым процессом. Плазмолизированные
клетки, помещенные в изотонический раствор, вновь набухают, восстанавливая свою
жизнедеятельность. Но при слишком сильном и продолжительном обезвоживании клетка
может потерять свою жизнеспособность.

12. Гемолиз или эритроцитолиз происходит в гипотонических растворах. Под действием
осмотических сил вода поступает из гипотонического раствора внутрь эритроцитов. Они
набухают, мембрана их растягивается, а затем под действием механических сил
разрушается. При этом раствор, содержащий кровь, становится прозрачным и
приобретает ярко-красный цвет («лаковая кровь»).
Осмотический гемолиз эритроцитов здорового человека начинается в 0,46-0,48%
растворах натрия хлорида и полностью завершается (разрушаются все эритроциты, и
образуется «лаковая кровь») в 0,32-0,34% растворах натрия хлорида.

14. РОЛЬ ОСМОСА И ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Осмос является важным клеточным процессом. Мембраны всех живых клеток
используют осмос для контроля поглощения необходимых веществ. Искусственные
мембраны используются в аппаратах искусственной почки для очистки крови от
токсинов.
Явление осмоса широко используют в медицинской практике. Так, в хирургии
применяют гипертонические повязки (марлю, смоченную в гипертоническом 10%-ном
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, микроорганизмов и продуктов распада.
Осмотическое давление играет важную роль в многоклеточных организмах. Оно
обусловливает тургор клеток, т. е. их своеобразную упругость, способствуя тем самым
поддержанию эластичности тканей, сохранению определенной формы органами и т. п.