Біологічне значення осмосу і
осмотичного тиску.
Відомо, що всі біологічні рідини є водними розчинами багатьох мінеральних і органічних речовин. Вони мають певний осмотичний тиск, який підтримується на відносно сталому рівні. Так, для плазми крові людини цей показник дорівнює 770 – 821 кПа (7,6 – 8,1 атм). Близько 60% осмотичного тиску створюють наявні у ній іони натрію і хлору, а значно меншу його частину зумовлюють білки. Тиск, що створюється високомолекулярними біологічно активними сполуками, називають онкотичним тиском. Він становить менше 0, 5% від загального осмотичного тиску. Онкотичному тиску належить основна роль у механізмі надходження води у кров із тканинної рідини.
Завдяки тому, що стінки клітин мають властивості мембран, розподіл води в тканинах залежить від осмотичного тиску. Зокрема, стан осмотичної напруженості клітини, зумовлений підвищеним осмотичним тиском, називають тургором. Він забезпечує пружність та еластичність тканин. У рослин засушливих місцевостей осмотичний тиск високий, а у болотних рослин – порівняно низький. Якщо клітина відмирає, оболонка втрачає властивість напівпроникності, тургор зникає (рослина в’яне).
Вода проникатиме в клітину доти, поки різниця осмотичного тиску між клітиною та середовищем не стане рівна нулю, або поки гідростатичний тиск у клітині, який збільшується в результаті набрякання клітини і розтягнення її оболонки, не зрівняється з осмотичним тиском.
У процесі регуляції осмотичного тиску в організмі людини беруть участь органи виділення, головним чином нирки і потові залози. Завдяки їх фізіологічній дії вода, що надходить в організм, і продукти метаболізму виводяться із сечею та потом, не спричинюючи суттєвих змін осмотичного тиску.
Розчини з однаковим осмотичним тиском називають ізотонічними. Якщо осмотичний тиск одного розчину більший ніж іншого, то перший розчин є гіпертонічним відносно до другого, а якщо менший – то гіпотонічним.
Якщо молярна концентрація розчину має теж саме значення, що і молярна концентрація рідин тіла людини, то такий розчин буде ізотонічним. Прикладом може бути фізіологічний розчин (0,9%, або 0,15М) розчин NаCl (ізотонічний розчин). Крім того, використовують різні багатокомпонентні фізіологічні розчини, зокрема Рінгера, Зінгера-Локка, Тироде тощо. Вони за своїм хімічним складом наближаються до плазми крові і містять іони Натрію, Калію, Кальцію, Магнію, Хлору, гідрогенкарбонат-іони, дигідрогенфосфат-іони, глюкозу. Такі розчини знаходять застосування в хірургії як замінники крові, а також для культивування клітин і тканин. Їх можне вводити у плазму крові в досить великих кількостях при втратах крові і плазми. Також їх застосовують як дифузні розчини, очні краплі та ін. Цікаво, що їх якісний склад подібний до складу морської води. При хірургічних операціях витягнуті з черевної порожнини петлі кишок та інші внутрішні органи захищають від висихання, обкладаючи їх марлевими серветками, змоченими фізіологічним розчином.
Високоорганізовані тварини і людина мають постійний осмотичний тиск крові, що не залежіть від зовнішнього середовища. Навіть невеликі зміни осмотичного тиску викликають відчуття дискомфорту. Так, почуття спраги зумовлене потребою організму відновити нормальний осмотичний тиск введенням води, після уживання солоної їжі. Сталість цього показника називають ізоосмією. Порушенні ізоосмії виявляється згубним для організму. Зниження осмотичного тиску введенням великого надлишку води або в результаті інтенсивної втрати солей викликає блювоту, судороги, затемнення свідомості та інші порушення, аж до загибелі організму. Підвищення ж осмотичного тиску шляхом додавання великих кількостей солей призводить до перерозподілу води. Вода накопичується в тих тканинах, які мають надлишкові кількості солей, що призводить до їхнього набрякання (у першу чергу підшкірної клітковини), при цьому відбувається зневоднення слизових оболонок, виникає почуття спраги, порушується нормальна діяльність нервової системи й інших життєво важливих органів. Отже, збереження постійного осмотичного тиску є важливою властивістю організму.
Проте зміни осмотичного тиску в обмежених ділянках тканин можуть бути досить великими. Так, при локальних запаленнях білкові молекули розпадаються на багато дрібних фрагментів, що збільшує концентрацію частинок в області запалення. Вода з оточуючих тканин і судин спрямовується в цю область, що призводить до набряків. Загальновідоме відчуття тиску в місці гнійного запалення. При проколі або розрізі гнійна рідина витікає звідтіля струменем під значним тиском.
У клінічній практиці застосовуються і гіпертонічні розчини. Невеликі кількості їх вводять внутрішньовенно, наприклад при глаукомі, яка характеризується підвищеним внутрішньоочним тиском, щоб «відтягнути» надлишкову кількість вологи з передньої камери ока. Щоб не порушити осмотичну рівновагу крові, ін’єкцію гіпертонічних розчинів, наприклад, глюкози (з масовою часткою 20%, 40%), проводять дуже повільно, найчастіше крапельним шляхом.
У хірургії широко застосовують гіпертонічні пов’язки у вигляді марлевих смужок, змочених у гіпертонічному розчині NаCl і введених у гнійні рани. Відносно до законів осмосу рідина з рани направляється до марлі, що сприяє постійному очищенню рани від гною, мікроорганізмів, продуктів розпаду тощо.
Гіпертонічні розчини гіркої солі (MgSO4·7 Н2О), глауберової солі (Nа2SO4·10 Н2О), які погано всмоктуються в шлунково-кишковому тракті, використовують як проносні засоби. Це викликає перехід значної кількості рідини зі слизової оболонки в кишечник. Калові маси, що знаходяться в кишечнику, розріджуються і легко виходять з організму.
Зміна осмотичного тиску рідини, що оточує клітину, призводить до порушення в ній водного обміну. У гіпотонічних розчинах спостерігається явище лізису, тобто клітини набрякають і руйнуються. Наприклад, якщо еритроцити вмістити в розчин з меншим осмотичним тиском, ніж всередині еритроцита і останній набрякає, збільшується в об’ємі і руйнується.
Явище руйнування оболонки еритроцитів при введені у плазму крові гіпотонічних розчинів, що супроводжується виходом гемоглобіну в плазму, називають гемолізом (утворюється «лакова» кров).
Якщо еритроцити вмістити у розчин з більшим осмотичним тиском, ніж всередині еритроцитів, тобто у гіпертонічний розчин, то вони втрачають воду, різко зменшуються в об’ємі і зморщуються. Це явище називають плазмолізом.