Осмолярность, осмоляльность и тоничность
Осмос— это физическое явление, сутью которого является перемещение воды через полупроницаемую мембрану, обусловленное разницей концентраций недиффундирующих частиц растворенного вещества, находящихся по обе стороны мембраны. Осмотическое давление— это давление, которое необходимо приложить, чтобы предотвратить движение воды через полупроницаемую мембрану в направлении раствора с большей концентрацией. Осмотическое давление зависит только от концентрации недиффундирующих частиц, поскольку средняя кинетическая энергия этих частиц одинакова и не зависит от их массы. Один осмольсоответствует 1 молю недиссоциирующего вещества. Для веществ, находящихся в ионизированном состоянии, каждый моль соответствует я-ому числу осмолей, где п — количество образующихся при диссоциации ионов. При растворении 1 моля такого высокоионизированного вещества, как NaCl, должно образовываться 2 осмоля, но в реальности взаимодействие катионов и анионов снижает эффективную осмотическую активность раствора NaCl на 25 %. Разница в 1 миллиосмоль/л между двумя растворами создает осмотическое давление, равное 19,3 мм рт. ст. Осмолярностьраствора — это количество осмолей растворенного вещества, содержащегося в 1 л
ТАБЛИЦА 28-1. Жидкостные компартменты организма (у мужчины с массой тела 70 кг)
Жидкостный компартмент | % массы тела | Общий объем воды (%) | Объем, л |
Внутриклеточный | |||
Внеклеточный | |||
Интерстициальная жидкость | 13,5 | ||
Внутрисосудистая жидкость | 3,5 | ||
Всего |
раствора, тогда как осмоляльность— это количество осмолей вещества, растворенного в 1 кг растворителя. Тоничность,осмолярность и осмоляльность часто используют как взаимозаменяемые термины, что не вполне корректно. Тоничность отражает влияние раствора на объем клетки. Изотонический раствор не влияет на объем клетки, в то время как гипотонический раствор приводит к увеличению объема (вода поступает в клетку), а гипертонический — наоборот, к уменьшению (вода выходит из клетки).
Жидкостные компарменты организма
Вода составляет 60 % массы тела взрослого мужчины и 50 % — взрослой женщины. Вода распределена во внутриклеточном и внеклеточном компарт-ментах. Внеклеточная жидкость подразделяется на интерстициальную и внутрисосудистую. Интерстициальная жидкость омывает клетки снаружи и находится вне сосудистого русла. В табл. 28-1 представлено распределение воды в жидкостных компартментах организма.
Объем жидкостных компартментов зависит от состава и концентрации растворенных в них веществ (табл. 28-2). Различия в концентрации обусловлены в основном физическими свойствами
мембран, отделяющих жидкостные пространства. Осмотические силы, обусловленные недиффундирующими частицами, определяют распределение воды в организме и, соответственно, объем жидкостных компартментов.
Внутриклеточная жидкость
Клеточная мембрана играет важную роль в регуляции внутриклеточного объема жидкости и ее химического состава. Мембраносвязанная АТФ-аза обеспечивает движение противоположно направленных потоков Na+ и K+ в соотношении 3 : 2. Клеточная мембрана проницаема для ионов калия, но относительно непроницаема для ионов натрия, поэтому калий накапливается внутри клетки, а натрий концентрируется во внеклеточном пространстве. Таким образом, калий является основным осмотически активным компонентом внутриклеточной жидкости, тогда как натрий — основной осмотически активный компонент внеклеточной жидкости.
Клеточная мембрана непроницаема для большинства белков, поэтому их концентрация в клетке высока. Белки представляют собой недиффундирующие анионы, поэтому мембраносвязанная Ка+/К+-зависимая АТФ-аза обеспечивает обмен Na+ на K+ в соотношении 3 : 2, что предотвращает развитие относительной внутриклеточной гипер-
ТАБЛИЦА 28-2. Химический состав жидкостных компартментов организма человека
Молярная масса Внутриклеточный компартмент | Внеклеточный компартмент | |||
Внутри сосудисты и | Интерстициальный | |||
Натрий (мэкв/л) | 23,0 | |||
Калий (мэкв/л) | 39,1 | |||
Кальций (мэкв/л) | 40,1 | < 1 | ||
Магний (мэкв/л) | 24,3 | |||
Хлорид (мэкв/л) | 35,5 | |||
Бикарбонат (мэкв/л) | ||||
Фосфор | 31* | |||
Белок (г/дл) |
Молярная масса РО4 = 95 г/моль.
осмоляльности. Нарушение функции Na+/K+-3a-висимой АТФ-азы (например, при ишемии или гипоксии), приводит к прогрессирующему набуханию клеток.
Внеклеточная жидкость
Основная функция внеклеточной жидкости — обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов обмена. Поддержание нормального объема внеклеточного пространства, особенно внутрисосудистой жидкости, чрезвычайно важно для нормального функционирования организма. Натрий — основной катион и осмотически активный компонент внеклеточной жидкости, поэтому именно концентрация натрия определяет объем внеклеточной жидкости. Следовательно, изменения объема внеклеточной жидкости сопряжены с изменениями общего содержания натрия в организме, что, в свою очередь, определяется поступлением натрия в организм, его экскрецией почками и внепочечными потерями.