Osmotiskais spiediens

No osmotiskais spiediens atbilst spiedienam, kas atrodas šķīdinātājā daļēji caurlaidīgas vai selektīvi caurlaidīgas membrānas viskoncentrētākajā pusē. Spiediens virza šķīdinātāja plūsmu caur membrānu un nosaka tā virzienu. Slimības, kas saistītas ar osmotisko spiedienu, piemēram, ir samazināta asins šūnu izturība pret spiedienu.

Kas ir osmotiskais spiediens?

Ar terminu osmotiskais spiediens medicīna apraksta fizioloģisko spiedienu, kas nodrošina osmozi. Osmoze atbilst molekulāro daļiņu virzītai plūsmai caur puscaurlaidīgiem vai selektīvi caurlaidīgiem atdalīšanas slāņiem. Tas nozīmē, ka osmoze ir būtisks vielu transportēšana cilvēka ķermenī.

Šī masas pārneses procesa galvenā prasība ir osmotiskais spiediens. Šķīdinātājā izšķīdušās molekulas rada osmotisko spiedienu interfeisa pusē ar augstāku koncentrāciju. Iegūtās spiediena attiecības virza šķīdinātāja plūsmu caur attiecīgo membrānu. Tādā veidā šķīdinātājs pārvietojas no sāniem ar zemāku daļiņu koncentrāciju caur membrānu un tādējādi plūst uz sāniem ar augstāku koncentrāciju, uz kuru pastāv osmotiskais spiediens. Pašas molekulārās daļiņas nevar iziet cauri puscaurlaidīgai vai selektīvi caurlaidīgai membrānai.

Funkcija un uzdevums

Osmotiskais spiediens ir atkarīgs no divu šķīdumu koncentrācijas attiecībām, kas atrodas puscaurlaidīgas vai selektīvi caurlaidīgas membrānas dažādās pusēs. Kaut arī apakšējā koncentrētajā pusē ir osmotiskais spiediens, šķīduma koncentrētākajā pusē spiediens vienmēr ir lielāks.

Cilvēka ķermenī ūdens no intersticijas ieplūst atsevišķās šūnās. Šis pieplūdums notiek no vienas puses ar zemāku koncentrāciju uz pusi ar augstāku koncentrāciju. Šūnām ir noteikts iekšējais spiediens. Šis spiediens ir pazīstams arī kā turgors. Pieplūdums turpinās, līdz turgors šūnās ir sasniedzis tādu pašu līmeni kā osmotiskais spiediens. Tāpēc spiediens uz iekšpusi un spiediens, kas iedarbojas uz ārpusi, ieplūdes beigās ir līdzvērtīgi.

Var izmērīt un aprēķināt osmotisko spiedienu. Principā atšķaidītos šķidros šķīdumos piemēro tos pašus fizikas likumus kā ideālās gāzēs. Šī iemesla dēļ osmotiskais spiediens vienmēr ir proporcionāls absolūtai temperatūrai. Turklāt pastāv proporcionalitāte starp konkrētās izšķīdušās vielas molāro koncentrāciju un osmotiskā spiediena līmeni.Spiediens galvenokārt ir atkarīgs no molekulāro daļiņu skaita izšķīdušajā vielā.

Vienas vielas molu šķīdumā 22,4 litros šķīdinātāja osmotiskais spiediens temperatūrā 0 grādi pēc Celsija vai 273,15 Kelvina ir 101,325 kPa. Šīs attiecības nosaka Van Hofa likums. Tomēr likums attiecas tikai uz atšķaidītiem šķīdumiem, kuru vērtība ir mazāka par 0,1 M.

Analoģija ideālo gāzu likumiem ir šāda: osmotiskais spiediens neitralizē šķīdinātāju pieplūdumu. Šī iemesla dēļ šķīdinātāja pieplūdums apstājas, tiklīdz ir sasniegts līdzsvars.

Šķīduma osmotisko spiedienu var noteikt ar osmometriem. Spiedienu mēra statiski, pēc līdzsvara sasniegšanas, vai arī dinamiski. Veicot dinamiskus mērījumus, stāvvada manometram jāpieliek ārējs spiediens, lai pārtrauktu osmotisko plūsmu. Izmērot spiedienu, var noteikt arī makromolekulu vidējo molekulmasu.

Slimības un kaites

Piemēram, slimības, kas saistītas ar osmotisko spiedienu, var ietekmēt asins šūnas. Sarkanajām asins šūnām ir osmotiskā pretestība. Šī sarkano asins šūnu osmotiskā pretestība tiek samazināta dažādās slimībās. Tāpat kā daudzas slimības ir saistītas ar osmotiskās pretestības palielināšanos. Lai atpazītu šādas slimības, mēra osmotisko eritrocītu pretestību. Pirmkārt, mērīšana ļauj diagnosticēt rezistences mazinošās slimības.

Šīs slimības ietver, piemēram, sferoidālo šūnu anēmiju. Tomēr citas hemolītiskās anēmijas var arī samazināt sarkano asins šūnu osmotisko pretestību. Hemolītiskā anēmija ir slimību grupa, kas saistīta ar anēmiju palielinātas vai priekšlaicīgas eritrocītu sabrukšanas dēļ. Medicīna šo faktu sauc par hemolīzi. Hemolīze bieži ir saistīta ar pamata slimībām. To cēlonis var būt mehāniski procesi vai ģenētiska dispozīcija. Papildus fizioloģiskajai hemolīzei eritrocītu vecuma dēļ sabrukšanu var noteikt arī mehāniska pārmērīga lietošana, piemēram, sirds vārstuļa nomaiņa, termiski bojājumi apkures dēļ un osmotiski bojājumi. Osmotisku bojājumu gadījumā īsts samazinājuma iemesls ir hiper- vai hiposmolari risinājumi.

Lai izmērītu osmotisko pretestību, pacienta sarkanās asins šūnas ievieto mēģenēs ar pieaugošu sāls koncentrāciju. Vienā no mēģenēm ir gandrīz tīrs ūdens. Viens no tiem satur sāls koncentrāciju, kas ir optimāla sarkano asins šūnu noteikšanai. Pēc 24 stundām asins šūnas plīst tīrā ūdenī. Caurulēs ar augstāku sāls koncentrāciju tikai nedaudzām asins šūnām ir tendence pārsprāgt. Ja pacients cieš no slimības ar samazinātu asins šūnu osmotisko pretestību, asinsķermenīši pārsprāgst pat augstākā sāls koncentrācijā un nespēj pretoties osmotiskajam spiedienam.

Var palielināt arī osmotisko pretestību. Rezistences palielināšanās nav specifiska, un tā var būt dažādu slimību rezultāts. Slimību piemēri ar paaugstinātu sarkano asins šūnu osmotisko rezistenci ir talasēmija, dzelzs deficīta anēmija un sirpjveida šūnu anēmija. Turklāt dzelte un aknu bojājumi var palielināt izturību.