Osmoottinen paine

Niistä osmoottinen paine vastaa painetta, joka esiintyy liuottimessa puoliläpäisevän tai selektiivisesti läpäisevän membraanin tiivistetyllä puolella. Paine ohjaa liuottimen virtauksen kalvon läpi ja määrää sen suunnan. Osmoottiseen paineeseen liittyvät sairaudet ovat esimerkiksi vähentyneet verisolujen paineresistenssit.

Mikä on osmoottinen paine?

Termi osmoottinen paine, lääketiede kuvaa fysiologista painetta, joka mahdollistaa osmoosin. Osmoosi vastaa molekyylihiukkasten suunnattua virtausta puoliläpäisevien tai selektiivisesti läpäisevien erotuskerrosten läpi. Tämä tarkoittaa, että osmoosi on välttämätön aineiden kuljetus ihmiskehossa.

Osmoottinen paine on tämän massansiirtoprosessin päävaatimus. Liuottimessa liuenneet molekyylit aiheuttavat osmoottisen paineen rajapinnan puolella, jolla on korkeampi konsentraatio. Tuloksena olevat painesuhteet ohjaavat liuottimen virtausta vastaavan kalvon läpi. Tällä tavalla liuotin liikkuu sivulta, jolla on alempi hiukkaskonsentraatio membraanin läpi, ja virtaa siten sivulle, jolla on korkeampi konsentraatio, jolla osmoottinen paine esiintyy. Molekyyliset partikkelit eivät itse voi kulkea puoliläpäisevän tai selektiivisesti läpäisevän kalvon läpi.

Toiminto ja tehtävä

Osmoottinen paine riippuu kahden liuoksen pitoisuussuhteista, jotka sijaitsevat puoliläpäisevän tai selektiivisesti läpäisevän kalvon eri puolilla. Vaikka alaosassa tiivistetyssä puolella on osmoottinen paine, paine on aina korkeampi liuenneen aineen tiivistetyllä puolella.

Ihmiskehossa vesi virtaa yksittäisiin soluihin interstitiumista. Tämä virtaus tapahtuu sivulta, jolla on alhaisempi konsentraatio, sivulle, jolla on korkeampi konsentraatio. Soluilla on tietty sisäinen paine. Tämä paine tunnetaan myös turgorina. Virtausta jatketaan, kunnes solujen turgor on saavuttanut saman tason kuin osmoottinen paine. Sisäpuolella oleva paine ja ulkopuolella vaikuttava paine ovat siis vastaavat tulon lopussa.

Osmoottinen paine voidaan mitata ja laskea. Periaatteessa laimeissa nestemäisissä liuoksissa sovelletaan samoja fysiikan lakeja kuin ihanteellisissa kaasuissa. Tästä syystä osmoottinen paine on aina verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan kussakin tapauksessa. Lisäksi tietyn liuenneen aineen moolipitoisuuden ja osmoottisen paineen tason välillä on suhteellisuus.Paine riippuu ensisijaisesti liuenneen aineen molekyyliepartikkelien lukumäärästä.

Liuoksessa, jossa on yksi mooli ainetta 22,4 litrassa liuotinta, osmoottinen paine lämpötiloissa 0 ° C tai 273,15 Kelvin on 101,325 kPa. Van 't Hoffin laki tarjoaa nämä suhteet. Laki koskee kuitenkin vain laimeita liuoksia, joiden arvo on alle 0,1 M.

Analogia ihanteellisten kaasulakien kanssa on seuraava: osmoottinen paine estää liuottimien virtauksen. Tästä syystä liuottimen virtaus pysähtyy heti kun tasapaino saavutetaan.

Liuoksen osmoottinen paine voidaan määrittää osmometreillä. Paine mitataan joko staattisesti, kun tasapaino on saavutettu, tai dynaamisesti. Dynaamisella mittauksella nousevaan manometriin on kohdistettava ulkoinen paine osmoottisen virtauksen keskeyttämiseksi. Mittaamalla paine voidaan myös määrittää makromolekyylien keskimääräinen molekyylimassa.

Sairaudet ja vaivat

Esimerkiksi osmoottiseen paineeseen liittyvät sairaudet voivat vaikuttaa verisoluihin. Punasoluilla on osmoottinen resistenssi. Tämä punasolujen osmoottinen resistenssi vähenee useissa sairauksissa. Aivan kuten moniin sairauksiin liittyy osmoottisen resistenssin lisääntyminen. Tällaisten sairauksien tunnistamiseksi mitataan osmoottinen punasolujen vastus. Ennen kaikkea mittaus mahdollistaa resistenssiä vähentävien sairauksien diagnosoinnin.

Näihin sairauksiin sisältyy esimerkiksi pallo- soluanemia. Muut hemolyyttiset anemiat voivat kuitenkin myös vähentää punasolujen osmoottista resistenssiä. Hemolyyttinen anemia on anemiaan liittyvä sairauksien ryhmä, joka johtuu lisääntyneestä tai ennenaikaisesta punasolujen hajoamisesta. Lääketiede kutsuu tätä tosiasiaksi hemolyysiksi. Hemolyysi liittyy usein taustalla oleviin sairauksiin. Ne voivat johtua mekaanisista prosesseista tai geneettisestä jakautumisesta. Punasolujen iästä johtuvan fysiologisen hemolyysin lisäksi mekaaninen liikakäyttö, kuten sydämen venttiilin vaihtaminen, lämmön aiheuttamat lämpövauriot ja osmoottiset vauriot, voivat määrittää rappeutumisen. Osmoottisten vaurioiden tapauksessa hyper- tai hypoosmolaariset ratkaisut ovat todellinen syy rappeutumiseen.

Osmoottisen resistenssin mittaamiseksi potilaan punasolut sijoitetaan putkiin lisääntyvällä suolakonsentraatiolla. Yksi putkista sisältää melkein puhdasta vettä. Yksi sisältää suolakonsentraation, joka on optimaalinen punasoluille. 24 tunnin kuluttua verisolut purskahtivat puhtaaseen veteen. Putkissa, joissa suolakonsentraatio on korkeampi, vain harvoilla verisoluista on taipumus räjähtää. Jos potilas kärsii sairaudesta, jonka verisolujen osmoottinen vastustuskyky on vähentynyt, solut purskautuvat jopa korkeammissa suolakonsentraatioissa eivätkä pysty vastustamaan osmoottista painetta.

Osmoottista resistenssiä voidaan myös lisätä. Resistenssin lisääntyminen on epäspesifistä ja voi olla seurausta useista sairauksista. Esimerkkejä sairauksista, joissa punasolujen osmoottinen resistenssi on lisääntynyt, ovat talasemia, raudan puuteanemia ja sirppisoluanemia. Lisäksi keltaisuus ja maksavauriot voivat lisätä vastustuskykyä.