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 осмоль соответствует 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. Осмолярность раствора — 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.

Интерстициальная жидкость

В норме очень небольшое количество интерстици-альной жидкости находится в свободном состоя­нии. Большая часть интерстициальной воды хими­чески связана с протеогликанами, формируя гель. Давление интерстициальной жидкости обычно от­рицательное (около -5 мм рт. ст.). При увеличении объема интерстициальной жидкости ее давление повышается. Когда интерстициальное давление становится положительным, содержание свобод­ной воды в геле быстро увеличивается, клинически это проявляется отеком.

Через поры капиллярного эндотелия в норме проходит лишь незначительное количество белков плазмы, поэтому концентрация белка в интерсти­циальной жидкости относительно низка (20 г/л). Белки, попавшие в интерстициальное простран­ство, возвращаются в сосудистое русло с лимфой.

Внутрисосудистая жидкость

Внутрисосудистая жидкость (плазма) отграниче­на эндотелиальной выстилкой кровеносных сосу­дов. Большинство электролитов (в основном ионы небольшого размера) свободно проходят че­рез эндотелий, чем объясняется почти идентич­ный электролитный состав плазмы и интерстици­альной жидкости. Вместе с тем плотные контакты эндотелиальных клеток препятствуют выходу белков плазмы за пределы сосудистого русла. Та­ким образом, белки плазмы (преимущественно аль-

бумин), являются основным осмотически актив­ным компонентом, обеспечивающим обмен жидко­сти между плазмой и интерстициалъным про­странством.

В норме увеличение объема внеклеточной жид­кости обеспечивается за счет пропорционального увеличения объема плазмы и интерстициальной жидкости. При положительном интерстициальном давлении увеличение объема внеклеточной жид­кости обеспечивается только за счет изменения ин-терстициального пространства (рис. 28-1). Таким образом, интерстициальное пространство служит своего рода компенсирующим резервуаром для внутрисосудистого пространства. Клинически увеличение объема интерстициальной жидкости проявляется отеком тканей.