Биологическое значение процессов осмоса.

Осмос лежит в основе процессов распределения воды и питательных веществ между органами и тканями и выведения продуктов жизнедеятельности из организма. Механизм осмоса зависит от природы биомембран, что обусловлено сложной структурной организацией, особенно её поверхностных слоёв. Существуют мембраны, проницаемые для катионов и непроницаемые для анионов. Осмос относительно такой мембраны лежит в основе формирования мембранного потенциала (рис. мембрана; по обе стороны раствор NaCl, ионы Na⁺ устремляются слева направо).

В результате диффузии катионов по разные стороны мембраны накапливаются противоположно заряженные частицы. Движение катионов не будет бесконечным, т.к. возрастают силы электростатического притяжения и в момент осмотического равновесия растворы приобретут концентрации E₁ и E₂.

Разность потенциалов по обе стороны полупронецаемой мембраны в момент осмотического равновесия, определяет величину мембранного потенциала.

Е_мембр=Е₁-Е₂

Мембранный потенциал зависит от природы мембраны и концентрации растворов по разные стороны мембраны.

Возникновение биопотенциала клетки связано с неравномерным распределением катионов натрия и калия внутри клетки и в межклеточной жидкости. Внутри клетки катионов К⁺ в 20-40 раз больше чем снаружи, а катионов Na⁺ в 10-20 раз больше в межклеточной жидкости, чем внутри клетки, т.е. в клетке ионов всегда больше чем снаружи, и, следовательно, давление внутриклеточной жидкости выше, чем давление в межклеточной жидкости. Это обуславливает тургор клетки, т.е. её упругость. Благодаря тургору ткани эластичны и органы имеют определенную форму.

Осмотический градиент определяет силу, с которой вода всасывается клеткой. Он равен разности между осмотическим и тургорным давлением клетки.

Вода избирательно всасывается клеткой, что создает в ней давление достигающее 4-20 атмосфер. Осмотическое давление плазмы крови характеризуется достаточным постоянством и при 37° С составляет 740-780 кПа.

При изменение давления возникает гипертония и гипотония. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими.

С учетом величины осмотического давления растворы классифицируются:

1. Изотонические осмотические растворы. Их давления равны осмотическому давлению, например, плазмы крови. К таким растворам по отношению к плазме крови относятся: NaCl (физраствор) – 0,85%; 4,5-5% глюкозы. Эти растворы применяются внутривенно при больших потерях крови для поддержания ритма сердечной мышцы и общего давления.

2. Гипертонические осмотические растворы. Их осмотические давления больше осмотического давления, например, плазмы крови. К ним относятся по отношению к плазме крови: 20% раствор глюкозы; 10% раствор NaCl. Применяется для дегидратации организмов в случае алергических оттеков, в небольших дозах при глаукоме, аллергических реакциях.

3. Гипотонические растворы. Их осмотические давления меньше осмотического давления, например, плазмы крови.

Рассмотрим поведение клеток в этих растворах.

Если клетка помещена в изотоническую среду, то она сохраняет тургор и все жизненные функции.

Если клетку поместить в гипертоническую среду, то вода из клетки устремляется в раствор. В растворе происходит отслаивание протоплазмы. Клетка сморщивается, наблюдается плазмолиз клетки. Если плазмолизированную клетку поместить в растворитель или гипотоническую среду, то возможен деплазмолиз и клетка востанавливает тургор и свои функции.

Если клетка помещена в гипотонический раствор, то вода диффундирует избирательно в клетку, клетка набухает и может произойти разрыв клеточной оболочки. Это явление называется лизис. Если клеткой выступает эритроцит, то наблюдается гемолиз клетки, соправаждающийся выходом гемоглобина во внешний раствор.

Осмотическое давление плазмы крви формируется в основном неорганическими ионами и низко молекулярными соединениями. Часть осмотического давления крови, обусловленная присутствием в ней высокомолекулярных веществ (главным образом белков), называется онкотичеким давлением крови; его значение не велико – 0,5% от общего давления крови (2,5-3,9 кПа), но играет большую роль.

При потере белков вследствие голодания, нарушения пищеварения, заболевания почек, возникает существенная разница между онкотическим давлением тканевой жидкости и крови. Вода устремляется в сторону высокого давления, т.е. в ткани и возникают онкотические отеки подкожной клетчатки. В таких случаях недопустимо потребление солей, что вызывает еще большее увеличение тканевого давления.

Осмотическое давление в организме регулируется: объемом легких, выделением пота, но главным образом почками. Почки отвечают за содержание воды в организме. Проницаемость почечной мембраны для молекул воды зависит от содержания в ней АДГ (антидиуретического гормона). При его недостатке из организма выводится большее количество воды, иногда в 10 раз больше нормы.

Осмос лежит в основе процессов: дыхания, усвоения пищи, распределения питательных веществ, выделения продуктов жизнедеятельности и т.д.