Осмотическим давлением называют величину, измеряемую минимальным гидравлическим давлением, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился.

Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах. Явление осмоса играет важную роль во многих хими­ческих и биологических системах. Благодаря осмосу регулиру­ется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмо­тическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается осмос.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называют изо­тоническими.

Если два раствора имеют различное осмотическое давление, то раствор с большим осмотическим давлением является, гипертоническим по отношению ко второму, а второй — гипотоническим по отношению к первому.

При помещении клеток в изо­тонический раствор клетки сохраняют свой размер и нормально функционируют.

При помещении клеток в ги­потонический раствор вода из менее концентрированного внеш­него раствора переходит внутрь клеток, что приводит к их набу­ханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Такое разрушение клеток называют лизисом. В случае эритроцитов этот процесс называют гемоли­зом. Кровь с клеточным содержимым, выходящим наружу при гемолизе, за свой цвет называется лаковой кровью.

При помещении клеток в гипертонический раствор вода из клеток уходит в более концентрированный раствор и наблюдает­ся сморщивание (высушивание) клеток. Это явление называется плазмолизом.

Процессы плазмолиза и лизиса зависят от проницаемости оболочек клеток. Так, если концентрированные растворы солей, глюкозы вызывают стойкий плазмолиз, то растворы спирта, хлороформа его не вызывают. Это связано с тем, что последние вещества, как и вода, легко проникают через клеточные мем­браны.

Биологические жидкости человека — кровь, лимфа, тканевые жидкости — представляют собой водные растворы низкомолеку­лярных соединений — NaCI, KC1, СаСl₂, высокомолекулярных соединений — белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и фор­менных элементов — эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. Их суммарным действием определяется осмотическое давление био­логических жидкостей.

Осмотическое давление крови человека при 310 К(37 °С) составляет 780 кПа (7,7 атм). Такое же давление создает и 0,9 %-ный водный раствор NaCI (0,15 моль/л), который, следовательно, изотоничен с кровью (физиологический раствор). Однако в крови кроме ионов Na⁺ и С1~ имеются и другие ионы, а также ВМС и форменные элементы. Поэтому в медицинских целях более правильно использовать растворы, содержащие те же компоненты и в том же количестве, что и входящие в состав крови. Эти растворы применяют в качестве кровезаменителей в хирургии.

Осмотическое давление биологических жидкостей у разных живых организмов неодинаково. Так, некоторые морские живот­ные имеют осмотическое давление крови выше, чем у человека. Последнее связано с обитанием этих животных в среде с высоким содержанием солей. Осмотическое же давление крови лягушек ниже, чем у человека.

Осмотическое давление ткане­вых жидкостей растений и многих морских животных в известной степени колеблется при изменении содержания растворенных веществ во внешней среде. Высокооргани­зованные животные обладают по­стоянным осмотическим давлени­ем крови и других биологических жидкостей, т. е. имеет место осмо­тический гомеостаз.

Человеческий организм поми­мо осмотического давления ха­рактеризуется постоянством (гомеостазом) и других физико-хи­мических показателей крови, на­пример кислотности.

Допустимые колебания осмотического давления крови весьма незначительны и даже при тяжелой патологии не превышают нескольких десятков кПа.

Таким образом, при различных процедурах в кровь человека и животных в больших количествах можно вводить только изотонические растворы.

При больших потерях крови, например после тяжелых опера­ций, травм, больным вводят по нескольку литров изотонического раствора для возмещения потери жидкости с кровью.

Явление осмоса широко используют в медицинской практике. Так, в хирургии применяют гипертонические повязки (марля, смоченная в гипертоническом 10 %-ном растворе NaCI), которые вводят в гнойные раны (рис. 2.19).

По закону осмоса ток жидкости раны через марлю направ­ляется наружу, в результате чего рана постоянно очищается oт гноя, микроорганизмов и продуктов распада.

Действие слабительных —- горькой соли MgSO₄ * 7H₂O и глаубе­ровой соли Na₂SO ₄ *10H₂O также основано на явлении осмоса. Эти соли плохо всасываются при попадании в желудочно-кишечный тракт. В результате применения гипертонических растворов этих солей в просвет кишечника устремляется большое количество воды через слизистую оболочку, что способствует послабляющему действию этих солей.

Гипертонические растворы в небольших количествах вводятся иногда внутривенно при глаукоме, чтобы уменьшить избыточное количество влаги в передней камере глаза.

Гипертонические растворы соли (рассол) и сахара (сироп) используют при консервировании продуктов, так как в этой среде происходит плазмолиз микроорганизмов.

Обменные процессы в организме на клеточном уровне происходят за счет осмоса. Именно данное явление и служит причиной поступления воды в клетку и межклеточные структуры и в обратном направлении. Осмотическое давление возникает в результате разной концентрации солей в органах, отдельных тканях, клетках и жидкостях и обеспечивает обмен (распределение) воды и находящихся в ней веществ в органах, тканях и клетках организма. Оно обеспечивает упругость клеток (тургор), эластичность тканей, способность органов держать и сохранять определенную форму. При этом, сами клетки человеческого организма представляют собой полупроницаемые мембраны, через которые осуществляется осмос. Осмометр - (осмо- + греч. metreo измерять) прибор для измерения осмотического давления или концентрации осмотически активных веществ; применяется при биофизических и биохимических исследованиях.

Роль осмоса в биосистемах. Понятие об гипо-, гипер-, изото­нических растворах. Изотонирование лекарственных форм.

В биологических жидкостях в больших количествах содержаться неорганические и органические вещества в виде молекул, ионов и коллоидных частиц. Их суммарная концентрация носит название осмолярности (осмотической концентрации). Осмолярная концентрация — это суммарное молярное количество всех кинетически активных, то есть способных к самостоятельному движению, частиц, содержащих­ся в 1л раствора, независимо от их формы, размера и природы. Осмо­тическое давление в первую очередь определяется концентрацией электролитов.

На долю высокомолекулярных соединений - белков - приходит­ся незначительная часть от общего давления, называемая онкотическим давлением Р = 2,5 - 4,0 кПа или 0,025 - 0,07 атм. Однако эта незначительная составляющая очень важна и отклонения имеют очень тяжелые последствия.

Стенка капилляров проницаема для воды и низкомолекулярных соединений, но не для белков. На артериальном конце капилляра со­левой раствор вместе с питательным веществами переходит в меж­клеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идет в обратном направлении, так как венозное давление ниже онкотического давления В результате, в кровь переходят вещества, отдавае­мые клетками.

При гнойных процессах, происходящее при этом разрушение белков сильно увеличивает величину онкотического давления. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации бел­ков крови, онкотическое давление падает. В результате происходит накопление жидкости в межклеточном пространстве. Возникают так называемые онкотические отеки подкожной клетчатки.

На клеточное осмотическое давление влияет обмен веществ. При распаде больших молекул осмолярность повышается, при синтезе — снижается. Осмотические взаимоотношения ответственны за распре­деление воды в организме.

Явлением осмоса объясняют действие солевых слабительных (MgS0₄, Na₂S0₄ • Н₂0). Обратное явление - переход жидкости из ки­шечника в брюшную полость - вызывают при перитониальном диа­лизе созданием в ней избыточной концентрации сильного электроли­та, посредством вскрытия брюшной полости и одновременным обильным введением влаги в желудок и кишечник. Это делают при острых отравлениях, проникающими через стенки желудка ядовиты­ми веществами. Вода увлекает за собой яды из желудочно-кишечного тракта в брюшную полость и удаляется.

Следует отметить, что детальный механизм осмоса не вполне по­нятен и в каждом конкретном случае может быть особым. Но термо­динамический подход и не требует знания механизма. Роль осмоти­ческих явлений в различных физиологических процессах чрезвычай­но велика. Постоянство осмотического давления (изоосмия) тех или иных физиологических сред представляет собой фундаментальное физико-химическое требование гомеостаза.

Давление внутри клетки называется тургорным или тургором. Когда тургорное давление равно осмотическому, клетка находится в состоянии водного баланса. Однако для нормального функциониро­вания тургорное давление должно быть немного ниже осмотического. Именно в этом случае возможен активный транспорт внутрь клетки.

Биологические жидкости человека представляют собой водные растворы низкомолекулярных соединений, ВМС и форменных эле­ментов.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называ­ются изотоническими. Если два раствора имеют разное осмотиче­ское давление, то раствор с большим осмотическим давлением называется гипертоническим, а второй — гипотоническим по отноше­нию к первому. В медицинской практике эталоном служит осмотиче­ское давление плазмы крови, которое при 310К (37°С) составляет 780 кПа (7,7 атм), 0,9% раствор натрия хлорида является изотоническим.

В медицинской практике часто используют гипертонические повязки (марля, смоченная в 10%-ном растворе NaCl), которые вводят в гной­ные раны. По закону осмоса ток жидкости раны через марлю направ­ляется наружу, в результате чего рана постоянно очищается от гноя, микроорганизмов и продуктов распада.

При помещении клетки в гипотонический раствор, наблюдается

лизис (разрыв), лизис эритроцитов называется гемолиз. Клетка в ги­пертоническом растворе подвергается плазмолизу.

В фармацевтической практике обязательному изотонированию подлежат инъекционные растворы и глазные капли, если позволяет терапевтическая доза.