Основные понятия об осмотическом давлении (на уровне средней школы)
Несколько слов об осмотическом давлении
ОСМОС (osmosis) - медленное проникновение растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора разной концентрации. В результате происходит выравнивание концентраций этих двух растворов. В живых организмах в качестве растворителя выступает вода, а клеточные мембраны являются полупроницаемыми; осмос играет важную роль в осуществлении контроля за распределением воды в организме. Полупроницаемыми мембранами называются мембраны, которые пропускают только молекулы воды, не пропуская ионы солей. В настоящее время существует несколько принципов получения подобных мембран, в основном они используются в опреснительных установках.
Явление осмоса играет огромную роль в процессах жизнедеятельности. Животные и растительные клетки в составе своей оболочки имеют полупроницаемые мембраны и представляют собой по существу миниатюрные осмотические системы. Величина осмотического давления в клетках многих растений составляет 5-20 атм. Именно осмотическое давление (а не капиллярные эффекты, как думают многие) играют превалирующую роль в процессе всасывания воды корнями растений и переноса ее к вершинам растений (высота поднятия жидкости в капиллярах ограничена атмосферным давлением, т.е. максимум метров 10). Действием осмотического давления объясняется также набухание семян растений, явление «пробивания» растущими побегами земли и препятствий, лежащих на земле, и т.д.
Осмотическое давление крови зависит, в основном, от содержания солей и воды в плазме крови и обеспечивает поддержание на физиологически необходимом уровне концентрации различных веществ, растворенных в жидких средах организма, а также способствует распределению воды между тканями, клетками и кровью. Незначительные изменения солевого состава плазмы крови могут оказаться губительными для клеток организма (прежде всего клеток самой крови) из-за изменения осмотического давления.
Осмотическое давление кровяных эритроцитов человека составляет 7,6-7,9 атм., но разность осмотических давлений крови и лимфы (онкотическое давление), определяющая скорость перехода воды между ними, составляет лишь 0,03-0,04 атм. Онкотическое давление является фактором, способствующим переходу воды из тканей в кровяное русло; при снижении величины онкотического давления крови происходит выход воды из сосудов в интерстициальное пространство, что приводит к отеку тканей. Падение осмотического давления в клетках при обезвоживании организма приводит к их коллапсу (сжатию); наоборот, обессоливание организма приводит к набуханию и разрыву клеток (осмотический шок). Шок при сильных кровотечениях обусловлен не столько потерей крови, сколько резким падением осмотического давления и коллапсом сосудов. Поэтому при больших потерях крови пострадавшим вводят инертные высокомолекулярные заменители плазмы крови, благодаря которым восстанавливается осмотическое давление и устраняется шок.
Клетки крови имеют осмотическое давление одинаковое с плазмой. Инъекционные растворы, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению клеток, называются изотоническими, и они не вызывают изменения объема клеток. Растворы, осмотическое давление которых выше осмотического давления содержимого клеток, называются гипертоническими. Они вызывают сморщивание клеток в результате перехода части воды из клеток в раствор. Растворы с более низким осмотическим давлением называются гипотоническими. Они вызывают увеличение объема клеток в результате перехода воды из раствора в клетку (при этом, если раствор введен в кровь, эритроциты набухают и могут разрываться — происходит их гемолиз).