Осмотическое давление, что оно собой представляет?

Явление осмотического давления в воде было обнаружено и описано еще в 1748 году французским физиком-экспериментатором Жаном-Антуаном Нолле.

Проводя свой эксперимент, Нолле наполнил сосуд этанолом и, закрыв его плотной мембраной, опустил в емкость с чистой водой. Под действием физических сил вода поступала внутрь сосуда с концентрированной жидкостью и создавала там давление, под действием которого сосуд раздувался. В процессе его эксперимента хватало пяти часов, чтобы объем в сосуде увеличился, а мембрана раздулась. Тогда он решил провести обратный опыт и наполнил колбу водой, поместив ее в сосуд со спиртом. Объем в колбе стал уменьшаться, а мембрана начала прогибаться вниз.

Нолле объяснил это явление, как избирательный перенос молекул через мембрану: когда жидкость с меньшей плотностью легко проходила через стенки мембраны, вторая, концентрированная, не могла осуществить диффузию.

Позже было доказано, что если к концентрированному раствору будет приложено давление, то перенос молекул растворителя можно замедлить или остановить в зависимости от величины давления. Наименьшее давление, за исключением давления самого растворителя, которое нужно приложить к раствору, чтобы предотвратить перемещение молекул чистого вещества через мембрану, было названо»«соматическое», а сам процесс произвольного перехода молекул растворителя стали называть «осмос».

Что такое осмотическое давление, и как оно влияет на человеческий организм

Осмос возникает в организме человека на границе двух различных растворов, разделенных между собой полупроницаемой мембраной. У одной жидкости есть возможность сквозь стенки проникать во вторую, которая уже подверглась воздействию первой.

На примере человеческого организма можно показать природу осмотического давления: вода проходит сквозь мембрану и попадает в кровь. Плазма содержит определенную концентрацию минеральных солей, глюкозы, белков. Показатель осмотического давления дает знать, достаточно ли обеспечен организм обменом водой между кровяным руслом и органами, которые находятся с внешней стороны сосудов. Осмотическое давление в организме человека — это величина силы, которая заставляет двигаться воду сквозь защитную оболочку эритроцитов.

Влияет на осмос в составе плазмы крови преимущественно соль, потому что белки, сахар и мочевина в ней содержатся в небольших количествах.

Оптимальная концентрация солевого раствора в кровяном русле должна быть 0,9 %. Такой показатель имеет название изотонический. Он равен величине осмоса крови. При величине, превышающей данный показатель, осмотическое давление становится гипертоническим. В случае, если данная цифра ниже, — гипотоническим. Для того чтобы организм человека функционировал в нормальном режиме, осмотическое давление должно быть в пределах оптимальных значений.

Понятно, что показатель осмоса не может быть постоянным, но если концентрация солей повышена или понижена на короткое время, то здоровая выделительная система без проблем удаляет лишнюю жидкость, солевые растворы и другие вещества. В этом случае организм сам заботится о присутствии внутри него правильного количества соли. Когда здоровье человека дает сбой, и осмотическое давление длительный период либо пониженное, либо повышенное, то это может стать причиной возникновения определенных болезней.

Среди наиболее вероятных последствий можно назвать гемолиз. Это такое состояние, при котором лопаются оболочки эритроцитов, и они растворяются в жидкости. Внешний вид крови, содержащей такие погибшие красные тельца, немного прозрачен. Если параметры силы осмоса далеки от оптимальных, то исчезнет упругость клеток, тканей и целых органов. И при повышенном осмотическом давлении, и при пониженном, у эритроцитов крови та же участь — разрушение.

Понятие об осмотическом и онкотическом давлении

Осмос – процесс перехода жидкости из раствора с меньшей концентрацией (гипотонический) в соседний, с большей концентрацией (гипертонический). Такой переход возможен только в соответствующих условиях: при «соседстве» жидкостей и при разделении пропускающей (полупроницаемой) перегородки. При этом они оказывают друг на друга определенное давление, которое в медицине принято называть осмотическим.

В человеческом организме каждая биологическая жидкость представляет собой именно такой раствор (например, лимфа, тканевая жидкость). А стенки клеток являются «барьерами».

Одним из важнейших показателей состояния организма, содержания в крови солей и минералов является осмотическое давление

Осмотическое давление крови – важный жизненный показатель, отражающий концентрацию ее составных элементов (соли и минералы, сахара, белки). Также это измеряемая величина, определяющая силу, с которой вода перераспределяется в ткани и органы (либо наоборот).

Научно определено, что эта сила соответствует давлению в физрастворе. Так медики называют хлористый раствор натрия с концентрацией 0,9%, одна из главных функций которого – плазмозамещение и гидратация, что позволяет бороться с обезвоживанием, истощением в случае больших кровопотерь, а также он предохраняет эритроциты от разрушения при введении лекарств. То есть относительно крови он изотонический (равный).

Онкотическое давление крови – составная часть (0,5%) осмоса, чье значение (необходимое для нормального функционирования организма) колеблется от 0,03 атм до 0,04 атм. Отражает силу, с которой белки (в частности, альбумины) действуют на соседние субстанции. Белки тяжелее, но их численность и подвижность уступает частицам солей. Потому онкотическое давление гораздо меньше осмотического, однако это не уменьшает его значимость, которая заключается в поддержании перехода воды и предупреждении обратного всасывания.

Не менее важен и такой показатель, как онкотическое давление крови

Представить их взаимосвязь и значимость каждого помогает анализ структуры плазмы, отраженный в таблице.

За поддержание постоянного состава отвечают регуляторные и обменные системы (мочевыделительная, лимфатическая, дыхательная, пищеварительная). Но начинается этот процесс с сигналов, подаваемых гипоталамусом, отвечающим на раздражение осморецепторов (нервные окончания в клетках кровеносных сосудов).

Уровень этого давления напрямую зависит от работы гипоталамуса

Для исправной работы и жизнеспособности организма давление крови должно соответствовать клеточному, тканевому и лимфатическому. При исправной и слаженной работе систем организма его величина остается постоянной.

Она может резко вырастать при физических нагрузках, но быстро приходит в норму.

Какие показатели считаются нормой, а какие – отклонением от нормы

Во время данного обследования крови находят точку ее замерзания. Оптимальное значение для кровяного раствора, это минус 0,56-0,58 градусов. Если перевести в атмосферное давление, то нормальными показателями силы осмоса является величина в 7,5-8 миллиметров ртутного столба. При показателе либо большем, либо меньшем, чем указанные границы, его величина будет отклонением от оптимальной.

Белки, как и соли, также создают осмотическое давление плазмы, но более слабое, в сравнении с ними (его величина составляет 26-30 миллиметров ртутного столба). Такое давление еще называют онкотическим, и оно изменяет значение общего показателя.

Что влияет на показатели осмоса

На показатели силы осмоса оказывают влияние правильность питания и питьевой режим, а также здоровая функциональность органов выделения. Количество солей в составе плазмы прямо воздействует на показатели осмотического давления. При их избытке осмос будет повышаться, а при недостатке — понизится.

А норма употребления жидкости должна быть не менее 1,5 литра в сутки, иначе организм будет обезвоживаться, и кровь обретет повышенную вязкость.

Но, к счастью, при дефиците жидкости, у человека возникает жажда, и он пополняет свой запас воды. Работа почек, мочевого пузыря и железы потоотделения также регулируют количество солей и растворителя в организме, но если повышенная концентрация соли постоянна, то это провоцирует ее задержку в клетках. Затем стенки сосудов делаются более толстыми, сужаются просветы межклеточного пространства.

Как результат, возникает задержание жидкости, что приводит к увеличению объемов крови, движущейся по сосудам, что провоцирует возрастание показателей артериального давления. Все это отрицательно влияет на функционирование сердечно-сосудистой системы и вызывает появление отеков.

От чего зависит осмотическая величина

Осмотическое давление зависит от содержания электролитов, которые включает в себя плазма крови. Те растворы, которые по концентрации схожи с плазмой, называются изотоническими. К таковым относится популярный физраствор, вот почему его всегда используют для капельниц, когда необходимо восполнить водный баланс или когда была кровопотеря.

Именно в изотоническом растворе чаще всего растворяются вводимые препараты. Но иногда может потребоваться использование других средств. К примеру, гипертонический раствор необходим для выведения воды в сосудистый просвет, а гипотонический помогает очистить раны от гноя.

Осмотическое давление клетки может зависеть от обычного питания.

К примеру, если человек потребил большое количество соли, тогда концентрация ее в клетке увеличится. В дальнейшем это приведет к тому, что организм будет стремиться уравновесить показатели, потребив воды больше для нормализации внутренней среды. Таким образом, вода будет не выводиться из организма, а аккумулироваться клетками. Такое явление часто провоцирует развитие отечности, а также гипертензии (за счет увеличения общего объема крови, циркулируемой в сосудах). Также клетка после перенасыщения водой может лопаться.

Чтобы более понятно разъяснить изменения, происходящие в клетках, погруженных в разную среду, следует описать кратко одно исследование: если эритроцит поместить в дистиллированную воду, то он будет напитываться ею, увеличиваясь в размерах до разрыва оболочки. Если же его поместить в среду с большой концентрацией соли, то он начнет постепенно отдавать воду, сморщиваться, усыхать. Лишь в изотоническом растворе, который имеет такой же изоосмотический, как и сама клетка, она будет оставаться на том же уровне.

Это же происходит с клетками внутри организма человека. Именно поэтому столь распространено наблюдение: после съеденного соленого человеку сильно хочется пить. Такое стремление объясняется физиологией: клетки «хотят » к привычному уровню давления, под воздействием соли они сморщиваются, вот почему у человека возникает жгучее желание выпить простой воды, чтобы восполнить недостающие объемы, уравновесить организм.

Иногда больным дают специально приобретенные в аптеках смеси электролитов, которые затем разводятся в воде и принимаются в качестве питья. Это позволяет восполнить потерю жидкости в случае отравлений.

Методы измерения

Наиболее широко распространенных способов измерения давления осмоса существует два. Каким из них воспользоваться, врачи выбирают, исходя из ситуации.

Криоскопический способ

Поскольку температура замерзания крови напрямую зависит от количества в ней веществ, то данный метод часто используют. Чем насыщеннее плазма, тем при более низкой температуре она твердеет. Показатель осмоса, это важный параметр в работе организма, и он показывает, в оптимальных ли количествах присутствует в нем растворитель (вода).

Измерение осмометром

Второй вариант измерения предлагает делать это при помощи специального прибора — осмометра. Он представляет собой 2 колбы с перегородкой. Проходимость между ними частичная.

В одну из них наливают кровь и накрывают крышкой со шкалой, а в другую раствор. Он может быть гипертоническим, гипотоническим либо изотоническим. Смотрят на показатели шкалы в сосуде.

Что происходит при отклонениях?

При увеличении показателей осмотического давления крови происходит перемещение клеток воды из эритроцитов в плазму, вследствие чего клетки деформируются и теряют свою функциональность. При упадке концентрации осмолей, происходит увеличение насыщенности клетки водой, что влечет к увеличению её размеров и деформации мембраны, которая именуется гемолизом.

Гемолиз характеризуется тем, что при нем деформируются наиболее численные клетки крови – красные тельца, также именуемые эритроцитами, тогда белок гемоглобина попадает в плазму, впоследствии чего она становится прозрачной.

Гемолиз делиться на следующие виды:

При исследованиях, как клинических, так и в целях науки, осмотический гемолиз задействуют для определения качественных показателей красных клеток, (метод осмотического сопротивления красных клеток), а также противодействию оболочек красных клеток к деформации в растворе.

Способы нормализации

Человеческий организм обладает способностью саморегуляции осмотического давления. Когда от головного мозга поступает соответственный импульс об уменьшении объема межклеточной жидкости, то образуется гормон, который поступает в кровь. Затем на его присутствие реагируют почки.

Также способностью привести параметры осмотического давления к оптимальным значениям обладает и кровь, которая исполняет роль буферного устройства, как при повышении давления, связанного с осмосом, так и при его понижении.

Это происходит из-за перераспределения ионов между плазмой крови и красными тельцами, и «умением» белков в составе крови присоединять либо отдавать ионы.

Особенности осмотического давления

В то время как гидростатическое давление вытесняет жидкость из капилляра, осмотичный тиск возвращает ее обратно. Осмотическое давление зависит от градиентов осмотической концентрации, то есть разницы концентраций растворенного вещества в крови и тканевой жидкости. Из области с более низкой концентрацией растворенного вещества вода направляется через полупроницаемую мембрану в области с более высокой концентрацией.

Механизмы осмоса наиболее наглядно демонстрируются живой природой на примере наземных растений. За счёт них происходят важнейшие процессы жизнедеятельности. Абсолютные величины этого показателя у растений довольно высоки. Наиболее высокое осмотическое давление свойственно клеткам плодов фруктовых деревьев, сахарной свёклы и ягод винограда. Именно за счёт большого внутриклеточного давления фрукты становятся упругими и сочными.

При рассмотрении процессов, происходящих в крови и тканевой жидкости, нужно отметить, что сформированные элементы крови не влияют на градиенты осмотической концентрации. Осмотическое давление крови в основном обеспечивается белками плазмы. Из-за большого размера и химической структуры они не растворяются, а диспергируются (или суспензируют) в их жидкой среде, образуя коллоид, а не раствор.

Боль в прямой кишке у женщин после дефекации

Натиск, создаваемый концентрацией коллоидных белков в крови, называется коллоидным осмотическим давлением крови. Его влияние на капиллярный обмен объясняет реабсорбцию воды. Плазменные белки не могут перемещаться через полупроницаемую мембрану капиллярных клеток, и поэтому они остаются в плазме. В результате кровь имеет более высокую коллоидную концентрацию и более низкую концентрацию воды, чем тканевая жидкость.

Таким образом, вода выводится из тканевой жидкости обратно в капилляр, неся с собой растворённые молекулы продуктов обмена. Этот механизм лежит в основе процесса реабсорбции.

Профилактические методы

На регуляцию силы осмоса оказывают влияние почки. Если организм нуждается в дополнительной жидкости, то насыщенность крови активными веществами будет избыточной, а это провоцирует возрастание значения давления. Поэтому нужно внимательно относиться к своим чувствам, и если возникает жажда, ее тут же нужно утолять.

Также следует придерживаться правильного питания:

1. Следят за количеством соли в пище. Пересол и избыточное увлечение пряностями может привести к снижению проницаемости сосудов из-за наличия на их стенках отложений соли.
2. Ограничивают такие напитки, как кофе, кока-кола, пиво. Они могут спровоцировать склеивание эритроцитов и обладают мочегонным эффектом, то есть активно выводят жидкость из организма.
3. Нужно отказаться от различных диет и голодания. Эти эксперименты над собой приводят к снижению уровня белков в составе крови, а это изменяет вязкость крови и способствует возникновению тромбоза, вызывает истощение и чувство усталости, снижаются защитные силы человека.

Сила осмоса в человеческом организме отвечает за оптимальное перераспределение жидкости, потому что количество активных веществ должно находиться на определенном уровне. Это очень важный показатель, который освещает состояние здоровья. Для того чтобы его значения были в пределах нормы, полезно пить больше воды, а соль добавлять в пищу в умеренных количествах.