Zahtjevi izvedbe vode za piće značajno su porasli tijekom proteklih desetljeća. To ne znači da su ljudi počeli konzumirati kvalitetniju tekućinu, ali tehnologije filtriranja i pročišćavanja vode doista su postale učinkovitije. Istodobno, takvi uređaji ne rade uvijek na fundamentalno novim tehnologijama - programeri često temelje sustave čišćenja na principima koji nas okružuju u prirodi. Osmoza je jedan od tih fenomena. Što je to i kako može koristiti prosječnoj osobi? Ovaj proces, što vam omogućuje pružanje u prirodnim uvjetima. Postoje različiti pristupi tehničkoj provedbi osmoze, ali njeni ciljevi ostaju isti – dobiti čistu i zdravu vodu za konzumaciju.
Princip osmoze
Ovaj se proces može odvijati u sustavima gdje je pokretljivost otopljenih elemenata manja od razine aktivnosti otapala. Tipično, stručnjaci jasnije demonstriraju ovaj fenomen pomoću polupropusne membrane. Važno je uzeti u obzir da se takve membrane mogu nazvati polupropusnim samo za neke čestice. Sada možemo točnije odgovoriti na sljedeće pitanje: osmoza - što je to? U suštini, to je proces izdvajanja određenih tvari iz okoline u kojoj su bile prije razdvajanja kroz membranu. Na primjer, ako se takva membrana koristi za odvajanje čistog otapala i otopine, tada će koncentracija prvog u mediju biti manja, budući da je određeni udio njegovih molekula zamijenjen česticama otopljenih tvari.
Što je posebno kod reverzne osmoze?
Proces reverzne osmoze je napredna tehnologija za filtriranje različitih medija. Opet, vrijedi se vratiti principu na kojem djeluje osmoza - što je to u svom dovršenom obliku? Ovo je npr. morska voda, koji je pročišćen od soli. Na isti način možete filtrirati i druge zagađivače. U tu svrhu koristi se reverzna osmoza u kojoj tlak djeluje na medij i tjera tvar da prođe kroz membranu za pročišćavanje.
Unatoč visokoj učinkovitosti takvog pročišćavanja, proizvođači su uspjeli postići značajan napredak u tehnološkom razvoju ovog koncepta tek u posljednjim desetljećima. Suvremeno čišćenje uključuje korištenje najtanjih membrana koje ne dopuštaju prolaz čak ni česticama u obliku nečistoća niske molekularne težine - usput, njihova veličina može biti do 0,001 mikrona.
Tehnička izvedba
Unatoč prividnoj složenosti, reverzna osmoza se provodi u prilično kompaktnim uređajima. Osnovu takvih sustava čine filtri, kojih može biti nekoliko. U tradicionalnom dizajnu, čišćenje počinje predfilterima. Nakon toga slijedi kombinirani naknadni filter, koji također može obavljati dodatne funkcije kao regenerator ili mineralizator. Najnapredniji modeli uključuju visoko selektivne membrane - ovo je najučinkovitiji i najskuplji sustav. Osmoza u ovom dizajnu ne samo da pruža višestupanjsko pročišćavanje, već i omekšava vodu. Filtri su također opremljeni ulošcima, posebnim keramičkim slavinama, spremnicima za pohranu s mogućnošću zamjene spremnika i poklopca.
U procesu prolaska kroz njega se čisti od otopljenih i mehaničkih nečistoća, klora i njegovih spojeva, herbicida, aluminija, naftnih derivata, pesticida, elemenata gnojiva, fenola, teških metala, kao i virusa i bakterija. Učinak takvog čišćenja može se primijetiti i bez posebne analize. Obična voda iz slavine, na primjer, uklanja miris i neugodan okus. Štoviše, navedena funkcija mineralizacije osigurava da je sastav obogaćen prirodnim mineralima, uključujući i korisne ione.
Proizvođači filtera i cijene
Možda u Rusiji nema poznatijih filtara za vodu od proizvoda Aquaphor. Tvrtka proizvodi ultrakompaktne automatske sustave koji provode visokokvalitetno čišćenje obogaćeno korisnim elementima. Posebnost Aquaphor ponude je učinkovitost i praktičnost sustava koji omogućuju brzu osmozu. Cijena takvih uređaja je 8-9 tisuća rubalja. Proizvodi marke Geyser također su popularni - posebno serija Prestige. Takvi filteri kombiniraju visokokvalitetno čišćenje i jednostavnost korištenja. Usput, resurs membrane reverzne osmoze takvog sustava je 10 puta duži od vijeka trajanja standardnih patrona. Kompletan set takvog filtracijskog kompleksa košta oko 10 tisuća rubalja. Strani sustavi s reverznom osmozom također su traženi na domaćem tržištu, među kojima su japanski proizvodi iz Toraya. Programeri nude uređaje s izravnim protokom koji ne zahtijevaju spremnik i opremljeni su zasebnom slavinom.
Sadržaj članka
OSMOZA, prijenos tvari iz jedne otopine u drugu kroz membranu. Membrane koje nisu propusne za sve, već samo za određene tvari nazivaju se polupropusne. Na primjer, na ljuske jaja sa iznutra susjedna je polupropusna membrana: ona propušta molekule vode i zadržava molekule šećera. Ako se takvom membranom razdvoje otopine šećera koncentracije 5 odnosno 10%, tada će kroz nju u oba smjera prolaziti samo molekule vode. Budući da će voda teći iz razrijeđene otopine u koncentriranu otopinu brže nego u suprotnom smjeru, općenito će kretanje vode između dvije otopine biti u istom smjeru. Kao rezultat toga, u razrijeđenijoj otopini koncentracija šećera će se povećati, au koncentriranijoj otopini, naprotiv, smanjiti. Kada koncentracija šećera u obje otopine postane ista, nastupit će ravnoteža. Otopine koje su postigle ravnotežu nazivaju se izotonične.
Osmoza svira važnu ulogu u mnogim biološkim procesima. Membrana koja okružuje normalnu krvnu stanicu propusna je samo za molekule vode, kisika, hranjivih tvari otopljenih u krvi i staničnih otpadnih proizvoda; za velike proteinske molekule koje su u otopljenom stanju unutar stanice, neprobojan je. Stoga, proteini koji su toliko važni za biološki procesi, ostaju unutar ćelije.
I mehanizam osmoze i čimbenici koji određuju propusnost membrane još nisu u potpunosti razjašnjeni. Je li određena membrana polupropusna i, ako jest, za koje tvari, može se utvrditi samo eksperimentalno.
Osmotski tlak.
Kada su dvije otopine s različitim koncentracijama otopljene tvari odvojene polupropusnom membranom, na membranu djeluje sila od razrijeđene prema koncentriranijoj otopini. Ta sila, nazvana osmotski tlak, može biti vrlo značajna. U drvetu se, primjerice, pod utjecajem osmotskog tlaka diže biljni sok od korijena do samog vrha. Ali u drvetu, kretanje koncentrirane otopine, poput biljnog soka, nije ničim ograničeno. Ako se takva otopina nalazi u zatvorenom prostoru, na primjer u krvnoj stanici, tada osmotski tlak može dovesti do pucanja stanične stijenke. Zbog toga se lijekovi namijenjeni davanju u krv otapaju u izotoničnoj otopini koja sadrži onoliko natrijevog klorida (kuhinjske soli) koliko je potrebno za uravnoteženje osmotskog tlaka koji stvara stanična tekućina. Kad bi se infuzirani lijekovi pripremali u vodi, osmotski tlak, tjerajući vodu u krvne stanice, uzrokovao bi njihovo pucanje. Ako unesete previše koncentriranu otopinu natrijevog klorida u krv, tada će voda izaći iz stanica i one će se smanjiti.
Količina osmotskog tlaka koju stvara otopina ovisi o količini, a ne o kemijskoj prirodi tvari otopljenih u njoj (ili iona, ako molekule tvari disociraju). Što je veća koncentracija otopine, to stvara veći osmotski tlak. Ovo pravilo, koje se naziva zakon osmotskog tlaka, izražava se jednostavnom formulom vrlo sličnom zakonu o idealnom plinu. Zakon osmotskog tlaka može se koristiti za izračunavanje molekularne težine određene tvari.
Osnovni obrasci ulaska vode u stanicu
Budući da se većina vode prisutne u stanici nalazi u vakuoli, počet ćemo razmatrati problem ulaska vode s puta kojim molekula vode prolazi pri ulasku u staničnu vakuolu. Voda mora proći kroz dvije membrane (plazmalemu i tonoplast) i kroz citoplazmu koja se nalazi između njih (mezoplazma). Obično se sve tri ove strukture smatraju jednom membranskom barijerom.
Da bismo zamislili kako voda prolazi kroz membranu, stavimo stanicu, čije vakuole sadrže soli, šećere, aminokiseline itd., u posudu s destiliranom vodom. Prema molekularno-kinetičkoj teoriji, molekule svih tvari nalaze se u stanju brzog kaotičnog gibanja, čija brzina ovisi o energiji tih molekula. Budući da su molekule vode male i prolaze kroz stanične membrane puno brže nego molekule drugih tvari, možemo se, radi jednostavnosti, ograničiti na razmatranje samo kretanja molekula vode. Te molekule difundiraju u svim smjerovima: u i iz stanice, u i iz različitih staničnih organela. Vakuola sadrži značajne količine otopljenih tvari. Molekule tih otopljenih tvari slabe veze između molekula vode sadržanih u vakuoli, privlačeći ih k sebi i time smanjujući njezin ukupni protok iz stanice prema van. U određenom smislu, otopljene tvari smanjuju aktivnost molekula vode. Kao posljedica toga, kinetička energija vode u vakuoli niža je nego u relativno čišćoj vodi izvan stanice. To znači da s vanjske strane vakuole više vode pogađa bilo koji dio njezine membrane u jedinici vremena, a veći broj njih prodire unutar tog područja nego što iz njega izlazi. Uslijed te brze neravnomjerne dvosmjerne difuzije molekula vode kroz membranu vakuole povećava se volumen vakuole i stvara se turgor – sadržaj stanice pritišće se na njezinu stijenku.
Osmotski mehanizam ulaska vode
Razlog jednosmjerne difuzije je razlika u koncentracijama otopina s obje strane membrane. Sustav koji sadrži otopine različitih koncentracija (ili otopinu i otopljenu tvar), odvojene membranom, naziva se osmotski. Prostor okružen selektivno propusnom membranom i ispunjen nekom vodenom otopinom naziva se osmotska stanica.
Stanica je osmotski sustav: jače koncentrirana otopina je unutarstanični sadržaj (vakuolarni sok), manje koncentrirana otopina je otopina u slobodnom prostoru stanice, a ulogu propusne membrane koja razdvaja te prostore ima plazmalema, mezoplazme i tonoplasta.
Difuzija vode kroz selektivno propusnu membranu naziva se osmoza; koncentracija otopljenih tvari u vakuoli služi kao mjera maksimalnog kapaciteta stanice da apsorbira vodu.
studiranje biljna stanica kako osmotski regulirani sustav počelo davno. Prije otprilike 180 godina (1826.) francuski botaničar G. Dutrachet proučavao je osmozu u stanici pomoću vrlo jednostavnog uređaja: pričvrstio je pergamentnu vrećicu na vrh staklene cijevi, napunio je otopinom soli ili šećera i spustio u čašu vode; Istodobno je uočeno kretanje vode u vrećici i njezin blagi porast duž cijevi. Ovaj najjednostavniji model stanice nazvan je Dutrochetov osmometar. Ali oslobađanje šećera iz vrećice nije nam omogućilo određivanje osmotskog tlaka.
Godine 1877. njemački botaničar W. Pfeffer stvorio je napredniji model biljne stanice (slika 4.2).
Riža. 4.2. Osmotska stanica: A– Pfefferov osmometar; B– biljna stanica
U Pfefferovom osmometru, za razliku od Dutrachetovog osmometra, pojavio se dio koji oponaša staničnu membranu - poroznu porculansku posudu. Propusna membrana pripremljena je na sljedeći način: u posudu je ulivena otopina bakrenog sulfata, a zatim je umočena u otopinu kalijevog ferocijanida. Kao rezultat toga, u porama koje su bile u porculanu nastala je selektivno propusna membrana bakrenog ferocijanida. U ovom slučaju, propusna membrana formirana u stijenci porozne posude, baš kao što plazmalema ulazi u interfibrilarne šupljine stanične stijenke. Porculanska posuda je zatim napunjena otopinom šećera koja simulira vakuolarni sok i stavljena u vodu. Voda je ušla u uređaj. Povezavši svoj uređaj, koji simulira ćeliju, s monometrom, W. Pfeffer je ustanovio da razina tekućine u monometru raste najprije brže, zatim sporije, dok se nije ustalila na određenoj razini. Hidrostatski tlak stupca tekućine u monometrijskoj cijevi služi kao mjera osmotskog tlaka otopine.
Osmotski tlak može se utvrditi samo ako se otopina nalazi u posudi sa selektivno propusnom membranom, s druge strane koje se nalazi otapalo. Dakle, osmotski tlak u odsutnosti propusne membrane je takoreći u potencijalnom stanju i stoga je dobio naziv osmotski potencijal i označen slovom R. Osmometrom W. Pfeffera utvrđeno je da je osmotski potencijal proporcionalan temperaturi i koncentraciji vakuolarnog soka. Prema tome, vrijednost R nije konstantan.
Za izračun potencijalnog tlaka upotrijebite formulu (Boyle-Mariotov zakon za plinove):
R = iSRT, (4.1)
Gdje S– koncentracija otopine u molovima; T– apsolutna temperatura; R– plinska konstanta; i– izotonični koeficijent jednak 1 + a ( n– 1), a – stupanj ionizacije, n– broj iona na koje disocira molekula elektrolita.
Ovaj izraz vrijedi za razrijeđene otopine i znači da je osmotski tlak pri konstantnoj temperaturi određen koncentracijom čestica (molekula, iona) topljive tvari (količina po jedinici volumena otopine). Potencijalni osmotski tlak odražava najveći mogući tlak koji otopina određene koncentracije ima, odnosno maksimalnu sposobnost otopine u stanici da apsorbira vodu.
Dakle, na vrijednost osmotskog potencijala stanice utječe koncentracija tvari otopljenih u vakuolarnom soku. Te se tvari nazivaju osmotski aktivnima. To uključuje organske kiseline, aminokiseline, šećeri, soli. Ukupna koncentracija ovih tvari u vakuolarnom soku varira od 0,2 do 0,8 M.
Veličina osmotskog potencijala je različita za različite vrste biljke. Najniži osmotski tlak kod biljaka koje rastu u svježa voda(1–3 atm), u morskim algama doseže 36–55 atm. Za kopnene jednogodišnje biljke karakterističan je sljedeći obrazac: na sušnijim mjestima biljke imaju više vrijednosti osmotskog potencijala. U uvjetima normalne opskrbe vodom, osmotski potencijal stanica je 5-10 atm, na slanim tlima - 60-80 atm, pa čak i 100. Najveći osmotski potencijal koji se može primijetiti na slanim tlima je 202,5 atm. Iznimka su sukulenti. Rastući na suhim mjestima, imaju nizak osmotski potencijal jer akumuliraju vodu u stanicama.
Vrijednost osmotskog potencijala također varira unutar jedne biljke: najmanji u korijenu (5-10 atm), najveći u gornjim listovima (do 40 atm). Mlade biljke imaju manji osmotski potencijal od starih.
Veličina osmotskog potencijala varira ovisno o vanjskim uvjetima: opskrba vodom, temperatura, intenzitet svjetlosti. Ovi čimbenici određuju njegove privremene promjene. U podne, gubitak vode zbog transpiracije i nakupljanje asimilata u stanicama lista uzrokuje povećanje osmotskog potencijala. Uz dobru opskrbu vodom, osobito kod vodenih biljaka, fluktuacije osmotskog potencijala ovise samo o brzinama procesa fotosinteze povezanih s promjenama intenziteta svjetlosti tijekom dana.
U meristematskim stanicama koje ne sadrže središnju vakuolu dolazi i do osmotskog influksa vode, pri čemu plazmalema služi kao selektivno propusna membrana, a citoplazma kao osmotski aktivna otopina.
Nakon rada W. Pfeffera ulazak vode u stanicu počeo se objašnjavati razlikom u osmotskim potencijalima vakuolarnog soka i vanjske otopine. Kad je stanica bila u hipotoničnoj otopini, u nju je ušla voda (endoosmoza). Ako je stanica bila u hipertoničnoj otopini, tada je iz nje izlazila voda (egzoosmoza). U potonjem slučaju, protoplast bi, nakon vakuole koja se skuplja, mogao zaostajati za staničnom membranom, au ovom slučaju dolazi do plazmolize. Pri istim osmotskim potencijalima otopina u stanici i izvan nje (izotonična otopina) količina vode u stanici se ne mijenja.
Ovo objašnjenje ulaska vode u stanicu dugo se smatralo jedinim. Međutim, 1918. A. Ursprung i G. Blum (Njemačka) pokazali su da protok vode u stanicu ne ovisi samo o razlici osmotskih potencijala, već i o takozvanoj usisnoj sili. Objasnimo ovaj pojam.
Kada voda uđe u stanicu, volumen vakuole se povećava, a potonja vrši sve veći pritisak na citoplazmu. Citoplazma je pritisnuta na staničnu membranu. Stanična membrana se rasteže i volumen stanice se povećava. Pritisak protoplasta na staničnu membranu naziva se turgor. Počelo se označavati slovom T. Ako bi se stanična stijenka mogla beskonačno rastezati, tada bi se apsorpcija vode nastavila sve dok se koncentracija otopina izvana i iznutra ne izjednači. Ali stanična membrana ima malu elastičnost, pa počinje pritiskati protoplast u suprotnom smjeru. Povratni pritisak stanične stijenke na protoplast naziva se turgorna napetost. Budući da je tlak isti kao protutlak, turgorski tlak je apsolutna vrijednost isto s turgorskom napetošću. Budući da je hidrostatski, turgorski tlak se suprotstavlja daljnjem ulasku vode u stanicu na isti način kao stupac tekućine u cijevi Pfefferovog osmometra. Postupnim ulaskom vode u stanicu raste pritisak stanične membrane na protoplast, koji će se na kraju izjednačiti s osmotskim tlakom. Dotok vode u stanicu će prestati i nastupit će ravnoteža koja se naziva stanjem zasićenja: količina vode u vakuoli se ne mijenja, iako se molekule vode nastavljaju kretati kroz membranu u oba smjera.
U stanju zasićenja, osmotski potencijal je isti u apsolutnoj vrijednosti i turgorskom tlaku: R = T. Dakle, voda može ući u stanicu samo ako je osmotski potencijal veći od turgorskog tlaka. Sila kojom voda ulazi u vakuolu naziva se usisavanje: S = R – T.
Ovaj izraz je postao glavni u određivanju količine vode koja ulazi u stanicu zbog osmotskih sila.
Ako je stanica potpuno zasićena vodom (turgenescentna) S= 0, tada R = T(desna strana slike). Kada se smanji zaliha vode (vjetar, nedostatak vlage u tlu i sl.), tada se najprije javlja deficit vode u membranama stanica, potencijal vode u njima se smanjuje (postaje manji nego u vakuolama) i voda se počinje kretati u stanične membrane. Istjecanjem vode iz vakuole smanjuje se turgorski tlak, a time se povećava usisna sila. S dugotrajnim nedostatkom vlage, većina stanica gubi turgor. Pod ovim uvjetima T = 0, S = R(Slika 4.3).
Riža. 4.3. Odnos između turgorskog tlaka (T), osmotskog tlaka (P) i sile usisavanja (S)
Kada je stanica u hipertoničnoj otopini, dolazi do plazmolize s postupnim gubitkom vode. Vanjska otopina lako prolazi kroz staničnu membranu i ispunjava prostor između stanične membrane i kontrahirajućeg protoplasta. Kada se voda gubi zbog isparavanja u zračni okoliš, zahvaljujući velikim adhezijskim silama između molekula vode, protoplast, skupljajući se u volumenu, ne zaostaje za staničnom stijenkom, već je vuče za sobom. Stanična membrana, koja se kreće iza protoplasta koji se skuplja, savija se i ne samo da ne vrši pritisak na nju, već, naprotiv, pokušava je rastegnuti. U tom slučaju vrijednost turgorskog tlaka iz pozitivne postaje negativna, od čega S = R – (–T) = R + T. To znači da u uvjetima teške dehidracije, usisna sila stanice može biti veća od osmotskog potencijala. Ovo stanje se naziva citoriza.
Kako stanica apsorbira vodu, s jedne strane, dolazi do smanjenja osmotskog potencijala zbog smanjenja koncentracije vakuolarnog soka, as druge strane, turgor se naglo povećava; zbog toga se usisna sila smanjuje. Kada voda nastavi ulaziti u stanicu, sila usisavanja se smanjuje i postaje jednaka nuli. Protok vode prestaje.
Posljedično, opskrba vodom zahvaljujući osmotskim silama stvara uvjete za eliminaciju daljnje apsorpcije vode od strane stanice. Ali stanica nastavlja isparavati vodu, turgor se smanjuje i ponovno se pojavljuje sila sisanja. Dakle, proces ulaska vode u stanicu je samoregulirajući.
Stanica može povećati svoj osmotski potencijal, a time i snagu usisavanja, aktivnim transportom organskih i mineralnih tvari u vakuolu, kao i kao rezultat enzimske pretvorbe netopivih tvari u topive tvari (škroba u šećer, bjelančevina u aminokiseline). kiseline), ili kao rezultat razgradnje heksoza u trioze, disaharida u monosaharide.
U naše vrijeme, poznati stručnjaci za metabolizam vode u biljkama, R. Slatcher i S. Taylor, predložili su zamjenu starog i naširoko korištenog pojma "sila usisavanja" s "potencijal vode".
Osmoza je od velike važnosti u životu ljudi, životinja i biljnih organizama. Kao što je poznato, sva biološka tkiva sastoje se od stanica unutar kojih se nalazi tekućina (citoplazma), koja je otopina raznih tvari u H 2 O. Stanična membrana je polupropusna i voda kroz nju prolazi prilično slobodno.
Ljuska omogućuje prolazak iona elektrolita i molekula drugih tvari strogo selektivno.
Izvana se stanice ispiraju međustaničnom tekućinom, koja je također vodena otopina. Štoviše, koncentracija otopljenih tvari unutar stanica veća je nego u međustaničnoj tekućini. Kao rezultat osmoze opaža se prijelaz otapala iz vanjskog okoliša u stanicu, što uzrokuje njezino djelomično bubrenje ili turgor. U tom slučaju stanica dobiva odgovarajuću čvrstoću i elastičnost. Turgor doprinosi očuvanju određenog oblika organa kod životinjskih organizama, stabljike i lišća kod biljaka. Kod posječenih biljaka uslijed isparavanja vode smanjuje se volumen međustanične i unutarstanične tekućine, smanjuje se osmotski tlak, smanjuje se elastičnost stanica i biljka vene. Hidratizacija biljaka stavljanjem u vodu uzrokuje osmozu i opet daje elastičnost tkivima.
Krv, limfa, ljudske tkivne tekućine su vodene otopine molekule i ione mnogih tvari te stoga imaju određeni osmotski tlak. Štoviše, tijekom cijelog života tijela, biološke tekućine održavaju svoj tlak na konstantnoj razini, bez obzira na stanje vanjskog okruženja. Ova pojava se drugačije nazivaizosmija ljudskog tijelai sastavni je dio općenitijeg procesa - homeostaza ili postojanost niza fizikalnih i kemijskih pokazatelja unutarnjeg okoliša osobe u promjenjivim vanjskim uvjetima.
Izoosmija je posebno karakteristična za biološke tekućine kao što su krv i limfa. Dakle, osmotski tlak krvi kod ljudi je gotovo konstantan i iznosi 37 O C varira između 740-780 kPa (tj. gotovo 8 puta više od atmosferskog).
Osmotski tlak krvi varira među različitim živim organizmima. Dakle, kod žaba je niža nego kod ljudi, a kod nekih morskih životinja, naprotiv, veća.
Kada se osmotski tlak krvi promijeni, tijelo ga nastoji obnoviti uklanjanjem suvišne količine otopljenih čestica iz krvi (ako se tlak poveća) ili, obrnuto, povećanjem broja kinetički aktivnih čestica (ako se tlak smanji) . Bubrezi imaju glavnu ulogu u regulaciji osmotskog tlaka krvi. U održavanju izosmije manjim dijelom sudjeluju jetra i potkožno tkivo. Oni su sposobni akumulirati višak soli. S oštećenjem bubrega, doprinos potkožnog tkiva održavanju osmotskog tlaka naglo se povećava. Povećava se sadržaj soli u njezinim stanicama, što zbog osmoze dovodi do značajnog povećanja volumena stanica i pojave oteklina.
Izoosmiju regulira prvenstveno središnji živčani sustav i aktivnost endokrinih žlijezda.
Odstupanje krvnog osmotskog tlaka od norme uzrokuje bolno stanje. Dakle, kada se smanji, opažaju se povraćanje, konvulzije i nesvijesti. Povećanje osmotskog tlaka popraćeno je oticanjem i poremećajem rada srca.
U nekim slučajevima, promjene osmotskog tlaka u ograničenim područjima tkiva mogu biti prilično velike. Tako se tijekom lokalnih upalnih procesa proteinske molekule u stanicama razgrađuju na masu manjih fragmenata, čime se povećava broj otopljenih čestica u njima. Voda iz okolnih tkiva i krvnih žila ulazi u te stanice i značajno povećava njihov volumen. U ovom slučaju, tumor se pojavljuje u području upalnog fokusa. Pri rezanju ili bušenju iz njega pod visokim pritiskom istječe gnojna tekućina.
Nazivaju se otopine čiji je osmotski tlak jednak osmotskom tlaku otopine uzete kao standardizotoničan. U medicini se osmotski tlak otopina uspoređuje s osmotskim tlakom krvi. Izotonične u odnosu na krv su 0,9% (0,15 M) otopina NaCl i 4,5-5% otopina glukoze. U tim otopinama koncentracija čestica otopljene tvari ista je kao u krvnoj plazmi. Jedina razlika je u tome što krv ne sadrži samo NaCl ili glukozu, već i niz drugih tvari. Njihova ukupna koncentracija naziva se osmolarnost(izotonična koncentracija) i predstavlja kemijsku količinu svih kinetički aktivnih (tj. sposobnih za samostalno kretanje) čestica (bez obzira na njihov oblik, veličinu i prirodu) sadržanih u 1 litri krvne plazme.
Osmolarna koncentracija krvi kod ljudi je 0,287-0,303 mol/l.
Često se nazivaju izotonične otopine NaCl i glukoze slane otopine. Iako se trenutno ovaj termin za njih smatra neuspješnim, jer strogo uzevši, prava fiziološka otopina je ona otopina koja je po svom kvantitativnom i kvalitativnom sastavu što sličnija krvnoj plazmi.
Nazivaju se otopine s višim osmotskim tlakom od krvne plazme hipertoničar, i otopine s nižim tlakom – hipotoničan.
Tijekom raznih medicinskih postupaka u ljudsku krv treba ubrizgavati samo izotonične otopine u velikim količinama, kako ne bi došlo do osmotskog sukoba zbog oštrog odstupanja između osmotskog tlaka biološke tekućine i ubrizgane otopine.
Kada stanica dođe u dodir s hipertoničnom otopinom, voda istječe iz stanice kroz membranu u okruženje. Pritom stanica gubi elastičnost zbog dehidracije i smanjuje se u volumenu (smanjuje se). Normalan tijek tjelesnih i kemijski procesi poremećena je (slika 25).
Riža. 25. Shematski prikaz procesa plazmolize (a) i lize (b), koji nastaju kao rezultat stavljanja stanice u hipertonične, odnosno hipotonične otopine.
Ova pojava se zove plazmoliza ili egzosmosom.
Plazmoliza je u većini slučajeva reverzibilan proces. Plazmolizirane stanice stavljene u izotoničnu otopinu ponovno bubre, vraćajući im vitalne funkcije. Ali ako je dehidracija previše ozbiljna i dugotrajna, stanica može izgubiti svoju vitalnost.
Nakon dodira s hipotoničnom otopinom, voda iz vanjskog okoliša prelazi u stanicu. Kao rezultat toga, povećava se i njegova ljuska može puknuti. Ova pojava se zovelizaili endosmosom(Sl. 25).
Ako se kao stanična kultura koriste eritrociti, onda zbog pucanja njihovih membrana vanjsko okruženje pocrveni od hemoglobina. U ovom slučaju, ovaj fenomen se naziva drugačije hemoliza(ili eritrocitoliza).
Hemoliza je poseban slučaj općenitijeg fenomena - citoliza(uništenje životinjskih i biljnih stanica pod utjecajem raznih uzroka).
U krvi dolazi do razaranja membrane svih crvenih krvnih stanica ako se njezin osmotski tlak smanji na 260-300 kPa. Boja krvi djelomično se mijenja i poprima karakterističnu, "lak" nijansu.
U kliničkoj praksi, u nekim slučajevima, mogu se koristiti ne samo izotonične, već i hipertonične otopine. Na primjer, u kirurgiji se gaze namočene u hipertoničnu otopinu NaCl koriste za stavljanje gnojnih rana. U tom slučaju, zahvaljujući osmozi, strujanje tekućine se kroz gazu usmjerava van rane, što pomaže u stalnom čišćenju rane od gnoja, mikroorganizama, produkata raspadanja itd. (slika 26).
Riža. 26. Princip korištenja hipertoničnih obloga za čišćenje zahvaćenih tkiva od gnoja i proizvoda raspadanja
Hipertonične otopine primjenjuju se intravenozno kod glaukoma kako bi se smanjio intraokularni tlak zbog povećanog sadržaja tekućine u prednjoj očnoj sobici.
Pojavom osmoze objašnjava se laksativno djelovanje Glauberove (Na 2 SO 4 · 10H 2 O) i gorke (MgSO 4 · 7H 2 O) soli.
Te se soli slabo apsorbiraju u krv i stoga njihova visoka koncentracija u crijevima uzrokuje intenzivan prijelaz vode u nju iz okolnih tkiva, potičući laksativni učinak.
Mnoge bakterijske stanice imaju visok osmotski tlak. Djelovanje antibiotika (na primjer, penicilina) inhibira proces biosinteze zidova rastućih streptokoka. Oni postaju krhki i lako se uništavaju pod utjecajem unutarnjeg osmotskog tlaka.
Stoga je razumijevanje i upravljanje osmotskim procesima, kao i mogućnost utjecaja na njihov tijek na ovaj ili onaj način, iznimno važno u biologiji i medicini.
Pojave difuzije igraju veliku ulogu u apsorpciji i oslobađanju tvari od strane biljnih stanica. Difuzija je usmjereno kretanje čestica tvari prema njezinoj nižoj koncentraciji.