¿Qué es la solución hipertónica?

La mayoría de las personas saben que los alimentos salados tienen la propiedad de inducir sed. Quizás también hayas notado que los alimentos muy dulces tienden a hacer lo mismo. Esto se debe a que la sal (como iones de sodio y cloruro) y los azúcares (como moléculas de glucosa) funcionan como osmoles activos cuando se disuelve en fluidos corporales, principalmente el componente sérico de la sangre. Esto significa que, cuando se disuelven en una solución acuosa o el equivalente biológico, tienen el potencial de influir en la dirección en la que se moverá el agua cercana. (Una solución es simplemente agua con una o más sustancias disueltas en ella).

"Tono", en el sentido de músculos, significa "tensión" o de otra manera implica algo que se fija frente a fuerzas de estilo de tracción en competencia. Tonicidad, en química, se refiere a la tendencia de una solución a absorber agua en comparación con alguna otra solución. La solución en estudio puede ser hipotónico, isotónico o hipertónico en comparación con la solución de referencia. Las soluciones hipertónicas tienen una importancia considerable en el contexto de la vida en la Tierra.

Antes de discutir las implicaciones de las concentraciones relativas y absolutas de soluciones, es importante comprender las formas en que estos se cuantifican y expresan en química analítica y bioquímica.

A menudo, la concentración de sólidos disueltos en agua (u otros fluidos) se expresa simplemente en unidades de masa divididas por volumen. Por ejemplo, la glucosa sérica se mide generalmente en gramos de glucosa por decilitro (décimas de litro) de suero, o g / dL. (Este uso de masa dividida por volumen es similar al que se usa para calcular la densidad, excepto que en las mediciones de densidad, solo hay una sustancia en estudio, por ejemplo, gramos de plomo por centímetro cúbico de plomo.) La masa de soluto por unidad de volumen de disolvente también es la base del "porcentaje de masa" mediciones; por ejemplo, 60 g de sacarosa disueltos en 1,000 mL de agua es una solución de carbohidratos al 6 por ciento (60 / 1,000 = 0.06 = 6%).

Sin embargo, en términos de gradientes de concentración que afectan el movimiento del agua o las partículas, es importante conocer el número total de partículas por unidad de volumen, independientemente de su tamaño. Es esto, no la masa total de solutos, lo que influye en este movimiento, por contradictorio que sea. Para esto, los científicos usan más comúnmente molaridad (METRO), que es el número de moles de una sustancia por unidad de volumen (generalmente un litro). Esto, a su vez, está especificado por la masa molar, o peso molecular, de una sustancia. Por convención, un mol de una sustancia contiene 6.02 × 10²³ partículas, derivado de que este es el número de átomos en precisamente 12 gramos de carbono elemental. La masa molar de una sustancia es la suma de los pesos atómicos de sus átomos constituyentes. Por ejemplo, la fórmula de la glucosa es C₆H₁₂O₆ y las masas atómicas de carbono, hidrógeno y oxígeno son 12, 1 y 16 respectivamente. Por lo tanto, la masa molar de la glucosa es (6 × 12) + (12 × 1) + (6 × 16) = 180 g.

Por lo tanto, para determinar la molaridad de 400 ml de solución que contiene 90 g de glucosa, primero determina el número de moles de glucosa presentes:

(90 g) × (1 mol / 180 g) = 0,5 mol

Divida esto por la cantidad de litros presentes para determinar la molaridad:

(0,5 mol) / (0,4 L) = 1,25 M

Las partículas que pueden moverse libremente en solución chocan entre sí al azar y, con el tiempo, las direcciones de Las partículas individuales que resultan de estas colisiones se cancelan entre sí de modo que no hay cambios netos en la concentración. resultados. Se dice que la solución está en equilibrio bajo estas condiciones. Por otro lado, si se introduce más soluto en una porción localizada de las soluciones, la frecuencia aumentada de Las colisiones que siguen dan como resultado un movimiento neto de partículas desde áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración. concentración. Esto se llama difusión y contribuye al logro final del equilibrio, otros factores se mantienen constantes.

El panorama cambia drásticamente cuando se introducen membranas semipermeables en la mezcla. Las células están encerradas precisamente por esas membranas; "semipermeable" significa simplemente que algunas sustancias pueden pasar mientras que otras no. En términos de membranas celulares, pequeñas moléculas como agua, oxígeno y gas dióxido de carbono pueden entrar y fuera de la célula a través de difusión simple, esquivando las proteínas y moléculas de lípidos que forman la mayor parte de la membrana. Sin embargo, la mayoría de las moléculas, incluido el sodio (Na⁺), cloruro (Cl^-) y la glucosa no puede, incluso cuando hay una diferencia de concentración entre el interior de la célula y el exterior de la célula.

Ósmosis, el flujo de agua a través de una membrana en respuesta a las concentraciones diferenciales de soluto a cada lado de la membrana, es uno de los conceptos de fisiología celular más importantes que hay que dominar. Alrededor de las tres cuartas partes del cuerpo humano se compone de agua y, de manera similar, otros organismos. El equilibrio de fluidos y los cambios son vitales para la supervivencia literal de un momento a otro.

La tendencia a que se produzca la ósmosis se denomina presión osmótica, y los solutos que producen presión osmótica, que no todos hacen, se denominan osmoles activos. Para entender por qué sucede, es útil pensar en el agua como un "soluto" que se mueve de un lado a otro de la membrana semipermeable como resultado de su propio gradiente de concentración. Donde la concentración de soluto es mayor, la "concentración de agua" es menor, lo que significa que el agua fluirá en una dirección de alta concentración a baja concentración como cualquier otro osmole activo. El agua simplemente se mueve para igualar las distancias de concentración. En pocas palabras, esta es la razón por la que tienes sed cuando comes una comida salada: tu cerebro responde a las aumento de la concentración de sodio en su cuerpo pidiéndole que ponga más agua en el sistema; esto indica sed.

El fenómeno de la ósmosis obliga a la introducción de adjetivos para describir la concentración relativa de soluciones. Como se mencionó anteriormente, una sustancia que está menos concentrada que una solución de referencia se llama hipotónica ("hipo" en griego significa "bajo" o "deficiencia"). Cuando las dos soluciones están igualmente concentradas, son isotónicas ("iso" significa "igual"). Cuando una solución está más concentrada que la solución de referencia, es hipertónica ("hiper" significa "más" o "exceso").

El agua destilada es hipotónica al agua de mar; el agua de mar es hipertónica al agua destilada. Dos tipos de refrescos que contienen exactamente la misma cantidad de azúcar y otros solutos son isotónicos.

Imagínese lo que le podría pasar a una célula viva o grupo de células si el contenido estuviera muy concentrado en comparación con los tejidos circundantes, es decir, si la célula o células son hipertónicas a su alrededores. Dado lo que ha aprendido sobre la presión osmótica, esperaría que el agua se mueva hacia la célula o grupo de células para compensar la mayor concentración de solutos en el interior.

Esto es exactamente lo que sucede en la práctica. Por ejemplo, los glóbulos rojos humanos, formalmente llamados eritrocitos, normalmente tienen forma de disco y son cóncavos en ambos lados, como un pastel pellizcado. Si se colocan en una solución hipertónica, el agua tiende a salir de los glóbulos rojos, dejándolos colapsados ​​y con un aspecto "puntiagudo" al microscopio. Cuando las células se colocan en una solución hipotónica, el agua tiende a entrar e hinchar las células para compensar el gradiente de presión osmótica, a veces hasta el punto de no solo hincharse sino reventar el células. Dado que la explosión de células dentro del cuerpo no suele ser un resultado favorable, está claro que es fundamental evitar las diferencias importantes de presión osmótica en las células adyacentes de los tejidos.

Si está participando en una serie de ejercicio muy larga, como una maratón de carrera de 26.2 millas o un triatlón (nadar, andar en bicicleta y correr), es posible que lo que haya comido antes no ser suficiente para sostenerlo durante la duración del evento porque los músculos y el hígado solo pueden almacenar una cantidad limitada de combustible, la mayor parte del cual se encuentra en forma de cadenas de glucosa llamadas glucógeno. Por otro lado, ingerir cualquier cosa además de líquidos durante el ejercicio intenso puede ser logísticamente difícil y, en algunas personas, provocar náuseas. Idealmente, entonces, tomaría líquidos de alguna forma porque tienden a ser más fáciles para el estómago, y usted querría un líquido muy rico en azúcar (es decir, concentrado) para entregar el máximo de combustible al trabajo músculos.

¿O lo harías tú? El problema con este enfoque tan plausible es que cuando el intestino absorbe las sustancias que come o bebe, este proceso se basa en un proceso osmótico. gradiente que tiende a tirar de sustancias en los alimentos desde el interior del intestino a la sangre que recubre el intestino, gracias a que es arrastrado por el movimiento de agua. Cuando el líquido que consume está muy concentrado, es decir, si es hipertónico a los líquidos que recubren el intestino, interrumpe este gradiente osmótico normal y "succiona" agua de regreso al intestino desde el exterior, lo que hace que la absorción de nutrientes se detenga y anule el propósito de ingerir bebidas azucaradas en la ir.

De hecho, los científicos del deporte han estudiado las tasas de absorción relativa de diferentes bebidas deportivas. que contienen concentraciones variables de azúcar y han descubierto que este resultado "contradictorio" es el Corriga uno. Las bebidas hipotónicas tienden a absorberse más rápidamente, mientras que las bebidas isotónicas e hipertónicas se absorben más lentamente, según se mide por el cambio en la concentración de glucosa en el plasma sanguíneo. Si alguna vez ha probado bebidas deportivas como Gatorade, Powerade o All Sport, probablemente haya notado que tienen un sabor menos dulce que las colas o los jugos de frutas; esto se debe a que han sido diseñados para tener una tonicidad baja.

Considere el problema al que se enfrentan los organismos marinos, es decir, los animales acuáticos que viven específicamente en los océanos de la Tierra: no solo viven en agua extremadamente salada, sino que deben obtener su propia agua y comida de esta solución altamente hipertónica de ordena; además, deben excretar productos de desecho en él (principalmente como nitrógeno, en moléculas como amoníaco, urea y ácido úrico), así como derivar oxígeno de él.

Los iones predominantes (partículas cargadas) en el agua de mar son, como era de esperar, Cl^- (19,4 gramos por kilogramo de agua) y Na⁺ (10,8 g / kg). Otros osmoles activos de importancia en el agua de mar incluyen sulfato (2,7 g / kg), magnesio (1,3 g / kg), calcio (0,4 g / kg), potasio (0,4 g / kg) y bicarbonato (0,142 gr / kg).

La mayoría de los organismos marinos, como era de esperar, son isotónicos al agua de mar como consecuencia básica de la evolución; no necesitan emplear ninguna táctica especial para mantener el equilibrio porque su estado natural les ha permitido sobrevivir donde otros organismos no lo han hecho y no pueden. Los tiburones, sin embargo, son una excepción, ya que mantienen cuerpos que son hipertónicos al agua de mar. Lo logran a través de dos métodos principales: retienen una cantidad inusual de urea en la sangre y la orina que excretan es muy diluida, o hipotónica, en comparación con sus fluidos internos.