Mi az a hipertóniás megoldás?

A legtöbb ember tisztában van azzal, hogy a sós ételek szomjúságot váltanak ki. Talán azt is észrevette, hogy a nagyon édes ételek általában ugyanazt csinálják. Ennek oka, hogy a só (nátrium- és kloridionként) és a cukor (glükózmolekulaként) funkcióként működik aktív ozmolusok testnedvekben oldva, elsősorban a vér szérumkomponense. Ez azt jelenti, hogy vizes oldatban vagy biológiai egyenértékben oldva képesek befolyásolni a közeli víz mozgásának irányát. (Az oldat egyszerűen víz, amelyben egy vagy több más anyag fel van oldva.)

A "hang" az izmok értelmében "feszességet" jelent, vagy más módon utal valamire, ami rögzül a versengő húzó stílusú erőkkel szemben. TonikusságA kémiai szakirodalom arra utal, hogy az oldat hajlamos a vizet behúzni valamilyen más oldathoz képest. A vizsgált megoldás lehet hipotóniás, izotóniás vagy hipertóniás összehasonlítva a referenciaoldattal. A hipertóniás megoldások jelentős jelentőséggel bírnak a Föld életében.

Mielőtt megvitatnánk az oldatok relatív és abszolút koncentrációjának következményeit, fontos megérteni azok számszerűsítésének és expresszálásának módjait az analitikai kémiában és biokémia.

Gyakran a vízben (vagy más folyadékokban) oldott szilárd anyagok koncentrációját egyszerűen tömegegységben, térfogatra osztva fejezzük ki. Például a szérum glükózszintet általában glükóz grammban / deciliter (liter tizede) szérumban vagy g / dL-ben mérjük. (Ez a tömeg térfogattal osztott használata hasonló a sűrűség kiszámításához használthoz, azzal a különbséggel, hogy a sűrűség mérésekor csak egy anyag van a vizsgált anyag, pl. gramm ólom köbcentiméter ólomra.) Az oldott anyag tömege az oldószer térfogatára vonatkoztatva szintén a "tömegszázalék" alapja. mérések; például 60 g 1000 ml vízben oldott szacharóz 6% szénhidrát oldat (60/1 000 = 0,06 = 6%).

A víz vagy a részecskék mozgását befolyásoló koncentrációs gradiensek szempontjából azonban fontos ismerni a részecskék térfogategységre eső teljes számát, méretüktől függetlenül. Ez a mozgás befolyásolja ezt a mozgást, nem pedig a teljes oldott anyag tömege, bár ez ellentmondásos. Ehhez a tudósok leggyakrabban használják molaritás (M), amely egy anyag térfogategységére vonatkoztatott mólok száma (általában liter). Ezt viszont meghatározza az anyag moláris tömege vagy molekulatömege. Megállapodás szerint egy mól anyag 6,02 × 10-et tartalmaz²³ részecskék, amelyekből az atomszám pontosan 12 gramm elemi szénatomban származik. Az anyag moláris tömege az alkotó atomok atomtömegének összege. Például a glükóz képlete C₆H₁₂O₆ és a szén, hidrogén és oxigén atomtömege 12, 1 és 16. Ezért a glükóz moláris tömege (6x12) + (12x1) + (6x16) = 180 g.

Így a 90 g glükózt tartalmazó oldat 400 ml-es molaritásának meghatározásához először meg kell határozni a jelen lévő glükóz-mol számát:

(90 g) × (1 mol / 180 g) = 0,5 mol

Osszuk el ezt a jelenlévő literek számával a molaritás meghatározásához:

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

Az oldatban szabadon mozgó részecskék véletlenszerűen ütköznek egymással, és idővel az irányai az egyes ütközések eredményeként létrejövő egyedi részecskék kioltják egymást, így nincs nettó változás a koncentrációban eredmények. A megoldás állítólag bent van egyensúlyi ilyen feltételek mellett. Másrészt, ha több oldott anyagot viszünk be az oldatok lokalizált részébe, akkor a megnövekedett frekvencia az ezt követő ütközések a részecskék nettó mozgását eredményezik a nagyobb koncentrációjú területekről az alacsonyabb területekre koncentráció. Ezt diffúziónak nevezik, és hozzájárul az egyensúly végső eléréséhez, egyéb tényezők állandóan tartva.

A kép drasztikusan megváltozik, amikor féligáteresztő membránokat visznek be a keverékbe. A sejteket éppen ilyen membránok zárják el; A "félig áteresztő" egyszerűen azt jelenti, hogy egyes anyagok átjuthatnak, míg mások nem. A sejtmembránokat tekintve kis molekulák, például víz, oxigén és szén-dioxid gáz mozoghatnak és egyszerű diffúzió útján kerül ki a sejtből, elkerülve a fehérjét és a lipidmolekulákat membrán. A legtöbb molekula, beleértve a nátriumot (Na⁺), klorid (Cl^-) és a glükóz akkor sem képes, ha koncentráció-különbség van a sejt belseje és a sejt külseje között.

OzmózisA membránon átáramló víz áramlása a membrán két oldalán lévő oldott anyag koncentrációjának különbségeire reagálva az egyik legfontosabb sejtfiziológiai koncepció, amelyet el kell sajátítani. Az emberi test körülbelül háromnegyede vízből áll, hasonlóan más szervezetekhez. A folyadék egyensúlya és elmozdulásai létfontosságúak a szó szerinti túlélés szempontjából pillanatról pillanatra.

Az ozmózis előfordulási hajlandóságát ozmotikus nyomásnak nevezzük, az oldott anyagokat, amelyek ozmotikus nyomást eredményeznek, amelyeket nem mindegyikük, aktív ozmoláknak nevezünk. Annak megértése érdekében, hogy miért történik, hasznos, ha magát a vizet "oldott anyagnak" gondoljuk, amely a féligáteresztő membrán egyik oldaláról a másikra mozog saját koncentrációs gradiensének eredményeként. Ahol az oldott anyag koncentrációja magasabb, a "víz koncentrációja" alacsonyabb, ami azt jelenti, hogy a víz magas koncentráció és alacsony koncentráció közötti irányban folyik, mint bármely más aktív ozmol. A víz egyszerűen elmozdul a koncentrációs távolságok kiegyenlítésére. Dióhéjban ezért szomjazol, ha sós ételt eszel: Az agyad reagál a megnövekedett nátrium-koncentráció a testben azzal, hogy több vizet juttat a rendszerbe - ez jelzi szomjúság.

Az ozmózis jelensége kényszeríti a melléknevek bevezetését az oldatok relatív koncentrációjának leírására. Amint a fentiekben érintettük, egy anyagot, amely kevésbé koncentrált, mint egy összehasonlító oldat, hipotóniásnak nevezünk (a "hypo" görögül "alul" vagy "hiány"). Ha a két oldat egyformán koncentrálódik, akkor izotóniásak ("iso" jelentése "ugyanaz"). Ha az oldat koncentráltabb, mint a referenciaoldat, akkor hipertóniás (a "hiper" jelentése "több" vagy "felesleg").

A desztillált víz hipotonikus a tengervízzel szemben; a tengervíz hipertóniás a desztillált vízhez képest. Kétféle szóda, amely pontosan ugyanannyi cukrot és más oldott anyagot tartalmaz, izotóniás.

Képzelje el, mi történhet egy élő sejttel vagy sejtcsoporttal, ha a tartalma erősen koncentrált összehasonlítva a környező szövetekkel, vagyis ha a sejt vagy sejtek hipertonikusak a sajátjukkal szemben környéke. Tekintettel arra, amit megtanult az ozmotikus nyomásról, elvárható, hogy a víz bekerüljön a sejtbe vagy sejtcsoportba, hogy ellensúlyozza az oldott anyagok nagyobb koncentrációját a belső térben.

Pontosan ez történik a gyakorlatban. Például az emberi vörösvérsejtek, amelyeket formálisan eritrocitáknak hívnak, rendesen korong alakúak és mindkét oldalon homorúak, mint egy megcsípett sütemény. Ha ezeket hipertóniás oldatba helyezzük, a víz hajlamos elhagyni a vörösvérsejteket, így összeesik és "tüskés" megjelenésű marad mikroszkóp alatt. Ha a sejteket hipotóniás oldatba helyezzük, a víz hajlamos mozogni és felpuffadni ellensúlyozza az ozmotikus nyomásgradienst - néha odáig, hogy nem pusztán duzzad, hanem reped a sejtek. Mivel a testben felrobbanó sejtek általában nem kedvező eredmények, egyértelmű, hogy kritikus fontosságú a szomszédos sejtekben a nagyobb ozmotikus nyomáskülönbségek elkerülése.

Ha nagyon hosszú edzésen vesz részt, például 26,2 mérföldes futómaratonon vagy triatlonon (úszás, biciklizés és futás), akkor bármi, amit előzőleg evett legyen elegendő ahhoz, hogy fenntartson az esemény időtartama alatt, mert izmaid és májod csak annyi üzemanyagot képes tárolni, amelynek nagy része az úgynevezett glükózláncok formájában jelenik meg glikogén. Másrészt a folyadékon kívül bármi elfogyasztása az intenzív testmozgás során logisztikai szempontból egyaránt nehéz, és egyeseknél hányingert kiváltó. Ideális esetben akkor valamilyen formájú folyadékot vesz be, mert ezek általában könnyebbek a gyomorban, és Ön is nagyon cukortartalmú (azaz tömény) folyadékot szeretne, hogy a lehető legnagyobb üzemanyagot juttassa el a dolgozóhoz izmok.

Vagy megtennéd? Ezzel a nagyon valószerű megközelítéssel az a probléma, hogy amikor az elfogyasztott vagy ivott anyagokat felszívja a beled, ez a folyamat egy ozmotikus gradiens, amely hajlamos az élelmiszerekben lévő anyagokat a bél belsejéből a belét bélelő vérbe húzni, köszönhetően annak, hogy a víz. Amikor az elfogyasztott folyadék erősen koncentrált - vagyis ha hipertóniás a bélben bélelő folyadékokkal szemben - megzavarja ezt a normál ozmotikus gradienst, és "felszívja" a vizet a belsejébe a külsejéből, aminek következtében a tápanyagok felszívódása elakad, és legyőzi a cukros italok befogadásának teljes célját. megy.

Valójában a sporttudósok tanulmányozták a különböző sportitalok relatív felszívódási arányát amelyek különböző koncentrációjú cukrot tartalmaznak, és ezt az "ellentmondó eredményt" találták helyes. A hipotóniás italok általában a leggyorsabban szívódnak fel, míg az izotóniás és a hipertóniás italok lassabban szívódnak fel, a vérplazma glükózkoncentrációjának változásával mérve. Ha valaha is kóstolt már olyan sportitalokat, mint a Gatorade, a Powerade vagy az All Sport, akkor valószínűleg észrevette, hogy kevésbé édes íze van, mint a kólának vagy a gyümölcslének; ennek oka az, hogy alacsony tónusúak.

Vizsgáljuk meg azt a problémát, amellyel a tengeri élőlények - vagyis a kifejezetten a Föld óceánjaiban élő vízi állatok - szembesülnek: nemcsak rendkívül sós vízben élnek, hanem saját vizet és élelmet kell szerezniük a (z) válogatja; emellett a salakanyagokat is ki kell választaniuk (főleg nitrogén formájában, olyan molekulákban, mint ammónia, karbamid és húgysav), valamint oxigént kell nyerniük belőle.

A tengervízben domináns ionok (töltött részecskék), amire számítani lehet, Cl^- (19,4 gramm / kg víz) és Na⁺ (10,8 g / kg). A tengervízben jelentős egyéb aktív ozmolok a szulfát (2,7 g / kg), a magnézium (1,3 g / kg), a kalcium (0,4 g / kg), a kálium (0,4 g / kg) és a hidrogén-karbonát (0,142 g / kg).

A tengeri élőlények többsége, mint arra számíthat, az evolúció alapvető következményeként izotóniás a tengervízzel szemben; az egyensúly fenntartása érdekében nem kell különösebb taktikát alkalmazniuk, mert természetes állapotuk lehetővé tette számukra a túlélést, ahol más szervezetek nem és nem tudják. A cápák azonban kivételek, amelyek fenntartják a tengervízre hipertóniás testeket. Ezt két fő módszerrel érik el: Szokatlan mennyiségű karbamidot tartanak fenn a vérükben, és az általuk kiválasztott vizelet nagyon híg vagy hipotóniás a belső folyadékukhoz képest.