高張液とは何ですか？

ほとんどの人は、塩辛い食べ物には喉の渇きを誘発する性質があることを知っています。 おそらくあなたはまた、非常に甘い食べ物が同じことをする傾向があることに気づいたでしょう。 これは、塩（ナトリウムおよび塩化物イオンとして）と糖（グルコース分子として）が次のように機能するためです。 活性オスモル 体液、主に血液の血清成分に溶解した場合。 これは、水溶液または生物学的同等物に溶解すると、近くの水が移動する方向に影響を与える可能性があることを意味します。 （溶液は、1つまたは複数の他の物質が溶解した水です。）

筋肉の意味での「トーン」は、「緊張」を意味するか、そうでなければ、競合する引っ張りスタイルの力に直面して固定される何かを意味します。 張性、化学では、他の溶液と比較して、溶液が水を引き込む傾向を指します。 調査中の解決策は 低張, 等張 または 高張 参照ソリューションと比較して。 高張液は、地球上の生命の文脈でかなりの重要性を持っています。

溶液の相対濃度と絶対濃度の​​影響について説明する前に、それは重要です。 これらが分析化学で定量化および表現される方法を理解し、 生化学。

多くの場合、水（または他の流体）に溶解した固体の濃度は、単に質量を体積で割った単位で表されます。 たとえば、血清グルコースは通常、血清1デシリットル（10分の1リットル）あたりのグルコースのグラム数、またはg / dLで測定されます。 （質量を体積で割ったこの使用法は、密度の測定に使用されるものと似ていますが、密度測定では物質が1つしかない点が異なります。 調査中、たとえば、鉛1立方センチメートルあたりの鉛のグラム数。）溶媒の単位体積あたりの溶質の質量も「パーセント質量」の基礎になります。 測定; たとえば、1,000mLの水に溶解した60gのスクロースは6％の炭水化物溶液です（60 / 1,000 = 0.06 = 6％）。

ただし、水や粒子の動きに影響を与える濃度勾配に関しては、サイズに関係なく、単位体積あたりの粒子の総数を知ることが重要です。 この動きに影響を与えるのは、総溶質の質量ではなく、これであり、直感に反するかもしれません。 このために、科学者は最も一般的に使用します モル濃度 （M）, これは、単位体積（通常は1リットル）あたりの物質のモル数です。 これは、物質のモル質量または分子量によって指定されます。 慣例により、1モルの物質には6.02×10が含まれます

したがって、90gのグルコースを含む400mLの溶液のモル濃度を決定するには、最初に存在するグルコースのモル数を決定します。

（90 g）×（1 mol / 180 g）= 0.5 mol

これを存在するリットル数で割って、モル濃度を決定します。

（0.5 mol）/（0.4 L）= 1.25 M

溶液中で自由に動き回る粒子は、ランダムに互いに衝突し、時間の経過とともに、 これらの衝突から生じる個々の粒子は互いに打ち消し合うため、濃度の正味の変化はありません。 結果。 解決策は 平衡 これらの条件下で。 一方、より多くの溶質が溶液の局所部分に導入されると、 その後の衝突により、粒子が高濃度の領域から低濃度の領域に正味移動します。 濃度。 これは拡散と呼ばれ、平衡状態の最終的な達成に貢献し、他の要因は一定に保たれます。

半透膜が混合物に導入されると、画像は劇的に変化します。 細胞はまさにそのような膜に囲まれています。 「半透性」とは、単に一部の物質は通過でき、他の物質は通過できないことを意味します。 細胞膜に関しては、水、酸素、二酸化炭素ガスなどの小分子が 単純な拡散を介して細胞から出て、ほとんどを形成するタンパク質と脂質分子をかわす 膜。 ただし、ナトリウム（Na⁺）、塩化物（Cl^-）とグルコースは、セルの内部とセルの外部の間に濃度差がある場合でもできません。

浸透、膜の両側の異なる溶質濃度に応じた膜を横切る水の流れは、習得するのに最も重要な細胞生理学の概念の1つです。 人体の約4分の3は水で構成されており、他の生物も同様です。 流動的なバランスとシフトは、瞬間ごとに文字通り生き残るために不可欠です。

浸透が発生する傾向は浸透圧と呼ばれ、浸透圧をもたらす溶質は、すべてではありませんが、活性オスモルと呼ばれます。 それが起こる理由を理解するには、水自体を、それ自体の濃度勾配の結果として半透膜の一方の側からもう一方の側に移動する「溶質」と考えると役立ちます。 溶質濃度が高い場合、「水分濃度」は低くなります。これは、他のアクティブな浸透圧と同じように、水が高濃度から低濃度の方向に流れることを意味します。 水は単に濃度距離を均等にするために移動します。 一言で言えば、これがあなたが塩辛い食事を食べるときに喉が渇く理由です：あなたの脳は システムにもっと水を入れるように頼むことによってあなたの体のナトリウム濃度が増加しました–それは合図します 渇き。

浸透の現象は、溶液の相対濃度を表す形容詞の導入を余儀なくされます。 上で触れたように、参照溶液よりも濃度が低い物質は低張と呼ばれます（「hypo」はギリシャ語で「不足」または「不足」を意味します）。 2つの溶液が等しく濃縮されている場合、それらは等張です（「iso」は「同じ」を意味します）。 溶液が参照溶液よりも濃縮されている場合、それは高張です（「高」は「より多く」または「過剰」を意味します）。

蒸留水は海水に対して低張です。 海水は蒸留水に対して高張です。 砂糖と他の溶質をまったく同じ量含む2種類のソーダは等張です。

内容物が高濃度である場合、生きている細胞または細胞のグループに何が起こるか想像してみてください 周囲の組織と比較して、1つまたは複数の細胞がそれらに対して高張であるかどうかを意味します 周囲。 浸透圧について学んだことを考えると、水がセルまたはセルのグループに移動して、内部の溶質の濃度が高くなるのを相殺すると予想されます。

これはまさに実際に起こることです。 たとえば、正式には赤血球と呼ばれるヒトの赤血球は、通常、円盤状で、挟まれたケーキのように両側が凹状になっています。 これらを高張液に入れると、水が赤血球を離れる傾向があり、顕微鏡で見ると赤血球がつぶれて「とがった」ように見えます。 細胞が低張液に入れられると、水が移動して細胞を膨満させる傾向があります 浸透圧勾配を相殺する–時には単に腫れるだけでなく破裂するまで 細胞。 体内で細胞が爆発することは一般的に好ましい結果ではないため、組織内の隣接する細胞の大きな浸透圧差を回避することが重要であることは明らかです。

26.2マイルのランニングマラソンやトライアスロン（水泳、サイクリング、ランニング）など、非常に長い運動をしている場合は、事前に食べたものは何でも食べられない可能性があります。 あなたの筋肉と肝臓は非常に多くの燃料しか蓄えられないので、イベントの期間中あなたを維持するのに十分であり、そのほとんどは呼ばれるブドウ糖の鎖の形をしています グリコーゲン。 一方、激しい運動中に液体以外のものを摂取することは、ロジスティック的に困難であると同時に、一部の人々では吐き気を誘発する可能性があります。 理想的には、これらは胃にやさしい傾向があるので、あなたは何らかの形の液体を摂取するでしょう、そしてあなたは 作業に最大の燃料を供給するために、非常に糖分が多い（つまり、濃縮された）液体が必要です 筋肉。

それともあなたは？ この非常にもっともらしいアプローチの問題は、あなたが食べたり飲んだりする物質があなたの腸に吸収されるとき、このプロセスは浸透圧に依存しているということです 食物中の物質を腸の内側から腸の内側を覆う血液に引き寄せる傾向がある勾配。 水。 あなたが消費する液体が非常に濃縮されている場合、つまり、腸の内側を覆う液体に対して高張である場合、それはこの通常の浸透圧勾配を乱し、 水を外部から腸に「吸い込み」、栄養素の吸収を失速させ、甘い飲み物を摂取するという目的全体を無効にします。 行く。

実際、スポーツ科学者はさまざまなスポーツドリンクの相対的な吸収率を研究しています さまざまな濃度の砂糖を含み、この「直感に反する」結果が 正しいもの。 低張性の飲み物は最も早く吸収される傾向がありますが、等張性および高張性の飲み物は、血漿中のグルコース濃度の変化によって測定されるように、よりゆっくりと吸収されます。 ゲータレード、パワーエイド、オールスポーツなどのスポーツドリンクを試飲したことがある場合は、コーラやフルーツジュースよりも甘さが少ないことに気付いたと思います。 これは、張性が低くなるように設計されているためです。

海洋生物、つまり地球の海に特に生息する水生動物が直面している問題を考えてみましょう。 非常に塩辛い水に住んでいるだけでなく、彼らはこの非常に高張の溶液から自分の水と食べ物を手に入れなければなりません 並べ替え; さらに、それらは廃棄物をそこに排出し（主に窒素として、アンモニア、尿素、尿酸などの分子で）、そこから酸素を引き出す必要があります。

海水中の主なイオン（荷電粒子）は、ご想像のとおり、Clです。^- （水1キログラムあたり19.4グラム）およびNa⁺ （10.8g / kg）。 海水で重要な他の活性オスモルには、硫酸塩（2.7 g / kg）、マグネシウム（1.3 g / kg）、カルシウム（0.4 g / kg）、カリウム（0.4 g / kg）、重炭酸塩（0.142 gr / kg）が含まれます。

ご想像のとおり、ほとんどの海洋生物は、進化の基本的な結果として海水と等張です。 平衡を維持するために特別な戦術を採用する必要はありません。なぜなら、それらの自然な状態により、他の生物が生き残ることができず、生き残ることができないからです。 ただし、サメは例外で、海水に対して高張の体を維持します。 彼らは2つの主な方法でこれを達成します：彼らは彼らの血中に異常な量の尿素を保持します、そして彼らが排泄する尿は彼らの内部の液体と比較して非常に希薄または低張です。