Гипертонические растворы- растворы, Осмотическое давление которых выше осмотического давления в растительных или животных клетках и тканях. В зависимости от функциональной, видовой и экологической специфики клеток осмотическое давление в них различно, и раствор, гипертоничный для одних клеток, может оказаться изотоничным или даже гипотоничным для др. При погружении растительных клеток в Г. р. он отсасывает воду из клеток, которые уменьшаются в объёме, а затем дальнейшее сжатие прекращается и протоплазма отстаёт от клеточных стенок (см. Плазмолиз ). Эритроциты крови человека и животных в Г. р. также теряют воду и уменьшаются в объёме. Г. р. в сочетании с гипотоническими растворами и изотоническими растворами применяют для измерения осмотического давления в живых клетках и тканях.
Гипотонические растворы - в биологии, различные растворы, Осмотическое давление которых ниже, чем в клетках растительных или животных тканей. В Г. р. клетки насасывают воду, увеличиваясь в объёме, и теряют часть осмотически активных веществ (органических и минеральных). Эритроциты крови животных и человека в Г. р. разбухают до такой степени, что их оболочки лопаются и они разрушаются. Это явление называют Гемолиз ом.
Изотонические растворы (от Изо... и греч. tónos - напряжение)- растворы с одинаковым осмотическим давлением (См. Осмотическое давление ); в биологии и медицине - природные или искусственно приготовленные растворы с таким же осмотическим давлением, как и в содержимом животных и растительных клеток, в крови и тканевых жидкостях. В нормально функционирующих животных клетках внутриклеточное содержимое обычно изотонично внеклеточной жидкости. При сильном нарушении изотоничности растворов в растительной клетке и окружающей среде вода и растворимые вещества свободно перемещаются в клетку или обратно, что может привести к расстройству нормальных функций клетки (см. Плазмолиз , Тургор ). Как правило, по своему составу и концентрации И. р. близки к морской воде. Для теплокровных животных изотоничны 0,9%-ный раствор NaCl и 4,5%-ный раствор глюкозы. И. р., близкие по составу, pH, буферности и другим свойствам к сыворотке крови, называются физиологическими растворами (См.Физиологические растворы ) (раствор Рингера для холоднокровных животных и растворы Рингера - Локка и Рингера - Тироде для теплокровных животных). В кровезамещающие И. р. для создания коллоидно-осмотического давления вводят высокомолекулярные соединения (декстран, поливинол и др.).
i - изотонический коэффициент - показывает, во сколько раз осмотическое давление данного раствора больше нормального.
∆Т кип =i * K E *C m
Аррениус ввел понятие степень электролитической диссоциации α - это отношение числа продиссоциирующих молекул на ионы к общему числу молекул.
α = (i-1)/(k-1) k - это число от2 до 4
электролитическая диссоциация вызывается взаимодействием полярных молекул растворителя с частицами растворимого вещества. Это взаимодействие приводит к поляризации связей и происходит образование ионов за счет ослабления и разрыва связей в молекулах растворяемого вещества.
Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биологических системах.
Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор ), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмотическим давлением.
При помещении клеток в изотонический раствор они сохраняют свой размер и нормально функционируют. При помещении клеток в гипотонический раствор вода из менее концентрированного внешнего раствора переходит внутрь клеток, что приводит к лизису (набуханию), в случае эритроцитов этот процесс называется гемолизом . При помещении клеток в гипертонический раствор вода из клеток уходит в более концентрированный раствор, и наблюдается плазмолиз (сморщивание).
Осмотическое давление крови человека при 310°К (37°С) равно давлению, которое создает 0,9%-ный водный раствор NaCI, который, следовательно, изотоничен с кровью (физ. раствор).
При больших потерях крови (например, после тяжелых операций, травм) больным вводят по несколько литров изотонического раствора для возмещения потери жидкости с кровью.
ТУРГОР - внутреннее гидростатическое давление в живой клетке, вызывающее напряжение клеточной оболочки.
Ли́зис - растворение клеток и их систем, в том числе микроорганизмов, под влиянием различных агентов, например ферментов.
Плазмолиз - отделение протопласта от оболочки при погружении клетки в гипертонический раствор.
Гемо́лиз - разрушение эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина.
Изотонический раствор - раствор , осмотическое давление которого равно осмотическому давлению данного раствора .
Гипертонический раствор - раствор, имеющий бо́льшую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточной.
Гипотонический раствор - раствор, имеющий меньшее осмотическое давление по отношению к другому, то есть обладающий меньшей концентрацией вещества, не проникающего через мембрану.
Природа поверхностной энергии как причина поверхностных явлений. Поверхностное натяжение. Энергетическое и силовое выражение поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры.
К поверхностным явлениям относят те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются на поверхностях раздела фаз. Причиной поверхностных явлений служит особое состояние молекул в слоях жидкостей и твёрдых тел, непосредственно прилегающих к поверхностям раздела фаз.
Поверхностная энергия - избыток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз, обусловленной различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах.
Поверхностное натяжение (σ) – величина, характеризующая избыток поверхностной энергии приходящий на 1 м 2 межфазной поверхности.
Энергетическое выражение: Поверхностное натяжения (σ) равно термодинамически обратимой, изотермической работе, которую надо совершить, чтобы увеличить площадь межфазной поверхности на единицу.
σ = - [Дж/м 2 ]
∆А – это термодинамически обратимая работа, затраченная на образование поверхности площадью ∆S. Так как работа совершается над системой, то она является отрицательной .
Силовое определение поверхностное натяжение – это сила, действующая на поверхности по касательной к ней и стремящаяся сократить свободную поверность тела до наименьших возможных пределов при данном объёме.
«жидкость – жидкость» зависит от природы соприкасающихся фаз: чем больше разница полярности фаз, тем больше величина поверхностного натяжения на границе их раздела.
Поверхностное натяжение на границе «жидкость – газ» мера гетерогенной системы. При повышении давления увеличивается взаимодействие поверхностных молекул жидкости с молекулами газовой фазы и уменьшается избыток энергии молекул на поверхности, а также уменьшается поверхностное натяжение.
Гипертонический – раствор с большей концентрацией и большим осмотическим давлением по сравнению с другим раствором.
Гипотонический – раствор, имеющий меньшую концентрацию и меньшее значение осмотического давления.
Изотонические растворы – растворы с одинаковым осмотическим давлением.
Изотонический коэффициент
Изотонический коэффициент Вант-Гоффа (i) показывает во сколько раз коллигативные свойства раствора электролита больше, чем раствора неэлектролита при одинаковых условиях и концентрациях.
Понятие об изоосмии (электролитном гомеостазе)
Изоосмия - относительное постоянство осмотического давления в жидких средах и тканях организма, обусловленное поддержанием на данном уровне концентраций содержащихся в них веществ: белков, электролитов и т.д.
Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей и перфузионных растворов.
Осмоти́ческая концентра́ция - суммарная концентрация всех растворённых частиц.
Может выражаться как осмолярность (осмоль на литр раствора) и как осмоляльность (осмоль на кг растворителя).
Осмоль - единица осмотической концентрации, равная осмоляльности, получаемой при растворении в одном литре растворителя одного моля неэлектролита. Соответственно, раствор неэлектролита с концентрацией 1 моль/л имеет осмолярность 1 осмоль/литр.
Все одновалентные ионы (Na+, К+, Cl-) образуют в растворе число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (электрических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.
Осмоляльность нормальной плазмы - величина достаточно постоянная и равна 285-295 мосмоль/кг. Из общей осмоляльности плазмы лишь 2 мосмол/кг обусловлены наличием растворенных в ней белков. Таким образом, главными компонентами, обеспечивающими осмоляльность плазмы, являются Na+ и С1- (около 140 и 100 мосмоль/кг соответственно). Постоянство осмотического давления внутриклеточной и внеклеточной 1 жидкости предполагает равенство молярных концентраций содержащихся в них электролитов, несмотря на различия в ионном составе внутри клетки и во внеклеточном пространстве. С 1976 г. в соответствии с Международной системой (СИ) концентрацию веществ в растворе, в том числе осмотическую, принято выражать в миллимолях на 1 л (ммоль/л). Понятие «осмоляльность», или «осмотическая концентрация», эквивалентно понятию «моляльность», или «моляльная концентрация». По существу понятия «миллиосмоль» и «миллимоль» для биологических растворов близки, хотя и не идентичны.
Таблица 1. Нормальные значения осмоляльности биологических сред
Р осм крови = 7,7 атм
Основную задачу осморегуляции выполняют почки. Осмотическое давление мочи в норме значительно выше, чем плазмы крови, что и обеспечивает активный транспорт из крови в почку. Осморегуляция осуществляется под контролем ферментативных систем. Нарушение их деятельности приводит к патологическим процессам. При внутривенных инъекциях, чтобы избежать нарушения осмотического баланса, следует использовать изотонические растворы. Изотоничен по отношению к крови физиологический раствор, содержащий 0.9% хлористого натрия. В хирургии явлением осмоса пользуются, применяя гипертонические марлевые повязки (марлю пропитывают 10%-ным раствором хлорида натрия). При этом рана очищается от гноя и носителей инфекции. Гипертонические растворы вводят внутривенно при глаукоме, чтобы снизить внутриглазное давление из-за повышенного содержания влаги в передней камере глаза.
Роль осмоса в биологических системах.
· Обуславливает тургор (упругость) клеток.
· Обеспечивает поступление воды в клетки и межклеточные структуры, эластичность тканей и сохранение определённой формы органов. Обеспечивает транспорт веществ.
· Осмотическое давление крови человека при 310 К – 7,7 атм, концентрация NaCl – 0,9%.
Плазмолиз и гемолиз
Плазмолиз – сжатие, сморщивание клетки в гипертоническом растворе.
Гемолиз – набухание и разрыв клетки в гипотоническом растворе.
Билет 14. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент.
РАСТВОРЫ
Растворы однородные смеси двух или большого числа веществ (компонентов), которые равномерно распределены в виде отдельных атомов, ионов, молекул.
Различают истинные, коллоидные растворы и суспензии.
Истинные растворы характеризуются прозрачностью, имеют малые размеры растворённых частиц, легко проходят через биологические мембраны. В зависимости от концентрации солей существует три типа растворов: изотонические; гипертонические; гипотонические ;
1. И з о т о н и ч е с к и е р а с т в о р ы имеют одинаковую концентрацию солей, как и в плазме крови, и такое же осмотическое давление.
К ним относят растворы, имеющие концентрацию солей 0,9%.
Одним из таких растворов является физиологический раствор - это раствор хлорида натрия - NaCl 0,9%. В таком растворе в клетку и из клетки молекулы воды будут перемещаться в равном количестве в обе стороны.
С кл = С раствор С – концентрация солей
В этом растворе клетка сохраняет все жизненно важные функции, осуществляя процессы дыхания, размножения, обмена веществ.
Применение физиологического раствора.
Вводят физраствор через рот, внутривенно, внутримышечно, подкожно, в прямую кишку:
при некоторых заболеваниях – тяжелые длительные поносы, холера, неукротимая рвота, обширные ожоги хлорид натрия выделяется из организма в больших количествах, чем обычно. Также его много теряется с потом при работе в горячих цехах. В таких случаях в организме возникает его недостаточность, что сопровождается развитием ряда болезненных явлений: спазмы, судороги, нарушения кровообращения, угнетение ЦНС;
при интоксикациях, кровопотерях, обезвоживании, высокой температуре
для промывания глаз, носовой полости.
натрий хлористый является составной частью растворов применяющихся в качестве кровозамещающих (плазмозамещающих) жидкостей.
2. Г и п е р т о н и ч е с к и й р а с т в о р (2%, 5%, 10%, 15%) - это раствор в котором концентрация солей выше, чем в плазме крови.
К ним относятся растворы, содержащие более 0,9% солей. Если клетку поместить в такой раствор, то вода из клетки поступает в окружающую среду, при этом падает в клетке тургорное (осмотическое) давление, содержимое клетки сжимается, она теряет форму, происходит обезвоживание. Это явление называется- плазмолиз
С кл < С раствор
Явление плазмолиза обратимое, если поместить клетку в гипотонический раствор, то в таком растворе она восстановит объем и форму Н 2 0 клетка
Применяют гипертонический раствор для:
полосканий горла, для ванн, обтираний;
назначают при запорах для опорожнения кишечника.
в виде компрессов и примочек применяются при лечении гнойных ран, раны очищаются от гноя;
2 – 5% растворы используют для промывания желудка при отравлении нитратом серебра;
внутривенно используют при отёке лёгких и внутренних кровотечениях.
3. Г и п о т о н и ч е с к и й р а с т в о р , это раствор, имеющий меньшую концентрацию солей, чем в плазме крови. К ним относят ди - бидистиллированную воду, талую воду ледников. Если клетку поместить в гипотонический раствор, то в нее из раствора будет поступать вода, осмотическое давление возрастает, клетка набухает. Это явление получило название – деплазмолиз.
С кл > С раствор
Животные клетки, в таком растворе быстро разрушаются т.к. мембрана не выдерживает высокого осмотического давления и разрывается. Это явление называется цитолиз . Частные случаи цитолиза – разрушение эритроцитов крови – гемолиз , при этом гемоглобин выходит в плазму крови и окрашивает ее в красный цвет, такая кровь называется лаковой .
Растительные клетки в таком растворе обычно только набухают, т.к. имеют кроме цитоплазматической мембраны плотную клеточную стенку – целлюлозную оболочку. Но, если растительные клетки длительно находятся в гипотоническом растворе, то и они разрушаются.
Применяют гипотонические растворы в качестве растворителей для водорастворимых лекарственных препаратов. Путём пиноцитоза в клетки поступают питательные вещества из кровяного русла, гормоны, ферменты, лекарственные вещества.
а) клетки листа элодеи б) плазмолиз в клетках листа элодеи (в 10% растворе хлорида натрия)
Суспензии, или взвеси ,- мутные жидкости, частицы которых размером более 0,2 мкм. При отстаивании взвешенные частицы оседают.
Коллоидные растворы . Если частицы имеют промежуточные размеры от 0,1 до 0,001 мкм, т. е. слишком велики, чтобы образовать истинный раствор, но и слишком малы, чтобы выпасть в осадок, возникает коллоидный раствор (греч. со11а- клей). Поскольку диаметр белковых молекул превышает 0,001 мкм, белки образуют коллоидные растворы и вся протоплазма представляет собой коллоид. В коллоидных растворах на поверхностях частиц создаются огромные суммарные площади
Молекулы воды, водородными связями прочно соединены с молекулами белков. Мельчайшие частицы веществ, окружённых молекулами воды, образуют коллоидные растворы – это цитоплазма, кариоплазма, межклеточные жидкости. В коллоидном растворе различают непрерывную фазу – дисперсионную среду (вода) и коллоидные частицы – дисперсную фазу. Коллоидной частицей протоплазмы чаще всего являются молекулы белка, т.к. их размеры соответствуют размерам коллоидных частиц.
Вокруг белка в коллоидном растворе образуются водные или с о л ь в а т н ы е (от лат. solvare - распускать) оболочки. Сольватная связанная вода прочно удерживается коллоидными частицами белков. Молекулы воды, создавая оболочки вокруг белков, препятствуют образованию крупных частиц. Такое состояние называется д и с п е р с н ы м (рассеянным, раздробленным).
Дисперсность (степень раздробленности) обратно пропорциональна размерам коллоидных частиц
d = , где d - дисперсность, r – размер коллоидной частицы.
Коллоидные частицы как бы взвешены в дисперсионной среде, где создаётся огромная поверхность, на которой происходит оседание, адсорбция веществ поступающих в клетку и течение разнообразных биохимических реакций.
Коллоидные растворы бывают в двух состояниях : в виде золя (растворённый) и геля (студень, более вязкий).
Гели дисперсные системы . В состоянии гель вытянутые белковые молекулы, соприкасаясь , друг с другом образуют остов из сетки , заполненный жидкостью.
Золи коллоидные р-ры с частицами, которые свободно перемещаются. Когда белковые молекулы (коллоидные частицы) расходятся, коллоид переходит в золь .
Эти процессы обратимы и в клетке совершаются непрерывно. При сокращении мышцы золь быстро переходит в гель и наоборот . При образовании псевдоподий у амёбы наблюдается переход геля в золь.
Такой переход из одного состояния в другое можно наблюдать на растворе желатина, который при нагревании - жидкий (золь), а при остывании становится студнеобразным (гель).
Коллоидное состояние определяет вязкость. Вязкость повышается, а дисперсность уменьшается, например, при повреждении клеток, размеры коллоидных частиц укрупняются, за счёт набухания и их агрегации.
ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОТОПЛАЗМЫ
ПОНЯТИЕ О ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ, КОЛЛОИДНОЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОТОПЛАЗМЫ
Протоплазма характеризуется рядом физико-химических свойств. Это обусловлено тем, что она представляет собой сложное соединение коллоидных растворов белка и других органических веществ с истинными растворами солей и ряда неорганических соединений. Протоплазма представляет собой устойчивый гидрофильный коллоид. Коллоидным состоянием протоплазмы обусловлена ее вязкость. У большинства клеток консистенция цитоплазматического матрикса превышает вязкость воды не более чем в 5-10 раз, но в ряде случаев может быть значительно выше. Вязкость протоплазмы зависит от обменных процессов в клетках. Так, она повышается при повреждении клетки, а в яйцеклетках - после оплодотворения. Во время деления клетки обнаруживается ритмичное изменение вязкости протоплазмы. Вязкость крови меняется в зависимости от физиологического и патологического состояния организма.
Раньше единственным физическим состоянием протоплазмы считалось коллоидное. Но в последнее время обнаружено, что ряд клеточных структур представляют собой жидкие кристаллы. Жидкие кристаллы в отличие от настоящих, имеющих правильное чередование, Составляющих их молекул в трех измерениях обладают упорядоченностью лишь в двух измерениях. Жидкие, кристаллы занимают промежуточное положение между жидкостями и кристаллами. С одной стороны, они как жидкости обладают текучестью, могут сливаться друг с другом, с другой - подобно кристаллам, отличаются анизотропией, т. е. их прочность, электропроводность и ряд других свойств неодинаковы в разных направлениях. Особенности жидких кристаллов важны для понимания ряда процессов жизнедеятельности: у них иногда проявляется способность к движению, они нередко делятся почкованием. По-видимому, жидкокристаллическое состояние ряда клеточных структур обеспечивает их большую лабильность (подвижность, изменчивость).
Большой способностью к образованию жидких кристаллов обладают липиды. Жидкокристаллическая структура обнаружена в сперматозоидах, эритроцитах, клетках нервной системы и нервных волокон, палочках и колбочках сетчатки глаза.
Раствор, который имеет осмотическое давление выше, чем осмотическое давление плазмы крови, называется гипертоническим раствором. Чаще всего это превышение составляет 10 %.
Осмотическое давление разных клеток различно, и зависит оно от видовой, функциональной и экологической специфики. Поэтому гипертонический раствор для одних клеток может быть изотоничным и даже гипотоничным для других. Погруженные в гипертонический раствор уменьшаются в объеме, так как он отсасывает из них воду. Эритроциты крови животных и человека в гипертоническом растворе также уменьшаются в объеме и теряют воду. Сочетание гипертонических, гипотонических и применяется для измерения осмотического давления в тканях и живых клетках.
Благодаря своему осмотическому влиянию, гипертонический раствор широко применяется в виде компрессов для отделения гноя из ран. Кроме этого, местно он оказывает противомикробное действие. Область применения гипертонических растворов достаточно широка. Гипертонический раствор наружно применяется при лечении заболеваний дыхательных путей и гнойных ран, а при желудочных, легочных и кишечных кровотечениях используется внутривенно. Кроме того, гипертонический раствор применяется для промывания желудка при отравлении нитратом серебра.
Наружно, для применяются 3-5-10%-е гипертонические растворы в виде примочек, компрессов и аппликаций. Внутривенно медленно вводятся 10% гипертонические растворы при лечении желудочных, легочных и кишечных кровотечений, а также для увеличения диуреза. Крайне важно, чтобы при введении раствора внутривенно он не попал под кожу, так как это приведет к некрозу тканей. Гипертонические растворы применяются также в виде клизм (80-100 мл 5% раствора) для стимуляции дефекации. Кроме того, применяются 2-5% гипертонические растворы внутрь для промывания желудка. При заболеваниях верхних дыхательных путей используют 1-2% натрия хлорид для полосканий, ванн и обтираний.
Гипертонический раствор: приготовление
Выпускается гипертонический раствор (10%) в виде порошка в герметичных флаконах по 200 или 400 мл. Для ингаляций и внутривенного введения раствор должен быть стерильным, следовательно, для этих целей его лучше приобрести в аптеке. А средство для компрессов, аппликаций и полосканий можно приготовить самостоятельно. Готовится гипертонический раствор в соотношении 1:10, т. е. одна часть соли на десять частей воды. Его концентрация не должна превышать 10%, так как в местах наложения компресса могут лопнуть капилляры.
При терапии многих заболеваний используется натрия хлорида гипертонический раствор. Как приготовить это вещество самостоятельно? В связи с крайне простотой технологией приготовления раствора не стремитесь запастись им впрок. Помните, что самостоятельно приготовленный раствор должен быть немедленно использован, так как он не подлежит хранению.
При ларингите и ангине для необходим не очень концентрированный раствор (2 г. соли на 100 мл. воды). Для промывания желудка при отравлении вам понадобится около литра раствора, а соли необходимо взять 30 грамм. Если делать очистительную клизму нет необходимости, но опорожнить кишечник надо (к примеру, в пред-, послеродовом или послеоперационном периоде), используется 5% гипертонический раствор. При лечении гнойных ран применяется 10% гипертонический раствор, приготовление которого имеет свои особенности. Соль тем хуже растворяется, чем выше ее концентрация, а попадание нерастворенных кристаллов соли в рану просто недопустимо, поэтому раствор для лечения гнойныхран необходимо довести до кипения. Это поможет кристаллам соли полностью раствориться и обеззаразит раствор. Перед применением жидкость нужно охладить до комнатной температуры.
