Осмос воды в организме

Рассмотрим, что собой представляет осмос воды в организме. У животных и людей вода поступает в организм главным образом через пищеварительный тракт, который она должна покинуть, чтобы проникнуть в ткани.

Это происходит благодаря осмосу, процессу, при котором вода попадает сквозь мембрану из одного тканевого отсека в другой.

Когда две жидкости разной плотности разделены проницаемой мембраной, вода движется из менее концентрированной среды (той, в которой во взвешенном состоянии содержится меньше твердых частиц) в более концентрированную, пока плотности двух жидкостей не станут равными. Это возможно благодаря тому, что более плотная жидкость оказывает давление на менее концентрированную. Поскольку мембрана, разделяющая жидкости, является проницаемой, вода из менее концентрированной среды проникает в более плотную и разбавляет ее. В то же время менее концентрированная жидкость увеличивает свою плотность, поскольку теряет часть воды, которая переходит в концентрированную среду, и таким образом между двумя жидкостями устанавливается равновесие.

Количество воды, поступившей через мембрану, зависит от силы осмотического давления, которое в свою очередь зависит от разницы в концентрации жидкостей. Если жидкости по разные стороны мембраны находятся в равновесии и оказывают на нее одинаковое давление, то результирующий поток равен нулю.

Некоторые мембраны обладают так называемой избирательной проводимостью. Это значит, что помимо воды они могут пропускать определенные твердые частицы, например минералы, глюкозу и т. п. Перемещение твердых частиц обычно происходит в обратном перемещению жидкости направлении. Это способствует более легкому и быстрому уравновешиванию двух сред. Поэтому плотность жидкости снижается не только за счет притока воды, но и с оттоком твердых частиц.

Клеточные мембраны обладают избирательной пропускной способностью. Они проводят калий, но останавливают натрий и хлор. Поэтому последние элементы, которые при соединении образуют хлорид натрия (обычную соль), можно обнаружить на внешней поверхности клетки.

Но это не значит, что натрий не может проникнуть в клетку. Наряду с пассивным процессом осмоса в клетках имеет место еще один, активный, процесс, заставляющий клетки поглощать элементы, которые при обычных условиях клеточная мембрана не пропускает. Данное поглощение происходит благодаря системе, известной как натриевый насос.

Осмотический обмен происходит во всех клеточных мембранах и слизистых оболочках организма. Они снабжают ткани водой и обеспечивают непрерывный обмен и движение жидкостей организма.

Осмос обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций растворов по обе стороны мембраны путем односторонней диффузии молекул растворителя. Поскольку мембрана полупроницаема, т.е. проницаема для небольших молекул растворителя (например, воды) и непроницаема для молекул растворенного вещества, осмос всегда направлен от чистого растворителя к раствору или от менее концентрированного раствора к более концентрированному. Осмос характеризуется осмотическим давлением, количественно оцениваемым как давление на раствор, отделенный от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается осмос и устанавливается осмотическое равновесие по обе стороны мембраны. При увеличении осмотического давления, например в тканевой жидкости, являющейся растворителем минеральных и органических веществ в организме, жидкость поступает из клетки в межклеточное пространство (экзоосмос) и, наоборот, при уменьшении давления — из межклеточного пространства в клетку (эндоосмос). Растворы с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению клеточной жидкости, называются изотоническими или изоосмотическими; растворы с более высоким или более низким, чем в клетке, давлением — соответственно гипертоническими и гипотоническими.

Физические механизмы осмоса лежат в основе дезинтоксикационного, гипотензивного, диуретического и желчегонного действия гипертонических растворов лекарственных веществ — таких, например, как 3—10% раствор хлорида натрия, 25% раствор сульфата магния, 30% раствор тиосульфата натрия, 10—40% растворы глюкозы. При местном применении гипертонические растворы, в частности раствор хлорида натрия, оказывают противомикробное и противовоспалительное действие. Под их влиянием микробные клетки теряют воду, сморщиваются, жизнедеятельность их резко снижается; при воспалительных процессах уменьшаются гиперемия и отек.

Осмос играет важную роль в регуляции водно-солевого обмена и поддержании концентрации ионов различных веществ в жидкостях внутренней среды организма на постоянном уровне. Путем осмоса осуществляется транспорт воды через эпителий кишечника, через эпителий почечных канальцев в процессе концентрации мочи, обмен воды между тканевой жидкостью и кровью.

Поддержание водно-солевого баланса организма обеспечивается комплексом физиологических и физико-химических механизмов осморегуляции, включающим осморецепторы, образующие рефлексогенные зоны в различных органах и тканях, а также в гипоталамической области головного мозга, и волюморецепторы сердечно-сосудистой системы. Осморецепторы гипоталамуса тесно связаны с нейросекреторными ядрами, регулирующими синтез антидиуретического гормона вазопрессина. При повышении осмотического давления крови вследствие потери организмом воды или избыточного поступления в него соли происходит возбуждение осморецепторов, усиливается реабсорбция воды почечными канальцами и уменьшается диурез. Одновременно возбуждаются нервные механизмы, обусловливающие возникновение жажды. При избыточном поступлении воды в организм образование и выделение антидиуретического гормона резко снижаются, что приводит к уменьшению обратного всасывания воды в почках. Особая роль в поддержании физиологической величины осмотического давления принадлежит ионам натрия. Содержание натрия в плазме крови регулируется почками. Избыточное выведение натрия из организма или недостаточное поступление его с пищей может привести к обезвоживанию организма.

Роль осмотического буфера при изменениях осмотического давления может выполнять и сама кровь, что связано, по-видимому, с перераспределением ионов между плазмой и эритроцитами, а также способностью белков плазмы связывать и отдавать ионы. Важное значение в обмене воды между кровью и тканевой жидкостью имеет доля осмотического давления, обусловленная белками плазмы и называемая онкотическим давлением.

Онкотическое давление - часть осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3—4 кн/м², или 0,03—0,04 ат). Тем не менее онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.