Hvad er hypertonisk opløsning?

De fleste er opmærksomme på, at salte fødevarer har den egenskab at fremkalde tørst. Måske har du også bemærket, at meget søde mad har en tendens til at gøre det samme. Dette skyldes, at salt (som natrium- og chloridioner) og sukkerarter (som glukosemolekyler) fungerer som aktive osmoler, når de opløses i kropsvæsker, primært blodets serumkomponent. Dette betyder, at når de opløses i vandig opløsning eller den biologiske ækvivalent, har de potentialet til at påvirke den retning, i hvilket nærliggende vand bevæger sig. (En løsning er simpelthen vand med et eller flere andre stoffer opløst i det.)

"Tone", i betydningen muskler, betyder "stramhed" eller på anden måde indebærer noget, der er fast i lyset af konkurrerende trækning ", 3, [[Tonicitet, i kemi, henviser til en opløsnings tendens til at trække vand sammenlignet med en anden opløsning. Opløsningen, der undersøges, kan være hypoton, isoton eller hyperton sammenlignet med referenceopløsningen. Hypertoniske løsninger har betydelig betydning i sammenhæng med livet på Jorden.
Måling af koncentration

Før diskussion af implikationerne af relative og absolutte koncentrationer af løsninger, er det vigtigt at forstå måderne, hvorpå disse kvantificeres og udtrykkes inden for analytisk kemi og biokemi.

Ofte udtrykkes koncentrationen af faste stoffer opløst i vand (eller andre væsker) simpelthen i masseenheder divideret med volumen. F.eks. Måles serumglukose sædvanligvis i gram glucose pr. Deciliter (tiendedel liter) serum eller g /dL. (Denne anvendelse af masse divideret med volumen svarer til den, der blev brugt til at beregne densitet, bortset fra at der i massefyldemålinger kun er et stof, der undersøges, f.eks. Gram bly pr. Kubikcentimeter bly.) Masse opløst stof pr. Enhedsvolumen på opløsningsmiddel er også grundlaget for "procentvis masse" -målinger; for eksempel er 60 g saccharose opløst i 1.000 ml vand en 6 procent kulhydratopløsning (60 /1.000 \u003d 0.06 \u003d 6%).

Med hensyn til koncentrationsgradienter, der påvirker bevægelsen af vand eller partikler, det er dog vigtigt at kende det samlede antal partikler pr. volumenhed, uanset deres størrelse. Det er denne, ikke den totale opløste masse, der påvirker denne bevægelse, selvom denne måske er modstridende. Til dette bruger forskere oftest molaritet (M) , hvilket er antallet af mol af et stof pr. Volumenhed (normalt en liter). Dette er til gengæld specificeret af den molære masse eller molekylvægt af et stof. I konvention indeholder en mol af et stof 6,02 × 10 <23> partikler, der er afledt heraf antallet af atomer i nøjagtigt 12 gram elementært kul. Den molære masse af et stof er summen af atomvægtene for dets bestanddele atomer. For eksempel er formlen for glukose C 6H <12> 6, og atommasserne af kulstof, hydrogen og ilt er henholdsvis 12, 1 og 16. Derfor er den molære masse af glukose (6 × 12) + (12 × 1) + (6 × 16) \u003d 180 g.

Således bestemmes molariteten for 400 ml opløsning indeholdende 90 g glukose, bestemmer du først antallet af mol tilstedeværende glukose:

(90 g) × (1 mol /180 g) \u003d 0,5 mol

Del dette med antallet af liter til stede for at bestemme molaritet:

(0,5 mol) /(0,4 L) \u003d 1,25 M
Koncentrationsgradienter og væskeskift

Partikler, der er fri for at bevæge sig i opløsning, kolliderer med hinanden tilfældigt, og med tiden annullerer retningen af de enkelte partikler, der er resultatet af disse kollisioner hinanden, således at der ikke opnås nogen nettoændring i koncentration. Opløsningen siges at være i balance under disse betingelser. På den anden side, hvis der indføres mere opløst stof i en lokaliseret del af opløsningerne, resulterer den forøgede frekvens af kollisioner, der følger, i en nettobevægelse af partikler fra områder med højere koncentration til områder med lavere koncentration. Dette kaldes diffusion og bidrager til den ultimative opnåelse af ligevægt, andre faktorer holdes konstante.

Billedet ændres drastisk, når semi-permeable membraner introduceres til blandingen. Celler er lukket af netop sådanne membraner; "semi-permeabel" betyder simpelthen, at nogle stoffer kan passere, mens andre ikke kan. Når det gælder cellemembraner, kan små molekyler såsom vand, ilt og kuldioxidgas bevæge sig ind og ud af cellen via simpel diffusion og undvige proteiner og lipidmolekyler, der danner det meste af membranen. De fleste molekyler, herunder natrium (Na ^{+), klorid (Cl -) og glukose kan imidlertid ikke, selv når der er en koncentrationsforskel mellem det indre af cellen og det ydre af cellen.
Osmose}

Osmose, strømmen af vand over en membran som reaktion på forskellige koncentrationer af opløst stof på hver side af membranen, er et af de vigtigste cellulære fysiologiske begreber at mestre. Cirka tre fjerdedele af den menneskelige krop består af vand og på lignende måde for andre organismer. Væskebalance og forskydninger er afgørende for bogstavelig overlevelse fra øjeblikket til øjeblik.

Tendensen til at osmose opstår kaldes osmotisk tryk, og opløste stoffer, der resulterer i osmotisk tryk, hvilket ikke alle gør, kaldes aktive osmoler. For at forstå, hvorfor det sker, er det nyttigt at tænke på selve vandet som et "opløst stof", der bevæger sig fra den ene side af den semipermeable membran til den anden som et resultat af sin egen koncentrationsgradient. Hvor opløst koncentration er højere, er "vandkoncentration" lavere, hvilket betyder, at vand vil strømme i en høj koncentration til lav koncentration retning ligesom enhver anden aktiv osmol. Vand bevæger sig blot for at udjævne koncentrationsafstande. Kort sagt er det derfor, du bliver tørstig, når du spiser et salt måltid: Din hjerne reagerer på den øgede natriumkoncentration i din krop ved at bede dig om at lægge mere vand i systemet - det signaliserer tørst.

fænomen med osmose tvinger introduktionen af adjektiver til at beskrive den relative koncentration af opløsninger. Som berørt ovenfor kaldes et stof, der er mindre koncentreret end en referenceopløsning, hypotonisk ("hypo" er græsk for "under" eller "mangel"). Når de to opløsninger er ens koncentreret, er de isotoniske ("iso" betyder "det samme"). Når en opløsning er mere koncentreret end referenceopløsningen, er den hypertonisk ("hyper" betyder "mere" eller "overskydende").

Destilleret vand er hypotonisk over for havvand; havvand er hypertonisk over for destilleret vand. To slags soda, der indeholder nøjagtigt den samme mængde sukker og andre opløste stoffer, er isotoniske.
Tonicitet og individuelle celler

Forestil dig hvad der kunne ske med en levende celle eller en gruppe celler, hvis indholdet var stærkt koncentreret sammenlignet til de omgivende væv, hvilket betyder, hvis cellen eller cellerne er hypertoniske for deres omgivelser. I betragtning af hvad du har lært om osmotisk tryk, ville du forvente, at vand bevæger sig ind i cellen eller gruppen af celler for at udligne den højere koncentration af opløste stoffer i det indre.

Det er præcis, hvad der sker i praksis. F.eks. Er humane røde blodlegemer, formelt kaldet erythrocytter, normalt skiveformede og konkave på begge sider som en kage, der er klemt. Hvis disse anbringes i en hypertonisk opløsning, har vand en tendens til at forlade de røde blodlegemer, hvilket efterlader dem kollapsede og "stikkende" -udseende under et mikroskop. Når cellerne anbringes i en hypotonisk opløsning, har vand en tendens til at bevæge sig ind og oppustes cellerne for at udligne den osmotiske trykgradient - nogle gange til ikke blot at hævelse, men sprænge cellerne. Da celler, der eksploderer inde i kroppen, generelt ikke er et gunstigt resultat, er det klart, at det er kritisk at undgå større osmotiske trykforskelle i tilstødende celler i væv.
Hypertonic Solutions and Sports Nutrition

Hvis du er engageret i en meget lang træningsperiode, såsom et løbsmaraton på 26,2 km eller en triathlon (en svømmetur, en cykeltur og et løb), uanset hvad du har spist på forhånd, er det måske ikke nok til at opretholde dig i løbet af begivenhedens varighed, fordi dine muskler og leveren kan kun opbevare så meget brændstof, hvoraf det meste er i form af kæder af glukose kaldet glycogen. På den anden side kan indtagelse af noget udover væsker under intens træning være både logistisk vanskeligt og hos nogle mennesker kvalmeaktiverende. Så ideelt set ville du tage væsker i en eller anden form, fordi disse har en tendens til at være lettere på maven, og du vil have en meget sukker-tung (dvs. koncentreret) væske for at levere maksimalt brændstof til arbejdsmusklerne.

Eller ville du det? Problemet med denne meget plausible tilgang er, at når stoffer, du spiser eller drikker, absorberes af din tarm, er denne proces afhængig af en osmotisk gradient, der har en tendens til at trække stoffer i mad fra indersiden af tarmen til blodet, der fører til din tarm, takket være fejes op af bevægelse af vand. Når den væske, du forbruger, er stærkt koncentreret - det vil sige, hvis den er hypertonisk over for væskerne, der forder tarmen -, forstyrrer den denne normale osmotiske gradient og "suger" vand tilbage i tarmen udefra, hvilket får absorption af næringsstoffer til at stoppe og besejre hele formålet med at indtage sukkerholdige drikke på farten.

Faktisk har sportsforskere undersøgt de relative absorptionshastigheder for forskellige sportsdrikke, der indeholder forskellige koncentrationer af sukker, og har fundet, at dette "modsætningsfulde" resultat er det rigtige en. Drikkevarer, der er hypotoniske, absorberes hurtigst, mens isotoniske og hypertoniske drikkevarer absorberes langsommere, målt ved ændringen i glukosekoncentration i blodplasma. Hvis du nogensinde har taget prøver af sportsdrikke som Gatorade, Powerade eller All Sport, har du sandsynligvis bemærket, at de smager mindre sød end colas eller frugtsaft; dette skyldes, at de er konstrueret til at have lav tonicitet.
Hypertonicitet og marine organismer

Overvej problemet, som marine organismer - det vil sige akvatiske dyr, der specifikt lever i jordens oceaner - står over for: De ikke lever kun i ekstremt salt vand, men de må hente deres eget vand og mad fra denne meget hypertoniske opløsning af slags; Derudover skal de udskille affaldsprodukter i det (for det meste som kvælstof, i molekyler som ammoniak, urinstof og urinsyre) samt stamme ilt fra det.

De dominerende ioner (ladede partikler) i havvand er , som du ville forvente, Cl ^{- (19,4 gram pr. kg vand) og Na + (10,8 g /kg). Andre aktive osmoler med betydning i havvand inkluderer sulfat (2,7 g /kg), magnesium (1,3 g /kg), calcium (0,4 g /kg), kalium (0,4 g /kg) og bicarbonat (0,144 gr /kg). br>}

De fleste marine organismer er, som du kunne forvente, isotoniske over for havvand som en grundlæggende konsekvens af udviklingen; de behøver ikke at anvende nogen speciel taktik for at bevare ligevægten, fordi deres naturlige tilstand har givet dem mulighed for at overleve, hvor andre organismer ikke har og ikke kan. Hajer er dog en undtagelse, idet de opretholder organer, der er hypertoniske over for havvand. De opnår dette gennem to hovedmetoder: De bevarer en usædvanlig mængde urinstof i deres blod, og den urin, de udskiller, er meget fortyndet eller hypotonisk sammenlignet med deres indre væsker.