Wikipédia

„Ozmolalitás” változatai közötti eltérés

Laptörténet interaktív böngészése
[nem ellenőrzött változat][nem ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
Kategória hozzáadás
a kis korr: dupla szóközök, kémiai képletek javítása, igazi negatív előjel nagykötőjel helyett, részecskeszám pontosítása
1. sor:
 
Az '''ozmolalitás''' elektrolitokat és anelektrolitokat egyaránt tartalmazó oldatok koncentrációjának, ozmózisnyomásának és [[A fagyáspontcsökkenés törvénye|fagyáspontcsökkenésének]] jellemzésére bevezetett, fizikokémiai törvényekre épülő, de többnyire a [[Élettan|fiziológiában]], a [[Biofizika|biofizikában]] használatos alapfogalom.
 
A [[A szervezet folyadékterei|szervezet folyadéktereire]] a többkomponensű oldatok a jellemzők. Többféle anyag közös oldata esetén az oldott anyagok által együttesen okozott, és nem pedig az egyes anyagok által külön-külön előidézett [[ozmózis|ozmózisnyomás]] határozza meg a folyadékterek közötti folyadékáramlást. Mivel ilyen esetben az oldat összkoncentrációjának meghatározása körülményes, ezért a koncentráció helyett annak ozmolalitásával jellemezzük a többkomponensű oldatokat. Az ozmolalitás egysége az ''1 osmol''.
 
Egységnyi, azaz 1 osmol mindazon vizes oldatok ozmolalitása – bármilyen is az összetételük –, amelyek fagyáspontja –1−1,85°C.<ref name="TARJAN">Tarján Imre: ''Fizika orvosok és biológusok számára.'' Medicina Könyvkiadó, Budapest 1968. 149–150. oldal.</ref><ref>Lodish H., Berk S.L., Matsudaira P., Kaiser C. A., Kriger M., Scott M. P., Zipursky S. L., Darnell J. : ''Molecular cell biology.'' W. H. Freeman and company, New York, 2004. 5. kiadás, 608–610. oldal ISBN 0-7167-4366-3</ref>
[[Fájl:Wilhelm Pfeffer.jpg|200px|bélyegkép|Wilhelm Pfeffer (1845–1920) német növényfiziológus]]
 
11 ⟶ 10 sor:
[[Fájl:Pfeffer Osmotische Untersuchungen-5.png|200px|bélyegkép|A 19. század végén Pfeffer által kifejlesztett, ozmózisnyomás mérésére szolgáló kísérleti eszköz korabeli rajza]]
 
Az ozmózisos nyomás élő sejtekre gyakorolt jelenségét első ízben Wilhelm Pfeffer (1845–1920) német növényfiziológus tanulmányozta 1877-ben. Növényi sejteket különböző koncentrációjú cukoroldattal kezelve mikroszkóp alatt azt tapasztalta, hogy a sejtek [[citoplazma|citoplazmája]] a [[sejtfal]]on belül az oldat koncentrációjától függően hol összezsugorodik, hol pedig a teljes sejtet kitöltve a sejtfalnak feszül.<ref>Szekeres László: ''Általános és szervetlen kémia.'' Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1966. 3. kiadás, 144–145. oldal.</ref> A jelenség modellezésére és az összefüggések megértésére mesterséges, sejtfalat utánzó, féligáteresztő falat hozott létre égetett agyagban kicsapott réz-ferrocianid segítségével, majd az általa megalkotott első ''ozmométerrel'' vizsgálta a nyomás és koncentráció közötti összefüggéseket.<ref name="LE">Lengyel Béla, Proszt János, Szarvas Pál: ''Általános és szervetlen kémia.'' Tankönyvkiadó, Budapest, 1967. 5. kiadás, 63–65. oldal.</ref><ref group="m">A szemipermeábilis agyaglemez megalkotása eredetileg [[Moritz Traube]] (1826–1894) vegyész nevéhez fűződik, aki 1876-ban porózus égetett agyagedénybe [[réz-szulfát]]-oldatot öntött, majd az edényt [[kálium-ferrocianid]]-oldatba állította. Az oldatok mindkét irányból a fal belseje felé diffundáltak, majd a találkozási helyüknél barna szilárd csapadékréteg, réz-ferrocianid keletkezett. Az így kialakított agyagfal féligáteresztő tulajdonságokkal rendelkezett.</ref>
 
1885-ben [[Jacobus Henricus van ’t Hoff]] (1852–1911) holland vegyész kiindulva Pfeffer ozmózissal kapcsolatos első kísérleti eredményeiből, arra a meglepő következtetésre jutott, hogy a gáztörvények a híg oldatokra is érvényesek.
 
Ezt követően az ozmózis jelensége az [[élettan|orvosélettani]] kutatásokban is a figyelem középpontjába került, mivel az élő szervezetekben a sejteket, szöveteket, [[A szervezet folyadékterei|folyadékterek]]et elválasztó féligáteresztő hártyák igen elterjedtek.
 
Ismert jelenség a [[vörösvérsejt]]ek alaki változása, amennyiben azokat különböző töménységű konyhasóoldatba helyezzük. A korong alakú vörösvértestek 2%-os NaCl oldatba helyezve elvesztik jellegzetes formájukat és mikroszkóp alatt megfigyelhető a sejtek látványos zsugorodása. Az oldatot vízzel hígítva viszont gyorsan visszanyerik eredeti formájukat. A hígítást tovább folytatva előbb erősen megduzzadnak, kikerekednek végül felszakadnak (hemolizálnak) és tartalmuk (a [[hemoglobin]]) az oldatba kerül. A jelenség legkézenfekvőbb magyarázata szerint a vörösvérsejtek mikroszkópos méretű ozmométernek tekinthetők, melynek membránja csak a víz számára átjárható, de az oldott molekulákat vagy ionokat visszatartja. Normális élettani körülmények között a vörösvérsejtek az őket körülvevő közeggel, vagyis a [[vérplazma|vérplazmával]] csak akkor vannak az ozmózis szempontjából egyensúlyban, ha sejten belül és a plazmában uralkodó ozmózisnyomás értéke azonos.<ref name="STRAUB">Straub F. Brunó: ''Általános és szervetlen kémia orvostanhallgatók számára.'' Medicina Könyvkiadó, Budapest, 1967. 6. kiadás, 97–98. oldal.</ref>
 
E magyarázat értelmében a vörösvérsejtek a normál fiziológiásnál magasabb koncentrációnál (''hiperozmotikus'' környezetben) vizet veszítenek, zsugorodnak és elveszítik a működőképességüket. A hígabb oldatban (''hipoozmotikus'' környezetben) vizet vesznek fel, megduzzadnak, hemolizálnak és menthetetlenül sérülnek.
 
A fenti kísérlet konyhasó oldatot használ a vörösvérsejtekhez, amely nem azonos a sejtek belső folyadékával. Ebből a kísérletből tehát az is világosan látszik, hogy a sejtek életben maradásánál nem a kémiai összetétel, hanem a sejt belsejével azonos külső környezet ozmotikus állapota játszik elsődleges szerepet.
 
A vörösvérsejtekre leírt jelenség természetesen a szervezet többi sejtjére is igaz és levonható belőle az a gyakorlati következtetés, hogy orvosi célból alkalmazott folyékony gyógyszerformák ([[injekció]]k, [[infúzió]]k, [[szemcsepp]]ek, stb.) az alkalmazás helyén hasonló módon károsíthatják a sejteket, amennyiben azok ozmotikus állapota eltér a sejtekétől.<ref>Katzung B. G.: ''Basic and Clinical Pharmacology''. Norwalk, Connecticut, Appleton & Lange 1995. 6. kiadás, 33–47. oldal, ISBN 0-8385-0619-4</ref> Közismert tény, hogy nyílt sebbe juttatott tömény sóoldat vagy [[desztillált víz]] erős fájdalmat okoz, amely a szövetek ozmotikus roncsolódásával magyarázható. Más megfogalmazásban: az eltérő ozmotikus tulajdonságú, vagyis nem izotóniás oldat fájdalommal járó károsodást okoz.
 
Mindezek ismereteben a fiziológia és farmakológia számára szükségessé vált a testfolyadékok koncentrációjának és ozmotikus állapotának pontos meghatározása. Első közelítésben a problémát az jelenti, hogy a szervezet testfolyadékai nem egyetlen vegyület egyszerű oldatai, hanem összetett oldatok, azaz több száz különböző molekulából álló oldat keveréke és együttesen felelősek a testfolyadék ozmotikus nyomásáért.<ref name="STRAUB"/>
 
Bár a testfolyadékok kémiai összetétele napszaktól, táplálkozástól, munkavégzéstől – és még számos más faktortól – függően percről percre változik, de annak ozmotikus állapota, azaz ozmotikus nyomása, ennek ellenére állandó. Az ozmotikus nyomással tehát egy oldat "összes koncentrációját" jellemezni lehet, annak kémiai összetételétől függetlenül.<ref name="TARJAN"/>
41 ⟶ 40 sor:
::: <math>c</math> = részecskék száma [moláris koncentráció]
 
Észre kell vennünk, hogy bár az egyetemes gázállandó <math>(R)</math> és a hőmérséklet <math>(T)</math> is egy a képletben szereplő fontos tényező, de a membrán két oldala között kialakuló, egymással ellentétes irányú nyomásviszonyok számolásánál nem kell őket figyelembe venni, mert ezek mindkét oldalon azonos értékek. Ebből az következik, hogy a sejtek között a szövetekben az ozmotikus nyomást (annak irányát és eredőjét) a membrán két oldalán oldott részecskék számának különbsége határozza meg.
 
Hangsúlyozni kell, hogy a részecskék száma a meghatározó és nem a koncentráció. Miben áll ez a különbség? Ha az oldatban disszociáló molekulák (azaz elektrolitok) vannak a moláris koncentrációt szorozni kell a disszociációval keletkezett ionok számával.
 
 
Például az 1 liter 1M koncentrációjú oldatban a részecskeszám a következőképpen változik:
 
::: 1 M-os [[glükóz]] oldatában [[Avogadro-szám|6 x 10<sup>{{e|23</sup>}}]] molekula van
::: 1 M-os NaCl oldatában 2 x 10<sup>·6{{e|23</sup>}} ion van ( 1 Na<sup>+</sup> + 1 Cl<sup>-−</sup> )
::: 1 M-os [[Nátrium-szulfát|Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>]] oldatában 3 x 10<sup>·6{{e|23</sup>}} ion van ( 2 Na<sup>+</sup> + 1 SO4<sup>2-</sup>{{chem|SO|4|2−}} )
 
Disszociáló molekulák esetén tehát a fenti ''van't Hoff törvény'' így módosul:
60 ⟶ 59 sor:
::: <math>n = </math> a keletkezett ionok száma
 
Mivel a szervezetben többféle és különböző koncentrációjú oldott részecske van jelen, ezért valamennyi oldott részecske moláris koncentrációjának összegét (az ozmózisból levezetve) ''ozmolalitásnak'' nevezzük. Az ozmolalitás a koncentráció egysége, melynek rövidítése: ''Osm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O''. A fiziológiai és biokémiai gyakorlatban az 1 Osm/kg H<sub>2</sub>O (össz)koncentráció meglehetősen magas érték, amely csak kivételes esetekben fordul elő a szervezetben, ezért ennek az ezredrészét, a miliOsm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O (mOsm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O vagy 10<sup>-3−3</sup> Osm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O) értéket használják.<ref name="STRAUB"/>
 
== Az extracelluláris folyadék ozmolalitása ==
[[Fájl:Scientist using Clifton osmometer.JPG|bélyegkép|Korszerű nanoliter ozmométer használata sejtbiológiai kísérletben]]
A sejteket körülvevő, (tehát az [[A szervezet folyadékterei|extracelluláris teret]] kitöltő) folyadék ozmotikus koncentrációja 290–300 mOsm/kg&nbsp;H2OH<sub>2</sub>O. Ez az érték az emberi szervezetre érvényes ugyan, de minimális eltérésekkel az összes [[emlősök]]re is igaz. Ennek a teljes ozmolalitást adó értéknek a döntő zömét (260 mOsm/kg&nbsp;H2OH<sub>2</sub>O) a nátrium-, a klorid- és a bikarbonátionok biztosítják a következő felosztásban:
 
::: Na<sup>+</sup> ~140 mOsm/kg&nbsp;H2OH<sub>2</sub>O
::: Cl<sup>-−</sup> ~100 mOsm/kg&nbsp;H2OH<sub>2</sub>O
::: {{chem|HCO<sub>|3</sub><sup>-</sup>|−}} ~24 mOsm/kg&nbsp;H2OH<sub>2</sub>O
 
Az extracelluláris folyadékban oldott többi anyag (Mg<sup>2+</sup>, Ca<sup>2+</sup>, foszfátionok, urea, glükóz és más, az anyagcserében szerepet játszó szerves vegyület) kevésbé meghatározó az ozmotikus viszonyok kialakításában.<ref group="m">
 
Normális fiziológiás körülmények között a glülóz az ozmotikus viszonyok kialakításában alig játszik szerepet, de egyes kóros állapotokban (mint a cukorbetegség súlyos formája) a megnövekedett plazmaglukózszint az extracelluláris ozmolalitás jelentős tényezőjévé válhat.</ref>
Mivel az extracelluláris tér és a sejtek között (bizonyos határokon belül) ozmotikus egyensúly van, ezért joggal feltételezhető, hogy a sejteken belüli ozmolalitási érték is ~290 mOsm/kg H2OH<sub>2</sub>O.<ref>Guyton, A. G., Hall J. E.: ''Textbook of medical physiology'', Elsevier Saunders, 2006, 11. kiadás, 296–299. oldal. ISBN 978-0-7216-0240-0</ref>
 
== A testfolyadékok ozmolalitásának meghatározása ==
 
[[Fájl:Francois Marie Raoult 01.jpg|balra|bélyegkép|François-Marie Raoult (1830 – 19011830–1901) francia kémikus]]
[[Fájl:OsmolalityNaCl.png|bélyegkép|A sóoldat fagyáspontja a koncentráció emelkedésével (azzal arányosan) csökken. A szöveteket körülvevő testfolyadékok kísérletileg mért fagyáspontja –0−0,56 °C, ami megfelel a 0,15 mólos (0,9%-os) NaCl-oldat fagyáspont értékének]]
 
 
[[A szervezet folyadékterei]]ben, valamint a sejtek belsejében uralkodó ozmózisnyomás ismerete kritikus fontosságú a sejtbiológiai kutatásokban, a molekuláris biológiai kísérletekben vagy akár a [[mesterséges megtermékenyítés]] során. Napjainkban orvosok és kutatók számára korszerű ozmométerek állnak rendelkezésre, amelyekkel akár egyetlen sejt belsejében is megmérhető az ozmolalitás és annak változása különböző kísérleti körülmények között. A szövetnedvek ozmolalitásának meghatározása már a [[19. század]] végén szükségessé vált, jóval a mai elektronika és a napjainkban használatos ''nanoliter ozmométerek'' megjelenése előtt.
85 ⟶ 83 sor:
1882-ben Francois M. Raoult francia kémikus a híg oldatok és oldatkeverékek ozmózisnyomása és azok [[A fagyáspontcsökkenés törvénye|fagyáspontcsökkenés]]e közötti összefüggést vizsgálva arra az egyszerű eredményre jutott, hogy e mennyiségek a koncentrációval (illetve ennél is szabatosabban: az oldat térfogategységében oldott részecskék számával) arányosak.<ref name="LE"/>
 
Kísérleti eredményei a következőkben foglalhatók össze. Rault 1 M koncentrációjú glükóz oldatot készített, majd azt hígította. Nagy pontosságú [[Beckmann-hőmérő]]t használva megmérte az oldatok fagyáspontját és azt találta, hogy a koncentráció és a fagyáspontcsökkenés között lineáris összefüggés van. Míg a tiszta víz fagyáspontja az ismert 0 °C-nak adódott, addig a 0,5 mólos glükóz fagyáspontja –0−0,925 °C-ot, az 1 mólosé –1−1,850 °C-ot mutatott. A kísérletet megismételte [[karbamid]]dal, [[glicerin]]nel és ugyanezeket az eredményeket kapta. Ebből levonhatta azt a következtetést, hogy a fagyáspontcsökkenés (ugyanolyan oldószerben) a koncentrációtól és nem az oldott anyagok minőségétől függ. Amennyiben összetett oldatokat vizsgált, azt tapasztalta, hogy a komponensek koncentrációjának összegétől függ a fagyáspontcsökkenés. Vagyis a részecskék száma a döntő, pontosan úgy, mint az ozmózisnyomás esetén. Természetesen amennyiben disszociáló elektrolitokat (például NaCl-ot) vizsgált – az ozmózisnyomáshoz hasonlóan – a disszociáló ionok számát kellett figyelembe venni a számításokhoz. Ez a megfigyelés lehetővé tette, hogy a fagyáspontot az oldatkeverékek és a szervezetben előforduló, nem teljesen ismert összetételű testfolyadékok ozmolalitásának méréséhez felhasználják.<ref>Erdey-Grúz Tibor: ''A fizikai kémia alapjai''. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1969. 3. kiadás, 315–316.oldal</ref>
 
Egészséges ember plazmájának fagyáspontja –0−0,55 és –0−0,57 °C között ingadozik. A Rauolt-féle törvény szerint tehát a plazma ozmolalitása (0,56/1,86=0,3) 0,3 Osm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O (300 mOsm/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O) körüli érték.
Más megfogalmazásban ez azt jelenti, hogy a nem teljesen ismert összetételű testfolyadékok ozmotikus nyomása akkora, mint a 0,3 mólos glükóz oldat, vagy a 0,15 mólos (0,9 %-os) konyhasó oldat ozmotikus nyomása. A különböző eredetű extracelluláris nedvek többsége a plazmáéval közel azonos 290-300 mOsmol/kg&nbsp;H<sub>2</sub>O ozmolalitású. Ettől eltérő, hígabb ozmolalitást csak néhány mirigyváladék, [[nyálmirigy]], [[verejtékmirigy]] mutat.<ref>Fonyó A.: ''Az orvosi élettan tankönyve''. Medicina Könyvkiadó Zrt., Budapest, 7. kiadás, 2014. 26–28. oldal. ISBN 978-963-226-504-9</ref>
 
== Kapcsolódó szócikkek ==
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/wiki/Ozmolalitás”