Рис. 6. Схема возникновения осмотического давления

Вант Гофф предложил эмпирическое уравнение для расчета осмотического давления разбавленных растворов неэлектролитов:

Р осм (Х) = с (Х) R T ,

где с (Х) – молярная концентрация вещества в растворе, моль/л.

По форме это уравнение аналогично уравнению КлапейронаМенделеева для идеальных газов, поэтому несмотря на то, что эти уравне-

ния описывают разные процессы, Вант Гофф сформулировал следующий закон:

Осмотическое давление равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии, занимало при той же температуре объем, равный объему раствора.

Как упоминалось выше, коллигативные свойства не зависят от природы растворѐнного вещества, следовательно, они характерны для идеальных растворов, в которых отсутствуют межмолекулярные взаимодействия и которые не существуют в природе. Для учѐта межмолекулярных взаимодействий в реальных растворах Вант-Гофф предложил использовать изотонический коэффициент.

Изотонический коэффициент (i ) – это параметр, учитывающий межмолекулярные взаимодействия в реальных растворах:

i = 1 – для разбавленных растворов неэлектролитов; i > 1 – для разбавленных растворов электролитов;

i < 1 – для коллоидных растворов, содержащих ассоциаты.

Взаимосвязь изотонического коэффициента со степенью диссоциации () выражается уравнением:

i = 1 + (n –1)

где n – число ионов, образующих данный электролит.

Для растворов электролитов осмотическое давление рассчитывается по формуле:

Р осм (Х) = i с (Х) R T

 Для плазмы крови Росм = 740–780 кПа.

Плазма крови сложная многокомпонентная система, поэтому для учѐта еѐ осмотических свойств было введено понятие осмолярной (осмолярность) или осмоляльной (осмоляльность) концентраций, разница между которыми незначительна вследствие относительной разбавленности биологических растворов.

Осмолярная концентрация – количество всех кинетически активных частиц, содержащихся в 1 л раствора, независимо от их формы, размера и природы.

с осм = i с (Х)

 Осмолярная концентрация плазмы крови равна

0,29–0,31 осмоль/л.

Осмоляльность – концентрация осмотически активных частиц в растворе, выраженная в количестве осмоль на килограмм растворителя (осм/кг).

В норме осмоляльность плазмы (Опл) определяется концентрацией Na + , мочевины и глюкозы.

В норме осмоляльность плазмы составляет 275-290 мосм/кг. Осмоляльность плазмы сохраняется постоянной благодаря механизмам, способным реагировать на изменения, равные 1-2% ее исходной величины

Осмоляльность является показателем осмотической концентрации и

связана с числом растворенных частиц. Она определяется степенью диссоциации или, наоборот, ассоциации молекул, присутствующих в данной массе раствора. Осмоляльность выражается в (ммоль/кг. Осмоляльность

часто путают с осмолярностью, которая определяется как количество частиц в данном объеме раствора (т.е. в ммоль/л). Осмолярность и осмоляльность такого раствора как моча обычно совпадают и различить их расхождения в обычной биохимической лаборатории не представляется возможным. Осмоляльность мочи или других тканевых жидкостей может быть выражена через осмотическое давление. Если раствор отделить от растворителя полупроницаемой мембраной, то растворитель будет стремиться перейти в раствор. Гидростатическое давление, которое должно уравнять давление растворителя, и будет соответствовать осмотическому давлению, определяемому осмоляльностью раствора. В случае клеточной мембраны осмотическое давление зависит от концентрации частиц, которые не проходят через мембрану ("эффективная" осмомоляльность или тоничность среды).

Одна из основных функций почек – экскреция растворимых веществ и их производных. Большинство веществ выводятся из организма именно через почки. Так как имеется почечный порог для большинства компонентов мочи, то основными растворенными в моче веществами являются хлорид натрия и мочевина. Количество экскретируемого хлорида натрия составляет от 5 до 25 граммов за 24 часа; количество мочевины за это же время составляет от 10 до 40 граммов. Количество солей в моче отражает их содержание в пище, количество мочевины - потребление белка.

Относительная плотность или удельный вес, которая определяется количеством растворенных веществ в моче, является одним из самых традиционных тестов, который входит в состав общего анализа мочи. Осмоляльноть является более строгим показателем, чем относительная плотность. Она зависит от числа частиц, содержащихся в растворе, тогда как относительная плотность зависит как от числа, так и от характера растворенных частиц. Осмоляльность и плотность мочи тесно связаны между собой, однако преимуществом использования единиц осмоляльности является возможность сравнения мочи с кровью, что предоставляет большие возможности в распознавании почечной активности. Одним из принципиальных преимуществ измерения осмоляльности, а не плотности мочи является то, что белок и глюкоза не так сильно влияют на осмоляльность, как на плотность (удельный вес). На увеличение в моче глюкозы, белка, лекарств или их метаболитов, маннитола или декстранов (в результате внутривенного введения) косвенно указывает нарушение линейной связи между относительной плотностью и осмоляльностью при значениях относительной плотности свыше 1,030 г/мл.

Измерение осмоляльности мочи и сыворотки позволяет определить концентрирующую способность почек. У здоровых людей осмоляльность может меняться от 50 до 1000 ммоль/кг, что соответствует колебанию относительной плотности от 1,001 до 1,030 г/мл. Нормальные почки здоро-

вого человека способны разводить и концентрировать мочу с минимальных значений 50-80 ммоль/кг, что соответствует относительной плотности 1,001-1,002 г/мл, до максимальных значений 1400 ммоль/л. Осмоляльность (или относительная плотность) наиболее высока в первой утренней порции мочи и составляет, как правило, более 700 ммоль/л (1,020 г/мл). Нормальный диапазон осмоляльности мочи составляет от 200 до 1000 ммоль/л (1,005-1,030 г/мл), но обычно осмоляльность мочи составляет 350-850 ммоль/л (относительная плотность 1,010-1,025 г/мл). Нормальный диапазон концентрирования мочи для пациентов при обычном потреблении воды и пищи от 550 до 850 ммоль/л (1,015-1,025 г/мл).

Изотонические растворы – растворы с одинаковым осмотическим давлением.

При контакте с изотоническим раствором осмотической ячейки , представляющей собой систему, отделѐнную от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью, между ними происходит равновесный обмен растворителем. Все клетки живых организмов являются осмотическими ячейками. Раствор, который изотоничен плазме крови, называется физиологическим , например, 0,9%-ный раствор NaCI.

Гипертонический раствор – раствор, обладающий большим осмотическим давлением по сравнению с контактируемым раствором.

При контакте осмотической ячейки с гипертоническим раствором наблюдается экзосмос - движение растворителя из осмотической ячейки в окружающий еѐ гипертонический раствор. Наблюдаемое при этом явление называется плазмолизом.

Плазмолиз – сжатие и сморщивание клеток за счѐт экзосмоса в гипертоническом растворе.

При внутривенном введении больному гипертонического по отношению к плазме крови раствора происходит осмотический конфликт – обезвоживание и сморщивание клеток вследствие экзоосмоса. При резком плазмолизе клетки могут погибнуть.

Гипертонические растворы используют для промывания гнойных ран, в качестве слабительных препаратов (горькая соль MgSO4 ∙7H2 O, глауберова соль Na2 SO4 ∙10H2 O), диуретиков.

Гипотонический раствор – раствор, обладающий меньшим осмотическим давлением по сравнению с контактируемым раствором.

При контакте осмотической ячейки с гипотоническим раствором происходит эндосмос – движение растворителя в осмотическую ячейку из окружающего еѐ гипотонического раствора, приводящее к набуханию клетки и даже ее разрыву.

Гемолиз – набухание и разрушение за счѐт эндосмоса клеточных мембран эритроцитов в гипотоническом растворе, приводящее к выделе-

нию гемоглобина в плазму (лаковая кровь). Разрушение клеток называют лизисом.

При внутривенном введении больному гипотонического по отношению к плазме крови раствора происходит осмотический «шок» – разрушение клеток вследствие эндосмоса. При разрушении эритроцитов гемоглобин попадает в плазму крови и не может выполнять свою основную функцию – транспорт кислорода, поэтому наступает гипоксия тканей.

Уменьшение осмотического давления за счет потери солевых компонентов может привести к рвоте, судорогам, потере сознания. В связи с этим, например, рабочие горячих цехов, у которых происходит сильное потоотделение, пьют подсоленную воду. Увеличение осмотического давления за счет избытка соли приводит к перераспределению жидкости в организме, которая скапливается в тканях, содержащих избыток соли, вызывая тем самым отѐк.

	Изотонический		Гипертонический	Гипотонический
Вид спереди
Вид в профиль
	Нормальные		Сморщиваюшиеся	Набухшие клетки
	клетки (осмотичеклетки (зубчатые)			(гемолизирован-
	ское равновесие)

Рис. 7. Действие осмотического давления на клетки

У животных, которые способны менять количество потребляемой воды в зависимости от обстоятельств, действует особая система осморегуляции. Например, осмолярность мочи бобра, не испытывающего дефицита воды, равна 0,6 осмоль/л, а у живущего в пустыне тушканчика – 9 осмоль/л. У пресноводных рыб тка

невые жидкости гипертоничны по отношению к пресной воде, поэтому такие рыбы накачивают воду путем осмоса через жаберные щели, выводя ее потом из организма с большим объемом разведенной мочи. Напротив, у морских рыб тканевые жидкости гипотоничны по отношению к морской воде, поэтому они через жаберные щели выделяют воду, а для ее компенсации пьют морскую воду. Моча, выделяемая такими рыбами, изотонична морской воде и объем ее очень мал.

При снижении осмотического давления крови до 400-350 кПа наступает гибель организма.

Онкотическое давление – осмотическое давление, создаваемое за счѐт наличия белков в биожидкостях организма. Оно составляет 0,5% от суммарного осмотического давления плазмы крови. В результате понижения онкотического давления при гипопротеинемии происходит перераспределение жидкости в сторону ткани и возникновение онкотических отѐков («голодных» или «почечных»).

Давление насыщенного пара растворителя над раствором

Давление насыщенного пара над растворителем (ро ) – давление,

при котором при данной температуре в системе «жидкость–пар» наступает динамическое равновесие, характеризующееся равенством скоростей испарения и конденсации.

Рис. 8. Испарение чистого растворителя и испарение растворителя из раствора

Если в растворитель ввести нелетучий неэлектролит (рис. 8), то испарение молекул растворителя уменьшится вследствие:

уменьшения подвижности молекул растворителя за счѐт межмолекулярного и ион-дипольного взаимодействия растворитель–вещество;

уменьшения поверхности испарения, т.к. часть поверхности занята молекулами нелетучего вещества; уменьшения молярной доли растворителя и нарушения за счѐт этого

равновесия жидкость-пар. В соответствии с принципом Ле Шателье начинает протекать процесс, стремящийся ослабить влияние воздействия, т.е. конденсация, что и приводит к уменьшению количества пара, а, следовательно, и к снижению его давления над раствором по сравнению с растворителем.

 Давление насыщенного пара растворителя над раствором

всегда меньше, чем над чистым растворителем.

Математически это выражается с помощью I закона Рауля.

I закон Рауля – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором в сравнении с его давлением над растворителем, равно молярной доле растворенного вещества (N ):

где Р о – давление насыщенного пара над растворителем; Р – давление насыщенного пара над раствором;

n (X) и n (р-ля) – количество растворенного вещества и растворителя.

Для растворов электролитов в математическое выражение I закона Рауля вводится изотонический коэффициент:

Ро		i N (Х )
Ро

Температуры кипения и кристаллизации растворов непосредственно связаны с давлением над ними насыщенного пара растворителя.

Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора по сравнению с растворителем

Температура кипения жидкости – это температура, при которой давление еѐ паров становится равным внешнему атмосферному давлению.

Например, при давлении 101,3 кПа температура кипения воды равна 100о С, а в горах при пониженном атмосферном давлении соответственно будет и ниже температура еѐ кипения.

Понижение давления пара растворителя в результате растворения в нѐм нелетучего вещества приводит к увеличению скорости конденсации пара и, следовательно, к нарушению равновесия жидкость-пар. Для восстановления этого равновесия, т.е. для повышения давления насыщенного пара над раствором, необходимо повысить температуру, следовательно, температура кипения раствора будет выше температуры кипения растворителя.

Температура кристаллизации (замерзания) растворителя – это температура, при которой давление пара над жидкостью становится равным давлению пара над его твѐрдой фазой.

Растворение нелетучего вещества в растворителе приводит к уменьшению молярной доли растворителя и, соответственно, к нарушению равновесия жидкость–твѐрдая фаза. Для восстановления этого равновесия, т.е. для повышения молярной доли растворителя будет происходить плавление твѐрдой фазы, поэтому для кристаллизации раствора необходимо понизить температуру. Таким образом, температура кристаллизации раствора будет ниже температуры кристаллизации растворителя. При этом температуру кристаллизации следует фиксировать при выделении из раствора первого кристаллика твѐрдой фазы, т.к. при образовании большего количества твѐрдой фазы концентрация растворѐнного вещества будет возрастать и температура замерзания раствора будет понижаться.

Математически эти зависимости выражаются с помощью II закона Рауля.

II закон Рауля – повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора пропорционально моляльной концентрации с m (X) растворенного вещества:

Т кип = Е с m(X)

Т крист = K с m(X),

где Е , K – соответственно, эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные, зависящие только от природы растворителя.

Математически Е = Т кип и K = Т крист при с m (X) = 1 моль/кг. Однако, при такой концентрации растворенного вещества раствор нельзя считать

разбавленным, поэтому для нахождения этих величин строят график зависимости экспериментально измеренных Т кип и Т крист от с m (X) и экстрапалируют полученную зависимость на ось ординат. Отсекаемые при этом отрезки и будут равны величинам Е и K . В приложении приведены значения Е и K для некоторых жидкостей.

Для растворов электролитов в математическое выражение II закона Рауля вводится изотонический коэффициент i :

Ткип = i Е сm (X) Ткрист = i K сm (X)

На измерении температур кипения и кристаллизации растворов основаны экспериментальные методы эбулиоскопия и криоскопия , которые применяются для определения молярных масс веществ, изотонического коэффициента, степени диссоциации слабых электролитов.Т кип и Т крист , можно рассчитать M (Х). На практике чаще используют криоскопический метод определения молярных масс. Особенно он удобен для изучения органических веществ: исследуемое вещество растворяют в бензоле и с помощью термометра Бекмана точно измеряют Т зам .

Рис. 9. Фазовые переходы

Высоко в горах при низком внешнем атмосферном давлении температура кипения воды может достигать только 60о С. При этой температуре не удается сварить мясо, поэтому у жителей высокогорных сѐл особый рацион питания.

Вы, наверное, замечали, что вода в кастрюле под закрытой крышкой быстрее закипает, а в кастрюле-скороварке быстрее готовится пища, так как благодаря ее особой конструкции, предусматривающей герметичность закрывания крышки, температура кипения воды достигает 104о С. В автоклавах, используемых для дезинфекции медицинского инструментария, температура кипения может достигать 250о С.

Типовые упражнения и задачи с решениями

Задача № 1

В закрытом сосуде находятся два стакана: с чистой водой и с раствором серной кислоты в воде. Какие процессы будут наблюдаться при этом?

Согласно I закону Рауля давление насыщенного пара над чистой водой будет выше, чем над раствором, поэтому будет происходить диффузия

молекул воды в закрытом сосуде от стакана с чистой водой к стакану с раствором. Это приведѐт к нарушению равновесия и протеканию в результате этого следующих процессов:

а) давление насыщенного пара над чистой водой уменьшится, поэтому скорость испарения превысит скорость конденсации, что приведѐт к понижению уровня чистой воды в стакане и уменьшению еѐ температуры вследствие протекания эндотермического процесса испарения; б) давление насыщенного пара над раствором повысится, поэтому ско-

рость конденсации превысит скорость испарения, что приведѐт к повышению уровня раствора в стакане, понижению концентрации растворѐнного вещества и повышению температуры вследствие протекания экзотермического процесса растворения серной кислоты в воде. Понижение концентрации вызовет, в свою очередь, постепенное уменьшение давления насыщенного пара над раствором и, соответственно, уменьшение скорости диффузии молекул воды в закрытом сосуде.

Задача № 2

Почему для чистой воды мы говорим «температура плавления», а для раствора – «температура начала кристаллизации» или «температура появления первых кристаллов»?

Для чистой воды температура фазового перехода вода–лѐд остаѐтся неизменной в течение всего процесса. Согласно II закону Рауля температура кристаллизации раствора будет ниже, чем у растворителя, поэтому при понижении температуры будут образовываться кристаллы растворителя, что приведѐт к постепенному увеличению концентрации растворѐнного вещества и, соответственно, к дальнейшему постепенному понижению температуры кристаллизации. В связи с этим температуру замерзания растворов следует фиксировать при появлении первых кристаллов льда, т.к. это практически будет соответствовать первоначальной концентрации раствора.

Задача № 3

В большом сосуде кипит вода; в этот сосуд поместили другой сосуд также с водой. Закипит ли в нѐм вода? В большой сосуд добавили некоторое количество хлорида натрия. Что произойдѐт в малом сосуде?

В первом случае температура кипения воды будет неизменной, т.к. подводимая к ней теплота затрачивается на эндотермический процесс еѐ испарения, поэтому вода в другом, помещѐнном в неѐ сосуде не закипит. В результате добавления в большой сосуд хлорида натрия температура кипения раствора согласно II закону Рауля увеличится и станет выше темпера-

Осмосом называют спонтанное движение растворителя из рас­твора с низкой концентрацией частиц в раствор с высокой концентрацией их через мембрану, проницаемую только для рас­творителя. Осмотическое давление - избыточная величина гид­ростатического давления, которое должно быть приложено к раствору, чтобы уравновесить диффузию растворителя, через., полупроницаемую мембрану 1 .

1 Энциклопедический словарь медицинских терминов.- М.: Советская эн­циклопедия, 1983, с. 270.

Осмотическое давление плазмы крови составляет в среднем 6,62 атм (пределы колебаний 6,47-6,72 атм). Осмотическое давление зависит только от концентрации частиц, растворенных в растворе, и не зависит от их массы, размера и валентности. Таким образом, осмотическое давление создают в растворе все ц частицы - как ионы (Na+, К + , С1 - , НСО 3 -), так и нейтральные молекулы (глюкоза, мочевина).

В биологии и медицине осмотическое состояние сред при­нято выражать двумя понятиями: осмолярностью, представляю­щей собой суммарную концентрацию растворенных частиц в 1 л раствора (в миллиосмолях на литр), и осмоляльностью, являющейся концентрацией частиц в 1 кг растворителя, т. е. воды (мосмоль/кг).

Осмоляльность раствора численно равна суммарной кон­центрации, выраженной в количестве веществ (в миллимолях, но не в миллиэквивалентах), содержащихся в 1 кг раствори­теля (вода), плюс количество полностью диссоциированных электролитов, недиссоциированных веществ (глюкоза, мочеви­на) или слабодиссоциированных субстанций, таких как белок. Поскольку с помощью специального прибора осмометра опре­деляется осмоляльность (но не осмолярность), мы будем поль­зоваться этим термином.

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.

Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД). Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 30 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидро-фильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.

КОД плазмы крови и других сред определяют с помощью специальных приборов онкометров. Нормальные величины осмо­ляльности биологических сред и жидкостей человеческого орга­низма приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Нормальные значения осмоляльности биологических сред

Все концентрации выражаются в ммолях/л. Если измеренная осмолярность превосходит расчетную более, чем на 10 мосм/л, в крови содержатся осмотически активные вещества.

ИСТОРИЯ БОЛЕЗНИ N 2

Рабочий автосервиса был доставлен из дома в клинику без сознания. По словам соседей в последние 2 недели он находился в состоянии депрессии из-за гибели дочери в автокатастрофе. Пострадавший не приходил в сознание, температура, артериальное давление и пульс были нормальными, но имела место выраженная гипервентиляция. Лабораторные данные: сыворотка: · натрий 138 ммоль/л · калий 5,2 ммоль/л · бикарбонаты 4 ммоль/л · мочевина 7,0 ммоль/л · креатинин 110 мкмоль/л · глюкоза 4,5 ммоль/л · кальций 1,5 ммоль/л · осмолярность 326 мосмоль/л · белок, фосфаты, печеночные пробы были нормальными, · хроматографически не выявлено парацетамола и салицилатов в крови. кровь - рН 6,99, pCO 2 –18к мм Hg моча - анализ на глюкозу и кетоны отрицателен. Обсуждение: Имеет место тяжелый метаболический ацидоз, при этом диабетический кетоацидоз полностью исключается, так как концентрация глюкозы в плазме нормальная, в моче отсутствуют кетоновые тела. Ожидаемая (расчетная) осмолярность составляет 288 мосмолей/л, измеренная осмолярность составляет 326 мосмолей/л. Осмолярный интервал 38 мосмолей/л указывает на присутствие большого количества осмотически активных веществ в крови. Этим веществом может быть алкоголь, однако при отравлении спиртом, как правило, бывает кетоацидоз, в данном случае его не было. Важным показателем является низкое содержание Са +2 в сыворотке. Сочетание тяжелого ацидоза и гипокальциемии характерно для отравления этиленгликолем. Этиленгликоль метаболизируется в организме до различных органических кислот, включая оксалат, который комплексуется с Са 2+ с образованием нерастворимого оксалата-Са.

ОСМОЛЯРНОСТЬ И ОСМОЛЯЛЬНОСТЬ

В состав биологических жидкостей всегда входит несколько компонентов:

· осмолярность отражает осмотически активную концентрацию компонентов жидкости и выражается в осмолях/л.

· осмоляльность измеряется как концентрация тех же осмотически активных компонентов, но выражается в осмолях/кг Н 2 0.

В нормальных условиях осмолярность и осмоляльность плазмы достаточно близки.

Осмолярность плазмы » 300 мосмолей/л.

Осмоляльность плазмы » 290 мосмолей/ кг Н 2 О

Существенные различия («осмотический интервал») между осмолярностью и осмоляльностью возникают при попадании в кровь большого количества осмотически активных веществ (при отравлениях) или при уменьшении объема воды плазмы или при выраженной гиперлипидемии или гиперпротеинемии.

ОСМОЛЯРНОСТЬ МОЧИ

Количество растворенных веществ в моче или плотность или удельный вес является одним из самых традиционных тестов, который входит в состав общего анализа мочи. Осмолярность является более строгим показателем, чем удельный вес. Осмолярность зависит от числа частиц, растворенных в растворе, тогда как удельный вес зависит как от числа, так и от характера растворенных частиц. Осмолярность и плотность мочи тесно связаны между собой, однако преимуществом использования единиц осмолярности является возможность сравнения мочи с кровью, что предоставляет большие возможности в распознавании почечной функции. Одним из принципиальных преимуществ измерения осмолярности, а не плотности мочи является то, что белок и глюкоза не так сильно влияют на осмолярность, как на плотность (удельный вес). На увеличение в моче глюкозы, белка, лекарств или их метаболитов, маннитола или декстранов (в результате внутривенного введения) косвенно указывает нарушение линейной связи между удельным весом и осмолярностью при значениях удельного веса свыше 1030 г/л. В таблице 10 представлено соотношение между осмолярностью и удельным весом мочи.

Таблица 10.

Соотношение между осмолярностью и удельным весом

Осмотические силы играют основную роль в распределении жидкости в организме. Осмолярность плазмы зависит от взаимодействия множества компонентов, находящихся в растворе. Физиологическая концентрация осмотически активных веществ измеряется в милиосмолях (мосм).

Осмолярность плазмы не зависит от химической активности или степени ионизации соединений. Для незаряженных соединений, таких как глюкоза, 1 моль глюкозы, добавленный к 1 л дистиллированной воды, будет увеличивать ее осмолярность с 0 до 1 осм/л. Для веществ, способных к ионизации, которые диссоциируют с образованием двух ионов (такие как натрия хлорид), добавление 1 моль вещества к воде будет увеличивать ее осмолярность 2 осм/л. Основные вещества, обусловливающие осмолярность плазмы, — натрия хлорид, мочевина и глюкоза. Нормальная осмолярность плазмы составляет 285 мосм/л. Часто термины «осмолярность» и «осмоляльность» путают. Оба эти термина обозначают концентрацию осмотически активных веществ, но они выражаются в разных единицах. Осмолярность плазмы отражает содержание осмотически активного вещества в 1 л раствора (осм/л). Осмоляльность отражает содержание растворенного вещества на 1 кг растворителя (осм/кг). Лабораторные осмометры измеряют осмоляльность, но не осмолярность плазмы. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей у человека в норме равны. Основные вещества, обусловливающие осмотическую активность плазмы, — натрия хлорид, глюкоза и мочевина.

Осмолярность может быть выражена простым уравнением:

мосм/л = 2 = Глюкоза ¸ 18 + Азот мочевины крови ¸ 2,8.

По взаимному соглашению лаборатории приводят значение измерений глюкозы и азота мочевины крови в миллиграммах на децилитр. Коэффициенты коррекции для глюкозы и мочевины в данном уравнении просто переводят миллиграммы на децилитр в миллимоль на литр. Поскольку вода свободно проникает через полупроницаемые мембраны, осмолярность внутриклеточной и внеклеточной жидкости одинакова.

Осмотическое давление

Осмотическое давление, или эффективная осмолярность, определяет движение воды сквозь клеточную мембрану. Осмотическое давление рассчитывают с учетом только концентрации не проходящих сквозь мембрану растворенных веществ. Мочевина свободно проникает сквозь клеточные мембраны, практически так же быстро, как вода. Это означает, что мочевина не вносит вклад в осмотическое давление. Нормальная эффективная осмотическая активность жидкостей организма составляет 280 мосм/кг. Снижение эффективной осмолярности плазмы подразумевает относительный избыток воды, тогда как возрастание эффективной осмолярной активности отражает относительную дегидратацию.

Регуляция осмолярности плазмы

Наибольшую роль в регуляции осмолярности внутрисосудистого объема играют почки. Осморецепторы в задней доле гипофиза улавливают малейшие изменения осмолярности сыворотки, а затем регулируют высвобождение антидиуретического гормона (АДН). Барорецепторы в почках, сонных артериях и в некоторых других зонах определяют малейшие изменения давления. Обычно барорецепторы играют лишь небольшую роль в поддержании объема жидкости.

Еще одним ключевым регулятором поддержания объемного равновесия служит ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Ренин — фермент, секретируемый юкстагломерулярными клетками афферентных артериол в ответ на снижение артериального давления, снижение объема циркулирующей жидкости, уменьшение количества натрия, доставляемого в плотное пятно (гипонатриемия), и увеличение b-адренергической активности. Ренин превращает ангиотензиноген в ангиотензин-1, который в свою очередь превращается в ангиотензин-2 под действием ангиотензин превращающего фермента (АПФ) при прохождении через легкие. Ангиотензин вызывает высвобождение альдостерона из коркового слоя надпочечников. Альдостерон в свою очередь воздействует на дистальные канальцы и собирательные трубочки, усиливая реабсорбцию натрия и экскрецию калия. Ангиотензин также повышает симпатическую активность, сердечный выброс и периферическое сопротивление.

Осмолярность – сумма концентраций катионов анионов и неэлектролитов, т.е. всех кинетически активных частиц в 1л. раствора. Она выражается в миллиосмолях на литр (мосм/л).

Осмоляльность – концентрация тех же частиц, растворенных в килограмме воды, выражающаяся в миллиосмолях на килограмм (мосм/кг).

Показатели осмолярности в норме
Плазма крови – 280-300
СМЖ – 270-290
Моча – 600-1200
Индекс осмолярности – 2,0-3,5
Клиренс свободной воды – (-1,2) – (-3,0) мл/мин

Определение осмолярности помогает:

1. Диагностировать гипер- и гипоосмолярные синдромы.
2. Выявлять и целенаправленно лечить гиперосмолярные коматозные состояния и гипоосмолярные гипергидратации.
3. Диагностировать ОПН в раннем периоде.
4. Оценивать эффективность трансфузионно-инфузионно- терапии.
5. Диагностировать острую внутричерепную гипертензию.

Значение осмометрии для ранней диагностики ОПН.

Классические индикаторы ОПН – мочевина и креатинин – повышаются в крови только тогда, когда в патологический процесс вовлечены, более 50% нефронов (на 3-4 день олигурии), поэтому они в ранней диагностике ОПН роли не играют. С учетом патогенеза ОПН, в основе которого лежит преимущественное поражение канальцевого аппарата, для ранней диагностики ОПН важно изучение осмотического концентрирования мочи канальцевым эпителием. В этой связи высокой прогностической ценностью обладает метод определения осмолярности мочи и клиренс свободной воды (КСВ) в максимально ранние сроки у больных с угрозой развития ОПН. Величина осмолярности мочи 350-400 мосм/л является критическим уровнем, предшествующим ОПН, особенно в сочетании с низким выделением мочевины.

КСВ – является чувствительным показателем концентрационной функции почек. В норме он составляет от (-1,2) до (-3) мл/мин. и увеличивается, т.е. сдвигается в положительную сторону, при развитии почечной недостаточности. По увеличению КСВ можно диагностировать ОПН на 24-72 ч. раньше, чем по изменению классически конечных показателей – urea и creat.

КСВ рассчитывается следующим образом: измеряют осмолярность мочи (осм) и плазмы, отношение между которыми называется индексом осмолярности, в норме он равен 2,0-3,5. Затем рассчитывают осмотический клиренс (Сосм) – объем плазмы (в миллилитрах), полностью очищенной от осмотически активных веществ, за 1 мин., по формуле:

Сосм = (Vм x Осм) : Опл

Где Vм – скорость мочеотделения, мл/мин.
КСВ – разность между минутным объемом мочи и осмотическим клиренсом
КСВ = Vм – Сосм

Прогрессивное увеличение осмолярности плазмы и низкая осмолярность мочи, а также соответственно значительное снижение индекса осмолярности является одним из показателей поражения паренхимы почек.

Гипоосмолярность, гиперосмолярность

Определение осмолярности – очень сложное лабораторно-диагностическое исследование. Однако, его проведение позволяет вовремя выявить симптомы таких нарушений, как гипоосмолярность , то есть снижение осмолярности плазмы крови, и гиперосмолярность – наоборот, повышение осмолярности. Причиной снижения осмолярности могут послужить различные факторы, например, превышение уровня свободной воды, содержащейся в плазме крови относительно объема растворенных в ней кинетических частиц. Собственно о гипоосмолярности можно говорить уже тогда, когда уровень осмолярности плазмы крови упадет ниже 280 мосм/л. В числе симптомов, появление которых может говорить о таком нарушении как гипоосмолярность, можно обозначить утомляемость, головную боль, тошноту, приводящую к рвоте и снижение аппетита. При развитии нарушения у больного наблюдаются патологические рефлексы, олигурия, бульбарный паралич и угнетение сознания.

Что касается такого нарушения, как гиперосмолярность , она вызывается, как уже было сказано, повышением осмолярности плазмы крови. При этом, критической отметкой является показатель выше 350 мосм,л. Своевременное обнаружение гиперосмолярности имеет особенное значение, поскольку именно это нарушение представляет собой самую частую причину комы при сахарном диабете. Именно геперосмолярность не только может являться для больных сахарным диабетом причиной комы, но и вызывать ее возникновение вследствие лактацидоза или кетоацидоза. Таким образом, наблюдение за уровнем осмолярности плазмы крови действительно имеет огромное значение, поскольку позволяет контролировать стабильное состояние организма и вовремя предотвращать разного рода нарушения.