تعادل اسمزی و تنظیم حجم سلول
سلولها باید آب را در تعادل اسمزی نگه دارند، در حالی که شیبهای یونی را که از پتانسیل استراحت پشتیبانی میکنند، حفظ کنند. از آنجا که غشاء آزادانه نسبت به آب نفوذپذیر است، هرگونه عدم تعادل در غلظت املاح، آب را از طریق آن به حرکت درمیآورد، بنابراین سلولهای تحریکپذیر از انتقال فعال یون و مکانیسمهای تنظیمی برای پایدار نگه داشتن حجم خود استفاده میکنند.
Definition
تعادل اسمزی حالت پایداری است که در آن شارش آب از طریق غشاء سلولی صفر است، زیرا اسمولاریتههای درون سلولی و برون سلولی با هم مطابقت دارند؛ تنظیم حجم سلول مجموعهای از فرآیندهای انتقالی است که سلول از طریق آنها این تعادل را عمدتاً با کنترل محتوای یون درون سلولی، بازگردانده و حفظ میکند.
Scope
این موضوع به این میپردازد که چرا املاح نفوذناپذیر درون سلولی تمایل به کشیدن آب به داخل سلولها دارند، چگونه اثر دونان در صورت عدم مقابله، حجم را بیثبات میکند، و چگونه برونریزی فعال سدیم و شارشهای یونی تنظیمکننده حجم، هموستاز اسمزی و حجمی را حفظ میکنند. این موضوع، مبحث پمپ یون را به سؤال گستردهتر چگونگی حفظ حجم ثابت سلول در حین حفظ شیبهای خود مرتبط میکند.
Core questions
- چرا پروتئینهای درون سلولی و سایر املاح نفوذناپذیر سلول را در معرض خطر تورم قرار میدهند؟
- اثر دونان چیست و چگونه با حجم سلول مرتبط است؟
- چگونه انتقال فعال سدیم به حفظ حجم پایدار سلول کمک میکند (تعادل پمپ-نشت)؟
- سلولها چگونه به تورم یا انقباض حاد اسمزی پاسخ میدهند؟
Key concepts
- اسمولاریته و نفوذپذیری آب
- املاح نفوذناپذیر درون سلولی
- تعادل دونان
- تعادل پمپ-نشت
- کاهش و افزایش حجم تنظیمی
- کانالهای آبی آکواپورین
Key theories
- فرضیه پمپ-نشت پایداری حجم
- آنیونهای نفوذناپذیر درون سلولی تمایل دونان را برای ورود سدیم و آب و تورم سلول ایجاد میکنند؛ برونریزی فعال مداوم سدیم توسط Na+/K+-ATPase این نشت را جبران میکند و عملاً سدیم را به عنوان یک املاح نفوذناپذیر خارج سلولی عمل میکند و حجم سلول را ثابت نگه میدارد.
Mechanisms
سلولها حاوی پروتئینها و آنیونهای آلی هستند که نمیتوانند از غشاء عبور کنند و همراه با یونهای متقابل مرتبط خود، فشار اسمزی درون سلولی را افزایش میدهند. از آنجا که آب به راحتی از غشاء عبور میکند، این امر آب را به داخل میکشد و سلول را متورم میکند، تمایلی که توسط اثر دونان بیان میشود و همچنین توزیع یون را محدود میکند. سلول با پمپ کردن مداوم سدیم به بیرون توسط Na+/K+-ATPase با این امر مقابله میکند، به طوری که سدیم تقریباً مانند یک املاح نفوذناپذیر خارجی عمل میکند که املاح داخلی را متعادل میکند؛ این تعادل پمپ-نشت، اسمولاریتهها را مطابق و حجم را پایدار نگه میدارد و کنترل حجم را به همان انتقال فعالی که پتانسیل استراحت را حفظ میکند، مرتبط میسازد، همانطور که توماس (1972) بحث کرده است. هنگامی که چالشهای اسمزی حجم را مختل میکنند، سلولها کاهش یا افزایش حجم تنظیمی را به کار میگیرند، با به دست آوردن یا از دست دادن یونها و اسمولیتهای آلی از طریق کانالها و ناقلها برای بازگشت به حجم تنظیم شده خود، مکانیسمهایی که توسط هافمن و همکاران (2009) به طور جامع بررسی شدهاند.
Clinical relevance
تعادل اسمزی و تنظیم حجم در هر جایی که سلولها با تغییرات در تونیسیته خارج سلولی مواجه میشوند، اهمیت دارند و شکست این مکانیسمها به تورم سلولی در بافتهای کمانرژی یا آسیبدیده کمک میکند. این مدخل فیزیولوژی زیربنایی را به عنوان ماده مرجع توصیف میکند و هیچ راهنمایی تشخیصی یا درمانی ارائه نمیدهد.
Evidence & guidelines
اصول بر نظریه کلاسیک اسمزی و دونان و فیزیولوژی گسترده انتقال استوار است که در بررسیها و کتابهای درسی تثبیت شده است؛ این موضوع بیشتر یک ماده مرجع مکانیکی است تا محتوای راهنما.
History
فردریک دونان توزیع تعادلی یونها را در حضور گونههای باردار نفوذناپذیر در اوایل قرن بیستم توصیف کرد. تشخیص اینکه انتقال فعال سدیم تورم دونان ناشی از آن را جبران میکند، مفهوم پمپ-نشت، همزمان با مطالعه پمپ سدیم در اواسط قرن توسعه یافت و پاسخهای تنظیمی فعال سلولها به استرس اسمزی در بررسیهای بعدی مانند هافمن و همکاران (2009) ترکیب شدند.
Key figures
- Frederick Donnan
- Roger C. Thomas
- Else K. Hoffmann
Related topics
Seminal works
- hoffmann-2009
- thomas-1972
Frequently asked questions
- چرا اگر پمپ سلول از کار بیفتد، سلول متورم میشود؟
- املاح نفوذناپذیر درون سلولی آب را از طریق اسمز به داخل میکشند؛ بدون برونریزی فعال سدیم برای جبران این تمایل دونان، سدیم و آب در داخل تجمع مییابند و سلول متورم میشود.
- تنظیم حجم سلول چگونه با پتانسیل استراحت مرتبط است؟
- هر دو به یک انتقال فعال یون وابسته هستند. Na+/K+-ATPase که شیبهای پشت پتانسیل استراحت را حفظ میکند، سدیم را نیز برای حفظ تعادل اسمزی به بیرون میراند، بنابراین کنترل حجم و پتانسیل غشاء یک مکانیسم مشترک دارند.