Осмолярность и тоничность

Осмолярность описывает концентрацию растворенных частиц в растворе, в то время как тоничность описывает влияние раствора на объем клетки через реальную клеточную мембрану. Различие имеет значение, потому что не каждое растворенное вещество, которое повышает измеренную осмолярность, фактически перемещает воду через мембраны; только растворенные вещества, которые не могут свободно пересекать мембрану — эффективные осмоли — изменяют тоничность и, следовательно, размер клетки.

Definition

Осмолярность (и тесно связанная с ней осмоляльность) — это концентрация осмотически активных частиц в растворе, в то время как тоничность — это эффективная осмоляльность — концентрация растворенных веществ, которые не могут пересекать клеточную мембрану и, следовательно, определяют, поступает ли вода в клетки или выходит из них, изменяя их объем.

Scope

Эта тема охватывает определения осмолярности, осмоляльности и тоничности, разницу между эффективными и неэффективными осмолями, а также то, почему это различие регулирует движение воды и объем клеток. Это концептуальный справочник для интерпретации физиологии жидкостей; он не содержит клинических формул для ведения пациентов.

Core questions

• В чем разница между осмолярностью, осмоляльностью и тоничностью?
• Почему только эффективные осмоли влияют на объем клетки?
• Чем растворенное вещество, такое как мочевина, отличается от натрия или маннита по своему осмотическому эффекту?
• Как оценивается осмоляльность плазмы по ее основным растворенным веществам?

Key concepts

• Осмолярность против осмоляльности
• Тоничность (эффективная осмоляльность)
• Эффективные и неэффективные осмоли
• Изотонические, гипотонические и гипертонические растворы
• Осмотическое давление
• Осмоляльность плазмы и ее вклад растворенных веществ
• Осмотический зазор

Mechanisms

Осмолярность учитывает все растворенные частицы на единицу объема, но биологический эффект раствора зависит от того, какие частицы могут пересекать мембрану, ограничивающую клетку. Растворенные вещества, ограниченные одной стороной (эффективные осмоли, такие как натрий с его анионами или маннит), создают осмотический градиент, который притягивает воду и изменяет объем клетки, определяя тоничность. Растворенные вещества, которые свободно уравновешиваются через мембрану, такие как мочевина, увеличивают измеренную осмоляльность, но не оказывают устойчивой осмотической силы и поэтому не изменяют тоничность. Соли натрия являются доминирующими эффективными осмолями внеклеточной жидкости, поэтому концентрация натрия в плазме отслеживает эффективную осмоляльность, и поэтому нарушения концентрации натрия интерпретируются как нарушения тоничности и водного баланса (danziger-2015, adrogue-2000, boron-2017, guyton-hall-2020).

Clinical relevance

Различие между осмолярностью и тоничностью объясняет, почему высокая концентрация мочевины в крови повышает измеренную осмоляльность без уменьшения клеток, в то время как сопоставимое повышение концентрации натрия или глюкозы действительно выводит воду из клеток. Эта статья передает физиологическое обоснование; клиническая интерпретация и лечение нарушений осмоляльности выходят за рамки ее рассмотрения.

Evidence & guidelines

Концепции стандартизированы в текстах по физиологии и электролитам, а также в современных обзорах осмотического гомеостаза (danziger-2015, boron-2017, guyton-hall-2020); их применение к нарушениям натрия в плазме обсуждается в клинических обзорах, таких как adrogue-2000.

History

Термодинамическая концепция осмотического давления была формализована в физической химии конца XIX века, и физиологи впоследствии адаптировали ее к живым мембранам, отличая измеренную осмоляльность жидкостей организма от их эффективной осмоляльности (тоничности) — уточнение, которое лежит в основе современной интерпретации нарушений натрия и воды (boron-2017).

Key figures

• John Danziger
• Mark Zeidel
• Horacio Adrogué
• Nicolaos Madias

Seminal works

• danziger-2015
• adrogue-2000

Frequently asked questions

В чем разница между осмолярностью и тоничностью?

Осмолярность (или осмоляльность) учитывает все растворенные частицы, тогда как тоничность учитывает только те частицы, которые не могут пересекать клеточную мембрану и, следовательно, фактически перемещают воду в клетки или из них; тоничность — это эффективная осмоляльность.

Почему мочевина не влияет на объем клетки так, как натрий?

Мочевина относительно свободно пересекает клеточные мембраны и уравновешивается по обе стороны, поэтому, хотя она повышает измеренную осмоляльность, она не создает устойчивого осмотического градиента; соли натрия ограничены внеклеточным пространством и поэтому действуют как эффективные осмоли, которые изменяют тоничность и объем клетки.