ออสโมลาริตีและโทนิซิตี

ออสโมลาริตี (osmolarity) อธิบายความเข้มข้นของอนุภาคที่ละลายอยู่ในสารละลาย ในขณะที่โทนิซิตี (tonicity) อธิบายผลกระทบของสารละลายต่อปริมาตรของเซลล์เมื่อผ่านเยื่อหุ้มเซลล์จริง ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเนื่องจากไม่ใช่ทุกตัวถูกละลายที่เพิ่มออสโมลาริตีที่วัดได้จะขับเคลื่อนน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้จริง มีเพียงตัวถูกละลายที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระเท่านั้น ซึ่งเรียกว่า ออสโมลที่มีผล (effective osmoles) ที่จะเปลี่ยนแปลงโทนิซิตีและขนาดของเซลล์

Definition

ออสโมลาริตี (และออสโมลาลิตีที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด) คือความเข้มข้นของอนุภาคที่มีฤทธิ์ออสโมติกในสารละลาย ในขณะที่โทนิซิตีคือออสโมลาลิตีที่มีผล ซึ่งคือความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และดังนั้นจึงกำหนดว่าน้ำจะเข้าหรือออกจากเซลล์ ทำให้ปริมาตรของเซลล์เปลี่ยนแปลงไป

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมคำจำกัดความของออสโมลาริตี ออสโมลาลิตี (osmolality) และโทนิซิตี ความแตกต่างระหว่างออสโมลที่มีผลและไม่มีผล และเหตุผลที่ความแตกต่างนี้ควบคุมการเคลื่อนที่ของน้ำและปริมาตรของเซลล์ นี่คือข้อมูลอ้างอิงเชิงแนวคิดสำหรับการตีความสรีรวิทยาของของเหลว ไม่ได้ให้สูตรทางคลินิกสำหรับการจัดการผู้ป่วย

Core questions

• ความแตกต่างระหว่างออสโมลาริตี ออสโมลาลิตี และโทนิซิตีคืออะไร?
• เหตุใดออสโมลที่มีผลเท่านั้นจึงมีอิทธิพลต่อปริมาตรของเซลล์?
• ตัวถูกละลายเช่นยูเรียแตกต่างจากโซเดียมหรือแมนนิทอลอย่างไรในผลกระทบทางออสโมติก?
• ออสโมลาลิตีของพลาสมาประมาณการได้อย่างไรจากตัวถูกละลายหลัก?

Key concepts

• ออสโมลาริตีเทียบกับออสโมลาลิตี
• โทนิซิตี (ออสโมลาลิตีที่มีผล)
• ออสโมลที่มีผลและไม่มีผล
• สารละลายไอโซโทนิก ไฮโปโทนิก และไฮเปอร์โทนิก
• ความดันออสโมติก
• ออสโมลาลิตีของพลาสมาและการมีส่วนร่วมของตัวถูกละลาย
• ช่องว่างออสโมติก

Mechanisms

ออสโมลาริตีนับอนุภาคที่ละลายทั้งหมดต่อหน่วยปริมาตร แต่ผลทางชีวภาพของสารละลายขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคใดสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ ตัวถูกละลายที่ถูกจำกัดอยู่ด้านใดด้านหนึ่ง (ออสโมลที่มีผล เช่น โซเดียมกับแอนไอออน หรือแมนนิทอล) สร้างความแตกต่างของแรงดันออสโมติกที่ดึงน้ำและเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเซลล์ ซึ่งกำหนดโทนิซิตี ตัวถูกละลายที่ปรับสมดุลได้อย่างอิสระผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เช่น ยูเรีย จะเพิ่มออสโมลาลิตีที่วัดได้ แต่ไม่ก่อให้เกิดแรงออสโมติกที่ยั่งยืน ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนแปลงโทนิซิตี เกลือโซเดียมเป็นออสโมลที่มีผลหลักของของเหลวนอกเซลล์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมความเข้มข้นของโซเดียมในพลาสมาจึงสัมพันธ์กับออสโมลาลิตีที่มีผล และทำไมความผิดปกติของความเข้มข้นของโซเดียมจึงถูกตีความว่าเป็นความผิดปกติของโทนิซิตีและความสมดุลของน้ำ (danziger-2015, adrogue-2000, boron-2017, guyton-hall-2020)

Clinical relevance

ความแตกต่างระหว่างออสโมลาริตีและโทนิซิตีอธิบายว่าทำไมยูเรียในเลือดสูงจึงเพิ่มออสโมลาลิตีที่วัดได้โดยไม่ทำให้เซลล์หดตัว ในขณะที่การเพิ่มขึ้นของโซเดียมหรือกลูโคสที่เทียบเท่ากันจะขับน้ำออกจากเซลล์ ข้อมูลนี้สื่อถึงเหตุผลทางสรีรวิทยา การตีความทางคลินิกและการจัดการความผิดปกติของออสโมลาลิตีอยู่นอกเหนือขอบเขตของหัวข้อนี้

Evidence & guidelines

แนวคิดเหล่านี้ได้รับการกำหนดมาตรฐานในตำราสรีรวิทยาและอิเล็กโทรไลต์ และการทบทวนร่วมสมัยเกี่ยวกับการรักษาสมดุลออสโมติก (danziger-2015, boron-2017, guyton-hall-2020) การประยุกต์ใช้กับความผิดปกติของโซเดียมในพลาสมามีการกล่าวถึงในการทบทวนทางคลินิก เช่น adrogue-2000

History

แนวคิดทางเทอร์โมไดนามิกของความดันออสโมติกได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการในวิชาเคมีฟิสิกส์ช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า และนักสรีรวิทยาได้นำมาปรับใช้กับเยื่อหุ้มเซลล์ในสิ่งมีชีวิต โดยแยกความแตกต่างระหว่างออสโมลาลิตีที่วัดได้ของของเหลวในร่างกายกับออสโมลาลิตีที่มีผล (โทนิซิตี) ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่รองรับการตีความสมัยใหม่ของความผิดปกติของโซเดียมและน้ำ (boron-2017)

Key figures

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

Seminal works

• danziger-2015
• adrogue-2000

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างออสโมลาริตีและโทนิซิตีคืออะไร?

ออสโมลาริตี (หรือออสโมลาลิตี) นับอนุภาคที่ละลายทั้งหมด ในขณะที่โทนิซิตีจะนับเฉพาะอนุภาคที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และดังนั้นจึงเคลื่อนย้ายน้ำเข้าหรือออกจากเซลล์จริง โทนิซิตีคือออสโมลาลิตีที่มีผล

ทำไมยูเรียจึงไม่ส่งผลต่อปริมาตรของเซลล์เหมือนโซเดียม?

ยูเรียสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ค่อนข้างอิสระและปรับสมดุลได้ทั้งสองด้าน ดังนั้นแม้ว่าจะเพิ่มออสโมลาลิตีที่วัดได้ แต่ก็ไม่สร้างความแตกต่างของแรงดันออสโมติกที่ยั่งยืน เกลือโซเดียมถูกจำกัดอยู่ในช่องว่างนอกเซลล์ และดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นออสโมลที่มีผลที่เปลี่ยนแปลงโทนิซิตีและปริมาตรของเซลล์