Áp suất thẩm thấu và trương lực

Áp suất thẩm thấu mô tả nồng độ các hạt hòa tan trong một dung dịch, trong khi trương lực mô tả tác động của dung dịch lên thể tích tế bào qua màng tế bào thực sự. Sự phân biệt này quan trọng vì không phải mọi chất tan làm tăng áp suất thẩm thấu đo được đều thực sự đẩy nước qua màng; chỉ những chất tan không thể tự do đi qua màng — các chất thẩm thấu hiệu quả — mới thay đổi trương lực và do đó thay đổi kích thước tế bào.

Definition

Áp suất thẩm thấu (và độ thẩm thấu có liên quan chặt chẽ) là nồng độ các hạt hoạt động thẩm thấu trong một dung dịch, trong khi trương lực là độ thẩm thấu hiệu quả — nồng độ các chất tan không thể đi qua màng tế bào và do đó xác định liệu nước có đi vào hoặc ra khỏi tế bào hay không, làm thay đổi thể tích của chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các định nghĩa về áp suất thẩm thấu, độ thẩm thấu và trương lực, sự khác biệt giữa các chất thẩm thấu hiệu quả và không hiệu quả, và tại sao sự phân biệt này chi phối sự di chuyển của nước và thể tích tế bào. Đây là tài liệu tham khảo khái niệm để diễn giải sinh lý học dịch; nó không đưa ra các công thức lâm sàng để quản lý bệnh nhân.

Core questions

• Sự khác biệt giữa áp suất thẩm thấu, độ thẩm thấu và trương lực là gì?
• Tại sao chỉ các chất thẩm thấu hiệu quả mới ảnh hưởng đến thể tích tế bào?
• Một chất tan như urê khác với natri hoặc mannitol về tác động thẩm thấu như thế nào?
• Độ thẩm thấu huyết tương được ước tính từ các chất tan chính của nó như thế nào?

Key concepts

• Áp suất thẩm thấu so với độ thẩm thấu
• Trương lực (độ thẩm thấu hiệu quả)
• Các chất thẩm thấu hiệu quả và không hiệu quả
• Các dung dịch đẳng trương, nhược trương và ưu trương
• Áp suất thẩm thấu
• Độ thẩm thấu huyết tương và các đóng góp của chất tan của nó
• Khoảng trống thẩm thấu

Mechanisms

Áp suất thẩm thấu tính tất cả các hạt hòa tan trên một đơn vị thể tích, nhưng tác động sinh học của một dung dịch phụ thuộc vào việc các hạt nào có thể đi qua màng bao quanh một tế bào. Các chất tan bị giới hạn ở một bên (các chất thẩm thấu hiệu quả, chẳng hạn như natri với các anion của nó, hoặc mannitol) tạo ra một gradient thẩm thấu hút nước và thay đổi thể tích tế bào, xác định trương lực. Các chất tan cân bằng tự do qua màng, chẳng hạn như urê, làm tăng độ thẩm thấu đo được nhưng không tạo ra lực thẩm thấu bền vững và do đó không làm thay đổi trương lực. Các muối natri là các chất thẩm thấu hiệu quả chủ yếu của dịch ngoại bào, đó là lý do tại sao nồng độ natri huyết tương theo dõi độ thẩm thấu hiệu quả và tại sao các rối loạn nồng độ natri được hiểu là các rối loạn trương lực và cân bằng nước (danziger-2015, adrogue-2000, boron-2017, guyton-hall-2020).

Clinical relevance

Sự phân biệt áp suất thẩm thấu-trương lực giải thích tại sao urê máu cao làm tăng độ thẩm thấu đo được mà không làm co tế bào, trong khi sự tăng tương tự về natri hoặc glucose lại đẩy nước ra khỏi tế bào. Mục này truyền đạt lý do sinh lý; việc diễn giải và quản lý lâm sàng các rối loạn độ thẩm thấu nằm ngoài phạm vi của nó.

Evidence & guidelines

Các khái niệm được tiêu chuẩn hóa trong các văn bản sinh lý học và điện giải cũng như các đánh giá đương đại về cân bằng nội môi thẩm thấu (danziger-2015, boron-2017, guyton-hall-2020); ứng dụng của chúng đối với các rối loạn natri huyết tương được thảo luận trong các đánh giá lâm sàng như adrogue-2000.

History

Khái niệm nhiệt động lực học về áp suất thẩm thấu đã được chính thức hóa trong hóa lý cuối thế kỷ XIX, và các nhà sinh lý học sau đó đã điều chỉnh nó cho các màng sống, phân biệt độ thẩm thấu đo được của dịch cơ thể với độ thẩm thấu hiệu quả của chúng (trương lực), một sự tinh chỉnh làm nền tảng cho việc diễn giải hiện đại về các rối loạn natri và nước (boron-2017).

Key figures

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

Seminal works

• danziger-2015
• adrogue-2000

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa áp suất thẩm thấu và trương lực là gì?

Áp suất thẩm thấu (hoặc độ thẩm thấu) tính tất cả các hạt hòa tan, trong khi trương lực chỉ tính các hạt không thể đi qua màng tế bào và do đó thực sự di chuyển nước vào hoặc ra khỏi tế bào; trương lực là độ thẩm thấu hiệu quả.

Tại sao urê không ảnh hưởng đến thể tích tế bào như natri?

Urê đi qua màng tế bào tương đối tự do và cân bằng ở cả hai bên, vì vậy mặc dù nó làm tăng độ thẩm thấu đo được nhưng nó không tạo ra gradient thẩm thấu kéo dài; các muối natri bị giới hạn trong không gian ngoại bào và do đó hoạt động như các chất thẩm thấu hiệu quả làm thay đổi trương lực và thể tích tế bào.