25.Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах. Плазмолиз и гемолиз. Онкотическое давление сыворотки крови.
Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биологических системах. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмотическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается осмос. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими. Если два раствора имеют различное осмотическое давление, то раствор с большим осмотическим давлением является гиперто–ническим по отношению ко второму, а второй – гипотоническим по отношению к первому. При помещении кле–ток в изотонический раствор они сохраняют свой размер и нормально функционируют.
При помещении клеток в гипотонический раствор во–да из менее концентрированного внешнего раствора переходит внутрь клеток, что приводит к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного со–держимого. Такое разрушение клеток называется лизисом, в случае эритроцитов этот процесс называется гемолизом. Кровь с клеточным содержимым, выходящим наружу при гемолизе, за свой цвет называется лаковой кровью.При помещении клеток в гипертонический раствор во–да из клеток уходит в более концентрированный раствор, и наблюдается сморщивание (высушивание) кле–ток. Это явление называется плазмолизом.
Биологические жидкости человека (кровь, лимфа, тканевые жидкости) представляют собой водные растворы низкомолекулярных соединений – NaCI, KCl, СаС1, высокомолекулярных соединений – белков, поли–сахаридов, нуклеиновых кислот и форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. Их суммарным действием определяется осмотическое давление биологических жидкостей.
Осмотическое давление крови человека при 310°К (37°С) составляет 780 кПа (7,7 атм). Такое же давление создает и 0,9%-ный водный раствор NaCI (0,15 моль/л), который, следовательно, изотоничен с кровью (физиологический раствор). Однако в крови кроме ионов Na и С1 имеются и другие ионы, а также ВМС и форменные элементы.
Онкотическое давление плазмы крови зависит в основном от концентрации белков, их размеров и гидрофильности (способности удерживать воду). Осмотическое давление водных растворов обусловлено солями. Онкотическое давление (ОнД) имеет большое значение в распределении воды и растворенных в ней веществ между кровью и тканями. ОнД крови составляет в среднем 7,5-8,0 атмосфер.
26.Мембранное равновесие Доннана.
Мембранное равновесие, связанное с различием концентрации солей внутри и вне клеток, известно давно. В 1911 г. Ф. Доннан объяснил это явление, впоследствии названное его именем. Мембранное равновесие Доннана связано с переносом некоторого количества вещества низкомолекулярного электролита внутрь пространства, содержащего полимер, и, вследствие этого, неравномерного распределения концентраций этого электролита по обе стороны полупроницаемой мембраны. Когда мембрана ионоселективна, а раствор содержит несколько типов свободных ионов, то происходит неэквивалентное распределение ионов в порах мембраны. Следовательно, должна появиться величина, определяемая разностью осмотического и электрического потенциалов, называемая «потенциалом Доннана», или мембранным потенциалом. Полученные Доннаном результаты согласовались с простой теорией идеальных растворов.
Эффект Доннана обычно наблюдается в двух случаях: для растворов сильных электролитов и для коллоидных систем. Как правило, коллоидные частицы электролитов слишком велики, чтобы проникнуть через мембрану, поэтому она действует как ионоселективная, пропуская только небольшие (обычные) ионы.
Итак, представим себе следующую систему. Водный раствор NaCl разделен мембраной на две секции, как это показано на рис.26. Мембрана проницаема как для ионов Na+, так и для ионов Cl-. В одну из секций добавим немного натриевой соли NaX, полностью диссоциирующей на ионы Na+ и X-
Общий ион Na+ и ион Cl- будут проходить через мембрану на другую сторону до тех пор, пока не восстановится равновесие, хотя добавленный ион X-, для которого мембрана непроницаема, останется в прежней секции.
Условия термодинамического равновесия требуют, чтобы активности любого диффундирующего компонента были равны с обеих сторон мембраны:
(54)
(55)
Полагая, что раствор идеальный, заменим активности на концентрации:
(56)
Условие термодинамического равновесия можно представить в следующем виде:
(57)
где ZNa+ = ZCl- = 1 – валентности ионов Na+ и Cl-.
Условие
электронейтральности требует также,
чтобы 
(58)
Решая совместно уравнения (57) и (58) получаем:
(59)
или
(60)
Уравнение (60) носит название соотношение Доннана. Из этого уравнения видно, что неэквивалентное распределение диффундирующей соли достигается в равновесных условиях. Соотношение концентраций NaCl в двух секциях всегда больше единицы, поскольку величины концентраций не могут принимать отрицательные значения