Осмотическое состояние биологических жидкостей

Осмосом называют спонтанное движение растворителя из рас­твора с низкой концентрацией частиц в раствор с высокой концентрацией их через мембрану, проницаемую только для рас­творителя. Осмотическое давление — избыточная величина гид­ростатического давления, которое должно быть приложено к раствору, чтобы уравновесить диффузию растворителя, через., полупроницаемую мембрану¹.

¹Энциклопедический словарь медицинских терминов.— М.: Советская эн­циклопедия, 1983, с. 270.

Осмотическое давление плазмы крови составляет в среднем 6,62 атм (пределы колебаний 6,47—6,72 атм). Осмотическое давление зависит только от концентрации частиц, растворенных в растворе, и не зависит от их массы, размера и валентности. Таким образом, осмотическое давление создают в растворе все ц частицы — как ионы (Na+, К⁺, С1^—, НСО₃^—), так и нейтральные молекулы (глюкоза, мочевина).

В биологии и медицине осмотическое состояние сред при­нято выражать двумя понятиями: осмолярностью, представляю­щей собой суммарную концентрацию растворенных частиц в 1 л раствора (в миллиосмолях на литр), и осмоляльностью, являющейся концентрацией частиц в 1 кг растворителя, т. е. воды (мосмоль/кг).

Среднее содержание воды в крови составляет по объему 92%, следовательно, осмоляльность= осмолярность/0,92.

Осмоляльность раствора численно равна суммарной кон­центрации, выраженной в количестве веществ (в миллимолях, но не в миллиэквивалентах), содержащихся в 1 кг раствори­теля (вода), плюс количество полностью диссоциированных электролитов, недиссоциированных веществ (глюкоза, мочеви­на) или слабодиссоциированных субстанций, таких как белок. Поскольку с помощью специального прибора осмометра опре­деляется осмоляльность (но не осмолярность), мы будем поль­зоваться этим термином.

Все одновалентные ионы (Na⁺, К⁺, Cl^—) образуют в раство­ре число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (элек­трических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.

Осмоляльность нормальной плазмы — величина достаточно постоянная и равна 285—295 мосмоль/кг. Из общей осмоляль­ности плазмы лишь 2 мосмол/кг обусловлены наличием рас­творенных в ней белков. Таким образом, главными компонен­тами, обеспечивающими осмоляльность плазмы, являются Na+ и С1- (около 140 и 100 мосмоль/кг соответственно). Постоянство осмотического давления внутриклеточной и внеклеточной 1 жидкости предполагает равенство молярных концентраций со­держащихся в них электролитов, несмотря на различия в ион­ном составе внутри клетки и во внеклеточном пространстве. С 1976 г. в соответствии с Международной системой (СИ) концентрацию веществ в растворе, в том числе осмотическую, принято выражать в миллимолях на 1 л (ммоль/л). Понятие «осмоляльность», или «осмотическая концентрация», эквивалент­но понятию «моляльность», или «моляльная концентрация». По существу понятия «миллиосмоль» и «миллимоль» для биологи­ческих растворов близки, хотя и не идентичны.

Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД). Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 30 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидро-фильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.

КОД плазмы крови и других сред определяют с помощью специальных приборов онкометров. Нормальные величины осмо­ляльности биологических сред и жидкостей человеческого орга­низма приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Нормальные значения осмоляльности биологических сред

Наиболее распространенный метод определения осмотиче­ской концентрации в биологической среде — криоскопический — основан на изменении температуры замерзания исследуемого раствора. Присутствие растворенного вещества понижает точку замерзания (для дистиллированной воды 0°С) тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Основанные на этом принципе осмометры позволяют определять осмоляльность в очень малой про­бе (0,05—0,15 мл).

Если непосредственное определение осмоляльности невоз­можно (например, в случае отсутствия осмометра), ее можно рассчитать по одной из нескольких предложенных для этой цели формул. Одна из них [Fabri P. J., 1988] имеет вид:

Осмоль_расч= 1,86-[На+]+[Гл] + [М],

где [Na+], [Гл], [М] — концентрации Na+, глюкозы, мочевины (ммоль/л), 1,86 — удвоенный осмотический коэффициент Na+ (с учетом сопутствующего аниона; мосмоль/ммоль). Предлага­ют также рассчитывать так называемый градиент, или дискри­минанту, осмоляльности («osmolal gap»; см. главу 2, где гово­рится о близком по смыслу показателе «anion gap»), т. е. раз­ность между измеренной и расчетной осмоляльностью.

Обычно осмоляльный градиент не превышает 10 мосмоль/кг. Более высокий градиент указывает на то, что в формировании высокой осмоляльности принимают участие другие (обычно не учитываемые) субстанции — лактат, этанол, маннитол.

Осмоляльность внеклеточной жидкости, определяемая кон­центрацией растворенных в ней веществ, поддерживается по­стоянной благодаря почечному механизму регуляции, осущест­вляемому с участием антидиуретического гормона (АДГ) и альдостерона. Почечный механизм работает на основе концентра­ции субстанций во внеклеточной жидкости. Эта концентрация может быть оценена отношением количества растворенных суб­станций к количеству растворителя. Следовательно, варианты патологии этой функции могут выражаться в отклонениях от нормы: изменении количеств растворенных веществ, объема во­ды или того и другого показателя.

Наиболее распространенной ошибкой в клинической прак­тике является предположение, что изменения осмоляльности от­ражают повышение или понижение содержания воды. В дейст­вительности осмоляльность отражает концентрационные взаимо­отношения и увеличивается либо в зависимости от увеличения содержания растворенного субстрата (например, при азотемии), либо в результате абсолютного уменьшения содержания растворителя (воды), в частности при дегидратации, либо, на­конец, в результате изменения обоих компонентов (гиперосмоляльная кома).