Фильтрация и осмос

Фильтрацией называется движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Скорость переноса вещества при фильтрации подчиняется закону Пуазейля:

dV/dt = (P₁ – P₂)/W,

где: dV/dt – объемная скорость переноса раствора; (P₁ – P₂) – разность давлений; W – гидравлическое сопротивление, которое равно

W = (8 ∙ η ∙ l)/(π ∙ r⁴),

где: l – длина поры; r – радиус поры; η – коэффициент вязкости раствора.

Осмос – преимущественное движение воды через полупроницаемые мембраны из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей его концентрацией. Осмос – это разновидность простой диффузии, когда вода движется из мест с большей ее концентрацией в места с меньшей концентрацией.

Осмотическое давление раствора зависит от концентрации растворенного вещества и температуры. В соответствии с уравнением Вант – Гоффа осмотическое давление раствора (Р_ОСМ) прямо пропорционально концентрации растворенного вещества (С) и температуре (Т):

Р_ОСМ = i ∙ C ∙ R ∙ T,

где: R – универсальная газовая постоянная; i – изотонический коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается количество растворенных частиц при диссоциации молекул. Для неэлектролитов i = 1, для электролитов i > 1 и зависит от степени диссоциации электролита, а также от количества частиц (ионов), которые образуются при диссоциации.

За меру осмотического давления принимают то механическое (гидростатическое) давление, которое уравновешивает осмотическое давление и выравнивает потоки молекул растворителя в одну и другую стороны.

Скорость осмотического переноса вещества через мембрану равна:

dm/dt = Р_ПР ∙ S ∙ (P_{ОСМ 1} – Р_{ОСМ 2}),

где: dm/dt – количество воды, проходящее через мембрану за единицу времени; S – площадь мембраны; (P_{ОСМ 1} – Р_{ОСМ 2}) – разность осмотического давления по обе стороны мембраны; Р_ПР – коэффициент проницаемости. Вода будет проникать в клетку до тех пор, пока разность осмотического давления между клеткой и внешней средой не станет равной нулю.

Процессы фильтрации и осмоса играют важную роль в процессах обмена воды между кровью и тканью (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Процессы фильтрации и осмоса в кровеносном сосуде.

Осмотическое давление крови человека составляет 7,6 – 7,8 атм. Оно определяется суммой давлений, создаваемых всеми веществами, растворенными в плазме крови. Особое значение в водном обмене между кровью и тканевой жидкостью имеет та часть общего осмотического давления, которое обусловлено белками крови. Эта составляющая часть осмотического давления называется онкотическим давлением. Онкотическое (коллоидно–осмотическое) давление человека составляет 30 мм рт. ст., тканевой жидкости и лимфы – 10 мм рт. ст. Под действием их разности (20 мм рт. ст.) вода поступает из лимфы в кровь.

Одновременно с градиентом онкотического давления между кровью и лимфой существует градиент гидростатического давления, обусловленный работой сердца. В артериальном конце кровеносного сосуда гидростатическое (кровяное) давление составляет 30 мм рт. ст.; в центральном отделе – 20 мм рт. ст.; в венозном – 10 мм рт. ст. В результате этого гидростатическое и онкотическое давление равны только в центральном участке сосуда. Соответственно вода в артериальном участке в результате фильтрации выходит из кровеносного русла в лимфу и соединительную ткань. В венозном участке в результате осмоса поступает из ткани в плазму крови.