Вот цветок на окошке, весело и упруго раскинул зелёные листочки, радостно алеет бутон. Красиво! Но забыли мы его полить. Что же случилось? Листочки начинают вянуть, бутон поник. Если мы не польём растение, оно погибнет. Почему же, имея рядом все необходимые вещества, кроме воды, растение не может существовать? И при чём тут осмос?
Всё дело в том, что корни растений впитывают воду и пропускают её внутрь своих клеток, стенки которых являются своеобразной полупроницаемой мембраной. Она позволяет воде с мельчайшими, растворёнными в ней питательными веществами проникать внутрь клеток растений. Фильтрующая способность клеточной мембраны уникальна. Но откуда такая избирательность, и чем она регулируется? Наполненные водой клетки растений становятся упругими, за счёт осмотического давления, растение выпрямляется и радует глаз. Такое движение жидкости через мембрану клетки называется осмосом (от греческого «osmos» – толчок, давление). Что же движет этой жидкостью?
В природе все системы стремятся к достижению равновесия, только тогда они будут устойчивыми и неизменными. Так, если соединить два раствора с разными концентрациями, система мгновенно отреагирует распределением концентрации по всему объёму раствора, а если растворы разделены между собой полупроницаемой перегородкой, мембраной, поры которой могут пропускать лишь молекулы растворителя, но не растворённых частиц, то этот процесс будет идти однонаправлено. То есть вода из раствора с меньшей концентрацией будет проходить в раствор с большей концентрацией, вплоть до выравнивания их численных значений.
По сути дела осмос - это явление, направленное на восстановление равновесия в системе, в данном случае, системе двух растворов с разными концентрациями, разделённых мембраной. Если же система имеет объем, ограниченный полупроницаемой мембраной, то движение жидкости внутрь этого объёма будет определяться как эндоосмос, а процесс движения из сосуда во внешний объём – экзоосмос.
Давление, которое необходимо приложить к более концентрированному раствору для прекращения движения растворителя и установления равновесия называется осмотическим давлением и выражается в атмосферах или в мм. ртутного столба, или в единицах, тождественных миллимолям - миллиосмолях на литр.
Если приложить к концентрированному раствору давление, большее чем равновесное давление, то возникает явление обратного осмоса, то есть явление, при котором растворитель, в частности вода, проходит через стенки полупроницаемой мембраны, а растворённые в ней частицы остаются в растворе. В зависимости от величины пор мембраны, таким образом можно достигнуть требуемой степени очистки питьевой воды. В последнее время мы часто видим рекламные проспекты для получения чистой воды явлением обратного осмоса, причём этим способом можно удалить практически все виды загрязнения, вплоть до радионуклидного.
Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Полупроницаемой мембраной также может быть названа мембрана клетки в живых организмах. Так, если концентрация растворённых веществ в околоклеточной жидкости будет выше чем в клетке, то будет происходить процесс выхода жидкости из клетки и соответственно уменьшение её объёма, так называемая дегидратация клеток. Дегидратация клеток - очень опасное состояние организма, при котором могут возникать психические нарушения, судороги, и даже распад тканевых белков.
Также опасно и состояние, когда внеклеточная жидкость теряет электролиты в результате почечных или иных заболеваний. В этом случае вода из межклеточной жидкости поступает в клетку, вызывая её отёк. Особенно опасен отёк мозга, а в крови возникает опасность гемолитического разрушения эритроцитов. Дело в том, что мембрана живых клеток менее устойчива к разрушению, чем клеточная мембрана растений, и при гипергидратации происходит её разрыв.
В здоровом организме система осморегуляции запускает эндокринные механизмы регулирования электролитного обмена, и благодаря ренин-ангиотензин-альдостероновой системе в околоклеточную жидкость при клеточной гипергидратации, или же в клетку - при гипогидратации, поступают ионы натрия и калия, главным образом, из почек. Осмотическое давление внеклеточной или внутриклеточной жидкости повышается, и происходит возвратное поступление жидкости, до нормализации состояния клетки и выравнивания осмотического равновесия.
В основе дезинтоксикационного и противовоспалительного действия гипертонических, то есть сильно концентрированных растворов, лежит явление осмоса. В частности, при местном применении 3-10% растворов хлорида натрия для лечения воспалённых участков тканей, жизнедеятельность микробных клеток снижается за счёт дегидратации и сморщивания их, а противовоспалительный эффект проявляется в уменьшение отёка гиперемированных тканей.
Фактические величины осмолярности растворов необходимо знать для приготовления кровезаменителей, питательных субстанций для выращивания клеток, для коррекции состояния при обезвоживании. Если учесть, что 1 миллиосмоль (мосм) на литр создаёт давление 19,3 мм ртутного столба (мм рт.ст.), то осмотическое давление крови составляет 285 мосм/л или 5500 мм рт.ст. Растворы одинаковые по осмолярности с биологическими жидкостями называются изотоническими. Мы хорошо знаем значение изотонического раствора хлорида натрия и как лекарственного средства, и как растворителя для многих инъекционных препаратов.
