漫谈渗透现象和渗透压.doc

漫谈渗透现象和渗透压第18卷第1期2O06年3月郑州铁路职业技术学院JournalofZhengzhouRailwayVocationalCollegevo1.18No,1Mar.2(x)6漫谈渗透现象和渗透压陆艳琦孙志红(郑州铁路职业技术学院河南郑州450052)摘要:渗透压是溶液特有的一种属性,渗透压相等的溶液称为等渗溶液.渗透压不等的两种溶液,有高渗溶液和低渗溶液之分.半透膜是只能允许溶剂水分子和部分溶质粒子通过的薄膜.用半透膜将两种渗透压不同的溶液隔开,溶剂水分子和一些溶质粒子就会自发地从低渗溶液渗入高渗溶液,产生渗透现象.渗透理论在临床上具有很大的指导意义和应用价值.关键词:渗透压渗透现象半透膜渗透理论的应用每到秋天,许多家庭喜欢淹制咸菜.把洗净的芥菜疙瘩,萝卜等菜放到浓的食盐水中,大约3o天左右,咸菜就淹好了,芥菜疙瘩,萝卜成了,个头却比原来小了,这是为什么呢?在医院里给病人大量输液时,经常使用生理盐水和葡萄糖溶液,这些溶液的浓度是有严格限制的,不能高也不能低,这又是为什么呢?为了解释清楚这些问题,先让我们了解一个实验吧!大约200多年前,有人为了改变酿酒的方法,做了这样一个实验:在一个圆玻璃桶里盛满酒精,然后用动物的膀胱膜将桶口紧紧封住,再把封住的桶口浸到水里,不久,膀胱膜就鼓起来了,显然,这是水分子透过膀胱膜进入桶里,桶内的液体增多所至.膀胱膜并没有空隙,为什么水分子能穿过它进入桶里,而酒精分子却不能透过它到桶外呢?后来,经过科学家反复研究,发现不但动物的膀胱膜有这种功能,像萝卜皮及生物体内的细胞膜,毛细血管壁等都只能允许某些分子如水分子通过,而其它分子不能透过.人们把这种只允许部分分子(如水分子)通过,而其它分子不能通过的薄膜称为半透膜;把水通过膀胱膜进入到酒精溶液的现象叫做渗透.淹制咸菜,l临床给病人输液要限制溶液的浓度,都可以用渗透现象的相关理论来加以解释.一,渗透现象与渗透压理论将蔗糖溶液与水(纯溶剂)用半透膜隔开(见图1),不久可见蔗糖溶液液面不断上升,说明水分子不断透过半透膜进入浴掖中.这种浴刑zK分于透辽半透膜进入溶液的自发过程称为渗透.不同浓度的两溶液用半透膜隔开时,都有渗透现象发生,比如半透膜两侧均是葡萄糖水,但是浓度不一样,结果浓度大的一侧的溶液体积增大,液面上升,产生渗透(见图2).0,/1:,.:.1_一._:膜._.-.薹._.萼膜00l_.:一薯.-.耋.-.j.,一矗:-.一:j蔗新分子_t0:,l:筹拿于0j:,:一-水分子图1半透膜示意图i.,;?.;:黼:苷蠢透膜图2渗透现象示意圈渗透现象产生的原因是什么呢?原来由于蔗糖收稿日期:2005928作者简介:陆艳琦(19r70一)女,河南郑州人,郑州铁路职业技术学院医学分院副教授.孙志红(1963一)女,河南邓州人,郑州铁路职业技术学院医学分院助讲.65.秘.曩*_誓.一0一一=工m澎;分子不能透过半透膜,而溶剂水分子却可以自由通过,膜两侧单位体积内溶剂分子数目不等,则单位时间内由纯溶剂进入溶液中的水分子数目比从溶液进入纯溶剂中的数目多.其净结果使蔗糖溶液一侧液面升高,溶液的浓度降低,产生渗透.渗透现象是客观存在的,只要满足下面两个条件,渗透现象就会发生.一是有半透膜存在.常见的半透膜有动物的细胞膜,膀胱膜,腹膜,毛细血管壁等生物膜,人工制造的半透膜有火棉胶膜,玻璃纸,硫酸纸,亚铁氰化铜等,临床上用于血液透析的人工肾也是一种半透膜,它是一种人工合成的高分子膜,比如聚甲基丙烯酸甲酯薄膜,赛璐玢(cellophane)或铜玢(cupraphane)的透明薄膜.半透膜的通透性不完全一样,但是,他们有一个共同的特点,就是溶剂水分子都可以自由透过.另一个产生渗透现象的条件是半透膜两侧溶液的溶质粒子浓度不等或者说溶液中单位体积内溶剂分子数不等.这样溶剂水分子及一些颗粒比较小,能够穿过半透膜的粒子就会通过半透膜渗透到另一侧溶液中,从而使另一侧溶液的体积增大,产生渗透现象.现在我们不难理解,淹制咸菜的道理了.因为萝卜皮,芥菜疙瘩皮实际上都是半透膜,当把它们漫到浓盐水中时,萝卜皮,芥菜疙瘩皮内外溶液的浓度差别很大,导致水分子从萝卜,芥菜疙瘩往盐水中渗透,它们失去水分,个头就逐渐减小了,而盐中的Na,cl一可以透过萝卜皮,芥菜疙瘩皮渗到里面,从而使它们变咸了.渗透现象不会无止境地进行下去,比如上例中随着半透膜一侧溶液体积逐渐增大,液面不断上升,产生的液体压力逐渐增大,使溶液中的溶剂分子在单位时间内透过半透膜的数目增多.当液面上升到一定高度,增加的液体压力就会使溶剂水分子通过半透膜进入纯溶剂的速度与从纯溶剂进入溶液的速度相等,从而抵消了由于单位体积内溶剂分子数目不等而造成的渗透现象,结果溶液液面不再上升,体系达到渗透平衡.为了不让该渗透现象发生,必须在溶液液面上施加一定的额外压力,促使膜两侧溶剂水分子进出半透膜速度相等,达到动态平衡,在化学上把这种恰能阻止渗透现象继续发生而达到动态平衡的压力,或者说为维持半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而在溶液一侧施加的额外压力,称为溶液的渗透压.(见图3)如果用半透膜把两种浓度不等的溶液隔开,为了阻止渗透现象发生,必须在浓溶液液面施加压力,此压力并不代表任一溶液的渗透压,它仅仅是两溶液渗透压的差值.任何溶液都存在渗透压,它是溶66图3渗透压示意图液本身的一种特性.在医学上渗透压可以理解为溶液恒有的一种吸引外面物质的力量.对于稀溶液而言,溶液的渗透压只与单位体积溶液内所含溶质粒子数目多少有关,它与溶质粒子数目成正比,而与溶质本性,溶剂种类无关.溶液中的溶质的粒子浓度越大,渗透压就越大.渗透压的大小反应出溶剂分子通过半透膜渗入该溶液的趋势.渗透压越大,渗入的趋势越大.渗透压不等的两溶液,相对而言,渗透压高的叫高渗溶液,渗透压低的叫低渗溶液,渗透压相等的叫等渗溶液.稀溶液的渗透压与溶液沸点,凝固点,蒸汽压一样都是稀溶液的依数性.二,渗透压在医学上的意义在医学上把溶液中能产生渗透效应的溶质粒子(SY子,离子)统称为渗透活性物质.渗透活性物质的物质的量浓度叫做渗透浓度,用渗透浓度即可表示溶液的渗透压在医学上渗透压的单位为渗量每升(Osmol/L)或毫渗量每升(mOsmol/L).它也反映了每升溶液中所含渗透活性物质的总质点数.正常人体血浆总渗透浓度为303.7mOsmoL/L,相当于渗透压为770kPa.临床上规定:渗透浓度在280320mOsmol/L的溶液为等渗溶液,渗透浓度小于280mOsmoVL的溶液为低渗溶液,渗透浓度大于320mOsmol/L的溶液为高渗溶液.临床给病人补液时,要特别注意补液的浓度和渗透压,比如生理盐水,葡萄糖溶液等,浓度必须进行严格的限制,否则可能造成严重的医疗事故.下面通过红细胞在不同浓度的溶液中的变化可以说明这一点(见图4).因为细胞膜实质就是半透膜,若将红细胞放人高渗溶液(如lOOg/L葡萄糖溶液)中,红细胞中的水分将进入高渗溶液,致使细胞皱缩;反之,将红细胞放入低渗溶液(如30g/L葡萄糖溶液)中,则水大量渗入红细胞,最后导致溶血.而放入等渗溶液(如5OL葡萄糖溶液)中,红细胞形态则不发生变化,不会影响正常的生理功能.因此给病人进行大量补液的基本原则是输入等渗溶液,临床上常见的等渗溶液有19L的Nac3O3,12.5g/L的NaHC03溶液,9g/L的NaC1溶一一蘩.叠麓0囊.1.:.?i.杆日_婷浩_/.:鬻:.以薯.-.,:?:00._毛移.:一0j:叠一一一.,一b.低j参c高渣巍巍.:图4红细胞在等渗溶液,低渗溶液,高渗溶液中的形态变化示意图液,5OL的葡萄糖溶液等.在清洗伤12I时,为了防止渗透发生,减轻病人的疼痛,要用生理盐水而不用蒸馏水.同样眼药水也要与眼部粘膜细胞内液渗透压相同,否则会产生疼痛.人体血液中主要含有NaCI,KCI,葡萄糖,尿素等品体化合物和大分子的蛋白质,脂肪等胶体化合物.晶体化合物在血浆中的浓度约为7,5g/L,胶体化合物在血浆中的浓度约为7OL,正常人体血浆的总渗透压约为770kPa,其中由晶体化合物所产生的晶体渗透压约为766Kpa,由胶体化合物产生的胶体渗透压约为4Kpa.细胞膜是体内的一种半透膜,它将细胞内和细胞外液隔开,并只让水分子自由透过膜内外,而K,则不易自由通过.因此,水在细胞内外的流通,就要受到盐所产生的晶体渗透压的影响.晶体渗透压对维持细胞内外水分的相对平衡起着重要作用.临床上常用晶体物质的溶液来纠正某些疾病所引起的水盐失调.例如,人体由于某种原因而缺水时,细胞外液中盐的浓度将相对升高,晶体渗透压增大,于是使细胞内液的水分通过细胞膜向细胞外液渗透,造成细胞内液失水.如果大量饮水或者输入过多的葡萄糖溶液,则使细胞外液盐浓度降低,晶体渗透压减小,细胞外液中的水分向细胞内液中渗透,严重时可产生水中毒.高温作业之所以饮用盐汽水,就是为了保持细胞外液晶体渗透压的恒定.毛细血管壁也是体内的一种半透膜,它与细胞膜不同,它间隔着血浆和组织问液,可以让低分子如水,葡萄糖,尿素,羟基酸及各种离子自由透过,而不允许高分子蛋白质通过.所以,晶体渗透压对维持血液与组织间液之问的水盐平衡不起作用.如果由于某种原因造成血浆中蛋白质减少时,血浆的胶体渗透压就会降低,血浆中的水就通过毛细血管壁进入组织间液,致使血容量降低而组织液增多,这是形成水肿的原因之一.I晦床上对大面积烧伤,或者由于失血而造成血容量降低的患者进行补液时,除补以生理盐水外,同时还需要输入血浆或右旋糖酐等代血浆,以恢复血浆的胶体渗透压和增加血容量.三,渗透在医疗和生产中的应用渗透作用在医疗和生产生活中应用较为广泛.目前人们已经掌握了渗透原理,并利用渗透进行透析,淹制各种瓜果蔬菜,利用反渗透净化水等.急性,慢性肾功能衰竭患者,由于体内的毒素不能通过肾脏顺利排除,导致中毒.为了减轻病人的痛苦,临床上常采用透析疗法来加以治疗.透析疗法包括血液透析(人工肾)和腹膜透析.血液透析是利用半透膜的原理,将患者血液与透析液同时引进透析器,在透析膜两侧呈反方向流动,通过渗透作用,使半透膜两侧溶液中的小分子物质如尿素,葡萄糖,电解质,H等进行交换,以矫正水,电解质,酸碱平衡紊乱和降低尿素氮.透析效应取决于半透膜的孑L径大小,以及膜两侧溶质的浓度差.腹膜透析是利用腹膜作为半透膜,人工肾则利用一种赛璐玢(cellophane)或铜玢(cupraphane)的透明薄膜作为半透膜.透析液的配置很重要.为了降低血浆中K,H和非蛋白氮等物质的浓度,透析液中的钾浓度应比正常血钾浓度为低,而且不应含有非蛋白氮类物质,人工肾的透析效果最好,但设备及条件要求较高,不易推广.因此临床上常将透析液注入腹腔内,利用腹膜进行透析.留置12小时再将透析液放出.在食品加工行业,通过渗透脱水技术进行蔬菜,肉类,鱼类的盐腌和水果的蜜制,糖制的加工的历史相当悠久.随着人们对渗透理论认识的成熟,渗透脱水技术已经从传统的方法过渡到能与干燥,冷冻,杀菌,罐藏等方法的