Гипотонический раствор¶
Гипотонический раствор — это раствор, осмотическое давление которого ниже, чем осмотическое давление клеточного содержимого (цитоплазмы) или внутренней среды организма. При помещении клетки в такой раствор вода через полупроницаемую мембрану перемещается внутрь клетки по градиенту концентрации, что приводит к её набуханию и, при длительном воздействии, к разрушению (гемолизу у эритроцитов). Гипотонические растворы противопоставляются изотоническим (осмотическое давление совпадает с давлением в клетке) и гипертоническим (давление выше) растворам.
¶Основные понятия
Осмотическое давление раствора определяется числом растворённых частиц (ионов, молекул) в единице объёма и не зависит от их природы. Раствор с меньшей концентрацией растворённых веществ имеет более низкое осмотическое давление и, соответственно, является гипотоническим по отношению к раствору с большей концентрацией.
Термин «гипотонический» происходит от греческих слов hypo (под, ниже) и tonos (напряжение). Понятие тоничности раствора тесно связано с осмосом — процессом самопроизвольного переноса растворителя через полупроницаемую мембрану из области меньшей концентрации растворённых веществ в область большей.
¶Влияние на клетки
При помещении клетки в гипотонический раствор возникает осмотическое давление, направленное внутрь клетки. Вода поступает в клетку до тех пор, пока гидростатическое давление внутри не уравновесит осмотический градиент. Последствия зависят от типа клетки:
- Эритроциты набухают и разрушаются — наступает гемолиз. Граница гемолиза для большинства человеческих эритроцитов лежит при концентрации NaCl около 0,35–0,45 % (норма изотонического раствора — 0,9 %).
- Растительные клетки не разрываются благодаря жёсткой клеточной стенке, но набухают, а цитоплазма прижимается к стенке — клетка переходит в состояние тургора.
- Бактериальные клетки в гипотонической среде набухают и могут лизироваться, если не имеют клеточной стенки (например, протопласты и L-формы бактерий).
¶Классификация растворов по тоничности
| Тип раствора | Осмотическое давление | Эффект на клетку |
|---|---|---|
| Гипотонический | Ниже, чем в клетке | Набухание, возможен лизис |
| Изотоническое | Примерно равно давлению в клетке | Клетка сохраняет форму |
| Гипертоническое | Выше, чем в клетке | Плазмолиз, сморщивание |
Граница между тоничностями не является строгой и зависит от вида клетки. Для человеческих эритроцитов изотоническим считается раствор с осмотическим давлением, эквивалентным 0,9 % NaCl или 5 % глюкозы.
¶Применение
Гипотонические растворы находят применение в медицине, лабораторной практике и сельском хозяйстве:
- Медицина. Внутривенное введение чистой воды или заведомо гипотонических растворов не допускается, так как это вызывает гемолиз и может привести к почечной недостаточности. Для инфузий используются изотонические растворы. Однако гипотонические растворы применяются местно — например, для промывания слизистых оболочек.
- Лабораторная диагностика. Качественный гемолитический тест основан на наблюдении за поведением эритроцитов в растворах различной тоничности: определяется осмотическая резистентность эритроцитов, что имеет значение при диагностике некоторых видов анемий.
- Биология и медицина. Гипотонические растворы используются для получения клеточных лизатов при выделении внутриклеточных компонентов (ДНК, органелл) — клетки набухают и разрушаются, высвобождая содержимое.
- Растениеводство. При поливе растений слишком разбавленными растворами минеральных удобрений возникает эффект, аналогичный воздействию гипотонической среды, что может привести к повреждению корней.
¶Осмотическое давление и формулы
Осмотическое давление раствора описывается уравнением Ван-т-Гоффа:
π = iCRT,
где i — фактор Ван-т-Гоффа (число частиц, на которые диссоциирует вещество), C — молярная концентрация, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура. Раствор будет гипотоническим относительно другого, если произведение iCRT для него меньше.
¶Интересные факты
- Осмотическое давление человеческой крови составляет около 7,6–8,0 атм, что эквивалентно столбу воды высотой примерно 80 метров.
- Гемолиз в гипотонической среде сопровождается изменением оптических свойств взвеси эритроцитов — это лежит в основе спектрофотометрического определения осмотической резистентности.
- Некоторые организмы (например, амёбы, живущие в пресной воде) имеют специальные вакуоли — сократительные, которые непрерывно выкачивают поступающую воду, поддерживая осмотическое равновесие.
¶Источники
- Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
- Ленинджер А. Биохимия.
- Страйер Л. Биохимия.
- Гайтон А., Холл Дж. Медицинская физиология.
- Физиология крови и кровообращения: учебное пособие.