溶液的滲透壓
滲透作用是自然界的一種普遍現(xiàn)象，它對于人體保持正常的生理功能有著十分重要的意義。下面討論滲透作用的基本原理、滲透壓及其在醫(yī)學(xué)上的意義。
一、滲透現(xiàn)象和滲透壓
在蔗糖濃溶液上小心加入一層清水，水分子即從上層滲入下層，蔗糖分子也由下層涌入上層，直到蔗糖溶液的濃度均勻為止。一種物質(zhì)的粒子自發(fā)地分布于另一種物質(zhì)中的現(xiàn)象稱為擴散。
如果將蔗糖水溶液與水用半透膜隔開，使膜內(nèi)和膜外液面相平，靜置一段時間后，可以看到膜內(nèi)溶液的液面不斷上升，說明水分子不斷地透過半透膜進入溶液中。溶劑透過半透膜進入溶液的自發(fā)過程稱為滲透現(xiàn)象。不同濃度的兩種溶液被半透膜隔開時都有滲透現(xiàn)象發(fā)生。
半透膜是一種只允許某些物質(zhì)透過，而不允許另一些物質(zhì)透過的薄膜。上面實驗中的半透膜只允許水分子透過，而蔗糖分子卻不能透過。細胞膜、膀胱膜、毛細血管壁等生物膜都具有半透膜的性質(zhì)。人工制造的火棉膠膜、玻璃紙等也具有半透膜的性質(zhì)。
上述滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是蔗糖分子不能透過半透膜，而水分子卻可以自由通過半透膜。由于膜兩側(cè)單位體積內(nèi)水分子數(shù)目不等，水分子在單位時間內(nèi)從純水（或稀溶液）進入蔗糖溶液的數(shù)目，要比蔗糖溶液中水分子在同一時間內(nèi)進入純水（或稀溶液）的數(shù)目多，因而產(chǎn)生了滲透現(xiàn)象。滲透現(xiàn)象的產(chǎn)生必須具備兩個條件：一是有半透膜存在，二是半透膜兩側(cè)必須是兩種不同濃度的溶液。
如果被半透膜隔開的是兩種不同濃度的溶液，這時液柱產(chǎn)生的靜液壓，既不是濃溶液的滲透壓，也不是稀溶液的滲透壓，而是這兩種溶液滲透壓之差。
滲透壓的單位用Pa或kPa表示。
滲透壓是溶液的一個重要性質(zhì)，凡是溶液都有滲透壓。滲透壓的大小與溶液的濃度和溫度有關(guān)。
二、滲透壓與濃度、溫度的關(guān)系
1886年范特荷甫（van’t Hoff）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出一條規(guī)律：對稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。這條規(guī)律稱為范特荷甫定律。用方程式表示如下：
πV=nRT
或π=cRT（1-5）
式中π為稀溶液的滲透壓，V為溶液的體積，c為溶液的濃度，R為氣體常數(shù)，n為溶質(zhì)的物質(zhì)的量，T為絕對溫度。
式（1-5）稱為范特荷甫公式，也叫滲透壓公式。常數(shù)R的數(shù)值與π和V的單位有關(guān)，當π的單位為kPa，V的單位為升（L）時，R值為8.31kPa?L?K -1 ?mol -1 。
范特荷甫公式表示，在一定溫度下，溶液的滲透壓與單位體積溶液中所含溶質(zhì)的粒子數(shù)（分子數(shù)或離子數(shù)）成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。
對于稀溶液，c近似于質(zhì)量摩爾濃度，因此上式又可寫成
π＝m B RT
對于相同cB的非電解質(zhì)溶液，在一定溫度下，因為單位體積溶液中所含溶質(zhì)的粒子（分子）數(shù)目相等，所以滲透壓是相同的。如0.3mol?L -1 葡萄糖溶液與0.3mol?L -1 蔗糖溶液的滲透壓相同。但是，相同cB的電解質(zhì)溶液和非電解質(zhì)溶液的滲透壓則不相同。例如，0.3mol.L -1 NaCl溶液的滲透壓約為0.3mol.L -1 葡萄糖溶液滲透壓的2倍。這是由于在NaCl溶液中，每個NaCl粒子可以離解成1個Na + 和1個Cl － 。而葡萄糖溶液是非電解質(zhì)溶液，所以0.3mol?L -1 NaCl溶液的滲透壓約為0.3 mol?L -1 葡萄糖溶液的2倍。
由此可見，滲透壓公式中，對電解質(zhì)溶液來說，濃度c B （或m B ）是1升溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的溶質(zhì)分子與離子總物質(zhì)的量，稱為滲透物質(zhì)的量濃度。
通過測定溶液的滲透壓，可以計算溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量。如果溶質(zhì)的質(zhì)量為m，摩爾質(zhì)量為M。實驗測得溶液的滲透壓為π，則該溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量（數(shù)值等于摩爾質(zhì)量）可通過下式求得：
式(1-6)主要用于測定高分子（蛋白質(zhì)等）的相對分子質(zhì)量。
滲透壓公式在醫(yī)療工作中有其現(xiàn)實意義。人體血液的滲透壓在正常體溫（37℃）時約為769.9kPa。要配制與血液滲透壓相等的溶液，即可由滲透壓公式計算出溶液的濃度。
三、滲透壓在醫(yī)學(xué)上的意義
（一）等滲、低滲、高滲溶液
滲透壓相等的兩種溶液稱為等滲溶液。滲透壓不同的兩種溶液，把滲透壓相對高的溶液叫做高滲溶液，把滲透壓相對低的溶液叫做低滲溶液。對同一類型的溶質(zhì)來說，濃溶液的滲透壓比較大，稀溶液的滲透壓比較小。因此，在發(fā)生滲透作用時，水會從低滲溶液（即稀溶液）進入高滲溶液（即濃溶液），直至兩溶液的滲透壓達到衡為止。
在醫(yī)療實踐中，溶液的等滲、低滲或高滲是以血漿總滲透壓為標準。即溶液的滲透壓與血漿總滲透壓相等的溶液為等滲溶液。溶液的滲透壓低于血漿總滲透壓的溶液為低滲溶液。溶液的滲透壓高于血漿總滲透壓的溶液為高滲溶液。
給傷病員進行大量補液時，常用與血漿等滲的0.154mol?L -1 NaCl溶液（生理鹽水），而不能用0.256 mol?L -1 NaCl的高滲溶液或0.068 mol?L -1 NaCl的低滲溶液。這是與血漿滲透壓有關(guān)的問題。下面討論紅細胞分別在這三種NaCl溶液中所產(chǎn)生的現(xiàn)象。
將紅細胞放到0.068 mol?L -1 NaCl溶液中，在顯微鏡下可以看到紅細胞逐漸膨脹，最后破裂。醫(yī)學(xué)上稱這種現(xiàn)象為溶血。這是因為紅細胞內(nèi)液的滲透壓大于0.068mol?L -1 NaCL溶液滲透壓,因此,水分子就要向紅細胞內(nèi)滲透,使紅細胞膨脹,以致破裂.如將紅細胞放到0.256mol?L -1 NaCL溶液中,在顯微鏡下可以看到紅細胞逐漸皺縮,這種現(xiàn)象稱為胞漿分離.因為這時紅細胞內(nèi)液的滲透壓小于0.256mol?L -1 NaCL溶液的滲透壓,因此,水分子由紅細胞內(nèi)向外滲透,使紅細胞皺縮.如將紅細胞放到生理鹽水中,在顯微鏡下看到紅細胞維持原狀.這是因為紅細胞與生理鹽水滲透壓相等,細胞內(nèi)外達到滲透平衡的緣故.圖1-3為細細胞在不同濃度NaCL溶液中的形態(tài)圖。
圖1-3 紅細胞在不同濃度NaCl溶液中的形態(tài)未意圖
在醫(yī)療工作中，不僅大量補液時要注意溶液的滲透壓，就是小劑量注射時，也要考慮注射液的滲透壓。但臨床上也有用高滲溶液的，如滲透壓比血漿高10倍的2.78mol?L -1 葡萄糖溶液。因?qū)毙柙黾友褐衅咸烟堑幕颊撸缬玫葷B溶液，注射液體積太大，所需注射時間太長，反而不易收效。需要注意，用高滲溶液作靜脈注射時，用量不能太大，注射速度不可太快，否則易造成局部高滲引起紅細胞皺縮。當高滲溶液緩緩注入體內(nèi)時，可被大量體液稀釋成等滲溶液。對于劑量較小濃度較稀的溶液，大多是將劑量較小的藥物溶于水中，并添加氯化鈉、葡萄糖等調(diào)制成等溶液，亦可直接將藥物溶于生理鹽水或0.278mol?L -1 葡萄糖溶液中使用，以免引起紅細胞破裂。
（二）毫滲透量濃度
人的體液中既有非電解質(zhì)（如葡萄糖等），也有電解質(zhì)（如NaCL,CaCL 2 ,NaHCO 3 等鹽類）。為了表示體液總的滲透壓大小，醫(yī)學(xué)上常用毫滲透量濃度來比較，簡稱毫滲量?升 -1 ，用mOsm?L -1 表示。這種濃度是溶液中能產(chǎn)生滲透作用的溶質(zhì)的粒子（分子或離子）的總物質(zhì)的量濃度。
例7分別計算0.278mol?L -1 葡萄糖溶液和生理鹽水(0.154mol?L -1 NaCL)的毫滲透量濃度。
解：0.278mol?L -1 葡萄糖溶液的毫滲透量濃度為：0.278×1000=278≈280(mOsm?L -1 )生理鹽水的毫滲透量濃度為:0.154×2×1000=308(mOsm?L -1 )
北京天優(yōu)福康生物科技有限公司
官網(wǎng)：http://www.jyzjsd.com/
服務(wù)熱線：400-860-6160
聯(lián)系電話/微信：13718308763
QQ:2136615612 3317607072
E-mail：Tianyoubzwz@163.com
