hyperosmotisk

hyperosmotisk
adj.,
Definition: relateret til eller karakteriseret ved et øget osmotisk tryk. Indholdsfortegnelse

hyperosmotisk Definition

ordet hyperosmotisk er afledt af to græske ord: ‘hyper’, der betyder “overskydende” og ‘osmos’, der betyder “tryk” eller “skub”. Så hvad betyder hyperosmotisk? Hyperosmotisk beskriver en opløsning, der udøver højere tryk eller skubber gennem en membran.

for at få en klar forståelse af denne definition skal vi først forstå, at en opløsning fremstilles ved at blande to komponenter, dvs.et opløst stof og et opløsningsmiddel. For eksempel: i en vandig sukkeropløsning er sukker det opløste stof, og vand er opløsningsmidlet.

mængden af opløst stof i en opløsning bestemmer til sidst retningen af opløsningsmidlets bevægelse i ethvert system. Det er en veletableret kendsgerning, at forskellen i koncentration resulterer i udviklingen af en koncentrationsgradient, der driver molekylernes bevægelse fra en højere koncentration mod en lavere koncentration. Når bevægelsen af opløsningsmidlet (vand) molekylet opstår på grund af en koncentrationsgradient over en semipermeabel membran, er denne proces kendt som osmose.

således er en opløsning indeholdende en højere mængde opløst stof i sammenligning med en lignende opløsning kendt som en hyperosmotisk opløsning. For eksempel er havvand hyperosmotisk i sammenligning med ferskvand eller ledningsvand. Således vil en celle fra ferskvand, når den placeres i et bægerglas indeholdende havvand, blive udsat for et hyperosmotisk miljø.

antallet af opløste molekyler pr. Denne osmolaritet regulerer det osmotiske tryk, der udøves af en opløsning. Dette er især vigtigt for det biologiske system, hvor to opløsninger adskilles af en membran, som normalt er semipermeabel. Således kan bevægelsen af molekyler i et biologisk system over en biologisk membran bestemmes ved osmolaritet. Bevægelsen af molekyler over den biologiske membran er afgørende for at opretholde cellulær homeostase. Derfor spiller osmolaritet en rolle i opretholdelsen af cellulær homeostase.

osmolariteten af det humane serum styres tæt inden for området 285-295 mOsm / kg. Størstedelen af de menneskelige kropsceller har lignende osmolaritet og siges at være isotoniske. Væsken med højere eller lavere osmolaritet end det humane serum klassificeres som henholdsvis hypertonisk eller hypotonisk.forskellen i osmolaritet resulterer i udviklingen af osmotisk tryk, hvilket i sidste ende resulterer i dannelsen af osmotisk stress i et biologisk system. Osmotisk tryk er det tryk eller tryk, der påføres opløsningsmiddelmolekylerne for at forhindre dem i at bevæge sig gennem membranen.
på dette stadium er det meget vigtigt at forstå, at tonicitet og osmolaritet er to forskellige ting og ikke bør betragtes som synonymer. En isotonisk opløsning er ikke nødvendigvis isosmotisk eller omvendt. Tilsvarende er en hyperosmotisk opløsning ikke nødvendigvis en hypertonisk opløsning. For at forstå dette skal vi klart forstå begrebet tonicitet.

tonicitet er kun egenskaben for de ikke-penetrerende opløste stoffer og er altid afhængig af sammenligningsopløsningen. For en pattedyrscelle vil en isosmotisk saccharoseopløsning således være isotonisk, men for en plantecelle ville en isosmotisk saccharoseopløsning være hypotonisk. Dette skyldes, at saccharose ikke kan trænge ind i en pattedyrscelle på grund af mangel på transportører i den, mens saccharose kan trænge ind i en plantecelle på grund af tilstedeværelsen af transportører. Således vil ikke-permeabiliteten af saccharose i pattedyrscellen resultere i isotoniciteten af isosmotisk saccharoseopløsning i pattedyrceller.

i lyset af dette opstår der således et vigtigt spørgsmål. Hvordan kan en løsning være hyperosmotisk og hypotonisk?

for at forstå dette er det vigtigt at huske på, at tonicitet kun bestemmes af de ikke-penetrerende opløste stoffer. Så hvis en opløsning har en lavere koncentration af ikke-penetrerende opløste stoffer, vil den blive omtalt som hypotonisk. Et klassisk eksempel på en hypotonisk opløsning er en 5% glucoseopløsning, der ikke har nogen ikke-penetrerende opløste stoffer. Når en celle placeres i en hyperosmotisk, men hypotonisk opløsning som 10% dekstran, vil vandbevægelse forekomme. Derfor kan en opløsning være hyperosmotisk og hypotonisk.

i biologi, når osmolariteten af den ekstracellulære væske er større end den intracellulære væske, betegnes cellen som udsat for et hyperosmotisk miljø og vil opleve hyperosmotisk stress.

en højere osmolaritet af den ekstracellulære væske resulterer i vandstrømmen ud af cellen, der resulterer i cellekrympning og til sidst dehydrering af cellen. (Figur 1).

så hvad sker der med en celle i en hyperosmotisk opløsning? Eksponering af en celle til en hyperosmotisk opløsning kan være meget skadelig for den. Sådanne celler skal beskæftige sig med vandudstrømning, hvilket i sidste ende resulterer i forstyrrelse af forskellige cellulære processer, såsom forstyrrelse af syntesen og reparationen af DNA, proteinoversættelse og dets nedbrydning og funktionsfejl i mitokondrier. Den hyperosmotiske tilstand resulterer i cellekrympning og konvolution af kernen. Cellekrympningen inducerer til sidst apoptose, der fører til celledød.

omvendt når osmolariteten af den ekstracellulære væske er mindre end den intracellulære væske, siges cellen at være udsat for et hypoosmotisk miljø. I et sådant miljø vil tilstrømning af vand / opløsningsmiddel forekomme (Figur 1).

fysiologisk betydning af den hyperosmotiske egenskab

menneskekroppen er meget adaptiv til sådanne ændringer, og for at gøre det gennemgår cellerne Osmo-adaptive reaktioner, hvor cellerne forsøger at tilpasse sig sådanne miljøændringer og genoprette homeostase. Imidlertid resulterer manglende gendannelse af denne homeostase ofte i en syg eller inflammatorisk tilstand i kroppen.

ubalancen i osmolaritet kan være skadelig for celler og biologiske processer og kan resultere i en syg tilstand. Denne homeostase af osmolaritet i den menneskelige krop styres tæt gennem nyren sammen med det antidiuretiske hormon, arginin vasopressin (AVP) frigivet fra den bageste hypofyse. En stigning i plasma osmolaritet inducerer frigivelsen af AVP fra hypofysen. AVP virker derefter på nyren og øger membranpermeabiliteten af den distale tubule for at øge den rørformede reabsorption af vand fra nyren. Nyren regulerer andelen af det opløste stof såvel som vand i urinen.

afhængig af kropsvæskens tilstand kan urinproduktionen have lav osmolaritet (50 mOsm/L) eller høj osmolaritet (1200-1400 mOsm/L). Den lave osmolaritet urinproduktion opstår, når kroppen har et overskud af vand, og ekstracellulær væske har lav osmolaritet. I denne tilstand er urinen hypoosmotisk. Tværtimod, når kroppen har en mangel på vand og ekstracellulær væske har høj osmolaritet, forekommer hyperosmotisk urindannelse. Kropsvæsker med højere osmolaritet signalerer hypofysen for at frigive AVP, hvilket derved øger den rørformede vandreabsorption fra nyrerne. Som følge heraf reduceres mængden af vand på grund af vandreabsorption fra urinproduktionen, hvilket resulterer i dannelse af stærkt koncentreret urin eller hyperosmotisk urin.

ændring i osmolariteten har også vist sig at være forbundet med induktion af inflammatoriske processer i kroppen. Høj ekstracellulær væskeosmolaritet har vist sig at være forbundet med sygdomme som hypernatræmi, heteslag, diabetes, vævsforbrændinger, dehydrering, astma, cystisk fibrose og uræmi. Proinflammatoriske cytokiner, såsom TNF, IL1 larr, IL6, IL8 og IL18, har vist sig at være relateret til hyperosmotiske stressrelaterede patologier.

terapeutiske anvendelser af Hyperosmotikken

hyperosmotiske midler anvendes til behandling af glaukom. Glaukom er en øjen-eller oftalmisk lidelse, hvor der er en stigning i det intraokulære tryk (IOP). En stigning i IOP er en meget smertefuld tilstand for patienten sammen med dårlig visualisering. Hyperosmotiske midler mindsker IOP ved at generere en osmotisk gradient mellem blodet og de intraokulære væskekamre, hvilket resulterer i strømmen af oftalmisk væske til blodet. Denne terapeutiske tilgang foretrækkes, når glaukom ikke svarer til de kulsyreanhydrasehæmmere, der administreres topisk eller endda systemisk. Imidlertid har hyperosmotiske midler en kort varighed af effektivitet og inducerer også systemiske bivirkninger.

i glaukom er IOP forhøjet på grund af glasagtig væske i øjet. Ved administration af hyperosmotiske midler øges osmolaliteten af den intravaskulære væske (hyperosmolaritet). Den oftalmiske barriere tillader imidlertid ikke permeationen af disse midler i den glasagtige humor. Dette resulterer i dannelsen af den osmotiske gradient. Dette resulterer igen i væsken fra glasagtig udstrømning i vaskulærvæsken. Følgelig reducerer den reducerede mængde glasagtig humor IOP i patienten.

næsten en 3-4% reduktion i IOP er rapporteret om administration af de hyperosmotiske midler hos patienter med glaukom. Effekten af disse midler afhænger af en række faktorer som molekylvægt, dosis, koncentration, indgivelseshastighed, indgivelsesmåde, udskillelseshastighed, fordeling og oftalmisk penetration.

nogle af eksemplerne på det hyperosmotiske middel, der anvendes i glaukombehandling, er glycerin, urinstof, isosorbid, mannitol osv. Disse midler kan gives topisk, parenteralt såvel som oralt. Imidlertid kan systemisk (parenteral) eller oral administration af disse midler resultere i visse bivirkninger (tabel 1).

tabel 1: Almindeligt anvendte hyperosmotiske midler til behandling af okulær sygdom, glaukom og deres dosis og potentielle bivirkninger

hyperosmotiske midler anvendes også til forbedring af visualisering hos patienter med hornhindeødem, hvor hyperosmotiske midler er midler forårsager forbigående dehydrering for at lindre hornhindens ødematøse tilstand. Bortset fra hornhindeødem anvendes hyperosmotiske midler også til behandling af cerebralt ødem. Hyperosmotiske midler kan også potentielt anvendes til behandling af hypovolemisk blødning som en plasmavolemisk ekspander. En blanding af 7,5% NaCl (natriumchlorid) og 6% dekstran-70 er rapporteret at være en effektiv plasmaekspander. Denne sammensætning af hyperosmotiske midler (NaCl og dekstran) er også rapporteret at reducere dødeligheden signifikant på grund af traumatisk hypotension og hovedskade. Behandlingen med det hyperosmotiske middel er rapporteret at inducere hurtige kardiovaskulære effekter, som inkluderer forhøjelse i hjerteparametre som arterielt tryk, hjerteproduktion, plasmavolumen, hjertekontraktion, gennemsnitligt cirkulationssystemisk tryk og ilttilførsel og dets forbrug.

hyperosmotisk stress i planter

ikke kun dyr er tilbøjelige til fysiologiske forstyrrelser på grund af hyperosmotisk stress, men også planter. Hyperosmotisk stress i planter skyldes ofte hyperosmotiske tilstande (når osmolariteten udenfor er højere end indersiden af cellen). De almindelige årsager er Jordens Høje saltkoncentration, eller når der er tørke. Når dette sker, modvirker planterne udstrømningen af vand og det eventuelle fald i cellevolumen ved en ændring i den genetiske ekspression, produktion af intracellulære osmolytter og aktiv endocytose såvel som ionbinding gennem vakuolær transport. Ellers kan plantecellen dø af tab af turgor-tryk og plasmamembranens sammenbrud, når den ekstreme forstyrrelse ikke snart løses.