hiperozmotikus

hiperozmotikus
adj.,
definíció: megnövekedett ozmotikus nyomással kapcsolatos vagy azzal jellemezhető. Forrás: módosította Maria Victoria Gonzaga

hiperozmotikus meghatározás

a hiperozmotikus szó két görög szóból származik: “hyper”, jelentése “felesleg” és “osmos”, jelentése “tolóerő” vagy “push”. Szóval, mit jelent a hiperozmotikus? A hiperozmotikus olyan megoldást ír le, amely nagyobb tolóerőt fejt ki, vagy egy membránon keresztül tolja.

ennek a meghatározásnak a világos megértéséhez először meg kell értenünk, hogy az oldatot két komponens, azaz egy oldott anyag és egy oldószer keverésével állítjuk elő. Például: vizes cukoroldatban a cukor az oldott anyag, a víz pedig az oldószer.

az oldott anyag mennyisége az oldatban végül meghatározza az oldószer mozgásának irányát bármely rendszerben. Jól megalapozott tény, hogy a koncentrációkülönbség olyan koncentrációs gradiens kialakulását eredményezi, amely a molekulák mozgását magasabb koncentrációból alacsonyabb koncentráció felé irányítja. Amikor az oldószer (víz) molekula mozgása egy féligáteresztő membránon keresztüli koncentrációs gradiens miatt következik be, akkor ezt a folyamatot ozmózisnak nevezzük.

így egy hasonló oldathoz képest nagyobb mennyiségű oldott anyagot tartalmazó oldatot hiperozmotikus oldatnak nevezünk. Például a tengervíz hiperozmotikus az édesvízhez vagy a csapvízhez képest. Így az édesvízből származó sejt, ha tengervizet tartalmazó főzőpohárba helyezik, hiperozmotikus környezetnek lesz kitéve.

az oldott molekulák számát oldatmennyiségenként vagy tömegenként ozmolaritásnak nevezzük. Ez az ozmolaritás szabályozza az oldat által kifejtett ozmotikus nyomást. Ez különösen fontos a biológiai rendszer esetében, ahol két oldatot membrán választ el egymástól, amely általában féligáteresztő jellegű. Így a molekulák mozgása egy biológiai rendszerben egy biológiai membránon keresztül meghatározható ozmolaritás. A molekulák mozgása a biológiai membránon elengedhetetlen a sejtek homeosztázisának fenntartásához. Ezért az ozmolaritás szerepet játszik a celluláris homeosztázis fenntartásában.

a humán szérum ozmolaritása szorosan szabályozott a 285-295 mOsm/kg tartományban. Az emberi test sejtjeinek többsége hasonló ozmolaritással rendelkezik, és azt mondják, hogy izotóniás. Az emberi szérumnál magasabb vagy alacsonyabb ozmolaritású folyadékot hipertóniás vagy hipotóniás kategóriába sorolják.

az ozmolaritás különbsége ozmotikus nyomás kialakulását eredményezi, ami végül ozmotikus stressz kialakulását eredményezi egy biológiai rendszerben. Az ozmotikus nyomás az oldószermolekulákra gyakorolt nyomás vagy tolóerő, amely megakadályozza, hogy a membránon keresztül mozogjanak.
ebben a szakaszban nagyon fontos megérteni, hogy a tonicitás és az ozmolaritás két különböző dolog, és nem tekinthető szinonimának. Az izotóniás oldat nem feltétlenül izoszmotikus vagy fordítva. Hasonlóképpen, a hiperozmotikus oldat nem feltétlenül hipertóniás megoldás. Ennek megértéséhez világosan meg kell értenünk a tonicitás fogalmát.

a tonicitás csak a nem behatoló oldott anyagok tulajdonsága, és mindig az összehasonlító oldattól függ. Így egy emlős sejt esetében az izoszmotikus szacharózoldat izotóniás lesz, de egy növényi sejt esetében az izoszmotikus szacharózoldat hipotóniás lenne. Ennek oka az, hogy a szacharóz nem képes áthatolni egy emlőssejtben a transzporterek hiánya miatt, míg a szacharóz a transzporterek jelenléte miatt áthatolhat egy növényi sejtben. Így a szacharóz nem permeabilitása az emlős sejtben az izoszmotikus szacharózoldat izotóniáját eredményezi emlős sejtekben.

ennek fényében fontos kérdés merül fel. Hogyan lehet egy megoldás hiperozmotikus és hipotóniás?

ennek megértéséhez fontos szem előtt tartani, hogy a tonicitást csak a nem behatoló oldott anyagok határozzák meg. Tehát, ha egy oldatban alacsonyabb a nem behatoló oldott anyagok koncentrációja, akkor azt hipotóniának nevezik. A hipotóniás oldat klasszikus példája egy 5% – os dextrózoldat, amelynek nincs nem áthatoló oldott anyaga. Amikor egy sejtet hiperozmotikus, de hipotóniás oldatba helyeznek, mint például 10% dextrán, vízmozgás lép fel. Ezért a megoldás lehet hiperozmotikus és hipotóniás.

a biológiában, amikor az extracelluláris folyadék ozmolaritása nagyobb, mint az intracelluláris folyadék, akkor a sejtet hiperozmotikus környezetnek teszik ki, és hiperozmotikus stresszt fog tapasztalni.

az extracelluláris folyadék magasabb ozmolaritása a sejtből kilépő vízáramot eredményezi, amely a sejt zsugorodását, végül a sejt kiszáradását eredményezi. (1. ábra).

Tehát mi történik egy hiperozmotikus oldat sejtjével? A sejt hiperozmotikus oldatnak való kitettsége nagyon káros lehet rá. Az ilyen sejteknek meg kell küzdeniük a víz kiáramlásával, ami végül a különböző sejtes folyamatok megzavarását eredményezi, mint például a DNS szintézisének és javításának megzavarása, a fehérje transzlációja és lebomlása, valamint a mitokondriumok hibás működése. A hiperozmotikus állapot a sejtek zsugorodását és a mag konvolúcióját eredményezi. A sejt zsugorodása végül apoptózist indukál, ami sejthalálhoz vezet.

ezzel szemben, ha az extracelluláris folyadék ozmolaritása kisebb, mint az intracelluláris folyadék, akkor azt mondják, hogy a sejt hipoosmotikus környezetnek van kitéve. Ilyen környezetben a víz /oldószer beáramlása következik be (1.ábra).

A hiperozmotikus tulajdonság élettani jelentősége

az emberi test nagymértékben alkalmazkodik az ilyen változásokhoz, és ennek érdekében a sejtek Osmo-adaptív válaszokon mennek keresztül, ahol a sejtek megpróbálnak alkalmazkodni az ilyen környezeti változásokhoz és helyreállítani a homeosztázist. Ennek a homeosztázisnak a helyreállításának elmulasztása azonban gyakran beteg vagy gyulladásos állapotot eredményez a szervezetben.

az ozmolaritás egyensúlyhiánya káros lehet a sejtekre és a biológiai folyamatokra, és beteg állapotot eredményezhet. Az emberi test ozmolaritásának ezt a homeosztázisát a vesén keresztül szorosan szabályozzák, az antidiuretikus hormonnal, az arginin vazopresszinnel (AVP), amely a hátsó agyalapi mirigyből szabadul fel. A plazma ozmolaritásának növekedése indukálja az AvP felszabadulását az agyalapi mirigyből. Az AVP ezután a vesére hat, és növeli a disztális tubulus membrán permeabilitását annak érdekében, hogy növelje a veséből származó víz tubuláris reabszorpcióját. A vese szabályozza az oldott anyag, valamint a víz arányát a vizeletben.

a testfolyadék állapotától függően a vizeletkibocsátás alacsony ozmolaritással (50 mOsm/L) vagy magas ozmolaritással (1200-1400 mOsm/L) járhat. Az alacsony ozmolaritású vizeletmennyiség akkor fordul elő, ha a testben felesleges a víz, az extracelluláris folyadék pedig alacsony ozmolaritással rendelkezik. Ebben az állapotban a vizelet hipoosmotikus. Éppen ellenkezőleg, ha a szervezetben vízhiány van, az extracelluláris folyadék magas ozmolaritással rendelkezik, hiperozmotikus vizeletképződés lép fel. A magasabb ozmolaritású testfolyadékok jelzik az agyalapi mirigyet, hogy felszabadítsa az AVP-t, ami ezáltal növeli a tubuláris víz reabszorpcióját a veséből. Ennek eredményeként a víz reabszorpciója miatt a víz mennyisége csökken a vizeletből, ami erősen koncentrált vizelet vagy hiperozmotikus vizelet képződését eredményezi.

az ozmolaritás változása szintén összefüggésbe hozható a gyulladásos folyamatok indukciójával a szervezetben. A magas extracelluláris folyadék ozmolaritást olyan betegségekkel társították, mint a hypernatremia, a hőguta, a cukorbetegség, a szöveti égési sérülések, a kiszáradás, az asztma, a cisztás fibrózis és az urémia. Proinflammatorikus citokinek, mint a TNF, az il1, az IL6, az IL8 és az IL18 a hiperozmotikus stresszel kapcsolatos patológiákhoz kapcsolódtak.

terápiás alkalmazások a Hiperozmotikumok

hiperozmotikus szereket használnak a glaukóma kezelésére. A glaukóma olyan szem-vagy szemészeti rendellenesség, amelyben növekszik az intraokuláris nyomás (IOP). Az IOP növekedése rendkívül fájdalmas állapot a beteg számára, a rossz vizualizáció mellett. A hiperozmotikus szerek csökkentik az IOP-t azáltal, hogy ozmotikus gradienst hoznak létre a vér és az intraokuláris folyadék rekeszek között, ami szemészeti folyadék áramlását eredményezi a vérbe. Ez a terápiás megközelítés akkor előnyös, ha a glaukóma nem felel meg a helyileg vagy akár szisztémásan beadott szén-dioxid-anhidráz inhibitoroknak. A hiperozmotikus szerek hatékonysága azonban rövid ideig tart, és szisztémás mellékhatásokat is kiváltanak.

glaukóma esetén az IOP megemelkedik a szem üveges folyadékának köszönhetően. Hiperozmotikus szerek beadásakor az intravaszkuláris folyadék ozmolalitása növekszik (hiperozmolaritás). A szemészeti gát azonban nem teszi lehetővé ezeknek az ágenseknek az üveges humorba való behatolását. Ennek eredményeként létrejön az ozmotikus gradiens. Ez viszont azt eredményezi, hogy a folyadék az üveges folyadékból az érrendszeri folyadékba kerül. Következésképpen az üveges humor csökkentett mennyisége csökkenti az IOP-t a betegben.

Az IOP csaknem 3-4% – os csökkenését jelentették a hiperozmotikus szerek glaukómában szenvedő betegeknél történő alkalmazásakor. Ezeknek a hatóanyagoknak a hatékonysága számos tényezőtől függ, mint például a molekulatömeg, a dózis, a koncentráció, az alkalmazás sebessége, az alkalmazás módja, a kiválasztás sebessége, az eloszlás és a szemészeti penetráció.

a glaukóma terápiában alkalmazott hiperozmotikus példák közül néhány a glicerin, karbamid, izoszorbid, mannit stb. Ezeket a szereket helyileg, parenterálisan, valamint orálisan is be lehet adni. Ezen szerek szisztémás (parenterális) vagy orális beadása azonban bizonyos mellékhatásokat eredményezhet (1.táblázat).

1. táblázat: Gyakran használt hiperozmotikus szerek szemészeti betegség, glaukóma, valamint azok dózisának és lehetséges mellékhatásainak kezelésére

hiperozmotikus szereket is használnak a vizualizáció javítására szaruhártya ödémában szenvedő betegeknél, ahol, a hiperozmotikus szerek átmeneti kiszáradást okoznak, hogy enyhítsék a szaruhártya ödémás állapotát. A szaruhártya ödéma mellett hiperozmotikus szereket is alkalmaznak az agyi ödéma kezelésében. A hiperozmotikus szerek potenciálisan felhasználhatók a hipovolémiás vérzés, mint plazma térfogat-bővítő. 7,5% NaCl (nátrium-klorid) és 6% dextrán-70 keveréke hatékony plazmatágítónak bizonyult. A hiperozmotikus szerek (NaCl és dextrán) ezen összetételéről szintén beszámoltak, hogy jelentősen csökkenti a traumás hipotenzió és a fejsérülés miatti mortalitást. A hiperozmotikus szerrel végzett kezelés gyors kardiovaszkuláris hatásokat vált ki, amelyek magukban foglalják a szív paramétereinek emelkedését, mint az artériás nyomás, a szívteljesítmény, a plazma térfogata, a szív összehúzódása, az átlagos keringési szisztémás nyomás, valamint az oxigénszállítás és annak fogyasztása.

hiperozmotikus stressz a növényekben

nem csak az állatok hajlamosak fiziológiai zavarokra a hiperozmotikus stressz miatt, hanem a növények is. A növények hiperozmotikus stresszét gyakran hiperozmotikus állapotok okozzák (amikor a külső ozmolaritás magasabb, mint a sejt belseje). A leggyakoribb okok a talaj magas sókoncentrációja vagy aszály esetén. Amikor ez megtörténik, a növények ellensúlyozzák a víz kiáramlását és a sejttérfogat esetleges csökkenését a genetikai expresszió megváltozásával, az intracelluláris ozmoliták termelésével és az aktív endocitózissal, valamint az ionmegkötéssel vakuoláris transzport révén. Ellenkező esetben a növényi sejt meghalhat a turgornyomás elvesztése és a plazmamembrán összeomlása miatt, amikor a szélsőséges perturbáció nem oldódik meg hamarosan.