Iperosmotica

Iperosmotica
adj.,
Definizione: relativa o caratterizzata da un aumento della pressione osmotica. Fonte: Modificato da Maria Victoria Gonzaga

Definizione Iperosmotica

La parola Iperosmotica deriva da due parole greche: ‘hyper’, che significa “eccesso” e ‘osmos‘, che significa “spinta” o “spinta”. Quindi, cosa significa iperosmotico? Iperosmotico descrive una soluzione che esercita una maggiore spinta o spinge attraverso una membrana.

Per avere una chiara comprensione di questa definizione, dobbiamo prima capire che una soluzione viene preparata mescolando due componenti, cioè un soluto e un solvente. Ad esempio: in una soluzione acquosa di zucchero, lo zucchero è il soluto e l’acqua è il solvente.

La quantità di soluto in una soluzione alla fine determina la direzione del movimento del solvente in qualsiasi sistema. È un fatto ben stabilito che la differenza di concentrazione si traduce nello sviluppo di un gradiente di concentrazione che guida il movimento delle molecole da una concentrazione più alta verso una concentrazione più bassa. Quando il movimento della molecola del solvente (acqua) si verifica a causa di un gradiente di concentrazione attraverso una membrana semi-permeabile, allora questo processo è noto come osmosi.

Pertanto, una soluzione contenente una maggiore quantità di soluto rispetto a una soluzione simile è nota come soluzione iperosmotica. Ad esempio, l’acqua di mare è iperosmotica rispetto all’acqua dolce o all’acqua del rubinetto. Pertanto, una cellula di acqua dolce quando posta in un becher contenente acqua di mare sarà esposta a un ambiente iperosmotico.

Il numero di molecole di soluto per volume o peso della soluzione è noto come osmolarità. Questa osmolarità regola la pressione osmotica esercitata da una soluzione. Ciò è particolarmente importante per il sistema biologico in cui due soluzioni sono separate da una membrana, che di solito è semi-permeabile in natura. Pertanto, il movimento delle molecole in un sistema biologico attraverso una membrana biologica può essere determinato dall’osmolarità. Il movimento delle molecole attraverso la membrana biologica è essenziale per il mantenimento dell’omeostasi cellulare. Pertanto, l’osmolarità svolge un ruolo nel mantenimento dell’omeostasi cellulare.

L’osmolarità del siero umano è strettamente controllata nell’intervallo di 285-295 mOsm / kg. La maggior parte delle cellule del corpo umano hanno osmolarità simile e si dice che sia isotonica. Il fluido con osmolarità superiore o inferiore rispetto al siero umano è classificato come ipertonico o ipotonico, rispettivamente.

La differenza di osmolarità si traduce nello sviluppo della pressione osmotica, che alla fine si traduce nella generazione di stress osmotico in un sistema biologico. La pressione osmotica è la pressione o la spinta applicata alle molecole di solvente per impedire loro di muoversi attraverso la membrana.
In questa fase, è molto importante capire che la tonicità e l’osmolarità sono due cose diverse e non dovrebbero essere considerate sinonimi. Una soluzione isotonica non è necessariamente isosmotica o viceversa. Allo stesso modo, una soluzione iperosmotica non è necessariamente una soluzione ipertonica. Per capire questo, dobbiamo capire chiaramente il concetto di tonicità.

La tonicità è solo la proprietà dei soluti non penetranti ed è sempre dipendente dalla soluzione di confronto. Pertanto, per una cellula di mammifero, una soluzione di saccarosio isosmotico sarà isotonica, ma per una cellula vegetale, una soluzione di saccarosio isosmotico sarebbe ipotonica. Questo perché il saccarosio non può permeare in una cellula di mammiferi a causa della mancanza di trasportatori in essa, mentre il saccarosio può permeare in una cellula vegetale a causa della presenza di trasportatori. Pertanto, la non permeabilità del saccarosio nella cellula di mammifero comporterà l’isotonicità della soluzione di saccarosio isosmotico nelle cellule di mammifero.

In considerazione di ciò, sorge quindi una domanda importante. Come può una soluzione essere iperosmotica e ipotonica?

Per capire questo, è importante tenere presente che la tonicità è determinata solo dai soluti non penetranti. Quindi, se una soluzione ha una concentrazione inferiore di soluti non penetranti, sarebbe indicata come ipotonica. Un esempio classico di una soluzione ipotonica è una soluzione di destrosio al 5% senza soluti non penetranti. Quando una cellula viene posta in una soluzione iperosmotica ma ipotonica come il 10% di destrano, si verificherà il movimento dell’acqua. Pertanto, una soluzione può essere iperosmotica e ipotonica.

In biologia, quando l’osmolarità del fluido extracellulare è maggiore del fluido intracellulare, la cellula viene indicata come esposta ad un ambiente iperosmotico e sperimenterà uno stress iperosmotico.

Una maggiore osmolarità del fluido extracellulare provoca il flusso d’acqua fuori dalla cellula che provoca il restringimento cellulare e, infine, la disidratazione della cellula. (Figura 1).

Quindi, cosa succede a una cellula in una soluzione iperosmotica? L’esposizione di una cellula a una soluzione iperosmotica può essere altamente dannosa per essa. Tali cellule dovranno affrontare l’efflusso dell’acqua, che alla fine provoca l’interruzione di vari processi cellulari, come l’interruzione della sintesi e la riparazione del DNA, la traduzione delle proteine e la sua degradazione e il malfunzionamento dei mitocondri. La condizione iperosmotica provoca il restringimento delle cellule e la convoluzione del nucleo. Il restringimento delle cellule alla fine induce l’apoptosi che porta alla morte cellulare.

Al contrario, quando l’osmolarità del fluido extracellulare è inferiore al fluido intracellulare, allora la cellula si dice che sia esposta ad un ambiente ipoosmotico. In tale ambiente si verificherà un afflusso di acqua /solvente (Figura 1).

Significato Fisiologico del Iperosmotico Proprietà

Il corpo umano è altamente adattabile a tali cambiamenti, e per farlo, le cellule subiscono osmo-risposte adattative, in cui le cellule tenta di adattarsi a tali cambiamenti ambientali e ripristinare l’omeostasi. Tuttavia, il mancato ripristino di questa omeostasi si traduce spesso in una condizione malata o infiammatoria nel corpo.

Lo squilibrio nell’osmolarità può essere dannoso per le cellule e i processi biologici e può provocare uno stato malato. Questa omeostasi dell’osmolarità nel corpo umano è controllata strettamente attraverso il rene insieme all’ormone antidiuretico, arginina vasopressina (AVP) rilasciata dall’ipofisi posteriore. Un aumento dell’osmolarità plasmatica induce il rilascio di AVP dalla ghiandola pituitaria. AVP, quindi, agisce sul rene e aumenta la permeabilità della membrana del tubulo distale al fine di aumentare il riassorbimento tubulare dell’acqua dal rene. Il rene regola la proporzione del soluto e dell’acqua nelle urine.

A seconda della condizione del fluido corporeo, la produzione di urina può avere bassa osmolarità (50 mOsm/L) o alta osmolarità (1200-1400 mOsm / L). La produzione di urina a bassa osmolarità si verifica quando il corpo ha un eccesso di acqua e il liquido extracellulare ha una bassa osmolarità. In questa condizione l’urina è ipoosmotica. Al contrario, quando il corpo ha una carenza di acqua e il liquido extracellulare ha un’alta osmolarità, si verifica la formazione di urina iperosmotica. I fluidi corporei che hanno una maggiore osmolarità segnalano all’ipofisi di rilasciare l’AVP, che aumenta così il riassorbimento tubulare dell’acqua dal rene. Di conseguenza, a causa del riassorbimento dell’acqua, la quantità di acqua viene ridotta dalla produzione di urina con conseguente formazione di urina altamente concentrata o urina iperosmotica.

L’alterazione dell’osmolarità è stata anche associata all’induzione di processi infiammatori nel corpo. L’alta osmolarità fluida extracellulare è stata trovata per essere associata con le malattie come l’ipernatriemia, il colpo di calore, il diabete, le ustioni del tessuto, la disidratazione, l’asma, la fibrosi cistica e l’uremia. Citochine proinfiammatorie come TNF, IL1ß, IL6, IL8 e IL18 sono state trovate correlate a patologie iperosmotiche legate allo stress.

Applicazioni Terapeutiche della Hyperosmotics

Iperosmotico agenti sono utilizzati per il trattamento del Glaucoma. Il glaucoma è un disturbo oculare o oftalmico in cui vi è un aumento della pressione intraoculare (IOP). Un aumento della IOP è una condizione altamente dolorosa per il paziente insieme a una scarsa visualizzazione. Gli agenti iperosmotici diminuiscono la IOP generando un gradiente osmotico tra il sangue e i compartimenti fluidi intraoculari che si traduce nel flusso di liquido oftalmico nel sangue. Questo approccio terapeutico è preferito quando il glaucoma non risponde agli inibitori dell’anidrasi carbonica somministrati per via topica o anche sistemica. Tuttavia, gli agenti iperosmotici hanno una breve durata di efficacia e inducono anche effetti collaterali sistemici.

Nel glaucoma, la PIO è elevata a causa del liquido vitreo nell’occhio. Sulla somministrazione di agenti iperosmotici, l’osmolalità del fluido intravascolare aumenta (iperosmolarità). Tuttavia, la barriera oftalmica non consente la permeazione di questi agenti nell’umore vitreo. Ciò si traduce nella generazione del gradiente osmotico. Questo, a sua volta, provoca il fluido dall’efflusso vitreo nel fluido vascolare. Di conseguenza, la ridotta quantità di umore vitreo riduce la IOP nel paziente.

È stata riportata una riduzione di quasi il 3-4% della IOP sulla somministrazione degli agenti iperosmotici in pazienti con glaucoma. L’efficacia di questi agenti dipende da una serie di fattori come peso molecolare, dose, concentrazione, velocità di somministrazione, modalità di somministrazione, tasso di escrezione, distribuzione e penetrazione oftalmica.

Alcuni esempi di iperosmotici utilizzati nella terapia del glaucoma sono glicerina, urea, isosorbide, mannitolo, ecc. Questi agenti possono essere somministrati per via topica, parenterale e orale. Tuttavia, la somministrazione sistemica (parenterale) o orale di questi agenti può causare alcuni effetti indesiderati (Tabella1).

Tabella 1: Comunemente usato iperosmotico agenti per il trattamento di malattia oculare, Glaucoma, e la loro dose e potenziali effetti collaterali

Iperosmotico agenti sono utilizzati anche per migliorare la visualizzazione in pazienti con edema corneale in cui, iperosmotico agenti causare temporaneo disidratazione per alleviare la condizione edematosa della cornea. Oltre all’edema corneale, gli agenti iperosmotici sono utilizzati anche nella gestione dell’edema cerebrale. Gli agenti iperosmotici possono anche essere potenzialmente utilizzati nel trattamento dell’emorragia ipovolemica, come espansore del volume plasmatico. Una miscela di 7,5% NaCl (cloruro di sodio) e 6% dextran-70, è stata segnalata come un efficace espansore plasmatico. Questa composizione di agenti iperosmotici (NaCl e destrano) è stata anche riportata per ridurre significativamente la mortalità a causa di ipotensione traumatica e lesioni alla testa. Il trattamento con l’agente iperosmotico è stato segnalato per indurre effetti cardiovascolari rapidi, che includono l’elevazione dei parametri cardiaci come la pressione arteriosa, la gittata cardiaca, il volume di plasma, la contrazione cardiaca, la pressione sistemica circolatoria media e l’erogazione di ossigeno e il suo consumo.

Iperosmotico Stress in Impianti

Non solo gli animali sono inclini a fisiologici interruzioni dovute a iperosmotico stress, ma anche alle piante. Lo stress iperosmotico nelle piante è spesso causato da condizioni iperosmotiche (quando l’osmolarità esterna è superiore all’interno della cellula). Le cause più comuni sono l’alta concentrazione di sale del suolo o quando c’è siccità. Quando ciò accade, le piante contrastano l’efflusso di acqua e l’eventuale diminuzione del volume cellulare da un cambiamento nell’espressione genetica, nella produzione di osmoliti intracellulari e nell’endocitosi attiva e nel sequestro di ioni attraverso il trasporto vacuolare. In caso contrario, la cellula vegetale potrebbe morire per la perdita di pressione del turgore e il collasso della membrana plasmatica quando l’estrema perturbazione non viene fissata presto.