hyperosmotisk

hyperosmotisk
adj.,
Definition: avser eller kännetecknas av ett ökat osmotiskt tryck. Källa: modifierad av Maria Victoria Gonzaga

hyperosmotisk Definition

ordet hyperosmotisk härrör från två grekiska ord: ”hyper”, vilket betyder ”överskott” och ”osmos”, vilket betyder ”dragkraft” eller ”push”. Så vad betyder hyperosmotisk? Hyperosmotic beskriver en lösning som utövar högre dragkraft eller skjuter genom ett membran.

för att få en klar förståelse för denna definition måste vi först förstå att en lösning bereds genom att blanda två komponenter, dvs ett löst ämne och ett lösningsmedel. Till exempel: i en vattenhaltig sockerlösning är socker det lösta ämnet och vatten är lösningsmedlet.

mängden löst ämne i en lösning bestämmer så småningom riktningen för lösningsmedlets rörelse i vilket system som helst. Det är ett väletablerat faktum att skillnaden i koncentration resulterar i utvecklingen av en koncentrationsgradient som driver molekylernas rörelse från en högre koncentration mot en lägre koncentration. När rörelsen av lösningsmedlet (vatten) molekylen uppstår på grund av en koncentrationsgradient över ett halvgenomsläppligt membran, är denna process känd som osmos.

således är en lösning som innehåller en högre mängd löst ämne jämfört med en liknande lösning känd som en hyperosmotisk lösning. Till exempel är havsvatten hyperosmotiskt i jämförelse med sötvatten eller kranvatten. Således kommer en cell från sötvatten när den placeras i en bägare som innehåller havsvatten att utsättas för en hyperosmotisk miljö.

antalet lösta molekyler per lösningsvolym eller vikt kallas osmolaritet. Denna osmolaritet reglerar det osmotiska trycket som utövas av en lösning. Detta är särskilt viktigt för det biologiska systemet där två lösningar separeras av ett membran, som vanligtvis är halvgenomsläppligt i naturen. Således kan rörelsen av molekyler i ett biologiskt system över ett biologiskt membran bestämmas av osmolaritet. Rörelsen av molekyler över det biologiska membranet är avgörande för att upprätthålla cellulär homeostas. Därför spelar osmolaritet en roll för att upprätthålla cellulär homeostas.

osmolariteten hos det mänskliga serumet kontrolleras tätt inom intervallet 285-295 mOsm / kg. Majoriteten av människokroppscellerna har liknande osmolaritet och sägs vara isotoniska. Vätskan som har högre eller lägre osmolaritet än det humana serumet klassificeras som hypertonisk respektive hypotonisk.

skillnaden i osmolaritet resulterar i utvecklingen av osmotiskt tryck, vilket så småningom resulterar i generering av osmotisk stress i ett biologiskt system. Osmotiskt tryck är det tryck eller tryck som appliceras på lösningsmedelsmolekylerna för att förhindra att de rör sig genom membranet.
i detta skede är det mycket viktigt att förstå att tonicitet och osmolaritet är två olika saker och bör inte betraktas som synonymer. En isotonisk lösning är inte nödvändigtvis isosmotisk eller vice versa. På samma sätt är en hyperosmotisk lösning inte nödvändigtvis en hypertonisk lösning. För att förstå detta måste vi tydligt förstå begreppet tonicitet.

tonicitet är egenskapen hos de icke-penetrerande lösta ämnena och är alltid beroende av den jämförande lösningen. Således för en däggdjurscell kommer en isosmotisk sackaroslösning att vara isotonisk men för en växtcell skulle en isosmotisk sackaroslösning vara hypotonisk. Detta beror på att sackaros inte kan tränga igenom i en däggdjurscell på grund av brist på transportörer i den medan sackaros kan tränga igenom i en växtcell på grund av närvaron av transportörer. Således kommer sackarosens icke-permeabilitet i däggdjurscellen att resultera i isotoniciteten hos isosmotisk sackaroslösning i däggdjursceller.

med tanke på detta uppstår en viktig fråga. Hur kan en lösning vara hyperosmotisk och hypotonisk?

för att förstå detta är det viktigt att komma ihåg att tonicitet endast bestäms av de icke-penetrerande lösta ämnena. Så, om en lösning har en lägre koncentration av icke-penetrerande lösta ämnen, skulle den kallas hypotonisk. Ett klassiskt exempel på en hypotonisk lösning är en 5% dextroslösning som inte har några icke-penetrerande lösta ämnen. När en cell placeras i en hyperosmotisk men hypotonisk lösning som 10% dextran, kommer vattenrörelse att inträffa. Därför kan en lösning vara hyperosmotisk och hypotonisk.

i biologi, när osmolariteten hos den extracellulära vätskan är större än den intracellulära vätskan, kallas cellen utsatt för en hyperosmotisk miljö och kommer att uppleva hyperosmotisk stress.

en högre osmolaritet av den extracellulära vätskan resulterar i vattenflödet ut ur cellen som resulterar i cellkrympning och så småningom uttorkning av cellen. (Figur 1).

Så, vad händer med en cell i en hyperosmotisk lösning? Exponering av en cell för en hyperosmotisk lösning kan vara mycket skadlig för den. Sådana celler kommer att behöva hantera vatteneflux, vilket så småningom resulterar i störning av olika cellulära processer, såsom störning av syntesen och reparationen av DNA, proteinöversättning och dess nedbrytning och funktionsfel i mitokondrier. Det hyperosmotiska tillståndet resulterar i cellkrympning och konvolutionen av kärnan. Cellkrympningen inducerar så småningom apoptos som leder till celldöd.

omvänt när osmolariteten hos den extracellulära vätskan är mindre än den intracellulära vätskan, sägs cellen utsättas för en hypoosmotisk miljö. I en sådan miljö kommer tillströmning av vattnet /lösningsmedlet att inträffa (Figur 1).

fysiologisk betydelse för den hyperosmotiska egenskapen

människokroppen är mycket adaptiv för sådana förändringar och för att göra det genomgår cellerna Osmo-adaptiva svar där cellerna försöker anpassa sig till sådana miljöförändringar och återställa homeostas. Underlåtenhet att återställa denna homeostas resulterar emellertid ofta i ett sjukt eller inflammatoriskt tillstånd i kroppen.

obalansen i osmolaritet kan vara skadlig för celler och biologiska processer och kan resultera i ett sjukt tillstånd. Denna homeostas av osmolaritet i människokroppen styrs tätt genom njurarna tillsammans med det antidiuretiska hormonet, arginin vasopressin (AVP) som frigörs från den bakre hypofysen. En ökning av osmolaritet i plasma inducerar frisättning av AVP från hypofysen. AVP verkar sedan på njurarna och ökar membranpermeabiliteten hos den distala tubulen för att öka den rörformiga reabsorptionen av vatten från njurarna. Njurarna reglerar andelen löst ämne såväl som vatten i urinen.

beroende på kroppsvätsketillståndet kan urinproduktionen ha låg osmolaritet (50 mOsm/L) eller hög osmolaritet (1200-1400 mOsm/L). Urinproduktionen med låg osmolaritet uppstår när kroppen har ett överskott av vatten och extracellulär vätska har låg osmolaritet. I detta tillstånd är urinen hypoosmotisk. Tvärtom, när kroppen har en brist på vatten och extracellulär vätska har hög osmolaritet, uppträder hyperosmotisk urinbildning. Kroppsvätskor med högre osmolaritet signalerar hypofysen att frigöra AVP, vilket därigenom ökar den rörformiga vattenreabsorptionen från njurarna. Som ett resultat, på grund av vattenreabsorption, reduceras mängden vatten från urinproduktionen vilket resulterar i bildning av högkoncentrerad urin eller hyperosmotisk urin.

förändring i osmolariteten har också visat sig vara associerad med induktionen av inflammatoriska processer i kroppen. Hög extracellulär vätskemosmolaritet har visat sig vara associerad med sjukdomar som hypernatremi, värmeslag, diabetes, vävnadsbrännskador, uttorkning, astma, cystisk fibros och uremi. Proinflammatoriska cytokiner såsom TNF, IL1 Occursy, IL6, IL8 och IL18 har visat sig vara relaterade till hyperosmotiska stressrelaterade patologier.

terapeutiska tillämpningar av Hyperosmotika

hyperosmotiska medel används för behandling av glaukom. Glaukom är en ögon-eller oftalmisk störning där det finns en ökning av det intraokulära trycket (IOP). En ökning av IOP är ett mycket smärtsamt tillstånd för patienten tillsammans med dålig visualisering. Hyperosmotiska medel minskar IOP genom att generera en osmotisk gradient mellan blodet och de intraokulära vätskefacken vilket resulterar i flödet av oftalmisk vätska till blodet. Detta terapeutiska tillvägagångssätt föredras när glaukom inte motsvarar kolanhydrashämmarna administrerade topiskt eller till och med systemiskt. Hyperosmotiska medel har emellertid en kort varaktighet av effekten och inducerar också systemiska biverkningar.

i glaukom är IOP förhöjd på grund av glasögonvätska i ögat. Vid administrering av hyperosmotiska medel ökar osmolaliteten hos den intravaskulära vätskan (hyperosmolaritet). Den oftalmiska barriären tillåter emellertid inte genomträngningen av dessa medel i glasögonhuman. Detta resulterar i genereringen av den osmotiska gradienten. Detta resulterar i sin tur i vätskan från glaskroppen i kärlvätskan. Följaktligen minskar den reducerade mängden glasögon IOP i patienten.

nästan en 3-4% minskning av IOP har rapporterats vid administrering av hyperosmotiska medel hos patienter med glaukom. Effekten av dessa medel beror på ett antal faktorer som molekylvikt, dos, koncentration, administrationshastighet, administreringssätt, utsöndringshastighet, distribution och oftalmisk penetration.

några av exemplen på hyperosmotiken som används vid glaukomterapi är glycerin, urea, isosorbid, mannitol, etc. Dessa medel kan ges topiskt, parenteralt såväl som Oralt. Systemisk (parenteral) eller oral administrering av dessa medel kan emellertid leda till vissa biverkningar (Tabell 1).

tabell 1: Vanligen använda hyperosmotiska medel för behandling av okulär sjukdom, glaukom och deras dos och potentiella biverkningar

Hyperosmotiska medel används också för att förbättra visualisering hos patienter med hornhinneödem där, hyperosmotiska medel orsakar övergående uttorkning för att lindra hornhinnans oedematösa tillstånd. Förutom hornhinnödem används hyperosmotiska medel också vid hantering av hjärnödem. Hyperosmotiska medel kan också användas potentiellt vid behandling av hypovolemisk blödning, som en plasmavolym expanderare. En blandning av 7,5% NaCl (natriumklorid) och 6% dextran-70 har rapporterats vara en effektiv plasmaexpanderare. Denna sammansättning av hyperosmotiska medel (NaCl och dextran) har också rapporterats minska dödligheten avsevärt på grund av traumatisk hypotoni och huvudskada. Behandlingen med det hyperosmotiska medlet har rapporterats inducera snabba kardiovaskulära effekter, vilket inkluderar höjning av hjärtparametrar som arteriellt tryck, hjärtutgång, volymen av plasma, hjärtkontraktion, genomsnittligt cirkulationssystemiskt tryck och syreavgivning och dess konsumtion.

hyperosmotisk stress i växter

inte bara djur är benägna att fysiologiska störningar på grund av hyperosmotisk stress utan också växter. Hyperosmotisk stress i växter orsakas ofta av hyperosmotiska tillstånd (när osmolariteten utanför är högre än insidan av cellen). De vanliga orsakerna är jordens höga saltkoncentration eller när det finns torka. När detta händer motverkar växterna utflödet av vatten och den slutliga minskningen av cellvolymen genom en förändring i det genetiska uttrycket, produktion av intracellulära osmolyter och aktiv endocytos samt jonbindning genom vakuolär transport. Annars kan växtcellen dö av förlust av turgortryck och kollaps av plasmamembranet när den extrema störningen inte fixas snart.