فصل اول

فصل اول

ويژگيهاي فيزيولوژيك محلول ها

 

 

60تا 70 درصد از محتويات بدن يك دام را آب - آن هم بصورت محلولهاي آبكي- تشكيل ميدهد. آب اساس اغلب پديده هاي فيزيولوژيك بوده بطوري كه محلول هاي آبكي فوق  در فعاليت هاي ذيل سهيم هستند:

1-      پالايش گلومرولي در كليه.

2-      توليد محلول هاي تلغيظ شده در بخش مغزي(مدولا) كليه .

3-      حفظ حجم ياخته اي.

4-      تحريك پذيري غشاء هاي ياخته اي و خصوصا" توليد امواج (تكانه) عصبي.

در تجربيات باليني درماني و عملي دامپزشكي داشتن آگاهي  از ويژگيهاي محلول ها به منظور تدوين رژيم هاي درماني مناسب براي جاي گزيني مايعات و الكتروليتهاي  از دست رفته  سودمند و مفيد است.

بنابر اين در آموزشهاي فيزيولوژيك توجه به ويژگي هاي فيزيكي و شيميائي محلول ها از اهميت به سزائي بر خوردار است. زماني كه ويزبرگ  اين موضوع را پيشنهاد نمود  به نظر مي آيد كه وي بر اهميت اساسي اين موضوع  باور داشته و آن هنگام اين نقل قول انجيل را بيان مي دارد " عقل و دانش  مهمترين چيز است، بنابر اين آن را بدست آور و با همه آنچه كه بدست آورده اي شناخت را كسب كن " . در اين بخش ويژگيهاي فيزيك و شيميائي محلول ها بيان شده و سرآغاز آن نيز با تعاريف اصطلاحات رايج در اين مبحث شروع مي شود.

 

اصطلاحات:

محلول(solution):

 به هر نوع مخلوط همگني گفته مي شود. غالب محلول هائي كه با آنها مواجه هستيم در حالت مايع مي باشند.

حلال(solvent):

 ماده اي كه حالت فيزيكي آن به هنگام تشكيل محلول ثابت مي ماند.

ماده حل شونده(solute):

ماده اي كه به هنگام تشكيل محلول حالت فيزيكي آن تغيير مي كند.به عنوان مثال : 1) محلول آب و نمك كه آب حلال و نمك حل شونده است. يا 2) محلول الكل در آب كه آب( موادي كه به ميزان زيادي وجود داشته باشد به عنوان حلال در نظر گرفته مي شود.

درصدمحلول:

غلظت ماده حل شده  بر حسب گرم در يك ليتر از محلول مايع را گويند.به عنوان مثال يك محلول مايع 5% از دگستروز عبارت است از  5 گرم از دكستروز خالص و مقدار كافي از آب  تا حجم 100 ميلي ليتر.

وزن مخصوص محلول:

عبارت است از تعدا دفعات سنگيني يك ماده با حجم مشخص نسبت به آب هم جحم آن در يك دماي برابر .  وزن مخصوص يك عدد ساده بوده و هيچگونه بعد و اندازه اي (ديمانسون) ندارد. به عنوان مثال وقتي درمورد خون و ادرار بكار مي رود مراد نسبت وزن حجمي معيني از خون يا ادرار در مقايسه با وزن همان حجم از آب مي باشد.

مول(مولكول گرم):

به وزن 10²³ ×6 مولكول(عدد آواگادرو) از هر ماده اي بر حسب گرم ، مولكول گرم مي گويند.( معادل همان وزن مو لكولي ماده است اما بصورت گرم بيان مي شود). بطور مشابه وزن اتمي عبارت است از وزن 10²³ ×6 اتم از هر عنصر بر حسب گرم(كه معادل همان وزن اتمي از عنصر كه بصورت گرم بيان مي شود).

مولار و مولال:

معيار هاي اندازه گيري غلظت ماده حل شونده در يك محلول مي باشند. يك محلول مولار بيانگر تعداد مولهاي موجود در يك ليتر از محلول بوده در حالي كه يك  محلول مولال نشانگر تعدا مول هاي موجود در يك گيلوگرم از ماده حلال (يك ليتر آب) است. به عنوان مثال در هر مول از نمك طعام (NaCl) 5/58 گرم از اين ماده وجود دارد.

1)يك محلول آبكي  مولار از اين ماده حاوي 5/58 گرم (NaCl)  بعلاوه مقدار كافي از آب است تا حجم محلول به يك ليتر برسد.

 

2)يك محلول مولال از اين ماده حاوي 5/85 گرم از (NaCl)  بعلاوه يك گيلوگرم آز آب (يك ليتر) مي باشد.

 

غشاء نيمه تراوا[1]:

به غشائي گفته مي شود كه ماده حلال از آن عبور كرده ولي ماده حل شونده عبور نكند.

 

غشاء تراو اي انتخابي[2]:

به غشائي گفته مي شود كه نه تنها اجازه عبور به ماده حلال مي دهد بلكه برخي از مواد حل شونده خاص نيز از آن عبور مي كنند(غالب غشاء هاي ياخته اي در بدن از اين نوع مي باشند).

اسمز:

داراي تعاريف متعددي مي باشد كه به شرح ذيل ذكر مي شوند.

1)   روند انتشار ماده حلال از طريق يك غشاء نيمه تراوا واقع در ميان دو محلول يكي با غلظت بالائي از ماده حلال و ديگري با غلظت كم بطوري كه انتشار از غلظت بالا به پائين مي باشد.

2)      حركت خالص آب ناشي  اختلاف غلظت آب در دو سوي غشاء نيمه تراوا مي باشد.

3)      حركت مولكولهاي حلال از يك غشاء به سمت بخشي كه داراي غلظت بالائي از ماده حل شونده غير قابل عبور از غشاء است.

 

ويژگيهاي همبسته[3]:

عبارت است از ويژگيهاي يك محلول كه بواسطه تعداد ذرات سازنده آن(يونها و مولكولها) معين مي گردد تا نوع ذرات(اندازه و بار الكتريكي). اين ويژگيها شامل 1) كاهش فشار تبخير 2) تقليل نقطه انجماد 3) افزايش نقطه جوش و 4) فشار اسمزي مي باشند.

تعين و اندازه گيري هر كدام از اين ويژگي ها در هر محلولي امكان محاسبه و تعين ديگر ويژگي هاي ذكر شده را فراهم مي آورد. از اين رو تعين فشار اسمزي يك محلول را مي توان با اندازه گيري كاهش نقطه انجماد يا تقليل فشار تبخير آن محلول معين ساخت(روش هائي كه متداول هستند).

 

فشار اسمزي:

عبارت است از ميزان تمايل آب در جهت ايجاد روند اسمز. براي دو محلول آبي كه توسط يك غشاء نيمه تراوا تفكيك شده اند ، فشار اسمزي به فشاري گفته مي شود كه جهت ممانعت از انتشار آب به سمت محلول داراي بالاترين غلظت از ماده حل شونده (بيشترين تعداد ذره) لازم مي باشد. آب همواره به سمت بخشي كه داراي بيشترين فشار اسمزي باشد انتشار مي يابد . فشار اسمزي را بر حسب ميلي متر جيوه بيان مي كنند.

 

فشار اسمزي موثر:

اين معيار  به منظور بيان تمايل آب در جهت روند اسمز از طريق يك غشاء  تراواي انتخابي بكار مي رود. فقط آن دسته از ذراتي كه قادر نيستند از غشاء فوق عبور كنند در ايجاد فشار اسمزي موثر هستند. آب همواره به سمتي كه داراي بيشترين فشار اسمزي موثر باشد انتشار مي يابد.

 

اسمول:

معيار براي غلظت يك ماده حل شونده مي باشد كه در اصطلاح تعداد ذرات حل شده – جداي از جرم آنها -را مشخص مي نمايد (برخلاف مول). يك اسمول عبارت است از تعدادذرات موجود در يك مول از ماده حل شونده تفكيك نشده( غير يونيزه). وقتي كه ماده اي به دو ذره يونيزه مي گردد مول آن ماده معادل 1 اسمول بوده و يك مول معادل دو اسمول مي باشد.وقتي كه ماده اي به سه ذره يونيزه مي گردد مول معادل يك اسمول و يك مول معادل سه اسمول خواهد بود.

Osm  مخفف اسمول و mosm مخفف ميلي اسمول ( ) مي باشد.

اسمولاريتي و اسمولاليتي:

معيار هائي براي بيان كل غلظت ماده حل شونده بر مبناي تعداد ذرات موجود در يك محلول مي باشند. يك محلول اسمولار حاوي يك اسمول از ماده حل شونده در يك ليتر از محلول مي باشد.يك  محلول اسمولال حاوي يك اسمول از ماده حل شونده در يك كيلوگرم از حلال مي باشد.براي محلول هاي رقيق شده (چنانچه در بدن وجود دارند) تفاوتي كمي ميان اسمولاريتي و اسمولاليتي كمتر از 1% مي باشد. اين معيار ها متناسب با فشار اسمزي ماده حل شونده در محلول  مي باشند ، چرا كه اساس اين معيار ها را تعداد ذرات آنها تعين مي نمايد. يك محلول اسمولال داراي فشار اسمزي معادل 4/22 اتمسفر در دماي صفر درجه سانتي گراد يا 024/17 ميل متر جيوه مي باشد(يك اتمسفر فشار معادل 760 ميلي متر جيوه است).

بنا بر اين هر ميلي اسمول در يك كيلوگرم آب داراي فشار اسمزي معادل 024/17 ميلي متر جيوه است. هر ميلي اسمول در يك كيلوگرم سرم داراي فشار اسمزي در حدود 5/19 ميلي متر جيوه مي باشد.

كشش[4](كشمندي[5]) محلول:

عبارت است از فشار اسمزي موثر  مربوط به يك غشاء تراواي انتخابي (توان آب گيري). فشار كششي محلول يك ويژگي هميسته  نمي باشد چرا كه بواسطه تعداد كل ذرات يك محلول معين نمي شود. فقط آن دسته از ذراتي كه قادرند از غشاء عبور كنند در ايجاد فشار كششي محلول دخيل هستند. محلول ها را بسته به غشاء حائل ميان آنها و طبيعت محلولي كه آنها را مورد مقايسه با آن قرار مي دهند مي توان به سه شكل كم كشش (هيپوتونيك)، هم كشش (ايزوتونيك)و پر كشش (هيپرتونيك) تقسيم و مورد ارزيابي قرار داد. كم كشش  ، هم كشش و پركشش آنهائي را در نظر مي گيرند كه به ترتيب فشار اسمزي كمتر مساوي يا بيشتر از محلول مورد مقايسه داشته باشند.

اكي والان وزني:

مواد متناسب با وزن اكي والاني خود با يكديگر واكنش نشان مي دهند  تا بر اساس وزنشان  . يك اكي ولان وزني عبارت است از وزني از يك ماده كه با 008/1 گرم از هيدروژن (وزن اتمي هيدروژن=008/1) 5/35 گرم كلر (وزن اتمي كلر= 5/35) يا 8 گرم از اكسيژن(وزن  اتم گرم اكسيژن= 8) جايگزين شده و يا بعبارتي ديگر  واكنش نشان دهد . بعنوان مثال:

1)   در يك ملكول گرم از NaCl يك اتم گرم وزني سديم و يك اتم گرم وزني  كلر وجود دارد  بنابر اين يك اكي والان سديم و يك اكي والان كلر وجود دارد.

2)   در يك مولكول گرم از MgCl₂ يك اتم گرم وزني منيزيم و دو اتم گرم وزني كلر وجود دارد بنا بر اين دو اكي ولان منيزيم و دو اكي والان كلر وجود دارد.

الكتروليتها:

به موادي گفته مي شوندكه حل شده و توليد محلول هاي هادي يا رسانا را مي كنند. در محلولي از يك الكتروليت ذرات بارداري تحت عنوان يونها حضور دارند، يونهاي مثبت را كاتيون و يونهاي منفي را آنيون مي نامند . بطوري كه اين يونها مستقيما" از ماده حل شونده نشات گرفته يا در نتيجه واكنش آن با حلال حاصل مي شوند. يونهاي تشكيل شده را با معيار اكي والان اندازه گيري مي نمايند و از آن جهت كه غلظت الكتروليتها در مايعات بيولوژيك اندك مي باشد ساده تر آن است كه بصورت ميلي اكي والان بيان گردد. يك ميلي اكي والان معادل  اكي والان است. چون واكنش مواد با يكديگر بر مبناي اكي والان مي باشد تا بر مبناي وزن . يك ميلي اكي والان از Na⁺  (23ميلي گرم) با يك ميلي اكي والانCl⁺   (5/35 ميلي گرم) واكنش نشان مي دهد.

 

انتشار:

آب موجود در  خون در حال گردش از سراسر بدن مي باشد چرا كه فشار هيدرو استاتيكي ايجاد شده توسط قلب عامل اين حركت است. توزيع اين آب از خون به مايع بينابيني[6] و درون  ياخته اي [7]وابسته به انتشار آن  در پاسخ به شيب غلظتي است . انتشار ساده يك حركت تصادفي از مولكولها ، يونها و ذرات كولوئيدي معلق است كه تحت تاثير حركت براوني (حرارتي) مي باشد. هرجا كه شيب غلظتي موجود باشد حركت مولكولها ، يونها و ذرات كولوئيد از محل پر غلظت به ناحيه كم غلظت خواهد بود.اين نوع حركت براي هر ماده اي بطور اختصاصي صورت مي پزيرد(بعنوان مثال مولكولهاي سديم يا آب  - صرفه نظر از حضور يا غلظت ماده اي ديگر -از يك ناحيه پر غلظت به يك ناحيه كم غلظت  حركت مي نمايند). زماني كه يونها و مولكولها داراي پراكنش يكساني باشند حركت تصادفي همچنان ادامه خواهد داشت ، اما سبب ايجاد يك حركت نهائي و كلي نشده و يك وضعيت تعادلي بوجود خواهد آمد.

غشاء هاي ياخته اي مي توانند بعنوان سدهائي در برابرانتشار مطرح باشند. اين غشاء ها حاوي يك لايه دو سويه ليپيدي بوده كه در واقع يك لايه فيلم نازك از چربي مي باشد و تنها از ضخامتي برابر دو مولكول بر خوردار است از طريق اين لايه فقط مواد محلول در چربي (مثل دي اكسيد كربن و اكسيژن) به سادگي عبورمي كنند(تصوير1-1).

 

تصوير1-1 : ساختمان غشاء پلاسمائي محاط بر ياخته.

غشاء پلاسمائي حاوي فسفو ليپيد(PL) كلسترول(C) و پروتئين (P)  مي باشد. اجزاءكربوهيدراتي (Ca) از سطح خارجي ياخته بيرون زده است بطوري كه برخي به پروتئين ها و برخي به ليپيدها متصل هستند. بسياري از پروتئين ها از بخش خارجي غشاء تا قسمت داخلي آن كشيده شده اند بطوري كه آنها همانند معبر(دالانهاي آبي)  بوده و سايرين در انتقال تسهيل شده دخالت دارند. فيلمانها يا تارچك هاي سيتو پلاسمي(F) موجبات تداخل و واكنش بين غشائي را فراهم مي آورند. بعلت طبيعت آبگونه غشاء پلاسمائي پروتئين هاي موجود در غشاء به سمت بالا حركت كرده سبب تغيير محل نقاط فعال سطحي مي شوند.

مولكولهاي بسيار كوچك مي توانند از طريق سوراخهاي فرضي (كانالهاي پروتئيني) نفوذ نمايند در حالي كه مولكولهاي درشت بواسطه انتشار تسهيل شده از طريق غشاء منتقل مي گردند بطوري كه براي هركدام يك حامل (پروتئين ناقل) مورد نياز مي باشد(تصوير 2-1).

 

تصوير 2-1        انتقال غشائي توسط پروتئين:

A : چرخش پروتئين در حالي كه از ميان لايه ليپيدي عبور مي نمايد و محل پيوند را در سمت مقابل ظاهر مي سازد.

B :چرخش ساده پروتئين بطوري كه در سرتاسر عرض غشاء كشيده شده و محل پيوند را از يك سمت به سمت ديگر جابجا مي نمايد.

C: تغيرات ساختاري در پروتئين كه موجب ظاهر شدن محل پيوندي در سمت مخالف غشاء مي شود.

 

بدليل اينكه  غشاء هاي ياخته اي عمدتا" از ليپيد تشكيل شده اند نسبتا" آبگريز  بوده و انتشار آب از طريق اين پروتئين ها به كندي صورت مي گيرد. به هر حال كانالهاي پروتئيني وجود دارند كه آب از طريق آنها انتشار مي يابد. كانالهاي پروتئيني مولكولهاي پروتئيني هستند كه بطور عرضي از يك سمت لايه ليپيدي به سمت ديگر كشيده شده اند و در هر دو قسمت تظاهر مي نمايد. اعتقاد بر اين است كه برخي از اين مولكولها تشكيل دالانهاي آبي (مجاري) را داده و برخي در انتقال تسهيل شده دخالت دارند. كانالهاي آبي نه تنها به انتشار آب اجازه مي دهند بلكه همچنين عبور مواد محلول در آب را نيز مجاز مي سازند. برخي از مواد ممكن است بدليل بزرگي و درشتي ابعاد مولكولي جهت انتشار از مجاري فوق مثتثني باشند و برخي نيز بدليل كوچكي نسبي ابعاد مولكولي يا بدليل ديگر مشخصات مجاري ياد شده همچون بار الكتريكي ممكن است داراي انتشار تسهيل شده باشند(بار منفي مجاري پروتئيني به انتشار Na⁺ كمك مي نمايد).

تعداد دالانهاي پروتئني جهت تبادل آب ميان سطوح داخلي و خارجي ياخته ها به لحاظ حجمي و سرعت عمل كافي به نظر نمي آيد . از اين رو چنين تصور مي شود كه حركت تصادفي ملكولهاي آب قبل از آنكه شاخص آب گريزي لايه ليپيدي بتواند از انتشار آن مانعت بعمل آورد، سبب بمباران و نفوذ در لايه ليپيدي مي شود.

 

 

اسمز:

بيشترين ماده اي كه در بدن اتنشار مي يابد  آب مي باشد و اين انتشار در بدن نسبتا" ساده و آسان رخ مي دهد. ميزان آبي كه در ياخته ها نفوذ مي نمايد معمولا" متعادل با ميزان آبي است كه از آن به خارج تراوش مي نمايد.زماني كه محلول هاي آبكي به لحاظ غلظت آبي آنها متفاوت باشند و توسط يك غشائي كه نسبت به آب نفوذ پذير بوده اما از نفوذ مواد حل شده در آن ممانعت بعمل آورد(غشاء نيمه تراوا)جدا شوند، انتشار برآيندي يا خالصي از آب وجود خواهد داشت كه در آن همواره آب از قسمت پر غلظت (از نظر آب) به بخش كم غلظت انتشار مي يابد.به اين پديده اصطلاحا" اسمز مي گويند. زماني كه غلظت هاي آبي دو محلول مورد مقايسه قرار مي گيرد اين موضوع قابل استنتاج است كه محلول پر غلظت از نظر آب ، داراي كمترين غلظت از ماده حل شونده مي باشد.حالاتي كه در آن پديده اسمز رخ مي دهد(درتصوير 3-1 نشان داده شده).

تصوير 3-1 : اسمز:الف)قبل از اسمز  ب)در طي اسمزحجم مساوي از محلولهاي آبكي (مواد حل شونده توسط دواير توپر سياه رنگ و خالي سفيد نشان داده شده اند) در هر دو بخش قرار گرفته اند كه توسط يك غشاء تراوا  در برابر آب ولي غيرتراوا نسبت به مواد حل شونده از يكديگر جدا گرديده . محلول آبكي موجود در بخش اول داراي بالاترين غلظت آب بوده (كمترين غلظت از نظر ماده حل شونده). پديده اسمز (انتشار آب) از بخش اول به بخش دوم صورت مي گيرد(از بالاترين غلظت آب به كمترين غلظت آب) و سطح آب در بخش دوم بالا مي رود.

 

پديده انتشار برآيندي و خالص از بخشي كه داراي بالاترين غلظت آب بوده به قسمتي كه داراي كمترين  ميزان آب هست صورت مي گيرد.

فشار اسمزي:

فشار اسمزي عبارت است از ميزان فشاري كه كه بايستي در بخش كم غلظت  از نظر آب بكار رود تا مانع انتشار تورينه اي(صافي گذر) آب از بخش پر غلظت آبي گردد(تصوير3-1).اين پديده يك ويژگي همبسته  بوده كه در آن تعداد كلي ذرات موجود در محلول (يونها و مولكول ها) تعين كننده فشار اسمتيك آن هستند.هر چه تعداد ذرات بيشتر، فشار اسمزي نيز بيشتر . در اين خصوص يك ليتر از محلول آبكي حاوي يك گرم از پروتئين با جرم مولكولي 50000 دالتون(وزن ملكولي 50000) داراي مولكول هاي بيشتري نسبت به محلولي كه حاوي يك گرم از پروتئيني با جرم مولكولي 400000دالتون(وزن ملكولي 400000) است مي باشد.بطور مشابه فشار اسمزي محلول اولي بيشتر از محلول دومي خواهد بود.براي دو محلول نمكي كه توسط يك غشاء تراوا نسبت به آب و غير تراوا نسبت به نمك، جدا شده اند بيشترين فشار اسمزي اندازه گيري شده در محلولي خواهد بود كه بيشترين غلظت نمك (كمترين غلظت آب) را دارد.آب به سمتي كه بيشترين فشار اسمزي را دارد انتشار خواهد يافت. در واقع اين نوع فشار  يك فشاربالقوه اي است كه در آن فشاري هست كه بايستي بكار رود تا مانع از روند اسمز گردد ( در بدن يك موجود زنده پديده اسمز هنگامي كه عدم تعادل آبي وجود دارد ممانعتي ايجاد نمي كند) .

 غلظت هاي اسمولار يا اسمولال به منظور تهيه محلول هاي كاربرد دارند كه فشار اسمزي خاصي را ايجاد مي نمايد. يا براي بيان قدرت اسمزي محلول هائي چون ادرار، پلاسما و نمك طعام بكار مي رودند. يك محلول گلوكوز با اسمولاريتي 300 ميلي اسمول همان ميزان فشار اسمزي را كه محلول نمك طعام با اسمولاريتي 300 ميلي اسمول بوجود مي آورد ايجاد مي نمايد. بخاطر اين كه ادرار يك محلول مركب از مواد حل شونده در يك محيط آبكي است تفكيك واقعي اجزاء آن عملي نمي باشد، اسمولاريتي يك معيار مناسب جهت مقايسه محلولها مي باشد. بنابر اين يك نمونه ادرار با اسمولاريتي 300 ميلي اسمول همان فشار اسمزي را كه محلولهاي ياد شده بالائي (گلوكوز و نمك طعام با همان اسمولاريتي ) ايجاد مي كنند، بوجود مي آورد.

كشش(كشمندي)محلول ها:

يك غشاء نيمه تراوا قادر است انتشار برخي از مواد حل شونده در محلول را محدود ساخته و اجازه انتشار به ديگر مواد حل شونده بدهد، غالب غشاء هاي موجود در بدن داراي يك چنين ويژگي و طبيعتي هستند. اگر غشاء حائل ميان دو محلول اجازه انتشار به تمامي مواد حل شونده در هر دو محلول بدهد اين مواد در هر دو سمت داراي غلظت هاي متعادل خواهند بود. غلظت آب در هر دو سوي غشاء يا   تمايل  متعاقب آب نسبت به  اسمز تغيير نخواهد كرد. بنابر اين اندازه گيري فشار اسمزي در محلولي كه مواد حل شونده در آن قادر به انتشار از غشاء هاي حائل باشند، بعنوان يك شاخص و نشانگر در تعين تمايل جهت اسمز نخواهد بود. بجاي بيان كشمندي يك محلول تعريف ديگري ارائه مي شود كه  فشار اسمزي موثر[8] ناميده مي شود . تنها آن ذراتي (مولكولها و يونها) كه غشاء حائل از انتشار آنان جلوگيري بعمل مي آورد در ويژگي كشمندي محلول ايفاي نقش كرده ودخيل هستند. بخش عمده روند هاي اسمزي تا مرحله غلبه كامل ادامه مي يابند مگر اينكه حالتي بوجود آيد كه در آن آب به سمت بالاترين فشار اسمزي موثر انتشار يابد. تصوير 4-1 نشانگر كشمندي محلولها مي باشد. در اين تصوير دو محلول با حجم مساوي توسط غشائي كه اجازه عبور به آب و ماده حل شده در قسمت دوم را مي دهد  نشان داده شده. قبل از روند اسمز هركدام از محلولها فشار اسمزي يكساني را دارند(غلظت هر دو از نظر تعداد ذرات مساوي است). بدليل اينكه قسمت اول داراي ذراتي مي باشد كه قادر به عبور از غشاء حائل نيست اين ذرات همان هائي هستند كه در ايجاد فشار اسمزي موثر ايفاي نقش مي نمايند.به جهت اينكه محلول موجود در بخش دوم فشار اسمزي موثري ايجاد نمي كند آب به سمت بيشترين فشار اسمزي موثر انتشار مي يابد يعني از بخش 2 به 1 .

 

تصوير4-1: مثال فرضي از تن(كشمندي) محلول.

الف) قبل از روند اسمز  ب) پس از اسمز.

دو محلول آبكي (مواد حل شونده با دواير سياه توپرو خالي ) با فشار اسمزي برابر توسط غشائي كه نسبت به آب و يكي از مواد حل شده(دايره هاي توخالي) تراوا مي باشد جدا شده اند. فشار اسمزي موثر تنها بواسطه ماده حل شده با نشانه دواير توپر اعمال مي گردد و آب به بخش 1 انتشار حاصل مي كند.در حالت تعادل ماده حل شونده با نشانه دايره هاي توخالي داراي يك غلظت جديد و تقليل يافته اي مي باشد بطوري كه در هر دو قسمت 1و2 اين غلظت يكي مي شود.

اهميت فيزيولوژيك:

 از نقطه نظر عملي و كاربردي كشمندي محلولي كه قابل تزريق به خون حيوانات باشد معمولا" با پلاسما مقايسه مي شود چرا كه پلاسماي خون در  تعادلي اسمزي با گويچه هاي سرخ يا همان ياخته هاي سرخ خوني معلق در آن است .

 

محلولي كه داراي فشار اسمزي موثري همانند پلاسما باشد هم كشش (ايزوتونيك) ناميده مي شود. وقتي گويچه هاي سرخ خوني در چنين محلولي قرار مي گيرند دچار افزايش يا كاهش حجمي  نمي شوند. يك محلول كم كشش(هيپوتونيك) عبارت از محلولي مي باشد كه در مقايسه با پلاسماي خون داراي فشار اسمزي موثر كمتري است و گويچه هاي سرخ خوني در اين محلول دچار ازدياد حجم خواهند شد.اگر اين محلول به اندازه كافي كم كشش باشد گويچه هاي سرخ خوني تا مرحله نهائي تركيدن دچار ازدياد حجم خواهند شد(تجزيه و تلاشي خون) و محتويات خود را در محلول آزاد خواهند كرد. پلاسماي دامي كه دچار هموليز گرديده بدرجاتي رنگ قرمز از خود نشان خواهد داد و اين ميزان سرخي بستگي به درجه تجزيه خوني دارد. حالتي را كه در نتيجه اين روند بوجود مي آيد اصطلاحا" خون هموگلوبيني شده(هموگلوبينمي) مي گويند چرا كه سرخي پلاسما ناشي از رهايش هوگلوبين در پلاسما مي باشد.ممكن است ليز خوني به حدي زياد باشد كه هموگلوبين وارد لوله هاي كليوي شده و در ادرار ظاهر گردد. به حالتي كه در آن ادرار سرخ رنگ شده اصطلاحا" ادرار هموگلوبيني(هموگلوبين اوري) گويند.

محلولي كه پركشش(هيپر تونيك)باشد در مقايسه با پلاسماي خون داراي فشار اسمزي موثر بيشتري است و زماني كه گويچه هاي سرخ در آن قرار گيرند دچار كاهش حجم خواهند شد. از دست دادن مقادير متنابهي از آب سبب مي شود تا گويچه هاي سرخ ظاهري چروكيده پيداكنند و اصطلاحا" كفته مي شود كه گويچه ها دندانه دار و مضرس شده اند. اثرات محلول هائي كه داراي فشار هاي كششي مختلفي  هستند بر روي گويچه هاي سرخ در تصوير 5-1 نشان داده شده. 

 

 

تصوير 5-1 :

اثر تن محلول بر روي گويچه هاي سرخ.

الف) محلول كم كشش بوده و گويچه هاي سرخ متورم هستند.  ب) محلول هم كشش بوده و هيچگونه تغييري در حجم ياخته هاي خوني بروز نكرده.  پ) محلول پر كشش بوده و گويچه هاي سرخ دچار كاهش حجم شده اند.

 

به جهت اينكه نقطه انجماد و اسمولاليتي توسط تعداد ذرات موجود در محلول تعين مي شوند اسمولاليتي پلاسما را مي توان بواسطه اندازه گيري نقطه انجماد تخمين زد.(افت نقطه انجماد كه يك ويژگي مرتبط كمي(همبسته) است، وابسته به تعداد ذرات مي باشد). يك محلول اسمولال داراي نقطه انجمادي  است كه در حدود 858/1 درجه سانتي گراد كمتر از آب خالص مي باشد. پلاسماي هم كشش داراي افت نقطه انجمادي در حدود 56/0 درجه سانتي گراد است. مطابق با اين مقادير پلاسماي هم كشش بايستي اسمولاليتي در حدود 3/0 اسمول يا 300 ميلي اسمول داشته باشد كه بطور عمومي چنين نوشته مي شود.

محلول هاي نمكي هم كشش مطابق با رابطه نقطه انجماد  تهيه مي شوند. بدليل اينكه نمك طعام (NaCl)  در محلولهاي آبكي به شكل Na⁺  و Cl^-  يونيزه مي گردد، كميت اسمولار آن را با بكار گيري نصف  ميزان مولار آن مي توان بدست  آورد. به اين ترتيب يك محلول 15/0 مولار از نمك هم ارز با 3/0 اسمولار محلول نمك مي باشد. تفكيك ناكامل و واكنش بينابيني يوني سبب مي گردد تا از 15/0مول محلول نمك 93/0 آن بطور اسموزي  فعال باشد. از اين جهت بايستي به منظور تهيه يك محلول هم كشش نمك محلولي با غلظت 161/0 مول تهيه كرد.

از اين رابطه يك غلظت سهل الحصول ديگري نيز با توجه به مقدار 161/0 مول (167/0 مولار)  مي توان بدست آورد به اين ترتيب كه يك محلول 167/0 مولار نمك معادل محلول 977/0 درصد  از نمك مي باشد.

در حالي كه 15/0 مولار محلول نمك معادل يك محلول 875/0 در صدي از نمك است بر اين اساس يك محلول 15/0 مولار نمك بعنوان محلول تا حدي كم كشش مورد توجه قرار مي گيرد. تفاوت فيزيولوژيك ميان يك محلول 15/0 مولار و 167/0 مولار نمك چندان معني دار نبوده ولي غالبا" براي تهيه يك محلول فيزيولوژيك از نمك (محلول نمكي) محلول 9/0 درصدي از نمك تهيه مي گردد.

شكندگي اسمزي گويچه هاي سرخ.

گويچه هاي سرخ اغلب حيوانات اهلي بطور معمول داراي ظاهري مقعرو صفحه اي مدور هستند. در آن دسته كه گويچه ها نزديك به شكل كروي يا گرد مي باشند ظرفيت انبساطي محدود بوده و در تماس با مقادير اندكي آب مي تركيد. شكنندگي اسمزي اين دسته از گويچه هاي سرخ افزايش يافته و مقامت اسمزي  آنها كم است.گويچه هاي پهن يا نازك را مي توان پيش از رسيدن به نقطه ترگيدگي ناشي از انبساط در مقادير متنابهي از آب قرار داد. ميزان شكنندگي اسموتيكي آنها كاهش يافته و مقاومت اسمتيكي زياد شده است. براي بيان مثالي از شكنندگي اسمزي مي توان به حالت كمبود آهن و كم خوني ناشي از آن اشاره نمود.در كمبود آهن سنتز هموگلوبين بسيار كمتر از توليد گويچه هاي سرخ است.از اين رو تعداد گويچه هاي سرخ بطور بارز همچنان كه هموگلوبين كاهش مِيِ يباد  كم نمي شود.اين وضعيت بدين جهت رخ مي دهد كه بلوغ گويچه هاي سرخ در مرحله نهائي روبريسيت متوقف گرديده و ياخته هاي فوق در انتظار سنتز هموگلوبين هستند در حالي كه تقسيمات ياخته اي بيشتري ممكن است صورت كرفته و با توليد ياخته هاي كوچكتر از حد معمول و ناقص از نظر هموگلوبين همراه است(آنمي ميكروسيتيك ، هيپوكروميك) زماني كه چنين ياخته هائي رنگ آميزي و بطور ريز بيني بررسي گردند داراي حاشيه هموگلوبيني پر رنگ با يك بخش مركزي كم رنگ تر از ساير نقاط هستند(ياخته ها مقعر تر بوده و داراي قابليت بيشتري جهت ازدياد حجم هستند) . نتايج آزمون شكنندگي اسموزي كه خون گوساله هاي عادي و مبتلا به كم خوني ناشي از كمبود آهن را مقايسه مي نمايد در جدول 1-1 آمده است.

جدول 1-1:

مقايسه شكنندگي اسمزي بين گويچه هاي سرخ يك گوساله سالم و يك گوساله كم خون ناشي از كمبود آهن.

حجم فشرده ياخته اي در (P.C.V)  در گوساله هاي سالم و كم خون به ترتيب عبارتند از 34و 16 درصد. دقيقا" 05/0 ميلي ليتر از خون هر گوساله به 11 لوله حاوي 5 ميلي ليتر محلول نمك افزوده مي شود، اين لوله ها داراي رقتهاي متوالي بوده به اين ترتيب كه لوله آغازين داراي غلظت 95/0 درصد است. براي تعين ميزان ليزخوني از يك دستگاه طيف سنج نوري استفاده مي شود. قابل توجه است كه ليزخوني براي خون گوساله سالم در غلظت 5/0 درصد نمك كامل است. خون گوساله كم خون بطور كامل ليز نمي شود تا اينكه غلظت نمك به 3/. درصد برسد. همچنين اين نكته قابل توجه است تا اينكه غلظت نمك به 65/0 درصد و 6/0 در صد كاهش نيابد هيچكونه ليز خوني به ترتيب در گوساله سالم و گوساله كم خون رخ نمي دهد.پس روشن مي شود كه يك درجه نسبي در خصوص تحمل ليز خوني به هنگام تزريق محلول هاي كم كشش وجود دارد.

 

تبديل واحد هاي اندازه گيري.

همواره در وضعيت هاي متفاوت نياز به تهيه محلول هائي با محتواي دقيق و درست وجود دارد و همچنين اين نياز به منظور تبديل غلظت هاي مواد حل شونده  معين  در يك واحد اندازه گيري (مثلا" اكي والان ) به واحد ديگري (مانند اسمول) كما بيش وجود دارد . تبادل ميان اين واحد هاي اندازه گيري بايستي مطابق خط و مشي ارائه شده در تصوير 6-1 باشد.

تصوير 6-1: خط و مشي تبديل واحدهاي گرم ، مول، اسمول و اكي والان به يكديگر.

 

وقتي محلول ها داراي مقاديري از اجزاي مختلف باشند كه بصورت گرم تعين شده باشد و بخواهيم كه مقادير اين اجزاي را  بصورت ميلي اسمول و ميلي اكي والان بيان كنيم اين ضرورت مطرح مي شود كه  :

1) مولاريته محلول محاسبه گردد.

2)بايستي با تعاريف اسمول و اكي والان بيان گرديده و به ميلي اسمولار و ميلي اكي والان تبديل شود.

 

مثال: يك ليتر از محلولي داراي اجزاي  زير مي باشد.

- 6 گرم (6000 ميلي گرم) نمك(NaCl) {وزن مولكولي=  5/58}

- 210 ميلي گرم كلرورمنيزيم(MgCl₂)  {وزن مولكولي= MW24 /59} .

 

قدم اول: (مقدار ميلي مولار).

mM 56/102=5_/58 / 6000=Nacl

mM 2_/2= 24_/95 / 210 = MgCl₂

قدم دوم: (مقدار اسمولار)

12_/205ميلي اسمول=( يك ملكول/ nيون) 2X mM  56/102=Nacl

6_/6ميلي اسمول=(يك ملكول/ nيون) 3 mM x 2_/2= MgCl₂

 

قدم سوم : (مقدار ميلي اكي والان

mM 56/102  NaCl   =mEq    56/102  Na⁺

mEq                                     56/102  Cl^-

 

mEq                                     4/4 Mg²⁺

mM 2/2 MgCl₂    

mEq                                        4/4 Cl^-   

براي اين محلول داريم:

mOsm 12/205 = 2 × 56/102 =NaCl سهم

mOsm 6/6 =3 × 2/2 = MgCl₂ سهم

mOsm  72/211 = 6/6+12/205 = اسمولاريته

براي اين محلول( در فرم ميلي اكي والان)داريم:

 mEq/L                     56/102 = Na⁺

mEq/L                          4/4 =  Mg²⁺

mEq/L  96/106 = 45/4 +56/102 =Cl^-

وقتي كه غلظت اجزاء يوني يك محلول بصورت اكي والان در ليتر موجود باشد و بخواهيم مقادير گرمي هركدام از الكتروليتها را جهت تهيه آن محلول بدست آوريم بايستي مراحل زير را طي نمايم.

1) بايد مشخص كرد كه كدام جزء مولكولي بكار رفته.

2) غلظت ميلي اكي والان را به غلظت ميلي مولار تبديل نمود.

3) غلظت ميلي مولار ( مولار) را در وزن مولكولي ضرب كرده تا وزن بر حسب ميلي گرم (گرم) الكتروليتهاي بكار رفته بدست آيد.

مثال: يك ليتر از محلولي داراي اجزاء زير مي باشد.

قدم اول: الكترو ليتهاي بكار رفته عبارتند از كلرور سديم، استات، كلريد كلسيم و كلريد پتاسيم.

قدم دوم (غلظت ميلي مولار):

 (معادل همان غلظت  اكي والان) mM 5 =KCl

 (نصف غلظت اكي والان) mM 16 = CaCl₂

(معادل همان غلظت اكي والان) mM 26= Na acetate

mM 95 = NaCl  

ميزان Na⁺ و Cl^- باقي مانده پس از كسر مقادير مصرف شده جهت كلريد پتاسيم و كلرور سديم و استات سديم برابر است با:

mEq              95 =26-121 = Na⁺

mEq          95 =5- 32-132 = Cl^-

 قدم سوم: ميزان الكتروليت لازم براي تو ليد يك ليتر از محلول فوق.

 

جهت محاسبات

 

 

 

 

محاسبه اسمولاريته براي محلول فوق بدين قرار مي باشد.

mOsm 195 = 2× mM 95 = NaCl

mOsm 52   = 2× mM 26 = Naacetat

mOsm  48  = 3 × mM 16 = CaCl₂

mOsm  10  = 2 × mM  5 = KCl

 

mOsm/L  300  = اسمولاريته كل

                 = اسمولاريته حقيقي

mOsm/L 279 = 93/0 × 300 

مسائل:

تمرينات ذيل نشانگر يك سري حالات فرضي هستند و فرصتي بيشتري را جهت تفهيم ويژگي هاي فيزيولوژيكي محلول ها را مهيا مي سازند.

1- غلظت پلاسمائي اوره در گاو مبتلاء به نفريت (افزايش از 180 ميلي گرم در دسي ليتر ) از 40 ميلي گرم در دسي ليتر به 220 ميلي گرم در دسي ليتر افزايش بافته است. اوره به سهولت از ميان غشاء هاي ياخته اي ياخته هاي بدن عبور مي نمايد. اوره داراي وزن مولكولي 60 بوده و در محلول هاي آبكي تفكيك يوني نمي شود.در اين گاو:

آلف) ميزان افزايش اسمولاريتي پلاسما چقدر مي باشد.

ب) آيا پلاسما براي گويچه هاي سرخ هم كشش است يا پر كشش؟

پ) آيا فشار اسموتيك پلاسما بالا يا پائين يا همان ميزان فشار اسمزي مايع داخل ياخته اي گويچه هاي سرخ است؟

2- يك محلول اسمولال از MgCl₂ داراي كاهش نقطه انجماد ^c 858/1 است . حال اسمولاريتي محلول NaCl كه كاهش نقطه انجماد آن هم ^c 858/1 است بيابيد؟

3- يك محلول حاوي mEq 60  يون كلسيم و 60 ميلي اكي والان از يون كلر در هر ليتر محلول مي باشد. چه مقدار از CaCl₂ جهت تهيه يك ليتر از اين محلول مورد نياز مي باشد( وزن مولكولي CaCl₂ باربر 111 است)؟

4- حجم هاي مساوي از دو محلول آبكي   B و A  در دو قسمت از يك غشاء قرار گرفته اند. محلول A حاوي ذرات x و y  مي باشد. محلول B حاوي ذرات Y و Z  مي باشد(غشاء نسبت به آب و ذرات Y و Z تراوا مي باشد). در وضعيت تعادل كدام سمت از غشاء داراي بيشترين حجم خواهد بود؟

الف) بخشي كه در ابتدا حاوي محلول A باشد.

ب) بخشي كه در ابتدا حاوي محلول B  باشد.

پ) هر دو قسمت داراي حجم مساوي خواهند بود.

5- كدام يك از جملات زير در باره CaCl₂ صحيح مي باشد(وقتي كه CaCl₂ در آب قرار گيرد به يك يون كلسيم و دو يون كلر يونيزه مي شود؟

الف)  مولكول گرم از CaCl₂ حل شده در يك ليتر محلول معادل با يك اسمول است.

ب)  مولكول گرم از CaCl₂ معادل با 2 اكي والان وزني از كلسيم و 2 اكي والان وزني از كلر است.

6) كدام يك از محلول هاي ذيل كمترين نقطه انجماد را دارا مي باشد؟

الف) يك پوند گلوكوز (با وزن مولكولي 180) حل شده در 4 ليتر آب.

ب) يك پوند اوره(با وزن مولكولي 60) حل شده در 4 ليتر آب.

7) دو محلول توسط غشايي كه نسبت به ذرات X و Y تراوا مي باشد جدا شده اند هر دو محلول داراي ذرات X و Y و Z هستند. غلظت Z در محلول A بيشتر از محلول B است. كدام يك از جملات ذيل در باره كشش محلول(تن) صحيح است؟

الف) محلول ها نسبت به همديگر هم كشش هستند.

ب) محلول A نسبت به B پر كشش است .

پ) محلول A نسبت به محلول B كم كشش است.

8) محلول هاي آبكي از كلريد آمونيم- نمك و استات  با مولاريته 167/. و اوره با مولاريته 334/0 به نظر مي رسد كه فشار اسمزي تقريبا"  معادلي نسبت به پلاسما دارند.غشاء گويچه هاي سرخ نسبت به اوره يون كلر يون استات و يون آمونيم تراوا بوده ولي نسبت به يون سديم غير تراوا مي باشد.در مقايسه با پلاسما كشش هر كدام از محلول هاي ذيل را از نظر هم كشش- كم كشش و پر كشش بودن بيان نمائيد؟

الف) 334/. مول اوره + 167/. مول كلرور آمونيوم.

ب) 334/0 مول اوره + 167/0 مول كلرور سديم.

پ) 167/. مول كلرور سديم + 167/0 مول استات سديم.

ت)0835/0 مول كلرور سديم + 0835/0 مول استات سديم.

9) براي تهيه يك ليتر محلول 300 ميلي اسمول از استات سديم چند گرم از اين ماده براي يك ليتر محلول لازم است؟(وزن مولكولي استات سديم 112)

10) يك ليتر از محلولي آبكي حاوي اجزاء زير مي باشد:

 

چند ميلي مول از كلرور سديم كلرور پتاسيم كلريد كلسيم و لاكتا سديم در آن وجود دارد؟

11) اگر بخواهيم با استفاده از CaCl₂ اسمولاريته محلولي را 60 بار بيشتر كنيم چه مقدار بر حسب گرم از CaCl₂ مورد نياز است؟(وزن مولكولي CaCl₂ 111)

12)در يك درمانگاه دامپزشكي محلولي با حجم مصرف بالا تحت عنوان ECF (مايع خارج سلولي) تهيه شده است. بدين نحو كه ابتدا مخلوطي با مشخصات ذيل تهيه مي گردد.

g 116  NaCl =  (5/58 MW=)

g 44 Na-acetate=   (82 MW=)

g  7  KCl =        (5/74  MW=)

اين مخلوط در يك ليتر آب حل مي شود. آنگاه پيش از استفاده اين يك ليتر را به 17 ليتر آب استريل اضافه مي كنند بطوري كه محلول نهائي نسبت به پلاسما تقريبا" هم كشش است. در اين 18 ليتر محلول نهائي كه بكار مي رود :

الف) چند ميلي اكي والان در ليتر يونهاي Na⁺ ، K⁺ ، Cl^- و استات وجود دارد؟

ب) اسمولاريته محلول چقدر است؟

13) شخصي مي خواهد يك ليتر محلول هم كششي از كلرور سديم و گلوكوز تهيه نمايد بطوري كه هر كدام از اجزاء سازنده آن بطور مساوي (نصف) در ايجاد فشار كششي محلول نقش داشته باشند. وزن مولكولي كلرور سديم 5/58 و گلوكز 180 مي باشد. چند گرم از هركدام بايستي در يك ليتر از محلول وجود داشته باشد؟(با توجه به اينكه غشاء گويچه هاي سرخ نسبت به گلوكز و يون سديم غير تراوا مي باشد.)

14) محلولي حاوي 075/0 مول NaCl و 05/0 مول CaCl₂ است. غلظت يونهاي Na⁺  ، Ca²⁺ و Cl^- در يك ليتر محلول برحسب ميلي اكي والان در ليتر چه مي باشد؟

15) كدام يك از جملات ذيل به بهترين وجه تعادا آب ميان بخش داخل ياخته اي  و بينابيني را در بدن بيان مي نمايد؟

الف) غلظت مولار مساوي.

ب) غلظت اسمولار مساوي.

پ) غلظت اكي والان مساوي .