Jaka jest różnica między hipertonicznym, hipotonicznym i izotonicznym?

Kiedy roślina więdnie, opada i staje się miękkim bałaganem. Więdnięcie występuje, gdy woda opuszcza komórki rośliny i zaburza jej ciśnienie wewnętrzne. Jest to przykład jednego z trzech rodzajów toniczności. Rozwiązanie może mieć trzy kategorie toniczności w stosunku do innego rozwiązania: hipertoniczne, hipotoniczne i izotoniczne. Wraz z osmozą, toniczność jest integralną częścią prawidłowego funkcjonowania systemów biologicznych. Każdy rodzaj toniczności opisuje, w jaki sposób osmoza wystąpi między różnymi roztworami.

Osmoza

Aby zrozumieć toniczność, ważne jest, aby najpierw zrozumieć osmozę. Ruch netto wody przez półprzepuszczalną membranę z obszaru o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do obszaru o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej to osmoza. Substancją rozpuszczoną może być dowolny materiał lub komórka, którą rozpuszcza rozpuszczalnik. Razem tworzą rozwiązanie. W ludzkim ciele substancje rozpuszczone mogą być cukrem, mocznikiem, potasem lub różnymi innymi materiałami. Osmoza jest podstawowym sposobem, przez który woda wchodzi i wychodzi z komórek.

Jak i dlaczego zachodzi osmoza

Badając osmozę, łatwiej wyobrazić sobie komórki jako słoik z dwoma przegródkami wypełnionymi wodą. Membrana dzieli słoik na pół i rozdziela przedziały. Jeśli żadna z komór nie zawiera substancji rozpuszczonych, woda będzie swobodnie i równomiernie przemieszczać się przez membranę. Jednakże, jeśli jeden słoik ma wyższe stężenie substancji rozpuszczonej niż drugi, jest mniej prawdopodobne, że woda wydostanie się z obszaru z substancjami rozpuszczonymi. Większość naukowców potwierdza, że ​​powodem tego jest to, że cząsteczki substancji rozpuszczonej odbijają się od membrany i fizycznie odsuwają cząsteczki wody od membrany.

Toniczność

Zdolność roztworu do zmuszania wody do wchodzenia lub wychodzenia z komórki w procesie osmozy to jego toniczność. Stężenie osmotyczne w komórce to całkowite stężenie każdej substancji rozpuszczonej w komórce. Stężenie osmotyczne komórki jest miarą liczby osmoli substancji rozpuszczonej na litr roztworu. Może pojawić się jako osmol/L lub Osm/L. Trzy kategorie toniczności opisują stężenie osmotyczne komórki do stężenia osmotycznego otaczającego ją płynu pozakomórkowego.

Hipertoniczny

Jeśli komórka ma niższe stężenie osmotyczne niż płyn wokół niej, płyn jest hipertoniczny dla komórki. Jest bardziej prawdopodobne, że woda wydostanie się z komórki i dostanie się do płynu pozakomórkowego, ponieważ płyn ma wyższe stężenie substancji rozpuszczonych. Wpłynęłoby to nieznacznie na stężenie na zewnątrz komórki, czyniąc je bardziej równym stężeniu w komórce. Niektóre osoby nazywają hipertoniczności kurczeniem się komórek, ponieważ utrata wody powoduje kurczenie się komórki.

Przykłady hipertoniczności

Bez odpowiedniej wody rośliny więdną i tracą sztywność. To jest przykład hipertoniczności. Woda przedostała się z wnętrza komórki roślinnej do płynu na zewnątrz. Bez wody napierającej na ściany komórkowe komórki i roślina tracą ciśnienie turgorowe. Jeśli roślina otrzyma wodę, będzie mogła odzyskać swoją sztywność. U ludzi, jeśli czerwone krwinki dostaną się do roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej, utrata wody spowoduje zakłócenie wielu funkcji komórki.

Obchodzenie hipertoniczności

Niektóre stworzenia i organizmy wypracowały metody ochrony przed hipertonicznością lub jej kompensowania. Słona woda jest hipertoniczna dla żyjących w niej ryb. Z tego powodu ryby naturalnie tracą znaczną ilość wody. Dzieje się tak, gdy ryby dokonują wymiany gazowej z wodą morską. Aby zrekompensować utratę wody, ryby spożywają duże ilości słonej wody. Następnie wydalają nadmiar soli. To jest proces osmoregulacji.

Hipotoniczny

Jeśli komórka ma wyższe stężenie osmotyczne niż płyn wokół niej, płyn jest hipotoniczny dla komórki. To z kolei oznacza, że ​​woda z większym prawdopodobieństwem przedostanie się z płynu do komórki. Może to spowodować, że komórka będzie wyglądać na wzdętą lub obrzmiałą. Komórki zwierzęce nie posiadają ścian komórkowych. Bez ochronnej ściany komórkowej nadmierna dyfuzja wody do komórki może spowodować jej pęknięcie. Jednak u roślin ściana komórkowa chroni komórkę. Przyczynia się to do wzrostu ciśnienia w roślinie i zapewnia większą sztywność.

Hiponatremia

Jednym z możliwych skutków hipotoniczności w organizmie człowieka jest hiponatremia lub przedawkowanie wody. Kiedy osoba pije nadmierną ilość wody, zewnętrzny roztwór soli zostaje rozcieńczony. Aby osiągnąć równoważne stężenie osmotyczne, woda wpada do komórek krwi. Objawy hiponatremii to nudności, bóle głowy, splątanie i zmęczenie. Jeśli komórki krwi w mózgu ulegną wzdęciu i pęknięciu, hiponatremia może potencjalnie być śmiertelna. Ten stan jest bardziej powszechny u niemowląt, ponieważ ich małe ciała nie są w stanie poradzić sobie z wysokim poziomem wody.

Izotoniczny

W przeciwieństwie do pozostałych dwóch form toniczności, izotoniczność opisuje zarówno komórkę, jak i otaczający ją płyn pozakomórkowy jako mające równe stężenia osmotyczne. Z tego powodu woda może swobodnie przemieszczać się między komórką a płynem. Ponadto komórka nie kurczy się ani nie rozszerza, ponieważ stężenie pozostaje równoważne między tymi dwoma obszarami. Szybkość dyfuzji wody jest taka sama w obu kierunkach, zarówno do wnętrza komórki, jak i poza nią.

Izotoniczność w ciele

Ogólnie warunki izotoniczne są idealne dla komórek takich jak krwinki czerwone. Sytuacje hipertoniczne powodują kurczenie się komórek i utratę ich zdolności do prawidłowego funkcjonowania. Sytuacje hipotoniczne powodują wzdęcie i pęknięcie komórki. Ponieważ krwinki czerwone są integralną częścią utrzymania ich funkcji, ludzkie ciało ma szereg funkcji homeostatycznych, które utrzymują stały stan warunków wewnętrznych. Jednym z tych stanów jest toniczność płynu pozakomórkowego w stosunku do czerwonych krwinek.