ออสโมซิ

ออสโมซิ คือการไหลของอนุภาคโมเลกุลโดยตรงผ่านเมมเบรนแบบกึ่งสังเคราะห์ ในทางชีววิทยามีความสำคัญต่อการควบคุมสมดุลของน้ำในเซลล์

ออสโมซิสคืออะไร?

ออสโมซิสคือการไหลของอนุภาคโมเลกุลโดยตรงผ่านเมมเบรนแบบกึ่งสังเคราะห์ ในทางชีววิทยามีความสำคัญต่อการควบคุมสมดุลของน้ำในเซลล์

Osmosis แปลว่า "การเจาะ" ในภาษากรีก อธิบายว่าเป็นทางเดินของตัวทำละลายที่เกิดขึ้นเองเช่นน้ำผ่านเมมเบรนที่เลือกซึมผ่านได้ เมมเบรนสามารถซึมเข้าสู่ตัวทำละลายได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถซึมผ่านสารที่ละลายได้ เนื่องจากการแพร่กระจายแบบเลือกเฉพาะของส่วนประกอบเดียวศักยภาพทางเคมีจึงสมดุลทั้งสองด้านของเมมเบรน

ออสโมซิสมักพบในธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเยื่อชีวภาพจำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนสารบางชนิดเพื่อให้กระบวนการขนส่งทางชีวภาพสามารถเกิดขึ้นได้ อย่างไรก็ตามกระบวนการขนส่งที่ใช้งานและสิ้นเปลืองพลังงานยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าความดันออสโมติกที่เกิดขึ้นแบบพาสติกไม่ได้มีผลทำลายล้างต่อเซลล์

แม้ว่าจะไม่สามารถย้อนกลับได้ด้วยกระบวนการแพร่กระจายปกติ แต่การออสโมซิสเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้

ฟังก์ชันและงาน

ในการออสโมซิสโมเลกุลของสารละลายหรือตัวทำละลายบริสุทธิ์จะแพร่กระจายอย่างเลือกได้ผ่านเมมเบรนจนกว่าศักยภาพทางเคมีจะสมดุลทั้งสองด้านของเมมเบรนนี้ ตัวอย่างเช่นสารละลายเข้มข้นในอีกด้านหนึ่งจะถูกเจือจางโดยตัวทำละลายจนกว่าความดันไฮโดรสแตติกที่สร้างขึ้นจะป้องกันการแพร่กระจายเพิ่มเติม

โมเลกุลสามารถเคลื่อนย้ายผ่านเมมเบรนได้ไม่ว่าจะมาจากด้านใดก็ตาม อย่างไรก็ตามพวกมันมักจะกระจายไปในทิศทางของความต่างศักย์สูงสุดเสมอ

เมื่อศักยภาพทางเคมีสมดุลอนุภาคจำนวนเท่ากันจะย้ายจากซ้ายไปขวาจากขวาไปซ้าย ภายนอกจึงไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงอีกต่อไป อย่างไรก็ตามจากการเจือจางที่ต้องการของสารละลายเข้มข้นจึงมีของเหลวจำนวนมากสะสมอยู่ในมือข้างหนึ่งซึ่งก่อให้เกิดความดันสูง (ความดันออสโมติก) ถ้าเมมเบรนไม่สามารถทนต่อแรงกดดันได้อีกต่อไปเซลล์จะถูกทำลาย

กระบวนการขนส่งที่ใช้งานผ่านเมมเบรนช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารบางอย่างจะถูกกำจัดออกด้วยการใช้พลังงาน ตัวอย่างที่ชัดเจนของกระบวนการออสโมติกคือการบวมของเชอร์รี่สุกเมื่อผสมกับน้ำ น้ำซึมผ่านผิวนอกของผลไม้ในขณะที่น้ำตาลไม่สามารถหลบหนีได้ กระบวนการเจือจางภายในผลไม้จะดำเนินต่อไปจนกว่าผลไม้จะแตกออก

ภายในร่างกายการผสมผสานระหว่างกระบวนการขนส่งแบบออสโมติกและแอคทีฟที่ใช้พลังงานทำให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการทางชีวเคมีจะดำเนินไปอย่างราบรื่นในช่องว่างที่แยกจากกันด้วยสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพ เซลล์สามารถดำรงอยู่ได้โดยแยกจากสภาพแวดล้อมภายนอก แต่มีการแลกเปลี่ยนสารกับมันอย่างต่อเนื่อง

ออร์แกเนลล์ยังมีอยู่ภายในเซลล์ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาแยกกันได้ เพื่อป้องกันไม่ให้ความดันออสโมติกเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่เซลล์ชีวมวลเปิดออกโมเลกุลจะถูกปล่อยออกมาผ่านกระบวนการขนส่งที่ใช้งานอยู่

ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเมื่อความดันออสโมติกเพิ่มขึ้นโปรตีน NFAT5 จะถูกผลิตในระดับที่มากขึ้น มีกลไกตอบโต้หลายประการเพื่อป้องกันเซลล์จากความเครียดเกิน (ความดันส่วนเกิน) ในกระบวนการนี้จะมีการผลิตโปรตีนขนส่งซึ่งใช้พลังงานทำให้สารบางชนิดออกจากเซลล์ เหนือสิ่งอื่นใดสารในปัสสาวะเช่นกลูโคสและอิเล็กโทรไลต์ส่วนเกินจะถูกขับออกทางไตเพื่อควบคุมความดันออสโมติกในร่างกาย

ความเจ็บป่วยและความเจ็บป่วย

ออสโมซิสยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์เป็นเกลือที่ละลายและประกอบด้วยไอออนของโลหะที่มีประจุบวกเช่นโซเดียมโพแทสเซียมแมกนีเซียมหรือแคลเซียมไอออนและแอนไอออนที่มีประจุลบเช่นคลอไรด์ไบคาร์บอเนตหรือฟอสเฟตแอนไอออน

มีอยู่ในความเข้มข้นที่แตกต่างกันทั้งในเซลล์ (ภายในเซลล์) นอกเซลล์ (คั่นระหว่างหน้า) หรือภายในกระแสเลือด (ภายในหลอดเลือด) ความแตกต่างของความเข้มข้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เยื่อหุ้มเซลล์และทำให้เกิดกระบวนการมากมายในระดับเซลล์ หากความแตกต่างของความเข้มข้นถูกรบกวนสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดจะถูกผสมด้วย

ไตควบคุมสมดุลของอิเล็กโทรไลต์นี้ผ่านกลไกต่างๆเช่นกลไกการกระหายน้ำกระบวนการของฮอร์โมนหรือเปปไทด์ที่ทำหน้าที่ในไต ด้วยอาการท้องร่วงอย่างรุนแรงอาเจียนเสียเลือดหรือไตวายความสมดุลของน้ำและอิเล็กโทรไลต์อาจถูกรบกวน อิเล็กโทรไลต์แต่ละชนิดสามารถเกิดขึ้นได้ในความเข้มข้นที่สูงหรือต่ำเกินไป

การรบกวนในน้ำและความสมดุลของอิเล็กโทรไลต์บางครั้งอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้ขึ้นอยู่กับความรุนแรง ตัวอย่างของภาวะดังกล่าว ได้แก่ ภาวะขาดน้ำภาวะขาดน้ำภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ (ปริมาณเลือดเพิ่มขึ้นหรือลดลง) ภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและภาวะน้ำตาลในเลือดสูงภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและภาวะไขมันในเลือดสูงหรือภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและภาวะน้ำตาลในเลือดสูง

แต่ละเงื่อนไขเหล่านี้ต้องได้รับการรักษาอย่างเข้มข้น โดยปกติสมดุลของน้ำและอิเล็กโทรไลต์จะสมดุลกันอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามหากกลไกการควบคุมระหว่างกระบวนการขนส่งที่ใช้งานอยู่และกระบวนการออสโมติกถูกรบกวนจากภาวะไตหรือโรคอื่นอาจทำให้เกิดความผิดปกติของอิเล็กโทรไลต์เรื้อรังได้ เป็นผลให้เกิดอาการบวมน้ำโรคหัวใจและหลอดเลือดสมองบวมภาวะสับสนหรือชัก

ความสัมพันธ์ระหว่างความสมดุลของน้ำและอิเล็กโทรไลต์และกระบวนการทางชีววิทยาในร่างกายมีความซับซ้อนมากจนมักพบอาการคล้าย ๆ กันสำหรับความผิดปกติของอิเล็กโทรไลต์ทุกรูปแบบ การกำหนดสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ควรเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจมาตรฐานหากอาการเหล่านี้เป็นเรื้อรัง