Применение в медицине растворов различной осмолярности. Осмолярность, осмоляльность и тоничность – важные понятия в характеристике водно-солевого обмена

Осмолярность – сумма концентраций катионов анионов и неэлектролитов, т.е. всех кинетически активных частиц в 1л. раствора. Она выражается в миллиосмолях на литр (мосм/л).

Осмоляльность – концентрация тех же частиц, растворенных в килограмме воды, выражающаяся в миллиосмолях на килограмм (мосм/кг).

Показатели осмолярности в норме
Плазма крови – 280-300
СМЖ – 270-290
Моча – 600-1200
Индекс осмолярности – 2,0-3,5
Клиренс свободной воды – (-1,2) – (-3,0) мл/мин

Определение осмолярности помогает:

1. Диагностировать гипер- и гипоосмолярные синдромы.
2. Выявлять и целенаправленно лечить гиперосмолярные коматозные состояния и гипоосмолярные гипергидратации.
3. Диагностировать ОПН в раннем периоде.
4. Оценивать эффективность трансфузионно-инфузионно- терапии.
5. Диагностировать острую внутричерепную гипертензию.

Значение осмометрии для ранней диагностики ОПН.

Классические индикаторы ОПН – мочевина и креатинин – повышаются в крови только тогда, когда в патологический процесс вовлечены, более 50% нефронов (на 3-4 день олигурии), поэтому они в ранней диагностике ОПН роли не играют. С учетом патогенеза ОПН, в основе которого лежит преимущественное поражение канальцевого аппарата, для ранней диагностики ОПН важно изучение осмотического концентрирования мочи канальцевым эпителием. В этой связи высокой прогностической ценностью обладает метод определения осмолярности мочи и клиренс свободной воды (КСВ) в максимально ранние сроки у больных с угрозой развития ОПН. Величина осмолярности мочи 350-400 мосм/л является критическим уровнем, предшествующим ОПН, особенно в сочетании с низким выделением мочевины.

КСВ – является чувствительным показателем концентрационной функции почек. В норме он составляет от (-1,2) до (-3) мл/мин. и увеличивается, т.е. сдвигается в положительную сторону, при развитии почечной недостаточности. По увеличению КСВ можно диагностировать ОПН на 24-72 ч. раньше, чем по изменению классически конечных показателей – urea и creat.

КСВ рассчитывается следующим образом: измеряют осмолярность мочи (осм) и плазмы, отношение между которыми называется индексом осмолярности, в норме он равен 2,0-3,5. Затем рассчитывают осмотический клиренс (Сосм) – объем плазмы (в миллилитрах), полностью очищенной от осмотически активных веществ, за 1 мин., по формуле:

Сосм = (Vм x Осм) : Опл

Где Vм – скорость мочеотделения, мл/мин.
КСВ – разность между минутным объемом мочи и осмотическим клиренсом
КСВ = Vм – Сосм

Прогрессивное увеличение осмолярности плазмы и низкая осмолярность мочи, а также соответственно значительное снижение индекса осмолярности является одним из показателей поражения паренхимы почек.

Гипоосмолярность, гиперосмолярность

Определение осмолярности – очень сложное лабораторно-диагностическое исследование. Однако, его проведение позволяет вовремя выявить симптомы таких нарушений, как гипоосмолярность , то есть снижение осмолярности плазмы крови, и гиперосмолярность – наоборот, повышение осмолярности. Причиной снижения осмолярности могут послужить различные факторы, например, превышение уровня свободной воды, содержащейся в плазме крови относительно объема растворенных в ней кинетических частиц. Собственно о гипоосмолярности можно говорить уже тогда, когда уровень осмолярности плазмы крови упадет ниже 280 мосм/л. В числе симптомов, появление которых может говорить о таком нарушении как гипоосмолярность, можно обозначить утомляемость, головную боль, тошноту, приводящую к рвоте и снижение аппетита. При развитии нарушения у больного наблюдаются патологические рефлексы, олигурия, бульбарный паралич и угнетение сознания.

Что касается такого нарушения, как гиперосмолярность , она вызывается, как уже было сказано, повышением осмолярности плазмы крови. При этом, критической отметкой является показатель выше 350 мосм,л. Своевременное обнаружение гиперосмолярности имеет особенное значение, поскольку именно это нарушение представляет собой самую частую причину комы при сахарном диабете. Именно геперосмолярность не только может являться для больных сахарным диабетом причиной комы, но и вызывать ее возникновение вследствие лактацидоза или кетоацидоза. Таким образом, наблюдение за уровнем осмолярности плазмы крови действительно имеет огромное значение, поскольку позволяет контролировать стабильное состояние организма и вовремя предотвращать разного рода нарушения.

Осмос - это физическое явление, сутью которого является перемещение воды через полупроницае­мую мембрану, обусловленное разницей концент­раций недиффундирующих частиц растворенного вещества, находящихся по обе стороны мембра­ны. Осмотическое давление - это давление, ко­торое необходимо приложить, чтобы предотвра­тить движение воды через полупроницаемую мембрану в направлении раствора с большей кон­центрацией. Осмотическое давление зависит только от концентрации недиффундирующих час­тиц, поскольку средняя кинетическая энергия этих частиц одинакова и не зависит от их массы. Один осмоль соответствует 1 молю недиссоции­рующего вещества. Для веществ, находящихся в ионизированном состоянии, каждый моль соот­ветствует я-ому числу осмолей, где п - количе­ство образующихся при диссоциации ионов. При растворении 1 моля такого высокоионизирован­ного вещества, как NaCl, должно образовываться 2 осмоля, но в реальности взаимодействие катио­нов и анионов снижает эффективную осмотичес­кую активность раствора NaCl на 25 %. Разница в 1 миллиосмоль/л между двумя растворами созда­ет осмотическое давление, равное 19,3 мм рт. ст. Осмолярность раствора - это количество осмо­лей растворенного вещества, содержащегося в 1 л

ТАБЛИЦА 28-1. Жидкостные компартменты организма (у мужчины с массой тела 70 кг)

раствора, тогда как осмоляльность - это количе­ство осмолей вещества, растворенного в 1 кг растворителя. Тоничность, осмолярность и осмо­ляльность часто используют как взаимозаменяе­мые термины, что не вполне корректно. Тонич­ность отражает влияние раствора на объем клетки. Изотонический раствор не влияет на объем клетки, в то время как гипотонический ра­створ приводит к увеличению объема (вода по­ступает в клетку), а гипертонический - наоборот, к уменьшению (вода выходит из клетки).

Жидкостные компарменты организма

Вода составляет 60 % массы тела взрослого муж­чины и 50 % - взрослой женщины. Вода распреде­лена во внутриклеточном и внеклеточном компарт-ментах. Внеклеточная жидкость подразделяется на интерстициальную и внутрисосудистую. Ин­терстициальная жидкость омывает клетки снару­жи и находится вне сосудистого русла. В табл. 28-1 представлено распределение воды в жидкостных компартментах организма.

Объем жидкостных компартментов зависит от состава и концентрации растворенных в них ве­ществ (табл. 28-2). Различия в концентрации обус­ловлены в основном физическими свойствами

мембран, отделяющих жидкостные пространства. Осмотические силы, обусловленные недиффунди­рующими частицами, определяют распределение воды в организме и, соответственно, объем жидко­стных компартментов.

Внутриклеточная жидкость

Клеточная мембрана играет важную роль в регуля­ции внутриклеточного объема жидкости и ее хими­ческого состава. Мембраносвязанная АТФ-аза обеспечивает движение противоположно направ­ленных потоков Na + и K + в соотношении 3: 2. Кле­точная мембрана проницаема для ионов калия, но относительно непроницаема для ионов натрия, по­этому калий накапливается внутри клетки, а нат­рий концентрируется во внеклеточном простран­стве. Таким образом, калий является основным осмотически активным компонентом внутрикле­точной жидкости, тогда как натрий - основной осмотически активный компонент внеклеточной жидкости.

Клеточная мембрана непроницаема для боль­шинства белков, поэтому их концентрация в клет­ке высока. Белки представляют собой недиффун­дирующие анионы, поэтому мембраносвязанная Ка + /К + -зависимая АТФ-аза обеспечивает обмен Na + на K + в соотношении 3: 2, что предотвращает развитие относительной внутриклеточной гипер-

ТАБЛИЦА 28-2. Химический состав жидкостных компартментов организма человека

Молярная масса РО4 = 95 г/моль.

осмоляльности. Нарушение функции Na + /K + -3a-висимой АТФ-азы (например, при ишемии или гипоксии), приводит к прогрессирующему набу­ханию клеток.

Внеклеточная жидкость

Основная функция внеклеточной жидкости - обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов обмена. Поддержание нор­мального объема внеклеточного пространства, осо­бенно внутрисосудистой жидкости, чрезвычайно важно для нормального функционирования орга­низма. Натрий - основной катион и осмотически активный компонент внеклеточной жидкости, по­этому именно концентрация натрия определяет объем внеклеточной жидкости. Следовательно, из­менения объема внеклеточной жидкости сопряже­ны с изменениями общего содержания натрия в организме, что, в свою очередь, определяется по­ступлением натрия в организм, его экскрецией почками и внепочечными потерями.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСМОЛЯРНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОСМОЛЯРНОСТЬ)

Для практического определения осмолярности могут быть использованы три метода: криоскопический, мембранная и паровая осмометрия.

• 1 осмоль на килограмм воды понижает точку замерзания на 1,86 °С и понижает давление пара на 0,3 мм рт. ст. при температуре 25 °С. Измерение этих изменений лежит в основе криоскопического метода и метода паровой осмометрии.
• 1. Криоскопический метод

Метод основан на понижении точки замерзания растворов по сравнению с точкой замерзания чистого растворителя. Данный метод нашел самое широкое практическое применение как достаточно универсальный и точный.

1. Определение осмолярности с использованием термометра Бекмана. Определение температуры замерзания проводят на установке, изображенной на рис. 13.1. Установка состоит из сосуда А диаметром 30-35 мм и длиной около 200 мм, куда помещается испытуемый раствор (или растворитель); верхняя часть сосуда расширена и закрывается пробкой с двумя отверстиями для погружения термометра Б и мешалки В; сосуд А вставлен в более широкую емкость (Г) так, что не касается ее стенок или дна; термометр также не должен касаться стенок или дна сосуда А; уровень охлаждающей смеси в емкости Г должен быть не ниже уровня испытуемого раствора в сосуде А. При проведении эксперимента раствор (или растворитель) должен прикрывать основной ртутный резервуар термометра. Температура охлаждающей смеси должна быть на 3-5 °С ниже температуры замерзания растворителя (для бидистиллированной воды: от минус 3 до минус 5 °С); контроль минусовой температуры осуществляется минусовым термометром Д с ценой деления 0,5 °С. Состав охладительной смеси: лед + натрия хлорид кристаллический. Установку термометра Бекмана на криометрические исследования производят путем подбора количества ртути в основном резервуаре так, чтобы при замерзании чистого растворителя (бидистиллированной воды) мениск ртути в капилляре находился у верхней части шкалы измерения. При этом возможна регистрация ожидаемого понижения температуры замерзания водного раствора.

Рис. 13.1.

А - сосуд для испытуемого раствора; Б - термометр Бекмана; В - мешалка; Г - емкость с охлаждающей смесью; Д - термометр для измерения температуры охлаждающей смеси

Методика. Для определения температуры замерзания чистого растворителя пользуются следующим приемом: дают жидкости переохладиться (охлаждают без перемешивания), и когда термометр показывает температуру на 0,2-0,3 °С ниже ожидаемой точки замерзания, перемешиванием вызывают выпадение кристаллов растворителя; при этом жидкость нагревается до точки замерзания. Максимальную температуру (средний результат трех измерений, отличающихся не более чем на 0,01 °С), которую показывает термометр после начала выпадения кристаллов, регистрируют как температуру замерзания растворителя (Т±).

В высушенный сосуд А наливают достаточное количество испытуемого водного раствора; определение точки замерзания проводят, как описано выше для чистого растворителя; средний результат трех опытов регистрируют как температуру замерзания испытуемого раствора лекарственного вещества (Т2).

Осмолярность раствора рассчитывают по формуле:

Сосм.= х 1000 (мОсм/кг), (4)

где: Т2 - температура замерзания чистого растворителя, градусы Цельсия; Т - температура замерзания испытуемого раствора, градусы Цельсия (°С); К - криометрическая постоянная растворителя (для воды: 1,86).

2. Определение осмолярности растворов с использованием автоматического криоскопического осмометра. Данный вариант предусматривает применение автоматических осмометров, например, МТ-2, МТ-4 (производитель НПП «Буревестник», Санкт-Петербург). Испытуемый раствор (обычно 0,2 мл) помещают в стеклянный сосуд, погруженный в ванну с контролируемой температурой. Термопару и вибратор помещают под испытуемым раствором; температуру в ванной снижают до переохлаждения раствора. Включают вибратор и вызывают кристаллизацию воды в испытуемом растворе; выделившееся тепло поднимает температуру раствора до точки замерзания. По зафиксированной точке замерзания раствора рассчитывают осмолярность. Прибор калибруют с помощью стандартных растворов натрия или калия хлорида, которые перекрывают определяемый диапазон осмолярности (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Стандартные справочные значения понижения температуры замерзания и эффективности осмотической концентрации водных растворов хлоридов натрия и калия

2. Метод мембранной осмометрии

Метод основан на использовании свойств полупроницаемых мембран избирательно пропускать молекулы веществ.

Движущей силой процесса является процесс осмоса. Растворитель проникает в испытуемый раствор до установления равновесия; возникающее при этом дополнительное гидростатическое давление приближенно равно осмотическому давлению и может быть рассчитано по формуле:

осмотическое давление;

гидростатическое давление;

плотность жидкости;

ускорение свободного падения;

высота столба жидкости.

Осмолярность может быть рассчитана по формуле:

где: R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/мольК); Т- абсолютная температура, Кельвин.

Примечание. Данный метод применим только для растворов высокомолекулярных веществ (104-106 г/моль). При анализе растворов, содержащих электролиты и другие низкомолекулярные вещества, будет определяться только осмотическое давление, создаваемое высокомолекулярными компонентами раствора.

Методика. Испытуемый раствор с помощью шприца (рис. 13.2) с длинной иглой вносят в специальное отверстие измерительной ячейки. Калибровку проводят с помощью устройства, находящегося в приборе. Проводят не менее трех измерений. Для получения воспроизводимых результатов необходима проба объемом не менее 1,2 мл.

Рис. 13.2.

• - испытуемый раствор;
• - магистраль подвода/удаления испытуемого раствора (переключатель потоков установлен в положение «измерение»);
• - мембрана;
• - растворитель, подводимый по отдельной магистрали;
• - термостатированные блоки;
• - корпус ячейки;
• - датчик давления.
• 3. Метод паровой осмометрии

Метод основан на измерении разности температур термисторами (чувствительными к температуре сопротивлениями) вследствие различия между давлением пара над раствором вещества и чистым растворителем. При нанесении на оба термистора капли растворителя разность температур равна нулю. Если одну из капель заменяют каплей испытуемого раствора, то на поверхности этого тер-мистора происходит конденсация паров растворителя, так как давление пара растворителя над этой поверхностью меньше. При этом температура капли раствора повышается за счет экзотермического процесса конденсации до тех пор, пока давление пара над каплей раствора и давление чистого растворителя в ячейке не сравняются. Наблюдаемая разница температур измеряется. Разность температур практически пропорциональна моляльной концентрации раствора.

Методика. В предварительно термостатированную при температуре не ниже 25 °С и насыщенную парами растворителя (воды) ячейку на оба термистора наносят по капле воды (рис. 13.3).

Рис. 13.3.

• - измерительный зонд;
• - шприц;
• - окна для контроля за состоянием ячейки

и термисторов (присутствуют не во всех моделях паровых осмометров);

• - термисторы;
• - измерительная ячейка;
• - блоки для термостатирования.

Полученные показания прибора фиксируют. Далее проводят калибровку прибора по эталонным растворам нескольких концентраций. Перед каждым измерением один из термисторов промывают чистым растворителем и наносят каплю раствора. Объемы наносимых капель раствора и чистого растворителя должны быть одинаковы; объемы капель калибровочных растворов также должны быть равны.

По результатам калибровки строится график зависимости разницы температур от осмоляльности. Нулевая точка - показания прибора по чистому растворителю. Далее проводят анализ испытуемых растворов. Осмоляльность находят по калибровочному графику.

Осмотические силы играют основную роль в распределении жидкости в организме. Осмолярность плазмы зависит от взаимодействия множества компонентов, находящихся в растворе. Физиологическая концентрация осмотически активных веществ измеряется в милиосмолях (мосм).

Осмолярность плазмы не зависит от химической активности или степени ионизации соединений. Для незаряженных соединений, таких как глюкоза, 1 моль глюкозы, добавленный к 1 л дистиллированной воды, будет увеличивать ее осмолярность с 0 до 1 осм/л. Для веществ, способных к ионизации, которые диссоциируют с образованием двух ионов (такие как натрия хлорид), добавление 1 моль вещества к воде будет увеличивать ее осмолярность 2 осм/л. Основные вещества, обусловливающие осмолярность плазмы, — натрия хлорид, мочевина и глюкоза. Нормальная осмолярность плазмы составляет 285 мосм/л. Часто термины «осмолярность» и «осмоляльность» путают. Оба эти термина обозначают концентрацию осмотически активных веществ, но они выражаются в разных единицах. Осмолярность плазмы отражает содержание осмотически активного вещества в 1 л раствора (осм/л). Осмоляльность отражает содержание растворенного вещества на 1 кг растворителя (осм/кг). Лабораторные осмометры измеряют осмоляльность, но не осмолярность плазмы. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей у человека в норме равны. Основные вещества, обусловливающие осмотическую активность плазмы, — натрия хлорид, глюкоза и мочевина.

Осмолярность может быть выражена простым уравнением:

мосм/л = 2 = Глюкоза ¸ 18 + Азот мочевины крови ¸ 2,8.

По взаимному соглашению лаборатории приводят значение измерений глюкозы и азота мочевины крови в миллиграммах на децилитр. Коэффициенты коррекции для глюкозы и мочевины в данном уравнении просто переводят миллиграммы на децилитр в миллимоль на литр. Поскольку вода свободно проникает через полупроницаемые мембраны, осмолярность внутриклеточной и внеклеточной жидкости одинакова.

Осмотическое давление

Осмотическое давление, или эффективная осмолярность, определяет движение воды сквозь клеточную мембрану. Осмотическое давление рассчитывают с учетом только концентрации не проходящих сквозь мембрану растворенных веществ. Мочевина свободно проникает сквозь клеточные мембраны, практически так же быстро, как вода. Это означает, что мочевина не вносит вклад в осмотическое давление. Нормальная эффективная осмотическая активность жидкостей организма составляет 280 мосм/кг. Снижение эффективной осмолярности плазмы подразумевает относительный избыток воды, тогда как возрастание эффективной осмолярной активности отражает относительную дегидратацию.

Регуляция осмолярности плазмы

Наибольшую роль в регуляции осмолярности внутрисосудистого объема играют почки. Осморецепторы в задней доле гипофиза улавливают малейшие изменения осмолярности сыворотки, а затем регулируют высвобождение антидиуретического гормона (АДН). Барорецепторы в почках, сонных артериях и в некоторых других зонах определяют малейшие изменения давления. Обычно барорецепторы играют лишь небольшую роль в поддержании объема жидкости.

Еще одним ключевым регулятором поддержания объемного равновесия служит ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Ренин — фермент, секретируемый юкстагломерулярными клетками афферентных артериол в ответ на снижение артериального давления, снижение объема циркулирующей жидкости, уменьшение количества натрия, доставляемого в плотное пятно (гипонатриемия), и увеличение b-адренергической активности. Ренин превращает ангиотензиноген в ангиотензин-1, который в свою очередь превращается в ангиотензин-2 под действием ангиотензин превращающего фермента (АПФ) при прохождении через легкие. Ангиотензин вызывает высвобождение альдостерона из коркового слоя надпочечников. Альдостерон в свою очередь воздействует на дистальные канальцы и собирательные трубочки, усиливая реабсорбцию натрия и экскрецию калия. Ангиотензин также повышает симпатическую активность, сердечный выброс и периферическое сопротивление.

Осмолярность крови – это показатель соотношения всех активных микроэлементов крови , которые определяются на один литр крови. С помощью данного показателя можно судить о здоровье человека, а также корректности обменных процессов в организме. Существует несколько методов исчисления этого показателя, однако без специальной подготовки пациента получить точных результатов не удастся. О чем говорит осмолярность крови, как определяется и почему возникают отклонения от норм, рассмотрим далее.

Концентрация отдельных компонентов плазмы крови контролируется антидиуретическим гормоном . Вода, которая является естественным растворителем, играет ключевую роль в концентрации всех микрочастиц плазмы. Вместе с потом, мочой и выдыхаемым воздухом содержание жидкости постоянно уменьшается, что диктует необходимость питья.

Большие потери жидкости при отсутствии необходимого употребления воды провоцируют уменьшение объема и увеличение массы плазмы, в то время, как переизбыток жидкости делает плазму более жидкой, снижая осмолярность.

Учитывая такую особенность регуляции концентрации плазматической жидкости, можно установить массу отклонений и заболеваний, которые протекают в скрытой форме. Сюда относят:

• первичная полиурия при отсутствии патологий почек;
• несахарный диабет;
• контроль баланса воды и предупреждения критических состояний, вызванных гипергидратацией и обезвоживанием;
• исчисление уровня выработки антидиуретического гормона, что свидетельствует о работоспособности гипоталамуса;
• интоксикация вредными веществами;
• обменные процессы натрия, калия, мочевины и глюкозы в крови.

Особенности осмолярности

В человеческом организме все взаимосвязано, поэтому повышенная осмолярность крови влечет за собой пониженную осмолярность мочи. На этом ключевом определении базируются все результаты исследований, по которым можно судить о патологиях почек, обменных процессах и распределению всех микрочастиц биологически активной жидкости.

Водно-солевой баланс, который контролирует работу всего организма, поддерживается с помощью непрерывного выделения и поглощения воды. Если жидкости недостаточно, то в организме замедляются все обменные процессы, а плазма крови перенасыщается микроэлементами.

Переизбыток воды не менее опасен, так как способствует усиленное выведение ее из организма, забирая вместе с собой важные соли и минералы.

Подготовка к анализу и что может повлиять на результат?

Для получения максимально точного результата, перед забором крови необходимо подготовиться :

Задайте свой вопрос врачу клинической лабораторной диагностики

Анна Поняева. Закончила нижегородскую медицинскую академию (2007-2014) и Ординатуру по клинико-лабораторной диагностике (2014-2016).