溶液的渗透现象

四、溶液的渗透现象

（一）渗透现象和渗透压

1.渗透现象　若用一种只允许溶剂（如水）分子透过而溶质（如蔗糖）分子不能透过的半透膜将溶液和纯溶剂隔开（图1－2－1a），由于膜两侧单位体积内溶剂分子数不等，因此在单位时间内由纯溶剂进入溶液中的溶剂分子数比由溶液进入纯溶剂的多，其结果是溶液一侧的液面升高（图1－2－1b）。这种现象称为渗透现象（osmosis）。

图1－2－1　溶液的渗透现象

溶液液面升高后，静水压增大，驱使溶液中的溶剂分子加速通过半透膜，同时减慢了由溶剂一侧进入溶液一侧的溶剂分子的通过速度。当静水压增大至一定值后，单位时间内从膜两侧透过的溶剂分子数相等，溶液液面停止升高，达到动态渗透平衡（图1－2－1c）。

产生渗透现象的必要条件是：一有半透膜存在；二为膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等。

渗透方向总是溶剂分子从纯溶剂一方往溶液一方；若半透膜隔开的是浓度不等的两个非电解质溶液，则渗透方向是溶剂分子从稀溶液一方往浓溶液一方进行，从而缩小两边的浓度差。

2.渗透压　为了使渗透现象不发生，必须在溶液液面上施加一超额的压力。国家标准规定：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力等于溶液的渗透压。

（二）渗透现象在医学上的意义

1.渗透浓度　由于渗透压仅与溶液中溶质微粒的数目有关，而与粒子的本性无关，故将溶液中产生渗透效应的溶质微粒（分子、离子）统称为渗透活性物质。根据范特霍夫定律，在一定温度下，对于任一稀溶液，其渗透压应与渗透活性物质的物质的量浓度成正比。因此，也可用渗透活性物质的物质的量浓度来衡量溶液渗透压的大小。

医学上常用渗透浓度（osmolarity）来比较溶液渗透压的大小。其定义为渗透活性物质的物质的量除以溶液的体积，符号为C_OS，单位为mmol／L。

注意：计算C_OS一定要分清溶质究竟是电解质还是非电解质。渗透浓度是一个总浓度的概念，是所有能产生渗透效应的微粒（分子、离子）浓度的总和。

对于电解质，强电解质在稀溶液中可看作完全解离，以离子形式存在；弱电解质可近似等同于非电解质。

2.等渗、高渗和低渗溶液　溶液渗透压的高低是相对的，半透膜两边溶液渗透压高的那种溶液就是高渗溶液。医学上的等渗、高渗和低渗溶液是以血浆的渗透压为标准确定的。临床上规定渗透浓度在280～320mmol／L的溶液为等渗溶液。在实际应用时，略低于（或略超过）此范围的溶液，在临床上也可看作等渗溶液，如50g／L的葡萄糖溶液。

在临床治疗中，当为病人大剂量补液时，要特别注意补液的渗透浓度，否则可能导致机体内水分调节失常及细胞的变形和破坏。以红细胞为例，当输入等渗溶液时，红细胞维持原状（图1－2－2a）；输入高渗溶液，则红细胞胞内液中的水分子向外渗透，导致红细胞失水而皱缩（图1－2－2b）；输入低渗溶液，水分子向红细胞膜内渗透，使红细胞逐渐肿胀，最后破裂，医学上称为溶血（图1－2－2c）。

图1－2－2　红细胞形态示意图

3.晶体渗透压和胶体渗透压　血浆等生物体液是电解质（如NaCl、KCl、NaHCO₃等）、小分子物质（如葡萄糖、尿素、氨基酸等）和高分子物质（蛋白质、糖类、脂类等）溶解于水而形成的复杂的混合物。在医学上，习惯将电解质、小分子物质统称为晶体物质，由它们产生的渗透压称为晶体渗透压（crystalloid osmotic pressure）；而将高分子物质称为胶体物质，由它们产生的渗透压称为胶体渗透压（colloidal osmotic pressure）。血浆中高分子胶体物质的质量浓度约为70g／L，小分子晶体物质约为7.5g／L。虽然高分子胶体物质含量高，但由于它们的相对分子质量大，单位体积血浆中的质点数少，产生的渗透压小，37℃时仅为2.9～4.0kPa。小分子晶体物质含量虽小，但由于它们的相对分子质量小，有的又可解离成离子，单位体积血浆中的质点数多，因此，人体血浆的渗透压主要来源于晶体渗透压（约占99.5%），胶体渗透压只占极少一部分。

由于人体内半透膜（如毛细血管壁和细胞膜）的通透性不同，其晶体渗透压和胶体渗透压在维持体内水、盐平衡功能上也不相同。在正常状态下，血浆晶体渗透压在调节细胞膜内外的水平衡、维持细胞的正常形态和功能方面起着重要的作用，而胶体渗透压虽小，但在调节毛细血管内外水分子的正常分布、维持血容量方面起着重要的作用。