Osmotische druk

Van de osmotische druk komt overeen met de druk die aanwezig is in het oplosmiddel aan de meer sterk geconcentreerde zijde van een semipermeabel of selectief permeabel membraan. De druk drijft de stroom oplosmiddel door het membraan en bepaalt de richting ervan. Ziekten die verband houden met osmotische druk zijn bijvoorbeeld verminderde drukweerstand van de bloedcellen.

Wat is osmotische druk?

Met de term osmotische druk beschrijft de geneeskunde de fysiologische druk die osmose mogelijk maakt. Osmose komt overeen met de gerichte stroming van moleculaire deeltjes door semipermeabele of selectief permeabele scheidingslagen. Dit betekent dat osmose een essentieel transport van stoffen in het menselijk lichaam is.

De osmotische druk is de belangrijkste vereiste voor dit massaoverdrachtsproces. De opgeloste moleculen in een oplosmiddel veroorzaken de osmotische druk aan de kant van het grensvlak met de hogere concentratie. De resulterende drukverhoudingen drijven de stroom van het oplosmiddel door het respectieve membraan. Op deze manier beweegt het oplosmiddel van de kant met de lagere deeltjesconcentratie door het membraan en stroomt zo naar de kant met de hogere concentratie waarop de osmotische druk aanwezig is. De moleculaire deeltjes zelf kunnen niet door het semipermeabele of selectief permeabele membraan gaan.

Functie en taak

De osmotische druk is afhankelijk van de concentratieverhoudingen van twee oplossingen die zich aan verschillende zijden van een semipermeabel of selectief permeabel membraan bevinden. Hoewel er osmotische druk is aan de lager geconcentreerde kant, is de druk altijd hoger aan de meer geconcentreerde kant van de opgeloste stof.

In het menselijk lichaam stroomt water vanuit het interstitium de individuele cellen binnen. Deze instroom vindt plaats van een kant met een lagere concentratie naar een kant met een hogere concentratie. Cellen hebben een bepaalde interne druk. Deze druk wordt ook wel een turgor genoemd. De instroom gaat door totdat de turgor in de cellen hetzelfde niveau heeft bereikt als de osmotische druk. De druk die aan de binnenkant aanwezig is en de druk die aan de buitenkant werkt, zijn dus gelijk aan het einde van de instroom.

De osmotische druk kan worden gemeten en berekend. In principe zijn dezelfde natuurkundige wetten van toepassing op verdunde vloeibare oplossingen als in ideale gassen. Om deze reden is de osmotische druk altijd evenredig met de absolute temperatuur in elk geval. Daarnaast is er een evenredigheid tussen de molaire concentratie van de betreffende opgeloste stof en het niveau van de osmotische druk De druk hangt voornamelijk af van het aantal moleculaire deeltjes in de opgeloste stof.

In een oplossing van één mol stof in 22,4 liter oplosmiddel is de osmotische druk bij temperaturen van 0 graden Celsius of 273,15 Kelvin 101,325 kPa. De wet van Van’t Hoff specificeert deze relaties. De wet is echter alleen van toepassing op verdunde oplossingen onder een waarde van 0,1 M.

De analogie met de wetten van ideale gassen is als volgt: de osmotische druk werkt de toestroom van oplosmiddelen tegen. Om deze reden stopt de instroom van oplosmiddel zodra het evenwicht is bereikt.

De osmotische druk van een oplossing kan worden bepaald met osmometers. De druk wordt ofwel statisch gemeten, nadat het evenwicht is bereikt, of dynamisch. Bij dynamische metingen moet er externe druk op de stijgbuismanometer worden uitgeoefend om de osmotische stroming te onderbreken. De gemiddelde molecuulmassa van de macromoleculen kan ook worden bepaald door de druk te meten.

Ziekten en aandoeningen

Ziekten die verband houden met osmotische druk kunnen bijvoorbeeld bloedcellen aantasten. De rode bloedcellen hebben een osmotische weerstand. Deze osmotische weerstand van de rode bloedcellen wordt bij verschillende ziekten verminderd. Net zoals veel ziekten worden geassocieerd met een toename van de osmotische resistentie. Om dergelijke ziekten te identificeren, wordt de osmotische erytrocytenresistentie gemeten. De meting maakt vooral de diagnose van resistentie-verlagende ziekten mogelijk.

Deze ziekten omvatten bijvoorbeeld sferoïdale celanemie. Andere hemolytische anemieën kunnen echter ook de osmotische weerstand van rode bloedcellen verminderen. Hemolytische anemie is een groep ziekten die verband houdt met anemie als gevolg van een verhoogde of vroegtijdige afbraak van rode bloedcellen. De geneeskunde noemt dit feit hemolyse. Hemolyse wordt vaak geassocieerd met onderliggende ziekten. Ze kunnen worden veroorzaakt door mechanische processen of genetische aanleg. Naast fysiologische hemolyse als gevolg van de leeftijd van de erytrocyten, kan mechanisch overmatig gebruik zoals hartklepvervanging, thermische schade door verwarming en osmotische schade het verval bepalen. In het geval van osmotische schade zijn hyper- of hypo-osmolaire oplossingen de werkelijke oorzaak van het verval.

Om de osmotische weerstand te meten, worden de rode bloedcellen van een patiënt in buisjes met oplopende zoutconcentratie geplaatst. Een van de buizen bevat bijna zuiver water. De ene bevat een zoutconcentratie die optimaal is voor rode bloedcellen. Na 24 uur barsten de bloedcellen in het zuivere water. In buisjes met een hogere zoutconcentratie hebben slechts enkele bloedcellen de neiging te barsten. Als de patiënt lijdt aan een ziekte met verminderde osmotische weerstand van de bloedcellen, barsten de bloedlichaampjes zelfs bij hogere zoutconcentraties open en kunnen ze de osmotische druk niet weerstaan.

De osmotische weerstand kan ook worden verhoogd. Een toename in resistentie is niet specifiek en kan het gevolg zijn van verschillende ziekten. Voorbeelden van ziekten met verhoogde osmotische weerstand van de rode bloedcellen zijn thalassemie, bloedarmoede door ijzertekort en sikkelcelanemie. Bovendien kunnen geelzucht en leverschade de weerstand verhogen.