تفاوت بین هیپرتونیک، هیپوتونیک و ایزوتونیک چیست؟

وقتی گیاهی پژمرده می شود، فرو می ریزد و به یک آشغال نرم تبدیل می شود. پژمردگی زمانی اتفاق می افتد که آب از سلول های گیاه خارج شده و فشار داخلی آن را مختل کند. این نمونه ای از یکی از سه نوع تونسیته است. یک محلول می تواند دارای سه دسته تونیسیتی نسبت به محلول دیگر باشد: هیپرتونیک، هیپوتونیک و ایزوتونیک. همراه با اسمز، تونسیته برای عملکرد صحیح سیستم های بیولوژیکی ضروری است. هر نوع تونیسیتی چگونگی وقوع اسمز بین محلول های مختلف را توصیف می کند.

اسمز

برای درک تونیسیته، ابتدا مهم است که اسمز را درک کنیم. حرکت خالص آب در طول یک غشای نیمه تراوا از ناحیه ای با غلظت املاح کمتر به ناحیه ای با غلظت املاح بالاتر اسمز است. املاح می تواند هر ماده یا سلولی باشد که حلال آن را حل می کند. آنها با هم یک راه حل را تشکیل می دهند. در بدن انسان، املاح می تواند شکر، اوره، پتاسیم یا انواع مواد دیگر باشد. اسمز وسیله اولیه ای است که آب از طریق آن وارد سلول ها و خارج می شود.

چگونه و چرا اسمز رخ می دهد

هنگام مطالعه اسمز، ساده تر است که سلول ها را به عنوان یک شیشه با دو محفظه پر از آب تصور کنید. یک غشاء شیشه را به دو نیم می کند و محفظه ها را از هم جدا می کند. اگر هیچ یک از محفظه ها حاوی املاح نباشد، آب آزادانه و به طور مساوی در غشاء حرکت می کند. با این حال، اگر یک شیشه غلظت املاح بالاتری نسبت به دیگری داشته باشد، احتمال خروج آب از منطقه با املاح کمتر است. اکثر دانشمندان تأیید می کنند که دلیل این امر این است که مولکول های املاح از غشاء بیرون زده و به طور فیزیکی مولکول های آب را از غشاء دور می کنند.

تونیک

توانایی یک محلول برای وادار کردن آب به داخل یا خارج از سلول از طریق فرآیند اسمز، تونیک بودن آن است. غلظت اسمزی یک سلول، غلظت کل هر املاح در سلول است. غلظت اسمزی یک سلول اندازه گیری تعداد اسمول املاح در هر لیتر محلول است. این می تواند به صورت osmol/L یا Osm/L ظاهر شود. سه دسته تونیسیت غلظت اسمزی یک سلول را به غلظت اسمزی مایع خارج سلولی اطراف آن توصیف می کند.

هیپرتونیک

اگر سلولی دارای غلظت اسمزی کمتر از مایع اطراف آن باشد، مایع نسبت به سلول هیپرتونیک است. احتمال خروج آب از سلول و ورود به مایع خارج سلولی بیشتر است زیرا مایع دارای غلظت بیشتری از املاح است. این کمی بر غلظت بیرونی سلول تأثیر می گذارد و آن را با غلظت درون سلول برابر می کند. برخی افراد هیپرتونیسیته را انقباض سلولی می نامند، زیرا از دست دادن آب باعث کوچک شدن اندازه سلول می شود.

نمونه هایی از هیپرتونیسیته

بدون آب کافی، گیاهان پژمرده می شوند و سفتی خود را از دست می دهند. این یک نمونه از هیپرتونیک است. آب از درون سلول گیاهی به مایع خارج از آن رفته است. بدون فشار آب به دیواره های سلولی، سلول ها و گیاه فشار تورور را از دست می دهند. اگر گیاه آب دریافت کند، می تواند سفتی خود را بازیابد. در انسان، اگر گلبول های قرمز وارد محلولی شوند که غلظت املاح بالاتری دارد، از دست دادن آب باعث از بین رفتن تعدادی از عملکرد سلول می شود.

دور زدن هیپرتونیکی

برخی از موجودات و ارگانیسم ها روش هایی را برای محافظت در برابر یا جبران هیپرتونیک ایجاد کرده اند. آب شور برای ماهی هایی که در آن زندگی می کنند، هیپرتونیک است. به همین دلیل ماهی ها به طور طبیعی مقدار قابل توجهی آب از دست می دهند. این زمانی اتفاق می افتد که ماهی با آب دریا تبادل گاز انجام می دهد. برای جبران از دست دادن آب، ماهی ها مقادیر زیادی از آب شور را مصرف می کنند. سپس نمک اضافی را دفع می کنند. این فرآیند تنظیم اسمزی است.

هیپوتونیک

اگر سلولی دارای غلظت اسمزی بالاتر از مایع اطراف آن باشد، مایع برای سلول هیپوتونیک است. به نوبه خود، این بدان معنی است که آب بیشتر از مایع به داخل سلول می رود. این می تواند باعث شود که سلول متورم یا متورم به نظر برسد. سلول های حیوانی دیواره سلولی ندارند. بدون دیواره سلولی محافظ، انتشار بیش از حد آب به داخل سلول می تواند باعث پارگی سلول شود. با این حال، در گیاهان، دیواره سلولی از سلول محافظت می کند. این به فشار تورگ گیاه کمک می کند و استحکام بیشتری را فراهم می کند.

هیپوناترمی

یکی از عوارض احتمالی هیپوتونیک در بدن انسان، هیپوناترمی یا مصرف بیش از حد آب است. هنگامی که فرد مقدار زیادی آب می نوشد، محلول نمک بیرونی رقیق می شود. برای رسیدن به غلظت اسمزی معادل، آب سپس به داخل سلول های خونی می رود. علائم هیپوناترمی تهوع، سردرد، گیجی و خستگی است. اگر سلول های خونی مغز نفخ کرده و پاره شوند، هیپوناترمی به طور بالقوه می تواند کشنده باشد. این عارضه در نوزادان شایع تر است زیرا بدن کوچک آنها نمی تواند سطوح بالای آب را تحمل کند.

ایزوتونیک

بر خلاف دو شکل دیگر تونیسیته، ایزوتونیسیته هم سلول و هم مایع خارج سلولی اطراف آن را با غلظت اسمزی یکسان توصیف می کند. به همین دلیل، آب می تواند آزادانه بین سلول و مایع حرکت کند. علاوه بر این، سلول کوچک یا منبسط نمی شود زیرا غلظت بین دو ناحیه معادل باقی می ماند. سرعت انتشار آب در هر دو جهت، هم در داخل و هم در خارج از سلول یکسان است.

ایزوتونیک در بدن

به طور کلی، شرایط ایزوتونیک برای سلول هایی مانند گلبول های قرمز خون ایده آل است. موقعیت های هیپرتونیک باعث کوچک شدن سلول ها و از دست دادن توانایی خود برای عملکرد صحیح می شود. موقعیت های هیپوتونیک باعث نفخ و پارگی سلول می شود. از آنجایی که حفظ عملکرد گلبول های قرمز ضروری است، بدن انسان دارای تعدادی عملکرد هموستاتیک است که وضعیت ثابتی از شرایط داخلی را حفظ می کند. یکی از این شرایط تونسیته مایع خارج سلولی نسبت به گلبول های قرمز است.