Περί ωσμωτικής πίεσης (20/06/2001)

ΠΕΡΙ ΩΣΜΩΤΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

Μαυροματίδης Κώστας

Δ/ντής Νεφρολογικού Τμήματος Κομοτηνής

 

1. Εισαγωγή

Αν και τα υγρά του εξω- και ενδοκυττάριου χώρου περιέχουν τελείως διαφορετικές διαλυμένες ουσίες (ωσμωτικά δραστικά μόρια), η συγκέντρωσή τους εκατέρωθεν των κυτταρικών μεμβρανών είναι ίση, εξ αιτίας της ελεύθερης μετακίνησης του ύδατος. Μ’ άλλα λόγια η ωσμωτική πίεση (Ω.Π.) σε όλα τα διαμερίσματα του οργανισμού είναι ίδια. Μπορεί ωστόσο να είναι διαφορετική μόνο παροδικά, αφού το ύδωρ διαχέεται γρήγορα από το διαμέρισμα που είναι αραιότερο, σε αυτό που είναι πυκνότερο. Έτσι η ωσμωτικότητα που καθορίζει τη συγκέντρωση των ωσμωλίων των σωματικών υγρών, παράλληλα καθορίζει και τη συγκέντρωση του ύδατος. Δηλαδή ένα διάλυμα με υψηλή ωσμωτικότητα έχει χαμηλή συγκέντρωση ύδατος. Μία δε διαφορά συγκέντρωσης ύδατος εκατέρωθεν μεμβρανών υποδηλώνει την ύπαρξη ωσμωτικής διαφοράς, η οποία βέβαια είναι πάντοτε παροδική.

1.1. Ωσμωτική πίεση

Ωσμωτικότητα ενός διαλύματος είναι η δύναμη που ασκείται από τη συγκέντρωση των σωματιδίων που περιέχει ανά μονάδα όγκου του. Τέτοια σωματίδια μπορεί να είναι άτομα νατρίου, καλίου, χλωρίου, μόρια γλυκόζης ή πρωτεΐνης (λευκωματίνης) κ.ά.. Όσον αφορά στα σωματίδια που βρίσκονται στον ενδοκυττάριο χώρο και έλκουν το ύδωρ (ωσμωτικά δραστικά), διαφέρουν από κύτταρο σε κύτταρο, αν και τα βασικότερα είναι μεγάλου μοριακού βάρους ανιόντα μαζί με το συνοδό κατιόν τους (κυρίως Κ+). Αυτά βασικά περιλαμβάνουν μόρια οργανικών ενώσεων του φωσφόρου (ATP, CPK, RNA, DNA, φωσφολιπίδια κ.ά.), τα οποία είναι απαραίτητα για την λειτουργία των κυττάρων και η πυκνότητά τους παραμένει σταθερή στο χώρο αυτό. Αφού όμως τα ενδοκυττάρια σωματίδια είναι σχετικά σταθερά σε αριθμό και φορτίο, μεταβολές στη σχέση σωματιδίων/ύδατος του ενδοκυττάριου χώρου, σημαίνουν μεταβολή της περιεκτικότητάς τους σε ύδωρ.

Η σταθερότητα του αριθμού των ενδοκυττάριων σωματιδίων αποτελεί πολύ σημαντικό προστατευτικό παράγοντα για τα κύτταρα του οργανισμού έναντι μεγάλων μετακινήσεων ύδατος. Έτσι λ.χ. όσον αφορά στα εγκεφαλικά κύτταρα, τα οποία βρίσκονται σε συγκεκριμένο και περιορισμένο χώρο, αν αύξανε το μέγεθός τους λόγω αύξησης των ενδοκυττάριων σωματιδίων και κατ’ επέκταση του ύδατος, θα επέρχονταν κυτταρικό οίδημα, με αποτέλεσμα αυτά πλέον να καταλαμβάνουν μεγαλύτερο χώρο, εξ αιτίας του οποίου θα μειώνονταν η παροχή αίματος στον εγκέφαλο (λόγω συμπίεσης των κρανιακών αγγείων από το εγκεφαλικό οίδημα). Κάτι τέτοιο συμβαίνει σε υποωσμωτικές καταστάσεις, κατά τις οποίες εισέρχεται ύδωρ στα εγκεφαλικά κύτταρα, λόγω διαφοράς Ω.Π. ανάμεσα στον ενδο- και τον εξωκυττάριο χώρο. Αντίθετα επί μειώσεως του όγκου των εγκεφαλικών κυττάρων που συμβαίνει σε αφυδάτωση, προκαλείται συρρίκνωση του εγκεφάλου, με αποτέλεσμα να διατείνονται τα κρανιακά αγγεία, τα οποία είναι κολλημένα στον οστέινο θόλο του, έτσι ώστε να αποσπώνται από αυτό και να προκαλείται τελικά ενδοκρανιακή αιμορραγία.

1.2. Ωσμωτική ισορροπία

Έστω ένα δοχείο το οποίο χωρίζεται σε δύο διαμερίσματα με τη βοήθεια μιας μεμβράνης διαπερατής για το ύδωρ, όχι όμως και για άλλα μόρια, όπως η γλυκόζη, η οποία προστίθεται στο ένα από τα δύο διαμερίσματα (Διάγραμμα 1). Υπό τις συνθήκες αυτές μόρια του ύδατος μετακινούνται με διάχυση προς το διαμέρισμα στο οποίο προστέθηκε η γλυκόζη (περιοχή αυξημένης ωσμωτικότητας). Το φυσικό φαινόμενο εξ αιτίας του οποίου γίνεται η μετακίνηση του ύδατος ονομάζεται ώσμωση, ενώ η δύναμη (το φυσικό μέγεθος) που αναπτύσσεται λόγω διαφορετικής περιεκτικότητας των διαμερισμάτων σε ωσμώλια λέγεται ωσμωτική πίεση του διαλύματος. Όταν αυξηθεί ο όγκος του ύδατος στο διαμέρισμα με τη γλυκόζη, η επιπλέον ποσότητα που προστέθηκε στην περιοχή αυτή, ασκεί μία υδροστατική πίεση, η οποία τείνει να εξωθήσει το ύδωρ προς το χώρο απ’ όπου μετακινήθηκε. Θα αποκατασταθεί η ισορροπία εκατέρωθεν της μεμβράνης, όταν αυτή η υδροστατική πίεση γίνει ίση με τη δύναμη που εξωθούσε το ύδωρ από τον χώρο με τη χαμηλή ωσμωτική πίεση (ωσμωτική ισορροπία).

Διάγραμμα 1: Ωσμωτική πίεση και ισορροπία μεταξύ δύο χώρων με διαφορετική πυκνότητα διαλυμένων μορίων

Η Ω.Π. εξαρτάται από τον αριθμό των ωσμωλίων ανά μονάδα όγκου και όχι από το είδος, το σθένος και το βάρος τους. Αν προστεθεί σε ένα χώρο μία ουσία, η οποία διέρχεται την ημιδιαπερατή μεμβράνη που χωρίζει τον χώρο σε δύο διαμερίσματα, τότε αυτή γρήγορα μετακινείται από την περιοχή με την υψηλότερη συγκέντρωση προς τη χαμηλότερη, με αποτέλεσμα να επέρχεται μία νέα ισορροπία. Αποτέλεσμα αυτών είναι η ουσία αυτή να μην ασκεί Ω.Π., αφού κατανέμεται ομοιομερώς και στους δύο χώρους (μη δραστικό ωσμώλιο).

Έτσι όταν μιλάμε για ωσμωτική πίεση είναι σημαντικό να γίνεται διαχωρισμός των ωσμωλίων σε δραστικά και μη. Λ.χ. τα λευκώματα του ορού, το NaCI και η γλυκόζη (μέχρι να μεταβολιστεί) είναι ωσμωτικά δραστικά μόρια, αφού δεν διέρχονται εύκολα διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών. Αντίθετα η ουρία είναι μη δραστικό ωσμώλιο αφού διαχέεται γρήγορα εκατέρωθεν των κυτταρικών μεμβρανών, με αποτέλεσμα να δρα ωσμωτικά και στους δύο χώρους και φυσικά να μην επηρεάζει τον όγκο των κυττάρων. Έτσι στην ουραιμία παρά το ότι η Ω.Π. του εξωκυττάριου χώρου είναι αυξημένη, η δραστική του ωσμωτικότητα δεν μεταβάλλεται, αφού αυξημένη είναι κι αυτή του ενδοκυττάριου.

Εξ αιτίας των παραπάνω είναι χρήσιμο να καθοριστεί ο όρος “δραστική ωσμωτικότητα εξωκυττάριου χώρου”, αφού από αυτήν καθορίζεται η μεταβολή του όγκου των κυττάρων. Έτσι σε περιπτώσεις αραίωσης των εξωκυττάριων υγρών με ύδωρ, η μετρούμενη Ω.Π. είναι περίπου ίση με τη δραστική, αφού η αραίωση αυτή συνοδεύεται και από αραίωση του ενδοκυττάριου χώρου (κάτι που γίνεται σχετικά γρήγορα) προκαλώντας ενδοκυττάριο οίδημα.

Τελικά η δύναμη της Ω.Π. αποτελεί τον σημαντικότερο παράγοντα που ρυθμίζει την κατανομή του ύδατος στον οργανισμό. Αυτό συμβαίνει επειδή το ύδωρ κινείται ελεύθερα διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών από τα διαμερίσματα με τις χαμηλότερες πυκνότητες προς αυτά με τις υψηλότερες, με αποτέλεσμα τα υγρά του οργανισμού να βρίσκονται σε ωσμωτική ισορροπία. Έτσι η ωσμωτικότητα του εξωκυττάριου χώρου είναι ίση με αυτή του ενδοκυττάριου, με αποτέλεσμα η ωσμωτικότητα του ορού να παρέχει πληροφορίες, για την ωσμωτικότητα κάθε διαμερίσματος του οργανισμού (εκτός σπάνιων εξαιρέσεων, όπως ο μυελός του νεφρού).

Έτσι η ρύθμιση των υγρών του ενδοκυττάριου χώρου, που είναι ουσιαστική για τη φυσιολογική λειτουργία των κυττάρων, πετυχαίνεται κατά ένα μέρος από τη ρύθμιση της ωσμωτικότητας του ορού, που γίνεται με μεταβολές στο ισοζύγιο του ύδατος. Παράλληλα η διατήρηση του όγκου του ενδαγγειακού χώρου, που είναι ουσιαστική για τη φυσιολογική αιμάτωση των ιστών, σχετίζεται άμεσα με τη ρύθμιση των επιπέδων του νατρίου του ορού.

1.3. Ισορροπία Donnan

Έστω ότι ένα δοχείο χωρίζεται σε δύο διαμερίσματα με μία μεμβράνη. Στο ένα διαμέρισμα (Α1) τοποθετείται ύδωρ και στο άλλο (Β1) χλωριούχο νάτριο. Αν η μεμβράνη αυτή είναι διαπερατή στα ιόντα νατρίου και χλωρίου, τότε αυτά διέρχονται το τοίχωμά της μέχρις ότου οι πυκνότητες των ιόντων αυτών στα δύο διαμερίσματα εξισωθούν (Διάγραμμα 2).

Διάγραμμα 2 : Κατανομή ιόντων πριν και μετά την αποκατάσταση ισορροπίας εκατέρωθεν της ημιδιαπερατής μεμβράνης

Αν τώρα τοποθετηθεί στο διαμέρισμα Α1 NaCI και στο Β1 ένα πρωτεϊνικό άλας του νατρίου (Na-R), όταν αυτή είναι ημιδιαπερατή (επιτρέπει τη διέλευση των ιόντων νατρίου και χλωρίου, όχι όμως και του πρωτεϊνικού τμήματος R- του άλατος), τότε θα συμβούν οι παρακάτω μεταβολές που περιέγραψε πρώτος ο Άγγλος φυσικός Donnan. Αρχικά θα μετακινηθούν ιόντα νατρίου και χλωρίου προς την πλευρά με τη μικρότερη περιεκτικότητα σε αυτά. Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας εκατέρωθεν της μεμβράνης το γινόμενο του χλωρίου επί το νάτριο της μίας πλευράς (Α2) θα είναι ίσο με το γινόμενο των ιόντων αυτών από την άλλη πλευρά (Β2) (Διάγραμμα 3, εξίσωση 1).
A1xB1=A2xB2 (1)

Διάγραμμα 3 : Κατανομή ιόντων πριν και μετά την αποκατάσταση ισορροπίας εκατέρωθεν της ημιδιαπερατής μεμβράνης

Στο διαμέρισμα Α2 η πυκνότητα του νατρίου πρέπει να είναι ίση με το άθροισμα των αρνητικά φορτισμένων ιόντων, δηλαδή των R- και του CI- ενώ στην πλευρά Β2 η πυκνότητα του νατρίου πρέπει να είναι ίση με αυτή του χλωρίου. Επειδή όμως το γινόμενο των ιόντων νατρίου και χλωρίου στις δύο πλευρές (Α2 και Β2) είναι ίσο, φαίνεται εύκολα ότι η πυκνότητα των ιόντων νατρίου στο διαμέρισμα Α2 πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτή στο διαμέρισμα Β2, ενώ τα αντίθετα ισχύουν για το χλώριο. 

Το παραπάνω παράδειγμα με αριθμητικά δεδομένα έχει ως εξής. Στο διαμέρισμα Α1 τοποθετούνται 9 μόρια NaCI (δηλαδή από 9 ιόντα Na+ και CI-) και στο Α2 9 μόρια Na-R (δηλαδή από 9 ιόντα νατρίου και πρωτεϊνικού ιόντος). Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας μεταξύ των δύο χώρων στο διαμέρισμα Α2 θα υπάρχουν από 6 ιόντα νατρίου και χλωρίου και στο Β2 12 ιόντα νατρίου, 3 χλωρίου και τα 9 του πρωτεϊνικού ιόντος (αφού αυτό δεν διέρχεται το τοίχωμα της ημιδιαπερατής μεμβράνης). Τελικά εφαρμόζοντας την εξίσωση 1 προκύπτει ότι : A1xB1=A2xB2ή 
6×6=12×3ή36=36.

1.4. Ωσμωτική πίεση διαμερισμάτων του οργανισμού και η σημασία τους

Η σημασία της Ω.Π. στη ζωή είναι σημαντικότατη, επειδή καθορίζει την κατανομή του ύδατος ανάμεσα στον εξωκυττάριο και τον ενδοκυττάριο χώρο. Κάθε ένα από τα διαμερίσματα αυτά έχει ένα βασικό ωσμώλιο, το οποίο καθορίζει και την ωσμωτικότητά του. Έτσι τα άλατα του νατρίου είναι τα βασικά εξωκυττάρια ωσμώλια που συγκρατούν το ύδωρ στο χώρο αυτό, ενώ τα αντίστοιχα στον ενδοκυττάριο χώρο είναι τα άλατα του καλίου και πολύ λιγότερο του μαγνησίου. Βέβαια αν και η κυτταρική μεμβράνη είναι διαπερατή για τα ιόντα του νατρίου και του καλίου, αυτά μπορούν και δρουν ωσμωτικά, λόγω επίδρασης της αντλίας Na+-K+ (που λειτουργεί με τη βοήθεια της Na+-K+-ATPασης), η οποία διατηρεί σταθερή την περιεκτικότητα του εξωκυττάριου και ενδοκυττάριου χώρου στα ιόντα αυτά.

Σε φυσιολογικές συνθήκες η σύσταση του οργανισμού σε ύδωρ και ηλεκτρολύτες διατηρείται σταθερή και μέσα σε στενά όρια, αφού ανάλογα με την πρόσληψή τους παρατηρείται και ανάλογη αποβολή δια των νεφρών. Αν όμως μεταβληθεί η ωσμωτικότητα ενός χώρου του οργανισμού, μετακινείται ύδωρ διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών μέχρι να επέλθει ωσμωτική ισορροπία. Αύξηση λοιπόν της ποσότητας των ωσμωλίων σε έναν χώρο, προκαλεί μετακίνηση ύδατος από το διαμέρισμα με τη χαμηλότερη συγκέντρωση ωσμωλίων προς αυτό με την υψηλότερη. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι η αύξηση της ωσμωτικότητας και των δύο χώρων. Έτσι όταν μία ουσία που δρα ωσμωτικά προστεθεί στον εξωκυττάριο χώρο, αυτή προκαλεί μετακίνηση ύδατος από τον ενδοκυττάριο, με αποτέλεσμα να αυξάνεται ο πρώτος. Αν η ουσία αυτή είναι η γλυκόζη, η πυκνότητα του νατρίου στον εξωκυττάριο χώρο μειώνεται, ενώ αν είναι NaCI αυξάνεται. Αντίθετα αν προστεθεί ύδωρ στον εξωκυττάριο χώρο αυτό διέρχεται διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών και κατανέμεται και στους δύο χώρους, με αποτέλεσμα να αυξάνονται και οι δύο, ενώ παράλληλα μειώνεται η ωσμωτικότητά τους. Τέλος αν δοθεί σε κάποιο άτομο ισότονο διάλυμα NaCI, επειδή από αυτό δεν θα προκληθεί καμία μεταβολή στην ωσμωτικότητα του εξωκυττάριου χώρου, δεν θα μετακινηθεί ύδωρ διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών. Αφού όμως ο όγκος που χορηγήθηκε θα παραμείνει στον εξωκυττάριο χώρο, η μόνη μεταβολή που θα προκύψει θα είναι η αύξηση του όγκου του χώρου αυτού.

Από τα παραπάνω φαίνεται ότι ο προσδιορισμός του νατρίου του ορού δείχνει απλά τη συγκέντρωσή του στο χώρο αυτό και όχι τον όγκο στον οποίο κατανέμεται. Ωστόσο ο εξωκυττάριος όγκος υγρών αυξάνεται εξ αιτίας αύξησης του ολικού βάρους του οργανισμού και του ολικού ανταλλάξιμου νατρίου του. Βέβαια παρά την ομοιόμορφη αυτή μεταβολή του όγκου, το νάτριο του ορού σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να είναι αυξημένο, μειωμένο ή φυσιολογικό. Αυτό συμβαίνει επειδή η συγκέντρωσή του στον ενδαγγειακό χώρο αντανακλά τη σχέση ύδατος/νατρίου και όχι την απόλυτη ποσότητα ύδατος και νατρίου που υφίσταται. Έτσι είναι προφανές ότι δεν υπάρχει αναγκαστικά συσχέτιση μεταξύ νατρίου ορού και εξωκυττάριου όγκου υγρών. Ειδικότερα οι παράμετροι αυτοί μεταβάλλονται προς την ίδια κατεύθυνση όταν προστίθεται νάτριο στον εξωκυττάριο χώρο (αυξάνεται η συγκέντρωση του νατρίου και ο όγκος του χώρου, λόγω μετακίνησης ύδατος από τον ενδοκυττάριο χώρο) και προς αντίθετη κατεύθυνση, όταν χορηγείται ύδωρ (αυξάνεται ο όγκος του εξωκυττάριου χώρου, αλλά μειώνεται η συγκέντρωση του νατρίου λόγω αραίωσής του). Ακόμη, αφού ο εξωκυττάριος όγκος υγρών καθορίζει την ποσότητα του νατρίου που πρόκειται να αποβληθεί δια των νεφρών, φαίνεται ότι δεν υπάρχει συσχέτιση μεταξύ συγκέντρωσης νατρίου ορού και αποβαλλόμενης ποσότητάς του δια των νεφρών. Λ.χ. όταν κατακρατηθεί στον οργανισμό ύδωρ, αυξάνεται ο εξωκυττάριος όγκος υγρών και η συγκέντρωση του νατρίου μειώνεται (λόγω αραίωσης), όμως υπό τις συνθήκες αυτές αυξάνεται η αποβολή του νατρίου στα ούρα (λόγω της υπερογκαιμίας).

Πρέπει τέλος να τονιστεί ότι και ο ενδοκυττάριος όγκος υγρών μεταβάλλεται αντίστροφα σε σχέση με τη συγκέντρωση του νατρίου του ορού, δηλαδή αυξάνεται σε υπονατριαιμία και μειώνεται σε υπερνατριαιμία. Αυτές οι μεταβολές είναι πολύ σημαντικές στην κλινική πράξη επειδή οι νευρολογικές εκδηλώσεις που σχετίζονται με τις οξείες μεταβολές της συγκέντρωσης του νατρίου στον ορό αποδίδονται βασικά στις μεταβολές του όγκου του εγκεφάλου.

Φαίνεται τελικά από τα παραπάνω ότι υπάρχουν ορισμένοι κανόνες στην ωσμωτική μετακίνηση των υγρών στα διάφορα διαμερίσματα του οργανισμού, όπως : α) Υπάρχει ωσμωτική μετακίνηση υγρών όταν μία ημιδιαπερατή μεμβράνη χωρίζει διαμερίσματα τα οποία έχουν διαφορετική συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών, β) το ύδωρ μετακινείται προς το διαμέρισμα που έχει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένων σωματιδίων, γ) τα σωματίδια που διέρχονται ελεύθερα διαμέσου των μεμβρανών δεν επηρεάζουν τη μετακίνηση του ύδατος, όπως λ.χ. η ουρία, η οποία για το λόγο αυτό δεν ασκεί δραστική Ω.Π., δ) το μέγεθος της ροής του ύδατος από τον ένα χώρο στον άλλο εξαρτάται από τη δύναμη κλίσης που υπάρχει μεταξύ των δύο χώρων. Έχει διαπιστωθεί ότι 1 mOsm ασκεί υδροστατική πίεση ίση περίπου με 17 mmHg, δηλαδή ότι κάθε μοριακό διάλυμα οποιασδήποτε ουσίας που δε διασπάται σε ιόντα και ασκεί Ω.Π.=1 mOsm, ασκεί υδροστατική πίεση ίση με 17 mmHg. Αυτό σημαίνει ότι η μεταβολή της Ω.Π. κατά α mOsm θα μεταβάλλει την υδροστατική πίεση κατά αx17 mmHg. Έτσι λ.χ. αύξηση της Ω.Π. κατά 20 θα μεταβάλλει την υδροστατική πίεση στο συγκεκριμένο χώρο κατά : 20×17=340 mmHg, τιμή που είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από αυτή της αρτηριακής. ε) Υπάρχει ροή (μετακίνηση) ύδατος έως ότου εξαφανισθεί η δύναμη κλίσης μεταξύ των δύο χώρων ή μέχρι να δημιουργηθεί μεταξύ τους διαφορά υδροστατικής πίεσης που εξουδετερώνει την ωσμωτική.

Σημειώνεται τέλος ότι τα περισσότερα υγρά του οργανισμού είναι ισοωσμωτικά με τον ορό και τον ενδοκυττάριο χώρο. Σε ελάχιστα σημεία του ωστόσο διατηρείται μία ωσμωτική διαφορά ανάμεσα σε δύο χώρους, μεταξύ των οποίων σημαντικότερος είναι ο μυελός του νεφρού, όπου υπάρχει σταθερά υπερωσμωτικότητα, η οποία στοχεύει στη συμπύκνωση των ούρων.

1.5. Ωσμωτικότητα ορού – Σχέση με τα επίπεδα νατρίου, ουρίας και γλυκόζης

Η ωσμωτικότητα του ορού ισούται με το άθροισμα της ωσμωτικότητας που ασκούν όλα τα διαλυμένα σωματίδια σ’ αυτόν. Τα περισσότερα είναι άλατα νατρίου, ενώ σε μικρότερες ποσότητες υπάρχουν άλλα ιόντα, όπως και μόρια γλυκόζης και ουρίας. Η Ω.Π. που ασκούν τα ιόντα του ορού συνήθως είναι ίση με το διπλάσιο της συγκέντρωσης των ιόντων νατρίου του, όταν δεν υπάρχουν σ’ αυτόν μη φυσιολογικά σωματίδια που δρουν ωσμωτικά. Η απλοποίηση αυτή στηρίζεται στο ότι λόγω της αλληλεπίδρασης των ιόντων του ορού, μειώνεται η ελεύθερη διάσπαση του NaCI, οπότε τελικά δρα ωσμωτικά υπό μορφή ιόντων μόνο το 75% της ποσότητάς του και όχι το 100%. Έτσι το 1 mol NaCI βρίσκεται κατά 0,75 υπό μορφή CI-, κατά 0,75 υπό μορφή Νa+ και κατά 0,25 σαν ΝaCI (συνολικά : 0,75+0,75+0,25=1,75 σωματίδια -ωσμώλια- από κάθε μόριο NaCI που δρουν ωσμωτικά). Από τα παραπάνω φαίνεται ότι τα ωσμώλια που προκύπτουν από το NaCI είναι λιγότερα από τα αναμενόμενα :1,75/0,93) x Νάτριο ορού=1,88 x Νάτριο ορού
(όπου 0,93 ο όγκος κατανομής του νατρίου στον ενδαγγειακό χώρο)

Έτσι φαίνεται τελικά ότι ένα μόριο NaCI αποδίδει 1,88 σωματίδια που ασκούν ωσμωτική επίδραση. Τα υπόλοιπα 0,12 σωματίδια μέχρι τα δύο που θα έπρεπε να έδινε κάθε μόριο NaCI στον ορό, παρέχονται από τα άλατα του καλίου, ασβεστίου και μαγνησίου, τα οποία οφείλουν να καλύψουν περίπου 17 mOsmol/L (0,12×140=16,8) (όπου 140 η περιεκτικότητα του ορού σε Na+ και κάθε mEq νατρίου αντιστοιχεί σε 1 mOsmol). Φαίνεται τελικά ότι παρά τους παράγοντες που επηρεάζουν τον αριθμό των ωσμωλίων που προκύπτουν από το NaCI, τελικά μόνο ο προσδιορισμός των Na+ του ορού είναι αρκετός για την εκτίμηση της ωσμωτικότητάς του. Αυτό βέβαια δεν ισχύει σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως σε διαβητικό κώμα ή ουραιμία, όπου η γλυκόζη του ορού και η ουρία αντίστοιχα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ωσμωτικότητά του.

Η συμβολή του σακχάρου και της ουρίας στην ωσμωτικότητα του ορού υπολογίζεται από την εξίσωση 2:

mOsmol/L=mg/dlx10/Μ.Β. (2)

Έτσι η γλυκόζη που έχει Μ.Β.=180 ασκεί ωσμωτικότητα ίση με : 
mOsmol/L=Γλυκόζη ορού (mg/dl) x 10/180=Γλυκόζη ορού (mg/dl)/18
Η ουρία που έχει Μ.Β.=60 ασκεί ωσμωτικότητα ίση με : 
mOsmol/L=Ουρία ορού (mg/dl) x 10/60=Ουρία ορού (mg/dl)/6

Τελικά η ωσμωτική πίεση του ορού παρέχεται από την εξίσωση 3 :

Ω.Π. ορού =2xNa+ ορού + Γλυκόζη/18 + Ουρία/6 (3)

Βέβαια δραστική είναι η ωσμωτικότητα που ασκείται από σωματίδια που παραμένουν μέσα σε κάποιο χώρο. Επειδή όμως η ουρία δεν είναι τέτοιο μόριο (διαχέεται διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών και στον ενδοκυττάριο χώρο), η εξίσωση 3 τροποποιείται ως εξής :

Ω.Π. ορού =2xNa+ ορού + Γλυκόζη/18 (4)

Όμως φυσιολογικά η γλυκόζη του ορού υπολογίζεται ότι ασκεί πολύ μικρή Ω.Π. ([80-120]/18=4,4-5,2 mOsmol/L), οπότε η εξίσωση 4 γίνεται ως εξής :

Ω.Π. ορού =2xNa+ ορού = 2x(137-142)=274-284 mOsmol/L (5)

Βέβαια πρέπει να υπογραμμιστεί ότι η υπεργλυκαιμία επηρεάζει τα επίπεδα της Ω.Π. του ορού, όχι τόσο λόγω αύξησης της γλυκόζης του ορού, αφού αυτή δε διέρχεται ελεύθερα δια των κυτταρικών μεμβρανών, όσο λόγω της αφυδάτωσης που προκαλείται εξ αιτίας της ωσμωτικής διούρησης. 

1.6. Ωσμωτικό χάσμα

Ο άμεσος προσδιορισμός της Ω.Π. του ορού είναι απαραίτητος μόνο όταν θεωρείται ότι η υπολογιζόμενη ωσμωτικότητα είναι διαφορετική από την προσδιοριζόμενη. Έτσι προκύπτει ο όρος ωσμωτικό χάσμα που αποτελεί τη διαφορά ανάμεσα στη μετρούμενη Ω.Π. και στην υπολογιζόμενη. Φυσιολογικά το ωσμωτικό χάσμα πρέπει να είναι μικρότερο από 5-10 mOsmol/L, όταν δε είναι μεγαλύτερο θεωρείται ότι υπάρχει στον ορό κάποιο μόριο που δρα ωσμωτικά. Σε δύο περιπτώσεις μπορεί να υπάρχει το ωσμωτικό χάσμα : α) Όταν υπάρχουν στον ορό εξωγενή σωματίδια, που δεν είναι δυνατό να προσδιοριστούν, αν και ασκούν ωσμωτική επίδραση και β) όταν μειώνεται η περιεκτικότητα του ορού σε ύδωρ, λόγω του ότι υπάρχει σ’ αυτό μεγαλύτερη συγκέντρωση λευκωμάτων (μυέλωμα) ή λιπιδίων. Εξωγενή μόρια που αυξάνουν το ωσμωτικό χάσμα είναι η μαννιτόλη, η αιθανόλη, η σορβιτόλη, η γλυκίνη, η γλυκερόλη, η αιθυλενογλυκόλη κ.ά., οι οποίες όπως είναι εύλογο είναι αδύνατο να εκτιμηθούν κατά τον προσδιορισμό της ωσμωτικότητας από κάποιο μαθηματικό τύπο.

1.7. Τονικότητα

Ο όρος τονικότητα υποδηλώνει την επίδραση που ασκεί ένα υγρό διάλυμα πάνω στον κυτταρικό όγκο. Η υπερτονικότητα του εξωκυττάριου χώρου που προκαλείται από αύξηση της συγκέντρωσης σωματιδίων, τα οποία δεν διέρχονται τις κυτταρικές μεμβράνες, προκαλεί κυτταρική αφυδάτωση. Αντίθετα η υποτονικότητα που προκαλείται από μείωση της συγκέντρωσης μορίων στον εξωκυττάριο χώρο, χαρακτηρίζεται από κυτταρικό οίδημα. Δηλαδή τελικά η τονικότητα και η ωσμωτικότητα δεν είναι συνώνυμα. Έτσι είναι δυνατό να υπάρχει υπερωσμωτικότητα χωρίς υπερτονικότητα, όπως λ.χ. σε ασθενή με αυξημένη ουρία ορού είναι αυξημένη η ωσμωτικότητα και φυσιολογική η τονικότητα. Η υποωσμωτικότητα όμως συνοδεύεται πάντοτε από υποτονικότητα.

Η τονικότητα και η ωσμωτικότητα αναφέρονται και στα ενδοφλέβια διαλύματα. Έτσι ισότονο είναι το διάλυμα που είναι ισοωσμωτικό με τον ορό, το οποίο βέβαια δεν προκαλεί αιμόλυση, ούτε και κυτταρική αφυδάτωση. Όμως ένα ισότονο διάλυμα δεν είναι απαραίτητο να είναι ισοωσμωτικό. Λ.χ. το ισότονο διάλυμα γλυκόζης (5%) δεν είναι ισοωσμωτικό, αφού μετά τη χορήγησή του, η γλυκόζη μεταβολίζεται και παραμένει μόνο ο διαλύτης, δηλαδή το ύδωρ. Η τονικότητα λοιπόν ενός διαλύματος εξαρτάται από την περιεκτικότητά του σε κατιόντα, τα οποία όταν είναι περίπου ίσα με 150 mEq/L είναι ισότονο με τον ορό, ενώ είναι υπότονο όταν είναι λιγότερα.

Συμπερασματικά φαίνεται ότι η τονικότητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση των μορίων ή ιόντων που επιδρούν ωσμωτικά και υπολογίζεται από την εξίσωση 6 : 

Τονικότητα =2xΝα + Γλυκόζη/18 (6)

Συνήθως η μεταβολή της τονικότητας παριστάνει διαταραχή της ενδο- και εξωκυττάριας περιεκτικότητας σε ύδωρ και ειδικότερα η αύξησή της υποδηλώνει σχετική αφυδάτωση, ενώ η μείωσή της υπερυδάτωση. Η διαφορά της τονικότητας από την ωσμωτικότητα είναι ότι η δεύτερη μπορεί να είναι σαφώς μεγαλύτερη εξ αιτίας της παρουσίας μορίων τα οποία δεν διέρχονται τις κυτταρικές μεμβράνες (αλκοόλη, μαννιτόλη) και προκαλούν μετακίνηση ύδατος εκατέρωθεν αυτών. Άρα η μεταβολή της τονικότητας συνοδεύεται από μετακίνηση ύδατος, όχι όμως και η μεταβολή της ωσμωτικότητας.

1.7. Ρύθμιση του όγκου έναντι της ωσμωρύθμισης

Όπως αναφέρθηκε κάθε χώρος έχει τη δική του κύρια δραστική ωσμωτική ουσία. Έτσι ο ενδοκυττάριος έχει τα άλατα του καλίου και ο εξωκυττάριος τα άλατα του νατρίου. Η ωσμωτικότητα λοιπόν του ορού προσδιορίζεται από τη σχέση που υπάρχει μεταξύ των ωσμωλίων και του ύδατος, ενώ ο εξωκυττάριος όγκος υγρών προσδιορίζεται από την απόλυτη ποσότητα του νατρίου και του ύδατος του χώρου αυτού. Απλό παράδειγμα αποτελεί κάθε ένας που εργάζεται ή ασκείται σε θερμό περιβάλλον, όπου παρουσιάζει σημαντική απώλεια ύδατος. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε αύξηση της ωσμωτικότητας του ορού και της συγκέντρωσης του νατρίου και σε μείωση του εξωκυττάριου όγκου υγρών.

Μεταβολές στην ωσμωτικότητα του ορού που καθορίζονται βασικά από τη συγκέντρωση του νατρίου του, γίνονται αντιληπτές από ωσμωϋποδοχείς που βρίσκονται στον υποθάλαμο. Αυτοί καθορίζουν την προσλαμβανόμενη και την αποβαλλόμενη ποσότητα ύδατος, διαμέσου τροποποίησης του αισθήματος της δίψας και απελευθέρωσης της ADH αντίστοιχα. Η αυξημένη έκκριση της τελευταίας αυξάνει την επαναρρόφηση του ύδατος και την ωσμωτικότητα των ούρων, διαμέσου αύξησης της διαπερατότητας των αθροιστικών σωληναρίων σ’ αυτό. Σημειώνεται ότι η ωσμωρύθμιση πετυχαίνεται με μεταβολή στο ισοζύγιο του ύδατος.

Η ρύθμιση του όγκου στοχεύει στη διατήρηση φυσιολογικής της άρδευσης των ιστών. Οι ανεξάρτητοι ρόλοι της ωσμωρύθμισης και της ρύθμισης του όγκου φαίνονται στα παρακάτω παραδείγματα :

α) Η αύξηση της ωσμωτικότητας του ορού μετά από άσκηση κατά τη διάρκεια μιας ζεστής ημέρας, διεγείρει την έκκριση ADH και το αίσθημα της δίψας. Η ADH αυξάνει την επαναρρόφηση του ύδατος, το οποίο κατακρατείται στους νεφρούς, με αποτέλεσμα να επανέρχεται στην κυκλοφορία και να αποκαθιστά τον όγκο που χάθηκε. Η υποογκαιμία επίσης διεγείρει τον άξονα ρενίνης-αγγειοτασίνης-αλδοστερόνης (ΡAA), με αποτέλεσμα την έκκριση αλδοστερόνης (ALD) και τη μείωση της αποβολής νατρίου δια των νεφρών. Η τελικά σε υπερωσμωτικές καταστάσεις με μείωση του ενδαγγειακού όγκου τα ούρα γίνονται πυκνά και περιέχουν πολύ μικρές ποσότητες νατρίου.

β) Η απελευθέρωση ADH και η διέγερση της δίψας δεν επηρεάζονται από την χορήγηση ισότονου διαλύματος NaCI, αφού με τον τρόπο αυτό δεν μεταβάλλεται η ωσμωτικότητα του ορού. Σε αυτήν την κατάσταση ενεργοποιείται μόνο η ρύθμιση του όγκου (λόγω της διαστολής του), οπότε μειώνεται η έκκριση της ALD και αυξάνεται αυτή του νατριουρητικού πεπτιδίου (ΑNP). Η χορήγηση ημιισότονου διαλύματος NaCI προκαλεί υποωσμωτικότητα και διάταση του εξωκυττάριου χώρου. Έτσι τα επίπεδα της ADH και της ρενίνης μειώνονται και η έκκριση του νατριουρητικού πεπτιδίου αυξάνεται (Πίνακας 1). Σε υποωσμωτικότητα και διαστολή του ενδαγγειακού χώρου, τα επίπεδα της ADH και της ρενίνης μειώνονται και αυξάνεται η έκκριση του ANP.

Πίνακας 1 : Διαφορές μεταξύ ωσμωρύθμισης και ρύθμισης του όγκου

1.8. Παράγοντες που ρυθμίζουν την ωσμωτικότητα του ορού

Η υπερ- και η υποωσμωτικότητα μπορούν να προκαλέσουν έντονη συμπτωματολογία από το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ) και να επιφέρουν ακόμη και τον θάνατο, ο οποίος βασικά οφείλεται αντίστοιχα στη μετακίνηση του ύδατος από το εσωτερικό των εγκεφαλικών κυττάρων προς τα έξω και αντίστροφα. Για να μη συμβαίνει αυτό εύκολα, η ωσμωτικότητα του ορού ρυθμίζεται και διατηρείται μέσα σε πολύ στενά όρια, διαμέσου κατάλληλων μεταβολών στην πρόσληψη και απέκκριση του ύδατος. Το σύστημα αυτό κατευθύνεται από ωσμωϋποδοχείς που βρίσκονται στον υποθάλαμο, οι οποίοι επηρεάζουν τη δίψα και την έκκριση της ADH.

Αν και φαίνεται ότι η ρύθμιση του νατρίου του ορού σχετίζεται κατά κάποιο τρόπο με το ισοζύγιό του, η ωσμωρύθμιση σχεδόν εξ ολοκλήρου γίνεται διαμέσου του ισοζυγίου του ύδατος. Έτσι η ωσμωρύθμιση που γίνεται διαμέσου της ADH και της δίψας, διαφέρει σημαντικά από τους παράγοντες που ρυθμίζουν το δραστικό όγκο, που είναι το σύστημα ΡΑΑ και το ANP, τα οποία επηρεάζουν την απέκκριση του νατρίου.

Φυσιολογικά η Ω.Π. του ορού κυμαίνεται από 275-300 mΟsmol/L. Συνήθως διατηρείται μέσα σε στενά όρια με μία διακύμανση 1-2%, διαμέσου μηχανισμών που την επαναφέρουν στα φυσιολογικά επίπεδα. Αυτές οι μεταβολές της ωσμωτικότητας γίνονται αντιληπτές από υποδοχείς που βρίσκονται στον υποθάλαμο και οι οποίοι επηρεάζουν την πρόσληψη του νερού (διαμέσου της δίψας) και το ρυθμό αποβολής του (διαμέσου της ADH).

Σε περιπτώσεις φόρτισης με ύδωρ, η Ω.Π. του ορού μειώνεται και αυξάνεται δια των νεφρών η αποβολή του, ενώ υπάρχει παράλληλα μεταβολή (μείωση) της συγκέντρωσης του νατρίου του ορού. Ειδικότερα ο οργανισμός σε τέτοιες περιπτώσεις καταστέλλει την έκκριση ADH, με αποτέλεσμα τη μείωση της επαναρρόφησης του ύδατος στα αθροιστικά σωληνάρια και την απέκκριση της επιπλέον ποσότητάς του. Η μέγιστη διούρηση εμφανίζεται μετά από 90-120 min, χρόνος που είναι απαραίτητος για να ολοκληρωθεί η επίδραση της ADH που υπήρχε προηγουμένως στην κυκλοφορία.

Σε αντίθεση με τα παραπάνω η αποκατάσταση μιας υπερωσμωτικής κατάστασης χρειάζεται την πρόσληψη ύδατος και την κατακράτησή του από τον οργανισμό. Αυτό πετυχαίνεται με αύξηση του αισθήματος της δίψας και με έκκριση ADH, όπου βέβαια η δίψα είναι ο βασικότερος προστατευτικός παράγοντας. Αν και οι νεφροί μπορούν να περιορίσουν την απέκκριση του ύδατος λόγω επίδρασης της ADH, ένα έλλειμμα ύδατος μπορεί να διορθωθεί και με αύξηση της πρόσληψής του.

3. Βιβλιογραφία

Arieff AI. Osmotic failure : physiology and strategies for treatment. Hosp Pract 1988; 23: 173-194.

de Rouffignac C, Di Stefano A, Wittnes M et al. Consequences of differential effects of ADH and other peptide hormones on thick ascending limb of mammalian kidney. Am J Physiol 1991; 260: R1023-R1030.

Ελισάφ Μ, Σιαμόπουλος ΚΧ. Ωσμωτικότητα του ορού. Η αξία του προσδιορισμού στην κλινική πράξη. Ελληνική Νεφρολογία 1992; 4: 261-266.

Hays RM. Cellular and molecular events in the action of antidiuretic hormone. Kidney Int 1966; 49: 1700-1705.

Maack T. Role of atrial natriuretic factor in volume control. Kidney Int 1996; 49: 1732-1737.

Sands JM, Schrader DC. An independent effect of osmolality on urea transport in rat terminal inner medullary collecting ducts. J Clin Invest 1991; 88: 137-142.

Shore AC, Markandu ND, Sagnella GA, et al. Endocrine and renal response to water loading and water restriction in normal man. Clin Sci 1988; 75: 171-174.

Zerbe RL, Robertson GL. Osmoregulation of thirst and vasopresin secretion in uman subject of various solutes. Am J Physiol 1983; 244: E607-E614.