Что такое изотоники: для чего нужны и как принимать — Советы действующего тренера

Содержание

Что такое изотоники? Какие спортивные напитки бывают? Можно ли сделать изотоник своими руками? — ЗОЖ Daily — Блоги

Во время тренировок и соревнований организм теряет с потом воду и микроэлементы. Гидратация – восполнение потерь – помогает избежать судорог, гипонатриемии, головных болей и добиться максимальных результатов. Пищевые добавки уже прочно вошли в спорт, поэтому сегодня поговорим о спортивных напитках – изотониках.

Какие вообще виды напитков бывают

С точки зрения спорта и утоления жажды все напитки можно разделить на несколько групп:

Гипотоники – в них содержание сахара и солей ниже, чем в крови человека. К гипотоникам относятся обычная или газированная вода, холодный чай, безалкогольное пиво. Они быстро восполняют потребности организма в воде, но не ликвидируют дефицит минералов и сахара в крови. Поэтому подходят для непродолжительных тренировок до 1 часа.
Изотоники – с сопоставимой концентрацией сахаров и солей. Они подходят тем, кто проводит интенсивные или продолжительные (более 1 часа) тренировки, и позволяют восполнять уходящие с потом минералы, а также поддерживать необходимый уровень сахара в крови.
Гипертоники – напитки с повышенным содержанием углеводов (иногда и электролитов). Они не должны заменять привычные спортивные напитки или воду, но позволяют в случае продолжительных и интенсивных тренировок и соревнований (например, более 2 часов) быстро восполнить запасы гликогена, особенно на жаре. К гипертоникам относятся энергетические напитки, фруктовые соки, сладкая газировка (например, кока-кола).

Мы не будем рассматривать случаи коротких тренировок, где гидратация не так критична, и соревновательных дистанций более 2 часов, где важен индивидуальный подход (об этом читайте в нашей специальной статье), и остановимся на изотониках – спортивных напитках, которые вы можете купить в магазине или приготовить самостоятельно дома.

Что такого важного содержится в изотонике?

Безусловно, самый важный элемент изотоника – вода. Во-первых, наше тело на 60 % состоит из воды. Во-вторых, потеря уже 2 % жидкости в жаркую погоду (больше 30° С) приводит к снижению работоспособности. Дальнейшие потери воды организмом могут привести к судорогам, тепловым ударам и прочим неблагоприятным последствиям.

Также продолжительные тренировки приводят к исчерпанию гликогена в мышцах и печени и падению уровня сахара в крови. Поэтому изотоники содержат

быстрые углеводы, которые хорошо усваиваются организмом даже во время забега или гонки. Оптимальным считается дополнительное потребление 30-60 грамм углеводов в час.

При длительных нагрузках с потом мы теряем важные минералы и микроэлементы, в первую очередь, соли. Поэтому в состав изотоника входит натрий. Снижение концентрации натрия в крови приводит к гипонатриемии. В легкой форме гипонатриемия может привести к снижению мозговой активности, болям в голове, тошноте и потери координации, а в тяжелой – к судорогам и даже коме. Особенно важно контролировать концентрацию натрия в крови для марафонцев и спортсменов, соревнующихся более 2 часов:

Для соревнований продолжительностью 2-3 часа рекомендуется употребление 0,5-0,7 г натрия на литр жидкости.
Для ультрадистанций – 0,7-1,2 г натрия на литр.

Помимо этого натрий способствует усвоению питательных веществ в кишечнике и поддерживает когнитивные функции, передачу нервных импульсов и сокращение мышц, поэтому он жизненно важен для спортсменов.

Из других ключевых минералов, которые должен содержать изотоник, необходимо выделить магний, калий и кальций.

Калийучаствует в регуляции кровотока и предотвращает судороги; его дефицит приводит к повышенной утомляемости, что особенно критично на дистанции. Также минерал регулирует баланс жидкости в организме и облегчает передачу нервных импульсов в мышцах.

Магнийнеобходим для расслабления мускулатуры и предотвращает судороги во время продолжительных тренировок. Минерал содержится во внутриклеточной жидкости и участвует в более чем 300 биохимических реакциях организма. Магнием богаты листовые овощи (особенно темно-зеленые), фрукты, орехи и цельнозерновые продукты.

Кальций более важен в суточном рационе для здоровья костей, так как его потери с потом не критичны.

Взрослому человеку рекомендуется употреблять 1-1,2 г кальция в сутки.

При правильной и сбалансированной диете спортсмены не должны испытывать дополнительной потребности в витаминах, поэтому полный пакет всех групп A, B, C, D и пр. на этикетке изотоника – не более чем маркетинговый ход. Их концентрация не будет значительной и особой пользы не принесет. В первую очередь обращайте внимание на концентрацию углеводов и солей, оптимальную конкретно под ваши потребности.

Когда именно стоит прибегать к употреблению изотоников?

Исследования утверждают, что двухпроцентное обезвоживание при холодных (5–10 °С) и умеренных (около 20 °С) температурах допустимо и не должно влиять на производительность атлета и угрожать здоровью. Однако при выполнении упражнений на жаре (при температуре свыше 30 °С) потеря более 2 % жидкости приводит к снижению работоспособности и повышает риск теплового удара.

Поэтому, если вы выполняете продолжительную тренировку (более 1 часа) в жарком климате или под открытым солнцем, обязательно берите с собой воду, а лучше – спортивный напиток.

Проверить скорость обезвоживания можно, измерив свой вес до и после тренировки: это позволит вам рассчитать индивидуальные потребности в жидкости.

Учитывайте, что вы должны пить жидкости в объеме, не превышающем потоотделение. Согласно рекомендациям Международной ассоциации медицинских работников на марафонах – 400-800 мл в час.

Не забывайте, что потребление жидкостей при занятиях спортом должно происходить до, во время и после тренировки, а не только тогда, когда вы уже почувствовали жажду.

Можно ли сделать изотоник своими руками?

Да, можно. Самый простой способ – смешать в пропорции 1:1 минеральную воду и фруктовый сок, например, апельсиновый. Сок содержит необходимый сахар (быстрые углеводы), а минералка – соли.

Второй способ – более скрупулезный. На 1 литр готового продукта вам понадобится:

930 мл минеральной воды (с содержанием натрия 600 мг на литр),
70 мл фруктового сиропа (также подойдет сладкое варенье),

20 г мальтодекстрина (если нет, то просто увеличьте концентрацию фруктового сиропа),
1,5 г соли (щепотка).

В полученном напитке будет достигнута необходимая концентрация углеводов и натрия.

Третий – на основе регидрона. Регидрон – аптечный препарат, который отпускается без рецепта. В одном пакетике регидрона содержится 3,5 г хлорида натрия, 2,9 г цитрата натрия и 2,5 г хлорида калия. Обратите внимание, что в регидроне отсутствует магний, поэтому его придется добавить дополнительно.

Как приготовить изотоник на основе регидрона:

500 мл воды
2 выжатых лимона
3 столовые ложки меда или варенья
1 пакетик регидрона

Своевременное и правильное восполнение воды и минералов в организме – ключ к успеху на соревнованиях. Также это вопрос сохранности здоровья при продолжительных занятиях или нагрузках в жару.

Магазинные изотоники хороши тем, что в них, как правило, сбалансировано содержание необходимых микроэлементов. Однако приготовить изотоник своими руками не так уж сложно, тем более, что за время тренировок вы всегда сможете оценить свои ощущения и скорректировать рецептуру к соревнованиям.

Фото: unsplash.com/Andy Hall, John McArthur, quokkabottles, Capstone Events, Element5 Digital, Nigel Msipa; pexels.com/Anna Shvets

Что такое изотонические напитки? » Премьер Фитнес Консалтинг

В медицинской практике слово «изотонический» или «изоосмотический» обозначает свойства и качества жидкости, имеющей осмотическое давление плазмы крови. Осмотическое давление — это процесс, при котором две различных жидкости разделенных перегородкой (проницаемой мембраной) будут переходить одна в другую за счет разницы в осмотическом давлении. Замечу, что в человеческом организме роль подобных перегородок играют клеточные мембраны. Так вот все жидкости, которые по своему химическому составу схожи с плазмой крови не нарушают осмотическое давление крови и тем самым не изменяют здоровую концентрацию плазменных электролитов. Это качество широко используется при изготовлении медицинских лекарств.

Как изотонические напитки применяются в спорте и фитнесе? Очень просто. При достаточно интенсивной физической нагрузке человеческий организм теряет большое количество жидкости в моменты потоотделения. Пот и моча имеют более низкое осмотическое давление, чем плазма крови, но вместе с ними мы теряем значительный объем электролитов (необходимых солей). Результатом такой потери будет рост концентрации солей в плазме крови, что мешает ей правильно функционировать. Нарушаются газообменные процессы в капиллярах. Клетки начинают терять внутриклеточную жидкость – цитоплазму, что грозит нарушением многих биохимических внутриклеточных процессов. Вязкость крови возрастает и перегружает сердечнососудистую систему. Потеря 3% необходимого количества воды или жидкости приводит к резкому понижению энергетики организма и уменьшению его работоспособности. Нарушается электролитический или водно-солевой баланс.

Что же происходит? Мы усиленно пьем воду, пытаясь восполнить наши жидкостные потери. Но, как правило, полного утоления жажды не происходит, и мы продолжаем пить. Во время силовой тренировки обильное питье создает дополнительную нагрузку на сердце и печень, что не вполне правильно. Пить необходимо до тренировки и после нее, а вот вовремя интенсивного тренинга, лучше использовать изотонические напитки. Во-первых, поступающий в организм изотонический напиток обеспечивает сбалансированный состав плазмы крови. А во-вторых, изотонический состав (соли натрия и калия) напитка компенсирует потери необходимых электролитов во время потоотделения и мочеиспускания. Хотя на практике все немного по-другому.

Дело в том, что клеточная мембрана это не просто перегородка, так как даже в самой мембране протекают активные биохимические процессы. Поэтому всасывание изотонической жидкости происходит не всегда быстро и равномерно. Это, конечно, прежде всего, зависит от состава изотонического напитка. Здесь должны быть учтены не только концентрация растворенного вещества, но и его молекулярная масса. В течение интенсивной тренировки человек может потерять более литра жидкости, поэтому очень важно учитывать правильный баланс солей в изотоническом напитке для более быстрого восполнения потерь. Применяя различные изотоники, обращайте внимание на то, чтобы в составе данных напитков были учтены все вышеперечисленные свойства. Например, напиток, который содержит только мальтодекстрин, по составу идентичен плазме крови, но он не восполнит потери солей. А вот подсоленная вода выполнит эту функцию на «отлично». Отсюда мы видим, что правильно подобранный состав изотоника в большей степени обеспечит комфорт и четкое протекание электролитических процессов на фоне водно-солевого баланса. Когда вы употребляете изотонический напиток, его всасывание происходит значительно медленнее воды, что с одной стороны плохо, но попав в организм, он обеспечивает равномерное поступление богатой солями и электролитами жидкости в кровяное русло, что, несомненно, хорошо.

Состав изотоников

Современные изотонические напитки в своем химическом составе содержат соли (магний, калий, натрий), полимерные соединения глюкозы (мальтодекстрин и другие декстрины). Индустрия спортивного питания наряду с базисной основой любого изотоника, включает в его состав различные микроэлементы, комплексы витаминов, БАГи, а также подсластители, ароматизаторы и другие химические вкусовые соединения. Общая концентрация углеводов в изотоническом напитке не должна быть выше 4-5 г на 100мл.

Отмечу, что, несмотря на широкую рекламу спортивного питания, в общем, и изотонических напитков в частности, многие изотоники далеки от своего функционального назначения. Во многих напитках не соблюден правильный баланс химических соединений, а потому их употребление весьма сомнительно. Особенно тех, которые содержат в своем составе сахарины и подсластители, широко известные своей канцерогенностью. Запомните, если в составе изотоника присутствует сахарин или ацесульфам, не употребляйте такие напитки.

Присутствие полимеров глюкозы положительно влияет на восстановление гликогена в мышцах и стимулирует выработку инсулина – главного анаболического гормона. Здесь хороши все напитки, содержащие декстрины. Для интенсивного набора массы лучше использовать углеводные напитки и гейнеры, содержащие высокую концентрацию глюкозы, в сравнении с изотониками. Внимательно следите за реакцией вашего организма на изотонические напитки. Возможны различные желудочно-кишечные расстройства, аллергия, кожные дерматиты, непереносимость фруктозы, которая тоже часто фигурирует в составе напитка. Если в составе напитка есть лимонная кислота, он не подойдет для тех, у кого повышенная кислотность желудка.

Итак, подведем итог. Изотоники медленно всасываются, но равномерно действуют. Они не могут быть источником углеводов и витаминов. Лучше использовать углеводные коктейли и принимать витаминно-минеральные комплексы. Изотоники регулируют осмос крови и поддерживают водно-солевой баланс, восполняя потери необходимых солей и электролитов. Если вы задумали интенсивную и длительную кардиотренировку – изотоники то, что надо, пейте во время аэробики. Если вы находитесь в пиковой фазе вашего силового тренинга, глоток другой изотоника вместо воды тоже сработает, как положено. А в остальном: витамины, вода и белково-углеводное питание.

Внимание! У Вас нет прав для просмотра скрытого текста.

Ключевые теги: изотонический напиток, элекролиты, изотоники

ИЗОТОНИЧЕСКИЙ — это… Что такое ИЗОТОНИЧЕСКИЙ?

ИЗОТОНИЧЕСКИЙ

ИЗОТОНИЧЕСКИЙ: (греч.). Одинаково звучащий.
изотони́ческий: (гр.; см. изотония) имеющий одинаковое напряжение, давление; и-кие растворы — растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление.
изотонический: [] – имеющий одинаковое напряжение; изотонические растворы – растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление (см. осмос)

Синонимы:

ИЗОТЕРМЫ
ИЗОТРОП

Смотреть что такое «ИЗОТОНИЧЕСКИЙ» в других словарях:

изотонический — изотонный Словарь русских синонимов. изотонический прил., кол во синонимов: 2 • изоосмотический (2) • … Словарь синонимов
ИЗОТОНИЧЕСКИЙ — Буквально – равной напряженности. Следовательно, изотоническое сокращение – это то, при котором наблюдается равная напряженность мышцы во время движения, как это происходит при простом подъеме руки: изотонический раствор – тот, в котором… … Толковый словарь по психологии
изотонический — изотонический, изотоническая, изотоническое, изотонические, изотонического, изотонической, изотонического, изотонических, изотоническому, изотонической, изотоническому, изотоническим, изотонический, изотоническую, изотоническое, изотонические,… … Формы слов
изотонический — изотон ический … Русский орфографический словарь
изотонический — … Орфографический словарь русского языка
Изотонический — (греч. isos tonos – тонус, напряжение) – 1. равное напряжение мышцы во время движения; 2. солевой раствор, в котором осмотическое давление в нём и находящихся в нём клетках является одинаковым … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике
ИЗОТОНИЧЕСКИЙ — (isotonic) 1. Данный термин используется для описания растворов, имеющих одинаковое осмотическое давление. См. Осмос. 2. Данный термин используется для описания мышц, имеющих одинаковый тонус … Толковый словарь по медицине
Изотонический — (isotonicus) – раствор, осмотическое давление которого равно таковому плазмы крови; 0,93% натрия хлорида, 4,5 5 % водный раствор глюкозы … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
изотонический — изо/тон/ическ/ий … Морфемно-орфографический словарь
Изотонический коэффициент — (также фактор Вант Гоффа; обозначается i) безразмерный параметр, характеризующий поведение вещества в растворе. Он численно равен отношению значения некоторого коллигативного свойства раствора данного вещества и значения того же… … Википедия

Изотоники. Размышления вслух

Сегодня речь пойдет про изотонические напитки. Многие скажут :»Еще одна статья про изотоники, которых уже и так много». Да статей много, рецептов приготовления изотоников дома тоже достаточно. В настоящей статье мы не будет повторятся и просто выскажем свои мысли на основании приобретенного опыта, все что будет написано сугубо субъективное мнение. Прислушиваться к нему или нет — выбор только читателя.

Все наверное знают, что такое изотоники и для чего они нужны? Если нет, то небольшой ликбез.

Изотоник – напиток, который поддерживает оптимальный баланс жидкости и электролитов в организме. Во время нагрузки организм теряет с потом влагу и минеральные вещества, в основном это натрий и калий. Дефицит этих веществ не только отражается на результате, но и может отрицательно повлиять на здоровье.

Особенность изотоников состоит в концентрации и соотношении веществ. Состав подобран специально для быстрого всасывания в организме. Благодаря этому, изотоники утоляют жажду быстрее и эффективнее обычной воды.

К сожалению, многие велолюбители считают, что пищевые добавки для спортсменов, достаточно вредны и небезопасны. Хотя мнение это и является ошибкой, но не лишено доли правды (об этом ниже). Итак, в общих чертах понятно что к чему.

Теперь разберемся какие на данный момент бывают изотонические напитки.

Грубо их можно разделить на три группы:

С содержание только электролитов и витаминов (солевые)
Такие изотоники предназначены исключительно для восполнения электролитов, например при длительном катании в жаркую погоду или индивидуальных особенностях организма (интенсивное потоотделение).

Углеводные с добавлением некоторых солей
Углеводные изотоники могут также содержать некоторые соли, как правило натрий или калий (или оба вместе). Предназначены для восполнения энергии с одновременным восполнением самого расходуемого электролита — натрия. Очень хороши как быстрая и доступная «жидкая энергия». Но необходимо понимать, что этот напиток не восполняет в таком же объеме электролиты как первый. Также не стоит запивать им углеводные гели, поскольку теряется весь его смысл.

Углеводно-солевые
Самый универсальный тип изотоника. Обеспечивает энергией райдера и пополняет солевой баланс организма. Стоит, естественно, дороже остальных и попадается в продаже не так часто.

При выборе типа изотоника необходимо четко понимать область его применения. Например, солевые изотоники имеют высокую концентрацию электролитов и применять их при не слишком интенсивных нагрузках в рекомендованной производителем дозах (или больше) вряд-ли стоит. Можно делить рекомендованные дозировки, например на половину или четверть, в зависимости от условий применения, и таким образом получая тот необходимый уровень пополнения минералами организма, который требуется. Как это определить? Только опытным путем и рациональным подходом. Самое банальное, если вы знаете, что поездка средней сложности и нагрузка будет небольшая, то можно разбавить изотоник от рекомендованного в 2 раза либо обойтись вообще простой водой. Наш опыт показывает, что такой рациональный подход позволит избежать избытка солей в организме, что также плохо, как и их недостаток.

Если погода не жаркая, то можно воспользоваться чисто углеводными вариантами, которые частично избавят вас от необходимости добавлять в организм углеводы другими способами, при этом они быстро усваиваются

Углеводно-солевые изотоники, как было сказано выше, можно использовать как универсальное решение, а также если углеводные гели и батончики используются не так интенсивно или не используются вообще. Далее, вы вольны выбирать то, что подходит вам.

Что по производителям?

Производителей спортивного питания довольно много. Если говорить о тех, которые на слуху и обладают адекватной ценой, то из отечественных можно выделить АРЕНА и POWERUP, из зарубежного SIS, HIGH5, Nutrend, Nutrixxion, PowerBar. Если сомневаетесь, спросите у продавца, как правило они сами им пользуются или могут подсказать, что вам больше подойдет

И на последок итоги…

Спортивное питание потому и называется спортивным, что его необходимо употреблять во время занятий спортом, когда идет более интенсивный расход энергии и электролитов. Потребление спортивного питания вместо обычного рациона может обернутся проблемами с организмом или даже ухудшением здоровьем. Поэтому призываем вас использовать рациональный подход к выбору того или иного спортивного питания, в частности изотоников, и не искать в нем панации от своего плохого катания. Спортпит помогает, но не делает всю работу за вас.

Статья написана для сайта pridevs.ru. При использовании данного материала, ссылка на первоисточник обязательна.

Изотоники, гипотоники и гипертоники: какие бывают напитки. Обзор спортивных напитков | by Renat Shagabutdinov

Классификация по концентрации углеводов

Исследования показывают, что концентрация в 8–10% углеводов в напитке идеальна с точки зрения скорости усвоения. Такая жидкость попадает в кровь так же быстро, как вода, но обеспечивает вас энергией. Именно такие напитки и называются изотониками.

Напитки с концентрацией глюкозы выше 10% (гипертоники — соки, газированная вода, углеводные гели — даже те, что называются изотоническими) усваиваются дольше и не так эффективны с точки зрения скорости гидратации. Их нужно разбавлять, если вы хотите употреблять их на тренировках. Восстановительные напитки, которые пьют после тренировок, как правило, тоже гипертоники. Чтобы гипертоник, например углеводный гель, начал поступать из желудка в кишечник, его нужно разбавить водой, и для этого жидкость начинает поступать из кишечника в желудок, что замедляет усвоение. Так что лучше гели, даже изотонические, запивать водой и брать на тренировки гипотонические или изотонические напитки с невысокой концентрацией углеводов.

Напитки с содержанием углеводов до 8% — гипотоники. Осмотическое давление (всасывание) гипотонических напитков меньше, чем крови. Они усваиваются еще быстрее, чем изотоники. Сделать из изотоника гипотоник можно, если растворить его в большем объеме воды, чем указано в инструкции по применению (если у вас изотоник не готовый в бутылке, а в порошке или таблетках). Например, растворить рекомендованную порцию порошка в 750 мл воды, а не в 500 мл.

Где брать напитки

— Делать спортивные напитки самостоятельно.

— Покупать готовые напитки (Powerade, Gatorade, Isostar или других брендов) в бутылках (обращайте внимание на количество сахара — обычно его довольно много, что может быть и минусом, и плюсом, например, можно обойтись без гелей на достаточно длинной тренировке).

—Покупать порошки или растворимые таблетки и готовить раствор самостоятельно. Таких напитков очень много и в таблетках (GU, Isostar, High5 и другие бренды), и в порошках (можете купить препарат «Регидрон» в любой аптеке — обойдется дешевле; кроме того, спортивные напитки в порошках есть почти у всех производителей спортивного питания; изучайте состав, они бывают более или менее сладкими, с аминокислотами и без).

Таблетки особенно удобны, если вы путешествуете и в месте назначения жарко, а купить готовый спортивный напиток негде.

Обзор напитков

Эта таблица — обзор напитков, который я готовил для книги “Заряжен на 100%”. Отдельно таблицу можно найти по ссылке.

Смотрите также

Что пить во время пробежек разной длительности

Кокосовая вода как спортивный напиток. Рекламные обещания и факты

Гипонатриемия. Почему страшна не нехватка воды, а нехватка натрия

Питание во время гонки (полумарафона или марафона)

Изотоники и спортивные напитки

Что такое изотоники, зачем они нужны и как они связаны со спортивными напитками.

Что такое изотоник?

Ответ на вопрос содержится уже в названии «изотоник». Есть такое понятие в медицине как «тоничность растворов», если не лезть в научные дебри, то «тоничность» — это величина, показывающая разницу между давлением, которое оказывает раствор на стенки сосудов, и давлением плазмы крови на те же самые сосуды. «Изо» (от латинского «iso») — равный, значит «изотонический раствор» — это раствор, который оказывает на сосуды такое же давление, как и плазма крови. Самый известный в народе изотоник — это 0.9% раствор поваренной соли, то есть физраствор. К слову 4.5% раствор глюкозы также простой изотоник. Всё просто!

Зачем спортсменам пить изотоники?

Любая тренировка или соревнование вызывает потоотделение, за шахматы не ручаюсь, но в циклических видах спорта точно — кровь становится гуще, что увеличивает нагрузку на сердце.

Выделение %2 пота от массы тела существенно снижает эффективность тренировки, а потеря 7% даже вызывает галлюцинации. Чтобы сохранить нормальную плотность крови необходимо постоянно пить жидкости — в общем случае воду.

Все пробовали пот на вкус? Пот солёный, а значит с ним тело теряет и определенное количество минеральных веществ, за счет которых мышцы и нервные волокна проводят ток. Вещества проводящие ток называются электролитами, и с их потерей мышцы (в том числе сердце) сокращаются хуже. Критическое падение концентрации магния в растворе крови, например, вообще может вызывать судороги. Поэтому при длительной физической нагрузке для восстановления солевого баланса в организме лучше употреблять растворы содержащие соли калия, магния и кальция, а не обычную пресную воду.

Изотоники и «спортивные напитки»

Чтобы убить сразу двух зайцев, поддержать состав крови и восполнить энергетические запасы, в минеральную воду добавляют углеводы и витамины. Чтобы раствор оставался изотоничным плазме крови разные производители спортивных напитков используют разные пропорции солей и углеводов, кто-то еще добавляет красители, кто-тоароматизаторы и вспомогательные вещества, но суть всегда одна и та же: вода + электролиты + глюкоза. Часто как вспомогательные вещества используют:

Витамины — добавляют как катализаторы и ингибиторы различных обменных процессов организма;
Кофеин для добавления тонизирующего эффекта.
Креатин и глютамин — для улучшения силовых показателей мышц;
L-карнитин для более интенсивного жиросжигания;

В зависимости от вида спорта, типа тренировки и индивидуальных особенностей человека можно подобрать более удачный вариант спортивного напитка — главное внимательно читать состав на упаковке.

Как пить изотоники?

Вещества содержащиеся в спортивном напитке не сразу попадают в кровь, сначала они проходят по пищеварительной системе, поэтому чтобы поддерживать баланс в организме уже со старта, изотоники надо начинать употреблять за полчаса-часдо начала соревнований или тренировки. Во время непосредственно самой нагрузки изотоники как и воду стоит пить равномерно на всей дистанции, по паре глотков еще до наступления жажды.

Мы предлагаем вам большой ассортимент спортивного питания для улучшения качества ваших тренировочных нагрузок и просто для хорошего самочувствия : https://skibike.ru/catalog/sportivnoe_pitanie/

Ждем вас в наших магазинах:

г. Тюмень, ул. Комсомольская, 75

тел. +7 (3452) 348-348

г. Тюмень, ул. Олимпийская, 6А

тел. +7 (3452) 36-46-68

Спортивные напитки

Спортивные напитки служат в качестве источника углеводов и используются для притока энергии перед тренировкой и для поддержания уровня воды в организме во время самого процесса тренировки. К сожалению, с модой на здоровый образ жизни производители спортивного питания схватили быка за рога, и теперь на рынке существует куча товаров, которые, тем или иным образом, обещают вам приток энергии.

В индустрии спортивных напитков больше специальных терминов (изотоники, гипотоники, гипертоники, регидроны и т.д.) и жаргона, чем в любом другом направлении спортивного питания. Те, кто только задался вопросом использования функциональных жидкостей в своих тренировках или соревнованиях могут погрязнуть в огромном количество непонятных слов. Есть ли, действительно, разница между ними?

Существует три основных вида спортивных напитков: изотонические, гипотонические и гипертонические, которые более известны как напитки для энергии, гидратации и восстановления.

Какой тип напитков наиболее подходящий?

Изотоники. Быстро замещают потерю жидкости вызванную потоотделением и дают приток углеводов. Эти напитки выбор для большинства атлетов – бегунов на средние и длинные дистанции. Глюкоза наиболее предпочитаемый тип энергии для человеческого тела, поэтому вполне разумно потреблять изотоники с высокой концентрацией глюкозы (High Five, SiS Go, Boots, Lucozade Sport)

Гипотоники. Восполняют потерю жидкости. Подходят для атлетов, которые нуждаются в простом восполнении жидкости без добавления углеводов; к примеру, жокеи или гимнасты.

Гипертоники. Часто используются в качестве ежедневной послетренировочной порции в целях восполнения запасов гликогена. В супер-дистанциях, где необходимы большие энергозатраты, гипертоники могут употребляться во время упражнений. Если выпивать подобные напитки во время упражнений следует добавлять изотоники дабы запас потерянной воды восполнялся.

Что такое изотоник

Любая тренировка или соревнование вызывает потоотделение, за стрельбу из лука и шахматы не ручаюсь, но в циклических видах спорта точно — кровь становится гуще, что увеличивает нагрузку на сердце. Если верить материалам из интернета, выделение %2 пота от массы тела существенно снижает эффективность тренировки, а потеря 7% даже вызывает галлюцинации. Чтобы сохранить нормальную плотность крови необходимо постоянно пить жидкости — в общем случае воду.

Для того, чтобы заставить мышцы сокращаться организму нужна энергия. Что у чистой воды, что у минеральной калорийность нулевая, а это означает, что из воды пищеварительная система организма энергию получить не сможет. Чтобы убить сразу двух зайцев, поддержать состав крови и восполнить энергетические запасы, в минеральную воду добавляют углеводы и витамины. Чтобы раствор оставался изотоничным плазме крови разные производители спортивных напитков используют разные пропорции солей и углеводов, кто-то еще добавляет красители, кто-то ароматизаторы и вспомогательные вещества, но суть всегда одна и та же: вода + электролиты + глюкоза. Часто как вспомогательные вещества используют:

Витамины — добавляют как катализаторы и ингибиторы различных обменных процессов организма;
Кофеин для добавления тонизирующего эффекта.
Креатин и глютамин — для улучшения силовых показателей мышц;
L-карнитин для более интенсивного жиросжигания;

Гипотонические напитки («гипотоники»)

Гипотоники это напитки, которые имеют очень низкую концентрацию веществ, поэтому они быстро всасываются. Они используются для регидратации и помогают быстро избавиться от усталости без большой дозы углеводов. Их предпочитают огромное количество спортсменов, например, гимнасты или жокеи.

Гипотоники просто содержат электролиты, натрий и калий, для возмещения жидкости и солей, который Вы с потом теряете во время тренировок. Некоторые из них имеют небольшие дозы углеводов. Если Вы испытываете обезвоживание, то увеличивается частота сердечных сокращений, замедляется время реакции и снижается общая производительность.

При езде меньше часа гипотоники Вам не нужны, а соль и ароматизаторы будут стимулировать пить больше жидкости. Старайтесь выпивать 125 мл (небольшой стакан воды) каждые 15 минут.

Если предстоит длинная дистанция, то выбирайте изотоники.

Гипертонические напитки («гипертоники»)

Гипертоники используются в качество восстанавливающих напитков, так как имеют более высокую концентрацию углеводов (обычно около 10%). Они применяются в качестве дополнения к Вашему ежедневному потреблению углеводов, а иногда используются при езде не очень длинные расстояния, но только в сочетании с гипотоническими напитками. Они помогают поднять запасы гликогена в мышцах после тренировки.

Гипертоники не следует использовать во время обычных тренировок, так как они «тянут» воду в кишечнике и усваиваются очень медленно.

Многие восстанавливающие напитки разрабатываются с добавлением белка (соя, сыворотка или казеин) для восстановления мышц с пополнением запаса углеводов. Соотношение углеводов и белков 3:1 является лучшим в восстановительный период.

Опасно ли пить изотоники

Изотоники промышленного производства зачастую содержат красители и консерванты, в умеренных дозах они не нанесут вреда организму, по крайней мере не больше чем Fanta или Coca-Cola. Однако в практике были зарегистрированы случаи аллергической реакции на спортивные напитки, поэтому изотоник надо опробовать на тренировке до соревнований, причем желательно заранее приготовить к употреблению антигистамины — на всякий случай. Если напиток вызывает у вас какой-то дискомфорт, специалисты рекомендуют заменить его на другой — с нейтральным вкусом и без красителей, не так вкусно, зато безопасно. Что касается электролитов, то передозировка некоторых солей может вызывать головную боль или расстройство желудка. В практике это еще большая редкость, чем аллергия на красители. Так как соли попадают в организм человека не только со спортивными напитками, но и с едой, стоит с умом подойти к питанию перед тренировкой или соревнованиями.

Как сделать изотоник своими руками в домашних условиях

Зная, минимальные требования к изотоническому напитку можно приготовить его дома, даже не выходя в аптеку. Для приготовления 1 литра изотоника понадобится:

Поваренная соль — 2.5 грамма, это где-то 1/3 чайной ложки без горки;
Сахар или мёд — 50 грамм. Что касается сахара — 10 ложек без горки;
Сок цитруса (лимонный, апельсиновый, грейпфрутовый) — 70–80 миллилитров. Если у вас есть обычная кружка в 250 миллилитров-то соответственно где-то 1/3.

Рецепт проверенный на собственном опыте. На просторах интернета также есть много рецептов «продвинутых» домашних изотоников, но для их приготовления однозначно надо будет идти в аптеку. С учетом того, что пересыщение крови солями и кислотами могу вызвать ухудшение самочувствия, а накосячить с пропорциями не так уж и сложно, я бы все-таки отдал предпочтение спортивным напиткам промышленного производства, тем более в спортивных магазинах сейчас они не редкость.

Как пить изотоники

Вещества содержащиеся в спортивном напитке не сразу попадают в кровь, сначала они проходят по пищеварительной системе, поэтому чтобы поддерживать баланс в организме уже со старта, изотоники надо начинать употреблять за полчаса-час до начала соревнований или тренировки. Во время непосредственно самой нагрузки изотоники как и воду стоит пить равномерно на всей дистанции, по паре глотков еще до наступления жажды.

Изотонический раствор

— обзор

12.2.2.1 Применение осмоса

Биология: Клетки состоят из трех частей: мембраны, цитоплазмы и ядра. Водянистый или водный компонент цитоплазмы представляет собой цитозоль, который включает ионы и растворимые макромолекулы, например ферменты. Нерастворимые компоненты цитоплазмы включают органеллы и цитоскелет, который придает цитоплазме гелеобразную структуру и консистенцию.

Растворы, которые содержат такую же концентрацию воды и растворенных веществ, что и цитоплазма клетки, называются изотоническими растворами . Клетки, помещенные в изотонический раствор, не будут ни сжиматься, ни набухать, поскольку нет чистого прироста или потери воды. Цитоплазма клеток, биологические жидкости (включая кровь, пот и слезы) и 0,9 мас.% Раствор NaCl содержат примерно одинаковую концентрацию растворенного вещества. Следовательно, все они представляют собой изотонические растворы, и кровь замерзает на -0,52 ° C ниже, чем вода. ¹⁰

Растворы, которые содержат более низкую концентрацию растворенного вещества, чем цитоплазма, называются гипотоническими растворами .Когда клетка помещается в гипотонический раствор, вода диффундирует в клетку в результате осмоса, заставляя клетку набухать и, возможно, взорваться. Это явление называется лизисом . С другой стороны, растворы, которые содержат более высокую концентрацию растворенного вещества, чем цитоплазма клетки, называются гипертоническими растворами . Когда клетка помещается в гипертонический раствор, вода диффундирует из клетки в результате осмоса, вызывая обезвоживание клетки и ее коллапс. Например, люди, пьющие воду из океана, могут умереть в результате обезвоживания.

Три описанных выше случая схематично показаны на рис. 12.8. Учтите, что во время физических нагрузок организм теряет воду и минералы. Чтобы восполнить эти потери, необходимо выпить изотонический напиток, например Gatorade®.

Пример 12.12

Если эритроцит поместить в большой объем 0,25 M раствора NaCl, что произойдет с объемом клетки?

Раствор

Рис. 12.8. Направление движения воды в результате осмоса.

Концентрация NaCl в ячейке составляет примерно 0,9 мас.%. Соответствующая молярность составляет

0,9 / 58,5 (100-0,9) / 1 · 10-3 = 0,155M.

Поскольку клетка подвергается воздействию гипертонического раствора, вода выходит из клетки с одновременным уменьшением объема клетки. Ячейка сжимается до тех пор, пока внутренняя концентрация растворенного вещества не достигнет 0,25 М. Поскольку общая масса растворенных веществ в ячейке не изменяется, тогда

VfVi = 0,1550,25 = 0,62,

, где Vf и Vi представляют объем ячейки в конечной точке и начальные состояния.

При приготовлении солений предпочтительнее использовать гипертонический солевой раствор, так как из-за этого огурцы теряют воду, так как недостаток воды препятствует активности бактерий. Это причина того, что старые старые простые огурцы заражаются плесенью, если они остаются в холодильнике в течение длительного периода времени.

Осмотическая электростанция: Первая в мире осмотическая электростанция работает в Норвегии с 2009 года. В прототипе, построенном Statkraft, морская и пресная вода, фильтрованная для удаления ила, подается в трубы, ведущие к мембранным модулям. спиральные катушки для увеличения площади поверхности.В мембранном модуле 80–90% пресной воды переносится через мембрану в морскую воду. В результате увеличиваются объемный расход и давление со стороны забортной воды. Морская вода, покидающая мембранный модуль, затем направляется в гидроэнергетическую турбину для выработки электроэнергии. Подробную информацию о заводе можно найти на веб-странице Statkraft. ¹¹ Заинтересованные читатели могут также обратиться к Skilhagen et al. , 2008 и Gerstandt et al. , 2008.

Осмотический насос: Наиболее общий вид осмотического насоса показан на рис.12.9. Складывающаяся перегородка разделяет камеры для лекарственного средства и осмотического агента. Когда осмотический насос помещается в водную среду, вода перемещается через полупроницаемую мембрану в камеру, содержащую осмотический движущий агент, что приводит к увеличению давления. В результате давления, оказываемого на складную перегородку, содержимое отделения для лекарственного средства перемещается через отверстие доставки. Осмотические насосы производства ALZET® ¹² широко используются для исследований на мышах, крысах и других лабораторных животных.

Рис. 12.9. Типичный осмотический насос (Theeuwes and Yum, 1976).

Сравнение изотонических и изометрических упражнений | Фитнес 19 тренажерных залов

Кажется, всегда всплывают термины упражнений, и многие из нас задаются вопросом… я что-то упускаю. Правильно ли я занимаюсь фитнесом? Короткий ответ: вы ничего не упускаете и, да, вероятно, делаете это правильно. Не существует единственно правильного способа тренироваться. Основная цель — двигаться так, чтобы чувствовать себя хорошо и улучшать общее состояние здоровья и самочувствие.Менее важно, можем ли мы назвать типы упражнений; Тем не менее, если любопытство взяло верх, вот что вам нужно знать об изотонических и изометрических упражнениях.

Изотонические упражнения

Слово изотонический происходит от греческого языка и примерно переводится как одинаковый или одинаковый тон. Согласно статье на сайте Medicine.net, мышца сохраняет одинаковый тонус, сокращаясь во время изотонических упражнений. Это означает, что ваши мышцы сохраняют одинаковое напряжение на протяжении всего упражнения.Примеры изотонических упражнений включают приседания, подъем по лестнице, сгибание бицепса и отжимания.

Преимущества изотонических упражнений

Поддерживает качество жизни, развивая диапазон движущихся мышц, которые помогают в повседневной деятельности.
Специального оборудования мало или не требуется.
Укрепляет мышцы.
Повышает плотность костей и снижает риск остеопороза.
Укрепляет сердечно-сосудистую систему

Изометрические упражнения

Письмо для клиники Мэйо, д-р.Эдвард Ласковски определяет изометрические упражнения как сокращение определенной мышцы или группы мышц. В отличие от изотонических упражнений, изометрические упражнения не перемещают мышцы по диапазону. Вместо этого мышцы остаются стабильными и находятся в одном положении, так что есть напряжение, но без изменения длины. Изометрические упражнения также известны как статическая силовая тренировка. Примеры включают доску и боковой мостик, а также сидение у стены и многие позы йоги, такие как позы стула и дерева. Обратите внимание, что все эти упражнения предполагают удержание позиции, а не движение, как в случае изотонических упражнений.

Преимущества изометрических упражнений

Требуется мало времени — вы можете получить пользу всего за 10–30 секунд при регулярном выполнении.
Оказывает восстанавливающее действие на мышцы.
Повышает гибкость суставов.
Может помочь снизить кровяное давление

Найдите интересные способы включить изометрические и изотонические упражнения в свой обычный распорядок дня. Вы ощутите преимущества с точки зрения диапазона движений, а также силы мышц.Это принесет пользу для здоровья, а также улучшит качество жизни.

3.3C: Тоничность — Medicine LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Ключевые моменты
Ключевые термины
1. ПРИМЕРЫ
2. Гипотонические растворы
3. Гипертонические растворы
4. Изотонические растворы

Тоничность раствора, которая напрямую связана с осмолярностью раствора влияет на осмос, определяя направление потока воды.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Определите тоничность и опишите, насколько она важна для осмоса

ОСНОВНЫЕ ВХОДЫ

Ключевые точки

Осмолярность описывает общую концентрацию растворенного вещества в растворе; растворы с низкой концентрацией растворенных веществ имеют низкую осмолярность, тогда как растворы с высокой осмолярностью имеют высокую концентрацию растворенных веществ.
Вода движется со стороны мембраны с более низкой осмолярностью (и большим количеством воды) в сторону с более высокой осмолярностью (и меньшим количеством воды).
В гипотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки; вода попадает в клетку.
В гипертоническом растворе внеклеточная жидкость имеет более высокую осмолярность, чем жидкость внутри клетки; вода покидает клетку.
В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка; чистого движения воды в ячейку и из нее не будет.

Ключевые термины

осмолярность : Осмотическая концентрация раствора, обычно выражаемая в осмолях растворенного вещества на литр раствора.
гипотонический : имеющий более низкое осмотическое давление, чем другое; клетка в этой среде заставляет воду попадать в клетку, вызывая ее набухание.
гипертонический : имеющий большее осмотическое давление, чем другой
изотонический : имеющий такое же осмотическое давление

ПРИМЕРЫ

Тоничность — причина, по которой морские рыбы не могут жить в пресной воде и наоборот. Клетки морской рыбы эволюционировали и приобрели очень высокую концентрацию растворенных веществ, соответствующую высокой осмолярности соленой воды, в которой они живут.Если вы поместите соленую рыбу в пресную воду с низкой осмолярностью, вода из окружающей среды потечет в клетки рыбы, что в конечном итоге приведет к их взрыву и гибели рыбы.

Тоничность описывает, как внеклеточный раствор может изменять объем клетки, влияя на осмос. Тоничность раствора часто напрямую зависит от его осмолярности. Осмолярность описывает общую концентрацию растворенного вещества в растворе. Раствор с низкой осмолярностью имеет большее количество молекул воды по сравнению с количеством растворенных частиц; раствор с высокой осмолярностью имеет меньше молекул воды по сравнению с частицами растворенного вещества.В ситуации, когда растворы двух различных осмолярностей разделены мембраной, проницаемой для воды, но не для растворенного вещества, вода будет перемещаться со стороны мембраны с более низкой осмолярностью (и большим количеством воды) в сторону с более высокой осмолярностью (и меньше воды). Этот эффект имеет смысл, если вы помните, что растворенное вещество не может перемещаться через мембрану, и, следовательно, единственный компонент в системе, который может двигаться — вода — движется по собственному градиенту концентрации. Важное различие, касающееся живых систем, заключается в том, что осмолярность измеряет количество частиц (которые могут быть молекулами) в растворе. Следовательно, раствор, мутный от клеток, может иметь более низкую осмолярность, чем раствор, который является прозрачным, если второй раствор содержит больше растворенных молекул, чем клеток.

Гипотонические решения

Три термина — гипотонический, изотонический и гипертонический — используются для связи осмолярности клетки с осмолярностью внеклеточной жидкости, содержащей клетки. В гипотонической ситуации внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки, и вода поступает в клетку.(В живых системах точкой отсчета всегда является цитоплазма, поэтому приставка гипо- означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ или более низкую осмолярность, чем цитоплазма клетки.) Это также означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию. более высокая концентрация воды в растворе, чем в клетке. В этой ситуации вода будет следовать своему градиенту концентрации и попадет в ячейку, заставляя ячейку расширяться.

Изменения формы клеток из-за растворенных веществ : Осмотическое давление изменяет форму эритроцитов в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах.

Гипертонические решения

Что касается гипертонического раствора, приставка гипер- относится к внеклеточной жидкости, имеющей более высокую осмолярность, чем цитоплазма клетки; следовательно, жидкость содержит меньше воды, чем ячейка. Поскольку в ячейке относительно более высокая концентрация воды, вода будет покидать ячейку, и ячейка будет сжиматься.

Изотонические растворы

В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка.Если осмолярность клетки совпадает с осмолярностью внеклеточной жидкости, чистого движения воды внутрь или из клетки не будет, хотя вода все равно будет входить и выходить.

Клетки крови и клетки растений в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах приобретают характерный вид. Клетки в изотоническом растворе сохраняют свою форму. Клетки в гипотоническом растворе набухают при попадании воды в клетку и могут лопнуть, если градиент концентрации между внутренней и внешней частью клетки достаточно велик.Клетки в гипертоническом растворе сжимаются по мере выхода воды из клетки, становясь сморщенными.

Разница между изотоническим гипотоническим и гипертоническим препаратами

Основное различие — изотонический против гипотонического против гипертонического

Раствор представляет собой однородную жидкую смесь двух или более компонентов. Раствор получают путем растворения растворенного вещества в растворителе. Есть три типа растворов, сгруппированных в зависимости от их концентрации. Концентрация раствора — это количество растворенного вещества в единице объема раствора.Концентрация раствора определяет его осмотическое давление; минимальное давление, необходимое для предотвращения протекания раствора через полупроницаемую мембрану. Основное различие между изотоническими гипотоническими и гипертоническими растворами состоит в том, что изотонические растворы представляют собой растворы с одинаковым осмотическим давлением, а гипотонические растворы — это растворы с более низким осмотическим давлением, тогда как гипертонические растворы представляют собой растворы с высоким осмотическим давлением.

Основные зоны покрытия

1.Что такое изотонический
— Определение , Влияние на клетки
2. Что такое гипотонический
— Определение, влияние на клетки
3. Что такое гипертонический
— Определение, влияние на клетки, использование
4. В чем разница между изотоническим гипотоническим и гипертоническим препаратами
— Сравнение основных различий

Ключевые термины: концентрация, гипертонический, гипотонический, изотонический, осмотическое давление, растворы, тургидность

Что такое изотонический

Изотонические растворы — это растворы с одинаковым осмотическим давлением. Это связано с одинаковой концентрацией растворенных веществ. Изотонические растворы содержат одинаковое количество растворенных веществ на единицу объема раствора и такое же количество воды.

Когда два изотонических раствора отделяются от полупроницаемой мембраны, нет чистого движения растворенных веществ через мембрану, поскольку нет градиента концентрации между двумя растворами. Скорости движения воды от одного раствора к другому равны. Следовательно, клетки остаются в своем нормальном состоянии.Форма ячейки не изменена; не происходит набухания или усадки.

Рисунок 1: Изотонический

Осмотическое давление — это давление, которое необходимо приложить, чтобы избежать этого движения растворенного вещества через полупроницаемую мембрану. Изотонические растворы имеют равное осмотическое давление, поскольку скорости движения молекул через полупроницаемую мембрану равны.

Ниже приведены некоторые примеры растворов, изотоничных клеткам животных.

Что такое гипотонический

Гипотонический раствор — это раствор с более низким осмотическим давлением.Низкое осмотическое давление является результатом низкой концентрации растворенных веществ. Осмотическое давление — это давление, которое необходимо приложить, чтобы избежать этого движения растворенного вещества через полупроницаемую мембрану. Когда гипотонический раствор отделяется от другого раствора через полупроницаемую мембрану, движение растворенного вещества через мембрану меньше. Следовательно, давление, которое необходимо приложить, чтобы остановить это движение, также меньше.

Когда клетка подвергается воздействию гипотонической среды, количество воды внутри клетки меньше, чем в гипотоническом растворе.Это связано с тем, что в гипотонических растворах меньшее количество растворенных веществ растворяется в большом количестве воды. Затем клетка набухает. Внутреннее давление в ячейке увеличивается, и ячейки могут даже лопнуть.

Рисунок 2: Гипотонический

Гипотонические растворы могут вызывать опухоль в растительных клетках. Когда вода попадает в растительную клетку, клетка набухает. В результате клеточная мембрана подталкивается к стенке растительной клетки. Стенка клетки может избежать разрыва клетки. Этот процесс — набухание, или мы называем эту набухшую клетку «набухшей клеткой».

Что такое гипертонический

Гипертонический раствор — это раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другими растворами. Поскольку гипертонические растворы имеют более высокие концентрации растворенных веществ, необходимо применять очень высокое давление, чтобы избежать протекания этого раствора через полупроницаемую мембрану.

Когда гипертонический раствор и другой раствор (который не является гипертоническим) отделяются от полупроницаемой мембраны, растворенные вещества гипертонического раствора имеют тенденцию перемещаться через полупроницаемую мембрану.Это связано с тем, что гипертонический раствор имеет более высокую концентрацию растворенного вещества, и растворенные вещества могут перемещаться по градиенту концентрации (от высокой концентрации к низкой концентрации). Полупроницаемая мембрана — это биологическая или синтетическая мембрана, которая позволяет некоторым молекулам и ионам проходить через нее.

Рисунок 3: Гипертонический

Осмотическое давление — это давление, которое необходимо приложить, чтобы избежать этого движения растворенного вещества через полупроницаемую мембрану. Поскольку концентрация гипертонического раствора очень высока, давление, необходимое для предотвращения движения растворенного вещества, также велико.Следовательно, осмотическое давление высокое.

Гипертонические растворы используются для консервирования пищи. Например, когда некоторые фрукты или рыба погружены в гипертоническую соль или упакованы с гипертоническим раствором, они могут убить микробы в среде внутри упаковки. Это связано с тем, что микробные клетки содержат больше воды, чем растворенных веществ, а количество воды в гипертоническом растворе очень мало. Следовательно, вода вытекает из ячеек в соответствии с градиентом концентрации. Недостаток воды вызывает сокращение клетки и, в конечном итоге, убивает микробы.

Рисунок 1: Отвердение в растительных клетках

Разница между изотоническим гипотоническим и гипертоническим препаратами

Определение

Изотонические: Изотонические растворы — это растворы с одинаковым осмотическим давлением.

Гипотонические: Гипотонические растворы — это растворы, имеющие более низкое осмотическое давление.

Hypertonic: Гипертонические растворы — это растворы, имеющие сравнительно более высокое осмотическое давление.

Концентрация растворенного вещества

Изотонические: Изотонические растворы имеют равные концентрации растворенных веществ.

Гипотонические: Гипотонические растворы имеют низкую концентрацию.

Гипертонические: Гипертонические растворы имеют высокую концентрацию.

Воздействие на клетки

Изотонические: Изотонические среды не оказывают влияния на клетки.

Гипотонический: Гипотоническая среда вызывает набухание клеток.

Гипертонический: Гипертоническая среда заставляет клетки сокращаться.

Консервирование продуктов

Изотонические: Изотонические растворы не помогают при хранении продуктов питания.

Гипотонический раствор: Гипотонический раствор не способствует сохранению пищевых продуктов.

Hypertonic: Гипертонические растворы полезны для консервирования продуктов, так как они убивают микробы в упаковке с продуктами.

Заключение

Тоничность — это относительная концентрация растворенных веществ, растворенных в растворе, которая определяет направление и степень движения молекул через полупроницаемую мембрану.В зависимости от тоничности есть три типа решений; изотонические растворы, гипертонические растворы и гипотонические растворы. Основное различие между изотоническими гипотоническими и гипертоническими растворами состоит в том, что изотонические растворы — это растворы, имеющие равное осмотическое давление, тогда как гипотонические растворы — это растворы, имеющие более низкое осмотическое давление, а гипертонические растворы — это растворы с высоким осмотическим давлением.

Ссылки:

1. Гельменстин, к.т.н. Анна Мария. «Что такое гипертонус?» ThoughtCo, доступно здесь.
2. Деви Сивасами Следуй. «Эффекты гипотонического, гипертонического и изотонического». LinkedIn SlideShare, 26 февраля 2013 г., доступно здесь.
3. «Клетки в гипотонических растворах». Пирсон — место биологии, доступный здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Blausen 0685 OsmoticFlow Isotonic» Персонал Blausen.com (2014). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. — Собственная работа (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia
2. «Blausen 0684 OsmoticFlow Hypotonic» Персонал Blausen.com (2014 г.). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. — Собственная работа (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia
3. «Blausen 0683 OsmoticFlow Hypertonic» Персонал Blausen.com (2014). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. — Собственная работа (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia
4. «Тургорное давление на диаграмме растительных клеток», LadyofHats (Public Domain) через Commons Wikimedia

Местный осмос и изотонический перенос

Abstract

Осмотически управляемый поток воды, u (см / с), между двумя растворами одинаковой осмолярности, c o (300 мМ у млекопитающих), имеет теоретический изотонический максимум, определяемый по формуле u = j / c o, где j (моль / см ² / с) — скорость переноса соли. Во многих экспериментальных исследованиях было обнаружено, что транспорт неотличим от изотонического. Целью данной работы является исследование условий приближения и к изотоническому. Необходимым условием является то, что отношение проницаемости мембраны для соли / воды, ε, должно быть небольшим: типичные физиологические значения составляют ε = 10 ^-3 до 10 ^-5, поэтому ε обычно мало, но этого недостаточно, чтобы гарантировать близкое -изотонический транспорт. Если мы рассмотрим простейшую модель из двух серий мембран, которые выделяют слезу или каплю пота (т.е., нет никаких внешних граничных условий для секреции), диффузия незначительна, а прогнозируемые осмолярности составляют: базальная = c _o, внутриклеточная ≈ (1 + ε) c _o, секреция ≈ (1 + 2ε) c _o, а u ≈ (1-2ε) j / c _o. Обратите внимание, что эта модель также подходит, когда транспортируемый раствор собирается экспериментально. Таким образом, при отсутствии внешних граничных условий транспорт экспериментально неотличим от изотонического.Однако, если внешние граничные условия устанавливают концентрацию соли на уровне c _o с обеих сторон эпителия, то транспорт жидкости зависит от распределенных осмотических градиентов в боковых пространствах. Если боковые пространства слишком короткие и широкие, диффузия преобладает над конвекцией, уменьшает осмотические градиенты и поток жидкости значительно меньше изотонического. Более того, поскольку потоки воды в апикальной и базолатеральной мембранах связаны посредством внутриклеточной осмолярности, поток воды максимален, когда общая водопроницаемость базолатеральных мембран равна проницаемости апикальных мембран.Что касается проксимального канальца почек, данные свидетельствуют о том, что он транспортируется в условиях, близких к оптимальным. Тем не менее, типичные физиологические значения предполагают, что вновь отфильтрованная жидкость реабсорбируется со скоростью u ≈ 0,86 j / c _o, так что гипертонический раствор реабсорбируется. Осмолярность фильтрата c _F (M), следовательно, будет уменьшаться с увеличением расстояния от места фильтрации (клубочков) до тех пор, пока транспортируемый раствор не станет изотоническим по отношению к фильтрату, u = j / c _Ф.В этом установившемся состоянии распределенная модель становится примерно эквивалентной двум последовательно соединенным мембранам. Осмолярности теперь составляют: c _F ≈ (1-2ε) j / c _o, внутриклеточный ≈ (1 — ε) c _o, боковые пространства ≈ c _o и u ≈ (1 + 2ε) j / c _o. Прогнозируется, что изменение c _F произойдет с константой длины около 0.3 см. Таким образом, мембранный транспорт имеет тенденцию регулировать трансмембранные осмотические градиенты в направлении ε c _o, что вызывает изотонический поток воды в пределах порядка ε. Эти данные дают правдоподобную гипотезу о том, как проксимальный канальец или другой эпителий, по-видимому, переносят изотонический раствор.

Ключевые слова: Эпителиальный транспорт, водный транспорт, моделирование, анализ нарушений осмоса (Whittembury & Reuss, 1992; Schultz, 2001).Однако осмос — не единственная теория переноса воды тканями. Некоторые недавние сообщения предполагают существование трансмембранных водяных насосов (Meinild et al., 1998; Zeuthen et al., 2001; обзор в Loo et al., 2002). Электроосмос — еще один механизм, который, вероятно, играет определенную роль в движении жидкости (McLaughlin & Mathias, 1985). Недавно Sanchez et al. (2002) и Fischbarg and Diecke (2005) предположили, что транспортировка жидкости эндотелием роговицы осуществляется за счет электроосмоса. Наконец, гидростатическое давление является важной частью потока воды, и его присутствие изменяет осмотические градиенты (Mathias, 1985).Комплексная модель, включающая все эти факторы, будет сложной и вряд ли сможет дать хорошее представление о роли того или иного конкретного фактора. Поэтому мы фокусируемся на осмосе, поскольку он всегда играет важную роль в транспортировке, независимо от наличия водяных насосов, электроосмоса или гидростатического давления. Цель состоит в том, чтобы понять тонкости осмоса путем исследования серии простых моделей с различной геометрией и граничными условиями. Поскольку большинство экспериментальных данных предполагают, что эпителий способен к почти изотоническому транспорту, особое внимание будет уделено пониманию того, как локальный осмос может приводить к изотоническому транспорту.

Существует множество моделей местного осмоса и транспорта жидкости эпителием, начиная с трехкомпонентной модели Куррана и Макинтоша (1962). В общем, все эти расчеты привели к выводу, что транспортируемая жидкость будет измеримо гипертонической, если в модель не были добавлены некоторые специальные допущения. Например, чтобы приблизить транспорт к изотоническому, Даймонд и Боссерт (1967) определили место переноса растворенных веществ на апикальном конце канала. Sackin и Boulpaep (1975) показали, что если бы базальная мембрана имела заметный коэффициент отражения соли, транспорт был бы ближе к изотоническому.Что касается изотонического переноса, Уссинг и Эскесен (1989) заявляют: «Ни одна из выдвинутых в прошлом гипотез не могла убедительно объяснить это явление». Они предположили, что растворенное вещество необходимо рециркулировать. Это привело Ларсен и др. (2000), чтобы получить модель рециркуляции растворенных веществ. Однако точка зрения Spring (2002) указывает на ограничения модели рециркуляции. Фишбарг и Дике (2005) просто отказались от местного осмоса и смоделировали транспорт, полностью управляемый электроосмосом. Таким образом, несмотря на многие годы и множество моделей, кажется, что отсутствует какая-то важная концепция.Тенденция заключалась в создании более сложных моделей для объяснения экспериментального наблюдения изотонического переноса, в то время как мы решили сделать более простые модели, чтобы гарантировать, что мы действительно понимаем местный осмос.

Соответствующие особенности осмотической гипотезы проиллюстрированы в. Считается, что вода и соль проникают через мембрану независимыми путями. Солевой транспорт в конечном итоге зависит от Na / K-АТФазы как источника энергии, но он также включает вторичные активные транспортные процессы и электродиффузию ионов через белки мембранных каналов.Эти процессы зависят от внутриклеточного АТФ, трансмембранного напряжения и потенциалов Нернста, поэтому на них не оказывают существенного влияния небольшие градиенты концентрации, управляющие потоком воды. В дальнейшем мы будем предполагать, что трансмембранный поток соли j (моль / см ² / с) определяется факторами, выходящими за рамки нашего анализа, поэтому он входит в модель как постоянная, однородная вдоль апикальные или базолатеральные мембраны, но ограничены так, что потоки солей в апикальной и базолатеральной мембранах всегда уравновешиваются.Транспорт соли создает трансмембранный осмотический градиент Δ c (M), который заставляет воду следовать путем осмоса. Вода проходит через мембрану в основном через аквапорины, которые представляют собой класс интегральных мембранных белков, которые образуют каналы, проницаемые для воды, но не для соли (обзор у Verkman, 1989; van Os et al., 2000; King, Kozono & Agre 2004;). Присутствие аквапоринов обеспечивает относительно высокую водопроницаемость мембраны P (см / с / м), которая переносит поток воды u (см / с), где u = P Δ c .Более того, в то время как Δ c устанавливается величиной j , она зависит от и , поскольку поток воды отводит растворенное вещество и уменьшает Δ c . Например, если P удваивается, и увеличиваются, но не удваиваются. В самом деле, при P → ∞, u приблизится к предельному максимальному значению, поскольку Δ c → 0. Этот предел можно вывести, рассматривая поток соли к мембране и от нее. Когда Δ c → 0, диффузия становится незначительной, и j переносится только конвекцией, следовательно, j → uc _o. Таким образом, максимальный ограничивающий поток воды составляет:

Основные компоненты трансмембранного осмоса. Предполагается, что объемный раствор имеет осмолярность c _o с возможными локальными градиентами порядка Δc. Соль активно транспортируется через мембрану со скоростью и , а вода следует за осмосом со скоростью и по независимому пути, в основном через аквапорины. Присутствие аквапоринов придает мембрану особую осмотическую проницаемость P , поэтому скорость переноса жидкости определяется соотношением u = P Δc.

u = j / c _o изотонический предел.

(1)

Поскольку это теоретическая максимальная скорость потока, как утверждают Уссинг и Эскесен (1989), она не может быть достигнута; однако возможно, что перенос жидкости экспериментально невозможно отличить от этого предела. Во-первых, нам нужно определить P → ∞, что не имеет реального значения без ссылки. Поскольку u = P Δ c ≤ j / c _o, мы можем сделать вывод, что:

Определить:

Основное требование состоит в том, чтобы P было достаточно большим, чтобы small, то градиент концентрации будет небольшим.Для типичного эпителия, транспортирующего жидкость, умеренное значение P будет 3,3 × 10 ^-4 см / с / м, а довольно большое значение j будет 3 × 10 ^-11 моль / см. ² / с, предполагая, что ε <10 ⁻³ (Whittembury & Reuss, 1992). Эти значения P и j относятся к единице площади мембраны. Из-за обширного сворачивания мембраны водопроницаемость и поток растворенных веществ на единицу площади эпителия будет в 20-50 раз больше, но ε зависит от соотношения, так что на его величину сворачивание не влияет.Поэтому вначале мы можем сделать вывод, что все растворы будут почти изотоническими, но требуется гораздо более подробный анализ, чтобы определить, насколько близко и приближается к своему изотоническому пределу.

В дальнейшем малость ε будет использоваться для получения приближенных аналитических решений уравнений переноса. Эти решения возмущений представлены в виде ряда членов возрастающей степени по ε. Первый член или член нулевого порядка не зависит от ε, в то время как следующий член первого порядка пропорционален ε.В общем, первых двух членов такого ряда достаточно для точного описания градиентов концентрации и потока жидкости. Это подтверждается сравнением аналитических выражений с более точными компьютерными решениями для каждой модели. Сегель, 1970, впервые использовал это конкретное разложение возмущений для анализа «модели постоянного градиента» Даймонда и Боссерта (1967). Он вывел аналитические выражения для описания локального осмоса, когда транспорт соли локализован на одном конце мембранной трубки.Представленная здесь работа является расширением исходной модели Даймонда и Боссерта и анализа Сегеля.

Результаты

Как указано во введении, модели будут сосредоточены на локальном осмосе и не будут учитывать влияние гидростатического давления, электроосмоса, градиентов напряжения в боковых пространствах или каких-либо дополнительных осложнений из-за рециркуляции соли через базальные мембраны. , как было предложено Nedergaard, et al., 1999. Мы просто оценим условия, в которых локальный осмос приведет к почти изотоническому переносу.Для простоты анализ будет рассматривать только трансцеллюлярный транспорт, поэтому предполагается, что апикальные соединения непроницаемы для соли и воды.

Простая двухмембранная модель

Модель, показанная в (впервые предложенная Curran, 1960; Curran & Mclntosh, 1962), рассматривает эпителий как три отсека (базальный, внутриклеточный и апикальный), разделенные двумя мембранами (базолатеральной и апикальной). апикальный). Хотя эта модель может показаться слишком простой, мы впоследствии покажем, что более сложные и реалистичные модели часто сводятся к эквиваленту этой простой модели.Более того, это демонстрирует крайнюю чувствительность местного осмоса к граничным условиям. Наконец, он иллюстрирует степень пространственной однородности внутриклеточной концентрации растворенного вещества, c _i (моль / см ³). В последующих расчетах предполагается, что c _i однородны, как предполагают результаты, представленные здесь.

Простая двухмембранная модель эпителиального транспорта. ( A ) Секреция жидкости без граничных условий по секреции.Базолатеральные мембраны промывают хорошо перемешиваемым раствором осмолярности c _o; внутриклеточная осмолярность C _– ( X ) может изменяться по эпителию, но расчеты показывают, что она по существу постоянна, потому что дифузия очень эффективна на коротких расстояниях; секретируемый раствор имеет осмолярность c _s, которая определяется водопроницаемостью мембраны и скоростью транспорта соли, j .Поскольку поток соли в секрете полностью переносится конвекцией, он определяется как j = uc _s. Следовательно, граничное условие для осмолярности секрета: c _s = j / u для модели A . ( B ) Та же самая простая модель эпителия, но теперь каждая сторона промывается хорошо перемешанным раствором, осмолярность которого составляет c _o. Таким образом, разница в двух моделях — это граничное условие для секреции, которое составляет c _s = c _o для модели B .

представляет секретирующую эпителий жидкость, когда секрет не подвергается внешним граничным условиям (например, слеза или капля пота). На апикальной поверхности ранее секретированный раствор вытесняется вновь секретированным раствором, поэтому весь секретированный раствор имеет одинаковую концентрацию растворенного вещества, c _s (моль / см ³). Поскольку в секрете нет диффузионных градиентов, поток соли j (моль / см ² / с) уносится от апикальной поверхности полностью за счет конвекции (т.е.е., j = uc _s), следовательно, концентрация растворенного вещества на апикальной поверхности составляет c _s = j / u . Обратите внимание, что это граничное условие также применяется к экспериментальным ситуациям, когда транспортируемый раствор (секреция или абсорбция) собирается и измеряется его тоничность (например, Diamond, 1964 Barfus & Schafer, 1984;). Как будет видно из этих расчетов, когда транспорт определяет осмолярность транспортируемого раствора, транспорт резко отличается от того, когда осмолярность поддерживается одинаковой с обеих сторон эпителия ().Предполагается, что обе стороны эпителия промываются хорошо перемешанным раствором, концентрация растворенного вещества которого составляет c _o, следовательно, граничное условие для апикального секрета составляет c _s = c _o . За исключением этой разницы в апикальном граничном условии, описывающие уравнения переноса одинаковы. В этой простой модели поток соли j и жидкости u являются константами. Мы предполагаем, что значение j известно, поэтому это независимая переменная, тогда как u — зависимая переменная, которую необходимо определить.В слое ячеек j переносится комбинацией диффузии и конвекции:

j (диффузия) = — Didci (x) dxj (конвекция) = uci (x) j = uci (x) -Didci (x) dx

(3)

Жидкость следует за потоком растворенного вещества j из-за осмотических градиентов, которые возникают через апикальную и базолатеральную мембраны. Поскольку жидкость, поступающая в клетки базолатерально, должна выходить из клеток апикально, существует два выражения для потока жидкости:

u = PBL (ci (0) -co) u = PA (cs-ci (h))

(4)

Разница между моделями заключается в значении c _с

cs‗A j / u cs‗B co

(5)

Для этих моделей изотонический транспорт является ограничивающей ситуацией, когда:

IsonaticTransport

u = j / coci (x) = cocs = coji (диффузия) = 0

Чтобы вычислить, насколько близко эти модели приближаются к своему изотоническому пределу, полезно нормализовать транспортные переменные относительно их изотонических значений.Нормализованные параметры:

y = x / hCi (y) = ci (y) / coCs = cs / coU = u / (j / co)

(6)

Нормализованное уравнение переноса имеет вид:

1 = UCi (y) -1εkidCi (y) dyε = j / coPBLcoki = PBLcoDi / h

(7)

Нормализованные граничные условия:

εU = Ci (0) -1αεU = Cs-Ci (1 ) α = PBL / PA

(8)

И разница между моделями в следующем:

Когда эти уравнения решены, близость к изотоническому переносу определяется тем, насколько близко U и C _i приближаются к единству.Для этой конкретной задачи можно точно решить уравнения, чтобы получить нелинейную неявную связь между U и C _i. Эти решения можно разложить в ряд Тейлора по степеням ε, чтобы получить явные выражения. Эквивалентно, можно начать с разложения по возмущениям U и C _i по степеням ε, что приводит к ряду проблем, которые определяют члены разложений. Метод возмущений проиллюстрирован на примере в Приложении.Любой подход приводит к приближенным решениям, приведенным в формуле. 10 Результаты слева, обозначенные A , относятся к, тогда как результаты справа, обозначенные B , относятся к

ABCi≈1 + εCi≈1 + εki1 + α + ki [1- (1 + α) y] Cs≈1 + ε (1 + α) Cs = 1U≈1-ε (1 + α) U≈ki1 + α + ki

(10)

Эти результаты показаны графически в, с использованием значений параметров в. Значения параметров были выбраны как типичные для результатов, представленных в ряде исследований, рассмотренных в Whittembury and Reuss, 1992.Эти параметры относятся к единице площади эпителия, а не к единице площади мембраны, следовательно, P и j увеличиваются в 36 раз по сравнению с их значениями на единицу площади мембраны для учета площади латеральной мембраны и микроворсинок апикальной мембраны.

Таблица 1

c _o	300 × 10 ⁻⁶ моль / см ³
D _i	10) 5 см ² / с	H	10 × 10 ⁻⁴ см
J	1.0 × 10 ⁻⁹ моль / см ² / с ^*
P	12 (см / с) / (моль / см ³) ^*
α	1
ε	10 ⁻³
k _i	0,36

Анализ показывает, что естественное стационарное состояние для транспортного эпителия должно генерировать градиент концентрации ε c _o через каждую мембрану, и в этом случае поток соли ( j ) переносится конвекцией с точностью до порядка (ε), следовательно, концентрации соли однородны с точностью до порядка (ε).В, мы смоделировали эпителий как 2 последовательно соединенных мембраны, следовательно, общий градиент концентрации составляет 2ε c _o, предполагая, что P A = P BL (т.е. α = 1). В общем, две стороны могут иметь разные площади мембраны или особую водопроницаемость, но может быть только одно математическое значение ε, отсюда и появление α (уравнение 8). Физически ε — это отношение проницаемости для соли к воде, которое для базолатеральных мембран равно ε, а для апикальных мембран — α ε. Таким образом, градиент концентрации на базолатеральных мембранах составляет ε c _o, а на апикальных мембранах α ε c _o, что дает общую разницу концентраций (1 + α) ε c _o (уравнение.10). Подразумевается, что жидкости всегда будут в пределах порядка ε от изотоничности, а для жидкости, транспортирующей эпителий, ε — очень небольшое число (около 10 ^-3 a для клеток проксимального канальца или 10 ^-5 для клетчатых волокон линза).

Первоначальные эксперименты Даймонда в 1964 году заключались в сборе жидкости, транспортируемой желчным пузырем, и измерении ее осмолярности. В пределах экспериментальной ошибки жидкость оказалась изотонической, но этот результат можно полностью объяснить моделью в.Тот факт, что жидкости на двух сторонах эпителия, по-видимому, имели одинаковую осмолярность, побудил Даймонда и Боссеста, 1967, и других, последовавших их примеру, создать модель, которая была бы более эквивалентной. Хотя модель, очевидно, слишком проста, она демонстрирует крайнюю чувствительность системы к граничным условиям. В модели A апикальное решение находится в пределах порядка ε от c _o. Это физически неотличимо от c _o; однако, если мы математически наложим условие, что апикальное решение точно равно c _o, произойдет резкое сокращение потока воды: поток в A равен 99.8% изотоничен, тогда как в B он изотоничен на 15%.

Для модели в, градиенты мембранной концентрации, которые создают осмотический поток, являются диффузионными градиентами внутри клетки. Эти диффузионные градиенты малы по двум причинам: 1) размеры ячеек малы ( h ≈ 10 мкм) и диффузия очень эффективна для поддержания равных концентраций на коротких расстояниях; 2) отношение поверхности к объему клетки относительно невелико. Для бокового межклеточного пространства расстояния могут быть значительно больше.Изгибы боковых пространств однослойного эпителия увеличивают площадь мембраны на порядок (Whittembury & Reuss, 1992), следовательно, расстояние увеличивается примерно в 3 раза ( l ≈ 30 мкм), в то время как отношение поверхности к объему боковых пространств в сотни раз больше, чем у клетки. Таким образом, необходимо включить эффекты боковых пространств, чтобы правильно проанализировать ситуацию, на которой изображено. Но актуальна ли эта ситуация? Хотя это, вероятно, не подходящая модель для какого-либо проведенного эксперимента, она физиологически актуальна.В проксимальной области проксимального канальца почек вновь профильтрованный просветный (апикальный) раствор имеет состав c _o, в то время как перитубулярные капилляры поддерживают внешний (базальный) раствор на уровне c _o. Таким образом, физиологически важно оценить влияние длинных узких межклеточных пространств на осмолярность транспортируемого раствора.

A Membrane Tube

Модель, изображенная на рисунке, очень похожа на ту, которая была использована при компьютерном моделировании Diamond and Bossert, 1967, и анализе возмущений, сделанном Segel, 1970.Единственное отличие состоит в том, что транспорт растворенного вещества предполагается равномерным вдоль боковых мембран, тогда как Diamond и Bossert, 1967, локализовали перенос растворенного вещества к апикальному концу трубки. В анализе возмущений, проведенном Сегелем, 1970 г., доля трубки, по которой переносилось растворенное вещество, могла быть переменной, и если эта доля установлена равной единице, то представленный здесь анализ идентичен анализу в Сегеле. Так что это на самом деле не ново, но это важный шаг в анализе различных факторов, участвующих в локальном осмосе.

Трубка с транспортной мембраной, погруженная в раствор осмолярности c _o. Эта модель была использована для представления боковых межклеточных пространств транспортного эпителия (Diamond & Bossert, 1967). ( A ) Геометрические и транспортные свойства трубы. Трансмембранный поток соли j _BL предполагается равномерным вдоль боковой мембраны. Это приводит к продольному потоку j _e ( x ) (моль / см ² / с), который линейно увеличивается с расстоянием от апикального соединения ( x = 0), который считается непроницаемым. растворять или жидкость.Локальные осмотические градиенты c _e ( x ) (моль / см ³) создают трансмембранный поток воды u _BL ( x ) (см / с) и совокупный продольный поток воды u _e ( x ) (см / с). Новое решение имеет осмолярность j / u , где u = u _e ( l ) и j = 2π al j _BL. В конце трубки c _e ( l ) = c _o Уравнения переноса выводятся в тексте, где представлены приблизительные решения.( B ) Графические представления решений уравнений переноса. График нормализованного градиента концентрации и расхода воды. Расчетные значения концентрации растворенного вещества вдоль большей части трубки и только на конце трубки указаны на графике.

Нижний индекс e используется, чтобы подчеркнуть, что этот анализ представляет собой внеклеточные потоки вдоль боковых пространств. И снова поток растворенного вещества переносится за счет конвекции и диффузии.

je (x) = ue (x) ce (x) -Dedce (x) dx

(11)

Транспорт растворенных веществ через базолатеральную мембрану, j _BL (моль / см ² / с), предполагается однородным, и предполагается, что апикальные соединения закрыты для растворенного вещества или транспорта воды, а именно

dje (x) dx = 2ajBLje (0) = 0

(12)

Можно интегрировать уравнение. 12, чтобы получить другое выражение для j _e ( x ).

Эти результаты приводят к следующим уравнениям и граничным условиям.

2lajBLxl = ue (x) ce (x) -Dedce (x) dxdue (x) dx = PBL (ce (x) -co) ce (l) = co; ue (0) = 0

(14)

В изотоническом пределе результаты будут:

Где

Опять же, переменные нормализованы относительно их изотонического предела

y = x / lCe (y) = ce (y) / coUe (y) = ue (y) / (j / co)

(16)

Результирующие нормализованные уравнения:

y = Ue (y) Ce (y) -1εkedCe (y ) dyεdUe (y) dy = Ce (y) -1Ce (1) = 1; Ue (0) = 0

(17)

Где

ε = jBL / coPBLcoke = 2laPBLcoDe / l

Приведенные ниже приближенные решения были получены с использованием разложения возмущений по ε.В этой модели решение нулевого порядка для потока жидкости значительно отклоняется от изотонического ( см. ниже), поэтому мы не позаботились о включении члена первого порядка, который не влияет на выводы, обсуждаемые ниже.

Ce (y) ≈1 + ε (1-coshkeycoshkey) Ue (y) ≈y-1kesinh keycoshke

(18)

Нормализованный поток жидкости на выходе из трубки равен

. ke = 13,3 и tanh ke = 1,0, следовательно, U ≈ 0,92. Предполагая, что c _o = 300 мМ, осмолярность транспортируемого раствора дж / ед = 326 мМ.Хотя это только на 8,7% больше, чем c _o, разницу в 26 мМ можно было бы легко обнаружить, если бы можно было разработать соответствующий эксперимент для измерения j / u . Обратите внимание, что либо в предыдущей «модели с двумя мембранами», либо в этой модели «простой мембранной трубки» параметр k должен быть большим, чтобы транспорт приблизился к изотоническому. В обеих моделях k _{i, e} зависит от отношения водопроницаемости мембраны, c _o P (см / с), к проницаемости растворенных веществ соответствующей длины жидкости, D _i/ h или D _e/ l (см / с).Модель трубки может производить гораздо более близкий к изотоническому перенос, потому что ke также зависит от отношения поверхности к объему, умноженного на длину трубки, 2 л / год = 6000.

Таблица 2

Значения параметров были выбраны для типичного однослойного эпителия, такого как проксимальный каналец. Есть также двухслойный эпителий, такой как ресничный эпителий, и многослойный эпителий, такой как эндотелий роговицы или хрусталик. Хотя диаметр трубки 2 a типичен для ширины межклеточных пространств во всех этих тканях, наслоение клеток может значительно увеличиваться на –.В этой конкретной модели для значений l ≥ 300 мкм перенос будет более 99% изотоническим. Чтобы понять влияние длины, рассмотрим c _e дюйм. На большей части длины трубки концентрация просвета c _e ( x ) составляет приблизительно (1 + ε) c _o, а трансмембранный поток воды почти изотоничен, но диффузия близка к базальному отверстию. становится важным и граничное условие, что c _e ( l ) = c _o, вызывает отклонение от линейного (изотонического) потока.Хотя отклонение в устье трубки будет всегда, по мере того, как -1 становится большим, это отклонение становится меньшей долей от общего трансмембранного потока, что приводит к заключению, что длинные щели производят почти изотонический транспорт. Удивительно, но этот простой вывод не подтверждается при создании более реалистичной модели, которая включает в себя цитоплазматический компартмент, в котором определяется осмолярность, так что апикальный и базолатеральный потоки воды равны.

A Cellular Model

В модели предполагается, что большая часть площади базолатеральной мембраны находится внутри щели, поэтому базальный ток не учитывается.Размер × (см) может быть выбран таким, чтобы соотношение апикальной и базолатеральной площади мембраны подходило для исследуемой ткани. В проксимальном канальце это соотношение близко к единице, поэтому значение r определяется из π r ² = 2π al Используя значения параметров в, значение r для проксимального канальца будет около 0,8 мкм. Этот довольно малый радиус обусловлен тем, что мы обрабатываем щели шириной 2 –, как если бы они были трубкой с радиусом –, и трубка имеет гораздо меньшую площадь мембраны, чем щель.Основным новым фактором является внутриклеточная концентрация c _i, которая определяется из уравнений переноса, так что апикальный и базолатеральный потоки воды равны, поскольку они, очевидно, должны находиться в транспортном эпителии в устойчивом состоянии. Основываясь на анализе, мы предполагаем, что c _i является однородным, но не обязательно таким же, как c _o , как это было в ситуации, проанализированной в. Хотя геометрия предназначена для упрощения анализа, она должна соответствовать геометрии реального эпителия и обеспечивать интуитивное понимание физики физиологического переноса жидкости.

Клеточная модель эпителиального транспорта. ( A ) Геометрические и транспортные свойства модели клеточного транспорта. Свойства боковых межклеточных пространств такие же, как описано на фиг.3. Размер клетки r (см) выбран таким образом, чтобы площадь апикальной мембраны относительно базолатеральной мембраны подходила для исследуемой ткани ( см. Текст ). Новой особенностью этой модели является осмолярность внутриклеточного компартмента, c _i (моль / см ³), которая определяется таким образом, что потоки воды через апикальную и базолатеральную мембрану одинаковы.Кроме того, потоки растворенных веществ в апикальной и базолатеральной мембранах должны быть одинаковыми, что подразумевает π r ² j _A = 2π al j _BL. Уравнения переноса выводятся в тексте, где представлены приближенные решения. ( B ) Графические представления решений уравнений переноса. График нормализованного градиента концентрации и расхода воды. Расчетные значения концентрации растворенного вещества вдоль большей части трубки и только на конце трубки указаны на графике.

Поскольку трансмембранный поток растворенного вещества, Дж _BL, предполагается однородным вдоль боковых мембран, уравнения. 11–13 действительны также для. Однако уравнения потока жидкости будут отличаться. Виз 

2lajBLxl = ue (x) ce (x) -Dedce (x) dxdue (x) dx = PBL (ce (x) -co) ce (l) = co; ue (0) = 0uA = PA (ci-co)

(20a)

И баланс между апикальным и базолатеральным потоками требует

u = r2a2uA = ue (l) j = r2a2jA = 2lajBL

(20b)

Нормализация относительно изотонического переноса такая же, как в формуле.16 с добавлением U _A = U _A / ( j _A/ c _o). Определения k _e и ε такие же, как в формуле. 17. Однако, из-за нормализованной осмолярности клеточного компартмента C _i = c _i/ c _o, уравнения переноса теперь задаются следующим образом:

y = Ue (y) Ce (y) -1εkedCe (y) dyεdUe (y) dy = Ce (y) -CiαεUa = Ci-1Ce (1) = 1; Ue (0) = 0 Ue (1) = Ua

(21)

где

Параметр α еще раз представляет отношение общей водопроницаемости базолатеральной мембраны к общей водопроницаемости апикальной мембраны, поэтому он зависит как от конкретной воды. проницаемость каждой мембраны и длина щели относительно площади апикальной мембраны.Решения этих уравнений в некотором роде аналогичны решениям для мембранной трубки, но есть существенные различия, которые были упущены при анализе Даймонда и Боссерта, 1967, или Сегеля, 1970. Решения возмущения уравнения. 21 предсказывает скорость возникающего потока, U = U _e (1) = U _a, определяется по формуле:

U≈1-1ketanhke1 + αketanhke

(22)

Концентрации даются по формуле:

Ce (y) ≈1 + ε (1-U) coshke-coshkeysinh keCi≈1 + εαU

(23)

А поток по трубке равен:

Ue (y) ≈y — (1-U) sinhkeysinhke

(24)

Исходя из значений параметров в, возникающий поток изотоничен на 86%, что несколько меньше, чем для простой трубки.Причина уменьшения заключается в том, что c _i должно быть выше c _o, чтобы вода могла протекать через апикальные мембраны, но c _e → c _o на конце трубки , следовательно, трансмембранный осмотический градиент фактически меняет направление, и некоторое количество жидкости перемещается обратно в клетку. Учитывая приблизительный характер этого анализа, разница между 86% и 93% изотоничностью незначительна; однако физическая причина различия имеет интересные выводы.

Рассмотрим поток воды (уравнение 22), когда водопроницаемость базолатеральной мембраны увеличивается: результат совершенно противоречит интуиции. Действительно, в пределе P _BL → ∞, как видно из уравнения. 22, что u → 0, что означает, что увеличение водопроницаемости может уменьшить поток воды. Чтобы понять эту очевидную аномалию, рассмотрим предел P _A → ∞. В этом случае единственное изменение состоит в том, что α → 0, и проверка уравнения. 22 указывает, что поток немного увеличивается по сравнению с предсказанным моделью мембранной трубки (уравнение.19). Это легко понять: по мере того, как водопроницаемость апикальной мембраны становится большой, концентрация воды через апикальные мембраны приближается к равновесию, а концентрация растворенного вещества в клетке приближается к c _o, что является физической ситуацией, анализируемой для мембранной трубки. Затем поток воды создается полностью за счет постоянных осмотических градиентов внутри трубки. В ситуации, когда P _BL → ∞, концентрация воды в ячейке и трубке приближается к равновесию, постоянные осмотические градиенты в трубке приближаются к нулю, поэтому концентрация растворенного вещества достигает c _o в обоих отсеков, но это также устраняет осмотические градиенты через апикальные мембраны, и поток воды падает до нуля.Поведение u и c _i показано в, в котором P _A зафиксировано на своем значении в, а P _BL нормализовано до P _A, затем Нормализованное значение варьируется, и вычисляются значения u и c _i. Поток воды максимален, когда апикальная и базолатеральная водопроницаемость равны (), что является условием, при котором c _i — c _o также является максимальным ().Когда водопроницаемость базолатеральной мембраны снижается по сравнению с водопроницаемостью апикальной мембраны, базолатеральный поток воды становится ограничивающим скорость и общий поток уменьшается. В то время как, когда базолатеральная проницаемость увеличивается относительно апикальной, скорость апикального потока воды становится ограничивающей, и общий поток также уменьшается. Интересно, что, основываясь на значениях параметров проксимального канальца (Whittembury & Reuss, 1992), этот эпителий работает около оптимума, когда общая проницаемость для воды апикальной и базолатеральной мембран одинакова.

Эффект увеличения водопроницаемости базолатеральной мембраны ( P _BL), при всем остальном постоянным. Расчеты основаны на сотовой модели, показанной на. ( A ) Скорость переноса жидкости в зависимости от P _BL. Транспортировка жидкости максимальна, когда общая апикальная и базолатеральная водопроницаемость равны: π r ² P _A = 2π al P _BL. ( B ) Осмотический градиент через апикальные мембраны в зависимости от P _BL.По мере уменьшения P _BL базолатеральный поток воды становится ограничивающим скорость, и концентрация растворенного вещества в клетке уменьшается, чтобы уменьшить апикальный поток и поддерживать баланс. По мере увеличения P _BL концентрация растворенного вещества в боковых пространствах и клетка приближается к c _o, вызывая уменьшение апикального трансмембранного осмотического градиента и апикальный поток становится ограничивающим скорость.

Другой способ увеличения общей водопроницаемости базолатеральной мембраны — увеличение длины боковых пространств, l , как в слоистом эпителии.Для клеточной модели общий транспорт соли через базолатеральную и апикальную мембраны должен быть одинаковым, поэтому при увеличении l должно уменьшаться либо j _BL, либо j _A должно увеличиваться. Для расчетов в мы решили оставить j _A постоянным и уменьшить j _BL пропорционально 1/ l. Как ранее описано для простой мембранной трубки, при л → ∞ влияние конца трубки становится незначительным, и перенос становится изотоническим.Однако для более реалистичной клеточной модели существует два конкурирующих эффекта: 1) эффект конца трубки становится незначительным, вызывая увеличение потока; 2) общая водопроницаемость базолатеральных мембран увеличивается по сравнению с апикальной, в результате чего скорость потока ограничивается апикальной мембраной. Чистый эффект заключается в увеличении потока, но он не достигает своего изотонического предела, скорее, он достигает максимума 92% изотоничности. Это поведение проиллюстрировано в. показывает, что нормализованная скорость потока практически достигла своего предельного значения для значений l ≥ 300 мкм.

Эффект увеличения длины боковых промежутков, как при слоистом эпителии или хрусталике. Для обеспечения равного переноса соли мы устанавливаем π r ² j _A = 2π al j _BL, уменьшая j _BL пропорционально 1/ l , с j _A постоянная. ( A ) Транспорт жидкости как функция л , когда водопроницаемость апикальной и базолатеральной мембран поддерживается постоянной.Поскольку эффект граничных условий в устье трубы уменьшает чистый перенос ( см. Описание ), чем длиннее щель, тем менее важным этот эффект и перенос увеличивается. Однако, поскольку увеличение длины щели также имеет эффект увеличения общей водопроницаемости базолатеральной мембраны по сравнению с апикальной, в конечном итоге апикальный транспорт воды становится ограничивающим скорость, и перенос воды никогда не превышает изотоничность 92%. ( B ) Транспортировка жидкости как функция л , когда водопроницаемость апикальной и базолатеральной мембран поддерживается равной за счет уменьшения P _BL до 1/ л .В этой ситуации эффект устья трубки становится незначительным при длине -1 , но апикальный поток не становится ограничивающим скорость, следовательно, перенос воды приближается к своему изотоническому пределу.

Приведенное выше обсуждение предполагает, что если P _BL уменьшается по мере увеличения l , так что сохраняется баланс между водопроницаемостью апикальной и базолатеральной мембран, то длинные щели действительно будут приводить к изотоническому транспорту. Чтобы продемонстрировать это, график поведения уравнения.22, когда л увеличивается, но P _BL уменьшается как 1/ л. В этой ситуации для значений l ‡ 300 мкм транспорт изотоничен более чем на 95%, что превышает максимальное значение 92% изотоничности, поэтому уменьшение P _BL приводит к увеличению расхода воды. Для l ≥ 300 мкм поток изотоничен более чем на 99%, поэтому длинные щели действительно приводят к изотоническому переносу, но эффект зависит от квадратного корня из l , поэтому изотонический предел требует очень длинных щелей.В хрусталике, где длина расщелины довольно велика, от 0,1 см в маленькой линзе мыши до 1 см в линзе коровы, проницаемость для воды мембран, выстилающих расщелины (мембраны клеточных волокон), действительно намного меньше, чем в большинстве эпителиев. Varadaraj et al., 1999, сообщили значения в диапазоне линз кролика от 0,058 (см / с) / (моль / см ³) для периферических волокон до 0,015 (см / с) / (моль / см ³) для внутренние волокна, тогда как поверхностные эпителиальные клетки хрусталика имеют водопроницаемость около 0.25 (см / с) / (моль / см ³). Таким образом, вопреки интуиции, эти относительно низкие значения водопроницаемости мембран клеточных волокон должны фактически создавать больший поток воды, который должен быть близким к изотоническому.

Проксимальный каналец почек

Вновь профильтрованный раствор, выходящий из клубочков, будет иметь осмолярность плазмы c _o, а базальный раствор будет поддерживаться на уровне c _o перитубулярными капиллярами. Таким образом, приведенный выше анализ предполагает, что проксимальная область проксимального канальца будет реабсорбировать раствор, который является изотоническим на 86%, следовательно, концентрация реабсорбированного раствора составляет около 1.16 c _o, что означает, что концентрация фильтрата, c _f, уменьшается с увеличением расстояния вдоль канальца. По мере уменьшения c _f скорость реабсорбции жидкости также будет изменяться до тех пор, пока концентрация реабсорбированной жидкости не станет такой же, как c _f. После этого все концентрации останутся постоянными. Первым шагом в анализе этой ситуации является рассмотрение эпителия с разными концентрациями на апикальной и базальной сторонах.Предположим, что перитубулярные капилляры поддерживают базальную концентрацию на уровне c _o, тогда как концентрация фильтрата c _f на апикальной стороне является произвольной.

y = Ue (y) Ce (y) -1εkedCe (y) dyεdUe (y) dy = Ce (y) -CiαεUa = Ci-CfCe (1) = 1; Ue (0) = 0 Ue (1) = Ua

(25)

где

Для работы метода возмущений мы должны предположить, что C _f = C _f/ c _o может быть расширен в ряд

Cf = Cf (0) + εCf (1) + ε2Cf (2) +…

Когда этот ряд подставляется в уравнение.25, Cf (0) = 1 и решения уравнения. 25 можно записать в виде неопределенного значения Cf (1). Концентрации даны как

Cf≈1 + εCf (1) Cf≈1 + εCf (1) + α-αketanhke1 + αketanhkeCe (y) ≈1 + εCf (1) + 1 + α1 + αketanhke [1-chkeycoshke]

(26)

А расход жидкости

Ue (y) ≈y-Cf (1) + 1 + α1 + αketanh kesinhkeykecoshkeU≈1-Cf (1) + 1 + α1 + αketanh ke1ketanhke

(27)

Есть два способа указать См. (1). Сначала рассмотрим устойчивое состояние. Концентрация фильтрата, c _f, перестанет изменяться, когда концентрация реабсорбированного раствора станет равной концентрации фильтрата.Таким образом, установившееся состояние равно c _f = j _A/ u _A или в нормированных параметрах

Когда ограничение в уравнении. 28 добавляется к формуле. 25 решения следующие:

Cf≈1-ε (1 + α) Ci≈1-εCe≈1Ue (y) ≈y + ε (1 + α) sinh keysinh keU≈1 + ε (1 + α)

(29)

Решения в уравнении 29 пренебрегают членами O (ε ²) и выше. Примечательно, что эти решения эквивалентны решениям для простой секреции, приведенным в формуле.10 A , за исключением того, что поток жидкости идет в противоположном направлении, следовательно, трансмембранные градиенты меняются на противоположные. Поскольку реабсорбированный раствор изотоничен с c _f, значение c _f теперь является постоянным. Остается вопрос: на каком расстоянии от клубочка транспорт достигает этого устойчивого состояния? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вывести и решить уравнения переноса потока по просвету проксимального канальца, что является вторым способом определения Cf (1), теперь как функция расстояния от клубочка.

Мы предполагаем, что внутри просвета канальца растворенное вещество переносится потоком воды u _f (см / с) и что z (см) — это расстояние вдоль канальца от клубочка. Далее, мы предполагаем, что апикальный перенос соли, j _A (моль / см ² / с), постоянен вдоль канальца, тогда уравнение потока растворенного вещества внутри просвета определяется как

duf (z) cf ( z) dz = -SAVTjAuf (z) cf (z) -u0co = -SAVTjAz

(30)

Где S _A/ V _T (см ⁻¹) — площадь поверхности апикальной мембраны на единицу объема просвета канальца и u ₀ (см / с) — скорость фильтрации клубочком при z = 0 ( см. и).Уравнение 30 действительно только до u _f → 0, но, как показано ниже, это большое расстояние, порядка 20 см. Скорость уменьшения u _f — это скорость реабсорбции жидкости.

Реабсорбция жидкости и солей в проксимальных канальцах почек. ( A ) Геометрические и транспортные свойства проксимального канальца. Новый фильтрат c _f = c _o (моль / см ³) генерируется клубочками при z = 0.По мере того как фильтрат течет по просвету канальца, соль выводится из канальца через апикальные мембраны со скоростью j _A (моль / см ² / с), а вода следует со скоростью u _A (см / с). Осмолярность транспортируемого раствора, j _A/ u _A (моль / см ³), первоначально составляет c _o / 0,86 (уравнение 22 и связанный текст), что подразумевает c _f уменьшается по мере удаления от клубочка.Уравнения переноса выводятся в тексте, где представлены приближенные решения. ( B ) Графическое представление решения для c _f как функции расстояния от клубочка. Исходя из значений параметров в, ε = 10 ⁻³ и общая водопроницаемость апикальной и базолатеральной мембран одинаковы, следовательно, α = 1. Первоначально c _f = c _o = 300 мМ, но он экспоненциально снижается до своего стационарного значения (1- (1 + α) ε) c _o = 399.4 мМ с постоянной длиной λ = 0,3 см. В установившемся режиме осмолярности транспортируемого раствора и фильтрата одинаковы: c _f = j _A/ u _A.

Таблица 3

Значения параметров для и связанного текста

a	100 × 10 ⁻⁸ см
c _o	300 × 1 0 ⁻⁶ моль / см ³
D _e	10 ⁻⁵ см ² / с
j _A = j _BL	3 × 10 ⁻¹¹ моль / см ² / с
L	30 × 10 ⁻⁴ см
P _A = P _BL	0.33 (см / с) / (моль / см ³)
∝	1
ε	10 ⁻³
k _e	178

S _A / V _T	4.8 × 10 ⁴ см ^-10
0.075
u ₀	0,1 см / с
u _f → 0	z → 20 см

-czduf (z (z) -cf (z))

(31)

Если u _f нормализовано до своего начального значения, так что U _f = u _f/ u ₀ и другие параметры нормированы, как и раньше, безразмерные уравнения:

Uf (Z) Cf (Z) = 1-αεZdUf (Z) dZ = Cf (Z) -Ci (Z) Cf (0) = 1, Uf (0) = 1

(32)

, где

Если выражение для C _i и C _f из уравнения.26 подставляются в формулу. 32, мы можем решить для неопределенного См. (1). Результаты:

Определить T = 1ketanhkethenCf (Z) ≈1-ε (1 + α) (1-e-αTZ / (1 + αT)) Uf (Z) ≈1-ε [(1 + α) ( 1-e-αTZ / (1 + αT)) — αZ]

(33)

Таким образом, C _f (Z) экспоненциально приближается к своему стационарному значению 1-ε (1 + α) с константа длины, λ (см), где

λ = (1 + αT) u0αT / (coSAVTPA)

(34)

и приведите значения параметров, используемые для расчета λ = 0,3 см. Как показано на рисунке, поток достигнет устойчивого состояния примерно при 3 константах длины от клубочка или примерно при 0.9 см, где уравнение. 29 становится действительным. Поскольку мы предположили, что перенос соли по канальцу постоянен, после достижения устойчивого состояния продольная скорость потока уменьшается линейно с расстоянием. На основании уравнения. 33 он в конечном итоге станет отрицательным, но это, очевидно, физически невозможно, поэтому уравнение. 33 может применяться только до расстояния, на котором вся отфильтрованная жидкость реабсорбируется, а поток достигает нуля. Это происходит при Z ≈ 1 / αε, что означает z ≈20 см, учитывая значения параметров в и.Это намного больше, чем длина проксимального канальца, поэтому анализ не является физически необоснованным как описание начального транспорта соли и воды в проксимальном канальце.

Экспериментальные измерения изотонического переноса

В предыдущем разделе мы получили замечательный результат: когда фильтрат (апикальный раствор) находился в своей естественной стационарной концентрации, распределенная модель стоячих градиентов в боковых межклеточных пространствах схлопывалась обратно до простая сосредоточенная (трехкомпонентная) модель, аналогичная модели, впервые предложенной Курраном и Маклнтошем (1962).Во всех экспериментальных определениях изотонического переноса переносимый раствор был собран (например, Diamond, 1964; Barfus & Schafer, 1984), следовательно, он будет иметь свой естественный стационарный состав. Очевидное значение состоит в том, что экспериментальные протоколы могут создать ситуацию, в которой уместна простая модель с сосредоточенными параметрами, а перенос находится в пределах порядка ε от изотоничности. Чтобы проверить эту гипотезу, мы переоцениваем «сотовую модель», данную формулой. 21 с изменением граничных условий таким образом, что основной раствор имеет состав абсорбата.Новое граничное условие: c _e (l) = j / u , что при нормализации дает условие

Таким образом, мы больше не налагаем условие, что C _e (1) = 1 , но используйте уравнение. 35 вместо этого. Наложение этого граничного условия действительно приводит к коллапсу распределенной модели до сосредоточенной трехкомпонентной модели. Фактически, накладывая граничное условие в уравнении. 35 означает, что C _e ( y ) является константой, определяемой Ce = (1 + 1 + 4ε (1 + α)) / 2, и U _e ( y ) = y / C _e, C _i = 1+ εα / С _и.Ε-разложения точных решений:

Ce (y) ≈1 + ε (1 + α) Ci≈1 + εαUe (y) ≈y (1-εα) U≈1-εα

Если предположить α = 1, то каждая апикальная и базолатеральная мембраны имеют трансмембранный осмотический градиент ε c _o, а абсорбент изотоничен в пределах порядка ε. Таким образом, абсорбент изотоничен с точностью до одной части на тысячу, и экспериментаторы сочли бы это изотоническим. Наиболее примечательной особенностью является изменение физики переноса жидкости.Боковые межклеточные пространства больше не нужны для создания осмотических градиентов, управляющих переносом жидкости; вместо этого дифференциальные уравнения для распределенного переноса могут быть заменены простой трехкомпонентной системой, в которой апикальный трансмембранный поток жидкости задается величиной P _A ε c _o, базолатеральный трансмембранный поток жидкости равен P _BL ε c _o, а осмолярности c _o, (1 + ε) c _o и (1 + 2ε) c _o в апикальном, внутриклеточном и базолатеральном отсеки соответственно.Это абсорбционный эквивалент модели секреции в.

Обсуждение

Центральная тема этого анализа заключается в том, что эпителий, транспортирующий жидкость, имеет естественное устойчивое состояние, при котором каждая мембрана имеет осмотический градиент ε c _o, поток воды находится в пределах порядка ε от изотонического, а осмотический градиент пространственно однородны с точностью до порядка ε. Если транспортируемая жидкость значительно отличается от изотонической, то эффект транспортировки будет заключаться в корректировке градиентов до тех пор, пока не будет выполнено вышеуказанное условие.Когда это состояние достигается, постоянные осмотические градиенты в боковых пространствах незначительны.

В экспериментах, предполагающих изотонический транспорт, транспортированный раствор был собран и измерена его осмолярность (например, Diamond, 1964; Barfus & Schafer, 1984), следовательно, эпителий находился в этом естественном устойчивом состоянии. Фактическая осмолярность, вероятно, была гипертонической порядка ε, но поскольку ε обычно меньше 10 904 · 10 -3 , отклонение от изотоничности обнаружить не удалось.Основываясь на этих экспериментах, модели транспорта эпителия предположили, что раствор на каждой стороне эпителия имел концентрацию соли точно c _o (Diamond & Bossert, 1967; Segel, 1970), поскольку водопроницаемость мембран относительно большие, модели чрезвычайно чувствительны к предполагаемым граничным концентрациям, и влияние разницы между c _o и (1 + 2ε) c _o довольно драматично, как показано на рис.

Другая проблема ранних моделей (Diamond & Bossert, 1967; Segel, 1970) заключалась в том, что они фокусировались на стоячих градиентах в боковых пространствах и не учитывали сотовый отсек. Более поздние модели (Sackin & Boulpaep, 1975; Weinstein & Stephenson, 1981) действительно включали клеточный отсек, но это были сложные числовые модели, которые не обеспечивали такого глубокого понимания, как приближенное аналитическое решение (Segel, 1970). Осмолярность клеток связывает апикальные и базолатеральные потоки воды и существенно влияет на выводы о влиянии проницаемости для воды базолатеральной мембраны, а также о длине щели.Представленные здесь модели предсказывают, что поток жидкости максимален, когда общая водопроницаемость апикальной и базолатеральной мембран совпадает. В проксимальном канальце, где области апикальной и базолатеральной мембран схожи и обе мембраны имеют одинаковую водопроницаемость, транспорт жидкости, по-видимому, максимален. В то время как в хрусталике, где длина расщелины исключительно велика, площадь боковой мембраны намного больше, чем площадь поверхностной клеточной мембраны (, обзор в Mathias et al., 1997), проницаемость латеральной мембраны для воды намного меньше, чем у поверхностных клеток (Varadaraj et al., 1999), что снова приводит к почти максимальному потоку жидкости.

Наши модельные расчеты проксимального канальца почек предполагают, что фильтрат достигнет равновесной концентрации, которая является слегка гипотонической (около 0,6 мМ, используя значения параметров в -) по сравнению с базальным раствором, который поддерживается на той же концентрации, что и раствор в перитубулярные капилляры. Грин и Гибиш (1984) обнаружили, что когда они перфузировали канальцы и перитубулярные капилляры одним и тем же раствором, раствор канальцев действительно достигал равновесной концентрации, которая была слегка гипотонической по сравнению с концентрацией капилляров.По их оценкам, они могли надежно обнаружить различия примерно в 1 мМ, а обнаруженные различия составили 1,7 или 3,9 мМ, в зависимости от скорости перфузии. В нашей модели разница в осмолярности равна 2ε c _o. На основе ряда экспериментальных значений мы оценили ε ≈ 10 ⁻³. Для нашей модели, чтобы объяснить их данные, значение ε должно быть 2,9 × 10 ⁻³ для разницы 1,7 мМ или 6,7 × 10 ⁻³ для разницы в 3,9 мМ. Поскольку ε зависит от отношения Дж / P , учитывая диапазон значений для j и P , рассмотренных в Whittembury and Reuss (1992), их эксперименты очень хорошо согласуются с предсказаниями нашего моделирования.

Ограничения моделей

Вначале мы заявили, что сосредоточимся на локальном осмосе и не будем включать градиенты напряжения, гидростатическое давление или электроосмос, все из которых должны присутствовать на основе простой термодинамики. Хотя анализ гидростатического давления здесь не представлен, мы попытались увидеть, повлияет ли его включение на какие-либо из приведенных выше выводов. Мы обнаружили, что гидростатическое давление немного уменьшило максимальный расход в моделях, представленных в любом из или, но это не повлияло ни на один из приведенных выше выводов.Маклафлин и Матиас, 1985, исследовали роль электроосмоса и пришли к выводу, что он может заменить гидростатическое давление в продольном потоке жидкости вдоль щелей, таким образом изменяя градиент давления, но не влияя на выводы о локальном осмосе. Хотя это вопросы для будущего анализа, на данном этапе мы не думаем, что они изменят какие-либо общие выводы о роли местного осмоса.

Модели транспорта эпителиальной жидкости чрезвычайно чувствительны к предполагаемым граничным условиям.Эта чувствительность действительно представляет собой существенное ограничение для анализа переноса жидкости. Непосредственно рядом с мембранами есть слои без перемешивания, которые зависят от неизвестных факторов, таких как структура поверхности мембраны и степень перемешивания. Небольшие отклонения осмолярности в этих слоях могут изменить граничные условия и могут существенно повлиять на перенос жидкости. Таким образом, сложно получить количественно точную модель реального эпителия. Наша цель при выводе и приближенном решении представленных здесь моделей состояла в том, чтобы получить представление о физике переноса жидкости, особенно в отношении роли локального осмоса и изотонического переноса.

Другие предполагали существование водяных насосов (Meinild et al., 1998; Zeuthen et al., 2001), и хотя они могут существовать, они не являются необходимыми для объяснения данных об изотоническом переносе. Точно так же модели, которые вызывают более сложные модели потока, такие как рециркуляция (Nedergaard et al., 1999) или циркулирующие токи, управляющие переносом жидкости через электроосмос (Sanchez et al., 2002; Fischbarg & Diecke, 2005), могут быть правильными, но они верны. Нет необходимости объяснять данные об изотоническом переносе.Простая физика говорит нам, что локальный осмос будет присутствовать всегда, независимо от того, какой другой механизм постулируется, и, основываясь на проведенных здесь расчетах, мы делаем вывод, что локального осмоса достаточно для генерирования почти изотонического переноса.

Разница между изотоническим и изосмотическим

23 апреля 2011 г. Сообщение от Мадху

Ключевое различие между изотоническим и изосмотическим состоит в том, что изотонические растворы содержат только непроникающие растворенные вещества, тогда как изосмотические растворы содержат как проникающие, так и непроникающие растворенные вещества. Еще одно важное различие между изотоническими и изосмотическими растворами состоит в том, что изотонические растворы имеют осмотическое давление, отличное от окружающих их клеток, тогда как изосмотические растворы имеют такое же осмотическое давление, как и окружающие клетки.

Изотонический и Изосмотический — это типы растворов и терминов, с которыми мы часто сталкиваемся в химических лабораториях. Многие по-прежнему не понимают разницы между двумя типами решений, полагая, что они одинаковы. Однако они не совпадают, и мы выделим их различия в этой статье.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные различия
2. Что такое растворенные вещества
3. Что такое изотонический
4. Что такое Isosmotic
5. Сравнение бок о бок — изотонический и изосмотический в табличной форме
6. Резюме

Что такое растворенные вещества?

Растворенные вещества — это вещества, растворяющиеся в растворе. Чтобы понять изосмотические и изотонические растворы, мы должны понимать, что они либо проникающие растворенные вещества, либо непроникающие растворенные вещества. Проникающие растворенные вещества — это те вещества, которые могут проходить через мембраны клетки, влияя на осмотическое давление через мембрану.С другой стороны, непроникающие растворенные вещества не могут проходить через мембрану, поэтому они влияют только на тонус.

Что такое изотонический?

Изотонический раствор — это раствор, имеющий такую же концентрацию соли, как кровь и клетки человеческого тела. Изотонические растворы содержат только непроникающие растворенные вещества, и это относится к растворам, имеющим такое же осмотическое давление, как и окружающие клетки.

Рисунок 01: Изотонический раствор

Более того, они ничего не поглощают из клетки и наоборот (клетки также не поглощают растворенные вещества из этих растворов).Например, раствор, содержащий 154 мМNaCl, изотоничен для человека.

Что такое изосмотик?

Изосмотический — это когда два раствора имеют одинаковое количество растворенных веществ. Таким образом, несмотря на то, что они имеют такое же осмотическое давление, как и клетка, они окружают. Они содержат проникающие растворенные вещества, которые могут проникать и увеличивать осмотическое давление клетки. Когда осмотическое давление клетки увеличивается, заставляя клетку поглощать воду из среды, она достигает равновесия, и осмотическое давление одинаково с обеих сторон.Это может повлиять на ячейку и окончательно взорваться.

Например, сахароза — это раствор, не содержащий ионов. Раствор сахарозы 320 мМ изосмотичен для человека. Сравнение этого раствора сахарозы с 154 мМ раствором NaCl показывает, что это 154 мМ натрия (Na) и 154 мМ хлорид (Cl), или около 308 миллиосмолярностей, что близко к 320 миллиосмолям сахарозы.

В чем разница между изотоническим и изосмотическим?

Изотонический относится к раствору, имеющему такую же концентрацию растворенного вещества, как в клетке или жидкости организма.Изосмотический относится к ситуации, когда два раствора имеют одинаковое осмотическое давление. Следовательно, изотонические растворы содержат только непроникающие растворенные вещества, тогда как изосмотические растворы содержат как проникающие, так и непроникающие растворенные вещества.

Учитывая связь этих двух типов растворов с осмотическим давлением, изотонические растворы имеют осмотическое давление, отличное от окружающих их клеток. Напротив, изосмотические растворы имеют такое же осмотическое давление, как и окружающие их клетки.Кроме того, изотонические растворы не заставляют клетки поглощать воду из окружающей среды или терять воду из клеток. Однако изосмотические растворы заставляют клетки поглощать воду из окружающей среды или терять воду из клеток.

Резюме — Изотонический против изосмотического

Термины изотонический и изосмотический используются для описания свойств жидкостей организма. Оба термина изотонический выражают идею наличия одинаковых концентраций растворенных веществ, в то время как термин изосмотический выражает идею равного осмотического давления.Разница между изотоническими и изосмотическими состоит в том, что изотонические растворы содержат только непроникающие растворенные вещества, тогда как изосмотические растворы содержат как проникающие, так и непроникающие растворенные вещества.

Ссылка:

1. «Тоничность». Википедия, Фонд Викимедиа, 8 февраля 2018 г. Доступно здесь
2. «Изосмотический». Биология онлайн. Доступно здесь

Изображение предоставлено:

1.’Blausen 0685 OsmoticFlow Isotonic ’Авторы Blausen.com (2014 г.). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014».WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. — Собственная работа (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia

Что такое пример изотонического раствора? — Mvorganizing.org

Что такое пример изотонического раствора?

Раствор изотоничен, если его эффективная осмольная концентрация такая же, как у другого раствора. Это состояние обеспечивает свободное движение воды через мембрану без изменения концентрации растворенных веществ с обеих сторон. Некоторые примеры изотонических решений: 0.9% физиологический раствор и лактатные звонаги.

Что такое гипотонический и изотонический раствор?

Тоничность в живых системах В изотонической среде нет чистого движения воды, поэтому размер клетки не меняется. Когда клетка помещается в гипотоническую среду, вода поступает в клетку, и клетка набухает.

Для чего используется изотонический раствор?

Изотонические жидкости Изотонические растворы используются: для увеличения ВНЕКЛЕТОЧНОГО объема жидкости из-за кровопотери, хирургического вмешательства, обезвоживания, потери жидкости, которая была потеряна внеклеточно.

Вода изотонична?

Изотонические растворы имеют одинаковую концентрацию воды с обеих сторон клеточной мембраны. Кровь изотонична. Водопроводная и чистая вода являются гипотоническими. Отдельная животная клетка (например, эритроцит), помещенная в гипотонический раствор, наполняется водой, а затем лопнет.

Что лучше: изотонический или гипертонический?

Гипертонические растворы содержат более соленый раствор, чем изотонические. Эта более высокая концентрация соли, как правило, делает ее более эффективной в уничтожении оставшихся бактерий из ваших носовых пазух.В конечном итоге именно содержание соли в физиологическом растворе действительно дает гипертоническому раствору преимущество с точки зрения целебных свойств.

Почему капли в нос должны быть изотоническими?

Изотонические растворы имеют ту же концентрацию соли, что и человеческий организм, тогда как гипертонические растворы имеют более высокое содержание соли, а гипотонические растворы имеют более низкое содержание соли. Спреи для носа изотонического солевого раствора обычно используются у младенцев и детей для вымывания густой слизи из носа в случае аллергического ринита.

Как приготовить изотонический солевой раствор дома?

Налейте в кастрюлю одну чашку воды и ½ чайной ложки соли. Закройте крышку.
Варить 15 минут при закрытой крышке (установить таймер).
Отставьте сковороду в сторону, пока она не остынет до комнатной температуры.
Осторожно вылейте из кастрюли соль и воду (физиологический раствор) в банку или бутылку и закройте крышку.

Что такое гипертонический солевой раствор?

Гипертонический физиологический раствор — стерильный физиологический раствор различной концентрации, 3%, 3.5 процентов и 7 процентов. Он работает за счет увеличения количества натрия (соли) в дыхательных путях. Соль притягивает воду в дыхательные пути, которая разжижает слизь, что облегчает откашливание.

Безопасен ли гипертонический раствор?

Эти данные позволяют предположить, что гипертонический раствор безопасен и эффективен для лечения как острой, так и хронической гипонатремической энцефалопатии.

Физиологический раствор — это гипертонический раствор?

Гипертонический физиологический раствор — это любой физиологический раствор с концентрацией хлорида натрия (NaCl) выше, чем физиологический (0.9%). Он вытягивает жидкость из отечных тканей головного мозга, поскольку в нем более высокая концентрация натрия и более низкая концентрация воды, чем в крови.

Физический раствор изотоничен или гипертоничен?

0,9 физиологический раствор считается «изотоническим».

Для чего используется гипертонический раствор?

Hypertonic Saline — это лекарство, отпускаемое по рецепту, которое используется для лечения симптомов электролитов и восполнения жидкости, используемых в качестве источника воды и электролитов. Гипертонический раствор можно использовать отдельно или с другими лекарствами.Гипертонический раствор относится к классу препаратов, называемых муколитиками.

Какие примеры изотонических жидкостей?

Распространенными примерами изотонических растворов являются 0,9% физиологический раствор и лактатные рингеры. Эти жидкости полезны, когда пациент потерял объем жидкости в результате кровопотери, травмы или обезвоживания из-за чрезмерной тошноты / рвоты или диареи.

Как изотонический раствор лечит обезвоживание?

Изотонические растворы для внутривенного введения восстанавливают объем жидкости, поскольку они заполняют ткани и поддерживают объем жидкости более эффективно, чем гипертонические или гипотонические растворы.

Какая жидкость для внутривенного вливания лучше всего при гипотонии?

Изотонические кристаллоидные растворы обычно назначают для внутрисосудистого восполнения запасов во время шока и гиповолемии. Коллоидные растворы обычно не используются. Пациенты с обезвоживанием и адекватным объемом кровообращения обычно имеют дефицит свободной воды, поэтому используются гипотонические растворы (например, 5% раствор декстрозы в воде, 0,45% физиологический раствор).

Дистиллированная вода изотонична?

Дистиллированная вода изотонична? Обновленный веб-сайт, предназначенный для студентов-биологов AS и A Level.Что касается осмоса, дистиллированная вода всегда будет гипотонической по сравнению с водным раствором, содержащим любое количество растворенного вещества. да гипотоник к нормальной воде.

Дистиллированная вода изотонична картофелю?

Первый ломтик картофеля помещают в дистиллированную воду с высокой концентрацией почти чистой воды, определенно более высокой, чем та, которая содержится в клетках картофеля. Этот раствор называется гипотоническим. В этом случае вода будет диффундировать из клеток картофеля и испаряться в окружающий воздух.

Какой раствор изотоничен яйцу?

В случае изотонического раствора в растворе кукурузного сиропа / воды было примерно такое же количество растворенных веществ, что и в яйце, так что чистого движения внутрь или из яйца не было. Он остался прежнего размера. В случае гипотонического раствора в яйце было больше растворенных веществ, чем в чистой воде.

Кукурузный сироп изотоничен?

Вода известна как гипотоническая, т.е. В яйце концентрация воды намного выше, чем в сиропе, поэтому вода будет проходить в противоположном направлении.Это означает, что яйцо уменьшится в размерах. Кукурузный сироп — это гипертоническая жидкость, т.е.

Что означает изотонический?

1: относящееся или являющееся мышечным сокращением в отсутствие значительного сопротивления, с заметным укорочением мышечных волокон и без значительного повышения мышечного тонуса — сравните изометрические.

Что происходит, когда яйцо помещается в гипотонический раствор?

Иногда яйцо в гипотоническом растворе даже разбивается. Замачивание яиц в уксусе приводит к растворению яичной скорлупы, и яичный белок становится эластичным.(из-за химической реакции) Вода может течь в яйцо и выходить из него.

Что такое гипотонические растворы?

Гипотонический раствор имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор. В биологии раствор вне клетки называется гипотоническим, если он имеет более низкую концентрацию растворенных веществ по сравнению с цитозолем. Из-за осмотического давления вода диффундирует в клетку, и клетка часто кажется набухшей или раздутой.

Какие 3 основных типа жидкостей для внутривенного вливания?

Кристаллоиды.Растворы кристаллоидов IV содержат небольшие молекулы, которые легко проходят через полупроницаемые мембраны. Они классифицируются в зависимости от их относительного тонуса по отношению к плазме. Есть три типа: изотонический, гипотонический и гипертонический.

Почему вы даете гипотонический раствор?

Гипотонические растворы гидратируют клетки по мере того, как вода перемещается из сосудистого пространства во внутриклеточное пространство. Примеры использования гипотонических растворов включают лечение гипертонической дегидратации, замену жидкостей в состояниях клеточной дегидратации и разбавление концентрированной (с высоким содержанием натрия) сыворотки.