מה ההבדל בין היפרטוני, היפוטוני ואיזוטוני?

כאשר צמח נובל, הוא צונח והופך לבלגן רך. נבילה מתרחשת כאשר מים עוזבים את תאי הצמח ומפריעים ללחץ הפנימי שלו. זוהי דוגמה לאחד משלושת סוגי הטוניסטיות. לתמיסה יכולות להיות שלוש קטגוריות של טוניקות ביחס לפתרון אחר: היפרטוני, היפוטוני ואיזוטוני. יחד עם אוסמוזה, טוניקות היא אינטגרלית למערכות ביולוגיות לפעול כראוי. כל סוג של טוניקיות מתאר כיצד תתרחש אוסמוזה בין פתרונות שונים.

סְפִיגָה

כדי להבין טוניקות, חשוב להבין תחילה אוסמוזה. התנועה נטו של מים על פני ממברנה חדירה למחצה מאזור עם ריכוז מומסים נמוך יותר לאזור עם ריכוז מומסים גבוה יותר היא אוסמוזה. מומס יכול להיות כל חומר או תא שממס ממיס. ביחד הם יוצרים פתרון. בגוף האדם, המומסים יכולים להיות סוכר, אוריאה, אשלגן או מגוון חומרים אחרים. אוסמוזה היא האמצעי העיקרי שדרכו מים נכנסים ויוצאים מהתאים.

כיצד ומדוע מתרחשת אוסמוזה

כאשר לומדים אוסמוזה, קל יותר לדמיין את התאים כצנצנת עם שני תאים מלאים במים. קרום מפצל את הצנצנת לשניים ומפריד בין התאים. אם אף אחד מהתאים אינו מכיל מומסים, המים יעברו דרך הממברנה בחופשיות ובשוויון. עם זאת, אם לצנצנת אחת יש ריכוז מומסים גבוה יותר מהשני, יש סיכוי נמוך יותר שהמים ייצאו מהאזור עם המומסים. רוב המדענים תומכים בכך שהסיבה לכך היא שהמולקולות המומסות קופצות מהממברנה ומרחיקות פיזית את מולקולות המים מהממברנה.

טוניקיות

היכולת של תמיסה לאלץ מים לנוע לתוך התא או לצאת ממנו בתהליך של אוסמוזה היא הטוניסטיות שלו. הריכוז האוסמוטי של התא הוא הריכוז הכולל של כל מומס בתא. הריכוז האוסמוטי של התא הוא מדד למספר האוסמולים של מומס לליטר תמיסה. זה יכול להופיע כאוסמול/L או Osm/L. שלוש הקטגוריות של טוניקות מתארות את הריכוז האוסמוטי של התא לריכוז האוסמוטי של הנוזל החוץ-תאי שסביבו.

היפרטוני

אם לתא יש ריכוז אוסמוטי נמוך יותר מהנוזל שסביבו, הנוזל הוא היפרטוני לתא. סביר יותר למים לצאת מהתא ולהיכנס לנוזל החוץ תאי מכיוון שלנוזל יש ריכוז גבוה יותר של מומסים. זה ישפיע מעט על הריכוז בחלק החיצוני של התא, מה שהופך אותו לשווה יותר לריכוז בתוך התא. אנשים מסוימים מכנים כיווץ תאי היפרטוני, מכיוון שאיבוד המים גורם לתא להתכווץ בגודלו.

דוגמאות להיפרטוניות

ללא מים מספקים, הצמחים יבלו ויאבדו את קשיחותם. זוהי דוגמה להיפרטוניות. מים עברו מתוך תא הצמח אל הנוזל שמחוץ לו. מבלי שהמים לוחצים על דפנות התא, התאים והצמח מאבדים את לחץ הטורגור. אם הצמח יקבל מים, הוא יוכל להחזיר את קשיחותו. בבני אדם, אם תאי דם אדומים נכנסים לתמיסה בעלת ריכוז מומסים גבוה יותר, אובדן המים יגרום לכשל של מספר מתפקודי התא.

עקיפת היפרטוניות

כמה יצורים ואורגניזמים פיתחו שיטות להגן מפני או לפצות על היפרטוניות. מי מלח הם היפרטוניים לדגים החיים בתוכם. בגלל זה, דגים מאבדים באופן טבעי כמות משמעותית של מים. זה מתרחש כאשר הדגים מבצעים חילופי גז עם מי הים. כדי לפצות על אובדן המים, דגים צורכים כמויות גדולות של המים המלוחים. לאחר מכן הם מפרישים את עודפי המלח. זהו תהליך ויסות אוסמו.

היפוטוני

אם לתא יש ריכוז אוסמוטי גבוה יותר מהנוזל שסביבו, הנוזל הוא היפוטוני לתא. בתורו, זה אומר שיש סיכוי גבוה יותר למים לעבור מהנוזל לתוך התא. זה יכול לגרום לתא להיראות נפוח או עמוס. לתאי בעלי חיים אין קירות תאים. ללא דופן תא מגן, דיפוזיה עודפת של מים לתוך התא עלולה לגרום לתא להיקרע. עם זאת, בצמחים, דופן התא מגינה על התא. זה תורם ללחץ הטורגור של הצמח ומספק קשיחות רבה יותר.

היפונתרמיה

אחת ההשפעות האפשריות של היפוטוניות בגוף האדם היא היפונתרמיה או מנת יתר של מים. כאשר אדם שותה כמות מופרזת של מים, תמיסת המלח החיצונית מתדללת. על מנת להגיע לריכוזים אוסמוטיים שווה ערך, המים ממהרים לתוך תאי הדם. תסמינים של היפונתרמיה הם בחילות, כאבי ראש, בלבול ועייפות. אם תאי הדם של המוח מתנפחים ונקרעים, היפונתרמיה עלולה להיות קטלנית. מצב זה נפוץ יותר אצל תינוקות מכיוון שגופם הקטן אינו יכול להתמודד עם רמות גבוהות של מים.

איזוטוני

בניגוד לשתי צורות הטוניסטיות האחרות, איזוטוניות מתארת ​​הן את התא והן את הנוזל החוץ-תאי סביבו כבעלי ריכוזים אוסמוטיים שווים. בגלל זה, מים יכולים לנוע בחופשיות בין התא לנוזל. בנוסף, התא אינו מתכווץ או מתרחב מכיוון שהריכוז נשאר שווה ערך בין שני האזורים. קצב פיזור המים זהה בכל כיוון, הן פנימה והן מחוצה לו.

איזוטוניות בגוף

באופן כללי, תנאים איזוטוניים הם אידיאליים עבור תאים כגון תאי דם אדומים. מצבים היפרטוניים גורמים לתאים להתכווץ ולאבד את יכולתם לתפקד כראוי. מצבים היפוטוניים גורמים לתא להתנפח ולקרע. מכיוון שזה בלתי נפרד לתאי הדם האדומים לשמור על תפקודם, לגוף האדם יש מספר פונקציות הומיאוסטטיות השומרות על מצב יציב של תנאים פנימיים. אחד המצבים הללו הוא הטוניסטיות של הנוזל החוץ תאי ביחס לתאי הדם האדומים.