Hva er forskjellen mellom hypertonisk, hypotonisk og isotonisk?

Når en plante visner, faller den sammen og blir et mykt rot. Visning oppstår når vann forlater plantens celler og forstyrrer dets indre trykk. Dette er et eksempel på en av de tre typene tonicitet. En løsning kan ha tre kategorier av tonicitet i forhold til en annen løsning: hypertonisk, hypotonisk og isotonisk. Sammen med osmose er tonicitet integrert for at biologiske systemer skal fungere ordentlig. Hver type tonicitet beskriver hvordan osmose vil oppstå mellom ulike løsninger.

Osmose

For å forstå tonicitet er det viktig å først forstå osmose. Nettobevegelsen av vann over en semipermeabel membran fra et område med lavere konsentrasjon av løst stoff til et område med høyere konsentrasjon av løst stoff er osmose. Et oppløst stoff kan være et hvilket som helst materiale eller celle som et løsemiddel løser opp. Sammen danner de en løsning. I menneskekroppen kan oppløste stoffer være sukker, urea, kalium eller en rekke andre materialer. Osmose er den primære måten vann kommer inn i og ut av celler.

Hvordan og hvorfor osmose oppstår

Når man studerer osmose, er det lettere å se for seg cellene som en krukke med to rom fulle av vann. En membran deler glasset i to og skiller rommene. Hvis ingen av rommene inneholder oppløste stoffer, vil vannet bevege seg fritt og likt gjennom membranen. Imidlertid, hvis en krukke har en høyere konsentrasjon av oppløste stoffer enn den andre, er det mindre sannsynlig at vannet kommer ut av området med de oppløste stoffene. De fleste forskere støtter at årsaken til dette er at de oppløste molekylene spretter av membranen og fysisk flytter vannmolekylene bort fra membranen.

Tonicitet

Evnen til en løsning til å tvinge vann til å bevege seg inn i eller ut av en celle gjennom prosessen med osmose er dens tonicitet. En celles osmotiske konsentrasjon er den totale konsentrasjonen av hvert oppløst stoff i cellen. Den osmotiske konsentrasjonen til en celle er et mål på antall osmoler oppløst stoff per liter løsning. Dette kan vises som osmol/L eller Osm/L. De tre kategoriene av tonicitet beskriver den osmotiske konsentrasjonen av en celle til den osmotiske konsentrasjonen av den ekstracellulære væsken rundt den.

Hypertonisk

Hvis en celle har en lavere osmotisk konsentrasjon enn væsken rundt seg, er væsken hypertonisk for cellen. Vann er mer sannsynlig å forlate cellen og gå inn i den ekstracellulære væsken fordi væsken har en høyere konsentrasjon av oppløste stoffer. Dette vil påvirke konsentrasjonen på utsiden av cellen litt, noe som gjør den mer lik konsentrasjonen i cellen. Noen individer kaller hypertonisitet cellekrymping, fordi tap av vann får cellen til å krympe i størrelse.

Eksempler på hypertonisitet

Uten tilstrekkelig vann vil plantene visne og miste stivheten. Dette er et eksempel på hypertonisitet. Vann har reist fra plantecellen til væsken utenfor den. Uten at vannet presser mot celleveggene, mister cellene og planten turgortrykk. Hvis planten får vann, vil den kunne gjenvinne sin stivhet. Hos mennesker, hvis røde blodceller kommer inn i en løsning som har en høyere konsentrasjon av oppløste stoffer, vil tap av vann føre til at en rekke av cellens funksjoner svikter.

Omgå hypertonisitet

Noen skapninger og organismer har utviklet metoder for å beskytte mot eller kompensere for hypertonisitet. Saltvann er hypertonisk for fisken som lever i det. På grunn av dette mister fisk naturlig en betydelig mengde vann. Dette skjer når fisken utfører en gassutveksling med sjøvannet. For å kompensere for tapet av vann, spiser fisk store mengder saltvann. De skiller deretter ut overflødig salt. Dette er prosessen med osmoregulering.

Hypotonisk

Hvis en celle har en høyere osmotisk konsentrasjon enn væsken rundt seg, er væsken hypotonisk for cellen. I sin tur betyr dette at vann er mer sannsynlig å reise fra væsken inn i cellen. Dette kan føre til at cellen ser oppblåst eller tett ut. Dyreceller har ikke cellevegger. Uten en beskyttende cellevegg kan overflødig diffusjon av vann inn i cellen føre til at cellen brister. Men hos planter beskytter celleveggen cellen. Dette bidrar til anleggets turgortrykk og gir større stivhet.

Hyponatremi

En av de mulige effektene av hypotonisitet i menneskekroppen er hyponatremi eller vannoverdose. Når en person drikker for mye vann, blir den ytre saltløsningen fortynnet. For å nå likeverdige osmotiske konsentrasjoner, strømmer vannet deretter inn i blodcellene. Symptomer på hyponatremi er kvalme, hodepine, forvirring og tretthet. Hvis blodcellene i hjernen blir oppblåste og sprekker, kan hyponatremi potensielt være dødelig. Denne tilstanden er mer utbredt hos spedbarn siden deres små kropper ikke kan håndtere høye nivåer av vann.

Isotonisk

I motsetning til de to andre formene for tonicitet, beskriver isotonicitet både cellen og den ekstracellulære væsken rundt den som å ha like osmotiske konsentrasjoner. På grunn av dette kan vann bevege seg fritt mellom cellen og væsken. I tillegg krymper eller utvider ikke cellen seg fordi konsentrasjonen forblir ekvivalent mellom de to områdene. Hastigheten for vanndiffusjon er den samme i begge retninger, både inn og ut av cellen.

Isotonisitet i kroppen

Generelt er isotoniske forhold ideelle for celler som røde blodceller. Hypertoniske situasjoner fører til at cellene krymper og mister evnen til å fungere ordentlig. Hypotoniske situasjoner får cellen til å svulme opp og briste. Fordi det er integrert for røde blodceller å opprettholde sin funksjon, har menneskekroppen en rekke homeostatiske funksjoner som opprettholder en jevn tilstand av indre tilstander. En av disse tilstandene er toniciteten til den ekstracellulære væsken i forhold til de røde blodcellene.