Диффузионно-осмотические процессы играют одну из важнейших ролей не только в ГИО организма, но также и в целостности практически всех его клеточных структур. Процессами осмоса определяется перераспределение воды между различными водными секторами организма; они играют определенную роль в поддержании состава его внутренней среды, объемов воды в различных секторах, в процессах транспорта, в обеспечении сохранения клетками нормальных форм и размеров.
В этой статье мы очень коротко, даже схематично, представлены основы теории диффузионно-осмотических процессов.

Диффузия и осмос. Диффузией называется равномерное распределение молекул одного вещества среди молекул другого. Этот процесс обусловливается наличием теплового движения молекул. Диффузия может происходить как при непосредственном контакте двух веществ, так и при наличии проницаемой для этих веществ перегородки (мембраны) между ними. Мембраны могут быть проницаемы не для всех веществ (полупроницаемые мембраны).

Если такая мембрана разделяет две жидкости, одна из которых является раствором вещества, для которого мембрана непроницаема, а другая растворителем, проникающим через мембрану, то в такой системе может происходить только один процесс — диффузия растворителя в раствор. Такая односторонняя диффузия через полупроницаемую мембрану и называется осмосом.

Осмотическим давлением называется сила, обусловливающая осмос. Осмотическое давление раствора прямо пропорционально концентрации растворенного вещества и пропорционально абсолютной температуре раствора.

Разность потенциалов возникает при перераспределении заряда. Ее величина зависит от количества заряда и площади поверхности, по которой распределен заряд. Величины заряда, емкости мембраны, ее площади, плотности заряда, потока ионов через мембрану и возникающей разности потенциалов крайне малы, поэтому их невозможно уловить с помощью макроскопических измерений, как и изменение начальных концентраций ионов.

В биологических системах непрерывный выход калия из клетки и вход в нее натрия по градиенту концентраций за счет осмотического давления постоянно компенсируется функцией «калий — натриевого» насоса, «подкачивающего» ионы в направлениях, противоположных градиентам концентраций. Эта работа требует непрерывной затраты энергии, в отличие от пассивного поддержания равновесия Нернста, и обеспечивается метаболическими процессами.

Разность концентраций ионов между клеткой и окружающей ее средой существует, существует и разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями всех до сих пор исследованных клеточных мембран. Эта разность потенциалов обусловливает очень большую силу, действующую на мембрану. Последняя, возможно, обусловливает устойчивость мембраны.

Оптимальный состав внутренней среды клетки поддерживается за счет внутриклеточного метаболизма и с большой вероятностью можно предполагать, что разность потенциалов является следствием разности концентраций ионов с разных сторон мембраны.

Через клеточную мембрану активно переносится ограниченное число ионов (возможно, только калий, натрий, магний), а равно весные концентрации остальных устанавливаются в соответствии с ограничениями для каждого типа ионов.

- Читать далее "Активность ионов при осмосе. Равенство Гиббса—Доннана"