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Wenn eine Pflanze welkt, sackt sie zusammen und wird zu einem weichen Durcheinander. Welken tritt auf, wenn Wasser die Zellen der Pflanze verlässt und ihren Innendruck stört. Dies ist ein Beispiel für eine der drei Arten von Tonizität. Eine Lösung kann im Vergleich zu einer anderen Lösung drei Tonizitätskategorien aufweisen: hyperton, hypoton und isoton. Zusammen mit der Osmose ist die Tonizität von wesentlicher Bedeutung für den ordnungsgemäßen Betrieb biologischer Systeme. Jede Art von Tonizität beschreibt, wie Osmose zwischen verschiedenen Lösungen auftritt.



Osmose

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Um die Tonizität zu verstehen, ist es wichtig, zuerst die Osmose zu verstehen. Die Nettobewegung von Wasser durch eine semipermeable Membran von einem Bereich mit einer niedrigeren Konzentration an gelösten Stoffen zu einem Bereich mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen ist Osmose. Ein gelöster Stoff kann jedes Material oder jede Zelle sein, die ein Lösungsmittel auflöst. Zusammen bilden sie eine Lösung. Im menschlichen Körper können gelöste Stoffe Zucker, Harnstoff, Kalium oder eine Vielzahl anderer Materialien sein. Osmose ist das primäre Mittel, durch das Wasser in die Zellen ein- und austritt.

Wie und warum Osmose auftritt

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Bei der Osmoseuntersuchung ist es einfacher, sich die Zellen als Gefäß mit zwei Kammern voller Wasser vorzustellen. Eine Membran teilt das Glas in zwei Hälften und trennt die Fächer. Wenn keine der Kammern gelöste Stoffe enthält, bewegt sich das Wasser frei und gleichmäßig durch die Membran. Wenn jedoch ein Gefäß eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen aufweist als das andere, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Wasser den Bereich mit den gelösten Stoffen verlässt. Die meisten Wissenschaftler sind der Ansicht, dass der Grund dafür darin liegt, dass die gelösten Moleküle von der Membran abprallen und die Wassermoleküle physikalisch von der Membran wegbewegen.





Tonus

Tonus hypertonisch Naeblys / Getty Images

Die Fähigkeit einer Lösung, Wasser durch den Osmoseprozess dazu zu bringen, sich in eine Zelle hinein oder aus dieser heraus zu bewegen, ist ihre Tonizität. Die osmotische Konzentration einer Zelle ist die Gesamtkonzentration jedes gelösten Stoffes in der Zelle. Die osmotische Konzentration einer Zelle ist ein Maß für die Anzahl der Osmole des gelösten Stoffes pro Liter Lösung. Dies kann als Osmol/L oder Osm/L erscheinen. Die drei Tonizitätskategorien beschreiben die osmotische Konzentration einer Zelle gegenüber der osmotischen Konzentration der extrazellulären Flüssigkeit um sie herum.

Hypertonisch

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Wenn eine Zelle eine niedrigere osmotische Konzentration hat als die sie umgebende Flüssigkeit, ist die Flüssigkeit hypertonisch für die Zelle. Es ist wahrscheinlicher, dass Wasser die Zelle verlässt und in die extrazelluläre Flüssigkeit eindringt, da die Flüssigkeit eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen aufweist. Dies würde die Konzentration an der Außenseite der Zelle geringfügig beeinflussen, wodurch sie der Konzentration innerhalb der Zelle angeglichen wird. Manche Menschen nennen Hypertonie-Zellschrumpfung, weil der Verlust von Wasser dazu führt, dass die Zelle in der Größe schrumpft.

Beispiele für Hypertonie

Beispiele hypertonisch Alex Potemkin / Getty Images

Ohne ausreichend Wasser verwelken Pflanzen und verlieren ihre Starrheit. Dies ist ein Beispiel für Hypertonie. Wasser ist aus dem Inneren der Pflanzenzelle in die Flüssigkeit außerhalb davon gewandert. Ohne dass das Wasser gegen die Zellwände drückt, verlieren die Zellen und die Pflanze den Turgordruck. Wenn die Pflanze Wasser erhält, kann sie ihre Starrheit wiedererlangen. Wenn beim Menschen rote Blutkörperchen in eine Lösung mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen gelangen, führt der Wasserverlust dazu, dass eine Reihe von Funktionen der Zelle versagt.

Umgehung von Hypertonie

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Einige Lebewesen und Organismen haben Methoden entwickelt, um sich vor Hypertonie zu schützen oder diese zu kompensieren. Salzwasser ist hypertonisch für die darin lebenden Fische. Aus diesem Grund verlieren Fische auf natürliche Weise viel Wasser. Dies geschieht, wenn die Fische einen Gasaustausch mit dem Meerwasser durchführen. Um den Wasserverlust auszugleichen, verbrauchen Fische große Mengen des Salzwassers. Sie scheiden dann das überschüssige Salz aus. Dies ist der Prozess der Osmoregulation.

Hypotonisch

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Wenn eine Zelle eine höhere osmotische Konzentration hat als die sie umgebende Flüssigkeit, ist die Flüssigkeit für die Zelle hypoton. Dies bedeutet wiederum, dass Wasser mit größerer Wahrscheinlichkeit aus der Flüssigkeit in die Zelle gelangt. Dies kann dazu führen, dass die Zelle aufgebläht oder geschwollen erscheint. Tierische Zellen besitzen keine Zellwände. Ohne eine schützende Zellwand kann eine übermäßige Diffusion von Wasser in die Zelle zum Platzen der Zelle führen. Bei Pflanzen hingegen schützt die Zellwand die Zelle. Dies trägt zum Turgordruck der Anlage bei und sorgt für eine größere Steifigkeit.



Hyponatriämie

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Eine der möglichen Auswirkungen der Hypotonie im menschlichen Körper ist Hyponatriämie oder Wasserüberdosierung. Wenn eine Person zu viel Wasser trinkt, wird die äußere Salzlösung verdünnt. Um äquivalente osmotische Konzentrationen zu erreichen, strömt das Wasser dann in die Blutzellen. Symptome einer Hyponatriämie sind Übelkeit, Kopfschmerzen, Verwirrung und Müdigkeit. Wenn die Blutzellen des Gehirns aufgebläht werden und platzen, kann eine Hyponatriämie möglicherweise tödlich sein. Dieser Zustand tritt häufiger bei Säuglingen auf, da ihre kleinen Körper mit hohen Wassermengen nicht umgehen können.

Isotonisch

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Im Gegensatz zu den anderen beiden Formen der Tonizität beschreibt die Isotonie sowohl die Zelle als auch die sie umgebende extrazelluläre Flüssigkeit mit gleichen osmotischen Konzentrationen. Dadurch kann sich Wasser zwischen Zelle und Flüssigkeit frei bewegen. Außerdem schrumpft oder dehnt sich die Zelle nicht aus, da die Konzentration zwischen den beiden Bereichen gleich bleibt. Die Wasserdiffusionsrate ist in beide Richtungen gleich, sowohl in die Zelle hinein als auch aus der Zelle heraus.

Isotonie im Körper

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Im Allgemeinen sind isotonische Bedingungen ideal für Zellen wie rote Blutkörperchen. Hypertone Situationen führen dazu, dass die Zellen schrumpfen und ihre Funktionsfähigkeit verlieren. Hypotone Situationen führen dazu, dass die Zelle aufbläht und reißt. Da es für die roten Blutkörperchen wichtig ist, ihre Funktion aufrechtzuerhalten, hat der menschliche Körper eine Reihe von homöostatischen Funktionen, die einen stabilen Zustand der inneren Bedingungen aufrechterhalten. Eine dieser Bedingungen ist die Tonizität der extrazellulären Flüssigkeit im Verhältnis zu den roten Blutkörperchen.

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