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什么是滲透壓?
滲透壓儀是一種決定在血，尿，或者其他的液體中粒子數目多少的高效工具。脫水時(shí)滲透壓將會(huì )增加，相反當水壓多時(shí)，滲透壓將會(huì )減小。有三種類(lèi)型的滲透壓:尿液，血漿和大便。尿液滲透壓是檢測腎功能，血液滲透壓是血液病的征召的標記；大便檢測是否為腹瀉病原因。
一般應用
滲透壓儀可以作為有效并且可靠的藥物篩選工具。同樣，滲透壓儀可以應用在法庭辨證和刑事犯zui現場(chǎng)，作為取證工具。例如，經(jīng)常去俱樂(lè )部狂歡的青少年往往會(huì )在飲料中加入du品，利用滲透壓儀可以方便檢測出是否在飲料中加入du品。在環(huán)境檢測中也可以用到滲透壓儀。
Vapro®5600露點(diǎn)滲透壓儀是一款采用露點(diǎn)法來(lái)測定樣品滲透壓值的儀器。與傳統儀器相比，樣品無(wú)需特殊處理，可以直接測定高粘度，含懸浮顆?；蚨喾N溶劑的樣品。除普通液體樣品外，5600露點(diǎn)滲透壓儀還可直接測量動(dòng)、植物組織細胞切片等固體樣品，應用領(lǐng)域十分廣泛。
制藥業(yè)
1. 什么是肌肉健康狀態(tài)?
a. 健康肌肉纖維收縮的正常狀態(tài)或者輕微收縮狀態(tài)。
b. 溶液有效的滲透壓力。
在藥品的非腸道藥溶液中，一些滋補劑可以葡萄糖形式增加到催眠藥物中。
2. 為什么滋補劑對藥品制造商是重要的？
藥品溶液通常是作用于肌體的精細的膜，因此必須與肌體內的營(yíng)養成份相同。
3. 什么是等壓?
等壓溶液不會(huì )引起組織腫大，或當與組織接觸時(shí)不會(huì )引起收縮。如果在眼睛，鼻道，或者灌輸到肌體其他部分不會(huì )產(chǎn)生不快。
4.什么是低壓?
溶液中的營(yíng)養成份濃度少于細胞中成份。當發(fā)生低壓時(shí)，水進(jìn)入血細胞室內引起細胞脹大，最后撐破細胞。如果肌體細胞承*上述水壓，就會(huì )引起水中毒，導致肌肉痙攣或水腫。
5. 什么是高壓?
溶液營(yíng)養成份濃度比細胞濃度大.該現象可以引起許多復雜并發(fā)癥，例如高糖癥，脫水等現象。
6. 紅細胞萎suo癥狀?
在細胞膜內的水試圖沖淡細胞膜周?chē)}的濃度，直到紅細胞膜內外濃度相同。水的外流會(huì )引起細胞縮小，并且起皺。在這種情況下，鹽溶液是高壓。
紅細胞并不是所有的藥都透不過(guò)，例如它不是完mei的半滲透膜。這樣，它會(huì )允許不僅水分子通過(guò)，而且例如脲，酒精等大分子混合物穿過(guò)紅細胞。這些成份的分子能通過(guò)紅細胞，可以在任何情況下引起溶血。
眼睛中的粘液對硼酸來(lái)說(shuō)，充當真實(shí)的半滲透膜，因此硼酸可作為眼藥來(lái)平衡營(yíng)養物。
7. 當進(jìn)食時(shí)由于高的電解質(zhì)，氨基酸和簡(jiǎn)單的糖引起高溶滲透壓時(shí)，人們?yōu)槭裁闯惺懿豢欤?
當高滲透壓營(yíng)養物質(zhì)被攝取時(shí)，大量水將轉移到胃和腸。胃腸道含有大量的水能引起腫脹，痙攣，惡xin，嘔吐以及休克。
肌體盡量維持胃和腸內成份的滲透壓水平與包圍他們的液體在近似水平，但是對于食物滲透壓敏感性每個(gè)人都不同。
生物工程學(xué)
1. 為什么一些細胞培養基比其他的好?
哺乳動(dòng)物細胞生長(cháng)使用的培養基都是生物學(xué)的液體，例如血漿。這類(lèi)培養基承受了許多不利條件，包括批次的變化和危險性，例如污染。
2. 為什么別的培養基會(huì )更好?
減少培養基成分對細胞生長(cháng)是必須的?；A培養基及其必須的最少成份的發(fā)現提供了廣闊的用處，而且目前商業(yè)上都可以利用。
3. 培養基由什么組成?
培養基由鹽，糖類(lèi)，氨基酸，維生素，荷爾蒙及生長(cháng)因子組成的復雜混合物。鹽的濃度靠等壓來(lái)阻止滲透的不平衡。
4. 滲透壓能檢測培養基什么成份?
哺乳動(dòng)物細胞生長(cháng)的標準是滲透壓為300m/osm，是大多數細胞的最佳值。
5. 怎樣制作細胞培養基?
直到今天制作細胞培養基的主要方法仍是發(fā)酵罐。發(fā)酵罐可以讓細胞在體外生長(cháng)，積累，就像體內生長(cháng)那樣。另外一個(gè)是旋轉的細胞培養系統，由于它可以比一件動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的組織更提供溫和的環(huán)境，從而允許細胞積累。
運動(dòng)藥物
水化和脫水的常見(jiàn)問(wèn)題
1. 脫水的定義是什么?
缺乏了身體能夠在最佳工作時(shí)的液體需求量。由于嘔吐，腹瀉或者過(guò)度排尿引起脫水現象是常見(jiàn)的。在嬰兒和孩子中間脫水多是急性胃炎引起的，并伴隨有嘔吐和腹瀉。
脫水分為溫和，中等或嚴重三個(gè)級別。
2. 什么時(shí)候可以引起鍛煉期間脫水?
脫水的原因由于過(guò)度出汗引起的，包括過(guò)度的液體損失，不適當的液體吸入，或這些因素綜合。
3. 脫水的跡象是什么?
溫和
干渴，嘴唇干燥，嘴膜的干燥
中度
非常干燥的嘴膜
眼睛的凹陷
嬰兒皮膚的凹陷
皮膚凹陷
嚴重
快速，微弱的脈搏
手腳冰冷
快速呼吸
嘴唇發(fā)藍
困惑，倦怠，睡不醒
4. 怎樣彌補失去的液體?
如果損失的液體不多，可以讓運動(dòng)員喝含有電解質(zhì)成份和營(yíng)養成份的飲料。
5. 為什么運動(dòng)性飲料很暢銷(xiāo)?
當一個(gè)體育鍛煉超過(guò)60分鐘時(shí)，運動(dòng)性飲料會(huì )對他們有益，因為他們?yōu)榧∪馓峁┤剂蟻?lái)源，并加速水和葡萄糖的吸收。所以運動(dòng)時(shí)間長(cháng)的人應該喝該類(lèi)飲料。由于有了運動(dòng)性的飲料，持續運動(dòng)不會(huì )很快的耗盡饑糖原。而且也可以很快的恢復損失的體力。
6. 什么時(shí)候引用該飲料?
運動(dòng)性飲料無(wú)論在運動(dòng)前或者后都是很有用的。它可以補充損失的體液，精力和鍛煉期間失去的礦物質(zhì)。碳水化合物濃度和鹽的濃度都有助于。
7. 怎樣飲用該類(lèi)飲料?
飲用該類(lèi)飲料時(shí)的一些建議：
運動(dòng)前:
• 運動(dòng)前2－4小時(shí)飲用8－24盎司
• 運動(dòng)前喝4－8盎司
運動(dòng)的時(shí)候:
• 30分鐘鍛煉后，每隔20分鐘喝4盎司
運動(dòng)結束后:
• 8－16盎司
8. 能量，水化及恢復性飲料之間的差別是什么?
能量飲料包含大量的糖類(lèi)，這可以減少飲料的水化效果。
水化飲料不含有因為大量糖原損失而能夠補充的糖類(lèi)物質(zhì).
恢復性飲料不會(huì )提供快速精力吸收和水化。恢復性飲料實(shí)際上是允許胰島素釋放來(lái)刺激肝糖元的產(chǎn)生。
9. 運動(dòng)性飲料存在什么問(wèn)題?
如果飲料中糖的含量很高，胃將不會(huì )很快將其消耗。這將會(huì )導致大量體液流回胃中，又將導致進(jìn)一步水化，同樣也不會(huì )給你這些飲料所能提供的益處。
胃－腸道疾病
如果飲料包含果糖太多，胃是很難消化并吸收它的。胃酸水平的升高能引起胃腸道疾病，酸是包含在所有的非酒精性飲料中，作用是為了味道和產(chǎn)品的穩定性。但如果飲料中酸水平太高，往往引起胃腸道疾病。而且胃腸道疾病也可能是在錯誤的時(shí)間飲用錯誤的飲料而引起的。
低血糖
低血糖癥是一個(gè)嚴重的血糖水平低，帶走身體的能量。低血糖是很多運動(dòng)性飲料的最大問(wèn)題。除非飲料在連續的運動(dòng)中不斷被飲用，當鍛煉時(shí)胰島素反應有點(diǎn)被減少， 葡萄糖或者糖構成的運動(dòng)飲料分解成糖原時(shí)，將導致胰島素反應。因為身體愿望是維持動(dòng)態(tài)平衡，胰島素釋放將減少血糖水平，如果血糖太低將導致低血糖。胰島素是以荷爾蒙的方式儲存葡萄糖，他可以阻止血液中糖的濃度升高，將這些多余的糖轉化為脂肪或者糖原。這就是為什么高的碳水化合物導致肥胖癥?？刂埔葝u素的分泌是很重要的。
胰島素分泌過(guò)低或者沒(méi)有被成為是糖尿病. 這將導致組織的許多并發(fā)癥，如果有更多的胰島素分泌，或者胰島素非常有效，糖的分解就會(huì )很快，導致消瘦。
10. 飲用飲料很多可能嗎?
是的。大多數跑步者和騎車(chē)的人都知道脫水的嚴重性，但是一些人并沒(méi)有意識到過(guò)多的脫水能夠危險的降低血液中鈉粒子水平——低血鈉。
低血鈉癥狀在女性、馬拉松運動(dòng)員和三項全能比賽的運動(dòng)員中作為兩種原因比較普遍。1,大量出汗失去大量的鈉粒子；2，他們對水化物是超敏感的. 他說(shuō)：“他們在大賽前喝很多的水，然后在運動(dòng)過(guò)程中會(huì )停止。"
在大賽之前，如果你喝了一少部分水，那么就很有可能提前疲勞. 但是如果喝得太多，就有低鉀的危險。
11. 怎樣避免低鉀癥狀?
避免低鉀的關(guān)鍵是 1) 不要飲用多于你出汗的水 2) 飲用含鹽的運動(dòng)飲料。
大便滲透壓
對大便的滲透壓進(jìn)行測量可以顯示患者是否有腹瀉。正常的大便中，大多數小分子的物質(zhì)能被*吸收(除了電解質(zhì))；因此，大便的許多滲透壓都來(lái)自電解質(zhì)滲透壓。大便滲透壓的差異指的是測量滲透壓和計算滲透壓的差距（大便中鈉和鉀離子的總和），或者更精確的說(shuō)是血清滲透壓。
滲透壓型的腹瀉
• 未吸收的成份
• 由于消化不良的排泄物
分泌性腹瀉
* 由于一些食物破壞了腸粘膜(燒傷，感染等)
大多數腹瀉是由于感染或者是中了細菌毒素, 腹瀉就是這種現象的主要癥狀. 大便滲透壓的測量在這種情況時(shí)沒(méi)有意義. 如果腹瀉已經(jīng)持續了一周以上，而且培養時(shí)顯陰性那么腹瀉的原因就很難查出了。胃腸專(zhuān)家指出了兩種腹瀉: 滲透壓型和分泌型的. 滲透壓型腹瀉，大便中有一些未被吸收的物質(zhì)，可以阻止水分的正常吸收。這時(shí)，病人的滲透壓值為50 mOsm/kg. 該類(lèi)病人是因為進(jìn)食了很多瀉藥，也有可能是誤食了一些營(yíng)養成份
如果胃腸的內粘膜受到損傷而不能吸收水分和電解質(zhì)，那么這就是分泌性腹瀉。
測量大便的滲透壓時(shí)需要考慮的是細菌新陳代謝產(chǎn)生的活性物質(zhì)，所以測量必須在收集到樣本后的30分鐘內完成，或者需要冷凍該樣品。
植物生物技術(shù)
植物的水化
植物通過(guò)吸收CO2來(lái)平衡他們的生理代謝，因此內部需要維持足夠的水分儲存，光合作用發(fā)生在植物的葉綠體內，主要是在海綿體內。
• 海綿體內有很多光合單元可以捕獲光子。
• 葉綠體的能量交換主要是保衛細胞內。
在植物的呼吸過(guò)程中，CO2和水分的濃度在葉肉細胞中散開(kāi)。
組織細胞經(jīng)過(guò)光合作用后散發(fā)細胞間的CO2氣體，這將導致空氣中的CO2－高濃度，流入細胞內－低濃度。葉肉細胞的氣泡被水包圍－在紋理內部，分布在組織細胞的原生質(zhì)中。如果氣門(mén)關(guān)閉，液體水分從細胞壁蒸發(fā)直到葉肉細胞內的氣體充滿(mǎn)飽和水蒸氣。環(huán)境大氣的相對濕度一般小于100％，所以如果氣門(mén)打開(kāi)，水蒸氣會(huì )散發(fā)的大氣中。葉肉細胞中水蒸氣的損失會(huì )導致進(jìn)一步水分蒸發(fā)，最終導致植物學(xué)上稱(chēng)為“蒸發(fā)"。
為了生存，根部必須從外部吸收水分。這可以通過(guò)植物的內部紋路系統。紋路吸水管子就是一些持續吸收水分的管道，可以把水從底部到頂部。推動(dòng)壓力輸送的是根部的壓力.
• 根部壓力來(lái)自?xún)绕ぜ毎褂棉D運蛋白來(lái)集中內部物質(zhì)，不溶物質(zhì)的高濃度降低了植物內部的水分，因此必須從根尖吸水。
• 液體是不能夠壓縮的，因此從底部進(jìn)的水會(huì )升高水壓。
另外一種產(chǎn)生上述現象的力量是“毛細管現象"，可以從頂部吸收能量。毛細管現象主要是1）因為水有很高的粘性。2）毛細管現象能夠將水吸收到窄的空間內，如果水里溶解有化學(xué)成份，例如纖維素。這就是水為什么能往上 流（與引力相反）。
理解毛細管現象的主要概念就是表面張力。
• 表面張力來(lái)自粘性力：這種力是最小化水與空氣的接觸；
• 盡管有粘性力，水同樣可以附著(zhù)于纖維素；
• 水分蒸發(fā)可以減少葉肉細胞間的細胞壁。
如果氣體進(jìn)入脈管會(huì )永jiu性切斷水柱。這種情形，呼吸會(huì )向上拉和擴大氣泡。
呼吸引起的水分損失主要是由于干旱或者干燥氣候。所以當光合作用不強時(shí)，需要關(guān)閉氣門(mén)。
保衛細胞形狀的改變也意味著(zhù)氣門(mén)的改變。
• 保衛細胞是柱形的，他們的細胞壁緊緊挨在一起。
• 保衛細胞有序的排列，細胞纖維在柱狀邊緣可以形成環(huán)形口。
引起保衛細胞張開(kāi)氣門(mén)的主要信號是光強，可以刺激保衛細胞膜內的光子泵開(kāi)放。
光子泵水解ATP和ADP，利用這個(gè)反應的能量轉移H＋。
• 原生質(zhì)膜內增加的負壓將會(huì )引起正離子進(jìn)入細胞，但前提是膜上的泵已經(jīng)打開(kāi)，大量的K＋離子流入細胞內。
• 收到信號的保衛細胞會(huì )高效的交換H＋和K＋離子。這會(huì )減少細胞內的水分，水又會(huì )重新流入細胞內補償。從而改變保衛細胞的形狀。
問(wèn)題: H＋與K＋的交換怎么會(huì )引起水的危險減少呢？我們已經(jīng)知道大多數溶液有和水相同的效果，例如對0.1M溶液，水壓是＝－0.23.關(guān)鍵是我們必須認識到H＋不是溶液而是水的組成元素。
過(guò)度蒸發(fā)并不是對所有植物都是有害的，其可以作為溫度控制的功能。許多酶和其他蛋白僅能在一個(gè)有限的范圍內有作用。蒸發(fā)是一種散熱過(guò)程，可以冷卻固體和液體的表面，把水分蒸發(fā)到空氣中。蒸發(fā)可以冷卻一個(gè)葉片多達10－15℃，因此可以保護光合作用過(guò)程中酶的效果。 該過(guò)程是一個(gè)自動(dòng)調解過(guò)程。
哺乳動(dòng)物組織
滲透壓: 提高組織培養的關(guān)鍵
為了能讓組織細胞保持他們的最初的形態(tài)和功能，我們需要提供組織自然的生長(cháng)條件。其中培養基的滲透壓是主要考慮的因素。
例如在人體中，組織中的細胞被胞液及其他細胞包圍。當將細胞從組織培養中取出放到塑料或者玻璃表面時(shí)，仍需要有液體包圍。放到外源環(huán)境時(shí)，如果滲透壓不同，會(huì )引起滲透壓休克。
滲透壓休克能夠引起細胞體積改變。研究表明即使微小的短期細胞體積變化都會(huì )影響細胞新陳代謝和基因表達。因此必須重視滲透壓對細胞的影響。
滲透壓的測量可以提高組織培養率
經(jīng)驗表明有意識測量培養基的滲透壓可以有效提高細胞產(chǎn)量。因為每次購買(mǎi)的培養基成份變化很大，因此都必須在使用前進(jìn)行檢測。
由于細胞分離的密度成份總是維持在等壓范圍內，因此測量培養基的滲透壓可以顯著(zhù)提高組織培養。而且維持正常的滲透壓可以保持酶的活性和阻止膜的扭曲。但是如何測滲透壓能提高細胞培養成功率呢？
控制滲透壓
1970年懷俄明研究表明：哺乳動(dòng)物血液滲透壓和哺乳動(dòng)物細胞培養基滲透壓是非常重要的。該實(shí)驗是經(jīng)過(guò)很多實(shí)驗結果證明統計來(lái)的。
利用滲透壓研究腎和骨髓組織
例如腎臟中的細胞經(jīng)常會(huì )被暴露于NACL和尿素環(huán)境中，因此必須能夠適應超高滲透壓環(huán)境。 有一些人員
Maurice B. Burg, Natalia I. Dmitrieva, et al,做了很多實(shí)驗來(lái)驗證滲透壓是否影響細胞并且細胞會(huì )產(chǎn)生什么樣的機制來(lái)抵抗變化。
Burg等人的研究結果表明無(wú)論在細胞內外都經(jīng)受各種水平的滲透壓變化，通過(guò)幾種保護機制來(lái)適應高滲透壓。
對測滲透壓的反應
因為實(shí)驗表明環(huán)境壓力或許調解t-PA基因表達，E.G. Levin, L. Santell等人做了是否滲透壓的改變也會(huì )影響該基因的實(shí)驗。即使從超高滲透壓環(huán)境到等壓環(huán)境，Hela細胞培養表明會(huì )增加T－Pa基因表達。
帶有T－Pa基因的重組CHO細胞在無(wú)血清培養條件下的實(shí)驗被進(jìn)行了研究。通過(guò)改變滲透壓可以證明細胞表達收到影響。
而且滲透壓的改變也可以改變RNA的表達水平，許多人做了實(shí)驗進(jìn)行了研究。
W. M. Miller, V.M. deZengotita等人研究發(fā)現在不同的培養基中，CO2和滲透壓可以互相影響雜交細胞的生長(cháng)。但如果兩者聯(lián)合起來(lái)使用，細胞生長(cháng)會(huì )在很大范圍內被抑止。
K.C. Katsirdakis調解滲透壓范圍在729 和930 mOsmol/kg，當在25-degree C無(wú)光時(shí)，pH 值在5.2-7.2, 可以導致葡萄葉的生長(cháng)。
超高滲透壓引起的變化
J.E. Olsen 和G.Z. Li 發(fā)現當在培養的星細胞中由于鈉和鉀離子導致高滲透壓，細胞膜會(huì )保持不變。他們同樣發(fā)現鈉離子通道在很低的滲透壓就會(huì )被激活，同時(shí)會(huì )釋放出大量的鈉，鉀等離子。
G.B. Tennant’s的研究表明克隆骨髓細胞的生長(cháng)在低滲透壓會(huì )生長(cháng)的很快，這表明低滲透壓細胞存在巨大的敏感性，對克隆細胞株生長(cháng)有力。
滲透壓條件改變引起的反應
K.B. Marcum 和 C.L. Murdoch 研究了海岸植物的耐鹽性，通過(guò)用中度的鹽濃度刺激根生長(cháng)，通過(guò)不斷調整鹽濃度的滲透壓直到450 mM NaCl.他們認為原生質(zhì)在最高的鹽濃度會(huì )改變滲透壓。
組織細胞嫁接
滲透壓儀可以提供別的方式無(wú)法提供的信息例如一些有用的實(shí)驗室參數。滲透壓儀在醫院診斷病人中非常關(guān)鍵，可以減少治療花費。
滲透壓儀對冷凍點(diǎn)樣品測量是很有用的，別的方法對揮發(fā)性物質(zhì)不敏感，可能在診斷糖尿病患者時(shí)有誤導。
制造業(yè)
美國的USP公司要求測量注射用藥的滲透壓值，但是常規方法又得不到該值。
B.S.R. Murty,等人試圖解決該問(wèn)題，但最初其建立的方法只能用于含兩種成份的溶液，后來(lái)使用了滲透壓儀可以方便計算出該值。
USP公司盡量想通過(guò)滲透壓儀解決其溶液的滲透壓！滲透壓儀在測量含鹽溶液的等滲點(diǎn)時(shí)比較準確，但是推廣到所有的溶液都適用該等滲儀則是錯誤的。
制藥業(yè):醫院混合物，藥品制造商和營(yíng)養學(xué)家都會(huì )經(jīng)常使用滲透壓儀。該優(yōu)點(diǎn)可以包含檢測一致性，最小化外傷和*化反應動(dòng)力學(xué)。
眼藥產(chǎn)品
眼藥產(chǎn)品：通過(guò)維持關(guān)鍵的滲透壓參數，可以預防玻璃體和滲透到眼睛溶液的形態(tài)變化。
運動(dòng)性藥物
在運動(dòng)性藥物中，滲透壓是一個(gè)通用性測試可以提高藥物質(zhì)量。檢測運動(dòng)員的水化狀態(tài)是滲透壓儀主要用途。 運動(dòng)員經(jīng)常面臨脫水和熱損耗，尤其是高溫和很潮的天氣。運動(dòng)前后測量體重可以知道多少水分被消耗了。飲用營(yíng)養性飲料，水和穿透氣衣服可以減少運動(dòng)員脫水機會(huì )。用滲透壓儀檢測運動(dòng)員的尿樣可以給出判斷，當然也可以測量血液得到更加準確的指示。尿樣的滲透壓是一種準確指示水化變化和顛峰狀態(tài)條件的。
