Что такое осмотический конфликт в химии

Осмотический стресс и осмотический шок

Осмотический стресс может возникнуть, когда система осмотической регуляции рыбы подвергается риску из-за неподходящего химического состава воды. Кроме того, он может наступить из-за повышенной проницаемости кожи, ставшей результатом травмы или болезни (см. 1.6).

Возможно, именно проблемы, связанные с осмотической регуляцией, в некоторых случаях являются причиной болезни, известной как «вздутие Малави» (раздел 6.4), которая обычно поражает цихлид.

• Осмотический стресс: пребывание в воде, которая либо неестественно богата минеральными веществами, либо, наоборот, неестественно бедна ими. Осмотический стресс имеет более серьезные последствия для рыб тех видов, которые в природе обитают в водоемах, богатых минеральными веществами, а в аквариуме их держат в воде, крайне бедной этими веществами, так что осмотическая разница между рыбой и окружающей средой значительно увеличивается. Такие рыбы имеют менее эффективную систему осмотической регуляции, чем те, которые физиологически адаптированы к жизни в воде, бедной минеральными веществами. Поэтому они не способны справиться с возникающими в результате подобных условий перегрузками осморегулирующей системы. Тем не менее осмотический стресс может произойти и в том случае, когда рыб из водоема, бедного минеральными веществами, держат в слишком жесткой воде.

Рыб ни в коем случае не следует подвергать действию внезапных изменений химического состава воды.

Лечение. Приведите содержание минеральных солей в воде к уровню, приемлемому для данного вида рыб.

В случае осмотического шока это соответствие должно быть полным, а установить его нужно немедленно. Недавно приобретенных рыб, если они явно поражены, лучше перевести в другой аквариум с подходящим химическим составом воды (например, в карантинный аквариум, где они в любом случае должны какое-то время находиться!), вместо того чтобы изменять химический состав воды в основном аквариуме, так как это может вызвать осмотический шок у рыб, уже живущих там. Потом воду в карантинном аквариуме можно постепенно, в течение 2-3 недель, привести в соответствие с водой в основном аквариуме и тогда перевести новых рыб в их постоянное жилище.

В случае осмотического стресса концентрацию растворенных солей следует изменять постепенно в течение 1-2 недель, чтобы избежать осмотического шока.

Примечание. Присутствие в аквариуме аммиака (раздел 1.2.3) тоже может оказать неблагоприятное воздействие на осмотическую регуляцию.

РН-шок

Это шок (раздел 1.5.1), вызванный внезапным изменением рН. Обычно он наблюдается, когда рыб переводят из одного аквариума в другой без предварительной проверки и регулирования параметров химического состава воды в них. Избыточная доза средств, регулирующих рН, также может вызвать рН-шок.

Предотвращение. Прежде чем пересадить рыб в другой аквариум, обязательно убедитесь, что уровень рН в обоих аквариумах находится в разумном соответствии (он не должен отличаться более чем на 0,5 ед.). Если рыбы только что куплены, можно держать их в карантинном аквариуме, а в это время постепенно делать необходимые изменения рН.

Лечение. Такое же, как в случае острого ацидоза или алкалоза соответственно (раздел 1.1.1).

Отравление и другие проблемы, связанные с качеством воды

В этом разделе рассматривается не только отравление, вызванное явными токсичными веществами (пестициды и бытовые химические средства, а также отравление, возникающее из-за побочных продуктов обмена веществ (аммиак и нитриты), а также из-за токсичных веществ, случайно попавших в аквариум вместе с водопроводной водой (например, хлор и хлорамин).

Отравление (общее)

Яды могут поглощаться через пищеварительную систему или жабры, а разъедающие вещества могут поражать кожу.

• Металлы могут образовывать токсичные соли, когда находятся в соленой или кислой воде.

• Камни могут содержать токсичные соединения.

• Камни или цветочные горшки из сада могут быть загрязнены химическими средствами, используемыми в садоводстве.

• Многие виды пластмассы при погружении в воду выделяют токсичные вещества. Поэтому следует использовать только те пластмассовые предметы, которые специально предназначены для аквариума или для пищевых продуктов.

• Краски, лаки, клеи и красители ядовиты, если они не предназначены специально для использования в аквариуме.

• Пищевые продукты, если их неправильно хранить, иногда могут привести к отравлению афлатоксином (раздел 1.2.2). Помимо этого, сам аквариумист или члены его семьи могут нечаянно занести в аквариум различные токсины.

• Алюминиевые кастрюли или посуда из других металлов могут вызвать загрязнение экстракта торфа, который в них готовят.

Предотвращение. Избегайте азотосодержащих отходов путем хорошего ухода за аквариумом (см. главу 15). Если необходимо, обрабатывайте водопроводную воду, прежде чем добавить ее в аквариум. Ни в коем случае не допускайте введения чрезмерной дозы лекарств и никогда не смешивайте лекарства. За один прием используйте только одно лекарство, за исключением случаев, когда ветеринар или специалист по здоровью рыб советуют применить одновременно несколько лекарств. С крайней осторожностью относитесь ко всем предметам, которые вы используете непосредственно в аквариуме, рядом с ним или в какой-либо связи с ним. Прежде чем поместить что-либо в аквариум (в том числе и погрузить в воду руки), остановитесь и подумайте, нет ли риска занести при этом в аквариум токсичные вещества.

• Острое отравление: если возможно, переведите всех рыб в другой незагрязненный аквариум. В противном случае удалите из аквариума источник загрязнения (если он известен или вероятен), а затем выполните многократную подмену значительной части воды. Делать это нужно до тех пор, пока признаки болезни не уменьшатся, даже если это означает фактически полную замену воды.

Примечание. Советуем держать под контролем возникновение вторичных инфекций (разделы 3.2, 3.3) у рыб, которые подверглись воздействию ядов. Если остались стойкие и неустранимые последствия отравления, заставляющие рыб страдать, тогда, возможно, придется применить эвтаназию (см. главу 25).

Ввиду того что отравление часто является причиной болезней и смерти аквариумных рыб, ниже более подробно рассмотрены некоторые типы отравления.

Отравление афлатоксином

Причина. Кормление сухим кормом, загрязненным афлатоксином.

Предотвращение. Хранить корма в сухом месте. Выбрасывайте сухой корм, если на нем появились признаки сырости или порчи.

Лечение. Не существует.

Отравление аммиаком

Ускоренные движения жабр и одышка; чрезмерное образование слизи;

покраснение кожи (кровоизлияние из капилляров); чрезмерная активность и возбудимость; неустойчивое плавание и судороги.

Причина. Высокий уровень содержания свободного аммиака в воде, вызванный перенаселенностью аквариума, перекармливанием, другими источниками органических отходов (мертвые растения, рыбы, улитки и т. п.), недостатком или отсутствием биологической фильтрации или сочетанием этих факторов. Особенно большой опасности подвергаются рыбы, упакованные в пакеты для перевозки, особенно если их слишком много или если их перед этим плотно накормили. Карантинные аквариумы, в которых биологическая фильтрация несовместима с применением выбранных лекарств, могут порождать подобные проблемы.

Предотвращение. Хороший уход за аквариумом и достаточно интенсивная биологическая фильтрация. В контейнерах для перевозки рыб и в карантинных аквариумах можно использовать фильтры с цеолитом. Этот минерал удаляет аммиак, однако его нельзя рекомендовать в качестве повседневной замены биологической фильтрации.

1.2.4. «Черный подбородок»

Это кожная болезнь, которая, очевидно, вызывается состоянием окружающей среды. Она поражает цихлид, особенно из озер Восточно-Африканской зоны разломов.

Признаки. Маленькие серо-черные пятна неправильной формы, которые вначале появляются в области нижней челюсти, а в тяжелых случаях распространяются по нижней стороне тела рыбы от головы к брюшным плавникам, так что вся нижняя часть головы и грудь испещрены серо-черными пятнами.

Причина. Эта болезнь не исследована клинически, но она, очевидно, связана с высоким содержанием нитратов (раздел 1.2.8). Те виды рыб, которые наиболее подвержены ей, обычно происходят из водоемов, в которых нитраты практически отсутствуют.

Предотвращение. Эта болезнь вообще не возникает или возникает крайне редко, если уровень содержания нитратов в воде составляет менее 0,0025% (25 ррт).

Лечение. Улучшите качество воды. Для этого дополнительно один или несколько раз выполните частичную подмену воды. Используйте воду, свободную от нитратов или с низким их содержанием. После этого болезнь обычно проходит в течение нескольких дней.

Отравление металлами

Признаки. Такие же, как при общем отравлении (раздел 1.2.1).

• Присутствие в водопроводной воде солей металлов, поступивших из природных источников воды.

• Металлы, попавшие в воду из водопроводных труб и резервуаров для воды, особенно из водопровода для горячей воды в тех районах, где вода мягкая и кислая. В такой воде не откладывается осадок карбоната кальция, образующий барьер между металлом и водой, поэтому кислая вода чаще вступает в реакцию с металлами.

• Неподходящее аквариумное оборудование, в том числе аквариумы с металлическим каркасом, в которых содержится соленая вода, а также металлические крышки, на которые постоянно попадают брызги соленой или кислой воды (причиной может быть слишком сильная фильтрация или аэрация и отсутствие покровных стекол).

• Лекарства, содержащие медь.

• Присутствие металлов в камнях.

Лечение. Такое же, как в случае общего отравления (раздел 7.2.7). Специальные средства, предназначенные для лечения отравлений, вызванных металлами, помогут в короткий срок облегчить состояние рыб. Устраните причину отравления.

Примечание. В продаже имеются тестовые наборы для контроля за содержанием в воде меди (а также некоторых других металлов).

Источник

Осмотический шок Осмотический Шок

Предотвращение

Рыбок необходимо содержать в воде, концентрация солей в которой максимально приближена к естественной среде их обитания. Особенно это касается экземпляров, которые были выловлены в природе или содержались в неволе не более двух поколений. Необходимо учесть, что насыщенность минеральными солями отнюдь не всегда связана с жесткостью воды.

Категорически запрещается внезапно изменять химический состав воды в аквариуме или отселять рыбку в резервуар с водой, значительно отличающейся по данному показателю от прежней.

Диагностика

Диагноз шока основывается главным образом на признаках поражения органа, обнаруживаемых при осмотре врачом. Например, у пациента:

Также могут появляться признаки попытки компенсации низкого объема крови или недостаточной насосной функции сердца. Например, может иметь место учащенное сердцебиение (тахикардия), дыхание или обильное потоотделение.

Анализы крови могут способствовать диагностике, но ни один диагностический признак сам по себе не является исчерпывающим, и врачи оценивают каждый из них в динамике (т.е. ухудшение или улучшение) и с учетом общего состояния пациента. С помощью одного анализа крови (уровень лактата) измеряют количество отходов жизнедеятельности клеток в крови. Повышение уровня лактата в крови указывает на недостаточное получение кислорода и крови органами и на возможное развитие шока. Анализы крови, указывающие на высокое или низкое количество лейкоцитов или бактерий либо других микроорганизмов в крови, могут способствовать определению инфекции, которая может вызывать септический шок.

Анализы крови могут также указывать на поражение конкретных органов. Например, высокий уровень креатинина может указывать на поражение почек, а высокий уровень тропонина может указывать на поражение сердца.

Выполняются другие обследования в зависимости от вероятной причины шока. Например, при подозрении на серьезную инфекцию врач назначает бактериологический посев крови и других жидкостей организма. Если у пациента имеются признаки проблем со стороны сердца, его могут направить на электрокардиографию и другие визуализирующие исследования сердца.

Стандартные методы лечения

Первая помощь

Наиболее важно — обратиться за помощью и добиться остановки любого обширного кровотечения. После этого человека нужно согреть и уложить, приподняв ноги.

Когда прибудет бригада скорой медицинской помощи, больному могут дать кислородную маску или установить дыхательную трубку. Чтобы поднять давление, можно вводить в вену (внутривенно) жидкости с большой скоростью и в больших объемах.

Чем восприятие раздражителей у рыб отличается от человеческого?

Джеймс Роуз из Университета Вайоминга утверждает, что восприятие боли и страха у рыб очень отличается от восприятия человека. Без сомнения, утверждает ученый, и рыбы, и люди реагируют на вредные раздражители. Рыба, которая была поймана на крючок, выдает ответную реакцию точно так же, как и человек, который обожжет себе руку. Но этот ответ происходит до того, как вы почувствуете какую-либо боль.

По словам ученого, разница в восприятии боли у рыб и людей обусловлена различиями в структуре мозга. Мозг человека имеет развитую кору, и возникновение боли у людей является результатом стимуляции нескольких ее областей. А у рыб крошечная кора головного мозга не имеет этих областей. Отсутствие сопоставимых областей мозга является одним из аргументов, на основании которых Роуз делает вывод, что рыбы не испытывают боли, но могут проявлять неосознанные физиологические реакции на вредные раздражители. Как утверждает профессор, рыбы не могут чувствовать боль, сознательно воспринимать боль, а также запоминать болевые ощущения и отличать их от других, поскольку их нервная система устроена особым образом.

Какая рыба полезна, а какая вредна? Инфографика Подробнее

Что испытывает рыба, попадаясь на крючок?

Согласно исследованиям коллектива голландских ученых под руководством Джона Верхейжена, боль от раны, полученной в результате попадания на крючок, причиняет рыбе страдание, но еще большее страдание ей причиняет страх. Свои выводы команда ученых сделала на основе наблюдений за пойманным на крючок карпом. После снятия с крючка рыба воздерживалась от кормления в течение гораздо более длительного периода времени, а также демонстрировала стрессовое поведение, совершая быстрые метательные движения. Исследователи пришли к выводу, что такое поведение рыбы было связано со страхом перед тем, что ее снова могут поймать на крючок.

Источник

Осмотический шок или же осмотический стресс является физиологический дисфункция, вызванная внезапным изменением растворенное вещество концентрация вокруг клетка, что вызывает быстрое изменение движения воды через его клеточная мембрана. В условиях высоких концентраций либо соли, субстраты или любое растворенное в супернатант, вода выводится из ячеек через осмос. Это также подавляет транспорт субстратов и кофакторов в клетку, таким образом «шокируя» клетку. В качестве альтернативы, при низких концентрациях растворенных веществ вода проникает в клетку в больших количествах, вызывая ее набухание и либо разрыв, либо апоптоз. [1]

У всех организмов есть механизмы реагирования на осмотический шок с сенсорами и преобразование сигнала сети, предоставляющие ячейке информацию о осмолярность его окрестностей; [2] эти сигналы активируют реакцию на экстремальные условия. [3] Хотя одноклеточные организмы более уязвимы к осмотическому шоку, поскольку они напрямую подвергаются воздействию окружающей среды, клетки крупных животных, таких как млекопитающие при определенных условиях все еще испытывают эти стрессы. [4] Текущие исследования также показывают, что осмотический стресс в клетках и тканях может в значительной степени способствовать развитию многих заболеваний человека. [5]

В эукариоты, кальций действует как один из основных регуляторов осмотического стресса. Уровень внутриклеточного кальция повышается при гипоосмотическом и гиперосмотическом стрессах.

Содержание

Механизмы восстановления и толерантности

При гиперосмотическом стрессе

внеклеточная секвестрация Кальций кровью Альбумин.

Транзиторный внутриклеточный Ca 2+ увеличивать.

При гипоосмотическом стрессе

внутриклеточный Ca 2+ увеличение и высвобождение внеклеточного АТФ [6]

Кальций-зависимый отток осмолита Таурин. Было обнаружено, что удаление внеклеточного кальция предотвращает отток таурина на 50%, а удаление внеклеточного кальция 2+ и одновременное истощение внутриклеточного Ca 2+ магазины с тапсигаргин уменьшил его на 85%. [7]

Источник

Учение о растворах. Основные типы химических равновесий и процессов в жизнедеятельности

1. А) Свойства растворов, зависящие от концентрации кинетически самостоятельных единиц и независящие от их природы, называют коллигативными.

К таким коллигативным свойствам относятся:

· Давление насыщенного пара растворителя над раствором

· Температура кипения растворов

· Температура замерзания растворов

Б) Коллигативные свойства растворов электролитов зависят от степени ионизации веществ и взаимодействия ионов и молекул в растворе, а в растворах неэлектролитов этим можно пренебречь.

2. А) Самопроизвольный процесс переноса вещества, в результате которого устанавливается равновесие и распределение концентраций вследствие беспорядочного теплового движения молекул, атомов, ионов в газах, жидкостях или твердых телах, называется диффузией.

Диффузия играет важнейшую роль в поглощении питания и насыщении кислородом крови, в поступлении воды и минеральных веществ из почвы в корни, стебли и листья растений.

Эндоосмос – движение растворителя в осмотическую ячейку (клетку) из окружающей среды.

При этом концентрация в-ва в окр.среде должна быть меньше конц.в-ва в клетке, осмотическое давление в окр.среде так же меньше, чем в клетке.

Экзоосмос – движение растворителя из осмотической ячейки в окружающую среду.

Конц.в-ва и осмотическое давление в окр.среде (межклет.жидкости) должны быть больше, чем в клетке.

4) Гемо́лиз — разрушение эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина. Гемолиз наступает при попадании эритроцита в среду, где его внутриклеточное содержимое будет гипертоничным по отношению к контактирующему раствору.

Плазмолиз – сжатие и сморщивание оболочки клетки в результате экзоосмоса.

5) А) Изотонические растворы – р-ры, с одинаковым осмотичским давлением.

Гипертонический раствор — раствор, осмотическое давление которого выше нормального.

Растворы лекарственных препаратов, вводимые подкожно или внутривенно во избежание осмотического конфликта, должны быть изотоничны биосредам. Все растворы, использующиеся в качестве плазмозамещающих при острых кровопотерях, шоке различного происхождения, нарушениях микроциркуляции, интоксикациях и других процессах, связанных с изменением гемодинамики, должны быть изотоничны крови.

С изменением осмотического давления связано действие солевых слабительных средств (карловарской соли, натрия сульфата, магния сульфата).

6) А) Осмос – самопроизвольная диффузия молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.

Осмос является одной из причин, обусловливающих поступление воды и растворенных в ней веществ из почвы по стеблю или стволу растения к листьям. Осмос обеспечивает распределение воды и веществ в клетках живых организмов.

Б) Закон Вант-Гоффа гласит: «Осмотическое давление разбавленного раствора равно давлению, которое проявляло бы растворенное вещество, если бы оно было газообразным и занимало объем, равный объему раствора». Уравнение для описания осмотического давления для растворов неэлектролитов можно записать так:

Концентрация кинетически самостоятельных частиц в растворах электролитов всегда больше, чем это следует из аналитической концентрации. С тем, чтобы свойства растворов электролитов удовлетворительно описывались уравнениями, выражающими следствие из закона Рауля, Вант-Гоффом был введен поправочный эмпирический коэффициент, называемый сейчас изотоническим или коэффициентом Вант-Гоффа (i):

7) Концентрация кинетически самостоятельных частиц в растворах электролитов всегда больше, чем это следует из аналитической концентрации. С тем, чтобы свойства растворов электролитов удовлетворительно описывались уравнениями, выражающими следствие из закона Рауля, Вант-Гоффом был введен поправочный эмпирический коэффициент, называемый сейчас изотоническим или коэффициентом Вант-Гоффа (i)

Изотонический коэффициент (также фактор Вант-Гоффа; обозначается i) — безразмерный параметр, характеризующий поведение вещества в растворе. Он численно равен отношению значения некоторого коллигативного свойства раствора данного вещества и значения того же коллигативного свойства неэлектролита той же концентрации при неизменных прочих параметрах системы:

где solut. — данный раствор, nel. solut. — раствор неэлектролита той же концентрации, Tbp — температура кипения, а Tmp — температура плавления (замерзания).

Коэффициент Вант-Гоффа учитывает ионизацию веществ и взаимодействие ионов и молекул в растворе. Значение i для раствора данного электролита увеличивается по мере разбавления, стремясь в пределе к целому значению, равному числу ионов, возникающих при диссоциации структурной единицы электролита.

8) В растворах, содержащих смесь электролитов, расчет числа кинетически самостоятельных частиц затруднен. В связи с этим в прикладных областях химии, в частности в медицине, в последнее время широко применяются понятия осмолярность и осмоляльность.

Учет этих величин особенно важен в тех случаях, когда применение лекарственных средств сопряжено с протеканием процессов, связанных с осмотическим давлением. Так, при введении лекарственных растворов в кровь, необходимо, чтобы осмолярная концентрация раствора для инъекции совпадала с осмолярной концентрацией плазмы крови (

0,3 осмоль/л). Это значит, что растворы изотоничны. Часто под изоосмией понимают способность организма поддерживать постоянство осмолярности биологических жидкостей.

9) А) Явление преимущественно одностороннего проникновения растворителя (диффузию) через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией называется осмосом.

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.

Онкотическое давление – это осмотическое давление, создаваемое за счет наличия белков в биожидкостях организма.

10) А) Первый закон Рауля:

При постоянной температуре относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над идеальным раствором нелетучего вещества равно молярной доле растворенного вещества:

Б) Насы́щенный пар — это пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава.

В) Растворение нелетучего вещества будет затруднять испарение растворителя, вследствие:

· Уменьшения подвижности молекул растворителя за счет взаимодействия его молекул с растворенным веществом

· Уменьшения поверхности испарения, т.к. часть её будет занята молекулами нелетучего вещества

· Уменьшения концентрации молекул растворителя в растворе

11) А) Температура кипения –это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным внешнему давлению.

Температура замерзания –это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным давлению насыщенного пара над кристаллами этой жидкости.

Б) Второй закон Рауля:

Повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания идеальных растворов нелетучих веществ прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Δtкип = Ккип·Сm, Δtкp = Ккр·Сm.

В) Растворение нелетучего вещества в растворителе приводит к расширению температурного диапазона существования жилкой фазы: раствор замерзает при более низкой температуре, а кипит при более высокой температуре по сравнению с растворителем, т.к. моляльная концентрация раствора повышается.

12) А) Электролиты – вещества, расплавы и растворы которых содержат подвижные ионы и проводят электрический ток.

Электролитическая диссоциация –процесс распада вещества на ионы вследствие взаимодействия его молекул с полярными молекулами растворителя.

Степень электролитической диссоциации (ионизации) –отношение количества электролита, распавшегося на ионы к общему количеству растворенного электролита.

Б) На степень электролитической диссоциации влияют след.факторы:

· Полярность и поляризуемость хим.связи в соединении. Увеличение полярности хим.связи (напр.CH3COOH и HNO3) и особенно её поляризуемости (HI и HF) увеличивает степень диссоциации.

· Свойства среды. Среда с большим значением диэлектрической проницаемости ослабляет связь между ионами и затрудняет их диссоциацию

· Степень электролитической диссоциации возрастает с уменьшением концентрации раствора, т.к. это способствует диссоциации электролита и затрудняет процесс ассоциации его ионов

· Процесс электролитической диссоциации обычно эндотермический, поэтому степень диссоциации увеличивается с повышением температуры

В) Все электролиты по величине степени диссоциации (а) делятся на сильные и слабые.

Источник