滲透與滲透壓

地球上蓬勃的生命發展，其源頭需要水～ 人體有70％是水，而且年齡越小，含水量越高！所以枯萎常跟老化相連（唉！）

水在人體裡怎麼走？喝很多水，就會進入需要水的組織或細胞嗎？
為什麼純水碰到眼睛，進到鼻子裡，都會痛不欲生？
為什麼5％葡萄糖水，可以注射到血液裡？

這些，需要一點時間，跟，一點點回憶......回憶國中的化學..........
讓我們來撿回曾經擁有的吧！

水分子的擴散（滲透）

滲透：是專門指水分子的簡單擴散作用，作用機轉與簡單擴散一樣，水分子藉由濃度差，以不耗能量的方式直接穿越細胞膜進行擴散。但是，這樣的擴散速度太慢，所以體內有多處細胞會依情況所需，在細胞膜上增設一些讓水分進出的通道（這些通道是蛋白質所組成，數量的多寡，與何時可從細胞內製造好送去細胞膜，是由下視丘的激素所控制），如此運輸水分子的速度可就快多了。

現在以二個區塊的溶液（水＋溶質）來說明滲透。這個溶液由半透膜（做的類似細胞膜，只讓水分自由通過，溶質不能過）阻隔成2個區域，2個區域各有不同的溶質，但不管溶質是Na^＋是K⁺，或是其他的溶質，這些溶質在沒有任何輔助時，無法穿越半透膜（性質模仿細胞膜）。我們必須在這個前提下才能來談滲透。既然目標是水分子的擴散，就必須在乎這兩個區塊，水分子的濃度和溶質的濃度到底有多少？溶質濃度較低的區域，其水分子濃度就會較高。因為水分子的擴散是由高濃度往低濃度進行的，所以，當水慢慢移向溶質濃度較高區時，這個區塊的體積就會增加，一直到，2區塊的水分子濃度分佈是一樣的、平均的，也就是水會跑過去將其稀釋（換句話說，平衡後，兩邊溶質的濃度也是一樣的）。但是，一定有個事件不同，那就是，原本溶質濃度高的區塊，體積增加了（增加的是從低溶質濃度擴散進來的水分子）。

以一個活的細胞來說，是否能承受水分子這樣的移動，把細胞脹很大，就要看細胞的忍受性啦！例如表皮細胞很有韌性，所以洗手時接觸純水細胞承受得住；但如果眼睛或鼻腔碰純水，細胞會脹破、就會很痛啊～

再舉葡萄糖水當例子來說明。咱們現在跳快一點吧！水分子會從5％的葡萄糖水往10％的葡萄糖水移動，對吧？還不懂，就把前面那段再看一次。此時，10％的葡萄糖水體積會增加，對吧？增加到兩邊平衡，就是7.5%葡萄糖水時，就達到動態平衡啦！

下面，我們就來把國中的化學課撿回來吧了！（別哭，不可以耍賴....）

莫耳濃度

一莫耳：任何一個物質，只要是6×10²³顆，就是一莫耳，所以只要任2物質各都是一莫耳，就代表著這2個物質的顆數是一樣的，但重量不一樣，分子量，就是他們各自一莫耳時的重量。

※體積莫耳濃度(M)：1莫耳的溶質 + 水 加到1公升時的溶液 ＝ 1 M。

※重量莫耳濃度(m)：1莫耳的溶質 +  1公升的水（最後體積一定超過一公升） ＝ 1 m。

我們有體積莫耳濃度M（一莫耳的物質把它放到放到燒杯，加水加到1公升，由於不同物質顆粒大小不同，最後都必須是一公升時，加進去的水一定也不同，無法比較水分子的濃度）。所以，滲透壓的計算必須用重量莫耳濃度m。

再換個說法。拿兩個燒杯，各放1公升的水，再個別加入一莫耳的不同物質溶解，2個燒杯溶解後最終的體積可能會不同（因為不同的物質，顆粒大小可能不同，所以佔據的體積就不大一樣），但因為同樣都是放入1公升的水，溶質也都是一莫耳，所以溶質的顆數都是一樣的，因此，這兩個燒杯的滲透壓相等。

這樣，知道要選重量莫耳濃度的原因了吧！！

因此我們這樣定義：一個重量莫耳濃度(m)就是一個滲透壓(Osm)（唉！但是，有個前提，這東西溶到水裡，不要給我解離啊！），為何？請繼續看下去......

以葡萄糖為例，溶解於水中的葡萄糖，不會分解，所以，1莫耳葡萄糖有6Í10²³顆，溶於水後，也是6Í10²³顆。但是，1莫耳的NaCl，溶於水後，每一顆NaCl都會分解成Na⁺和Cl^-，這樣就變成2顆，於是，就變成2Í6Í10²³了。因此，請注意，一樣都取1莫耳時，用NaCl配置出來的顆粒數，就會是葡萄糖的2倍了喔～也就是配置1m的NaCl水溶液，其滲透壓是2 Osm。

算式如：1 mol NaCl → 1 mol Na^＋ + 1 mol Cl^- → 2 Osm。

① 血液是0.3 Osm（300mOsm），與血液滲透莫耳濃度相同的溶液有5％的葡萄

   糖水及0.9％的生理食鹽水。

② 5％的葡萄糖水：因為葡萄糖不會解離，所以一個m就是一個Osm，一莫耳

   的葡萄糖是180g/1L＝18 g/100ml，所以0.3m就是5.4g（100ml的水+5.4g，

   差不多就是5g/100ml）。

③ 0.9％的生理食鹽水：因為會解離成Na⁺及Cl^-，所以若要跟血液一樣是0.3

   Osm，NaCl是要0.15m，58.5g/L＝5.85g/100ml，5.85×0.15＝0.88 g（100ml

   的水+0.88g，差不多就是0.9 g/100ml）。

滲透壓

對於滲透壓這個名詞，可以有二種理解方法：

（1）內含溶質的溶液，藉由濃度差拉動水分子的強度就是滲透壓，溶質濃度越高，拉動水分子的力量就越大。

（2）水往溶質高的地方跑，就會增加那個區域的體積與壓力，而這個區域對抗水流入所施加的壓力就是滲透壓；若溶質高與溶質低的二個區域中間用細胞膜隔開，並用一根棒子把細胞膜抵住，讓這裡面的體積不要增加（讓水不要進來），可是水就是一定會從溶質低的地方往溶質高的地方跑，所以當水要跑，就會對這根棒子產生推力（壓力），而這個壓力、這根棍子就是這個細胞所感受到的滲透壓。

所以，溶液中溶質的濃度（別忘了，水只在乎溶質的顆粒數有多少）越高，滲透壓就越高，像純水的滲透壓就為0，裡面沒有任何一顆溶質存在。

10％的葡萄糖水滲透壓會比5％的葡萄糖水滲透壓高，因為10％的葡萄糖水裡面很濃，滲透壓就高，而純水的滲透壓是0（因為沒有溶質）。

等張、低張與高張溶液

（一）等張溶液：兩溶液以半透膜（只對水有通透性，溶質不能通過）

      隔開，當滲透作用停止時，兩溶液的滲透莫耳

      濃度相等，滲透壓亦會相等。

（二）低張溶液：溶質濃度及滲透壓較血漿低的溶

      液，對血漿而言即為低張溶液。如：紅血球在

      低張溶液中因獲得過多的水分而脹破（溶血）。

（三）高張溶液：溶質濃度及滲透壓較血漿高的溶

      液，對血漿而言即為高張溶液。如紅血球在高張溶液中因過多的水分滲

      出而萎縮（皺縮）。

溶液	不通透溶質的 滲透莫耳濃度	通透溶質的 滲透莫耳濃度	水分	細胞體積
等張溶液	300 mOsm	不影響	動態平衡	不變
低張溶液	＜300 mOsm	不影響	進入細胞	膨脹或破裂
高張溶液	＞300 mOsm	不影響	跑出細胞	縮小

等滲透與等張

※等滲透：有相同的滲透莫耳濃度。

※等張溶液：含有300 mOsm 無法自由通過細胞膜的溶質的水溶液。

溶液	溶質的 滲透莫耳濃度
等滲透	300 mOsm
低滲透	＜300 mOsm
高滲透	＞300 mOsm

等滲透溶液不一定就是等張溶液，因為等滲溶液的溶質不用理會到底能不能穿過細胞膜，只要給它泡下去就好了！

例如：300mOsm尿素和血漿為等滲透溶液，但尿素可藉由濃度差直接穿越細胞膜，這時，如果將紅血球放進去，尿素會一半跑進紅血球內，造成紅血球內有300+150=450 mOsm的滲透壓，結果使外面的水跑進紅血球內，所以會使紅血球脹破，所以看起來是等滲的300mOsm尿素溶液，卻是一個低張溶液。

溶液	不通透溶質的 滲透莫耳濃度	通透溶質的 滲透莫耳濃度	水分	細胞體積
等張	300 mOsm	不影響	動態平衡	不變
等滲透	300 mOsm		不一定	不一定

※滲透度：指溶液中『所有溶質』相加的總量。

※張力：指溶液中『不具通透性溶質』相加的總量。

血漿滲透莫耳濃度的調節（用以維持正常血漿滲透莫耳濃度及血液滲透壓）

（1）血漿滲透莫耳濃度↑（ex.攝食高鹽食物）or血液中水的體積↓ → 刺激腦部下視丘的滲透壓感受器 → ①口渴（以增加水量之攝取）②刺激腦下垂體後葉分泌抗利尿激素(ADH)至腎臟 →  促使水分滯留 → 以致排出少量濃縮的尿液。

（2）血漿滲透莫耳濃度↓（ex.缺鹽） → 減少對腦部下視丘的滲透壓感受器刺激 → 減少腦下垂體後葉分泌抗利尿激素(ADH)→ 身體排出過多的水分 → 血液體積減少、低血壓 → 致命。