Neste- ja elektrolyyttitasapaino - Osmoottinen paine ja siihen liittyvä terminologia

Osmoottinen paine ja siihen liittyvä terminologia

Tässä osiossa käsiteltävien konseptien ymmärtäminen on välttämätöntä neste- ja elektrolyyttitasapainon säätelyn ymmärtämisen kannalta. Nämä konseptit saattavat aluksi vaikuttaa varsin monimutkaisilta, mutta todellisuudessa kyse on hyvin yksinkertaisista asioista.

Vesimolekyyli (H2O) on hyvin pienikokoinen ja se voi kulkeutua solukalvon läpi erityisten aukkojen läpi. Sen sijaan suuret molekyylit eivät kykene läpäisemään solukalvoa tällä tavalla. Solukalvo on siis puoliläpäisevä kalvo (Kuva X GAL 6.1.2. 151). Jos solukalvon eri puolilla vallitsee eroja aineiden pitoisuuksissa, vesi pyrkii siirtymään solukalvon läpi ja tasoittamaan pitoisuuksia. Tätä ilmiötä kutsutaan osmoosiksi [kts oheinen kuva].

Osmoottinen paine riippuu veteen liuenneiden erillisten hiukkasten kokonaisainemäärästä, joka ilmaistaan osmoleina (osm). Osmolaliteetti tarkoittaa osmolien määrää kilogrammassa vettä. Elimistön nesteiden osmolaliteetti on hieman alle 300 milliosmolia per kg (mosm/kg). Kun yksi mooli ruokasuolaa eli natriumkloridia (NaCl) liukenee veteen, saadaan kaksi osmolia: Na+ ja Cl-. Yhden glukoosimoolin liuetessa saadaan yksi osmoli.

Kun solu upotetaan väkevään liuokseen, sen tilavuus pienenee. Tällaista liuosta kutsutaan hypertoniseksi. Solun tilavuuden pieneneminen johtuu osmoosista. Toisin sanoen vettä siirtyy solukalvon läpi solusta ulos, sillä siellä aineiden pitoisuudet ovat suurempia. Vastaavasti laimeissa eli hypotonisissa liuoksissa solun tilavuus suurenee. Liuoksia, jotka eivät aiheuta solun tilavuuden muutoksia, kutsutaan isotonisiksi. Fysiologinen suolaliuos (NaCl:a 0,9 % eli 154 mmol/l) on yksi esimerkki isotonisesta liuoksesta. Sitä voidaan antaa suoneen (”tiputus”) ilman, että solut turpoavat tai kutistuvat.

Kuuntelin muutamia vuosia sitten ikääntyneemmän fysiologian professorin nestetasapainoluentoa aikuisopiskelijoille. Itselleni edellä mainitut käsitteet olivat silloin jo päivänselviä, mutta luennon varsinaisella kohdeyleisöllä biologian perusopinnoista oli kulunut jo vuosikausia. ”Kun elimistön nesteiden osmolaliteetti nousee.. siis ne nesteet suolautuu..”, luennoi professori. Tämä kuulosti silloin hieman erikoiselta, mutta todellisuudessa se on paras tapa selittää tämä asia nopeasti ja yksinkertaisesti (”mutkat suoristaen”).

Plasman osmoottisesta paineesta nimittäin valtaosa johtuu natriumista (n. 140 mosm/l) ja kloridista (n. 100 mosm/l). Oletetaan, että juot pari lasia vettä, johon olet lisännyt runsaasti natriumkloridia. Jonkin ajan kuluttua suolistosta imeytyy verenkiertoon runsaasti natriumia ja kloridia, mikä johtaa veren (plasman) osmolaliteetin nousuun. Hieman myöhemmin myös väliaivojen alaosaa (hypotalamusta) ympäröivän veren osmaliteetti nousee. Tämä taas johtaa hypotalamuksen osmoreseptorien aktivoitumiseen. Lopputuloksena on janontunne. Syntyy siis lähes pakottava tarve juoda vettä. Ja kun juot sitä vettä automaattisesti oikean määrän, elimistön nesteiden osmolaliteetti palautuu lähtötasolle. Ruoansulatuskanavan alkuosassa on nerokas mittausjärjestelmä*, joka mittaa juodun veden määrää hämmästyttävän tarkasti. Muutenhan jatkaisimme juomista, kunnes juotu vesi on saavuttanut hypotalamuksen. Näin elimistö huolehtii siitä, että nesteiden osmolaliteetti pysyy sopivissa rajoissa.

Valotetaan tässä osiossa selitettyjä konsepteja vielä toisella esimerkillä. Oletetaan, että olet juonut edellisenä iltana runsaasti alkoholia (etanolia), joten kärsit nyt dehydraatiosta eli nestevajauksesta. Etanoli aiheuttaa dehydraatiota vähentämällä antidiureettisen hormonin (ADH) vaikutusta munuaisissa. ADH lisää veden uudelleen imeytymistä (reabsorptiota) munuaistubuluksista, joten sen esto lisää nesteen poistumista elimistöstä. Muutaman etanolipitoisen juoman jälkeen pitääkin laukata jatkuvasti vessassa, sillä virtsarakon venyminen synnyttää virtsaamistarpeen. Dehydraatio on yksi krapulaoireiden aiheuttajista, joten nestetasapainon palauttaminen yleensä helpottaa oireita. Sinulla on tapaaminen anopin kanssa parin tunnin kuluttua, joten et halua olla ”heikolla hapella”. Päätät siis juoda saman tien litran vettä. Tämä ei kuitenkaan ole tehokkain tapa palauttaa nestetasapaino, sillä veren osmolaliteetti laskee nopeasti, mikä puolestaan johtaa ADH:n erityksen selvään vähentymiseen. Tämän johdosta virtsaat ulos suurimman osan juomastasi vedestä parin tunnin sisällä. Toisin sanoen nesteretentio on heikko. Nestetasapaino saadaan tehokkaammin palautettua juomalla miedosti suolattua vettä, sillä veren osmolaliteetissa ei ole silloin tapahdu suuria muutoksia. Pienen suolamäärän ansiosta myöskään janontunne ei poistu kovinkaan tehokkaasti, joten nestettä tulee juotua enemmän.

Tämä kirjoitus on lyhyt näytepätkä Anssi Mannisen tulevasta kirjasta Urheiluravinteet (WSOYPro). Tekstin osittainenkin lainaaminen ilman tekijän lupaa on kielletty.

*Kreationistit usein pitävät tällaisia nerokkaita järjestelmiä näyttönä Jumalasta, mutta tämä "nerokkuus" sopii erityisen hyvin evoluutioteoriaan. Evoluutio tarkoittaa sukupolvien myötä tapahtuvia muutoksia populaation geenivarastossa. Eliölajit siis sopeutuvat ympäristöönsä tai kuolevat. Vain vahvimmat selviävät! Minkäänlaisia ihmeitä näiden nerokkaiden järjestelmien luomiseen ei tarvita, vaan ainostaan aikaa - PALJON aikaa. Miljoonia vuosi kestäneen "tuotekehityksen" (evoluution) aikana järjestelmien yksityiskohdat ovat muovautuneet nykyiseen muotoonsa. Esim. ne suvut, joilla suoliston alkuosan vesimittarijärjestelmä toimi huonosti, ovat kuolleet sukupuuttoon jo aika päiviä sitten.