0115

Pouczająca, aczkolwiek dość złożona jest ilościowa analiza procesu transportu przez błonę niedoskonale półprzepuszczalną. Daje się on opisać za pomocą dwóch równań fenomenologicznych:

Jy — LyAp+Lyj^An    5.14

Jd ⁼ Loy^p+LpAlz    515

Jy oznacza wypadkowy przepływ objętościowy rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, równy sumie prędkości r_r przemieszczania się rozpuszczalnika oraz v, substancji rozpuszczonej przez błonę, czyli: Jy = v_r t v_%. Natomiast J_D — względny przepływ substancji w stosunku do rozpuszczalnika, równy różnicy prędkości: J_D = v_x—v_r. Związek przepływu J z prędkością liniową v cieczy wynika z jego definicji, miano-1 dV'f'    1 Sól    dl

wicie J =--, inaczej / = — ——■ = — = v (dl— droga przebyta przez ciecz w czasie dr). Znaczenie

S dr    5 dr    dr

fizyczne współczynników Ly, Lpy, L_D, charakteryzujących proces, wynika z analizy równań 5.14 i 5.15.

ZakładającAn = 0, z równania 5.14 można odczytać, że współczynnik L(/jest liczbowo równy przepływowi objętościowemu roztworu (prędkość wypadkowa rozpuszczalnika i substancji) przy ciśnieniu hydrostatycznym równym jednostce, a braku ciśnienia osmotycznego — jest to współczynnik filtracji. Substancja jest tłoczona przez filtr wraz z rozpuszczalnikiem pod działaniem ciśnienia hydrostatycznego, — ultrafiltracja. L_DV wyraża stopień ultrafiltracji, jest liczbowo równy przepływowi substancji względem rozpuszczalnika    przy ciśnieniu jednostkowym, a braku ciśnienia osmotycznego—jest to współ

czynnik ultrafiltracji.

Zakładając A/> = 0 z równania 5.15 wynika, że współczynnik L_D określa względny przepływ substancji w stosunku do rozpuszczalnika przy jednostkowym ciśnieniu osmotycznym, a braku ciśnienia hydrostatycznego; jest on związany z współczynnikiem dyfuzji (J_D = L_dAiz = L_DRT ■ Ac. przy Ap = 0).

Z punktu widzenia biofizyki szczególnie ważny jest transport przez błony biologiczne, w szczególności przez błony komórkowe. Błony komórkowe są często uznawane za błony półprzepuszczalne, co jest znacznym uproszczeniem. Gdyby komórka o błonie półprze-puszczalnej znalazła się w roztworze izoosmotycznym, to jest w roztworze wykazującym to samo ciśnienie osmotyczne jak płyn wewnątrzkomórkowy, błona nie byłaby napięta mechanicznie; roztwór ten byłby zarazem roztworem izotonicznym. Natomiast w roztworze hipertonicznym komórka się kurczy (np. plazmoliza krwinek), a w hipo-tonicznym nabrzmiewa. W pierwszym przypadku ciśnienie osmotyczne płynu wewnątrzkomórkowego jest mniejsze niż zewnętrznego, wody z komórki ubywa. W drugim — ciśnienie osmotyczne płynu pozakomórkowego jest mniejsze niż wewnętrznego, woda przenika do wnętrza komórki i napina błonę. Jeżeli błona jest półprzepuszczalną, ustali się stan równowagi, kiedy ciśnienie wywierane przez błonę na wnętrze komórki zrówna się z różnicą ciśnień osmotycznych Ap = Art (ryc. 4.6), jeżeli oczywiście błona komórkowa wy trzyma takie ciśnienie (hemoliza krwinek). Stan równowagi oznacza jednak śmierć komórki. Bodźce są zrównoważone, nie ma przepływów, nie ma życia.

Błona komórkowa jednak nie jest doskonale półprzepuszczalną, wykazuje raczej różną dla różnych substancji przepuszczalność. W takiej sytuacji różnica ciśnień osmotycznych nie jest równa ciśnieniu, z jakim błona działa na wnętrze komórki. Roztwory izoosmo-tyczne nic są zarazem izotoniczne.

Jako miarę selektywnej przepuszczalności błony, Stavermann wprowadził tzw. współczynnik odbicia a, wyrażający się stosunkiem ciśnień Ap mechanicznych działających na błonę do różnicy ciśnień osmotycznych A^, czyli

122