PROPRIETA’ COLLIGATIVE o CORRELATE Si definiscono proprietà colligative delle soluzioni quelle proprietà che non dipendono dalla natura chimica del soluto ma solo dalla concentrazione delle particelle di soluto presenti nel solvente. Dal punto di vista teorico queste proprietà dipendono dalla concentrazione del solvente, per cui l’effetto del soluto, qualunque esso sia, è solo quello di far diminuire la concentrazione del solvente. Le proprietà colligative, in particolare, dipendono dalla frazione molare del solvente, che come detto è uguale a 1 (χ =1) per il solvente puro ed è minore di 1 (χ<1) in una soluzione. Pertanto quando ad una stessa quantità di solvente aggiungiamo del soluto, il numero delle particelle di soluto aumenta, ma diminuisce la concentrazione (frazione molare) del solvente.

Le proprietà colligative o correlate delle soluzioni sono:   Abbassamento della Pressione di Vapore (o Tensione di Vapore) Abbassamento crioscopico Innalzamento Ebullioscopico Pressione Osmotica Tuttavia in molti casi è più pratico descrivere i fenomeni in funzione della concentrazione del soluto

Abbassamento della Pressione di Vapore Ricordiamo che la Pressione di Vapore saturo è la pressione che il vapore esercita sul suo liquido in condizioni di equilibrio (ovvero quando il numero delle molecole che passano dallo stato liquido a quello di vapore è uguale al numero delle molecole che dallo stato di vapore passano dallo stato liquido). Consideriamo ora una soluzione costituita da due liquidi volatili, soggetti entrambi ad una pressione di vapore dove, per comodità, definiamo A il solvente e B il soluto. La pressione di vapore saturo di una soluzione formata dai due liquidi A e B è la somma delle loro pressioni di vapore parziali secondo la Legge di Dalton : Ptot = PA + PB   cioè la pressione parziale di ciascun componente è proporzionale alla sua concentrazione ( frazione molare) ed alla pressione di vapore del liquido allo stato puro, secondo la Legge di Raoult: 𝑷 𝑨 =  𝑨 𝑷 𝑨 𝟎 e 𝑷 𝑩 =  𝑩 𝑷 𝑩 𝟎   dove  𝐴 e  𝐵 sono la frazione molare di A e B, e P A 0 e P°B sono la Pressione di vapore del componente A e B allo stato puro.

Consideriamo ora, una soluzione (data dal solvente liquido volatile A) in cui il soluto (B) è un solido che non esercita pertanto una pressione di vapore (solido non volatile). Qui la legge di Raoult è rispettata e in questo caso la pressione di vapore della soluzione è data dalla sola pressione di vapore del solvente, Psolv: 𝑷 𝒔𝒐𝒍𝒗 =  𝒔𝒐𝒍𝒗 𝑷 𝒔𝒐𝒍𝒗 𝟎   Dato che in una soluzione il solvente non è puro, solv è minore di 1 perché nella frazione molare compare sempre il soluto, quindi la pressione di vapore della soluzione è inferiore alla pressione di vapore del solvente puro, ed è indifferente alla natura del soluto perché dipende solo dalla concentrazione del solvente che diminuisce per la presenza del soluto.

Una conseguenza fisiologica dell’abbassamento della pressione di vapore riguarda la termoregolazione Abbiamo visto che nel nostro organismo la termoregolazione utilizza il calore di evaporazione dell’acqua dovuto alla differenza tra la pressione di vapore dell’acqua nel sudore a 37°C e quella dell’ambiente. Durante la sudorazione le ghiandole sudoripare secernono acqua e sali. Con il proseguire della sudorazione i sali non essendo volatili si accumulano sulla pelle e come conseguenza la loro concentrazione nel sudore aumenta. Con il passare del tempo ed il proseguire della sudorazione la pressione di vapore dell’acqua contenuta nel sudore si abbassa in conseguenza dell’accumulo dei sali, l’evaporazione diventa più lenta e la termoregolazione più inefficiente. Il fenomeno è particolarmente evidente in ambienti in cui sia già presente un’elevata pressione di vapor acqueo (umidità relativa ) perché in queste condizioni rapidamente la pressione di vapore del sudore diventa uguale alla pressione esterna e l’efficacia della sudorazione cessa completamente. Lavando la pelle con acqua si rimuovono i sali depositati e la sudorazione può riprendere a svolgere la sua funzione.

Le conseguenze dell’abbassamento della pressione di vapore in una soluzione portano ad un innalzamento della temperatura di ebollizione un liquido bolle quando la sua pressione di vapore diventa uguale alla pressione ambiente. Poiché la pressione di vapore di un liquido in una soluzione è inferiore alla pressione di vapore del liquido puro, per raggiungere la pressione ambiente sarà necessaria una temperatura superiore. L'aumento della temperatura di ebollizione di una soluzione rispetto al solvente puro viene detto innalzamento ebullioscopico. L’innalzamento della temperatura di ebollizione dipende dalla frazione molare del liquido Abbassamento del punto di Congelamento L’abbassamento della pressione di vapore saturo, ed il conseguente innalzamento della temperatura di ebollizione, dipendono dal fatto che il soluto solido, presente solo nella fase liquida influenza il passaggio del solvente dalla fase liquida a quella di vapore. Allo stesso modo il soluto influenzerà la transizione tra la fase liquida e quella solida La temperatura di congelamento rappresenta le condizioni di equilibrio tra solido e liquido ad una data pressione, analogamente alla temperatura di ebollizione. Il soluto quindi riduce la concentrazione del solvente allo stato liquido, ma non è presente nella fase solida così come non è presente nella fase di vapore. In conseguenza di ciò l’equilibrio liquido-solido si sposta, e la temperatura di congelamento si abbassa: si parla di abbassamento crioscopico.

Osmosi e Pressione Osmotica  Il comportamento delle molecole di solvente e di soluto in una soluzione danno luogo a fenomeni molto importanti nei sistemi biologici, quali la diffusione e l’osmosi. Questi fenomeni manifestano la loro importanza ogni volta che ci si trova di fronte a due diversi compartimenti che devono, o non devono, consentire il passaggio di soluti da un compartimento all’altro. I nutrienti trasportati dal sangue devono poter entrare nelle cellule, ma il contenuto delle cellule (proteine, DNA e altro) non devono poter uscire. Per descrivere in maniera semplificata i fenomeni associati agli scambi tra diversi compartimenti, possiamo utilizzare un modello semplice costituito da due recipienti separati da una membrana Quando la membrana separa due compartimenti contenenti soluzioni a differente concentrazione, può comportarsi in vari modi a cui corrispondono nomi differenti: 1. Membrana permeabile o setto poroso: questa membrana rallenta solo il mescolamento delle soluzioni che separa, ma è permeabile sia al soluto (o soluti) che al solvente 2. Membrana semipermeabile: lascia passare solo il solvente e non i soluti 3. Membrana selettivamente permeabile, (o Semipermeabile reale): lascia passare solo il solvente ed alcuni soluti mentre è impermeabile per la maggior parte di questi ultimi Quando due soluzioni con composizione diversa sono separate da una membrana permeabile, soluti e solvente la possono attraversare liberamente ed abbiamo il fenomeno della Diffusione; se invece la membrana è semipermeabile, i soluti non la possono attraversare ed abbiamo il fenomeno dell’Osmosi

OSMOSI L’OSMOSI è il processo attraverso il quale molecole di solvente liquido passano attraverso una membrana con fori di dimensioni tali da impedire il passaggio del soluto Il solvente puro (a dx) ha una tensione di vapore più alta della soluzione, per cui si ha una differente velocità di migrazione delle molecole di solvente attraverso la membrana la velocità di passaggio da solvente puro a soluzione è più veloce del pasaggio inverso per questo il contenitore ha un livello più basso in corrispondenza del solvente puro

questa è la diffusione semplice questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro. questa è la diffusione semplice l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini). l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra. questa è l’osmosi H2O

DIFFUSIONE E PRESSIONE OSMOTICA La migrazione di una sostanza da una zona di maggiore concentrazione ad una di minore concentrazione è detta DIFFUSIONE La diffusione fa si che il risultato del mescolamento di due soluzioni diverse sia una soluzione con concentrazione uniforme. In presenza di una membrana semipermeabile, ciò non avviene e una delle due soluzioni sarà sempre più concentrata Alternativamente, si può arrestare la migrazione aumentando la pressione sulla soluzione a più alta concentrazione. La PRESSIONE OSMOTICA è la pressione che si deve esercitare per raggiungere l’equilibrio osmotico (cioè per FERMARE il flusso di solvente) il flusso osmotico si arresta quando si crea un dislivello tale che l'aumento di pressione idrostatica conseguente all'ingresso di solvente, contrasta la pressione osmotica. nella diffusione libera, le molecole di soluto (schematizzate in blu) diffondono attraverso la membrana fino ad equilibrare le concentrazioni nei due scomparti

A B membrana semipermeabile (fa passare solo il solvente) solvente Pressione osmotica = pressione che occorre esercitare su A per bloccare il flusso osmotico solvente con soluto solvente puro flusso di solvente (osmosi)

PRESSIONE OSMOTICA SOLUZIONE P idrostatica SOLVENTE

Legge di van’t Hoff Jacobus Henricus van 't Hoff Rotterdam (1852) - Steglitz (1911) Premio Nobel per la Chimica 1901 la pressione osmotica, intesa come la pressione che si deve applicare per impedire la diluizione del soluto, viene misurata quantitativamente con la relazione di Van't Hoff: P = pressione osmotica PV = n RT da cui: P = RT n/V (n/V = molarità) i = RTM osmosi ( è la migrazione spontanea delle particelle del solvente da una soluzione più diluita ad una più concentrata attraverso una membrana semipermeabile) pressione osmotica = è particolarmente importante nell’equilibrio degli elettroliti nell’organismo PV=nRTn La Posm di una soluzione viene espressa in termini di osmolarità e dipende dal N° di particelle in soluzione osmolarità ( Molarità x n°particelle in cui si dissocia il soluto)I LIQUIDI NELL’ORGANISMO HANNO UNA CONCENTRAZIONE DI CIRCA 300 OSMOLARE soluzioni iso-ipo-ipertoniche lucido soluzione fisiologica problemi 1-Qualè l’osmolarità di una soluzione 1M di glucosio? R=1 2--Qualè l’osmolarità di una soluzione 1M diNaCl? R=2 3--Qualè l’osmolarità di una soluzione 0.1M di Na2SO4 (R=0.3) 4-Qualè l’osmolarità di una soluzione salina fisiologica la cui concentrazione è 0.9%p/v? R=0.3 5--Qualè l’osmolarità di una soluzione al 5.5%p/v di glucosio (R=0.305 dove: R = costante dei gas = 0.0820 [l][atm][mol] -1 [K] -1; T = temperatura assoluta in K; M= concentrazione della soluzione [mol] [l] -1; = fattore di correzione che tiene conto del numero di molecole in soluzione ( derivanti dalla eventuale dissociazione del soluto);

Osmolarità   L'equazione di Van't Hoff P V= n R T i può essere riscritta considerando che n/V=M ( Molarità della soluzione) come: P = M i R T In questo caso, la concentrazione Mi rappresenta la concentrazione totale di tutte le particelle che non possono attraversare la membrana. Questa concentrazione Mi prende il nome di osmolarità della soluzione. Quindi l’OSMOLE è una mole di particelle osmoticamente attive. L'osmolarità (Osm/L) esprime la concentrazione di una soluzione, considerando il numero di particelle in essa disciolte indipendentemente dalla carica elettrica e dalle dimensioni. Come per tutte le proprietà colligative la natura chimica del soluto non influenza la pressione osmotica. E’ importante ricordare che oltre all’osmolarità viene usata anche: L'osmolalità è una misura della concentrazione di una soluzione e rappresenta il numero di osmoli di soluto per chilogrammo di solvente. L'osmolalità è una grandezza più precisa perché non risente della temperatura ambientale e della natura della soluzione. Nel caso dell'osmolalità il numero di molecole di soluto in rapporto con quelle di solvente è costante, nell'osmolarità è variabile ma a temperatura e pressioni costanti le differenze sono normalmente trascurabili e i due termini sono usati indifferentemente!

Quando si confrontano le proprietà osmotiche di una soluzione rispetto ad una soluzione di riferimento si definisce: SOLUZIONE ISOTONICA: soluzione che contiene lo stesso numero di particelle (stessa osmolarità, stessa p) di una soluzione di riferimento. SOLUZIONE IPERTONICA: soluzione che contiene un maggior numero di particelle (maggiore osmolarità, maggiore p) di una soluzione di riferimento. SOLUZIONE IPOTONICA: soluzione che contiene un minor numero di particelle (minore osmolarità, minore p) di una soluzione di riferimento. Nota: sebbene sia il numero di osmoli per Kg (osmolalità) e non quello per Litro (osmolarità) a determinare l'entità dell'osmosi, per soluzioni molto diluite - come quelle corporee - le differenze quantitative tra osmolarità ed osmolalità sono al di sotto dell'1% (perché solo una piccola parte del loro peso deriva dal soluto). Per questo i due termini sono spesso usati indifferentemente come sinonimi

Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili Più una molecola è piccola e solubile nei lipidi e più facilmente attraversa la membrana Molecole grosse e polari non diffondono attraverso la membrana Più una molecola è piccola e solubile nei lipidi e più facilmente attraversa la membrana Molecole grosse e polari non diffondono attraverso la membrana Piccole molecole idrofobiche O2, CO2 N2 Benzene Piccole molecole polari neutre H2O Glicerolo Etanolo Amminoacidi Glucosio Nucleotidi Grosse molecole polari neutre H+, Na+, HCO3- K+, Ca2+, Cl-, Mg2+ Ioni

Permeabilità di membrana Le piccole molecole non polari (O2,CO2, N2, etc.) attraversano rapidamente la membrana Permeabilità ai gas necessaria per la respirazione cellulare Ioni e molecole non cariche non diffondono quasi per niente Molecole polari neutre, diffondono rapidamente se sono piccole abbastanza H2O etanolo glicerolo Veloce----------------------Lento

Pressione Osmotica e Sangue Le membrane cellulari sono membrane semipermeabili La pressione osmotica non puo’ cambiare, altrimenti le cellule vengono danneggiate Il flusso di acqua da un globulo rosso verso l’ambiente deve essere all’equilibrio Una soluzione Isotonica ha la stessa pressione osmotica delle cellule del sangue 5% glucosio e 0.9% NaCl

IMPORTANTE!!!!! Da sapere a memoria e ricavare La pressione osmotica in un liquido nel quale sono disciolte più sostanze è quindi fornita dall'equazione di Van't Hoff. In questo caso, la concentrazione, M,deve rappresentare la concentrazione totale di tutte le particelle che non possono attraversare la membrana. Questa concentrazione M  = prende il nome di osmolarità della soluzione. Il suo valore è dato dalla somma di tutte le particelle che non attraversano la membrana. Quindi OSMOLE: mole di particelle osmoticamente attive IMPORTANTE!!!!! Da sapere a memoria e ricavare L'osmolarità del liquido intracellulare è 0.3 osmol/l. Questo significa che in un litro di questo liquido vi sono 0.3 · N ( N = numero di Avogadro = 6 1023) = 1.8 1023 molecole che non attraversano la membrana. La pressione osmotica del liquido intracellulare è dunque: P = 0.30 [osmol/l]· 0.082 [atm·l/mol·K] · (273 + 37 °)[K] = 7.9 atm

L'osmolalità è una misura della concentrazione di una soluzione; rappresenta il numero di osmoli di soluto per chilogrammo di solvente. Si distingue dall' osmolarità che è definita invece come il numero di osmoli di soluto per litro di soluzione. Sebbene in generale quello che ci interessa sia il numero di particelle osmoticamente attive di una soluzione, cioè la sua osmolarità, tuttavia nella pratica operativa l'osmolalità è una grandezza più precisa da gestire perché non risente della temperatura ambientale e della natura della soluzione. operativamente Nell'allestimento di uno standard osmolale è sufficiente pesare una quantità di soluto pari alle osmoli desiderate e un chilogrammo di solvente. Nell'allestimento di uno standard osmolare occorre pesare la quantità desiderata di soluto e aggiungere una quantità (variabile in funzione della temperatura e della natura della soluzione) di solvente fino all'ottenimento di 1 litro di soluzione. Nel caso dell'osmolalità il numero di molecole di soluto in rapporto con quelle di solvente è costante, nell'osmolarità è variabile Valori normali nel plasma 275-295 mOsm/kg (giovane adulto) / 280-301 mOsm/kg (sopra 60 anni)

UNITÀ DI MISURA OSMOLE: indica il numero di particelle contenute in una mole di soluto non dissociato Es. 1mole di glucosio (non dissocia) corrisponde a 1 osmole (1 Osm); 1mole di NaCl (dissocia in due particelle) corrisponde a 2 osmoli (2 Osm) OSMOLALITÀ: Osm/Kg OSMOLARITÀ: Osm/L L’osmolalità plasmatica fisiologica è compresa tra 0.275 e 0.295 Osm/Kg (275-290 mOsm/Kg) È mantenuta in un ristretto intervallo da meccanismi capaci di avvertire variazioni di tonicità dell’1-2% Nota: sebbene sia il numero di osmoli per Kg (osmolalità) e non quello per Litro (osmolarità) a determinare l'entità dell'osmosi, per soluzioni molto diluite - come quelle corporee - le differenze quantitative tra osmolarità ed osmolalità sono al di sotto dell'1% (perché solo una piccola parte del loro peso deriva dal soluto). Per questo i due termini sono spesso usati indifferentemente come sinonimi

l'isotonia rispetto ai globuli rossi è prodotta da una soluzione allo 0.9% p/v di NaCl in acqua (la più semplice soluzione fisiologica). Anche l’acqua ed altre piccole molecole non gassose, come per esempio l’urea, prodotto derivato degli amminoacidi attraversano le membrane senza dispendio di energia, passando tra le molecole di lipidi per osmosi. L’osmosi è un fenomeno che si verifica tra due soluzioni a concentrazioni diversa per passaggio di solvente, attraverso la membrana che le separa dalla soluzione meno concentrata, o ipotonica, a quella più concentrata, o ipertonica. Il passaggio si arresta quando le due soluzioni raggiungono la stessa concentrazione. Le membrane che permettono l’osmosi, come quelle biologiche vengono definite semipermeabili perché lasciano passare il solvente, ma non il soluto; la differenza di concentrazione delle soluzioni con cui sono in contatto determina sulla loro superficie una pressione, chiamata osmotica La pressione osmotica in una cellula come il globulo rosso, immersa in una soluzione ipotonica, può essere tanto alta da far scoppiare la cellula stessa: l’acqua infatti, entra nella cellula fino a farla gonfiare e spezzare quindi, la sua membrana. ,(EMOLISI) Una cellula (globulo rosso) immersa in una soluzione ipertonica, viceversa, lascerà uscire l’acqua dal suo interno e si raggrinzirà. (PLASMOLISI)

La dimostrazione classica della pressione osmotica e dell’osmosi: eritrociti posti in soluzioni a osmolarità variabile plasmolisi emolisi emolisi plasmolisi

plasmolisi emolisi

SOLUZIONI ALTAMENTE IPERTONICHE ( osmolarita’ x 7rispetto al plasma ) ALTA TOSSICITA’ In biologia la tonicità è la pressione osmotica effettiva di una soluzione rispetto al plasma: isotonica è una soluzione che ha la stessa pressione osmotica del plasma ( es. soluzione salina allo 0,9% (anche se è leggermente ipertonica)o una di glucosio al 5%).

Osmolarità dei fluidi Il termine osmolarità si riferisce alla concentrazione dei soluti ed è basata solamente sul numero di particelle, indipendentemente dalla grandezza o dalla natura di esse. osmolarità per litro = osmol/L osmolalità per chilogrammo = osmol/kg nelle soluzioni diluite, come i fluidi corporei, dove il volume occupato dai soluti è piccolo, si preferisce calcolare la concentrazione delle particelle in termini di osmolarità Sia la membrana capillare che quasi tutte le membrane cellulari sono liberamente permeabili all’acqua ma sono impermeabili ad alcuni soluti. I soluti (osmols), che non possono entrare liberamente nelle membrane dei compartimenti vengono chiamati sostanze osmolari effettive mentre quelle che possono passare liberamente la membrana cellulare vengono chiamate non effettive. Le sostanze osmolari effettive determinano la distribuzione dell’acqua tra i compartimenti. Un qualsiasi cambiamento nella concentrazione di soluti osmoticamente attivi su di un lato della membrana crea un gradiente osmotico: ne consegue che l’acqua verrà ridistibuita tra i compartimenti finchè sarà nuovamente raggiunta la medesima osmolarità (isosmolarità) tra i compartimenti.

Nel 1929, Walter Cannon coniò il termine OMEOSTASI (= la tendenza dell’organismo a mantenere lo “Stato Stazionario”) Walter B. Cannon 1871-1945 Cannon, W.B. The Wisdom of the Body, New York, W.W. Norton and Co., 1932 STATO STAZIONARIO: disequilibrio permanente, mantenuto da un flusso di energia in entrata ed in uscita dal sistema. La stazionarietà nel tempo simula l’equilibrio, ma essa è semplicemente dovuta all’uguaglianza del flusso netto d’entrata e del flusso netto d’uscita. Equilibrio dinamico Stato stazionario

I soluti nell’organismo: Le principali specie ioniche Intracellulari ed Extracellulari cationi Extracellulare: Na+ Intracellulare: K+ anioni Extracellulare: Cl- e bicarbonato (HCO3-) Intracellulare: proteine, aa, fosfati inorganici (HPO42-, H2PO4-) organici (aa e ATP) Composizione Ionica intra ed extracellulare Molto differente Concentrazione ionica totale molto simile Concentrazioni osmotiche totali identiche

I Fluidi extracellulari: porte di Ingresso e di Uscita Acqua del Plasma: I nutrienti assorbiti raggiungono le cellule attraverso il plasma I prodotti cellulari di rifiuto passano attraverso il plasma prima della loro eliminazione Acqua dello spazio interstiziale: - punto di accesso diretto per quasi tutte le cellule del corpo (tranne quelle del sangue) Principi di distribuzione dell’acqua nell’organismo I sistemi di controllo dell’organismo regolano ingestione/escrezione dell’acqua affinchè: il contenuto di acqua del corpo risulti costante l’osmolarità totale del corpo risulti costante L’osmolarità è identica in tutti i fluidi dei compartimenti del corpo (condizioni di stato stazionario) - L’acqua Del Corpo Si Ridistribuisce Come Necessario Per Realizzarlo

Intracellular Fluid Volume (ICFV) ICFV viene alterato da: Variazioni della osmolarità del fluido extracellulare ICFV NON viene alterato da: Variazioni iso-osmotiche del volume del fluido extracellulare Extracellular Fluid Volume (ECF) ECF subisce variazioni proporzionali del: volume dell’acqua Interstiziale volume dell’acqua del Plasma

Cause aumento osmolarità ECF conseguenza 1) perdita di H2O L’osmolarità effettiva dei fluidi extracellulari determina il volume intracellulare; il volume cellulare aumenta quando la osmolarità effettiva viene diminuita, diminuisce invece quando l’osmolarità effettiva è aumentata; nessun cambiamento invece quando l’osmolarità effettiva è simile all’interno ed all’esterno della cellula. Cause aumento osmolarità ECF conseguenza 1) perdita di H2O 2)aumento dei soluti effettivi (es. mannitolo, sodio, glucosio) globulo rosso 3) aumento dei soluti non effettivi (es. urea, alcool) disidratazione ipersodiemia iperglicemia infusione mannitolo iperazotemia (uremia) intossicazione da alcool aumento osmolarità ECF e ICF non variazioni volume cellulare

PRESSIONE ONCOTICA   Porzione della pressione osmotica dovuta alle macromolecole Indice di funzionalità epatica Nel plasma umano: Proteina PM, kDa Concentr g/L Press oncotica mmHg Albumina 69 45 21.8 Globuline 140 25 6.0 Fibrinogeno 400 3 0.2 Totale   73 28.0

APPLICAZIONI in MEDICINA   Le SOLUZIONI più usate in clinica sono Soluzione Fisiologica, Soluzioni Saline bilanciate e Soluzione Glucosata 5% La soluzione di NaCl 0.9% p/v o 0.15 M, chiamata “Soluzione Fisiologica” dalla farmacopea, è isotonica con il sangue, perché la sua osmolarità di 0.3 Osm/l è circa uguale a quella dei liquidi intracellulari; questa soluzione rappresenta la più semplice soluzione fisiologica ed è utilizzata per via endovenosa in clinica come integratore elettrolitico e reidratante. In realtà questa soluzione è leggermente ipertonica, poichè i valori di osmolarità normali nell’uomo sono compresi tra 275- 295mOsm/l; questa differenza è considerata, comunque, trascurabile. E’inappropriato,però, definire la soluzione di NaCl 0.9%p/v fisiologica, perché la vera soluzione fisiologica sarebbe quella che rispecchia più fedelmente la composizione del plasma. Un esempio di soluzione che si avvicina maggiormente alla composizione del plasma è la soluzione Ringer Lattato che è una soluzione salina bilanciata. Un’altra soluzione utilizzata per infusione in clinica è una soluzione di glucosio (o destrosio) al 5 %p/v e viene chiamata comunemente“Glucosata”.utilizzata come reidratante.

Nelle tabelle sottostanti si può osservare la composizione, forma farmaceutica e uso delle principale soluzioni utilizzate per infusione in clinica Si noti nella composizione della soluzione Ringer-Lattato la strana espressione “Lattato come HCO3-“, che vorrebbe significare che è stato usato il lattato al posto del bicarbonato (HCO3-) in quanto non è possibile utilizzare il bicarbonato in presenza di ioni calcio perché si formerebbe carbonato di calcio insolubile. RINGER Lattato (Soluzione Salina Bilanciata) Composizione: 1000 ml di acqua p.p.i. contengono: Acido lattico g 2,60 Sodio idrossido g 1,17 Sodio cloruro g 6,0 Potassio cloruro g 0,4 Calcio cloruro g 0,27 Acqua per prep. iniettabili q.b. [mEq/l: (Na+) 132; (K+ ) 5; (Ca++) 4; (Cl-) 112; (Lattato come HCO3-) 29 Osmolarità teorica: 280mOsm/l pH compreso tra 5.5 e 7.0. Forma Farmaceutica Soluzione perfusionale sterile ed apirogena,isotonica con il sangue Categoria terapeutica :reidratante e reintegratore elettrolitico Uso : Ipodermo-fleboclisi Modalità di conservazione : conservare ad una temperatura non superiore a 30 °C. Sodio Cloruro 0.9%p/v (Soluzione Fisiologica) Composizione : sodio cloruro 9 gr in 1000 ml di acqua p.p.i.(per preparazioni iniettabili) Principi attivi: Sodio Cloruro 9g mEq/l di Na+ 154 mEq/l Cl- 154 Osmolarità :308 mOsm/l pH : 4,5-7 Forma farmaceutica :soluzione perfusionale sterile ,apirogena (che non provoca febbre o non contiene sostanze che la provocano), Categoria terapeutica :reidratante , reintegratore elettrolitico Uso : Ipodermo-fleboclisi Modalità di conservazione : conservare ad una temperatura non superiore a 30 °C. GLUCOSIO 5%p/v (Glucosata) Composizione : glucosio monoidrato 5 gr in 100 ml di acqua p.p.i. Osmolarità :277,7 mOsm/l pH : 3,5-6,5 Forma farmaceutica :soluzione perfusionale sterile ,apirogena,isotonica con il sangue Categoria terapeutica :reidratante Uso : Ipodermo-fleboclisi Modalità di conservazione : conservare ad una temperatura non superiore a 30 °C.

OSMOSI INVERSA Viene utilizzata per la produzione di acqua dolce dall’acqua marina. Se viene applicata alla soluzione salina una pressione superiore alla sua pressione osmotica si ha un flusso di acqua dal lato dell'acqua di mare verso quella pura

Dialisi La dialisi è un procedimento fisico con cui si separano una o più sostanze disciolte in un liquido, utilizzando una membrana semipermeabile che permette il passaggio di tali sostanze in una sola direzione. Il moto delle sostanze è dovuto essenzialmente alla differenza di concentrazione (gradiente) di tale sostanza tra i soluti nei due comparti diffusione e cessa una volta giunti all'equilibrio. L’emodialisi (rene artificiale) e’ usata in medicina per rimuovere delle sostanze (ad esempio urea) in concentrazione tossiche (In chimica NON esistono sostanze tossiche, ma solo concentrazioni tossiche)

Reni e Dialisi I prodotti di scarto trasportati dal sangue vengono dializzati dai reni attraverso una membrana semipermeabile. Attraverso dei tubuli vengono eliminati nell’Urina Nel rene artificiale questa operazione viene effettuata artificialmente Arteria Vena Uretra

E purtroppo molti altri casi…… NON DEVE ACCADERE!!! Padova, flebo sbagliate a 4 pazienti Acqua distillata invece di fisologica 26/11/2011 Sono in via di dimissione i due pazienti tenuti in osservazione, ai quali è stata somministrata una flebo di acqua distillata al posto di una con soluzione fisiologica nel reparto di….. . L’errore, avvenuto giovedì scorso, è stato riconosciuto dalla stessa direzione sanitaria dell’azienda ospedaliera che ha chiesto scusa ai pazienti interessati e alla città. Il direttore sanitario - come riporta la stampa locale – si è detto, a nome di tutta la struttura ospedaliera, particolarmente «amareggiato per l’errore di somministrazione della terapia» ai pazienti,. quando il personale sanitario si è accorto dello scambio delle flebo, per non aver letto l’etichetta E purtroppo molti altri casi…… Latte in vena, muore neonato «Omicidio colposo», sei gli indagati Drammatico errore al ………….: alimento iniettato al posto della soluzione fisiologica. Aperte 3 inchieste

L’osmolarità dei liquidi intra- ed extracellulari Il corpo umano è costituito per circa il 60 % del peso da acqua , che si trova per i due terzi all’interno delle cellule, nel liquido intracellulare o LIC, e per il restante terzo all’esterno, a costituire il liquido extracellulare o LEC. Il liquido extracellulare, a sua volta, si suddivide tra liquido plasmatico, intravascolare (il 5% del volume), e liquido interstiziale, extravascolare (la restante percentuale) .

Le membrane che separano questi compartimenti si comportano come membrane semipermeabili. La membrana cellulare separa il compartimento cellulare da quello interstiziale l’endotelio capillare separa il compartimento plasmatico da quello interstiziale. L’acqua può diffondere liberamente da un compartimento all’altro, ma non tutti i soluti possono farlo. Una variazione nella concentrazione dei soluti determina una variazione di osmolarità, a cui segue un rapido passaggio dell’acqua attraverso le membrane ristabilendo l’equilibrio osmotico In particolare la membrana cellulare è impermeabile al sodio e ne impedisce l’entrata tramite meccanismi di trasporto particolari, come la pompa sodio-potassio. Per questo motivo il sodio influenza la pressione osmotica del compartimento extracellulare senza aver effetto sulla pressione osmotica del compartimento intracellulare. Una variazione della concentrazione del sodio extracellulare sposta l’acqua tra il compartimento cellulare e quello interstiziale

Questo porta a un rigonfiamento delle cellule. L’aggiunta di acqua senza sali fa diminuire la pressione osmotica e aumenta il volume di liquido sia nel ECF o LEC che nel ICF o LIC. Questo porta a un rigonfiamento delle cellule. L’aggiunta di una soluzione salina isotonica non modifica l’osmolarità, quindi non c’è flusso di acqua tra LEC e LIC, e tutto il liquido aggiunto resta nel LEC aumentandone il volume L’aggiunta di NaCl provoca un aumento dell’osmolarità e quindi determina un flusso di acqua dal LIC, il cui volume diminuisce, al LEC. È importante dunque mantenere valori normali di osmolarità nel liquido extracellulare (LEC), perché altrimenti l’acqua, attraversando liberamente la membrana cellulare, si muove dentro o fuori le cellule, ne fa variare il volume rigonfiandole o raggrinzendole fino a comprometterne la funzione come nel caso dell’emolisi e plasmo lisi E’ importante notare che: 1) nel liquido intracellulare: a) il contenuto proteico è elevato (~ il 20 %), ]]> b) il catione più abbondante è il K , mentre è molto scarso il Na ;]]> gli ioni Ca (almeno in forma libera) sono praticamente assenti, mentre gli ioni Mg sono presenti in quantità relativamente elevata; c) gli anioni più abbondanti sono i fosfato-ioni-organici e le proteine, mentre è molto scarso il]]> Cl . 2) nel liquido interstiziale: a) sono quasi assenti le proteine; b) il catione più abbondante è il]]> Na , mentre il K , il Ca ed il Mg sono presenti a concentrazioni molto minori; c) l’anione più abbondante è il]]> Cl ; tra gli anioni ha una concentrazione notevole]]> HCO . 3) nel plasma: a) sono presenti le proteine in notevole quantità (7 – 8 %); b) il contenuto in cationi ed in anioni inorganici è simile a quello del liquido interstiziale. I valori di osmolarità normali nell’uomo sono compresi tra 275 e 295 mOsm /L

Osmolarità = 2 x [Na+] + [urea] + [glucosio] Nella pratica clinica corrente l’osmolarità è spesso calcolata semplicemente conoscendo la concentrazione dei principali soluti, secondo la formula semplificata:   Osmolarità = 2 x [Na+] + [urea] + [glucosio] Elettroliti e non elettroliti che concorrono a determinare l’osmolarità nell’uomo ELETTROLITI Sodio 140 mmol/L Potassio 4 mmol/L Cloro 104 mmol/L Bicarbonato 24 mmol/L Calcio 2.5 mmol/L Magnesio 1 mmol/L   NON ELETTROLITI Azotemia (urea) 5 mmol/L Glicemia (Glucosio) 5 mmol/L

La somministrazione di fluidi per via endovenosa è una procedura molto comune, necessaria sia per riequilibrare le perdite di acqua e di soluti come accade in svariate situazioni cliniche, sia per la nutrizione e per veicolare farmaci, quando la via orale di somministrazione è impraticabile o inadeguata. I fluidi entrati in circolo si distribuiscono nei diversi compartimenti dell’organismo in funzione della natura e della concentrazione dei soluti

Quando viene infusa una soluzione isotonica contenente glucosio, soluto non elettrolitico, lo zucchero passa le membrane e viene metabolizzato. Al termine l’acqua che lo veicola si trova distribuita in tutti i compartimenti e l’aumento del volume plasmatico è meno di un decimo di quello somministrato. Quando viene infusa una soluzioni isotonica contenenti sodio, essa andrà a occupare lo spazio extracellulare, perché gli elettroliti passano liberamente la membrana capillare, ma il sodio non entra nella cellula e trattiene l’acqua nel compartimento del LEC. In questo caso si ha un aumento del volume plasmatico di circa 1/4 di quello somministrato. Se si utilizzano soluzioni isotoniche contenenti colloidi, sia di derivazione ematica come l’albumina, sia artificiali, come la gelatina o l’amido idrossietilico , tutto il volume somministrato tende a rimanere in circolo per una durata variabile, che dipende dalle caratteristiche del colloide impiegato. I colloidi artificiali sono chiamati anche plasma-expanders e sono utilizzati per ottenere una rapida espansione della volemia. L’uso di soluzioni ipertoniche è stato proposto per favorire lo spostamento di acqua dalla cellula all’interstizio e dall’interstizio al plasma, per aumentare più rapidamente ed efficacemente il volume plasmatico non solo apportando nuovi liquidi, ma anche spostando l’acqua da altri compartimenti. In particolari situazioni di edema cerebrale si somministra una soluzione ipertonica (20%) di mannitolo, polisaccaride che rapidamente

A questo proposito, infine, è importante osservare che una perdita o un apporto di fluido isotonico, cioè di acqua e sodio in concentrazione iso-osmolare, non comporta una variazione dell’osmolarità plasmatica, ma solo una variazione della volemia (quantità di fluido circolante nei vasi) e della pressione arteriosa. Un aumento dell’osmolarità effettiva genera lo stimolo principale all’introduzione di acqua, cioè la sensazione di sete. Il livello medio di soglia osmotica per la sete è di circa 295 mmol/L e varia tra gli individui; per esempio, gli anziani avvertono questo stimolo in misura molto minore richiama acqua dalle cellule e la veicola all’esterno con meccanismo osmotico attraverso la diuresi La somministrazione endovenosa di soluzioni molto concentrate, come le soluzioni di glucosio al 20 e al 33% utilizzate per la nutrizione, causa un danno osmolare, di tipo infiammatorio, alle cellule delle pareti del vasi, favorendo la formazione di trombi (coaguli adesi alla parete). Per questo si evita l’infusione in vasi periferici ma si utilizzano vasi centrali, che hanno una grande portata che permette una immediata diluizione del soluto somministrato, soprattutto se infuso lentamente.

Teoricamente in una situazione di iper-osmolarità bisognerebbe aggiungere acqua o togliere osmoli mentre in una situazione di iposmolarità bisognerebbe fare il contrario cioè togliere acqua o aggiungere osmoli In un paziente di 70Kg con una Osmolarità di 280 mOsm/l il volume di acqua totale è come abbiamo visto il 60% quindi sarà di 42 litri e il numero di osmoli è 42x280 = 11760 mosmoli. Lo stesso paziente a causa di una patologia si trova ad avere una osmolarità di 320 mOsm/l. Cosa si deve fare per riportare alla normalità l’osmolarità del paziente? Le milliosmoli totali del paziente con iper-osmolarità sono 320 x 42 =13440 Quanta acqua dovremo somministrare per arrivare ad avere 11760 mosmoli? 13440-11760= 1680 mosmoli di differenza in eccesso che diviso per 280 (che sono le milliosmoli /l che dovrebbe avere) determineranno il volume di liquido da somministrare. Quindi 280 mOsm :1litro = 1680 mOsm :Xlitri X=6l Quindi sono 6 i litri da somministrare al paziente per ripristinare la osmolarità normale. Clinicamente il discorso è più complesso per la necessità di non poter somministrare grandi volumi di acqua pura né soluzioni in modo rapido, quindi va valutato caso per caso. “la struttura senza la funzione è un cadavere, la funzione senza la struttura è un fantasma”