Osmoza i jej zastosowanie w sztucznej nerce
- Szczegóły
Osmoza jest naturalnym zjawiskiem występującym powszechnie w przyrodzie polegającym na przenikaniu wody lub innego rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę, która oddziela dwa roztwory o różnych stężeniach. Termin osmoza, po grecku oznaczający „pchnięcie” lub „impuls”, został po raz pierwszy użyty przez JA Nolleta, który w 1747 r. opisał eksperyment, w którym użył zwierzęcego pęcherza do oddzielenia dwóch komór zawierających wodę i wino. Zauważył, że objętość w komorze zawierającej wino wzrosła, a jeśli komora była zamknięta, ciśnienie wzrosło.
Osmoza według Merriam-Webster to „przemieszczanie się rozpuszczalnika (takiego jak woda) przez półprzepuszczalną membranę do roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej, która ma tendencję do wyrównywania stężeń substancji rozpuszczonej po obu stronach membrany”. Najprościej mówiąc: kierunkiem przepływu rozpuszczalnika.
Dążąc do wyrównania stężeń woda lub inny rozpuszczalnik przenikają z roztworu o niższym stężeniu danej substancji do tego o wyższym stężeniu.
Zastosowanie osmozy
Osmoza ma wiele praktycznych zastosowań zarówno w przemyśle, jak i przyrodzie. Osmoza to ważny proces zarówno w przyrodzie, jak i w społeczeństwie. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym zastosowaniom i przypadkom osmozy wokół nas.
Konserwowanie żywności
Osmoza to odwieczna technika służąca do konserwowania mięsa. Zazwyczaj proces ten określany jest jako „solanka” - mięso jest krojone na mniejsze kawałki, a następnie zamykane w bardzo stężonym roztworze słonej wody. W ciągu kilku dni lub tygodni woda w mięsie zmieni się z niskiego stężenia substancji rozpuszczonej (w mięsie) do wysokiego stężenia substancji rozpuszczonej (w roztworze słonej wody). Utrata wody sprawia, że mięso staje się niegościnnym miejscem dla rozwoju bakterii, co pomaga w konserwacji mięsa.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Naturalny proces roślinny
Osmoza jest tym, co pozwala roślinom przetrwać. W szczególności proces osmozy pobiera wodę z korzeni rośliny do liści. Osiąga się to za pomocą gradientu soli. Najniższa część rośliny, czyli korzenie, mają najmniej soli. Najwyższa część rośliny, liście, ma najwyższe stężenie soli. To powoduje, że woda jest stale wciągana w górę w kierunku liści.
Rośliny wykorzystują również osmozę do innych celów. Wyspecjalizowane komórki, zwane „komórkami ochronnymi”, rosną i kurczą się w odpowiedzi na ilość wody w roślinie. Kiedy roślina jest nasączona wodą, jej komórki pęcznieją i tworzą w liściu maleńkie otwory. Pozwala to na ucieczkę wody. Kiedy roślina ma mało wody, komórki kurczą się, powodując zamknięcie tego samego otworu, oszczędzając w ten sposób wodę.
Wchłanianie wody
Pijemy wodę, ale także nasze komórki wchłaniają ją przez osmozę w taki sam sposób, jak robią to korzenie roślin. Wraz ze wzrostem stężenia produktów przemiany materii w komórce wzrasta ciśnienie osmotyczne między wnętrzem i zewnętrzem ściany komórkowej, która jest błoną półprzepuszczalną, a komórka wchłania wodę z krwi, która jest bardziej rozcieńczonym roztworem niż w przypadku cytoplazma komórki. Nawet podstawowe składniki odżywcze i minerały są przenoszone przez osmozę do komórek. Ponadto nasze jelita wchłaniają składniki odżywcze i minerały poprzez osmozę.
Osmoza a dyfuzja
Zarówno zjawisko dyfuzji, jak i osmozy polega na przenikaniu cząsteczek z obszaru wyższego stężenia do obszaru o niższym stężeniu. Dyfuzja dotyczy natomiast cząsteczek rozpuszczonych substancji (np. gazów, cieczy, ciał stałych). W dyfuzji zjawisko to odbywa się jednak w nieskrępowany sposób. Dyfuzja, rozpuszczanie się atramentu w wodzie. Obydwa zjawiska dotyczą przenikania substancji z jednego środowiska do drugiego.
Osmoza odwrócona
Osmoza naturalna polega na przenikaniu przez błonę osmotyczną wody czystej do wody zanieczyszczonej. Stąd nie może znaleźć zastosowania w filtracji wody. Okazuje się jednak, ze jeśli po stronie wody zanieczyszczonej przyłożymy odpowiednio duże ciśnienie, wówczas proces osmozy naturalnej można odwrócić; wodę zawartą w roztworze zanieczyszczonym można przecisnąć do wody czystej.
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
W zjawisku odwróconej osmozy natomiast wykorzystujemy wymuszony przepływ rozpuszczalnika z roztworu o większym stężeniu do tego o mniejszym stężeniu. W procesie odwróconej osmozy pory membrany osmotyczne są bardzo wąskie, a woda przepuszczana jest pod wysokim ciśnieniem.
Proces taki, nazywany osmozą odwróconą, znajduje coraz szersze zastosowanie w filtracji wody pitnej. Zjawisko odwróconej osmozy wykorzystywane jest powszechnie na świecie do uzdatniania wody. Półprzepuszczalne membrany osmotyczne stanowią więc świetny filtr w procesie uzdatniania wody. W ten sposób, dzięki odwróconej osmozie, wodę można oczyścić np.
Urządzenia osmotyczne mają różną wielkość oraz zastosowanie - domowe, coraz bardziej popularne na całym świecie, mają wydajność od 40 do 2000 litrów na dobę. Metoda osmozy odwróconej znalazła już powszechne zastosowanie w szpitalach, hotelach, w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym itd.. Wydarzeniem spektakularnym jest zastosowanie urządzeń osmotycznych na statkach kosmicznych, gdzie każdy roztwór wodny (również ścieki) przywraca się do obiegu celem odzyskania wody czystej oraz na statkach podwodnych, gdzie surowcem do pozyskania wody pitnej stała się słona woda z oceanu. Wcześniej statki te zmuszone były zabierać w długie rejsy ogromne ilości wody pitnej. W dużych fabrykach z agregatami osmotycznymi produkuje się wodę pitną dla wielu miast na Bliskim Wschodzie, w Japonii i USA.
Osmoza w nerkach i dializa
Nerki są ważnym organem naszego organizmu, który pomaga w usuwaniu odpadów i materiałów toksycznych. Najbardziej widoczne wykorzystanie osmozy mamy w nerkach. Osmoza ma na celu odzyskanie wody z odpadów. Dializa nerek jest przykładem osmozy.
W tym procesie dializator usuwa produkty przemiany materii z krwi pacjenta przez membranę dializacyjną (działa jak membrana półprzepuszczalna) i przekazuje je do zbiornika roztworu dializacyjnego. Czerwone krwinki, które są większe, nie mogą przejść przez błonę i są zatrzymywane we krwi. Dzięki temu w procesie osmozy odpady są stale usuwane z krwi.
Przeczytaj także: Vontron w Akwarystyce: Opinie Użytkowników
Woda jonizowana a nerki
Woda jonizowana na choroby nerek zdecydowanie pomaga, ale zanim przejdziemy do tego zagadnienia, warto wyjaśnić pokrótce niezorientowanym, czym właściwie ona jest. To ciecz o wysokim pH zasadowym i odczynie powyżej 7,5-8. Cechuje ją przewaga jonów wodorotlenowych. Może ona powstawać w sposób naturalny - najczęściej w głębokich źródłach, kiedy pod dużym ciśnieniem obija się o skały. Ale można ją wytworzyć także poprzez sztuczne wywołanie procesu elektrolizy i właśnie do tego służą jonizatory.
Woda alkaliczna uzyskana za pomocą jonizatora ma wiele właściwości leczniczych. Nie tylko pomaga w chorobach, ale także jest doskonałym środkiem zapobiegawczym. Odpowiednia praca nerek jest niezwykle ważna dla usuwania kwaśnych związków z organizmu. Zajmują się one filtrowaniem krwi i przy zbyt dużym stężeniu kwasów mogą w nich powstać złogi - piasek bądź kamienie. Picie jonizowanej wody pozwala temu zapobiec.
Potwierdzony badaniami jest fakt, że woda jonizowana na chore nerki pomaga. Podawano ją w ramach procedury leczniczej dializowanym pacjentom, co wykazało, że jej picie zmniejszało wywoływane hemodializą zakwaszenie organizmu. Dowodzą tego również przeprowadzone dotychczas badania naukowe.
Mówiąc prostszym językiem - wodę jonizowaną powinniśmy stosować w przypadku kamicy nerkowej, ale też wtedy, gdy nie chcemy się jej nabawić. Warto pamiętać, że jest to niezwykle bolesna przypadłość, która znacznie obniża komfort codziennego funkcjonowania i na pewnym etapie staje się nie do zniesienia. Lepiej zatem do tego etapu nie dopuścić, a najlepszym i najprostszym rozwiązaniem jest zaopatrzenie się w jonizator.
Ponadto, jak czytamy w jednym z badań opublikowanych w Nephrology Dialysis Transplantation z Oxford Academic (Volume 25, Issue 8, August 2010, Pages 2730-2737), „woda jonizowana podczas dializy naprawia uszkodzenia komórek T u pacjentów w końcowych stadiach chorób nerek z przewlekłą hemodializą”, a także „używana przez rok efektywnie łagodziła apoptozę komórek T, zmieniała markery powierzchniowe i komórkowy cytokin u pacjentów”.
Warto także pamiętać, że nadmierna kwasowość, której uniknąć pozwala woda alkaliczna, może doprowadzić do innych chorób układu moczowego, takich jak zapalenie nerek, mocznica czy dolegliwości związane z pęcherzem.
tags: #osmoza #w #sztucznej #nerce
