סְפִיגָה

ה סְפִיגָה היא זרימה מכוונת של חלקיקים מולקולריים דרך קרום חצי-למחצה. בביולוגיה יש חשיבות מרכזית לוויסות מאזן המים בתאים.

מהי אוסמוזה?

פירושו של אוסמוזה הוא "חדירה" ביוונית. זה מתואר כמעבר ספונטני של ממסים כמו מים דרך קרום חדיר באופן סלקטיבי. הממברנה חדירה רק לממס, אך לא לחומרים המומסים. הדיפוזיה הסלקטיבית של מרכיב אחד בלבד גורמת לאיזון הפוטנציאל הכימי משני צידי הממברנה.

אוסמוזה נמצאת לרוב בטבע. בממברנות ביולוגיות בפרט, יש צורך בחילופי חומרים סלקטיביים בכדי שתוכלו להתקיים תהליכי הובלה ביולוגיים. עם זאת, תהליכי הובלה פעילים הצורכים אנרגיה מבטיחים גם שללחץ האוסמוטי המתעורר באופן פסיבי אין השפעה הרסנית על התא.

אף שלא ניתן לבצע היפוך בתהליכי דיפוזיה רגילים, אוסמוזה היא תהליך הפיך.

פונקציה ומשימה

באוסמוזה מולקולות של תמיסה או ממס טהור מתפזרות באופן סלקטיבי דרך ממברנה עד שהפוטנציאל הכימי מאוזן משני צידי הממברנה הזו. לדוגמא, תמיסה מרוכזת בצד השני מדוללת על ידי הממס עד שהלחץ ההידרוסטטי הבנוי מונע דיפוזיה נוספת.

המולקולות יכולות לנדוד דרך הממברנה, ללא קשר מאיזה צד הן מגיעות. עם זאת, הם תמיד נוטים יותר להתפזר לכיוון ההבדל הפוטנציאלי הגדול ביותר.

כאשר הפוטנציאל הכימי מאוזן, אותו מספר חלקיקים נודד משמאל לימין כמו מימין לשמאל. אז מבחינה חיצונית שום דבר לא משתנה יותר. עם זאת, כתוצאה מהדילול הרצוי של התמיסה המרוכזת, הצטברה בצד אחד כמות גדולה יותר של נוזלים, שבנתה לחץ גבוה (הלחץ האוסמוטי). אם הממברנה כבר לא יכולה לעמוד בלחץ, התא יכול להיהרס.

תהליכי הובלה פעילים דרך הממברנה מבטיחים כי חומרים מסוימים יוסרו בעזרת אנרגיה. דוגמה חיה לתהליך אוסמוטי היא נפיחות של דובדבנים בשלים כאשר הם מעורבבים במים. המים חודרים דרך עורו החיצוני של הפרי, בעוד שהסוכר אינו יכול לברוח. תהליך הדילול בתוך הפרי נמשך עד שהוא מתפרץ.

בתוך הגוף, השילוב של תהליכי הובלה אוסמוטית ופעילה וצריכת אנרגיה מבטיח כי תהליכים ביוכימיים פועלים בצורה חלקה בחללים המופרדים על ידי ביוממברנות. תאים יכולים להתקיים הנפרדים מהסביבה החיצונית, אך הם בתמורה מתמדת של חומרים עימם.

אורגנלים קיימים גם בתא בו יכולות להתרחש תגובות נפרדות. כדי למנוע את הלחץ האוסמוטי לעלות עד כדי כך שהביוממברנות מתפרצות, מולקולות מוזרמות בתהליכי הובלה פעילים.

בתאי יונקים, כאשר הלחץ האוסמוטי עולה, חלבון NFAT5 מיוצר במידה רבה יותר. הוא מספק מספר מנגנוני נגדים להגנה על התא מפני לחץ יתר-לחץ (לחץ עודף). בתהליך מיוצרים חלבוני תובלה אשר באמצעות אנרגיה מנתבים חומרים מסוימים אל מחוץ לתא. בין היתר, חומרים בדרכי השתן כמו גלוקוז ועודפי אלקטרוליטים מופרשים דרך הכליות על מנת לווסת את הלחץ האוסמוטי בגוף.

מחלות ומחלות

אוסמוזה ממלאת גם תפקיד חשוב בוויסות איזון האלקטרוליטים. אלקטרוליטים הם מלחים מומסים ומורכבים מיוני מתכת טעונים באופן חיובי כמו נתרן, אשלגן, מגנזיום או יוני סידן, ואנונים טעונים שלילית כמו אניונים כלוריד, ביקרבונט או פוספט.

הם קיימים בריכוזים שונים הן בתא (תוך-תאי), מחוץ לתאים (בין-ראשוניים) או בתוך מחזור הדם (תוך-וסקולרי). ההבדלים בריכוז מייצרים את המתח החשמלי על קרומי התא וכך מפעילים ריבוי תהליכים ברמת התא. אם הפרשי הריכוז מופרעים, גם מאזן האלקטרוליטים מתערבב.

הכליות מווסתות איזון אלקטרוליט זה באמצעות מנגנונים שונים כמו מנגנוני צמא, תהליכים הורמונליים או פפטידים הפועלים על הכליות. במקרה של שלשול קשה, הקאות, אובדן דם או אי ספיקת כליות, ניתן להפריע למאזן המים והאלקטרוליטים. כל אלקטרוליט יכול להתרחש בריכוזים שהם גבוהים מדי או נמוכים מדי.

הפרעות במאזן המים והאלקטרוליטים הם לפעמים מסכני חיים, תלוי בחומרתם. דוגמאות למצבים כאלה כוללות התייבשות, התייבשות, היפר- והיפובולמיה (נפח הדם מוגבר או יורד), היפו- והיפר-נתרמיה, היפו- והיפרקלמיה, אחרת היפו- והיפר-קלקסמיה.

כל אחד ממצבים אלו דורש טיפול אינטנסיבי. ככלל, איזון המים והאלקטרוליט משוויץ במהירות. עם זאת, אם מנגנון הוויסות בין תהליכי הובלה פעילים לתהליכים אוסמוטיים מופרע על ידי אי-ספיקת כליות או מחלה אחרת, עלולים להתרחש חוסר איזון כרוני ב אלקטרוליטים. כתוצאה מכך מתרחשות בצקות, מחלות לב וכלי דם, בצקת מוח, מצבים של בלבול או התקפים.

הקשרים בין איזון המים והאלקטרוליטים והתהליכים הביולוגיים בגוף כה מורכבים עד כי לעיתים קרובות נצפים תסמינים דומים בכל צורות ההפרעות האלקטרוליטיות. קביעת מאזן האלקטרוליטים צריכה להיות אחת מהבדיקות הסטנדרטיות אם תסמינים אלה הם כרוניים.