محیط هم‌فشار: محیطی با غلظت برابر با داخل یاخته که تبادل آب در آن متعادل است.

محیط هم‌فشار¹: نقطهٔ تعادل حیاتی در تبادل آب یاخته

اسمز: نیروی محرک پشت پرده

همه چیز با یک قانون ساده شروع می‌شود: آب همیشه از ناحیه‌ای با غلظت مواد محلول کمتر (و در نتیجه غلظت آب بیشتر) به سمت ناحیه‌ای با غلظت مواد محلول بیشتر (و غلظت آب کمتر) حرکت می‌کند. به این حرکت خاص آب از میان یک غشای نیمه‌تراوا⁵، اسمز می‌گویند. غشای سلولی بهترین مثال از یک غشای نیمه‌تراوا است.

تصور کنید دو طرف یک دیوارهٔ توری بسیار ریز، دو محلول شکر با غلظت‌های مختلف داریم. مولکول‌های بزرگ شکر نمی‌توانند از تور عبور کنند، اما مولکول‌های کوچک آب به راحتی رد می‌شوند. آب از سمتی که شکر کم‌تری دارد (آب بیشتر) به سمتی که شکر بیشتری دارد (آب کمتر) جریان می‌یابد تا غلظت‌ها را متعادل کند. این دقیقاً همان چیزی است که برای یک یاخته در محیط اطرافش رخ می‌دهد.

سه سناریو برای یک یاخته در محیط مایع

یاخته‌ها در محیط‌های مایع (مانند خون یا آب باغچه) قرار دارند. بسته به نسبت غلظت محلول درون یاخته (C_in) و غلظت محلول در محیط خارج (C_out)، سه حالت کلی رخ می‌دهد که در جدول زیر مقایسه شده‌اند:

کاربردها و مثال‌های عینی در زندگی روزمره

مفهوم هم‌فشار فقط یک بحث کتاب‌درسی نیست؛ کاربردهای عملی بسیار مهمی دارد که به سلامت و زندگی ما گره خورده است.

مثال ۱: سرم درمانی در بیمارستان
وقتی شخصی به دلیل اسهال شدید آب بدنش را از دست می‌دهد، به او سرم تزریق می‌کنند. این سرم یک محلول 0.9% نمک (NaCl) در آب است که به دقت محاسبه شده تا با غلظت سیتوپلاسم⁹ گلبول‌های قرمز خون هم‌فشار باشد. اگر سرم رقیق‌تر (هیپوتونیک) بود، آب وارد گلبول‌ها شده و باعث ترکیدن آنها می‌شد. اگر غلیظ‌تر (هیپرتونیک) بود، آب از گلبول‌ها خارج و آنها چروکیده می‌شدند. هر دو حالت فاجعه‌بار است. پس سرم 0.9% نمک، محیط امنی برای سلول‌های خونی فراهم می‌کند.

مثال ۲: طراوت بخشیدن به سبزیجات پژمرده
کاهوی پژمرده، آب درون سلولی خود را از دست داده و سلول‌هایش چروکیده شده‌اند (حالت هیپرتونیک). وقتی آن را در یک کاسه آب معمولی قرار می‌دهیم، آب که محیطی هیپوتونیک برای سلول‌های کاهو است، به سرعت وارد آنها شده و سلول‌ها دوباره سفت و پرآب می‌شوند. کاهو طراوت خود را بازمی‌یابد. این یک استفاده عملی از اصل اسمز است.

مثال ۳: تنظیم آب در بدن موجودات
ماهیان آب شور و شیرین دائماً با چالش اسمزی روبرو هستند. بدن یک ماهی آب شیرین، نسبت به محیط اطرافش هیپرتونیک است، پس آب به داخل بدنش هجوم می‌آورد! این ماهی‌ها مجبورند مدام ادرار رقیق دفع کنند. برعکس، ماهی آب شور در محیطی هیپرتونیک زندگی می‌کند و بدنش تمایل به از دست دادن آب دارد. پس باید آب دریا بنوشد و نمک اضافی را دفع کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

1. هم‌فشار (Isotonic): از پیشوند "ایزو" به معنای برابر و "تونیک" به معنای فشار. محیطی با فشار اسمزی برابر با درون سلول.
2. فشار اسمزی (Osmotic Pressure): فشاری که در اثر اختلاف غلظت دو محلول در دو طرف یک غشای نیمه‌تراوا ایجاد می‌شود و باعث حرکت آب می‌گردد.
3. یاخته (Cell): کوچکترین واحد ساختاری و عملکردی در موجودات زنده.
4. سرم (Saline/Solution): در اینجا منظور محلول استریل نمکی است که در پزشکی استفاده می‌شود.
5. غشای نیمه‌تراوا (Semipermeable Membrane): غشایی که فقط به مولکول‌های خاصی (مانند آب) اجازه عبور می‌دهد و برای مواد دیگر ناتراوا یا کم‌تراوا است.
6. هیپوتونیک (Hypotonic): محیطی با فشار اسمزی کمتر (غلظت مواد محلول کمتر) نسبت به درون سلول.
7. هم‌فشار (Isotonic): محیطی با فشار اسمزی برابر با درون سلول.
8. هیپرتونیک (Hypertonic): محیطی با فشار اسمزی بیشتر (غلظت مواد محلول بیشتر) نسبت به درون سلول.
9. سیتوپلاسم (Cytoplasm): مادهٔ ژله‌ای درون سلول که اندامک‌ها در آن شناورند.
10. هم‌مولال (Isomolal): دو محلولی که تعداد ذرات محلول (مول) در یک کیلوگرم حلال در آنها برابر است.
11. دیوارهٔ سلولی (Cell Wall): ساختار محکم و خارجی در سلول‌های گیاهی، قارچی و باکتریایی که شکل و استحکام می‌بخشد.
12. واکوئل (Vacuole): اندامک بزرگی در سلول گیاهی که حاوی آب، مواد مغذی و مواد زائد است.