La plupart des gens savent que les aliments salés ont la propriété de provoquer la soif. Vous avez peut-être également remarqué que les aliments très sucrés ont tendance à faire la même chose. En effet, le sel (sous forme d'ions sodium et chlorure) et les sucres (sous forme de molécules de glucose) fonctionnent comme des osmoles actifs lorsqu'ils sont dissous dans les fluides corporels, principalement la composante sérique du sang. Cela signifie que, lorsqu'ils sont dissous dans une solution aqueuse ou l'équivalent biologique, ils ont le potentiel d'influencer la direction dans laquelle l'eau à proximité se déplacera. (Une solution est simplement de l'eau avec une ou plusieurs autres substances dissoutes.)

"Ton", dans le sens des muscles, signifie "tiraillement" ou implique autrement quelque chose qui est fixé face à une traction concurrente -les forces de style. La tonicité, en chimie, fait référence à la tendance d'une solution à attirer l'eau par rapport à une autre solution. La solution à l'étude peut être hypotonique, isotonique ou hypertonique par rapport à la solution de référence. Les solutions hypertoniques ont une importance considérable dans le contexte de la vie sur Terre.
Mesurer la concentration

Avant de discuter des implications des concentrations relatives et absolues des solutions, il est important de comprendre les façons dont elles sont quantifiées et exprimées. en chimie analytique et biochimie.

Souvent, la concentration de solides dissous dans l'eau (ou d'autres fluides) s'exprime simplement en unités de masse divisées par le volume. Par exemple, le glucose sérique est généralement mesuré en grammes de glucose par décilitre (dixième de litre) de sérum, ou g /dL. (Cette utilisation de la masse divisée par le volume est similaire à celle utilisée pour calculer la densité, sauf que dans les mesures de densité, il n'y a qu'une seule substance à l'étude, par exemple, des grammes de plomb par centimètre cube de plomb.) Masse de soluté par unité de volume de le solvant est également la base des mesures de "pourcentage en masse"; par exemple, 60 g de saccharose dissous dans 1 000 ml d'eau est une solution de glucides à 6% (60/1 000 \u003d 0,06 \u003d 6%).

En termes de gradients de concentration qui affectent le mouvement de l'eau ou des particules, cependant, il est important de connaître le nombre total de particules par unité de volume, quelle que soit leur taille. C'est cette masse, et non la masse totale du soluté, qui influence ce mouvement, aussi contre-intuitif que cela puisse être. Pour cela, les scientifiques utilisent le plus souvent la molarité (M) ,
qui est le nombre de moles d'une substance par unité de volume (généralement un litre). Ceci est à son tour spécifié par la masse molaire, ou poids moléculaire, d'une substance. Par convention, une mole d'une substance contient 6,02 × 10 ^{23 particules, dérivées de cela étant le nombre d'atomes dans exactement 12 grammes de carbone élémentaire. La masse molaire d'une substance est la somme des poids atomiques de ses atomes constitutifs. Par exemple, la formule pour le glucose est C _{6H 12O 6 et les masses atomiques de carbone, d'hydrogène et d'oxygène sont respectivement de 12, 1 et 16. Par conséquent, la masse molaire de glucose est (6 × 12) + (12 × 1) + (6 × 16) \u003d 180 g.}}

Ainsi, pour déterminer la molarité de 400 mL de solution contenant 90 g de glucose, vous déterminez d'abord le nombre de moles de glucose présentes:

(90 g) × (1 mol /180 g) \u003d 0,5 mol

Divisez ceci par le nombre de litres présents pour déterminer molarité:

(0,5 mol) /(0,4 L) \u003d 1,25 M
Gradients de concentration et déplacements de fluide

Les particules libres de se déplacer en solution se heurtent au hasard, et au fil du temps, les directions des particules individuelles résultant de ces collisions s'annulent mutuellement de sorte qu'aucun changement net de concentration ne se produit. On dit que la solution est en équilibre dans ces conditions. D'un autre côté, si plus de soluté est introduit dans une partie localisée des solutions, l'augmentation de la fréquence des collisions qui en résulte entraîne un mouvement net des particules des zones de concentration plus élevée vers les zones de concentration plus faible. C'est ce qu'on appelle la diffusion et contribue à la réalisation ultime de l'équilibre, d'autres facteurs maintenus constants.

L'image change radicalement lorsque des membranes semi-perméables sont introduites dans le mélange. Les cellules sont enfermées par de telles membranes; "semi-perméable" signifie simplement que certaines substances peuvent traverser tandis que d'autres ne le peuvent pas. En termes de membranes cellulaires, de petites molécules telles que l'eau, l'oxygène et le dioxyde de carbone peuvent entrer et sortir de la cellule via une simple diffusion, évitant les protéines et les molécules lipidiques formant la majeure partie de la membrane. Cependant, la plupart des molécules, y compris le sodium (Na ^{+), le chlorure (Cl -) et le glucose, ne peuvent pas, même en cas de différence de concentration entre l'intérieur de la cellule et l'extérieur de la cellule.
Osmose}

L'osmose, l'écoulement de l'eau à travers une membrane en réponse à des concentrations différentielles de soluté de chaque côté de la membrane, est l'un des concepts de physiologie cellulaire les plus importants à maîtriser. Environ les trois quarts du corps humain sont constitués d'eau et de même pour d'autres organismes. L'équilibre des fluides et les changements sont vitaux pour la survie littérale d'un moment à l'autre.

La tendance à l'osmose de se produire s'appelle la pression osmotique, et les solutés qui entraînent une pression osmotique, ce que tous ne font pas, "are called active osmoles.", 3, [[Pour comprendre pourquoi cela se produit, il est utile de considérer l'eau elle-même comme un «soluté» qui se déplace d'un côté de la membrane semi-perméable à l'autre en raison de son propre gradient de concentration. Lorsque la concentration de soluté est plus élevée, la «concentration en eau» est plus faible, ce qui signifie que l'eau s'écoulera dans une direction de concentration élevée à faible concentration, comme toute autre osmole active. L'eau se déplace simplement pour égaliser les distances de concentration. En résumé, c'est pourquoi vous avez soif lorsque vous mangez un repas salé: votre cerveau réagit à l'augmentation de la concentration de sodium dans votre corps en vous demandant de mettre plus d'eau dans le système - cela signale la soif.

phénomène d'osmose oblige l'introduction d'adjectifs pour décrire la concentration relative des solutions. Comme évoqué ci-dessus, une substance qui est moins concentrée qu'une solution de référence est appelée hypotonique («hypo» est le grec pour «sous» ou «carence»). Lorsque les deux solutions sont également concentrées, elles sont isotoniques («iso» signifie «même»). Lorsqu'une solution est plus concentrée que la solution de référence, elle est hypertonique ("hyper" signifie "plus" ou "excès").

L'eau distillée est hypotonique à l'eau de mer; l'eau de mer est hypertonique à l'eau distillée. Deux types de soda qui contiennent exactement la même quantité de sucre et d'autres solutés sont isotoniques.
Tonicité et cellules individuelles

Imaginez ce qui pourrait arriver à une cellule vivante ou à un groupe de cellules si le contenu était fortement concentré par rapport à aux tissus environnants, ce qui signifie que la ou les cellules sont hypertoniques par rapport à leur environnement. Compte tenu de ce que vous avez appris sur la pression osmotique, vous vous attendez à ce que l'eau pénètre dans la cellule ou le groupe de cellules pour compenser la concentration plus élevée de solutés à l'intérieur.

C'est exactement ce qui se passe dans la pratique. Par exemple, les globules rouges humains, officiellement appelés érythrocytes, sont normalement en forme de disque et concaves des deux côtés, comme un gâteau qui a été pincé. Si ceux-ci sont placés dans une solution hypertonique, l'eau a tendance à quitter les globules rouges, les laissant effondrés et "épineux" sous un microscope. Lorsque les cellules sont placées dans une solution hypotonique, l'eau a tendance à entrer et à gonfler les cellules pour compenser le gradient de pression osmotique - parfois au point non seulement de gonfler, mais d'éclater les cellules. Étant donné que les cellules explosant à l'intérieur du corps ne sont généralement pas un résultat favorable, il est clair qu'il est essentiel d'éviter les différences de pression osmotique majeures dans les cellules adjacentes dans les tissus.
Solutions hypertoniques et nutrition sportive

Si vous êtes engagé dans un très long exercice, comme un marathon de course de 26,2 milles ou un triathlon (une natation, une balade à vélo et une course), tout ce que vous avez mangé à l'avance peut ne pas être suffisant pour vous soutenir pendant la durée de l'événement parce que vos muscles et le foie ne peut stocker que beaucoup de carburant, dont la plupart se présente sous la forme de chaînes de glucose appelées glycogène. D'un autre côté, ingérer autre chose que des liquides pendant un exercice intense peut être à la fois difficile sur le plan logistique et, chez certaines personnes, induisant des nausées. Dans l'idéal, alors, vous absorberiez des liquides sous une forme ou une autre, car ils ont tendance à être plus faciles pour l'estomac, et vous voudriez un liquide très sucré (c'est-à-dire concentré) afin de fournir un maximum de carburant aux muscles qui travaillent.

Ou voulez-vous? Le problème avec cette approche très plausible est que lorsque les substances que vous mangez ou buvez sont absorbées par votre intestin, ce processus repose sur un gradient osmotique qui tend à tirer les substances présentes dans les aliments de l'intérieur de l'intestin vers le sang qui tapisse votre intestin, grâce à étant balayé par le mouvement de l'eau. Lorsque le liquide que vous consommez est très concentré - c'est-à-dire s'il est hypertonique aux fluides qui tapissent l'intestin - il perturbe ce gradient osmotique normal et «aspire» l'eau dans l'intestin de l'extérieur, provoquant l'absorption des nutriments au décrochage et la défaite tout le but de prendre des boissons sucrées sur la route.

En fait, les scientifiques du sport ont étudié les taux d'absorption relatifs de différentes boissons pour sportifs contenant des concentrations variables de sucre et ont trouvé ce résultat "contre-intuitif" pour être le bon un. Les boissons hypotoniques ont tendance à être absorbées le plus rapidement, tandis que les boissons isotoniques et hypertoniques sont absorbées plus lentement, comme le montre la variation de la concentration de glucose dans le plasma sanguin. Si vous avez déjà goûté des boissons pour sportifs comme Gatorade, Powerade ou All Sport, vous avez probablement remarqué qu'elles ont un goût moins sucré que les colas ou les jus de fruits; c'est parce qu'ils ont été conçus pour avoir une faible tonicité.
Hypertonicité et organismes marins

Considérez le problème auquel sont confrontés les organismes marins - c'est-à-dire les animaux aquatiques qui vivent spécifiquement dans les océans de la Terre -: ne vivent que dans une eau extrêmement salée, mais ils doivent obtenir leur propre eau et nourriture de cette solution hautement hypertonique; en outre, ils doivent y excréter des déchets (principalement sous forme d'azote, dans des molécules telles que l'ammoniac, l'urée et l'acide urique) et en tirer de l'oxygène.

Les ions prédominants (particules chargées) dans l'eau de mer sont , comme vous vous en doutez, Cl ^{- (19,4 grammes par kilogramme d'eau) et Na + (10,8 g /kg). Les autres osmoles actives importantes dans l'eau de mer comprennent le sulfate (2,7 g /kg), le magnésium (1,3 g /kg), le calcium (0,4 g /kg), le potassium (0,4 g /kg) et le bicarbonate (0,142 gr /kg).}

La plupart des organismes marins, comme vous vous en doutez, sont isotoniques à l'eau de mer en tant que conséquence fondamentale de l'évolution; ils n'ont pas besoin d'employer de tactiques spéciales pour maintenir l'équilibre parce que leur état naturel leur a permis de survivre là où d'autres organismes n'ont pas et ne peuvent pas. Les requins, cependant, sont une exception, en maintenant des corps hypertoniques à l'eau de mer. Ils y parviennent grâce à deux méthodes principales: ils retiennent une quantité inhabituelle d'urée dans leur sang et l'urine qu'ils excrètent est très diluée, ou hypotonique, par rapport à leurs fluides internes.