Les aliments salés, les friandises sucrées et même certaines solutions médicales peuvent déclencher la soif car leurs ions ou sucres dissous agissent comme des osmoles actives. Lorsque ces substances se dissolvent dans les fluides corporels, principalement le sérum sanguin, elles modifient le mouvement de l'eau à travers les membranes cellulaires, un processus régi par le concept de pression de turgescence.
La concentration est le plus souvent exprimée en masse par unité de volume (par exemple, grammes de glucose par décilitre de sérum, g/dL). Pour les solutés qui traversent les membranes, la métrique pertinente est la molarité (M). , le nombre de taupes par litre. La molarité prend en compte le poids moléculaire du soluté et le nombre d'Avogadro (6,02 × 10 23 particules par mole). Par exemple, 90 g de glucose dans 400 mL d'eau correspondent à 0,5 mole de glucose, ce qui donne une molarité de 1,25 M.
L'osmose est le mouvement passif de l'eau à travers une membrane semi-perméable vers le côté où la concentration en soluté est la plus élevée. La force motrice est appelée pression osmotique . Les solutés qui contribuent à cette pression sont appelés osmoles actives. L'eau se comporte elle-même comme un soluté, passant d'une concentration faible à une concentration élevée pour égaliser les concentrations des deux côtés de la membrane.
La concentration relative d'une solution par rapport à une autre est décrite comme :
Lorsqu'une cellule est placée dans un environnement hypertonique, l'eau sort de la cellule (plasmolyse), réduisant ainsi la pression de turgescence et provoquant potentiellement un rétrécissement. Dans un environnement hypotonique, l’eau pénètre, augmentant la pression de turgescence et risquant la lyse cellulaire. Ces principes sous-tendent la formulation minutieuse de solutions intraveineuses, qui doivent correspondre ou légèrement dépasser l'osmolarité du plasma humain pour éviter des dommages cellulaires.
Les athlètes d’endurance comptent souvent sur le remplacement des fluides pour maintenir leurs performances. Cependant, une boisson pour sportifs hypertonique – plus riche en sucre que le liquide extracellulaire du corps – peut ramener l’eau dans l’intestin, ralentissant ainsi l’absorption. La recherche montre que les boissons hypotoniques sont absorbées plus rapidement, tandis que les boissons isotoniques ou hypertoniques sont absorbées plus lentement. C'est pourquoi les boissons pour sportifs populaires comme Gatorade et Powerade sont formulées pour être légèrement hypotoniques.
L'eau de mer contient de fortes concentrations d'ions :
Cl
-
: 19,4 g/kg
Na
+
: 10,8 g/kg
Sulfate : 2,7 g/kg
Magnésium : 1,3 g/kg
Calcium : 0,4 g/kg
Potassium : 0,4 g/kg
Bicarbonate : 0,142 g/kg
La plupart des organismes marins sont isotoniques à l’eau de mer, à l’exception des requins. Ils maintiennent un sang hypertonique en retenant l'urée et en produisant une urine très diluée, ce qui leur permet de prospérer dans un environnement hypertonique.
En résumé, comprendre les principes de la pression de turgescence, de l'osmose et de l'hypertonie est essentiel pour la pratique médicale, la performance sportive et la biologie marine.