Biophysics · 18.09

浸透・浸透圧・浸透圧濃度

Osmosis, osmotic pressure, osmolarity

応用トピック: 体液恒常性と静脈輸液腎移植と腎代替療法

🧠 浸透では半透膜semipermeable membrane半透膜（semipermeable membrane）semipermeable membrane（半透膜）を介して溶媒が高溶質濃度側へ移動する。 浸透圧はこの移動を止めるのに必要な圧力である。

水の化学ポテンシャルと半透膜

半透膜semipermeable membrane半透膜（semipermeable membrane）semipermeable membrane（半透膜）が溶媒を通し溶質を通さないとき、溶媒の化学ポテンシャルchemical potential化学ポテンシャル（chemical potential）chemical potential（化学ポテンシャル）差が水の移動を駆動する。溶質の濃度勾配による拡散とは、膜が溶質を通すかどうかを区別する必要がある。希薄rarefaction希薄（rarefaction）rarefaction（希薄）な理想溶液ではファントホッフ式van't Hoff equationファントホッフ式（van't Hoff equation）van't Hoff equation（ファントホッフ式）が成り立ち、電解質では解離粒子数を反映する係数が必要になる。

浸透・浸透圧・浸透圧濃度を表す式

\Pi=cRT

$\Pi$ は浸透圧（Pa）、 $c$ は浸透活性粒子のモル濃度、 $R$ は気体定数、 $T$ は絶対温度である。

浸透による水移動

希薄rarefaction希薄（rarefaction）rarefaction（希薄）溶液ではファントホッフ式van't Hoff equationファントホッフ式（van't Hoff equation）van't Hoff equation（ファントホッフ式）Π=cRTに従う。

flowchart TD
  A["水の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='chemical potential'>化学ポテンシャル</span>と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='semipermeable membrane'>半透膜</span>"] --> B
  B["浸透による水移動"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='rarefaction'>希薄</span>溶液では<span class='jp-term jp-term-diagram' title='van&#39;t Hoff equation'>ファントホッフ式</span>Π=cRTに従う"] --> D
  D["浸透圧と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='tonicity'>張度</span>の区別"]

浸透圧と張度の区別

半透膜semipermeable membrane半透膜（semipermeable membrane）semipermeable membrane（半透膜）を介する水の移動も分子の熱運動thermal motion熱運動（thermal motion）thermal motion（熱運動）に由来するが、溶質を通さないという境界条件が正味の浸透を作る。希薄rarefaction希薄（rarefaction）rarefaction（希薄）溶液の浸透圧はファントホッフ式van't Hoff equationファントホッフ式（van't Hoff equation）van't Hoff equation（ファントホッフ式） $\Pi=cRT$ に従い、膜の片側に非透過性電荷がある場合はドナン平衡Donnan equilibriumドナン平衡（Donnan equilibrium）Donnan equilibrium（ドナン平衡）によるイオン分布も浸透圧差へ加わる。

浸透圧濃度osmolarity浸透圧濃度（osmolarity）osmolarity（浸透圧濃度）は解離後の全粒子数を数え、細胞容積cell volume細胞容積（cell volume）cell volume（細胞容積）を左右する。浸透圧は粒子の種類より総粒子濃度で決まるが、細胞容積cell volume細胞容積（cell volume）cell volume（細胞容積）を決める張度tonicity張度（tonicity）tonicity（張度）は膜を通れない有効浸透圧tonicity (effective osmolality)有効浸透圧（tonicity (effective osmolality)）tonicity (effective osmolality)（有効浸透圧）物質だけで決まる。

まとめ

半透膜semipermeable membrane半透膜（semipermeable membrane）semipermeable membrane（半透膜）を介し溶媒が低溶質側から高溶質側へ移動する。浸透圧は浸透を止めるのに必要な圧力である。
希薄rarefaction希薄（rarefaction）rarefaction（希薄）溶液ではファントホッフ式van't Hoff equationファントホッフ式（van't Hoff equation）van't Hoff equation（ファントホッフ式）Π=cRTに従う。
浸透圧濃度osmolarity浸透圧濃度（osmolarity）osmolarity（浸透圧濃度）は解離後の全粒子数を数え、細胞容積cell volume細胞容積（cell volume）cell volume（細胞容積）を左右する。