等渗溶液中的红细胞为什么会涨破

摘 要：把红细胞置于1.9%的尿素溶液（红细胞的一种等渗溶液）中，过了一段时间观察，发现红细胞涨大了，有的甚至涨破了。为什么会这样呢？经多次查阅资料，终于搞清了个中缘由：1.9%的尿素溶液虽是等渗溶液，但不是等张溶液。严格地说，只有等张溶液中的红细胞才能维持原状。

关键词：等渗溶液；等张溶液；张力

在一次实验中，我把红细胞置于1.9%的尿素溶液（红细胞的等渗溶液）中，过了一段时间的观察，发现红细胞涨大了，有的甚至涨破了。这是怎么回事？是溶液配制有错吗？还是尿素不纯？我到化学试验室拿了分析纯尿素重新配置溶液，又重做了实验，结果仍然是这样。为什么会这样呢？经过多次查阅资料，我终于搞清了其中的缘由。

一、等渗溶液

当两种不同浓度溶液用一种理想的半透膜隔开时，则溶剂从低浓度溶液向高浓度溶液中渗透，这种促进溶剂渗透的力，通常称为渗透压，也可理解为由于溶质分子对溶剂分子产生的吸引力。非电解质溶液，渗透压取决于溶质的分子数；电解质溶液的渗透压取决于已经电离的离子数和未电离的分子数的总和，而与质点的大小、形状和性质无关。溶液渗透压可以用下面的公式计算：

溶液渗透压=（百分比浓度×10×1000×每个分子所能离解的离子数）/分子量。

在临床或生理实验使用的各种溶液中，其渗透压与血浆渗透压相等的称为等渗溶液（isosmotic solution），高于或低于血浆渗透压的则相应的称为高渗或低渗溶液。

将正常红细胞悬浮于不同浓度的NaCl溶液中即可看到：在等渗溶液中（0.9%的NaCl溶液）的红细胞保持正常大小和双凹圆碟形；在渗透压递减的一系列溶液中，红细胞逐步胀大，凡溶液浓度低于0.44%的氯化钠溶液，大量静脉注射时，就有溶血现象发生；在渗透压递增的一系列溶液中，红细胞逐步缩小而发生皱缩。

据上所述似乎可以得出这样的结论：置于高渗溶液中的红细胞会渗透失水，置于低渗溶液中的红细胞会渗透吸水，而置于等渗溶液中的红细胞既不会吸水也不会失水。

那为什么放在等渗溶液中的红细胞会涨大甚至涨破呢？

实际上实验或临床有时在使用等渗溶液时，并未考虑该溶液与生物细胞实际接触时，除渗透压以外对渗透平衡产生影响的其他因素，认为红细胞在等渗溶液中即不皱缩，也不破裂。而实际上由于溶质分子通过细胞膜的能力不同，药液即使和血浆等渗，也还可能发生溶血现象。所以注射液不单单要求等渗，还要求不溶血，于是有人提出等张溶液的概念。

二、等张溶液

在正常人体中，细胞膜对不同溶质的通透性是不完全相同的。例如Na+和葡萄糖都不易通过细胞膜进入细胞内液，当其在细胞外液中的浓度发生变化时，能直接造成细胞外液与细胞内液之间的渗透（浓度）梯度，而引起水的转移，故Na+和葡萄糖都是“有效”渗透分子；而尿素能自由通透细胞膜，在膜的两侧不能产生渗透梯度，故是“无效”渗透分子。根据等渗浓度规律，所有细胞外液（包括血浆）的渗透浓度必然与细胞内液相同。因此，静脉输入溶液的渗透浓度高低至关重要。由于不同物质的等渗溶液不一定都能使红细胞的体积及形态保持正常，因此科学家们将凡输入的溶液与细胞内液间不存在渗透梯度，细胞容积和形状都不发生改变者，视为等张溶液（isotonic solution），其中，张力（tonicity）是指溶液溶质的微粒对水的吸引力，即溶液中不能透过细胞膜的颗粒所造成的渗透压，溶液的浓度越大，对水的吸引力越大；渗透浓度低于细胞内液，使水向细胞内转移，从而使细胞肿胀者，为低张溶液（hypotonic solution）；渗透浓度高于细胞内液，使细胞内水向外转移，从而使细胞容积收缩者，为高张溶液（hypertonic solution）。

判断某溶液的张力，是以它的渗透压与血浆渗透压正常值（280 mosm/Ｌ～320 mosm/Ｌ，计算时取平均值300 mosm/Ｌ）相比所得的比值，它是一个没有单位但却能够反映物质浓度的数值。

如0.9%的NaCl溶液渗透压=（0.9×10×1000×2）/58.5=308 mosm/Ｌ（794.2ｋＰａ）该渗透压与血浆正常渗透压相比，比值约为1，故该溶液张力为1张。

如果从生理角度考虑，等张溶液实质上是指不引起红细胞膜变形的溶液。只有那些和生物细胞实际接触时保证细胞功能和结构正常的溶液才是等张溶液。由于决定溶液是否等张时使用的生物细胞种类的不同，对某一类细胞等张的溶液，对另一类细胞就不一定是等张，一般说的等张溶液是相对红细胞而言。

三、等渗溶液与等张溶液的区别

等渗溶液是与血浆渗透压相等的溶液，属于物理化学概念。等张溶液是渗透压与红细胞膜张力相等的溶液，属生物学概念。等张溶液是张力相等,等渗溶液是渗透压相等。如果分子不能透过细胞膜时，等渗和等张相等。

等渗溶液和等张溶液之间的差别，主要是因为红细胞膜是生物膜。它除了能让水分子自由通过外，也能让其他物质通过不同途径出入，所以应区分等渗溶液和等张溶液。

综上所述，等张溶液是指溶质不能透过细胞膜的等渗溶液。等张溶液都是等渗溶液，但等渗溶液并不都是等张溶液，如果分子不能透过细胞膜时，等渗和等张相等。所以1.9%的尿素溶液虽然是等渗溶液，但因它能自由通过半透膜，在红细胞膜两侧不能形成张力梯度，所以水随尿素进入红细胞内，红细胞会膨胀而破裂（溶血）。

参考文献：

［1］杨秀平.动物生理学.高等教育出版社，2002-09.

［2］普通高中课程标准实验教科书.生物1.人民教育出版社，2004.

［3］普通高中课程标准实验教科书.生物3.人民教育出版社，2004.

［4］夏强.21世纪高等医学院校教材：医学生理学.科学出版社，2002-03-01.

［5］孙连升.等渗溶液和等张溶液.临床误诊误治.www.省略，1998-11（5）.

（作者单位 江苏省泰州市第三高级中学）