Eine isotonische Lösung ist eine flüssige Lösung, die in Bezug auf den osmotischen Druck stabil ist. Osmoischer Druck ist im Grunde der Druck, den äußere Kräfte oder Elemente auf die Zellwände ausüben. In einer isotonischen Lösung ist der osmotische Druck gleichmäßig, was bedeutet, dass die Zellen weder schrumpfen noch sich zurückziehen, sondern im natürlichen Zustand frei schweben. Diese Arten von Flüssigkeiten haben eine Reihe von wichtigen Anwendungen. Sie sind nicht nur für chemische Experimente und Forscher wichtig, sondern werden auch häufig für intravenöse Flüssigkeitstropfen in medizinischen Einrichtungen verwendet und sind auch in Sportgetränken und anderen Rehydrationslösungen für den Sport beliebt. Wenn die Flüssigkeiten die gleiche Grundzusammensetzung wie menschliches Blut oder Schweiß aufweisen, können sie relativ nahtlos mit diesen Flüssigkeiten interagieren oder diese ersetzen. Sie verursachen keine chemischen Veränderungen im Körper und neigen dazu, sehr schnell zu wirken.
Grundlegende Tonizität verstehen
In der Chemie ist Tonizität ein Begriff, der den Druck bestimmter Flüssigkeiten auf Zellen abdeckt. Die meisten Zellen bestehen aus Flüssigkeit, die in einer Zellwand, der sogenannten Membran, enthalten ist. Diese Membran hält im Allgemeinen den Inhalt der Zelle zurück, während sie Elemente von der äußeren Umgebung fernhält, aber das heißt nicht, dass der Inhalt von der Umgebung unverändert bleibt.
Wenn zwei wässrige Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen oder Tonizitäten durch eine semipermeable Membran wie eine Zellwand getrennt sind, wandert Wasser normalerweise von der weniger konzentrierten oder hypotonischen Seite zur stärker konzentrierten oder hypertonischen Seite, um zu beide Seiten ins Gleichgewicht. Dieser Vorgang wird als Osmose bezeichnet. Je größer der Unterschied in den Konzentrationen der beiden Lösungen ist, desto höher ist der osmotische Druck und desto schneller erfolgt folglich die osmotische Übertragung.
Auswirkungen auf lebende Zellen
Wenn eine lebende Zelle, egal ob Mensch, Tier oder Pflanze, in eine Schale mit reinem Wasser gelegt wird, führt der osmotische Druck fast immer dazu, dass Wasser aus der Schale in die Zelle wandert, wodurch die Zelle anschwillt und möglicherweise reißt. Umgekehrt, wenn die Zelle in eine Schüssel mit Wasser gelegt wird, die gelösten Stoff in einer höheren Konzentration enthält als die Zelle, fließt Wasser aus der Zelle in die Lösung, wodurch die Zelle schrumpft und stirbt. Wenn die Zelle in eine Schüssel mit isotonischer Lösung gegeben wird, findet keine Nettobewegung des Wassers statt. Lebende Zellen haben eine signifikante Konzentration an gelösten Stoffen und sind sehr empfindlich gegenüber ihrer äußeren Umgebung.
Es liegt in der Natur der Osmose, dass die Identität des gelösten Stoffes keine Rolle spielt. Somit sind Salze, Zucker und andere lösliche Verbindungen alle wirksam bei der Regulierung des osmotischen Drucks. Alle können verwendet werden, um isotonische Flüssigkeiten und Lösungen herzustellen.
Bedeutung bei Flüssigkeitstropfen
Eine der wichtigsten Anwendungen isotonischer Flüssigkeiten und Lösungen liegt in der Medizin, und medizinische Forscher verbringen oft viel Zeit damit, die Tonizität in Bezug auf verschiedene Körperprozesse zu untersuchen und zu verstehen. Im Allgemeinen wachsen Zellen nur in isotonischen Lösungen, und jedes intravenös verabreichte Arzneimittel muss so eingestellt werden, dass es mit menschlichem Blut effektiv isotonisch ist. Ein Standardmessmittel ist Natriumchlorid; eine 0.9%ige Natriumchloridlösung gilt als isotonisch mit Blut, obwohl ihr osmotischer Druck tatsächlich etwas höher ist.
Diese Lösung wird häufig verwendet, um IV-Tropfen und manchmal sogar Injektionen und Impfungen zu stärken und zu stabilisieren. Die Zubereitung verschiedener Medikamente und Therapien in Natriumchlorid kann auch dazu beitragen, dass sie sich gleichmäßiger verteilen und eine einheitlichere Konsistenz behalten.
Sportgetränkeoptionen
Sportgetränke, im Wesentlichen Getränke, die mit Elektrolyten und Zucker angereichert sind, um den durch anstrengendes Training verlorenen Schweiß zu ersetzen, sind in der Regel je nach Rezeptur des Herstellers entweder isotonisch, hypertonisch oder hypotonisch. Isotonische Lösungen, die diese Substanzen enthalten, gelten im Allgemeinen als am besten für diejenigen, die normale sportliche Aktivitäten ausüben, während hypertonische Versionen eher auf die Bereitstellung von Energie bei anhaltenden, ausdauernden Ereignissen ausgerichtet sind. Hypotonische Sportgetränke sind dagegen im Allgemeinen am besten für Sportler geeignet, die Flüssigkeit ohne den Energieschub durch zugesetzte Kohlenhydrate benötigen.