OSMOMETRIE
Jana Gottwaldová
FN Brno

Osnova
Øprincip osmometrie – koligativní vlastnosti látek, osmotický tlak
Øosmolární koncentrace: osmolalita x osmolarita
Øměření osmotického tlaku: kryoskopie, průběh měření
Østanovení osmolality v biologickém materiálu – sérum, moč
Øosmolální okno - kazuistika
Ødiagnostický význam stanovení osmolality – kazuistika
Øosmometry
•
•
Ø
•
•

OSMOMETRIE
•Princip
• analytická metoda k měření koncentrace částic v roztoku
•využívá změn, které způsobí částice rozpuštěné v rozpouštědle tzv. koligativních vlastností látek
–
Øsnížení tenze vodních par
Øzvýšení teploty varu (ebulioskopický efekt)
Øsnížení teploty tuhnutí (kryoskopický efekt)
Øvzniku osmózy - zvýšení osmotického tlaku
•
•

Osmotický tlak (π)
•Tlak nízkomolekulárních látek a iontů v
•rozpouštědle.
•Jestliže jsou dva vodné roztoky o různé koncentraci od sebe odděleny polopropustnou membránou,
která je propustná pouze pro vodu (ne pro rozpuštěné částice),
•potom proniká voda z prostoru s nižší koncentrací rozpuštěných částic, do prostoru s vyšší
koncentrací rozpuštěných částic.
•
•
•
•
•tento pohyb molekul vody se nazývá osmóza.
•Tlak, který je třeba vyvinout k zabránění pohybu vody přes membránu, se nazývá osmotický tlak
•

Osmotický tlak (π)
•Osmotický tlak vzniká důsledkem působení celkového počtu osmoticky aktivních částic v roztoku bez
ohledu na jejich velikost.
•Každá částice – molekula, atom nebo iont v roztoku se podílí na konečné hodnotě osmotického tlaku
stejnou mírou
•Pokud látka disociuje, je každá její disociovaná část osmoticky aktivní částicí. Nedisociovaná
látka představuje jen jednu osmoticky aktivní částici.
•

Osmotický tlak
•lze vyjádřit vztahem  pro ideální roztok (van’t Hoffova rovnice:
•                           π  = i x c x R x T
•Kde:
•π =  osmotický tlak (Pa = J m-3)
•i = disociační číslo, počet částic, na které rozpuštěná látka disociuje – např. i =1 pro
neelektrolyty,
•i = počet osmoticky účinných částic (pro silné elektrolyty)
•c= molární koncentrace (mol L-1)
•R= molární plynová konstanta (8,31441 J mol-1 K-1)
•T= termodynamická teplota (K)

Osmolární koncentrace
•osmometrie je  technika k měření
•koncentrace rozpuštěných částic v roztoku,
•tzv. osmolární koncentrace
Ø osmolarita (mol . l-1, osmol . l-1)
Øosmolalita (mol·kg –1 nebo osmol·kg -1)
•
•Osmolalita vyjádřená v mmol/kg rozpouštědla  je z termodynamického hlediska přesnější, protože
koncentrace roztoku vztažená na váhu rozpouštědla není závislá na teplotě.
•

Měření osmotického tlaku
•V laboratoři se používá nepřímé měření osmotického tlaku.
•Vychází se z měření těch vlastností roztoku -koligativní vlastnosti, které se mění v závislosti na
změně osmolality.
•Přístroje pro měření osmolality se nazývají osmometry.
•Nejvíce používaná metoda k měření osmolární koncentrace je metoda založena na měření snížení bodu
tuhnutí - kryoskopie.

Kryoskopie
•Osmometry založené na kryoskopickém
•principu využívají snížení teploty tuhnutí
•roztoku v závislosti na koncentraci částic
•v roztoku.
•Bod tuhnutí čisté vody je 0,000 °C
•1mol roztok glukózy rozpuštěný v 1kg vody má bod tuhnutí snížen o -1,858 °C.

Kryoskopie
•Kryoskopický osmometr musí být vybaven
•velmi citlivým teploměrem, protože snížení
•teploty tuhnutí je velmi malé.
•
•1 mmol látky rozpuštěný v 1 kg vody, sníží bod tuhnutí o - 0,001858 ºC.
•

Průběh  kryoskopického měření
1.Vzorek se nejprve velmi rychle termoelektricky ochladí na několik stupňů pod bod tuhnutí
2.Poté se mechanicky indukuje začátek krystalizace
3.V tomto bodě se při krystalizaci uvolňuje skupenské teplo tuhnutí – dojde ke zvýšení teploty
přesně na teplotu tuhnutí
4.Teplota tuhnutí je stejná po dobu, kdy se uvolňuje skupenské teplo tuhnutí rozpouštědla - „fáze
platau“
5.Teprve pak pokračuje ochlazování mrznoucího roztoku
6.Pokles bodu tuhnutí roztoku (vzorku) proti bodu tuhnutí rozpouštědla (vody) je přímo úměrný
osmolalitě

Kryoskopická teplotní křivka



Kryoskopie
•Jednotlivé přístroje se liší způsobem, jakým
•vyvolávají začátek krystalizace
•podchlazeného měřeného vzorku:
Økrátkodobá vibrace kovového drátku
Øpoklep kladívka na stěnu měřící nádobky
Øúčinek ultrazvukových vln

Stanovení osmolality v biologickém materiálu
•Lidská plazma vykazuje snížení bodu tuhnutí  v rozmezí 0,54 ± 0,014 ºC (0,512 – 0,568 ºC).
•
•Pokud  1 mol osmoticky aktivních častic sníží teplotu tuhnutí o -1,858 ºC →  pak snížení
•    o - 0,54 ºC představuje hodnotu osmolality
•    0,54/1,858= 0,2906 mol/kg= 290,6 mmo/kg
•
•Stejného výpočtu používají osmometry založené na kryoskopickém principu.

Osmolalita séra (plazmy)
•Osmolalita charakterizuje osmotickou kapacitu tekutiny, schopnost působit osmotickým tlakem na
semipermeabilní membránu.
•Osmolalita plazmy se za fyziologických podmínek pohybuje v rozmezí 285 ± 10 mmol/kg a je velmi
přísně regulována pomocí osmoreceptorů v mezimozku, které regulují sekreci adiuretinu (ADH), jež
ovlivňuje zpětnou resorpci vody v distálním tubulu ledvin.
• Systémy řídící příjem a výdej vody zajišťují nejen konstantní objem celkové tělesné vody, ale i
konstantní osmolalitu.
•

Osmolalita séra (plazmy)
•nemáme-li k dispozici osmometr, lze k odhadu osmolality použít výpočet.
•
•nejvíce rozšířená je rovnice:
•
Osmolalita séra (vypočítaná)  = 2xNa++ urea + glukóza

Osmolalita séra (plazmy)
• Na+, urea, glukóza  jsou plazmatické
•koncentrace v mmol/l.
•Ve vzorci se počítá s hlavním extracelulárním
•kationtem (Na+), koeficient 2 započítává i
•odpovídající anionty.
• Urea a glukóza jsou jediné z běžně měřených
•složek plazmy, které mohou zvláště za
•patologických stavů dosáhnout koncentrace
•významně ovlivňující osmolalitu.

Osmolální okno (osmolal gap)
•Je to rozdíl mezi měřenou a vypočítanou osmolalitou
•Odhadovaná osmolalita podle uvedené rovnice odpovídá osmolalitě měřené, pokud se v plazmě
nesvyskytují patologické látky zvyšující osmolalitu
•Obě hodnoty se běžně shodují, resp. liší pouze v intervalu do 5, maximálně 10 mmol/kg vody
•Porovnání výpočtu s měřením je užitečné tam, kde je podezření na přítomnost látek o malé molekule,
s nimiž výpočet nepočítá. Např. 1 g etanolu (tedy 1 promile alkoholu) v plazmě zvýší naměřenou
osmolalitu o cca 23 mmol/kg vody

Patologická látka
Potenciální letální koncentrace (mg/l)
Osmolální okno (mmol/ kg vody)
etanol
3500
81
etyléter
1800
70
izopropanol
3400
60
metanol
800
27
ethylenglykol
2000
34

Osmolální okno (osmolal gap)
•Dalším stavem, kdy neodpovídá vypočtená osmolalita měřené osmolalitě, je extrémně vysoká
plazmatická koncentrace bílkovin nebo lipidů.
• V těchto případech se mění podíl vody v plazmě a výpočet, který počítá s koncentrací látek na 1 l
plazmy, nemůže odpovídat změřené hodnotě, která se vztahuje na 1 kg vody.

Kazuistika č.1
•žena,  62 let, s hepatální cirhózou, t.č. 2 roky abstinuje od alkoholu •nalezena doma zmatená se
sklenicí modré tekutiny na dně, prázdné blistry od léků (benzodiazepiny), volána RZS
•při příjmu porucha vědomí, těžká metabolická acidóza
•vstupní laboratorní nález:
•    ph 6,96 [7,35-7,43]; osmolalita 358 mmol/kg ; Na 141
•    mmol/l; urea 1,8 mmol/l, glu 8,1 mmol/l, ethanol – 0
•    mmol/l, tox. screening  -  neg.
•osmolal gap = 66 mmol/kg
•
•
•
•


10.9.2015
8,50 hod.
10.9.2015
10,20 hod.
10.9.2015
16,30 hod.
10.9.2015
20 hod.
10.9.2015
24 hod.
11.9.2015
 1,30 hod
Glukóza (mmol/l);[3,9-5,6]
8,1


6,2
8,7
13,0
11,6
Urea
(mmol/l);[1,7-8,3]
1,8

2,1




Na
(mmol/l);[136-145]
141

145
144
142
140
141
Osmolalita
(mmol/l);[275 - 295]
358

351
312
312
327
330
Ethanol (mmol/l)
0

33,7
(1,5 ‰)
13,2
(0,6 ‰)
19,6
(0,9 ‰)
44,3
(2,0  ‰)
47,4
(2,1  ‰)
Vypočítaná osmolalita
292


310
312
337
341
Osmolální okno
66


2
0
10
11
Ethylenglykol (g/l)
?
3,69


11.9.2015
6 hod.
11.9.2015
19  hod.
12.9.2015
5  hod.
Glukóza (mmol/l);[3,9-5,6]
8,3
6,1
5,7
Urea
(mmol/l);[1,7-8,3]
0,8

2,0
Na
(mmol/l);[136-145]
142
140
139
Osmolalita
(mmol/l);[275 - 295]
330

285
Ethanol (mmol/l)
44,6
(2,0  ‰)
11,1
(0,5  ‰)
0
Vypočítaná osmolalita
338

285,7
Osmolální okno
8

0,7
Ethylenglykol (g/l)


negativní
Závěr: otrava ethylenglykolem
Terapie: opakovaná dialýza 10 – 20.10.2015 , terapie alkoholem  1- 1,5 ‰

Kazuistika č.2
•muž, 56 let
•přijat na neurologické oddělení, dg.mozkový infarkt,
•tox.sreening –negativní
•závěr: otrava alkoholem
•

29.4.2015
15,20 hod.
Glukóza (mmol/l);[3,9-5,6]
5,4
Urea
(mmol/l);[1,7-8,3]
5,1
Na
(mmol/l);[136-145]
147
Osmolalita
(mmol/l);[275 - 295]
401
Ethanol (mmol/l)
90,8
(4,1 ‰)
Vypočítaná osmolalita
305
Osmolální okno
96

Diagnostický význam stanovení osmolality
•Osmolalita séra (plazmy)
•O osmolalitě séra (plazmy) rozhoduje především Na+ a
•odpovídající anionty, dále urea, glukóza a v malé míře
•bílkoviny.
•Podíl urey se stává významnějším až s její retencí v organizmu,
•podíl glukózy roste u dekompenzovaného diabetika nebo při intoleranci glukózy u kriticky
nemocných.
•Podíl bílkovin, tzv. koloidně osmotický tlak, je významný pro udržení cirkulujících tekutin v
cévním řečišti.
•Při patologicky zvýšených hodnotách osmolality hovoříme
•o hyperosmolalitě a naopak při snížených hodnotách
•osmolality jde o stav, který se nazývá hypoosmolalita.

Hyperosmolalita ( > 300 mOsm)
•Příčina: ztráta prosté vody, akutní katabolizmus, diabetické kóma, popáleniny, často selhání
ledvin, těžké sepse, akutní intoxikace látkami o malé molekule (ethylenglykol) nebo tonutí ve slané
vodě.
•Klinické projevy: stavy od mírných neuropsychických poruch spojených s nespecifickými motorickými
symptomy až k deliriu a nakonec kómatu. Vývoj hyperosmolálního stavu provázejí zmatenost a
halucinace, které jsou někdy u starších lidí mylně považovány za projevy sklerózy mozkových cév.
Typická je žízeň a bolesti hlavy.
•Při léčbě je nutné sledovat rychlost změny osmolality – je-li pokles osmolality větší než 2-4
mmol/l za hodinu, hrozí nasávání vody do CNS a rozvoj edému mozku.

Kazuistika č.3
•muž, 71 let
•polymorbidní – náhrada chlopně,amputace dolní končetiny, DM na inzulinu •volána RZP – nevolnost, 3
dny opakovaně zvracel, nízký tlak, omezeně komunikoval, postupné zhoršení stavu až do zástavy,
metabolický rozvrat •vstupní laboratorní nález: glukóza 66 mmol/l [3,9-5,6]; osmolalita 367 mmol/kg
[275 - 295]; těžká acidóza – ph 6,8  [7,35-7,43]
•


1.1.2015-14,30 h.
1.1.2015
16,40 h.
1.1.2015
18,17 h.
1.1.2015
19,00 h.
1.1.2015
20,00 h.
1.1.2015
20,00 h.
Glukóza (mmol/l);
[3,9-5,6]
66,3
54,8
47,8
44,0
42,0
41,0
Urea
(mmol/l);[1,7-8,3]
16,3





Na
(mmol/l);[136-145]


138


142
Osmolalita
(mmol/kg);[275 - 295]
367
355
351




1.1.2015-
21 h.
1.1.2015
22 h.
1.1.2015
23 h.
1.1.2015
24 h.
2.1.2015
1,00 h.
2.1.2015
2,00 h.
Glukóza (mmol/l)
41
38,2
33,7
29,6
27,3
25,1
Urea(mmol/l)






Na(mmol/l)



148


osmolalita(mmol/kg)



334



2.1.2015-
3 h.
2.1.2015
6 h.
2.1.2015
7 h.
2.1.2015
8 h.
2.1.2015
10 h.
2.1.2015
 14h.
Glukóza (mmol/l)
22,4
16,0
 13,4
 11,9
 19,5
 14,8
Urea(mmol/l)

13,6




Na(mmol/l)
150
151



 149
osmolalita(mmol/kg)
327
319



 313


2.1.2015-
17 h.
2.1.2015
17 h.
2.1.2015
22 h.
……..
3.1.2015
6 hod.
Glukóza (mmol/l)
8,5
8,4
11,6
12,2
Urea(mmol/l)
8,3
Na(mmol/l)
148
145
osmolalita(mmol/kg)
307
307

Hypoosmolalita ( < 270 mOsm)
•Příčina: metabolická odpověď na trauma, nadbytek celkové vody, chronický katabolizmus, tonutí ve
sladké vodě, nepřiměřená sekrece ADH.
•Klinické projevy: slabost, nevolnost, apatie a opět bolesti hlavy. Vzniká difůzní edém mozku,
bílkovina v mozkomíšním moku je snížena pod 0,1 g/l.

Osmolalita moče
•Osmolalita moče se pohybuje u dospělého člověka v rozmezí 250 – 1200 mmol/kg při maximálním
koncentračním úsilí zdravých ledvin.
•Na osmolalitě moče mají hlavní podíl  kationty – Na+, K+ , NH4+ a urea.
•Koncentrační schopnost ledvin je menší u kojenců
•postupné snižování osmolality je fyziologické i vlivem stárnutí.

Osmolalita moče
•Stanovení osmolality moče má diagnostický význam u onemocnění ledvin.
•Podle hodnoty osmolality moče se posuzuje koncentrační schopnost ledvin.
•Porucha koncentrační schopnosti ledvin patří k prvním známkám onemocnění ledvin.

Technická řešení výrobců - nejvíce používané kryoskopické osmometry
•Osmometr Arkray OM 6050 a OM 6060 výrobce ARKRAY Inc. (Japonsko)
•
•Osmometr  Fiske 210  (výrobce: Advanced Instrument, USA)

Osmometr Arkray
•Tento přístroj je plně automatizovaný, je  vybaven  podavačem vzorků, má integrovanou
termotiskárnu a čtečku čárového kódu. Potřebný objem vzorků pro měření je  200 µl, čas měření je 2
- 3 minuty. Rozsah měření je 0-2500 mOsm/kg, přesnost měření udává výrobce <1% (CV).

Osmometr Arkray
•Průběh měření:
•Tryska natáhne vzorek a pošle ho do měřící cely.
• Thermo-module 2 je aktivován a postupně ochlazuje teplotní modul (Thermo module 1 a 3). To
způsobuje superchlazení: vzorek v měřící cele je ještě kapalný v bodě tuhnutí (tání).
• Thermo modul 3 je aktivován k chlazení chladícího bloku(Cryogenic Cooling Blocku), dokud teplota
nepoklesne pod teplotu tuhnutí.
•Indukce krystalizace se provádí účinkem ultrazvukových vln.  Vzorek v bloku tuhne (zmrzne).
•

Osmometr Arkray
•Provede se měření teploty -  pokles bodu tuhnutí roztoku (vzorku) proti bodu tuhnutí rozpouštědla
(vody), který je  je přímo úměrný osmolalitě.
•Na Thermo-moduly 1 a 3 je aplikován opačný proud  k zahřátí tepelného bloku ( Heat Blocku) a
chladícího bloku (Cryogenic Cooling Blocku).
• Vzorek roztaje do svého původního kapalného stavu. Tryska přenese vzorek z měřící cely do odpadní
nádobky
•
•

Osmometr  Fiske
•Jedná se o jednovzorkový přístroj vhodný pro malé laboratoře.  Potřebný objem vzorků pro měření
je  20 µl, čas měření je 90 vteřin. Rozsah měření je 0-2000 mOsm/kg, přesnost měření udává výrobce
<1% (CV).

Osmometr  Fiske
•Průběh měření:
•Vzorek je dávkován speciální pipetou, která dávkuje a umísťuje vzorek do měřící komůrky a zároveň
aktivuje spouštěcí spínač chladící komůrky.
•Teplota v chladící komůrce je udržována pomocí modulu s termoelektrickými články.
•Pro indukci krystalizace používá poklep kladívka na chladící komůrku.  D
•dynamické změny teploty vzorku se automaticky měří pomocí termistoru a hodnoty se zobrazují na
displeji.

Děkuji za pozornost