Osmose

Osmose und der Mensch

Osmose beschreibt im simplen Begriffen die gerichtete Bewegung von Molekülen durch eine Membran. Sie ist im Leben allgegenwärtig, und die Menschheit hat mit diesem natürlichen Prozess massive Fortschritte in Bereichen wie Medizin und Technik gemacht. Jede Zelle in jedem Lebewesen benötigt und nutzt außerdem die Osmose um zu Überleben. Wo Osmose Leben spendet, kann sie es jedoch auch wieder nehmen, um veheerende Folgen zu vermeiden, müssen Körper den Prozess der Osmose ständig regulieren. Wenn man Osmose und die Wirkung im eigenen Körper besser versteht, kann man gesünder Leben und die Lebensqualität verbessern.


Was ist Osmose?

Der Begriff Osmose beschreibt einen Prozess der Teilchenbewegung durch eine semipermeable Membran um ein Konzentrationsgefälle auszugleichen. Damit der Prozess stattfinden kann braucht man:

  • Eine Lösung bestehend aus dem Lösungsmittel (in unserem Beispiel nehmen wir Wasser) und einem gelösten Stoff(in unserem Beispiel Salz).
  • Eine zweiten Lösung die aus den selben Bestandteilen besteht, jedoch eine geringere Konzentration an dem gelösten Stoff(weniger Salz pro Liter Wasser) hat.
  • Eine semipermeable Membran. Diese Membran muss für das Lösungsmittel durchlässig sein, darf jedoch nicht Moleküle des gelösten Stoffes durchlassen.

Wir haben also unser Wasser mit hohem Salzgehalt, unser Wasser mit niedrigem Salzgehalt und unsere Membran. Geben wir jetzt die jeweiligen Lösungen auf andere Seiten der Membran, können wir Osmose beobachten. Um den Konzentrationsunterschied zwischen den beiden Lösungen auszugleichen fließt Wasser durch die Membran und der Wasserspiegel auf einer Seite der Membran steigt. Je nach Fläche der Membran und Art der Membran kann dieser Prozess jedoch dauern, Moleküle legen zweifelsohne keine großen Distanzen zurück.

Es hört sich an, als ob hierbei Energie verwendet wird, doch das ganze passiert passiv nach einem Naturgesetz. Das Gesetzt der Brownschen Molekularbewegung besagt, dass sich Moleküle in einer Umgebung möglichst gleichmäßig verteilen werden. Da Die Umgebung des Salzes in unserem Beispiel das Wasser ist, die Salzmoleküle jedoch nicht durch die Membran wandern können, bewegen sich nach diesem Gesetz die Wassermoleküle durch die Membran um eine gleichmäßige Verteilung der Salzmoleküle im Wasser zu erreichen.


Geschichte
Schon in 1748 wurde erstmals der Prozess der Osmose von dem Franzosen Jean-Antoine Nollet beschrieben, der mit einem Experiment entdeckte, dass Schweineblasen für Wasser aber nicht für Alkohol durchlässig sind. Es dauerte bis in die 1850er bis der Botaniker Henri Dutrochet den Prozess des Einfließens von Wasser durch eine Membran mit Endosmose beschrieb. Es dauerte wieder einige Jahren bis das Wort Osmose alleinstehend benutzt wurde.

Der Begriff Osmose wird vom Griechischen Wort Osmos ableiten, welches soviel wie Eindringen bedeutet. Im Verlauf der Geschichte haben viele Wissenschaftler das Verhalten der Osmose und Membranen erforscht. In 1901 Gewann der niederländische Wissenschaftler van‘t Hoff den Nobelpreis für Chemie, zu Teil für seine Untersuchungen in Bezug auf osmotischen Druck. In seinen jüngeren Jahren untersuchte sogar Albert Einstein das Phänomen der Osmose in Zusammenhang mit dem Verhalten molekularer Teilchen.

Tatsächlich werden heute noch immer neue Membranen für Verwendung mit Osmose entwickelt und es werden immer neue Anwendungen für die Osmose gesucht. Sie findet heutzutage nicht nur in der Medizin Verwendung sondern kann auch dabei helfen, Trinkwasser aufzubereiten indem Wasser entsalzen wird, oder kann dazu verwendet werden Essen zu dehydrieren um es länger haltbar zu machen. Osmose findet aber auch tagtäglich statt. Gibt man etwa Salz in Wasser wenn man Gemüse kocht, so tut man dies um zu verhindern, dass zu viel Wasser durch Osmose in das Gemüse kommt.


Funktion & Aufgabe der Osmose im Körper
Zellen haben sogenannte Biomembranen, die als semipermeable Membranen agieren. Da Blutplasma vorwiegend aus Wasser besteht, nehmen Zellen im Menschlichen Körper durch Osmose also überwiegend Wasser auf, während der Transport von anderen Molekülen, wie den Elektrolyten Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium, durch aktive Transportproteine in der Zellenmembran stattfindet. Da eine Zelle im Stoffwechsel Wasser verbraucht, muss die Zelle durch Osmose kontinuierlich neues Wasser aufnehmen um zu überleben.

Es gibt drei Zustände die eine Zelle im Bezug auf Osmose einnehmen kann;
Hypertonisch
Es wandert mehr Wasser aus der Zelle als hinein. Dies ist der Fall wenn das Blutplasma außerhalb der Zelle eine höhere Elektrolytkonzentration hat als in der Zelle herrscht.
Hypotonisch
Es wandert mehr Wasser in die Zelle als heraus. Dies ist der Fall wenn die Elektrolytkonzentration in der Zelle höher ist als außerhalb.
Isotonisch
Es wandert ungefährlich gleich viel Wasser in die Zelle rein und raus.

Idealerweise befinden sich Zellen im balancierten Zustand der Isotonie, da dies bedeuten würde, das die Zelle mit allen Elektrolyten versorgt ist und nicht zusätzlich Wasser benötigt. In Realität verbrauchen Zellen im Stoffwechsel Moleküle wodurch der tonische Zustand der Zelle fluktuiert.

Doch Osmose kann man auch ganz einfach im Alltag am eigenen Körper beobachten. Die Haut ist nämlich auch eine semipermeable Membran, die für Wasser durchlässig ist. Liegt man also mal etwas länger in der Badewanne oder geht eine Runde schwimmen, fließt Wasser langsam unter die Haut und das Resultat sind schrumpelige Finger. Da Wasser für den Stoffwechsel unserer Zellen so wichtig ist, ist der Prozess der Osmose für uns und sogar alle Lebewesen lebensnotwendig.


Krankheiten & Beschwerden
Der Prozess der Osmose passiert passiv und basiert auf Naturgesetzen. Es kann beim Ablauf der Osmose selber also kaum etwas schief Gehen. Was passiert aber wenn im Körper eine ungesunde Dysbalance an Elektrolytkonzentration herrscht die die Osmose der Zellen eher schädlich macht? Glücklicherweise kann der menschliche Körper viele Maßnahmen treffen um wieder ein Gleichgewicht herzustellen, doch wenn man Beispielsweise eine Blutzelle in destilliertes Wasser geben würde, würde diese nach einer gewissen Zeit platzen.

Im Körper herrscht zu jedem Zeitpunkt ein so genannter osmotischer Wert, der aussagt, wie viel Wasser in die Zelle strömt. Ist der Wert hoch, fließt viel Wasser in die Zelle und ist der Wert sehr niedrig tritt Wasser aus der Zelle aus. Wenn man zum Beispiel viel Salz in kurzer Zeit zu sich nimmt, sinkt der osmotische Wert und die Zellen trocknen langsam aus. Daher ist es wichtig, dass dieser Wert in einer bestimmten Reichweite bleibt.

Für die Regulierung dieses Wertes, der Osmoregulation, sind im menschlichen Körper und anderen Säugetiere die Nieren verantwortlich. Überschüssige Elektrolyten und andere sogenannte harnpflichtige Substanzen werden von den Nieren gesammelt, eingelagert und durch Harn ausgeschieden und das solange bis der Elektrolythaushalt wieder ausgeglichen ist. Können die Niere dies nicht machen, kommt aus zu einer Hyperosmolarität, welche folgende Symptome ausweist:

Es kommt im schlimmsten Fall zu einer Salzvergiftung, welche lebensgefährlich sein kann. Falls die Nieren ausfallen, muss das Blut durch Dialyse, welche unter anderem durch Osmose isotones Blut wieder in dem Körper pumpt, von überschüssigen Elektrolyten befreit werden. Vor allem bei älteren Menschen kann eine Hyperosmolarität auftreten, da diese ein reduziertes Durstempfinden haben. Doch auch bei einigen Krankheiten wie Diabetes Inisipides, bei der ein wichtiger Regelkreis nicht funktionsfähig ist, kann es zu diesem Zustand kommen.

Ist der osmotische Wert zu hoch, und tritt zu viel Wasser in die Zellen ein, kann eine Hypoosmolarität enstehen. Der menschliche Körper kann überschüssiges Wasser sehr effizient ausspülen, also wird man, bei gesundem Hormonhaushalt, kaum Probleme mit einem Wasserüberschuss haben. In einige seltenen Fällen kann es jedoch zu einer Wasservergiftung kommen, die durch exzessive Wassereinnahme hervorgerufen wird. Ein Elektrolytmangel im Blutplasma ist wahrscheinlicher. Die Symptome dieser Krankheit sind unter anderem:

Auch hier kann es im schlimmsten Fall zum Tod kommen.

Festzuhalten ist also, dass die Nieren bei der Osmoregulation im Körper eine sehr wichtige Rolle spielen und der Prozess der Osmose tatsächlich fast ständig reguliert werden muss, da ansonsten verheerende Folgen das Resultat sind.


Fragen & Antworten zur Osmose

Wie kann man den osmotischen Wert selber regulieren?
Denkt man, dass im eigenen Körper Hypo- oder Hyperosmolarität herrscht, dann ist es wichtig balanciert Wasser und Mineralien aufzunehmen. Man sollte verstärkt auf die Nahrungsinformation von Lebensmitteln achten, um zu sehen wie viel Salz man einnimmt. Moderne Lebensmittel, vor allem fertige Gerichte, enthalten als viel Salz um den Geschmack zu verstärken. Bei einer Einnahme von mehr als 4 Gram Salz am Tag riskiert man eventuell eine Dehydration der Zellen. Es ist gleichzeitig wichtig, genug Wasser zu trinken, unter anderem damit der Körper überschüssige Elektrolyten ausscheiden kann.

Wann sollte man besonders auf den osmotischen Wert achten?
Falls man viel Sport macht ist die Osmoregulation im Körper besonders wichtig. Beim Schwitzen verliert der Körper viel Salz und viel Wasser, und beide sind für den Stoffwechsel von Zellen sehr wichtig. Man sollte nach dem Sport möglichst isotonische Getränke zu sich nehmen, da diese genau die richtige Konzentration an Elektrolyten für unseren Körper haben. Trinkt man nach dem Sport nur Wasser mit wenigen Elektrolyten, kann eventuell eine Hypoosmolarität entstehen und man könnte an den unangenehmen Symptomen dieser Krankheit leiden. Apfelschorle, Weizenbier und manche Sportgetränke sind beliebte isotonische Getränke.

Kann ich meine Osmolarität messen?
Zuhause die Konzentration von Elektrolyten im Blut zu messen wird schwer. Zwar gibt es ein so genanntes Osmometer, welches genau für diesen Zweck erfunden wurde, doch diese kann man als Normal-Mensch nicht erwerben. Krankenhäuser und bestimmte Arztpraxen werden für Blutuntersuchungen ein Osmometer haben. Mit dem pH-Wert des Blutes kann man jedoch ungefähr darauf schließen, ob die Elektrolytkonzentration im Blut zu hoch oder zu niedrig ist. Elektrolyten, vor allem Natrium haben einen pH-Wert, der um einiges niedriger ist als der ideale Blut-pH-Wert von 7,4. Hat das eigene Blut also einen Wert der viel niedriger als 7,4 ist, kann es durchaus sein, dass die Elektrolytkonzentration im Blut zu hoch ist. Geräte um den pH-Wert zu messen sind teilweise für unter zehn Euro zu kaufen.


Unser Fazit zu Osmose
Bei einem Prozess der so wichtig wie die Osmose ist, kann ein tieferes Verständnis, welches uns von Wissenschaftlern über die Generation weitergereicht wurde, möglicherweise die Antworten zu zukünftigen Problemen geben. Nachrichten von Osmosekraftwerken und Salzwasseraufbereitung durch Osmose lassen einen hoffen, dass dieser simple Prozess der Menschheit noch viel bieten kann.

Heute hilft uns das Wissen über Osmose, gut bekannte Gesundheitszustände wie Dehydration und Salzmangel zu verstehen und erklärt uns vielleicht auch wieso Menschen zwei Nieren haben. Obwohl Themen wie Hypoosmolarität und Hyperosmolarität nicht für jeden relevant sind, kann man mit diesem Wissen besser auf seinen Körper achten, sich bewusster ernährend und sich rundum besser fühlen. Wir hoffen dieser Text war informativ und wünschen gute Gesundheit!

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