Flussi - fisiologia generale

DIFFUSIONE DI PARTICELLE NON CARICHE

Se introduciamo una goccia di colorante in acqua, questo si disperde, cioè diffonde, quindi avviene

una dispersione del soluto (colorante) nel solvente

(acqua). Se si prendono diversi intervalli di tempo, si

avrebbe che la diffusione avviene gradualmente e

finisce quando le particelle di soluto si trovano

omogeneamente in tutto lo spazio a disposizione. Il

movimento delle molecole di colorante è generato

dall’energia termica, cioè l’energia che ogni molecola

di colorante possiede.

La diffusione è il movimento molecolare

dall’energia

generato termica: moti

browniani (A. Einstein).

Flusso molare unidirezionale

Il flusso molare unidirezionale è la quantità di soluto che attraversa un’area unitaria nell’unità di

tempo. Si ipotizzi che si abbiano due

compartimenti: il compartimento

1 in cui c’è più soluto

(inizialmente) e il compartimento

2 in cui ce n’è di meno. I due

compartimenti sono divisi da una

membrana. Alla fine la quantità di

soluto nei due compartimenti sarà

la stessa, per cui le particelle si

saranno mosse con flusso f.

Flusso netto: se esiste un flusso

unidirezionale che va da 1 a 2,

allora esiste un flusso unidirezionale che va da 2 a 1, quindi il flusso netto è la differenza tra i due

flussi unidirezionali. Nel flusso netto, le particelle si muovono dalla zona in cui sono più concentrate

alla zona in cui lo sono meno. Se i due flussi unidirezionali sono uguali e opposti, allora il flusso netto

è 0.

L’andamento temporale di un flusso è dato da una funzione esponenziale.

- C : concentrazione iniziale

0

- C : concentrazione finale

f

- t: tempo

τ: indice della pendenza dei due

-

esponenziali. Indica di quanto

rapidamente viene raggiunto l’equilibrio. τ

è quel tempo in corrispondenza del quale

il decadimento/accrescimento è avvenuto

di un tot% (es. 37%; 63%).

Equazione di Teorell

Durante un processo di diffusione si crea un flusso di particelle e l’intensità del flusso è proporzionale

alla forza che lo genera. Il sangue si muove da un arteria a un capillare

a causa di una differenza di pressione tra i due vasi; in questo caso X è

la differenza di pressione (X=driving force, cioè la forza che traina il

flusso delle particelle durante la dispersione).

1° legge di Fick

Supponiamo che la membrana tra due zone sia permeabile; si crea un flusso di particelle dalla zona

più in cui il soluto è più concentrato alla zona in cui è meno concentrato. Supponiamo che nel

compartimento di destra la concentrazione di

soluto sia 0M e che nel compartimento di destra

sia 10M; il flusso si muove dal compartimento

di sinistra a quello di destra. Si può dire che la

quantità di concentrazione sia direttamente

proporzionale al flusso creato, quindi più è alta

la concentrazione, più è consistente il flusso.

Dalla legge di Fick si può tracciare una retta, in

cui il coefficiente angolare è k . Questa forma di diffusione prende il nome di diffusione libera,

d

poiché, anche se tra i compartimenti c’è una membrana, questa dev’essere obbligatoriamente

permeabile.

DIFFUSIONE DI PARTICELLE CARICHE Nel caso della diffusione di particelle

cariche, non è solo il gradiente di

concentrazione che influenza il

processo diffusivo, ma è anche il

gradiente elettrico.

Si ipotizzi di avere un recipiente in cui

+ -

è disciolto un sale (es. KClK +Cl );

se si aspetta un tempo lungo, gli ioni

si disporranno ordinatamente in tutto

lo spazio presente. Si ipotizzi di avere

due elettrodi, un anodo (legato al polo

positivo della batteria) e un catodo (legato al polo negativo della batteria); gli ioni risentono di questo

-

campo elettrico generato dalla batteria, quindi gli anioni (Cl ) migrano verso il polo positivo della

+

batteria (anodo), mentre i cationi (K ) migrano verso il polo negativo della batteria (catodo). In questo

modo si crea una separazione di cariche e quindi un flusso di particelle elettricamente cariche.

L’equazione del flusso con particelle cariche è analoga alla 1° legge di Ohm, in cui l’intensità di

corrente prende il posto del flusso.

Una differenza di cariche (∆q), ovvero di un potenziale elettrico (∆V), ai due capi della membrana,

influenza il movimento degli ioni. Si

prenda una membrana elettricamente

attiva polarizzata (es. eccesso di

cariche negative all’interno; eccesso di

cariche positive all’esterno) che separi

il citoplasma dallo spazio

extracellulare. Il movimento di un

anione sarà influenzato dalla

concentrazione e dalla carica, quindi

tenderà a finire dalla parte in cui c’è

eccesso di cariche positive (spazio

extracellulare).

Il flusso di particelle cariche dipende non solo dal gradiente di concentrazione ma anche dal gradiente

elettrico.

DIFFUSIONE DELL’ACQUA

Le molecole d’acqua tendono a diffondere da una soluzione più diluita a una più concentrata. Tale

flusso di acqua è definito flusso osmotico. Per

l’acqua accade il fenomeno opposto rispetto alle altre

particelle.

Se una membrana è permeabile all’acqua, ma

impermeabile ad un soluto avente concentrazioni

diverse ai due lati della stessa, l’acqua si muoverà

cercando di eguagliare le concentrazione di soluto ai

due lati della membrana. Non potendosi muovere il

soluto, si muoverà solo l’acqua, quindi dove il soluto

è più concentrato, l’acqua lo è meno e viceversa.

Quindi il numero di moli n risulterà uguale in

entrambi i compartimenti.

Supponiamo

di avere un

tubo a ferro di cavallo con una membrana semipermeabile a

metà e supponiamo di avere lo stesso volume di soluto e di

solvente ai lati opposti della membrana; l’acqua comincia a

migrare dalla zona in cui essa è meno concentrata, alla zona

in cui lo è di più, quindi aumenta il volume di acqua da una

parte e diminuisce dall’altra. Si raggiungerà

l’equilibrio quando le concentrazioni di soluto

saranno uguali nei due compartimenti. Con uno

stantuffo si può esercitare una pressione tale da

portare i due livelli di liquido alla stessa altezza. La

pressione che verrà esercitata prende il nome di

pressione osmotica.