Toniciteit in dieren

De toniciteit van een oplossing wordt bepaald door de concentratie van de osmotisch werkzame stoffen per kilogram oplosmiddel en hangt af van een hangt af van de permeabiliteit van het celmembraan voor verschillende opgeloste stoffen en de concentratie van stoffen die niet door de semipermeabele membranen in de oplossing kunnen. Ook al belemmert een semipermeabel membraan de doorgang van sommige opgeloste stoffen, water kan nog steeds zijn concentratiegradiënt volgen en van de kant met een lage osmolariteit (dwz minder opgeloste stof) naar de kant met een hogere osmolariteit (dwz een hogere concentratie opgeloste stof) bewegen. Toniciteit van de extracellulaire vloeistof bepaalt de grootte en richting van osmose en kan worden beschreven met de volgende drie condities: hypertonie, hypotonie en isotonie.

Isotone oplossingen

In de biologie betekent het voorvoegsel "iso" gelijk of gelijke afmeting. Wanneer extracellulaire en intracellulaire vloeistof een gelijke concentratie van een niet-permeabele opgeloste stof binnen en buiten hebben, dan is de oplossing isotoon. Isotone oplossingen hebben geen netto beweging van water. Water zal nog steeds in gelijke verhoudingen in en uit de cel bewegen. Daarom treedt er geen verandering in celvolume op.

Hypotone oplossingen

Het voorvoegsel "hypo" betekent minder of lager. Wanneer er een lage concentratie van de niet-permeabele opgeloste stof is buiten de cel is en een hoge concentratie van water binnen de cel, dan is de omgeving hypotoon. Water zal de cel binnendringen, waardoor deze opzwelt. In dierlijke cellen zorgt de zwelling er uiteindelijk voor dat cellen barsten en afsterven. Zoetwater is een voorbeeld van een hypotone omgeving. Zoetwaterorganismen hebben doorgaans een hogere osmolariteit (dwz een hogere zoutconcentratie) in hun cellen dan het omringende meer of de rivier.

Hypertonische oplossingen

Het voorvoegsel "hyper" betekent daarentegen meer of hoger. Bij hypertonie bevat de extracellulaire vloeistof meer opgeloste stof (dwz hoge osmolariteit) en minder water dan de binnenkant van een cel. Water beweegt dus uit de cel, waardoor dierlijke cellen to krimpen. Zout water is een voorbeeld van een hypertone extracellulaire vloeistof omdat het een hogere osmolariteit heeft (dwz een hogere zoutconcentratie) ten opzichte van de meeste intracellulaire vloeistoffen.

Osmoregulatie

Om het krimpen en opzwellen in hypertone en hypotone oplossingen te voorkomen, moeten dierlijke cellen strategieën hebben om het osmotische evenwicht te behouden. Het proces waarmee osmotisch evenwicht wordt bereikt, wordt osmoregulatie genoemd. Osmoregulerende strategieën kunnen in twee categorieën worden onderverdeeld: regulerend en conformerend. Osmoregulatoren regelen en handhaven hun interne osmotische omstandigheden onafhankelijk van omgevingsomstandigheden. Osmoconformers gebruiken daarentegen actieve en passieve interne processen om de osmolariteit van hun omgeving na te bootsen.

Veel dieren, inclusief mensen, zijn osmoregulatoren. Vissen die in zout water leven, een hypertone omgeving, zijn in staat om waterverlies aan de omgeving te reguleren door een grote hoeveelheid water op te nemen en regelmatig zout uit te schrijden. Vissen die in zoet water leven, proberen de constante osmose van water in hun cellen tegen te gaan door frequent te urineren zodat er minder water in het lichaam aanwezig is.

De meeste ongewervelde zeedieren, zoals kreeften en kwallen, zijn osmoconformers. Osmoconformers zorgen ervoor dat concentratie van opgeloste stoffen – of osmolariteit – gelijk is aan die van hun omgeving, en leven dus het beste in omgevingen waar weinig fluctuaties plaatsvinden.