115年:心肺基礎(2)

將高張(hypertonic)溶液加入細胞外液中,會發生下列何種情況?

A水分由細胞內向細胞外流,細胞膨脹
B水分由細胞內向細胞外流,細胞萎縮
C水分由細胞外向細胞內流,細胞膨脹
D水分由細胞外向細胞內流,細胞萎縮

詳細解析

本題觀念

滲透作用(osmosis)是指水分子通過半透膜,從低滲透壓(低溶質濃度)側流向高滲透壓(高溶質濃度)側的被動運輸過程。細胞膜對大多數溶質而言是選擇性通透的,因此當細胞外液的張力(tonicity)改變時,水分會沿滲透壓梯度移動,導致細胞體積改變。高張溶液的溶質濃度高於細胞內液,使水分從細胞內流出,細胞因失水而萎縮,此現象在紅血球中稱為皺縮(crenation)。

選項分析

(A) 水分由細胞內向細胞外流,細胞膨脹:此選項的水流方向正確——在高張環境中水分確實從細胞內流向細胞外,但結果描述矛盾。細胞失去水分後體積必然縮小而萎縮,不可能膨脹。水流方向與體積變化在邏輯上必須一致:水流出則萎縮,水流入則膨脹。

(B) 水分由細胞內向細胞外流,細胞萎縮:這是正確答案。高張溶液加入細胞外液後,細胞外液滲透壓上升並高於細胞內液。根據滲透作用原理,水分子經由水通道蛋白(aquaporin)等途徑,從低滲透壓的細胞內側流向高滲透壓的細胞外側。細胞因淨失水而體積縮小、萎縮。紅血球在高張溶液中會出現皺縮現象,細胞膜表面呈現鋸齒狀突起。

(C) 水分由細胞外向細胞內流,細胞膨脹:此選項描述的是低張(hypotonic)溶液的情況。當細胞外液滲透壓低於細胞內液時,水分才會從細胞外流入細胞內,使細胞膨脹。嚴重時紅血球會因過度膨脹而發生溶血(hemolysis)。但本題是高張溶液,水流方向恰好相反。

(D) 水分由細胞外向細胞內流,細胞萎縮:此選項自相矛盾。若水分從細胞外流入細胞內,細胞內水分增加,應導致細胞膨脹而非萎縮。水流方向與結果描述互相矛盾,在任何張力條件下都不成立。

答案解析

本題正確答案為 (B)。這是基礎滲透生理學的核心概念。當高張溶液加入細胞外液時,細胞外液的有效滲透壓(effective osmotic pressure)上升。由於不可穿越細胞膜的溶質(non-penetrating solutes)在細胞外濃度增高,水分沿滲透壓梯度從細胞內流向細胞外,使細胞萎縮。臨床上,靜脈輸注高張食鹽水(如 3% NaCl)即利用此原理,將組織間液或細胞內液的水分吸引至血管內,用於治療低血鈉症或降低顱內壓。

核心知識點

  • 滲透作用:水分從低滲透壓側流向高滲透壓側
  • 高張溶液使細胞外液滲透壓高於細胞內液,導致水分外流、細胞萎縮(crenation)
  • 低張溶液使水分流入細胞,導致細胞膨脹,嚴重時紅血球溶血(hemolysis)
  • 等張溶液(如 0.9% NaCl)不引起淨水流動,細胞體積不變
  • 張力(tonicity)特指不可穿透溶質所造成的有效滲透壓差,決定水分的淨移動方向

參考資料

  1. StatPearls - Biochemistry, Hypertonicity
  2. Wikipedia - Crenation
  3. Wikipedia - Osmosis
  4. Wikipedia - Passive transport