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渗透压、张力,与设计一支舒适的注射液

依数性只取决于溶解了多少粒子,而非它们是什么。渗透与渗透压由此而来,而张力决定了一份溶液对细胞是温柔还是残酷——这是任何注射剂或滴眼液的收官技能。

依数性:数数,而非辨认

溶液的某些性质只在乎溶解粒子的数目,而不在乎它们的化学身份。这些就是依数性:溶质会降低溶剂的蒸气压与凝固点、升高其沸点,并产生渗透压——而一摩尔溶解的糖与一摩尔溶解的尿素,粒子数相等,效果便相同。一种解离成两个离子的盐则按双倍计。

这条“数数”原理,正是张力计算背后那位默默无闻的主力。由于凝固点降低本身也是依数性,实验室常用它作替代测量:把一份溶液的凝固点降低值配到与血液一致,就配齐了它的粒子数——也几乎配齐了它的舒适度。

渗透,以及它积聚的压力

把纯水与糖溶液置于一张只让水通过、不让糖通过的膜两侧,水便会向糖那侧流去——把它稀释,仿佛要扯平。这种自发流动就是渗透渗透压是你需要施加在溶液一侧、以阻止该流动的压力;溶解的粒子越多,它升得越高。细胞膜的行为很像那张选择性屏障,这正是它对浸润活组织的药物如此重要的原因。

张力:善待一个细胞

张力描述一份溶液如何通过渗透影响细胞体积。等渗溶液与细胞内部相匹配,水既不冲入也不流出——红细胞保持其形状。低渗溶液(粒子太少)让水涌入,直到细胞膨胀甚至破裂;高渗溶液(粒子太多)把水抽出,使细胞皱缩。对任何注射剂眼用制剂而言,等渗性决定了是抚慰还是刺痛——更甚者,是安全还是有害。

要把溶液调到等渗,我们加入一种张力调节剂——通常是氯化钠或葡萄糖。其记账用到氯化钠当量(E 值):与一克药物产生相同渗透效应的 NaCl 克数。先算出药物贡献的部分,再加入足量 NaCl,把总量补足到与血液相当的 0.9%。

Sodium chloride equivalent (E value) method

Goal: make 100 mL isotonic.
Blood is isotonic with 0.9 g NaCl per 100 mL.

Drug: 1.0 g of a drug with E = 0.20
  -> this drug acts like 1.0 g x 0.20 = 0.20 g NaCl

NaCl already 'supplied' by the drug = 0.20 g
NaCl needed for full isotonicity      = 0.90 g

NaCl to add = 0.90 - 0.20 = 0.70 g per 100 mL

So dissolve the 1.0 g drug + 0.70 g NaCl, make up
to 100 mL -> an isotonic solution kind to cells.
用氯化钠当量法配制 100 mL 等渗溶液。