background image

Dr. Basim Al-Ka'abi 

Cellular Physiology 

Fourth Lecture 

 

 

 

 

 

 

Lecture Name: Transport Across the Cell Membrane, Osmosis and Edema 

Lecturer Name: Dr. Basim A. Al-Ka'abi 

Department: Medical Physiology 

Stage: First Stage Medical Students 

 

Lecture Objectives: 

By the end of this lecture students the should be able to know the following: 

  Continuation of cell membrane transport types. 

  Meaning of osmosis. 

  Isotonic, hypertonic and hypotonic types of fluids. 

  Edema and its various causes. 

 

References: 

Barrett, K et al. (2018). Ganong's Review of Medical Physiology. Twenty 

sixth edition. USA. 

Guyton,  A  and  Hall,  J  (2015).  Text  Book  of  Medical  Physiology. 

Thirteenth edition. Philadelphia, USA. 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Dr. Basim Al-Ka'abi 

Cellular Physiology 

Fourth Lecture 

 

Transport across the cell membrane (cont'd) 

Primary active transport 

-Occurs against an electrochemical gradient (uphill). 

-Requires direct input of metabolic energy in form of ATP so it is active. 

-Examples of it: 

(a)  Na

+

/K

+

  ATPase  (or  Na

+

  pump)  in  the  cell  membrane  transports  Na

+

 

from  intracellular  to  extracellular  fluid  and  K

+

  from  extracellular  to 

intracellular fluid. It maintains low intracellular Na

and high intracellular 

K

+

-Both Na

+

 and K

+

 are transported against their electrochemical gradients 

and the energy is provided from ATP. 

(b)  Ca

+2

  ATPase  (or  Ca

+2

  pump)  in  the  sarcoplasmic  reticulum  or  cell 

membrane that transports Ca

+2

 against its electrochemical gradient. 

(c) H

+

/K

+

 ATPase (or proton pump) in gastric parietal cells that transports 

H

+

 into lumen of the stomach against its electrochemical gradient. 

 

Secondary active transport 

-In this transport; a transport of two or more solutes is coupled. 

-One  of  the  solutes  (usually  Na

+

)  is  transported  downhill  and  provides 

energy for the uphill transport of the other solute. 

-Metabolic  energy  is  not  provided  directly,  but  indirectly  from  the  Na

gradient, which is maintained across cell membranes. Thus, inhibition of 

Na

+

/K

+

 ATPase will decrease transport of Na

+

 out of the cell, decrease the 

transmembrane  Na

+

  gradient,  and  eventually  inhibit  secondary  active 

transport. 

-If the solutes move in the same direction across the cell membrane, it is 

called co-transport or symport. Example of that Na

+

/glucose cotransport in 

the small intestine. 


background image

Dr. Basim Al-Ka'abi 

Cellular Physiology 

Fourth Lecture 

 

-If the solutes move in opposite directions across the cell membranes, it is 

called counter transport or antiport. Example of that is Na

+

/Ca

+

 exchange 

or Na

+

/H

+

 exchange. 

 

Osmosis 

-Is the flow of water across a semipermeable membrane  from  a solution 

with low solute concentration to a solution with high solute concentration. 

-Cell membranes in the body are highly permeable to water and whenever 

there is a higher concentration of solute on one side of the membrane, water 

rapidly diffuses across the membrane  toward the region of higher solute 

concentration. 

-The osmotic pressure increases when the solute concentration increases; 

the higher the osmotic pressure  of a  solution, the greater the water flow 

into it. 

-Osmolarity  is  the  concentration  of  osmotically  active  particles  in 

a solution.  

 

Isotonic, hypertonic and hypotonic fluids 

-A solution is said to be isotonic if no osmotic force develops across the 

cell membrane when a normal cell is placed in the solution. 

-This means that an isotonic solution has the same osmolarity as the cell 

and that the cells will not shrink or swell when placed in this solution. 

-Example of isotonic solutions is 0.9% NaCl (normal saline). 

-A  solution  is  said  to  be  hypertonic  when  it  contains  a  higher  osmotic 

concentration of substances than does the cell. 

-In this case, osmotic force develops that causes water to flow out of the 

cell into the solution, thereby greatly concentrating intracellular fluid and 

shrinking the cell. 


background image

Dr. Basim Al-Ka'abi 

Cellular Physiology 

Fourth Lecture 

 

-Example of hypertonic solutions is D5NSS (5% Dextrose in normal saline 

solution). 

-The  solution  is  said  to  be  hypotonic  if  the  osmotic  concentration  of 

substances in the solution is less than their concentration in the cell. 

-An osmotic force develops immediately when the cell is exposed to the 

solution, causes water to flow by osmosis into the cell until the intracellular 

fluid has about the same  concentration as the extracellular fluid, or until 

the cell bursts from excessive swelling. 

-Example  of  hypotonic  solutions  is  0.45%  NaCl  (half  strength  normal 

saline). 

 

Edema 

-Edema refers to the presence of excess fluid in the body tissues. 

-In  most  instances,  edema  occur  mainly  in  the  extracellular  fluid 

compartment, but it can involve intracellular fluids as well. 

 

Intracellular edema 

-Can  occur  when  the  cell  membrane  is  damaged  or  when  there  is 

inadequate nutrition to the cells. 

-When this happens, sodium ions are no longer efficiently pumped out of 

the cells, and the excess sodium ions inside the cells cause osmosis of water 

into the cells. 

 

Extracellular edema 

-Is more common than intracellular edema. Occurs with accumulation of 

fluid in the interstitial spaces. 

-There are two general causes of extracellular edema:  

1.  Abnormal  leakage  of  fluid  from  the  plasma  to  the  interstitial  spaces 

across the capillaries. 


background image

Dr. Basim Al-Ka'abi 

Cellular Physiology 

Fourth Lecture 

 

2.  Failure of the lymphatics to return fluid from  the interstitium back to 

the blood. 

-The  most  common  clinical  cause  of  interstitial  fluid  accumulation  is 

excessive capillary fluid filtration. 

 

Factors causing interstitial fluid edema 

1.  Increased capillary filtration coefficient, which allows leakage of fluid 

and plasma proteins through the capillary membranes, this can occur as 

a result of allergic reactions, bacterial infections, and toxic substances 

that injure the capillary membranes. 

2.  Increased capillary hydrostatic pressure,  as  in heart  failure, when  the 

heart  fails  to  pump  blood  normally  from  the  veins  into  the  arteries 

resulting in an excess flow of blood from the arteries into the capillaries.  

3.  Decreased plasma colloid oncotic pressure, which can occur because of 

failure of the liver to produce sufficient quantities of plasma proteins, 

loss  of  large  amounts  of  proteins  into  the  urine  in  certain  kidney 

diseases, loss of large quantities of proteins through burned areas of the 

skin, or in case of starvation. 

4.  Increased  interstitial  fluid  colloid  oncotic  pressure,  which  will  draw 

fluid  out  of  the  plasma  into  the  tissue  spaces.  This  results  from 

lymphatic  blockage,  which  prevents  the  return  of  proteins  from 

interstitial spaces to the blood. 




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام عضوان و 122 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل