浸透（オスモシス）とは：定義・仕組み・浸透圧と細胞での役割
浸透（オスモシス）の定義・仕組み・浸透圧と細胞での役割を図解でわかりやすく解説する入門ガイド。
浸透とは、半透膜を通して高濃度領域から低濃度領域へ水が移動し、水の濃度を等しくしようとすることである。浸透は受動的な輸送であり、エネルギーを必要としない。浸透圧の原因は、膜の両側で溶質の濃度が異なることである。
浸透圧が起きると、水は膜の浸透圧の低い側から高い側へ移動する。浸透圧の重要な例として、液体（溶媒）分子が細胞膜を越えて、溶質濃度の高い細胞内へ移動することが挙げられる。浸透圧は細胞生化学の基本的な部分であるが、機械的な応用や用途もある。
補足（重要）：上の一文は表現が逆になっているように読めるため注意してください。正確には、浸透による水の移動は「溶質濃度が低い側（＝水の濃度が高い側）から、溶質濃度が高い側（＝水の濃度が低い側）へ」向かいます。つまり、水は溶質が少ない側から多い側へ移動して、両側の水の化学ポテンシャル（濃度）を均衡にしようとします。
浸透の仕組み
浸透は半透膜（ある特定の分子、通常は溶媒分子は通すが大きな溶質は通さない膜）を介した溶媒の受動的移動です。濃度差は溶媒の化学ポテンシャル差を生み、その差が溶媒を移動させます。浸透によって生じる圧力を浸透圧と呼び、これは膜を通して溶媒の流れを止めるのに必要な圧力です。
理想希薄溶液では、浸透圧はファント＝ホッフの式で近似できます：
- π = iCRT（π：浸透圧、i：電解質のヴァント＝ホッフ係数、C：モル濃度、R：気体定数、T：絶対温度）
この式は溶質粒子の数に依存することを示しており、浸透圧は代表的なコリゲーティブ（集合的性質）性の例です。実際の濃い溶液や電解質溶液では相互作用のために補正が必要となります。
細胞での役割と影響
細胞は浸透圧の影響を強く受けます。溶質濃度の違いにより水が出入りすると、細胞の体積や形が変化します。代表的な用語：
- 等張（isotonic）：細胞の内部と外部の溶質（有効浸透圧を決める溶質）濃度が同じで、水の純粋な出入りがない状態。
- 高張（hypertonic）：外液が細胞より溶質濃度が高く、細胞から水が出て細胞が縮む（プラスモリシスなど）。
- 低張（hypotonic）：外液が細胞より溶質濃度が低く、水が細胞内に入り、動物細胞は膨張して溶血（ヘムオリシス）することがある。植物細胞は細胞壁により弾性が保たれ、膨圧（タルガー）を生じる。
生物は浸透圧を調節するための仕組みを持ちます。例：
- 動物では腎臓（糸球体濾過と集合管での水再吸収）やホルモン（抗利尿ホルモンなど）で体液の浸透圧を維持する。
- 単細胞生物や一部の原生動物は収縮胞（contractile vacuole）で余分な水を排出する。
- 多くの細胞膜には分子が通りやすくするための水チャネル（アクアポリン）が存在し、水の移動速度を高める。
測定・応用
浸透圧の測定にはオスモメーターが用いられます。生物学・医学では浸透圧（pressure）と浸透能（osmolarity/osmolality）を区別して扱うことが重要です。単位は大気圧（atm）やパスカル（Pa）、浸透能はmosm·L−1やmOsm·kg−1で表されます。
浸透現象の工学的応用例：
- 逆浸透（Reverse osmosis）：高圧を加えて溶媒を濃い溶液側から薄い側へ強制的に移動させ、淡水化・海水淡水化や水の脱塩に用いる。
- 透析：血液浄化で小分子は通し大きな分子を通さない膜を使い、不要物を除去する。
- 食品保存：糖や塩による浸透で微生物を乾燥・脱水する（ジャムや塩漬けなど）。
臨床的注意点
医療現場では点滴液の浸透圧が極めて重要です。例えば生理食塩水0.9%は血漿とほぼ等張であり、低張の液を急速に投与すると赤血球が破裂するリスク（溶血）や血漿中のナトリウム濃度変化（低ナトリウム血症）を引き起こす恐れがあります。逆に高張液は細胞から水を引き出し、脱水や神経系への負担を生じさせる可能性があります。
まとめ：浸透（オスモシス）は半透膜を介した溶媒の受動的移動であり、溶質の濃度差が原因で浸透圧が生じます。細胞の形態・機能や工学的な水処理・医療にとって基本かつ重要な現象です。
半透膜を介した浸透の過程。青い点は浸透圧勾配を駆動する粒子を表している
これは、浸透圧のプロセスを3次元コンピュータでシミュレーションしたときのショットです。青いメッシュは大きなボールを通さないが、小さなボールは通り抜けることができる。すべてのボールが跳ねています
低張性、等張性、高張性
溶液は、溶媒の単位あたり溶質が多い場合と少ない場合があります。少ない方をハイポトニック（Hypotonic）と呼びます。2つの溶液の濃度が等しい場合、それらは等張である。多い方は高張性である。低張溶液が細胞の外にあり、高張溶液が細胞の中にあるとき、細胞は膨張して歪みます。
異なる溶液が血球に与える影響
異なる環境下での植物細胞
細胞膜
細胞の細胞膜は半透膜であり、特定の分子の出入りを許し、小さな分子は通過させるが、大きな分子はブロックする、半透膜である。また、膜にはポートやゲートウェイがあり、特定の高分子を通過させることができる。これが能動輸送であり、エネルギーを使い、選択的に輸送する。動物細胞の一番外側を覆っている。タンパク質と脂質で構成されている。例：酸素や二酸化炭素などの気体の交換。
関連ページ
- 逆浸透膜（Reverse Osmosis
質問と回答
Q:浸透圧とは何ですか?
A:浸透とは、膜を通して溶媒（液体）分子が外力なしに、ある溶液から別の溶液へと移動することです。溶媒は、溶質の濃度が高く、溶媒の濃度が低い側へ移動します。
Q:浸透圧はどのように働くのですか?
A:浸透が働くのは、膜が選択的に透過し、溶媒は通過させるが、溶質は通過させないからです。溶媒の分子はランダムに動くので、両側の濃度がより等しくなります。浸透圧をかけると、膜を越えて溶媒が正味で移動することはない。
Q: 生体膜の透過性に影響を与える要因は何ですか?
A: 生体膜の透過性は、溶解度、電荷、化学的性質、および溶質のサイズに依存します。
Q: 水分子はどのように生体膜を通過するのですか?
A:水分子はリン脂質二重膜を拡散することによって生体膜を通過します。
Q:生体内で浸透圧はどのような役割を果たしているか?
A:生体内では、浸透圧は細胞への水の出入りを可能にし、細胞内とその環境との間に平衡を作り出すことによって、細胞内の緊張圧を維持するのに役立っています。
Q:モル濃度は浸透圧にどのように影響するのですか?
A: 浸透圧は溶質のモル濃度に依存し、高濃度では、膜を越えて溶媒が正味で移動しないために、より多くの外圧を必要とします。
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