최초 작성: 2026.06.20 — Vujovic et al. 2018 (Adv Physiol Educ)
Osmolarity
정의
- 용액 내 삼투활성 입자(osmotically active particles)의 농도. 입자 종류가 아닌 개수에 의존하는 colligative property1
- Volume 속 particle 수로 결정됨
- Molarity와 연관되지만 항상 같지는 않음 — NaCl 같은 이온성 물질은 용매에서 해리되기 때문
Dissociation Factor
osmolarity = molarity × dissociation factor
NaCl: 이론상 dissociation factor = 2, 그러나 일부가 미해리 상태로 남아있어 25°C 실측값은 1.81
Tonicity
정의 및 결정 요인
- 용액 단독 속성이 아니라 용액-세포 두 구획 간의 상대적 비교 개념
- Penetrating solute: 세포 안으로 들어갈 수 있는 용질 / Nonpenetrating solute: 들어갈 수 없는 용질
- Tonicity는 nonpenetrating solute의 농도 비율로 결정됨
- 단위 없음, 상대적 용어
- Penetrating/nonpenetrating 구분은 세포 종류에 따라 달라질 수 있음
Osmolarity ↔ Tonicity 관계
- Hyposmotic 용액 → 항상 hypotonic (단방향 규칙) — 세포 내 용질은 정의상 nonpenetrating solute이기 때문
- 그 외에는 둘 사이 직접적 연관 없음
- Tonicity로 인한 물 이동과 무관하게, osmolarity는 결국 용액(solution)을 따라간다 — penetrating solute가 평형을 향해 이동하기 때문
Nonpenetrating
Na (NaCl) — tonicity 결정 인자1
Penetrating
Urea — osmolarity에만 기여, tonicity 무관1
시간에 따른 세포 부피 변화
속도 차이의 함정
세포 300 mosM, 용액 400 mosM인 경우 — 초기: 물의 이동 속도가 용질보다 빠름 → 무조건 세포가 일시적으로 shrink. 평형 시: penetrating solute가 농도 평형을 향해 이동 → 물도 재이동 → 최종 부피는 tonicity가 결정1
| 용액 | 조성 (400 mosM) | Tonicity | 평형 시 세포 부피 |
|---|---|---|---|
| A | 200 mosM NaCl + 200 mosM urea | Hypotonic | 증가 |
| B | 300 mosM NaCl + 100 mosM urea | Isotonic | 불변 |
| C | 400 mosM NaCl | Hypertonic | 감소 |
용액 A 투여 시 세포 부피의 시간 변화
용액 투여 시 계산 (Box Problem)
계산 원칙
nonpenetrating solute로 먼저 volume을 계산 → penetrating solute를 그 volume에 비례 분배1
예시 문제
정상 체액 30 L(ECF 10 L, ICF 20 L, 300 mosM)에 2 L의 150 mosM NaCl + 200 mosM urea 용액을 투여.
| 단계 | TBF | ECF | ICF |
|---|---|---|---|
| ① 초기 상태 | 9,000 mosmol / 30 L / 300 mosM | 3,000 mosmol / 10 L / 300 mosM | 6,000 mosmol / 20 L / 300 mosM |
| ② Volume + NaCl(300 mosmol) 추가 | 9,300 mosmol / 32 L | — | — |
| ③ 새 TBF osmolarity (9,300/32) | 290.6 mosM | 290.6 mosM | 290.6 mosM |
| ④ NaCl은 ECF에만 분배 | 9,300 mosmol | 3,300 mosmol | 6,000 mosmol |
| ⑤ 새 volume = solute/osmolarity | 32 L | 3,300/290.6 = 11.4 L | 6,000/290.6 = 20.6 L |
| ⑥ Urea(400 mosmol) 추가 → 최종 osmolarity | 9,700/32 = 303.1 mosM | 303.1 mosM | 303.1 mosM |
해석
- NaCl 150 mosM < 세포 300 mosM → hypotonic → ICF 부피 증가(20→20.6 L)
- 동시에 urea가 ICF로 유입되며 ICF osmolarity는 300→303.1로 상승
- ICF 부피 증가 + osmolarity 상승이 동시에 일어날 수 있음 (희석 효과 < urea 유입 효과)
Glucose — 특수 사례
- 즉시 G-6-P로 인산화 → 세포 밖으로 못 나감 → 사실상 nonpenetrating solute처럼 작동1
- 이후 정상 대사 과정에서 CO₂ + H₂O로 분해 → 장기적으로 5% D/W ≈ free water 투여와 동일 효과 (isosmotic이지만 hypotonic)
예외: T1DM, HHS
인슐린 부재로 세포 내 유입 자체가 안 됨 → 혈중에 남아 진성 nonpenetrating solute로 작용1
References
1. Vujovic P, Chirillo M, Silverthorn DU. Learning (by) osmosis: an approach to teaching osmolarity and tonicity. Adv Physiol Educ. 2018;42:626-635. doi:10.1152/advan.00094.2018