{"id":14113,"date":"2018-09-13T22:52:43","date_gmt":"2018-09-13T20:52:43","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bmscience.net\/blog\/?p=14113"},"modified":"2024-02-08T09:15:54","modified_gmt":"2024-02-08T08:15:54","slug":"fenomeno-della-diffusione-libera-ed-attraverso-membrana-leggi-di-fick","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bmscience.net\/blog\/fenomeno-della-diffusione-libera-ed-attraverso-membrana-leggi-di-fick\/","title":{"rendered":"Fenomeno della diffusione libera ed attraverso membrana (leggi di Fick)"},"content":{"rendered":"
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Il processo di diffusione<\/strong> \u00e8 un processo di flusso di gas e soluti da un compartimento a maggior concentrazione ad uno a minore concentrazione fino a raggiungere l\u2019equilibrio dinamico.
Le particelle solide in diffusione si muovono casualmente urtandosi tra di loro secondo un fenomeno chiamato agitazione termica<\/strong> che dipende soprattutto dalla temperatura. L’agitazione termica \u00e8 chiamata anche moto Browniano<\/strong> ed \u00e8 il principale responsabile della diffusione di particelle (molecole o strutture pi\u00f9 complesse) in un ambiente libero o attraverso una membrana.<\/p>\n\n\n\n

Le leggi che stabiliscono delle relazioni tra flussi e concentrazioni sono le leggi di Fick. La prima legge<\/strong> afferma che il flusso di soluto Js<\/sub><\/strong> \u00e8 direttamente proporzionale alla variazione di concentrazione \u0394C<\/strong> tra i due compartimenti e inversamente proporzionale alla distanza \u0394x<\/strong> tra i due:<\/p>\n\n\n

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Il segno negativo indica che il fluire del soluto procede sempre da concentrazioni maggiori a quelle minori mentre D<\/strong> rappresenta il coefficiente di diffusione<\/strong> che dipende dalla temperatura e dalle caratteristiche fisico-chimiche del solvente e del soluto. L’unit\u00e0 di misura del coefficiente di diffusione \u00e8 il m2<\/sup>\/s<\/strong> nel sistema internazionale.
Tuttavia la diffusione di soluto procede fino a che il soluto si \u00e8 distribuito in modo omogeneo nel solvente. Quindi il flusso di soluto continua a variare nel tempo fino a Js<\/sub>=0<\/strong>, quando la concentrazione ha lo stesso valore in ogni punto della soluzione e si raggiunge un equilibrio dinamico.
Ci\u00f2 \u00e8 regolato dalla seconda legge di Fick<\/strong>:<\/p>\n\n\n

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Questa legge viene applicata solo quando la concentrazione varia nel tempo ed \u00e8 una equazione differenziale omogenea del 2\u00b0 ordine che lega tra loro le variazioni di C in funzione di x e del tempo<\/em><\/strong>.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Nel caso della diffusione libera di miscele gassose<\/strong>, ipotizzando che i gas si comportino come gas perfetti, le leggi di Fick possono essere riformulate prendendo in considerazione l\u2019equazione di stato dei gas perfetti, per cui la concentrazione diventa:<\/p>\n\n\n\n

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Inoltre, considerando che la T<\/strong> nei sistemi biologici \u00e8 costante, le due leggi di Fick diventano:<\/p>\n\n\n\n

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Quando invece si considera la diffusione attraverso la membrana<\/strong> nella prima legge di Fick bisogna considerare il coefficiente di partizione<\/strong> \u03b1<\/strong> che rappresenta il rapporto fra l\u2019area aperta al passaggio di sostanze e l\u2019area totale della membrana. Esso \u00e8 un indice della permeabilit\u00e0 di una membrana. Se \u03b1=0<\/strong> la membrana \u00e8 impermeabile al soluto, se \u03b1=1<\/strong> \u00e8 come se non esistesse. Quindi la prima legge di Fick diventa: <\/p>\n\n\n

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Dove JsM<\/sub><\/strong> \u00e8 il flusso di soluto attraverso la membrana, DM<\/sub><\/strong> \u00e8 il coefficiente di diffusione attraverso la membrana e \u0394x<\/strong> lo spessore della membrana stessa.
Importante per capire il flusso di soluto in funzione della variazione di concentrazione \u00e8 la definizione di permeabilit\u00e0:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Dove n <\/strong>= NA<\/sub>\/A  <\/strong>\u00e8 la densit\u00e0 superficiale dei fori della membrana mentre R<\/strong> \u00e8 il raggio del poro.<\/p>\n\n\n\n

Per cui la prima legge di Fick diventa: JsM<\/sub>= -P \u0394C<\/strong><\/p>\n\n\n

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Per quanto riguarda la seconda legge di Fick, essa rimane la stessa per la diffusione mediante membrane e non viene mai applicata alle membrane biologiche in quanto esse separano soluzioni omeostatiche la cui composizione rimane costante nel tempo. Infatti anche se si hanno flussi continui, uno dei due compartimenti viene continuamente approvvigionato di soluto mentre nell\u2019altro compartimento viene consumato.<\/p>\n\n\n\n

Per il fenomeno di diffusione molto importante \u00e8 il coefficiente di diffusione D, le cui caratteristiche sono determinate dalla formula di Einstein-Stokes: <\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Acquista<\/a> <\/a>ora<\/a><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Nel caso del coefficiente di diffusione attraverso una membrana DM<\/sub><\/strong>, esso pu\u00f2 essere messo in relazione con quello libero osservando che la molecola di raggio r<\/strong>, per attraversare la membrana deve introdursi in uno dei suoi pori di raggio R<\/strong> senza urtare il bordo, quindi l\u2019area di ingresso efficace \u00e8 \u03c0 (R-r)2<\/sup><\/strong>. E quindi l\u2019area efficace diventa \u03c0<\/strong> R2<\/sup><\/strong>\u03b5<\/strong>1<\/sub><\/strong>. Dove \u03b51<\/sub>= (1-r\/R)2<\/sup><\/strong> rappresenta la riduzione di D causata dalla forma del poro della membrana ed \u00e8 compreso tra 0 e 1.
Inoltre, gli urti che la molecola subisce con le pareti cilindriche fanno ridurre il coefficiente D di un fattore \u03b52<\/sub><\/strong> in funzione del rapporto r\/R<\/strong>. Entrambi i fattori sono inglobati nel coefficiente di hindrance<\/strong> della membrana: \u03b5=\u03b51<\/sub>\u03b52<\/sub><\/strong>. Quindi DM<\/sub>=<\/strong>\u03b5<\/strong>D
<\/strong>Considerando il coefficiente di hindrance, la permeabilit\u00e0 di membrana diventa:<\/p>\n\n\n\n

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Fonte: Fisica biomedica<\/a>.<\/p>\n<\/blockquote>\n<\/blockquote>\n\n\n

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Il processo di diffusione \u00e8 un processo di flusso di gas e soluti da un compartimento a maggior concentrazione ad uno a minore concentrazione fino a raggiungere l\u2019equilibrio dinamico.Le particelle solide in diffusione si muovono casualmente urtandosi tra di loro secondo un fenomeno chiamato agitazione termica che dipende soprattutto dalla temperatura. L’agitazione termica \u00e8 chiamata…<\/p>\n

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