Sua medida é útil na avaliação de patologias relacionadas ao equilíbrio ácido-base e eletrólitos. A comparação entre a osmolalidade do soro e da urina fornece informações úteis para determinar o estado da função renal hídrica. O aumento da osmolalidade no soro ocorre nas desidratações hipertônicas, no coma diabético e na uremia. E valores inferiores são encontrados em casos de desidratações hipotônicas, na intoxicação hídrica e na síndrome de secreção inapropriada de hormônio antidiurético. Se a osmolalidade sérica está elevada, porém com valores normais de sódio, pode indicar hiperglicemia, uremia ou alcoolismo.
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