Вода - источник жизни. Ни одно живое существо на земле не может прожить без нее. В статье будет рассказано об обмене воды и минеральных веществ в организме, а так же о значении такого обмена в снижении веса и поддержании нормального функционирования организма.
Тело человека на шестьдесят процентов состоит из воды. Содержание ее в крови достигает порядка восьмидесяти процентов, в печени - семидесяти, мышечная ткань, так же как и кровь, практически полностью состоит из воды.
Для того чтобы человек полноценно жил и не испытывал проблем со здоровьем необходимо поддерживать баланс жидкостей в организме.
Среднестатистический человек может обходиться без еды до сорока дней, в то время как без воды не более десяти суток.
Выведение влаги из тела происходит за счет дыхания, выделения пота и мочи.
Соотношение потребляемой жидкости и выделяемой организмом называется водным балансом. Если человек испытывает недостаток влаги, то в теле могут происходить сбои и негативные изменения. Причина в том, что вода является важным компонентом всех тканей и систем человеческого тела.
Помимо водной составляющей в организме присутствуют минеральные вещества. Если ориентироваться на массу тела, ориентировочный процент минералов от общего веса около пяти процентов.
Большую часть полезных витаминов и минералов человек берет из пищи. Вот почему так важно правильно и сбалансировано питаться. Ведь от питательных веществ зависит состояние внутренних органов, нервной системы, кожи, волос, зубов и ногтей.
Обмен воды +и минеральных веществ +в организме
Для правильного функционирования всех систем нашего тела необходимо выпивать достаточное количество жидкости. Есть мнение, что человек должен употреблять не менее двух литров чистой воды в день. Но это не совсем так: на самом деле расчет индивидуального количества воды на сутки нужно производить исходя из веса, роста и возраста человека.
Обмен веществ +и похудение
Согласно проведённых исследований, однократное потребление 0,5 литра воды приводит к на тридцать процентов.
Два литра воды помогают сжигать около ста в день.
250 мл воды, выпитые за тридцать минут до еды, помогают уменьшить количество потребляемой пищи.
Учеными проводились исследования двух групп худеющих. Участники одной группы перед каждым приемом пищи выпивали стакан воды. Другие пили воду произвольно. «Пьющие воду» перед едой, в итоге, сбросили на сорок процентов больше веса.
Как пить воду, чтобы похудеть?
Как похудеть с максимальным результатом?
Пройдите бесплатный тест и узнайте, что мешает Вам похудеть эффективно
В клетках организма непрерывно кипит работа: постоянно синтезируются белки, жиры и углеводы. Одновременно идет расщепление сложных органических соединений и высвобождение энергии.
Образующиеся при этом продукты распада — мочевина, аммиак и углекислый газ — должны выводиться из организма. И все эти процессы возможны только при участии воды. Вода является не только важным компонентом всех клеток, но также и основой межклеточной жидкости, плазмы, лимфы и пищеварительных соков.
Роль воды в обмене белков
Вода играет ключевую роль в синтезе белков. Ферменты желудочного, поджелудочного и кишечного соков, в основу которых тоже входит вода, расщепляют белковые компоненты пищи до аминокислот, которые попадают в кровь и разносятся в клетки организма. А уже в клетках синтезируются необходимые для организма белки. Так благодаря участию воды органы и ткани получают необходимый для роста и развития строительный материал.
Роль воды в обмене углеводов
Углеводы — главный источник энергии в организме. Ферменты слюны, поджелудочного и кишечного соков расщепляют поступающие с пищей углеводы до глюкозы, которая всасывается в тонком кишечнике в кровь. При избытке она откладывается в печени как стратегический запас организма в виде гликогена. Обратное превращение и доставка возможны тоже благодаря водной среде, то есть крови.
Роль воды в обмене жиров
Образование жиров в организме также невозможно без воды. Жиры пищи под действием ферментов желудочного, поджелудочного и кишечного соков расщепляются на глицерин и жирные кислоты. В тонком кишечнике из них образуется жир. В виде эмульсии он транспортируется в лимфу, а вместе с ней в общий кровоток. Избыток жиров откладывается в организме или используется как источник энергии.
Участие воды в терморегуляции
Вода, влияя на обмен веществ, вырабатывает энергию в организме. Она обладает большой теплоемкостью — 4200 Дж/(кг·К). Поэтому является своего рода регулятором температуры в организме человека. А еще она поддерживает температуру тела в соответствии с температурой окружающей среды.
Выделительная функция воды
Вода является средой для безопасного выведения токсинов и продуктов жизнедеятельности (углекислый газ, аммиак, мочевая кислота и др.). В сутки организм здорового взрослого человека может выделить около 3 л жидкости: через мочевыводящие пути, прямую кишку, потовые железы и легкие. Поэтому для обеспечения нормального обмена веществ ежедневно человек должен восполнять объем затраченной жидкости. Это в среднем 2,5-3 л воды.
Вода необходима
Недостаток воды в организме может привести к развитию серьезных заболеваний. В питьевом рационе должна преобладать чистая питьевая или минеральная вода.
Необходимо знать: большая часть потребляемых человеком жидкостей (чай, кофе, сладкие газированные напитки, алкоголь и др.) содержат вещества, которые действуют с обратным эффектом - способствуют выведению воды из клеток организма, а не насыщают их необходимой жидкостью.
Водно-солевым обменом называют совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, распределения их во внутренней среде и выделения из организма.
У здорового человека поддерживается равенство объемов выделяющейся из организма и поступившей в него за сутки воды, что называют водным балансом организма. Можно рассматривать также и баланс электролитов - натрия, калия, кальция и т.п. Средние показатели водного баланса здорового человека в состоянии покоя показаны в табл. 12.1, а баланса электролитов в табл. 12.2.
Средние величины параметров водного баланса организма человека
Среднесуточный баланс обмена некоторых веществ у человека
При различных возмущающих воздействиях (сдвиги температуры среды, разный уровень физической активности, изменение характера питания) отдельные показатели баланса могут меняться, но сам баланс при этом сохраняется.
В условиях патологии происходят нарушения баланса с преобладанием либо задержки, либо потерь воды.
Вода организма
Вода является важнейшим неорганическим компонентом организма, обеспечивающим связь внешней и внутренней среды, транспорт веществ между клетками и органами. Являясь растворителем органических и неорганических веществ, вода представляет собой основную среду развертывания метаболических процессов. Она входит в состав различных систем органических веществ.
Каждый грамм гликогена, например, содержит 1,5 мл воды, каждый грамм белка - 3 мл воды.
При ее участии формируются такие структуры как клеточные мембраны, транспортные частицы крови, макромолекулярные и надмолекулярные образования.
В процессе обмена веществ и окислении водорода, отделенного от субстрата, образуется эндогенная «вода окисления», причем ее количество зависит от вида распадающихся субстратов и уровня обмена веществ.
Так, в покое при окислении:
- 100 г жира образуется более 100 мл воды,
- 100 г белка - около 40 мл воды,
- 100 г углеводов - 55 мл воды.
Повышение катаболизма и энергетического обмена ведет к резкому увеличению образуемой эндогенной воды.
Однако, эндогенной воды у человека недостаточно для обеспечения водной среды метаболических процессов, особенно выведения в растворенном виде продуктов метаболизма.
В частности, повышение потребления белков и, соответственно, конечное превращение их в мочевину, удаляемую из организма с мочой, ведет к абсолютной необходимости возрастания потерь воды в почках, что требует повышенного ее поступления в организм.
При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и небольшом поступлении в организм NaCl потребность организма в поступлении воды меньше.
У здорового взрослого человека суточная потребность в воде колеблется от 1 до 3 л.
Общее количество воды в организме составляет у человека от 44 до 70% массы тела или примерно 38-42 л.
Содержание ее в разных тканях варьирует от 10% в жировой ткани до 83-90% в почках и крови, с возрастом количество воды в организме уменьшается, также как и при ожирении.
У женщин содержание воды ниже, чем у мужчин.
Вода организма образует два водных пространства:
1. Внутриклеточное (2/3 обшей воды).
2. Внеклеточное (1/3 общей воды).
3. В условиях патологии появляется третье водное пространство - вода полостей тела: брюшной, плевральной и т.д.
Внеклеточное водное пространство включает два сектора:
1. Внутрисосудистый водный сектор, т.е. плазму крови, объем которой составляет около 4- 5% массы тела.
2. Интерстициальный водный сектор, содержащий 1/4 всей воды организма (15% массы тела) и являющийся наиболее подвижным, меняющим объем при избытке или недостатке воды в теле.
Вся вода организма обновляется примерно через месяц, а внеклеточное водное пространство - за неделю.
Гипергидратация организма
Избыточное поступление и образование воды при неадекватно малом ее выделении из организма ведет к накоплению воды и этот сдвиг водного баланса получил название гипергидратация.
При гипергидратации вода накапливается, в основном, в интерстициальном водном секторе.
Водная интоксикация
Значительная степень гипергидратации проявляется водной интоксикацией.
При этом в интерстициальном водном секторе осмотическое давление становится ниже, чем внутри клеток, они поглощают воду, набухают и осмотическое давление в них становится тоже сниженным.
В результате повышенной чувствительности нервных клеток к уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться возбуждением нервных центров и мышечными судорогами.
Дегидратация организма
Недостаточное поступление и образование воды или чрезмерно большое ее выделение приводят к уменьшению водных пространств, главным образом, интерстициального сектора, что носит название дегидратация.
Это сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики.
Недостаток в организме воды в объеме 20% массы тела ведет к летальному исходу.
Регуляция водного баланса организма
Система регуляции водного баланса обеспечивает два основных гомеостатических процесса:
во-первых, поддержание постоянства общего объема жидкости в организме и,
во-вторых, оптимальное распределение воды между водными пространствами и секторами организма.
К числу факторов поддержания водного гомеостазиса относятся осмотическое и онкотическое давление жидкостей водных пространств, гидростатическое и гидродинамическое давление крови, проницаемость гистогематических барьеров и других мембран, активный транспорт электролитов и неэлектролитов, нейро-эндокринные механизмы регуляции деятельности почек и других органов выделения, а также питьевое поведение и жажда.
Водно солевой обмен
Водный баланс организма тесно связан с обменом электролитов. Суммарная концентрация минеральных и других ионов создает определенную величину осмотического давления.
Концентрация отдельных минеральных ионов определяет функциональное состояние возбудимых и невозбудимых тканей, а также состояние проницаемости биологических мембран,- поэтому принято говорить о водно-электролитном (или солевом) обмене.
Водно электролитный обмен
Поскольку синтез минеральных ионов в организме не осуществляется, они должны поступать в организм с пищей и питьем. Для поддержания электролитного баланса и, соответственно, жизнедеятельности, организм в сутки должен получать примерно 130 ммоль натрия и хлора, 75 ммоль калия, 26 ммоль фосфора, 20 ммоль кальция и других элементов.
Роль электролитов в жизнедеятельности организма
Для гомеостаза электролитов необходимо взаимодействие нескольких процессов: поступление в организм, перераспределение и депонирование в клетках и их микроокружении, выделение из организма.
Поступление в организм зависит от состава и свойств пищевых продуктов и воды, особенностей их всасывания в желудочно-кишечном тракте и состояния энтерального барьера. Однако, несмотря на широкие колебания количества и состава пищевых веществ и воды, водно-солевой баланс в здоровом организме неуклонно поддерживается за счет изменений экскреции с помощью органов выделения. Основную роль в этом гомеостатическом регулировании выполняют почки.
Регуляция водно-солевого обмена
Регуляция водно-солевого обмена, как и большинство физиологических регуляций, включает афферентное, центральное и эфферентное звенья. Афферентное звено представлено массой рецепторных аппаратов сосудистого русла, тканей и органов, воспринимающих сдвиги осмотического давления, объема жидкостей и их ионного состава.
В результате, в центральной нервной системе создается интегрированная картина состояния водно-солевого баланса в организме. Следствием центрального анализа является изменение питьевого и пищевого поведения, перестройка работы желудочно-кишечного тракта и системы выделения (прежде всего функции почек), реализуемая через эфферентные звенья регуляции. Последние представлены нервными и, в большей мере, гормональными влияниями.опубликовано econet.ru
Ранее уже были рассмотрены биологические функции воды и ее содержание в организме человека. В настоящем разделе мы рассмотрим некоторые конкретные примеры участия воды в обмене веществ.
Потребность организма в воде зависит от многих факторов: температуры окружающей среды, характера деятельности, состава потребляемой пищи. Человек удовлетворяет потребность в воде за счет экзогенных и эндогенных источников. К экзогенным источникам относятся твердая и жидкая пища, питье. Потребление экзогенной воды регулируется чувством жажды, возникающим вследствие повышения осмотического давления плазмы крови и лимфы при усиленном выведении воды из организма, либо при ограничении поступления ее с пищей, а также при избыточном потреблении минеральных солей. Эндогенная вода образуется внутри организма при окислении биологических молекул. При окислении различных веществ синтезируется разное количество эндогенной воды: при окислении 100 г жира образуется 107 г воды; 100 г белка – 41 г; 100 г углеводов – 55 г. Образование эндогенной воды увеличивается во время мышечной работы, а также при охлаждении организма.
Перераспределение воды внутри организма происходит постоянно. Изменение распределения воды между плазмой крови, лимфой, меж- и внутриклеточными жидкостями происходит при интенсивной мышечной работе, требующей большого количества энергии в виде АТФ. Напряженная работа мышц приводит к увеличению в клетках и межклеточной жидкости концентрации молочной кислоты и катионов Ка+, что обуславливает усиленный приток воды в клетки и межклеточную жидкость, а содержание воды в плазме крови наоборот снижается.
Выделение воды из организма происходит с мочой (1,5–1,6 л в сутки), потом (0,5–0,6 л), выдыхаемым воздухом (0,4 л), калом (0,2 л). Потери воды с потом и выдыхаемым воздухом значительно увеличиваются при длительной мышечной работе. На состояние организма пагубно влияет как недостаток, так и избыток воды. При излишке воды увеличивается нагрузка на сердце и почки, происходит вымывание из организма необходимых органических и минеральных веществ. При недостатке воды повышается вязкость крови, что затрудняет работу сердца, может задерживаться выведение продуктов обмена, высокая концентрация которых приводит к нарушению метаболизма.
Вода играет значительную роль в метаболизме углеводов, липидов и белков. Как было показано выше, основным путем распада белков, полисахаридов и липидов является гидролиз, протекающий при участии соответствующих ферментов, относящихся к классу гидролаз. Для аминокислот характерно гидролитическое дезаминирование с образованием оксикислот, а гидролиз аспарагина и глугамина приводит к образованию аспарагановой и глутаминовой кислот, соответственно. Основополагающее значение в энергетическом обмене имеет гидролиз макроэргической связи в молекуле АТФ (в трансляции – гидролиз ГТФ).
Второй процесс, где вода играет роль субстрата – это реакции гидратации, связанные сприсоединением воды по месту разрыва двойной связи. Примеры реакций гидратации можно найти в любом виде обмена. Не обходятся без участия воды и некоторые биосинтетические процессы. Например, прямое аминирование оксикетокислот, прежде всего a-кетоглутаровой кислоты, синтез высших жирных кислот и другие процессы.
Некоторые катионы оказывают специфическое влияние на задержку и выведение воды из клеток и тканей организма. Катионы Nа+, например, вызывают задержку воды, а катионы К+ и Са2+, наоборот – выведение воды из клеток и тканей организма.
Почки – орган, на уровне которого происходит гормональная регуляция водного обмена. С одной стороны, диуретический гормон, выделяемый передней долей гипофиза, способствует усиленному выведению воды из организма с мочой (диурез), с другой – антидиуретический гормон (вазопрессин), образуемый задней долей гипофиза, повышает всасывание воды в почечных канальцах, сокращая тем самым диурез.
С водным обменом очень тесно связан минеральный обмен, к рассмотрению которого мы обратимся в следующем разделе.
Вода составляет основу всех биологических жидкостей: крови, лимфы, спинномозговой жидкости, мочи, соков пищеварительного аппарата, межклеточной жидкости.
Организм животных состоит на 60-70% из воды, которая подразделяется на внутриклеточную и внеклеточную. Наибольшее количество воды содержится внутри клеток. Внеклеточная жидкость включает плазму крови, межклеточную жидкость и лимфу. Основу внеклеточной и внутриклеточной воды составляет свободная вода. Вода, входящая в состав коллоидных систем, называется связанной. Благодаря действию ферментов вода включается в многочисленные биохимические реакции: гидролиз, гидратацию, синтез всех органических веществ, процессы клеточного дыхания. Вода служит средой, в которой происходят все биохимические реакции организма. Вода используется в организме для образования различных секретов и теряется с потом, фекалиями, парами выдыхаемого воздуха, мочой.
У здорового животного в организме существует водное равновесие. В водном обмене принимают участие почки, легкие, кожа, желудочно-кишечный тракт, эндокринные железы. Почки служат главным органом регуляции водного обмена. В условиях недостатка воды они выделяют мало мочи, но она сильно концентрирована. При избытке воды почки выводят большое количество разбавленной мочи. Способность почек изменять концентрацию мочи нарушается при тяжелых почечных заболеваниях.
Легкие выделяют воду в виде водяного пара. Это происходит в результате того, что воздух в альвеолах при температуре тела насыщен водяными парами. Количество воды, выводимой через легкие, зависит от обмена, частоты дыхания и температуры тела. При усиленной мышечной деятельности, лихорадках, возбуждении увеличивается объем дыхания и соответственно возрастает количество выводимой воды.
Через кожу потеря воды происходит путем испарения и выделения пота. Испарение воды кожей зависит от разницы температур тела и внешней среды. Пот представляет собой секрет потовых желез. Потоотделение происходит периодически и связано с повышением температуры воздуха. Способность организма выделять пот разного состава является приспособительной реакцией. При высокой температуре окружающего воздуха у животных с недостаточной акклиматизацией выделяется пот, состав которого приближается к составу плазмы крови.
Определенное количество воды образуется в организме в процессе окисления некоторых веществ. Например, при окислении 100 г жира образуется 87 мл воды. Лошади потребляют в сутки в среднем 40-50 л воды, крупный рогатый скот - 40-90 л, свиньи - 10-20 л.
Регуляцию водно-солевого обмена осуществляет гипоталамус, находящийся в промежуточном мозге. В гипоталамусе находятся центр жажды и специальные рецепторы. Эти структуры связаны с осморецепторами. Осморецепторы - это клетки, высокочувствительные к изменениям осмотического давления внутренней среды. Осморецепторы расположены в гипоталамусе, а также в кровеносных сосудах печени, почек, селезенке, пищеварительном тракте, в сино- каротидной рефлексогенной зоне. Часть осморецепторов относится к механорецепторам, так как они реагируют на изменение объема клетки при поступлении или выходе из нее жидкости в случае изменения осмотического давления среды. Другие осморецепторы являются хеморецепторами и регистрируют концентрацию определенных ионов. Среди таких рецепторов важное значение имеют специализированные Na-рецепторы, а также кальций- и магний-рецепторы. Осморецепторы, воспринимая изменения осмотического давления, передают информацию в гипоталамус, регулирующий секрецию гормонов гипофизом.
Информация об осмотическом давлении поступает в гипоталамус не только от осморецепторов, но и от волюморецепторов - рецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внутриклеточной жидкости. Эти рецепторы локализуются в предсердиях, правом желудочке, полых венах. Импульсы от волюморецепторов поступают в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва.
Осмотическое давление - диффузионное давление, обеспечивающее движение растворителя через полупроницаемую мембрану. В норме оно у животных и человека составляет 7,6 атм (7,6 10 5 Па). Отклонение значения этого параметра от нормы опасно для жизни. Поэтому в организме сформировались надежные механизмы регуляции осмотического давления, количества солей и воды.
При обезвоживании организма увеличивается концентрация осмотически активных веществ в плазме крови, повышается осмотическое давление, возбуждаются осморецепторы и тормозится продукция адренокортикотропного гормона (АКТГ), усиливается секреция антидиуретического гормона. Данный гормон повышает реабсорбцию воды в петле Генле, тормозит процессы обратного всасывания солей, одновременно повышая фильтрацию в мальпигиевых клубочках. Это приводит к удержанию воды в тканях, выведению солей из организма и нормализации осмотического давления жидкостей.
При избыточном содержании воды в организме (гипергидратация) концентрация растворенных осмотически активных веществ в крови снижается и ее осмотическое давление падает. Образование антидиуретического гормона (АДГ) уменьшается, а АКТГ, наоборот, усиливается. Адренокортикотропный гормон стимулирует функцию клубочковой зоны коры надпочечников, где вырабатываются мине- ралокортикоиды, а также пучковой зоны, продуцирующей глюкокортикоиды.
Из минералокортикоидов наиболее активным является альдосте- рон, а из глюкокортикоидов - кортизон. Эти гормоны сужают просвет выносящих сосудов, тормозят реабсорбцию воды и повышают реабсорбцию солей.
Поддержание оптимального осмотического давления крови связано с определенным питьевым поведением, вызванным жаждой.
Жажда у животных возникает при уменьшении содержания воды в организме или при увеличении концентрации натрия и связана с раздражением многих рецепторов. Во время питья вода очень быстро уменьшает жажду вследствие уменьшения потока импульсов от осморецепторов желудочно-кишечного тракта в питьевой центр. Затем вода всасывается и попадает в общий кровоток, внутренняя среда вновь становится изотоничной и возникает истинное водное насыщение.
