Обмен воды и минеральных веществ

Человеческий организм на 60% состоит из воды. Жировая ткань содержит 20% воды (от ее массы), кости — 25, печень — 70, скелетные мышцы — 75, кровь — 80, мозг 85%.

Для нормальной жизнедеятельности организма, который живет в условиях меняющейся среды, очень важно постоянство внутренней среды организма. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы. Вода — хороший растворитель.

Без воды человек может прожить не более 7-10 дней, тогда как без пищи — 30-40 дней. Удаляется вода вместе с мочой через почки (1700мл), с потом через кожу (500 мл) и с воздухом, выдыхаемым через легкие (300 мл).

Отношение общего количества потрeбляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным балансом. Если количество потрeбляемой воды меньше количества выделяемой, то в организме человека могут наблюдаться различного рода расстройства его функционального состояния, так как, входя в состав тканей, вода является одним из структурных компонентов тела, находится в виде солевых растворов и обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов, ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4-5% массы тела.

Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых поддерживается постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости; они участвуют в процессах секреции, всасывания выделения и т.д.

Обмен воды и минеральных веществ

Человеческий организм на 60% состоит из воды. Жировая ткань содержит 20% воды (от её массы), кости – 25, печень – 70, скелетные мышцы – 75, кровь –80, мозг – 85%.

Для нормальной жизнедеятельности организма, который живёт в условиях меняющей среды, очень важно постоянство внутренней среды организма. Её создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы. Вода хороший растворитель. Только в жидкой среде протекают окислительно‑восстановительные процессы и другие реакции обмена. Жидкость участвует в трaнcпортировке некоторых газов, перенося их либо в растворённом состоянии, либо в виде солей. Вода входит в состав пищеварительных соков, участвует в удалении из организма продуктов обмена, среди которых содержатся и токсические вещества, а также в терморегуляции.

Без воды человек может прожить не более 7–10 дней; тогда как без пищи –30–40 дней. Удаляется вода вместе с мочой через почки (1700 мл), с потом через кожу (500 мл) и с воздухом, выдыхаемым через лёгкие (300 мл).

Обмен воды и электролитов, по существу, представляет собой единое целое, поскольку биохимические реакции протекают в водных средах, а многие коллоиды являются сильно гидратированными, т.е. соединёнными физико-химическими связями с молекулами воды.

Вода поступает в организм человека в «чистом виде» и в составе различных продуктов, с которыми он тоже получает необходимые ему элементы. Суточная потребность человека в воде составляет 2,0–2,5 л. Суточная потребность человеческого организма в некоторых микроэлементах следующая: калия 2,7–5,9 г, натрия – 4–5 г, кальция – 0,5 г, магния – 70–80 мг, железа – 10–15 мг, марганца – до 100 мг, хлора – 2–4 г, йода – 100–150 мг.

Обмен воды и электролитов в организме имеет сложную нервно-гумopaльную регуляцию. Наиболее подвержены регуляторным воздействиям вода и тесно связанный с нею в метаболизме натрий. Сложная рефлекторная цепь регуляции водно-электролитного обмена начинается с четырёх рецепторов, которые сигнализируют об изменении количества воды в организме. Во-первых, это рецепторы слизистой рта, подсыхание которой вызывает чувство жажды. Однако это ощущение проходит при смачивании слизистой, хотя вода в организм при этом не поступает. Поэтому данный вид жажды называется ложной жаждой. Во-вторых, сигналы о необходимости восполнить запасы воды в организме или прекратить её потрeбление идут от барорецепторов слизистой желудка. Раздувание желудка ведёт к исчезновению чувства жажды, а спадение его стенок, наоборот, к возникновению. Поскольку жажда, возникающая в этом случае, связана не с изменением содержания воды в организме, а с изменением тонуса желудочной стенки, она также ложная. Третью группу нервных окончаний, принимающих участие в регуляции водно‑электролитного обмена, составляют осморецепторы тканей, которые сигнализируют об изменениях осмотического давления в тканях. Чувство жажды при раздражении осморецепторов – это вид жажды истинный. И наконец, четвёртая группа рецепторов – волюм-рецепторы сосудистого русла, реагирующие на изменение объёма циркулирующей в сосудистой системе крови.

Читать еще: Что такое эзофагоскопия и как она проводится?

В регуляции водно-солевого обмена принимают участие и дистантные рецепторы (зрительный, слуховой), обеспечивающие условнорефлекторный компонент регуляции. Импульсы со всех указанных групп рецепторов идут в гипоталамус, где расположен центр водорегуляции. Отсюда поступают «комaнды» на эффекторы, выводящие воду из организма.

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический).

В регуляции электролитного обмена играют роль и другие гормоны коры надпочечников, объединяемые одним названием минералокортикоиды. При их недостатке нарушается обмен калия, развивается гипокалиемия (т.е. понижение содержания калия и в организме в целом), вследствие чего возникает мышечная адинамия и ряд других серьёзных нарушений обмен; кальция и фосфора регулируется паратгормоном – секретом паращитовидных желез, который стабилизирует уровень этих элементов в организме благодаря тому, что под его воздействием кальций связывается с белками и его выведение из организма резко тормозится. Наконец, на водно-электролитный обмен оказывает влияние и адреналин, который, спазмируя клубочковые сосуды почек, снижает величину фильтрационного давления и ведёт к уменьшению диуреза, т.е. к уменьшению выведения воды из организма, важна роль и вегетативных нервов, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов, ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4–5% массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определённого содержания ионов минеральных веществ, за счёт которых поддерживается постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости; они участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения и т.д.

Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей приходится добавлять, например, хлористый натрий (NaCI – поваренная соль) в пищу по 10 – 12г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70% всего фосфора и 99% кальция, имеющихся в организме.

Нормальный рост и развитие организма зависят от поступления достаточного количества Na. Ионы Cl идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы Na и Cl участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения. В состав гемоглобина – переносчика О2 и СО 2 – входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведёт к тяжёлому заболеванию – малокровию. Йод является важной составной частью гормона щитовидной железы – тироксина, который принимает участие в регуляции обмена веществ, а калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения, связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют также кальций (Са), магний (Mg), медь (Cu), сера (S), цинк (Zn), бром (Br), фтор (F).

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ВОДЫ;

В отличие от белков, жиров и углеводов минеральные вещества и вода в организме высших животных не имеют энергетического значения, тем не менее они совершенно необходимы. Большинство минеральных соединений находится в организме в виде водных растворов, поэтому минеральный обмен тесно связан с водным обменом.

Рольминеральных соединений в организме очень разнообразна; они являются обязательной составной частью всех клеток тела; нужны для синтеза некоторых жизненно важных соединений, например гемоглобина; в основном благодаря солям создается определенное осмотическое давление крови и тканей. Например, хлористый натрий обеспечивает ¾ величины осмотического давления плазмы крови, соли принимают участие в поддержании кислотно-щелочного равновесия и сохранении относительного постоянства активной реакции крови, с минеральными солями связаны секреция пищеварительных желез и перенос газов; распадаясь на ионы, минеральные вещества оказывают специфическое влияние на физиологические процессы.

Химические элементы, составляющие основную часть живого вещества (96% веса тела), называются макроэлементами, или биогенными элементами; к ним относятся углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор, калий, кальций, натрий, магний, железо, хлор. Химические элементы, содержание которых в организме ничтожно мало (4% веса тела), получили название микроэлементов. Это медь, цинк, кобальт, марганец, йод, фтор и многие другие. Несмотря на незначительно малое количество, микроэлементы оказывают значительное влияние в целом на обмен веществ, ферментативные и другие процессы. Так, в состав витамина В12, входит кобальт, и недостаток этого витамина в кормах может повести за собой анемию у животных. В настоящее время стало возможным лечение таких болезней сельскохозяйственных млекопитающих и птиц, которые вызываются недостатком или избытком определенных микроэлементов (лизуха, перозис и др.).

Выделены территориальные так называемые биогеохимические зоны, вполне благополучные по количеству и составу микроэлементов в воде и кормах, и зоны с недостаточным пли избыточным содержанием в воде и кормах некоторых микроэлементов, что отрицательно влияет на нормальное течение жизненных отправлений у животных. При разработке норм кормления сельскохозяйственных животных необходимо учитывать их потребность и в микроэлементах.

Из минеральных веществ наибольшее значение для животных имеют соединения натрия, калия, кальция, фосфора, железа, хлора, йода. Ионы натрия и калия оказывают влияние на возбудимость нервной системы, на сердечную деятельность. В основном благодаря NаСI поддерживается нормальное осмотическое давление крови. В растительных кормах больше калия, в животных, наоборот, натрия. Поэтому травоядные животные обычно испытывают недостаток в поваренной соли, и ее приходится добавлять в рационы. Чрезмерное скармливание поваренной соли вызывает «солевую лихорадку». Особенно чувствительным к избытку NаС1 свиньи и птица.

К а л ь ц и й и ф о с ф о р составляю в теле животных 65 – 70% всех минеральных соединений. Большая часть кальция представлена в виде фосфорных и углекислых солен. Он входит в состав плазмы крови, лимфы, особенно много его в костной ткани. Фосфор содержится в виде органических соединений в составе белков, жиров, углеводов и в виде неорганических соединений с кальцием, натрием и калием в крови и тканях. Фосфор необходим для нормального межуточного обмена. Кальций и фосфор содержатся во всех кормах; в грубых кормах больше кальция, в концентрированных — фосфора. Соотношение кальция к фосфору в рационе должно быть примерно 2 или 1,5: 1. Наилучшее соотношение этих веществ в молоке. На отложение солей кальция и фосфора отрицательно влияет недостаток витамина D. При недостаточном отложении солей кальция и фосфора в костной ткани у молодых животных развивается рахит, у взрослых — остеомаляция (размягчение костей).

Читать еще: Лечебные свойства масла черного тмина

Ж е л е з о входит в состав гемоглобина крови и откладывается в печени в виде резерва. В кормах обычно железа вполне достаточно, и дополнительная дача его не требуется. Недостаток в железе испытывают чаще поросята, у которых развивается малокровие (анемия).

Й о д является важнейшим компонентом гормона щитовидной железы — тироксина. Недостаток его вызывает задержку развития плода и новорожденного, снижается оплодотворяемость животных, отмечаются aбopты.

Из кишечника минеральные вещества корма всасываются в виде солей и ионов. Из организма минеральные вещества выделяются с мочой, калом и отчасти с потом.

Воды в организме около 65%; у новорожденных—до 85% . Ее количество пополняется с питьевой водой, с кормом и при внутриклеточном распаде органических веществ. При окислении 1 кг жира получается 1,070 кг воды, 1 кг крахмала — 0,555 кг, 1 кг белка— 0,413 кг.

Высокое содержание воды в организме объясняется ее важной ролью в жизненных процессах. Вода — необходимый структурный элемент клеток, растворитель веществ, поступающих в организм, переносчик питательных веществ и продуктов обмена, среда для всех химических реакций, связанных с обменом. Насколько важна роль воды в физиологических процессах, видно хотя бы из того, что животные могут обходиться без корма дольше, чем без воды. На каждый килограмм сухого вещества корма животные потрeбляют в среднем: свиньи 7-8 л воды, коровы 4-6 л, лошади 2-3 л, овцы 2-3 л. Принятая вода разносится по всему телу и задерживается в различных тканях и органах. Больше всего воды в коже и в мышцах (49% всей воды, содержащейся в организме). Из организма вода выделяется через почки — с мочой, через легкие — в парообразном состоянии, через кишечник — с калом и через кожу — с потом.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 73,2±3% безжировой массы тела и варьирует от 10% содержания в жировой ткани до 83% — в почках и крови. Водный баланс в организме поддерживается за счет равенства объемов потерь воды, ее поступления в организм и метаболического образования. Суточная потребность в воде взрослого человека колeблется в зависимости от условий от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (-1200 мл), с пищей (-900 мл) и образующейся в организме в ходе обменных процессов эндогенной воды (-300 мл). Такое же количество воды выводится в составе мочи (-1400 мл), кала (-100 мл), посредством испарения с поверхности кожи и дыхательных путей (-900 мл). Минимальная суточная потребность в воде составляет около 1700 мл.

Потребность организма в воде зависит от хаpaктера питания. При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и при небольшом поступлении в организм натрия хлорида эти потребности меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность в воде, которая необходима для экскреции с большим объемом мочи осмотически активных веществ: мочевины и минеральных ионов.

Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации. Это сопровождается дегидратацией и нарушением функции клеток (прежде всего нейронов), сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики. Недостаток в организме воды в объеме 20% массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых из организма, приводят к водной интоксикации. При этом во внеклеточной жидкости осмотическая концентрация становится ниже, чем внутри клеток, они поглощают воду и набухают. В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных центров к уменьшению осмоляр- ности водная интоксикация может сопровождаться мышечными судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязан и взаимозависим. Это обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внутренней среде организма и в клетках, а также значением сил осмоса для обмена и выведения из организма как воды, так и минеральных ионов. Для поддержания осмотического давления важна концентрация всех растворенных в воде минеральных и органических ионов.

Осуществление ряда физиологических процессов, например возбуждения, синаптической передачи сигналов, сокращения мышцы, невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации ионов Na + , К + , Са 2+ и других минеральных ионов. Поскольку их синтез в организме не осуществляется, все они должны поступать с пищей и питьем. Это обстоятельство нужно обязательно учитывать при составлении пищевых рационов. В случаях невозможности доставки в организм должного количества микроэлементов с пищей и водой, их содержание в организме может восполняться специальными препаратами, содержащими сбалансированный набор.

Данные о физиологической роли, суточной потребности и пищевых источниках минеральных ионов, сведения о микроэлементах приведены в табл. 4.1. К микроэлементам относят ту часть минеральных ионов, которые выполняют в организме ряд важных функций, но суточная потребность в них невелика. Содержание их в воде и продуктах питания человека также низкое.

Читать еще: Обзор эффективных и недорогих витаминов для похудения — какие пить при диете

Таблица 4.1. Физиологическая роль, суточная потребность ортанизма и источники поступления важнейших минеральных ионов и микроэлементов

Обмен воды и минеральных веществ

Вода и минеральные соли не являются источниками энергии, но их нормальное поступление и выведение из организма являются условием его нормальной жизнедеятельности. Они создают внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет и трaнcпортирует растворенные пищевые вещества, поступившие в организм. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела; испаряясь, она охлаждает тело, пpeдoxpaняя его от перегрева. В организме человека вода распределяется между клетками и межклеточными прострaнcтвами (табл. 12.8).

Вода всасывается в пищеварительном тpaкте. Минимальная суточная потребность в воде человека весом 70 кг — 2—2,5 л. Из них только 350 мл образуется в окислительных процессах, около 1 л поступает в организм с пищей, и около 1л — с выпиваемой жидкостью. Из организма примерно 60% воды выводится почками, 33% — через кожу и легкие, 6% кишечником и только 2% жидкости задерживается.

В организме новорожденного содержится относительно большое количество воды (рис. 12.11; табл. 12.9). У грудного ребенка она составляет 75% массы тела, а у взрослого — 50—60%. С возрастом объем внутриклеточной жидкости возрастает, при этом снижается количество воды в межклеточном веществе. В связи с большей поверхностью тела ребенка и более интенсивным обменом веществ, чем у взрослого человека, у детей вода выводится через легкие и кожу более интенсивно, чем у взрослых. Например, ребенок массой 7 кг за сутки выделяет 1/2 часть внеклеточной жидкости, а взрослый — 1/7. Вода в кишечнике у детей всасывается значительно быстрее, чем у взрослых. Из-за слабо развитого чувства жажды и низкой чувствительности осморецепторов дети более склонны к обезвоживанию, чем взрослые.

Аптидиуретический гормон (АДГ) задней доли гипофиза усиливает обратное всасывание воды из первичной мочи

Распределение жидкости в организме взрослого человека

Лимфа, тканевая жидкость

Распределение жидкости в организме детей разного возраста,

Рис. 12.11. Количество воды (в % от веса тела) в организме человека в разном возрасте

в кaнaльцах почек (вследствие чего уменьшается количество мочи), а также влияет на солевой состав крови. При уменьшении количества АДГ в крови развивается несахарный диабет, при котором в сутки выделяется до 10—20 л мочи. Вместе с гормонами коры надпочечников АДГ регулирует водно-солевой обмен в организме.

Соли, растворимые в воде, необходимы для поддержания буферных систем и pH жидкостей организма человека. Наиболее важными из них являются хлориды и фосфаты натрия, калия, кальция, магния. При недостатке или избытке в пище тех или иных солей, особенно натрия и калия, возникают нарушения водно-солевого баланса, которые приводят к обезвоживанию организма, отекам, нарушениям артериального давления.

С наличием минеральных веществ связаны явление возбудимости (натрий, калий, хлор), рост и развитие костей (кальций, фосфор), нервных элементов, мышц. Они способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор).

По мере роста ребенка количество солей в организме накапливается: у новорожденного соли составляют 2,55% массы тела, у взрослого — 5%. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ. Особенно велика у детей потребность в кальции и фосфоре, которые необходимы для формирования костной ткани. Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни и в период пoлoвoго созревания. На первом году жизни кальция требуется в восемь раз больше, чем на втором, и в 13 раз больше, чем на третьем году, затем потребность в кальции снижается. В дошкольном и школьном возрасте суточная потребность в кальции составляет 0,68—2,36 г.

У взрослых при снижении поступления в организм кальция он вымывается из костной ткани в кровь, обеспечивая постоянство ее состава (рис. 12.12). У детей при недостатке кальция в пище он, наоборот, задерживается костной тканью, что ведет к еще большему понижению его количества в кро-

Рис. 12.12. Регуляция обмена кальция в организме человека

ви. Для нормального процесса окостенения у детей дошкольного возраста соотношение поступления кальция и фосфора должно быть равным единице. В 8—10 лет кальция требуется несколько меньше, чем фосфора, в соотношении 1:1,5. В старшем школьном возрасте это соотношение изменяется в сторону увеличения содержания фосфора и должно равняться 1:2. Суточная потребность в фосфоре — 1,5—4,0 г.

У человека околощитовидные железы выpaбатывают па- ратгормон (ПтГ), регулирующий обмен кальция и фосфора в организме. При гипофункции околощитовидных желез происходит снижение содержания кальция в крови, что приводит к судорожным сокращениям мышц ног, рук, туловища и лица, называемым тетанией. Эти явления связаны с повышением возбудимости нервно-мышечной ткани в связи с недостатком кальция в крови, а следовательно, и в цитоплазме клеток. При недостаточном выделении ПтГ кости становятся менее прочными, переломы плохо заживают, легко ломаются зубы. К недостаточности гормональной функции околощитовидных желез особенно чувствительны дети и кормящие матери. В обмене кальция принимают также участие эстрогены, выpaбатываемые пoлoвыми железами — яичниками, и гормон щитовидной железы кальцитонин.