Вода - найважливіша складова частина всіх клітин. У кількісному відношенні її міститься значно більше, ніж інших компонентів. Однак вода є не тільки складовою частиною клітин, вона служить також середовищем, в якій існують клітини і за допомогою якої підтримується зв'язок між ними. Крім того, вода - це середовище, де протікають всі хімічні реакції, пов'язані з життєдіяльністю організму.
Вода виконує важливу механічну роль, сприяючи ковзанню труться (суглоби, зв'язки і т.д.).
Завдяки випаровуванню води з поверхні шкіри людина і теплокровні тварини зберігають постійну температуру тіла при посиленому утворенні теплоти в організмі або при високій температурі навколишнього середовища.
Вода становить основу всіх рідин в організмі: крові, лімфи, сечі, соків травного апарату, спинномозкової рідини та ін. Тому будь-які живі організми, як правило, не здатні переносити зневоднення. Людина і тварини гинуть від нестачі води значно швидше, ніж від нестачі їжі. Якщо повне голодування людина може витримати протягом 30 діб і більше, то без води смерть настає через кілька діб.
Рівень води в різних тканинах неоднаковий. Сполучна і кісткова тканини містять відносно мало води, а кров, нервова тканина, м'язи, печінка - значно більше. Кількість води в організмі залежить також від вмісту жиру: чим більше жиру, тим менше води.
Всю воду в організмі можна поділити на внутрішньоклітинну, або інтрацелюлярна (
72%), і позаклітинне, або екстрацелюлярний (
Кров, лімфа і міжклітинна рідина всього організму утворюють єдину фазу. Склад лімфи і міжклітинної рідини приблизно відповідають складу плазми крові. Рідке середовище клітин різних тканин організму має приблизно однаковий склад і визначається як внутрішньоклітинна рідина. Внутрішньоклітинна рідина містить в середньому близько 35-45% води по відношенню до маси тіла, позаклітинна - 15%. Ці рідини розрізняються також за складом електролітів. Під позаклітинної рідини переважають іони натрію, хлору і гідрокарбонатів; у внутрішньоклітинної - іони калію, а також білки і фосфорні ефіри.
Стан води в організмі. В органах, тканинах і клітинах вода знаходиться у вигляді вільної, гідратаціонной і іммобільною.
Вільна вода становить основу багатьох біологічних рідин: крові, лімфи, травних соків, спинномозкової рідини.
Вона бере участь в доставці поживних речовин і видалення продуктів обміну з органів, тканин і клітин.
Частина води знаходиться в зв'язаному стані, беручи участь в утворенні гідратних оболонок. Це так звана гідратаційна вода. Вона утворює гідратів оболонки навколо молекул білків, нуклеїнових кислот і неорганічних іонів. Гідратаційна вода становить близько 40% всієї води тканин, причому 10-40% її пов'язують білки. Ця вода за своїми властивостями відрізняється від звичайної: вона не замерзає при зниженні температури до 0 ° С і нижче і не має властивості розчинника.
Велика частина води в організмі зосереджена між різними молекулами, мембранами, волокнистими структурами і механічно ними зафіксована, не входячи до складу гідратних оболонок. Така вода отримала назву іммобільною. Іммобільності вода замерзає при температурі нижче 0 ° С, розчиняє багато речовин і легко бере участь в реакціях обміну речовин.
Між різними видами води існує динамічна рівновага, одна її форма може переходити в іншу. Так, поповнення кількості гідратної води відбувається за рахунок іммобільною і вільної води.
Обмін води і регуляція водного обміну. Основними джерелами води для організму є продукти харчування і питна вода. Вода, що надходить з їжею, називається екзогенної і становить 6/7 всієї води організму. Інша частина (1/7) загальної маси води утворюється в тканинах людини як кінцевий продукт окислення нуклеїнових кислот, білків, ліпідів, вуглеводів. Це - ендогенна вода. Встановлено, що при повному окисленні 100 г жирів організм отримує 107,1 г, вуглеводів - 55,6 г і білків 41,3 г води. Щодоби дорослій людині необхідно близько 2,5-3 л води. Однак ця кількість може сильно змінюватися в залежності від віку людини, характеру його роботи, температури навколишнього середовища і виду їжі. Зазвичай близько 1 л води вводиться в організм у складі так званої твердої їжі (хліба, м'яса, картоплі і т.п.), решта - у вигляді пиття (води, чаю, супу, молока і ін.).
Обмін води в організмі є частиною загального обміну речовин і тісно пов'язаний з обміном нуклеїнових кислот, білків, ліпідів і вуглеводів. У водному обміні беруть участь нирки, легені, шкіра і харчової канал.
Вода всмоктується слизовою оболонкою травного каналу на всій його довжині, однак переважно в товстій кишці. Молекули води разом з перетравленими речовинами проникають в глиб епітеліальних клітин слизових оболонок в результаті дифузії і осмосу, а також частково шляхом активного транспорту, який здійснюється білками крові - альбумінами і глобулінами.
З організму вода виділяється головним чином з сечею - близько 1,2-1,5 л, що становить близько 60% всієї виділеної води. Невелика кількість її, близько 0,2-0,3 л, виділяється через легені в процесі дихання. Це відбувається в результаті того, що повітря в альвеолах при температурі тіла насичується водяними парами. Через шкіру втрата води в кількості до 1 л відбувається шляхом потовиділення і випаровування. Незначна частина води - 0,2 л - виділяється через харчової канал разом з калом.
Кількість виділеної організмом води може значно змінюватися в залежності від умов навколишнього середовища, виконуваної роботи і стану організму. Так, в жаркому кліматі значно зростає виділення води при потовиділенні (до 4-5 л). При інтенсивній роботі, підвищенні температури тіла, внаслідок збільшення обсягу дихання посилюється виділення води через легені.
У регуляції водного обміну активну участь бере центральна нервова система, зокрема, такі її відділи, як кора великих півкуль, проміжний і довгастий мозок, а також багато залози внутрішньої секреції. Деякі гормони, що виділяються залозами, сприяють затриманню води в організмі, інші - навпаки, стимулюють її виділення.
В основі регуляції водного обміну лежить підтримання сталості осмотичного тиску, а основний регуляторною системою обміну води є система «гормони - нирки». З гормонів, які беруть участь в регуляції обміну води, перш за все слід виділити гормон задньої долі гіпофіза - вазопресин і гормон кори надниркових залоз - альдостерон.
Вазопресин викликає скорочення ниркових судин, в результаті чого зменшується діурез (сечовиділення), а отже, і виділення води з організму. Тому вазопресин часто називають антидиуретическим гормоном. Секреція цього гормону регулюється величиною осмотичного тиску плазми крові. Підвищення тиску стимулює вироблення вазопресину, який знижує виділення води з організму шляхом підвищення водоудерживающей здатності тканин і за рахунок збільшення виділення концентрованої сечі. В результаті цього осмотичний тиск зменшується, роздратування нейрогипофиза знижується і секреція вазопресину припиняється.
Дія на водний обмін альдостерону пов'язане з рівнем натрію в плазмі крові. Зниження осмотичного тиску і виділення з організму води і, отже, розведеної сечі у великій кількості пов'язане зі зниженням концентрації натрію в плазмі крові. Зниження рівня натрію викликає підвищену секрецію альдостерону, який посилює процеси зворотного всмоктування натрію в нирках і тим самим затримує його в організмі. Підвищення рівня натрію в плазмі гальмує секрецію цього гормону.
Таким чином, різні механізми дії цих двох гормонів залежать від осмотичного тиску плазми, зниження якого обумовлює підвищену секрецію альдостерону і гальмування вироблення вазопресину. При підвищенні осмотичного тиску спостерігаються зворотні процеси в регуляції водного обміну.
Серед інших гормонів, що беруть участь в регуляції обміну води, необхідно відзначити тироксин - гормон щитовидної залози, паратирин - гормон паращитовидної залози, андрогени і екстрогени - гормони статевих залоз. Вони стимулюють виділення води нирками.
Важливу роль в гідратації і дегідратації тканин виконують мінеральні речовини. Іони натрію збільшують гідратацію тканин і затримують воду в організмі. Іони калію і кальцію, навпаки, дегідратірующая тканини і сприяють видаленню води з організму.
Надходження води в організм регулюється почуттям спраги, яке виникає в результаті рефлекторного збудження певних ділянок кори головного мозку при зміні осмотичного тиску плазми крові. Вся введена в організм вода більш-менш швидко всмоктується і надходить у кров'яне русло.
Таким чином, регуляція водного обміну здійснюється нейрогормональні шляхом.
Обмін мінеральних речовин
Значення мінеральних речовин в організмі людини. До числа незамінних речовин організму відносяться мінеральні солі і окремі хімічні елементи, хоча вони, так само як і вода, не володіють поживну цінність і не є джерелами енергії.
У складі живих організмів виявлено близько 70 хімічних елементів, з них 47 містяться в них постійно. Це так звані біогенні хімічні елементи. Їх значення визначається тим, що вони входять до складу клітин органів і тканин, а також біологічно активних речовин - ферментів, гормонів, вітамінів, білків, беруть участь в реакціях обміну. Це такі елементи, як кисень, вуглець, азот, водень, кальцій, фосфор, калій, сірка, хлор, натрій, магній, цинк, залізо, мідь, йод, марганець, вольфрам, молібден, кобальт, кремній. Роль і значення інших елементів вивчені недостатньо, хоча вони також містяться в тканинах організму.
Найбільше мінеральних речовин міститься в кістках (48- 74% загальної маси) і хрящах (2-10%). Решта органи і тканини містять невелику кількість мінеральних речовин.
У клітинах і тканинах організму мінеральні речовини знаходяться як у вільному, так і в зв'язаному станах. У кістках, хрящах та дентину зубів, наприклад, вони знаходяться у вигляді міцних нерозчинних сполук - неорганічних солей вугільної, фосфорної та інших кислот. У вільному стані, а також у вигляді іонів мінеральні речовини містяться в біологічних рідинах - крові, лімфі, травних соках.
Значна частина елементів входить до складу розчинних неорганічних сполук, які беруть участь в регуляції осмотичного тиску. Натрієві і калієві солі фосфорної та вугільної кислот утворюють з білками тканин і крові буферні системи, беручи участь в підтримці сталості рН середовища в тканинах і клітинах.
Іони неорганічних речовин визначають фізико-хімічні властивості колоїдів організму - явища гідратації, в'язкість, розчинність, здатність до набухання і ін. Деякі мінеральні речовини, наприклад сірчана кислота, беруть участь в нейтралізації отруйних продуктів.
Особливо велика роль хімічних елементів, які є активаторами або паралізатор дії ферментів або беруть участь у формуванні їх третинної і четвертинної структури. Іони металу, вступаючи у взаємодію з різного роду функціональними групами амінокислот, розташованих в різних місцях молекули ферменту, стабілізують її третинну і четвертинних структури, підтримуючи тим самим специфічну геометричну конфігурацію активного центру (рис. 50, а). Крім того, іони металів можуть взаємодіяти також з окремими функціональними групами амінокислот найактивнішого центру (рис. 50, б) і утримувати таким чином його певну геометричну конфігурацію, а разом з тим третинну і четвертинних структури молекули ферменту в цілому.
Як приклади участі іонів металів у формуванні та стабілізації третинної і четвертинної структур ферментів можна привести стабілізацію структури # 945; -амілази і трипсину іонами Са 2+. ксантиноксидази - іонами Сu 2+. креатинкінази - іонами Mg 2+. піруваткарбоксілази - іонами Мn 2+ і т.д.
Всі біогенні елементи ділять на макро-, мікро- і ультрамікроелементи. Макроелементи містяться в організмі у кількості від 10 -2% і вище. До них відносяться кальцій, калій, фосфор, натрій, сірка, хлор, магній. До мікроелементів належать залізо, цинк, фтор, молібден, мідь, бром, кремній, йод, марганець, алюміній, свинець і ін. Їх кількість в організмі становить від 10 -3 до 10 -5%.
Ультрамікроелементи - вольфрам, хром, нікель, цинк, барій, срібло і багато інших - складають близько 10 -6% і менше.