Водный обмен - это совокупность процессов всасывания воды, введенной в организм при питье и с , распределения ее в организме, образования воды при окислении жиров, и белков в тканях и выделения воды почками, легкими, кожей и кишечником. Водный обмен - составная часть общего обмена веществ организма.
Общее содержание воды во взрослом организме составляет 65-70% (у достигает 97%), при этом находится в свободном и связанном состоянии. Свободная вода легко переходит из клеток во внеклеточное пространство, плазму крови, лимфу и обратно; связанная вода прочно удерживается главным образом белками. В здоровом организме взрослого человека сохраняется состояние водного равновесия (баланс), т. е. количество воды, потребляемой и образующейся в организме, равно количеству выделяемой воды. Общее количество потребляемой при питье и с пищевыми продуктами воды равно 2000-2500 мл, в том числе при питье - 1200-1500 мл в сутки. Выделение воды происходит главным образом через (50-60%), остальная часть выделяется через кожу, легкие и кишечник. Водный обмен регулируется центральной нервной системой и гормонами. Нарушение функции регуляторных систем может вызвать тяжелые нарушения водного обмена и водного баланса, например отеки при диабетах, нефритах и др.
Водный обмен у детей. У детей водный обмен имеет ряд особенностей, связанных с большей интенсивностью обменных процессов, недостаточной концентрационной способностью почек, потерей воды в результате неощутимой перспирации (выведение воды через кожу и органы дыхания) и несовершенством нейрогуморальной регуляции усвоения и выведения воды из организма.
В первые шесть месяцев после рождения содержание воды постепенно снижается и в дальнейшем остается в пределах 65% независимо от возраста и пола. В период у юношей наблюдается несколько большее содержание воды в организме, чем у девушек. Уменьшение общего содержания воды в процессе роста ребенка происходит исключительно за счет внеклеточной жидкости. Количество воды внутри клеток по отношению к весу тела практически не изменяется. Влияние возраста на водный обмен особенно интенсивно сказывается на первом году жизни. См. также Обмен веществ и энергии.
Обмен воды
Ткани и клетки используют два вида воды: экзо- и эндогенную. Экзогенная вода поступает в организм извне - с кормом и питьем. В общей массе она составляет 6 / 7 всей воды, необходимой для жизни организма. 1 / 7 общей массы воды образуется в тканях животного как конечный продукт окисления нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов. Это эндогенная вода . Установлено, что при полном окислении
100 г жиров организм получает 107,1 г воды, углеводов - 55,6 и белков - 41,3 г воды. Эндогенный путь получения организмом воды имеет большое значение для обитателей безводных пустынь и степей, для животных, которым свойственна зимняя спячка.
Всасывание воды . Небольшое количество воды всасывается в ротовой полости и в пищеводе, часть - в желудке (у жвачных - преджелудках и сычуге), основная масса - в тонкой кишке, часть - в толстой кишке. У кур вода в основном всасывается слизистой оболочкой слепой кишки. Слизистые оболочки пищевого канала у крупного рогатого скота в течение суток всасывают около 100 л воды, причем 75% этой воды приходится на пищеварительные соки.
Частицы воды вместе с переваренными питательными веществами проникают в глубь эпителия слизистых оболочек в результате диффузии и осмоса, частично - пиноцитоза и активного транспортирования. По эндоплазматической сети они постепенно перемещаются от апикального края клетки к базальному, поступают в межклеточное пространство, а затем - в межклеточную жидкость, капилляры, венулы, подэпителиальную и подслизистую венозные сети кишечной ворсинки, вены брыжейки, воротную вену и печень и далее в большой круг кровообращения. Некоторое количество воды поступает через лимфатическую систему.
Промежуточный обмен воды . После всасывания вода транспортируется в различные органы, ткани и клетки. Транспортирование воды к тканям и клеткам в основном осуществляют белки крови - альбумины и глобулины. Вода проникает в клетки прямым (непосредственно) или косвенным (через межклеточную жидкость) путем. Обмен воды в организме является частью общего обмена веществ. Соли натрия, особенно хлориды, способствуют накоплению воды тканями, вызывая набухание коллоидов. Соли кальция, наоборот, уменьшают связывание воды белками, стимулируя ее удаление из организма. Поэтому больным при воспалительных процессах рекомендуют вводить хлорид кальция внутривенно, так как он уменьшает процессы экссудации.
Обмен воды характеризуется водным балансом - соотношением принятой и выделенной из организма воды. При водном равновесии количество поступившей в
организм воды равно количеству выделенной. Положительный водный баланс типичен для растущих животных, водное равновесие - для взрослых животных, отрицательный водный баланс - для стареющих организмов, а также для животных, которые не получают необходимого количества питьевой воды, особенно при транспортировке и перегонах.
Конечный обмен воды . Вода выделяется из организма с мочой (до 50%), потом и выдыхаемым воздухом (до 35%), с калом (до 15%). Доля участия органов выделения в водном обмене изменяется в зависимости от условий внешней среды, вида и возраста животного, его функционального состояния. Например, если в организм лошади за сутки поступает 14-18 л воды, то с мочой ее выделяется 4-8 л, через легкие и кожу -6-12, с калом - 4-5, а объем воды, циркулирующей через кишки, - 80-90 л.
Регуляция водного обмена. Регуляция водного обмена осуществляется нейрогуморальным путем, в частности различными отделами центральной нервной системы: корой больших полушарий, промежуточным и продолговатым мозгом, симпатическими и парасимпатическими ганглиями.
В регуляции водного обмена участвуют многие железы внутренней секреции. Часть гормонов обладает антидиуретическим действием: например, гормоны вазопрессин, альдостерон, дезоксикортикостерон. Другие гормоны стимулируют выделение воды почками: тироксин, паратгормон, андрогены и эстрогены.
Патология водного обмена. Водный обмен нарушается при многих болезнях. В основе этих нарушений лежат морфофункциональные изменения в органах, участвующих в общем водном обмене, и расстройства нейрогуморальной регуляции.
Часто причиной патологии водного обмена может быть общее и водное голодание организма. При этом развиваются голодные отеки. При некоторых болезнях (столбняк, ботулизм, бешенство, болезнь Ауэски) затрудняется прием воды и возникает отрицательный водный баланс. Отдельные болезни (холера, чума,
диабеты, гастриты и энтериты) приводят к мочеизнурению и чрезмерной потере тканями воды. При некоторых патологических состояниях в тканях и органах затруднена циркуляция воды и возникает положительный водный баланс, особенно при болезнях почек, сердца и др.
Часто причинами нарушений водного обмена являются поражения центров нервной системы и желез внутренней секреции.
Контрольные вопросы
1. Каково значение воды для организма животных?
2. Каковы основные этапы обмена воды в организме животных?
3. Как регулируется водный обмен?
4. Что вам известно о патологии водного обмена?
Вода - важнейшая составная часть всех клеток. В количественном отношении ее содержится значительно больше, чем других компонентов. Однако вода является не только составной частью клеток, она служит также средой, в которой существуют клетки и с помощью которой поддерживается связь между ними. Кроме того, вода - это среда, где протекают все химические реакции, связанные с жизнедеятельностью организма.
Вода выполняет важную механическую роль, способствуя скольжению трущихся поверхностей (суставы, связки и т.д.).
Благодаря испарению воды с поверхности кожи человек и теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела при усиленном образовании теплоты в организме или при высокой температуре окружающей среды.
Вода составляет основу всех жидкостей в организме: крови, лимфы, мочи, соков пищеварительного аппарата, спинномозговой жидкости и др. Поэтому все живые организмы, как правило, не способны переносить обезвоживание. Человек и животные погибают от недостатка воды значительно скорее, чем от недостатка пищи. Если полное голодание человек может выдержать в течение 30 сут и более, то без воды смерть наступает через несколько суток.
В организме человека содержание воды составляет 2/3 массы тела и меняется с возрастом. Так, у четырехмесячного эмбриона количество воды составляет 94 %, у новорожденных - 77 %, у взрослых людей - 50-65 %. В теле мужчин содержится в среднем 60 % воды, тогда как у женщин - 50 %.
Уровень воды в разных тканях неодинаков. Соединительная и костная ткани содержат относительно мало воды, а кровь, нервная ткань, мышцы, печень - значительно больше. Количество воды в организме зависит также от содержания жира: чем больше жира, тем меньше воды.
Всю воду в организме можно подразделить на внутриклеточную, или интрацеллюлярную (~ 72 %), и внеклеточную, или экстрацеллюлярную (~ 28 %).
Кровь, лимфа и межклеточная жидкость всего организма образуют единую фазу. Состав лимфы и межклеточной жидкости примерно соответствуют составу плазмы крови. Жидкая среда клеток различных тканей организма имеет примерно одинаковый состав и определяется как внутриклеточная жидкость. Внутриклеточная жидкость содержит в среднем около 35-45 % воды по отношению к массе тела, внеклеточная - 15 %. Эти жидкости различаются также по составу электролитов. Во внеклеточной жидкости преобладают ионы натрия, хлора и гидрокарбонатов; во внутриклеточной - ионы калия, а также белки и фосфорные эфиры.
Состояние воды в организме. В органах, тканях и клетках вода находится в виде свободной, гидратационной и иммобильной.
Свободная вода составляет основу многих биологических жидкостей: крови, лимфы, пищеварительных соков, спинномозговой жидкости.
Она участвует в доставке питательных веществ и удалении продуктов обмена из органов, тканей и клеток.
Часть воды находится в связанном состоянии, участвуя в образовании гидратных оболочек. Это так называемая гидратационная вода. Она образует гидратные оболочки вокруг молекул белков, нуклеиновых кислот и неорганических ионов. Гидратационная вода составляет около 40 % всей воды тканей, причем 10-40 % ее связывают белки. Эта вода по своим свойствам отличается от обычной: она не замерзает при снижении температуры до 0 °С и ниже и не обладает свойствами растворителя.
Большая часть воды в организме сосредоточена между различными молекулами, мембранами, волокнистыми структурами и механически ими зафиксирована, не входя в состав гидратных оболочек. Такая вода получила название иммобильной. Иммобильная вода замерзает при температуре ниже 0 °С, растворяет многие вещества и легко участвует в реакциях обмена веществ.
Между различными видами воды существует динамическое равновесие, одна ее форма может переходить в другую. Так, пополнение количества гидратной воды происходит за счет иммобильной и свободной воды.
Количество воды в отдельных органах и тканях изменяется в зависимости от их функционального состояния. Так, при мышечной работе содержание воды в мышцах увеличивается. При этом при непродолжительной работе, в течение 10-15 мин, количество воды в мышцах увеличивается за счет экстрацеллюлярной воды, при работе в течение 30-60 мин - главным образом за счет интрацеллюлярной. Такое явление объясняется приливом крови и повышением гидрофильности белков работающих мышц.
Обмен воды и регуляция водного обмена. Основными источниками воды для организма являются продукты питания и питьевая вода. Вода, поступающая с пищей, называется экзогенной и составляет 6/7 всей воды организма. Остальная часть (1/7) общей массы воды образуется в тканях человека как конечный продукт окисления нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов. Это - эндогенная вода. Установлено, что при полном окислении 100 г жиров организм получает 107,1 г, углеводов - 55,6 г и белков 41,3 г воды. Ежесуточно взрослому человеку необходимо около 2,5-3 л воды. Однако это количество может сильно изменяться в зависимости от возраста человека, характера его работы, температуры окружающей среды и вида пищи. Обычно около 1 л воды вводится в организм в составе так называемой твердой пищи (хлеба, мяса, картофеля и т.п.), остальное количество - в виде питья (воды, чая, супа, молока и др.).
Обмен воды в организме является частью общего обмена веществ и тесно связан с обменом нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов. В водном обмене принимают участие почки, легкие, кожа и пищевой канал.
Вода всасывается слизистой оболочкой пищевого канала на всем его протяжении, однако преимущественно в толстой кишке. Молекулы воды вместе с переваренными веществами проникают в глубь эпителиальных клеток слизистых оболочек в результате диффузии и осмоса, а также частично путем активного транспорта, который осуществляется белками крови - альбуминами и глобулинами.
Из организма вода выделяется главным образом с мочой - около 1,2-1,5 л, что составляет около 60 % всей выделяемой воды. Небольшое количество ее, около 0,2-0,3 л, выделяется через легкие в процессе дыхания. Это происходит в результате того, что воздух в альвеолах при температуре тела насыщается водяными парами. Через кожу потеря воды в количестве до 1 л происходит путем потоотделения и испарения. Незначительная часть воды - 0,2 л - выделяется через пищевой канал вместе с калом.
Количество выделяемой организмом воды может значительно изменяться в зависимости от условий окружающей среды, выполняемой работы и состояния организма. Так, в жарком климате значительно возрастает выделение воды при потоотделении (до 4-5 л). При интенсивной работе, повышении температуры тела, вследствие увеличения объема дыхания усиливается выделение воды через легкие.
В регуляции водного обмена активное участие принимает центральная нервная система, в частности, такие ее отделы, как кора больших полушарий, промежуточный и продолговатый мозг, а также многие железы внутренней секреции. Некоторые гормоны, выделяющиеся железами, способствуют задержанию воды в организме, другие - наоборот, стимулируют ее выделение.
В основе регуляции водного обмена лежит поддержание постоянства осмотического давления, а основной регуляторной системой обмена воды является система «гормоны - почки». Из гормонов, принимающих участие в регуляции обмена воды, прежде всего следует выделить гормон задней доли гипофиза - вазопрессин и гормон коры надпочечников - альдостерон.
Вазопрессин вызывает сокращение почечных сосудов, в результате чего уменьшается диурез (мочеотделение), а следовательно, и выделение воды из организма. Поэтому вазопрессин часто называют антидиуретическим гормоном. Секреция этого гормона регулируется величиной осмотического давления плазмы крови. Повышение давления стимулирует выработку вазопрессина, который снижает выделение воды из организма путем повышения водоудерживающей способности тканей и за счет увеличения выделения концентрированной мочи. В результате этого осмотическое давление уменьшается, раздражение нейрогипофиза снижается и секреция вазопрессина прекращается.
Действие на водный обмен альдостерона связано с уровнем натрия в плазме крови. Понижение осмотического давления и выделение из организма воды и, следовательно, разбавленной мочи в большом количестве связано с понижением концентрации натрия в плазме крови. Снижение уровня натрия вызывает повышенную секрецию альдостерона, который усиливает процессы обратного всасывания натрия в почках и тем самым задерживает его в организме. Повышение уровня натрия в плазме тормозит секрецию этого гормона.
Таким образом, различные механизмы действия этих двух гормонов зависят от осмотического давления плазмы, снижение которого обусловливает повышенную секрецию альдостерона и торможение выработки вазопрессина. При повышении осмотического давления наблюдаются обратные процессы в регуляции водного обмена.
Среди других гормонов, участвующих в регуляции обмена воды, необходимо отметить тироксин - гормон щитовидной железы, паратирин - гормон паращитовидной железы, андрогены и экстрогены - гормоны половых желез. Они стимулируют выделение воды почками.
Важную роль в гидратации и дегидратации тканей выполняют минеральные вещества. Ионы натрия увеличивают гидратацию тканей и задерживают воду в организме. Ионы калия и кальция, наоборот, дегидратируют ткани и способствуют удалению воды из организма.
Поступление воды в организм регулируется чувством жажды, которое возникает в результате рефлекторного возбуждения определенных участков коры головного мозга при изменении осмотического давления плазмы крови. Вся введенная в организм вода более или менее быстро всасывается и поступает в кровяное русло.
Таким образом, регуляция водного обмена осуществляется нейрогормональным путем.
Обмен минеральных веществ
Значение минеральных веществ в организме человека. К числу незаменимых веществ организма относятся минеральные соли и отдельные химические элементы, хотя они, так же как и вода, не обладают питательной ценностью и не являются источниками энергии.
В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов, из них 47 содержатся в них постоянно. Это так называемые биогенные химические элементы. Их значение определяется тем, что они входят в состав клеток органов и тканей, а также биологически активных веществ - ферментов, гормонов, витаминов, белков, участвуют в реакциях обмена. Это такие элементы, как кислород, углерод, азот, водород, кальций, фосфор, калий, сера, хлор, натрий, магний, цинк, железо, медь, иод, марганец, вольфрам, молибден, кобальт, кремний. Роль и значение остальных элементов изучены недостаточно, хотя они также содержатся в тканях организма.
Четыре элемента составляют органическую основу живых организмов. Это кислород, углерод, водород и азот, процентное содержание которых составляет соответственно 62, 43 %, 21,15 %, 9,86% и 3,10 %. Остальные макро-, микро- и ультрамикроэлементы принято считать минеральными.
Больше всего минеральных веществ содержится в костях (48- 74 % общей массы) и хрящах (2-10 %). Остальные органы и ткани содержат небольшое количество минеральных веществ.
В клетках и тканях организма минеральные вещества находятся как в свободном, так и в связанном состояниях. В костях, хрящах и дентине зубов, например, они находятся в виде прочных нерастворимых соединений - неорганических солей угольной, фосфорной и других кислот. В свободном состоянии, а также в виде ионов минеральные вещества содержатся в биологических жидкостях - крови, лимфе, пищеварительных соках.
Значительная часть элементов входит в состав растворимых неорганических соединений, которые участвуют в регуляции осмотического давления. Натриевые и калиевые соли фосфорной и угольной кислот образуют с белками тканей и крови буферные системы, участвуя в поддержании постоянства рН среды в тканях и клетках.
Ионы неорганических веществ определяют физико-химические свойства коллоидов организма - явления гидратации, вязкость, растворимость, способность к набуханию и др. Некоторые минеральные вещества, например серная кислота, участвуют в нейтрализации ядовитых продуктов.
Особенно велика роль химических элементов, являющихся активаторами или парализаторами действия ферментов или участвующих в формировании их третичной и четвертичной структуры. Ионы металла, вступая во взаимодействие с различного рода функциональными группами аминокислот, расположенных в разных местах молекулы фермента, стабилизируют ее третичную и четвертичную структуры, поддерживая тем самым специфическую геометрическую конфигурацию активного центра (рис. 50, а). Кроме того, ионы металлов могут взаимодействовать также с отдельными функциональными группами аминокислот самого активного центра (рис. 50, б) и удерживать таким образом его определенную геометрическую конфигурацию, а вместе с тем третичную и четвертичную структуры молекулы фермента в целом.
Рис. 50. Функции металла (Me) в ферментных системах.
В качестве примеров участия ионов металлов в формировании и стабилизации третичной и четвертичной структур ферментов можно привести стабилизацию структуры α-амилазы и трипсина ионами Са 2+ , ксантиноксидазы - ионами Сu 2+ , креатинкиназы - ионами Mg 2+ , пируваткарбоксилазы - ионами Мn 2+ и т.д.
Все биогенные элементы делят на макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Макроэлементы содержатся в организме в количестве от 10 -2 % и выше. К ним относятся кальций, калий, фосфор, натрий, сера, хлор, магний. К микроэлементам относятся железо, цинк, фтор, молибден, медь, бром, кремний, иод, марганец, алюминий, свинец и др. Их количество в организме составляет от 10 -3 до 10 -5 %.
Ультрамикроэлементы - вольфрам, хром, никель, цинк, барий, серебро и многие другие - составляют порядка 10 -6 % и меньше.
Водно-солевой обмен - это совокупность процессов распределения воды и минеральных веществ между вне- и внутриклеточным пространствами организма, а также между организмом и внешней средой. Обмен воды в организме неразделимо связан с минеральным (электролитным) обменом. Распределение воды между водными пространствами организма зависит от осмотического давления жидкостей в этих пространствах, что во многом определяется их электролитным составом. От количественного и качественного состава минеральных веществ в жидкостях организма зависит протекание всех жизненно важных процессов. Механизмы, участвующие в регуляции водно-солевого обмена, характеризуются большой чувствительностью и точностью.
Поддержание постоянства осмотического, объемного и ионного равновесия вне- и внутриклеточных жидкостей организма с помощью рефлекторных механизмов называется водно-электролитным гомеостазом. Изменение потребления воды и солей, избыточная потеря этих веществ и т.д. сопровождаются изменением состава внутренней среды и воспринимаются соответствующими рецепторами. Синтез поступающей в ЦНС информации завершается тем, что к почке - основному эффекторному органу, регулирующему водно-солевое равновесие, поступают нервные или гуморальные стимулы, приспосабливающие ее работу к потребностям организма.
Вода необходима любому животному организму и выполняет следующие функции:
1) является обязательной составной частью протоплазмы клеток, тканей и органов; тело взрослого человека на 50-60% состоит из воды, т.е. она достигает 40-45 л;
2) является хорошим растворителем и переносчиком многих минеральных и питательных веществ, продуктов обмена;
3) принимает активное участие во многих реакциях обмена (гидролиз, набухание коллоидов, окисление белков, жиров, углеводов);
4) ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека;
5) является основным компонентом водно-электролитного гомеостаза, входя в состав плазмы, лимфы и тканевой жидкости;
6) участвует в регуляции температуры тела человека;
7) обеспечивает гибкость и эластичность тканей;
8) входит вместе с минеральными солями в состав пищеварительных соков.
Суточная потребность взрослого человека в воде в состоянии покоя составляет 35-40 мл на каждый килограмм массы тела, т.е. при массе 70 кг - в среднем около 2,5 л. Это количество воды поступает в организм из следующих источников:
1) вода, потребляемая в виде питья (1-1,1 л) и вместе с пищей (1-1,1 л);
2) вода, которая образуется в организме в результате химических превращений питательных веществ (0,3-0,35 л).
Основными органами, удаляющими воду из организма, являются почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками в обычных условиях за сутки в виде мочи удаляется 1,1,5 л воды. Потовыми железами в покое через кожу в виде пота выделяется 0,5 л воды в сутки (при усиленной работе и в жару - больше). Легкими в покое выдыхается за сутки в виде водяных паров 0,35 л воды (при учащении и углублении дыхания - до 0,8 л/сутки). Через кишечник с калом в сутки выделяется 100-150 мл воды. Соотношение между количеством поступившей в организм и выведенной из него воды составляет водный баланс . Для нормальной жизнедеятельности организма важно, чтобы приход воды полностью покрывал расход, иначе в результате потери воды наступают серьезные нарушения жизнедеятельности. Потеря 10% воды приводит к состоянию дегидратации (обезвоживания), при потере 20% воды наступает смерть . При недостатке воды в организме наблюдается перемещение жидкости из клеток в межтканевое пространство, а затем - в сосудистое русло. Как местные, так и общие нарушения водного обмена в тканях могут проявляться в форме отеков и водянки. Отеком называется накопление жидкости в тканях, водянкой - скопление жидкости в полостях организма. Жидкость, скапливающуюся в тканях при отеках и в полостях при водянке, называют транссудатом. Она прозрачная и содержит 2-3% белка. Отеки и водянку различных локализаций обозначают специальными терминами: отек кожи и подкожной клетчатки - анасарка (греч. ana - над и sarcos - мясо), водянка полости брюшины - асцит (греч. ascos - мешок), плевральной полости - гидроторакс, полости сердечной сорочки - гидроперикард, полости влагалищной оболочки яичка - гидроцеле. В зависимости от причин и механизмов развития различают сердечные, или застойные, отеки, почечные отеки, кахектические, токсические, травматические отеки и т.д.
Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет 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, охлаждает тело, предохраняя его от перегрева; транспортирует растворенные вещества.
Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Они участвуют в поддержании осмотического давления и реакции плазмы крови и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.
Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что во многом определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, поступление их в организм и выведение оттуда являются обязательным условием его нормальной деятельности.
Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей самым опасным является обезвоживание организма, что влечет за собой судороги, потерю сознания и т. д. Именно резкое обезвоживание организма вследствие потери жидкости служит причиной столь тяжелого течения такого инфекционного заболевания, как холера. Лишение воды на несколько дней смертельно для человека.
Обмен воды
Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку нужно в сутки 2-2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: а) воды, потребляемой при питье (около 1 л); б) воды, содержащейся в пище (около 1 л); в) воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300-350 мл).
Основные органы, удаляющие воду из организма, - почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почки за сутки из организма удаляют 1,2-1,5 л воды в составе мочи. Потовые железы через кожу в виде пота удаляют 500-700 мл воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 см2 кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. В пустынях Аравийского полуострова, однако, человек ежедневно теряет с потом около 10 л воды. При интенсивной работе в виде пота выделяется также много жидкости: например, за два тайма напряженного футбольного матча футболист теряет около 4 л воды.
Легкие в виде водяных паров выводят 350 мл воды. Это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700-800 мл воды.
Через кишечник с калом выводится в сутки 100-150 мл воды. При расстройстве деятельности кишечника с калом может выводиться большое количество воды (при поносе), что может привести к обеднению организма водой. Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды полностью покрывало ее расход.
Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс .
Если воды из организма выводится больше, чем поступает в него, то возникает чувство жажды . В результате жажды человек пьет воду до восстановления нормального водного баланса.
Обмен солей
При исключении из пищевого рациона животных минеральных веществ наступают тяжелые расстройства в организме и даже смерть. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости - одного из основных свойств живого. Рост и развитие костей, нервных элементов, мышц зависят от содержания минеральных веществ; они определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор).
Минеральные соли создают столь необходимое для жизнедеятельности клеток определенное осмотическое давление.
При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве. Только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.
Организм постоянно теряет некоторое количество минеральных солей в составе мочи, пота и кала. Поэтому минеральные соли, так же как и вода, должны постоянно поступать в организм. Содержание отдельных элементов в теле человека неодинаково (табл. 13).
Регуляция водно-солевого обмена
Постоянство осмотического давления внутренней среды организма, определяемое содержанием воды и солей, регулируется организмом.
При недостатке воды в организме повышается осмотическое давление тканевой жидкости. Это приводит к раздражению расположенных в тканях особых рецепторов - осморецепторов . Импульсы от них по специальным нервам направляются в головной мозг к центру регуляции водно-солевого обмена. Оттуда возбуждение направляется к железе внутренней секреции - гипофизу, который выделяет в кровь специальный гормон, вызывающий задержку мочеотделения. Уменьшение выделения воды с мочой восстанавливает нарушенное равновесие.
Этот пример наглядно показывает взаимодействие нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций. Рефлекс начинается нервным путем с осморецепторов, а затем включается гуморальный механизм - поступление в кровь специального гормона.
Центр регуляции водно-солевого обмена контролирует все пути транспорта воды в организме: выделение ее с мочой, потом и через легкие, перераспределение между органами тела, всасывание из пищеварительного тракта, секрецию, а также потребление воды. Особенно важными в этом отношении оказываются некоторые участки промежуточного мозга. Если животному в эти участки ввести электроды, а затем через них начать раздражать мозг электрическим током, то животные начинают жадно пить воду. При этом количество выпитой воды может превышать 40% массы тела. В результате появляются признаки водного отравления, связанные с понижением осмотического давления плазмы крови и тканевой жидкости. В естественных условиях эти центры промежуточного мозга находятся под контролирующим влиянием коры больших полушарий головного мозга.
Механизм регуляции водного баланса очень важен в практической жизни. В случаях, когда воду приходится экономить, пить ее ни в коем случае не следует залпом, а обязательно очень маленькими глотками. Вы почувствуете, что напились, хотя воды выпили немного. Знание особенностей регуляции водно-солевого обмена важно еще в одном случае. В жаркую погоду обычно очень хочется пить, и, сколько бы вы ни выпили воды, пить все равно хочется. Но стоит сознательно потерпеть немного, несмотря на чувство жажды, и она проходит. Именно поэтому не следует много пить на жаре, в походе и т. д. Правильная тактика здесь такая: зная, что предстоит трудный поход или длительное пребывание на солнце, лучше заранее выпить воды "про запас", в момент, когда пить еще не хочется. В этом случае потом не возникает такое сильное чувство жажды, как если бы вы начали пить на жаре.
Еще два практических совета. Перед отправлением в поход надо выпить минеральной или подсоленной воды или съесть немного умеренно соленой пищи - брынзы, соленого сыра и т. д. - и хорошо запить ее водой. Дело в том, что с потом теряется много солей, а это приводит к нарастанию утомления, мышечной слабости и т. д. Необходимо знать также, что на жаре нередко возникает "ложная жажда": пить хочется не потому, что в организме мало жидкости, а из-за пересыхания слизистой оболочки полости рта. В этом случае достаточно просто пополоскать рот водой.
