Вода составляет около 75% биомассы Земли, однако ее содержание в разных видах живых организмов, различных их тканях и органах колеблется в широких границах. Так, биологические жидкости (кровь, лимфа, слюна, пасока деревьев) содержат 88-99% воды, в то время как в костной ткани животных, древесине растений ее значительно меньше -- 20--45%, в зерне злаковых (воздушно-сухое состояние) -- 12--14%. Своеобразными рекордсменами по содержанию воды являются медузы -- до 99,8%.

У бактерий на воду приходится 75--85% массы клетки, у спор --40% и меньше. Чем моложе организм или орган, тем выше в нем содержание воды. Например, у 4-месячного эмриона человека воды содержится 94%, у новорожденного ребенка - 74%, у взрослого человека -- около 67%

В молодых листьях травянистых растении количество воды колеблется в переделах 85-90%, а в старых 70--80%.

Большую часть воды в организме (у человека до 2/3) составляет внутриклеточная вода; меньшую часть (у человека около 1/3)-внеклеточная вода, которая разделена на субкомпартменты: интерстициальная, синовиальная и др. Распределение воды в теле человека неравномерно, наименьшее количество ее содержат кости (45% и жировая ткань, наибольшее -- кровь (92%), моча (83%), слюна 99%, пот (97%).

Вода в живом организме может быть в свободной и связанной форме. Если и водном растворе содержатся ионы какого-либо электролита, то вокруг них ориентируются диполи воды, так как ионы обладают зарядом. Вокруг катионов диполи воды располагаются своими отрицательно заряженными концами, вокруг анионов -- положительно заряженными. Такое связывание воды называется электростатической гидратацией.

Высокомолекулярные соединения тоже гидратируются, если содержат полярные, ионогенные группировки (карбоксикпьные, альдегидные, спиртовые, аминогруппы и др.). При этом гидратная оболочка может быть не сплошной, а только вокруг полярных групп. Степень гидратации различных ионов и молекул не одинакова, зависит от размеров частиц и величины их заряда. Чем выше удельная плотность заряда (больше заряд и меньше размеры), тем сильнее гидратация. Молекулы воды располагаются при гидратации тремя слоями:

1) непосредственно около иона, строго упорядочены и ориентированы сильным электрополем;

2) слой воды на некотором отдалении от иона, ориентированность молекул воды меньшая;

3) далеко отстоящие от иона молекулы воды с обычной структурой

Благодаря гидратации ионов и молекул часть воды в организме находится в связанном состоянии. Водородные связи макромолекул удерживают часть молекул воды.

Вокруг молекул белка, например, слой строго структурированной воды достигает толщины 1--2 нм и составляет до 30% массы гидратированной белковой молекулы. Следующий слой гидратационной воды -- до 10 нм, и вода еще сохраняет в нем некоторую ориентацию. Кроме того, вода входит в третичную структуру ряда макромолекул и надмолекулярных структур. Помимо того, что вода связана непосредственно на молекулярном уровне, она входит и в состав субклеточных рибосом, лизосом, мембран митохондрий, эндоплазматического ретикулума, ядерной оболочки. Воду, связанную субклеточными образованиями, называют иммобильной водой. Слабосвязанная вода может служить растворителем, замерзает при температурах, близких к О0 С. Прочносвязанная вода почти не способна быть растворителем, она замерзает при темперах значительно ниже 0°С.

Велика и многообразна роль воды в жизни любого организма. Прежде всего она заключается в том, что вода является основной средой протекания жизненных процессов. В этом отношении очень важны уникальные свойства воды как растворителя. Присутствие в молекуле воды двух атомов водорода и двух необобщенных электронных пар обуславливает образование 4 водородных связей которые придают воде исключительную растворяющую способность. Это свойство позволило воде стать универсальной и доминирую щей дисперсионной средой в биологических системах. Другое важное свойство воды -- полярность ее молекул, способность к диссоциации. Благодаря этому свойству она активирует диссоциацию других веществ, особенно слабых электролитов, которые широко представлены в биологических системах. В чистом виде слабые электролиты находятся в недиссоциированном состоянии. При растворенни в воде они диссоциируют и становятся реакционно-активными, что часто является условием их биологической активности.

Будучи основой внутренней среды в клетках и участвуя непосредственно в формировании клеточных структур, вода в значительной мере определяет их активность. Так, от степени набухания митохондрий зависит интенсивность протекающих в них процессов окислительного фосфорилирования, от насыщения водой рибосом-- активность биосинтеза белка. Обезвоживание листьев растений снижает интенсивность фотосинтеза вследствие неблагоприятных конформационных изменений ферментов хлоропластов, участвующих в темновой фазе фотосинтеза (другая причина- закрывание устьиц). Только при определенной степени оводненности белки и нуклеиновые кислоты полностью проявляют свою биологическую активность.

Вода непосредственно участвует в ряде биохимических реакций, прежде всего -- в гидролитических. Важную роль она играет в процессах теплорегуляции, ее испарение через поверхность тела животных и растений снижает температуру, предотвращает перегрев. Вода характеризуется очень высокой теплотой парообразования и теплоемкостью, это обеспечивает надежную стабилизацию температуры организма. Вода определяет легкость протекания обменных процессов между организмом и средой: например, увлажненность стенок клеток корневых волосков способствует растворению и поглощению питательных солей корнями. Малая вязкость воды обеспечивает высокую скорость движения по кровеносным и лимфатическим сосудам, по флоэме и ксилеме растений. Большое значение воды в процессах жизнедеятельности объясняет, почему животные переносят отсутствие воды хуже, чем отсутствие пищи. Например, голуби без пищи погибают через 2 недели, а без воды -- через 5 дней, мыши без воды погибают в 10 раз быстрее, чем без пищи.

В обычных условиях взрослый человек теряет в сутки 1500 мл воды, 600 мл удаляется через кожу в виде пота, 500 мл -- с мочой, 400 мл -- с выдыхаемым воздухом. Основная масса воды потребляется с пищей. Так как при полном окислении белков, жиров и углеводов в количествах, обеспечивающих выделение энергии, равное 8400 кДж/сут, образуется 350 мл воды, то потребление воды должно составлять 1150 мл. Вода, образующаяся при обмене белков, жиров и углеводов, получила название эндогенной воды.

Очень энергично обмен воды осуществляется в растениях: в жаркий день через лист проходит количество воды, в два раза превышающее его массу. Предел потери воды, при котором нет еще видимых резких нарушений жизненных процессов, зависит от вида организма.

Так, мышечная ткань лягушки может терять воду с 80 до 20% без существенных отрицательных явлений.

Тело же человека может перенести снижение содержания воды не более чем на 10%. Растения тоже очень чувствительны к потере воды; только в семенах и спорах жизнь сохраняется при очень низком содержании воды (около 10%)-

проникновение воды в клетку и обратно осуществляется через поры клеточных мембран. Механизм этого процесса исследован недостаточно. Существует ряд точек зрения на этот процесс. По мнению одних ученых, перенос воды осуществляется за счет свободной диффузии, другие -- придают решающее значение осмотическим явлениям, третьи -- считают этот процесс активным, что обусловлено взаимодействием дипольных молекул с полярными веществами мембран.

В регуляции обмена воды у человека и животных первостепенное значение имеют импульсы, возникающие в коре головного мозга. Поступление воды в организм регулируется чувством жажды, она возникает в результате рефлекторного возбуждения соответствующих участков коры головного мозга при первых признаках изменения осмотического давления плазмы крови.

Исследованиями выдающихся советских физиологов Л. А. Орбели и К. М. Быкова доказана регулирующая роль высших отделов центральной нервной системы в процессах водного и минерального обмена: при мнимом питье у животного с фистулой в пищеводе вода не попадает в желудок, однако сам акт питья способствует удалению воды из кровяного русла, что наблюдается при нормальном приеме воды. Сильные эмоциональные переживания нередко сопровождаются усиленным выделением мочи, а иногда приводят наоборот, к анурии -- задержке мочеотделения.

Гормоны гипофиза оказывают существенное влияние па баланс воды. Диуретический гормон передней доли гипофиза обеспечивает выведение воды а его антагонист вазопрессин (гормон задней доли гипофиза) удерживает воду, обеспечивая обратное всасывание ее в почечных канальцах. Катионы Na удерживают воду в клетках и тканях, К и Са способствуют ее выведению. Всасывание воды начинается в желудке, однако основная масса её всасывается в кишечнике. Ряд тканей и органов при избыточном поступлении воды могут служить ее депо. У человека и животных это кожа и печень, у растении -- межклеточное пространство. Уровень испарения воды у растений регулируется в основном устьичным аппаратом.

Составляет 275-290 мосм/кг. Осмоляльность плазмы сохраняется постоянной благодаря механизмам, способным реагировать на изменения, равные 1-2% ее исходной величины. Чтобы поддержать водно-осмотическое равновесие, поступление воды в организм должно быть равно ее выделению. Нарушения этого равновесия приводят к гипонатриемии или гипернатриемии .

В норме вода теряется с мочой, калом, через кожу и легкие. В отсутствие тонкокишечного свища , поноса или рвоты потери воды через ЖКТ минимальны. Испарение воды с кожи важно для регуляции температуры тела. Обязательные потери воды через почки определяются минимальным количеством осмотически активных веществ, которое необходимо вывести из организма для поддержания осмотического баланса (600 мосм/сут). Поскольку же максимальная осмоляльность мочи составляет 1200 мосм/кг, для поддержания осмотического баланса минимальный диурез должен составлять 500 мл/сут.

Потребление. Главный стимул для потребления воды - жажда . Она возникает при повышении осмоляльности либо снижении ОЦК или АД. Осмотический порог жажды достаточно индивидуален, в среднем он составляет 295 мосм/кг. Превышение этого порога стимулирует осморецепторы гипоталамуса , в результате чего и возникает жажда.

Повышение концентрации в крови веществ, не создающих эффективной осмоляльности ( мочевины и глюкозы), не вызывает жажду.

В норме потребление воды превышает физиологические потребности.

Выведение. В отличие от потребления, выведение воды находится под жестким контролем. Главный его регулятор - АДГ ( вазопрессин , аргинин-вазопрессин). Он представляет собой полипептид, синтезируемый в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса . После синтеза АДГ поступает в нейрогипофиз , откуда и выделяется в кровь. Связывание АДГ с рецепторами типа V2 базолатеральной мембраны главных клеток собирательных трубочек активирует аденилатциклазу и запускает встраивание в апикальную мембрану этих клеток водных каналов - структур, образованных белком аквапорином-2 . В результате становится возможным пассивное перемещение воды по осмотическому градиенту из просвета собирательных трубочек в интерстициальную ткань мозгового вещества почек. Основной стимул для секреции АДГ - повышение осмоляльности внеклеточной жидкости , а поскольку ее основным катионом является натрий , осмоляльность внеклеточной жидкости определяется главным образом его концентрацией.

Изменение осмоляльности внеклеточной жидкости приводит к изменению объема осморецепторных нейронов гипоталамуса, что и сопровождается их активацией.

Осмотический порог секреции АДГ составляет 280-290 мосм/кг.

Регуляторные механизмы очень чувствительны, поэтому колебания осмоляльности плазмы не превышают 1-2%.

Секреция АДГ повышается при снижении ОЦК , снижении АД , тошноте , боли , стрессе , гипогликемии , беременности , применении целого ряда лекарственных средств. Изменения ОЦК и АД воспринимаются соответственно

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.

15.2.6. ОБМЕН ВОДЫ

Вода составляет 55-60 % массы тела челове­ка. У лиц с пониженным содержанием в ор­ганизме жира этот показатель приближается к 70 %. В организме взрослого человека мас­сой тела 65 кг содержится в среднем 40 л воды: 25 л входит в состав внутриклеточной и 15 л - внеклеточной жидкости; третья часть последней является компонентом крови (внутрисосудистой жидкости). У женщин в связи с большим содержанием жира в тканях объем воды в организме значительно мень­ше, чем у мужчин.

А. Роль воды в организме. 1. Вода консти­туционная - компонент клеток и тканей ор­ганизма.

2. Вода - наилучший растворитель для многих биологически важных веществ, она обеспечивает условия для образования дис­персных форм липидов и белков; является основной средой, а во многих случаях - обя­зательной участницей многих биохимических реакций (свободная вода).

3. Способствуя гидратации макромолекул, вода участвует в их активации (связанная вода).

4. Растворяя конечные продукты обмена веществ, вода способствует их экскреции по­чками и другими органами выделения.

5. Высокая теплота испарения воды - фак­тор, обеспечивающий приспособление орга­низма к высокой температуре окружающей среды.

Недостаточное содержание в организме воды (дегидратация) может приводить к сгу­щению крови, ухудшению ее реологических свойств, нарушению кровотока. При сниже­нии количества воды на 20 % наступает смерть. Избыток воды может приводить к развитию водной интоксикации, проявляю­щейся, в частности, в набухании клеток, сни­жении в них осмотического давления. Осо­бенно чувствительны к таким изменениям нервные клетки мозга.

Б. Биологическая ценность воды. В по­следние десятилетия наметилась новая тен-

денция в учении о питьевой воде. К прежне­му (гигиеническому) подходу присоедини­лась оценка физиологической (биологичес­кой) полноценности воды. Питьевая вода яв­ляется важнейшим источником кальция, маг­ния, ряда микроэлементов. Их усвоение и биологическая ценность могут быть выше, чем при их всасывании из продуктов расщеп­ления пищевых веществ. Так, кальций воды усваивается на 90 %, а кальций пищевых ве­ществ - только на 30 %. Поскольку в кипяче­ной воде содержание минеральных компонен­тов снижено, ее постоянное использование вместо сырой воды повышает нагрузку на ор­ганы водно-солевого обмена за счет реаб-сорбции ионов, что увеличивает риск разви­тия некоторых заболеваний.

В живом организме часть воды, взаимо­действуя с тканями, упорядочивает свою структуру. Структурированную воду человек получает со свежими растительными и жи­вотными продуктами, а также при питье свежеталой воды, в которой после размора­живания около 80 % молекул сохраняют льдоподобную структуру. Такая вода облада­ет более высокой биологической активнос­тью, чем обычная. В экспериментах на жи­вотных показано ее действие на микросомы и митохондрии гепатоцитов, тормозящее влияние на всасывание из кишечника уг­леводов, повышение устойчивости-эритро­цитов, адаптогенное действие. Рабочие го­рячих цехов под влиянием такой воды лучше переносят воздействие на организм отрицательных факторов производственной среды.

Тяжелая вода, отличающаяся от обычной большим содержанием окиси дейтерия (тя­желого изотопа водорода) и большим удель­ным весом, обладает иным биологическим действием по сравнению с обычной водой, содержащей 0,02 % этого вещества. При экс­периментальном повышении в воде концент­рации окиси дейтерия увеличивается возбу­димость ЦНС, усиливаются выбросы адрена­лина на стрессорные раздражители. Тяжелая вода, как выяснилось, обладает радиозащит­ным эффектом.

В. Потребность в воде и ее выведение. Взрослый человек потребляет в сутки в сред­нем 2,5 л воды, дополнительно в организме используется примерно 300 мл метаболичес­кой воды. Выведение воды происходит с мочой (в среднем 1,5 л в сутки), с выдыхае­мым воздухом, через кожу (в условиях ней­тральной температуры без потоотделения - 0,9 л) и с калом (0,1 л). В обычных условиях количество воды, участвующей в обмене ве-

ществ в организме человека, не превышает 5 % массы тела в сутки.

Объем жидкости в организме - важный параметр гомеостазиса. При изменениях со­отношения объемов вне- и внутриклеточной, вне- и внутрисосудистой жидкости развива­ются перераспределительные реакции. Так, стабильность объема внутрисосудистой жид­кости часто обеспечивается за счет интерсти-циальной (тканевой) жидкости путем изме­нений скорости процессов фильтрации или реабсорбции воды через стенки сосудов мик­роциркуляции в различных тканях. Этот ме­ханизм не связан с содержанием в жидкостях натрия. Однако большая часть механизмов регуляции объема жидкости в организме свя­зана с процессами обмена натрия. Натрий составляет более 90 % катионов плазмы. До­минирующая роль натрия в объемной регуля­ции сформировалась в процессе эволюции: пресноводным животным приходилось с большим трудом извлекать натрий из внеш­ней среды, поэтому происходило развитие регулирующей системы задержки натрия в организме и в отдельных его клетках. Эти ме­ханизмы не утратили своего значения и у высших животных.

При снижении объема внутрисосудистой жидкости, например при ограничении по­ступления воды в организм, обильном потоот­делении, ортостатических реакциях и крово-потере, активируется почечно-надпочечнико-вая система задержки натрия в организме, что приводит к увеличению концентрации натрия в плазме крови и может стать одним из факто­ров, способствующих формированию жажды.

Жажда представляет собой реакцию орга­низма на повышение осмотического давле­ния и снижение объемов жидкостей. На базе мотивации жажды формируется специфичес­кий поведенческий акт, ориентированный на поиск воды в среде обитания.

Стимулы, способствующие возникнове­нию жажды, разнообразны.

1. Повышение осмотического давления клеточной жидкости, снижение объема кле­ток, уменьшение объема внеклеточной жид­кости; эти изменения могут развиваться вза­имосвязанно.

2. Одной из причин появления жажды может быть высыхание слизистой оболочки рта; последнее является результатом умень­шения слюноотделения, следствием потери жидкости при разговоре, одышке, курении и др. Выраженность жажды обычно уменьша­ется при полоскании рта.

3. Одним из факторов, обеспечивающих формирование жажды, является действие ан-

гиотензина. Введение его через канюлю в мозг спящей крысы вызывает пробуждение животного и движение к поилке с водой. Аналогичным действием обладает и натрийу-ретический гормон.

Субъективно жажда переживается как одно из наиболее сильных влечений чело­века. Б.Дж. Роле и Э.Т. Роле в монографии «Жажда» (1984) так описывают состояние пу­тешественника, выжившего после длительно­го перехода через пустыню: «...Какая сладкая вода!.. Как вкусно! Самое благородное вино... божественный нектар...».

Механизм утоления жажды, или водного насыщения, до конца не раскрыт. В виде первичного насыщения оно возникает в про­цессе питья - до всасывания воды. По-види­мому, это явление, как и первичное насыще­ние пищей, развивается благодаря растяже­нию стенок желудка и возбуждению его меха-норецепторов. Вторичное (истинное) водное насыщение формируется при восстановле­нии параметров водно-солевого гомеостазиса в результате всасывания принятой воды.

Точная локализация в мозге центра волю-морегуляции до настоящего времени не уста­новлена. Предполагают, что он находится в составе ядер гипоталамуса и среднего мозга. Этот центр имеет афферентные связи с пери­ферией, реализующиеся с помощью объем­ных рецепторов (волюморецепторов), осмо-рецепторов. Рецепторы объема обнаружены главным образом в сосудах низкого давления (легочных венах) и в предсердиях. Такие ре­цепторы есть и в артериях, в частности сон­ных. Они реагируют на значительные объем­ные сдвиги, достигающие ±10 %.

В организме вода распределяется внутри клеток и вне их. Внеклеточная жидкость содержит примерно 1/3 всей воды, в ней много ионов натрия, хлориды и бикарбонаты; во внутриклеточной жидкости, включающей 2/3 запасов воды, сосредоточены калий, анионы фосфатных эфиров и белки.

Вода поступает в организм человека в двух формах: в виде жидкости – 48%, и в составе плотной пищи – 40%. Остальные 12% образуются в процессах метаболизма пищевых веществ. Процесс обновления воды в организме происходит с большой скоростью: так, в плазме крови за 1 минуту обновляется 70% воды. В обмене воды участвуют все ткани организма, но наиболее интенсивно – почки, кожа, легкие и желудочно-кишечный тракт. Главным органом, который регулирует водно-солевой обмен, являются почки, при этом следует иметь в виду, что количество и состав выделяемой мочи могут значительно изменяться. В зависимости от условий деятельности и состава потребляемой жидкости и пищи количество мочи может составлять от 0,5 до 2,5 л в день. Потеря воды через кожу происходит путем потоотделения и прямого испарения. В последнем случае обычно выделяется 200-300 мл воды в день, тогда как количество пота в большей степени зависит от условий окружающей среды и характера физической нагрузки. С выдыхаемым воздухом через легкие выделяется в виде паров до 500 мл воды. Это количество возрастает по мере увеличения физической нагрузки на организм. Обычно вдыхаемый воздух содержит 1,5% воды, тогда как выдыхаемый – около 6%. Активную роль в регуляции водно-солевого обмена играет желудочно-кишечный тракт, в который непрерывно выделяются пищеварительные соки, а их общее количество может достигать 8 л в сутки. Большая часть этих соков всасывается вновь и из организма выделяется с калом не более 4%. К органам, участвующим в регуляции водно-солевого обмена, относится и печень, способная задерживать большое количество жидкости.

При потере жидкости у человека, особенно спортсмена, появляются определенные симптомы. Потеря 1 % воды вызывает чувство жажды; 2% – снижение выносливости; 3% – снижение силы; 5% – снижение слюноотделения и мочеобразования, учащенный пульс, апатию, мышечную слабость, тошноту. В результате интенсивной физической нагрузки в организме спортсменов происходят одновременно два процесса: образование тепла и отдача его путем излучения в окружающую среду и путем испарения пота с поверхности тела и нагревания вдыхаемого воздуха. При потоотделении и испарении 1 л пота организм отдает 600 ккал. Этот процесс сопровождается охлаждением кожи. В результате регулируется температура тела. Вместе с потом выделяются минеральные соли (обычно спортсмены говорят, что пот соленый и жжет глаза). Под влиянием тренировки происходит адаптация организма к условиям как нагревающего, так и охлаждающего микроклимата. Терморегуляция у спортсмена во время мышечной работы тесно связана с состоянием водно-солевого обмена и требует повышенного потребления жидкости в виде специальных напитков.