Водно минеральный обмен

Введение

1. Водный обмен

2. Макроэлементы

3. Микроэлементы

Выводы

Список использованных источников

Введение

Вода в физиологических процессах организма играет большую роль. Она составляет 65-70% массы тела (40-50 л). Общий баланс воды в организме определяется, с одной стороны, поступлением воды с пищей (2-3 л) и образованием эндогенной (внутренней) воды (200-300 мл), с другой - выделением ее через почки (600-1200 мл) и с калом (50-200 мл).

Потребность человека в воде в обычных условиях составляет 2,5 л. В высокогорных условиях водный обмен резко изменяется. Значительно увеличивается отдача воды через кожу, легкие, наблюдается "высушивание" организма на больших высотах, уменьшается выделение мочи. Потребность организма в жидкости зависит от высоты, сухости воздуха, нагрузки, тренированности альпиниста. В период тренировочных и подготовительных восхождений она колеблется от 2 до 3 л в сутки. При высотных восхождениях надо придерживаться этой нормы, а по возможности довести ее до 3,5-4,5 л, что в полной мере обеспечит физиологические потребности организма. В экспедиции на Эверест(1953) потребление жидкости было в пределах 2,8-3,9 л на человека.

Водный обмен тесно связан с минеральным, особенно с обменом натрия хлорида и калия хлорида. Поддержание водно-солевого гомеостаза (равновесия) сказывается и на деятельности других функциональных систем организма - нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и других. Кора большого мозга, содержащая наибольшее количество воды, сильнее других страдает от ее недостатка. При этом к гипоксии присоединяется также водно-питьевая недостаточночть.

В поддержании водно-солевого равновесия выделяют три звена: поступление воды и солей в организм, перераспределение их между внутриклеточными и внеклеточными системами, выделение во внешнюю среду. Ведущую роль в поддержании гомеостаза играют ионы натрия, поэтому при восхождениях крайне необходимо брать с собой соль; организм должен ежедневно получать до 15-20 г соли. Недостаток калия ведет к мышечной слабости, расстройству деятельности сердечно-сосудистой системы, снижению умственной и психической деятельности.

1. Водный обмен

Структура и размеры жидкостных секторов организма, то есть пространств, заполненных жидкостью и разделенных клеточными мембранами, к настоящему времени достаточно хорошо изучены [1]. Общий объем жидкостей тела, составляющий у млекопитающих примерно 60% массы тела, распределен между двумя большими секторами: внутриклеточным (40% массы тела) и внеклеточным (20% массы тела). Внеклеточный сектор включает объем жидкости, находящейся в интерстициальном (межклеточном) пространстве, и жидкости, циркулирующей в сосудистом русле. Небольшой объем составляет и так называемая трансцеллюлярная жидкость, находящаяся в региональных полостях (цереброспинальная, внутриглазная, внутрисуставная, плевральная и т.д.). Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова (табл. 1). Перемещение воды из одного сектора в другой происходит уже при небольших отклонениях общей осмотической концентрации. Поскольку большинство растворенных субстанций и молекулы воды довольно легко проходят через эпителий капилляров, происходит быстрое перемешивание всех компонентов (кроме белка) между плазмой крови и интерстициальной жидкостью. Многие факторы, такие, как прием, потеря или ограничение потребления воды, усиленное потребление соли или, наоборот, ее дефицит, смещение интенсивности метаболизма и т.д., способны изменять объем и состав жидкостей тела. Отклонение этих параметров от некоего нормального уровня включает механизмы, корригирующие нарушения водно-солевого гомеостаза.

ОБЩАЯ СХЕМА ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА

Система регуляции водно-солевого баланса имеет два компенсирующих компонента: 1) пищеварительный тракт, который может приблизительно корригировать нарушения водно-солевого баланса благодаря жажде и солевому аппетиту; 2) почки, способные обеспечить адекватную для сохранения баланса задержку в организме или экскрецию воды и солей. На рис. 1 представлена схема главных путей поступления и выделения воды и солей. Основным каналом поступления воды и солей в плазму крови и другие жидкости тела является желудочно-кишечный тракт. В сутки потребление составляет приблизительно 2,5 л воды и 7 г хлорида натрия. К этому же можно добавить 0,3 л метаболической воды, выделяющейся в результате окислительного

Таблица 1. Концентрация электролитов и органических компонентов в жидкостях тела у человека (усредненные данные из разных литературных источников)

Не очень легко представить, что человек примерно на 65% состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме человека уменьшается. Эмбрион состоит из воды на 97%, в теле новорожденного содержится 75%, а у взрослого человека – около 60%.

В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Водный обмен включает процессы всасывания воды, которая поступает в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделения через почки, мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник. Следует отметить, что вода также образуется в организме вследствие окисления жиров, углеводов и белков, принятых с пищей. Такую воду называют метаболической. Слово метаболизм происходит от греческого, что означает перемена, превращение. В медицине и биологической науке метаболизмом называют процессы превращения веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организмов. Белки, жиры и углеводы окисляются в организме с образованием воды H2О и углекислого газа (диоксида углерода) CO2. При окислении 100 г жиров образуется 107 г воды, а при окислении 100 г углеводов – 55,5 г воды. Некоторые организмы обходятся лишь метаболической водой и не потребляют ее извне. Примером является ковровая моль. Не нуждаются в воде в природных условиях тушканчики, которые водятся в Европе и Азии, и американская кенгуровая крыса. Многие знают, что в условиях исключительно жаркого и сухого климата верблюд обладает феноменальной способностью долгое время обходиться без пищи и воды. Например, при массе 450 кг за восьмидневный переход по пустыне верблюд может потерять 100 кг в массе, а потом восстановить их без последствий для организма. Установлено, что его организм использует воду, содержащуюся в жидкостях тканей и связок, а не крови, как это происходит с человеком. Кроме того, в горбах верблюда содержится жир, который служит одновременно запасом пищи и источником метаболической воды.

Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2...2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды и выводится из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50...60% воды. При потере организмом человека 6...8% влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15...20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердцу приходится перекачивать около 10000 л крови. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды – всего лишь несколько суток. Реакцией организма на нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют раздражением слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения влажности. Существует и другая точка зрения на механизм формирования этого ощущения. В соответствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в кровеносных сосудах.

Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела. Конечно, различные ткани человеческого организма содержат различное количество воды. Самая богатая водой ткань – стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая же бедная – эмаль зуба. В ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в веществе мозга.

2. Макроэлементы

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например, при весе человека 70 кг, в нём содержится (в граммах ): кальция – 1700, калия – 250, натрия– 70.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человека объясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция – Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция в плазме крови поддерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемых факторов внутренней среды. Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрной функции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти. Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костной ткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение («нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий – калиевого насоса.

Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий - калиевый насос должен выкачивать против градиента концентрации из клетки ионы натрия и нагнетать в неё ионы калия и, следовательно, совершать определённую работу.

Непосредственным источником энергии для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорных соединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента – аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой ионами натрия и калия. Торможение активности этого фермента, вызываемое некоторыми веществами и приводит к нарушению работы насоса. Интересно, что по мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а при наступление смерти выравнивается

3. Микроэлементы

К ним относится отмеченный выше ряд 22 химических элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них металлы, а из металлов основным является железо.

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа в человеке массой 70кг не превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оно играет особую роль в жизни деятельности организма

Железо занимает совершенно особое место, так как на него не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железа регулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организме взрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине, большая часть оставшегося запасается в специальных белках (ферритине и гемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах и системах транспорта.

Гемоглобин и миоглобин.

Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700г, а кровь взрослых людей содержит в среднем около 14 – 15%.

Гемоглобин представляет собой сложное химическое соединение (мол. вес. 68 800). Он состоит из белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа, обладает способностью присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е. железо остаётся двухвалентным.

Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко - алый цвет. Притом тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно – вишнёвый цвет.

Метгемоглобин является окислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентность железа: двухвалентное железо, входящее в молекулу гемоглобина, превращается в трёх валентное. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдача кислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения.