Обмен воды и минеральных солей. Обмен минеральных солей Обмен воды и солей в организме

Человеческий организм - это химическая фабрика, у которой не бывает отпусков и простоев. На ее невидимых конвейерах, в чанах и ретортах постоянно одни вещества превращаются в другие. Прежде всего мы рассмотрим важнейшую часть обмена веществ - обмен минеральных веществ, в том числе воды. Затем перейдем к обмену органических веществ, их взаимным превращениям, изучим, как органические вещества расходуются и создаются в теле.

Обмен веществ включает определенные виды обмена. Любой процесс регулируется под влиянием других систем - мы рассмотрим, как действуют эти механизмы. Наконец, обмен веществ определяется питанием. Какова оптимальная пропорция белков, жиров и углеводов в пище? Каков желательный режим питания? Какими последствиями чревато нарушение питания, каковы причины булимии и анорексии? Давайте попытаемся ответить на эти и другие вопросы.

Обмен воды и минеральных солей. Значимость воды для организма

1. Вода - незаменимая основа жидкостей, циркулирующих в живом организме: плазмы крови, лимфы, пищеварительных соков, слюны.

2. Она при нормальных условиях составляет до 75 процентов массы тела. Минимум воды - в зубах (всего 10 процентов), немногим больше в костях (20-25 процентов), а максимум воды содержится в мозге (до 80 процентов его массы). Интересно, что в жировой ткани меньше воды, чем в костях, печени, скелетных мышцах, мозге.

3. Половина воды поступает в наш организм с пищей, другая половина - с напитками. В сутки человеку требуется 1,5-2 литра воды, особенно в жарких странах. Без воды в течение 2-3 суток человек может умереть (тогда как без пищи он может прожить несколько недель), потеря организмом даже 20 процентов жидкости смертельна.

4. При нехватке воды она может синтезироваться в процессе распада жира - такая вода называет эндогенной (из 1 грамма жира получается 1,1 грамм воды).

5. Избыток воды вреден, как и недостаток. При «переполненности» усиливается нагрузка на сердце и почки, появляются отеки. Недостаток может вызвать высокую вязкость крови и других жидкостей, замедлить обмен веществ.

6. Вода выводится прочь с мочой (так уходит ее большая часть), а также через кишечник, при потоотделении, при дыхании.

Значение некоторых минеральных солей

1. Организму в сутки требуется 10-15 грамм минеральных веществ.

2. Наибольшее значение имеют соли кальция, натрия, железа, калия, фосфора, магния.

4. Соли кальция отвечают за свертывание крови.

5. Соли натрия и калия требуются для функционирования мышечных и нервных клеток.

6. Железо - составная часть гемоглобина.

7. Поваренную соль надо в разумном количестве добавлять в пищу, в ней наибольшая потребность - до 10 грамм в сутки.

Организм нуждается в постоянном поступлении не только во­ды, но и минеральных солей . Они поступают в организм с пищевыми продуктами и водой, за исключением поваренной соли, которая специаль­но добавляется к пище. Всего в организме животных и человека найдено около 70 химических элементов, из которых 43 считаются незаменимыми (эссенциальными; лат. essentia - сущность).

Потребность организма в различных минеральных веществах неоди­накова. Одни элементы, называемые макроэлементами , вводятся в орга­низм в значительном количестве (в граммах и десятых долях грамма в су­тки). К макроэлементам относятся натрий, магний, калий, кальций, фос­фор, хлор. Другие элементы - микроэлементы (железо, марганец, кобальт, цинк, фтор, йод и др.) нужны организму в крайне малых количествах (в микрограммах - тысячных долях миллиграмма).

Функции минеральных солей:

1) являются биологическими константами гомеостаза;

2) создают и поддерживают осмотическое давление в крови и тканях (осмотическое равновесие);

3) поддерживают постоянство активной реакции крови

(рН=7,36 – 7,42);

4) участвуют в ферментативных реакциях;

5) участвуют в водно-солевом обмене;

6) ионы натрия, калия, кальция, хлора играют большую роль в про­цессах возбуждения и торможения, мышечного сокращения, свертывания крови;

7) являются составной частью костей (фосфор, кальций), гемо­глобина (железо), гормона тироксина (йод), желудочного сока (соляная кислота) и т.д.;

8) являются составными компонентами всех пищеварительных со­ков, которые выделяются в больших количествах.

Рассмотрим вкратце обмен натрия, калия, хлора, кальция, фосфора, железа и йода.

1) Натрий поступает в организм преимущественно в виде пова­ренной (столовой) соли. Является единственной минеральной солью, ко­торая добавляется к пище. Растительная пища бедна поваренной солью. Суточная потребность в поваренной соли для взрослого человека состав­ляет 10-15 г. Натрий активно участвует в поддержании осмотического равновесия и объема жидкости в организме, влияет на рост организма. Со­вместно с калием натрий регулирует деятельность сердечной мышцы, су­щественно изменяя ее возбудимость. Симптомы дефицита натрия: сла­бость, апатия, подергивание мышц, потеря свойства сократимости мышеч­ной ткани.

2) Калий поступает в организм с овощами, мясом, фруктами. Суточ­ная норма его - 1 г. Вместе с натрием участвует в создании биоэлектриче­ского мембранного потенциала (калиево-натриевый насос), поддерживает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образо­вание ацетилхолина. При недостатке калия наблюдается торможение про­цессов ассимиляции (анаболизма), слабость, сонливость, гипорефлексия (снижение рефлексов).

3) Хлор поступает в организм в виде поваренной соли. Анионы хло­ра вместе с катионами натрия участвуют в создании осмотического давле­ния плазмы крови и других жидкостей организма. Хлор входит также в состав соляной кислоты желудочного сока. Симптомов дефицита хлора у человека не обнаружено.

4) Кальций поступает в организм с молочными продуктами, ово­щами (зелеными листьями). Содержится в костях вместе с фосфором и является одной из важнейших биологических констант крови. Содержание кальция в крови человека в норме составляет 2,25-2,75 ммоль/л (9-11 мг%). Снижение кальция приводит к непроизвольным мышечным сокращениям (кальциевая тетания) и смерти вследствие остановки дыхания. Кальций не­обходим для свертывания крови. Суточная потребность в кальции - 0,8 г.

5) Фосфор поступает в организм с молочными продуктами, мясом, злаками. Суточная потребность в нем - 1,5 г. Вместе с кальцием содер­жится в костях и зубах, входит в состав макроэргических соединений (АТФ, креатинфосфат и др.). Отложение фосфора в костях возможно толь­ко при наличии витамина D. При недостатке фосфора в организме наблю­дается деминерализация костей.

6) Железо поступает в организм с мясом, печенью, бобами, сухо­фруктами. Суточная потребность - 12-15 мг. Является составной частью гемоглобина крови и дыхательных ферментов. В организме человека со­держится 3 г железа, из которого 2,5 г находится в эритроцитах как со­ставная часть гемоглобина, остальные 0,5 г входят в состав клеток организма. Недостаток железа нарушает синтез гемоглобина и как следствие приводит к малокровию.

7) Йод поступает с питьевой водой, обогащенной им при протекании через горные породы или со столовой солью с добавлением йода. Суточ­ная потребность - 0,03 мг. Участвует в синтезе гормонов щитовидной же­лезы. Недостаток йода в организме приводит к возникновению эндемиче­ского зоба - увеличению щитовидной железы (некоторые области Урала, Кавказа, Памира и т.д.).

Нарушение минерального обмена может приводить к заболеванию, при котором в почечных чашках, лоханках и мочеточниках образуются камни разной величины, структуры и химического состава (почечнока­менная болезнь - нефролитиаз). Оно может способствовать также образо­ванию камней в желчном пузыре и желчных протоках (желчнокаменная болезнь).

Взрослый человек в обычных условиях употребляет около 2,5 л воды в сутки. Кроме того, в организме образуется около 300 мл метаболической воды, как одного из конечных продуктов энергообмена. В соответствии с потребностями человек в течение суток теряет около 1,5 л воды в виде мочи, 0,9 л путем испарения через легкие и кожу (без потоотделения) и приблизительно 0,1 л с калом. Таким образом обмен воды в обычных условиях не превышает 5 % массы тела в сутки. Повышение температуры тела и высококалорийная пища способствуют выделению воды через кожу и легкие, увеличивают ее потребление.

Лишение организма воды и минеральных солей вызывает тяже­лые нарушения и смерть.

Нормальное функци­онирование тканей обеспечивается не только наличием в них тех или иных солей, но и строго определенными их количественными соот­ношениями. При избыточном поступлении минеральных солей в организм они могут откладываться в виде запасов. Натрий и хлор депонируются в подкожной клетчатке, калий - в скелетных мыш­цах, кальций и фосфор - в костях.

Все необходимые для организма минеральные элементы поступа­ют с пищей и водой. Большинство минеральных солей легко всасы­ваются в кровь; их выведение из организма происходит главным об­разом с мочой и потом. При напряженной мышечной деятельности потребность в некоторых минеральных веществах увеличивается.

Регуляция водного обмена в основном контролируется гормонами гипоталамуса, гипофиза и надпочечников . 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.

Витамины играют роль катализаторов в обменных процессах . Они представляют собой вещества химичес­кой природы, необходимые для нормального обмена веществ, рос­та, развития организма, поддержания высокой работоспособности и здоровья.

Витамины делят на водорастворимые (группа В, С, Р и др.) и.

жи­рорастворимые (А, Д, Е, К).

Достаточное потсупление витаминов в организм зависит от правильного рациона питания

и нормальной функции процессов пищеварения; некоторые витамины (К, В ) синтезируются бактериями в кишечнике. Недостаточное поступле­ние витаминов в организм (гиповитаминоз) или полное их отсутствие (авитаминоз) приводят к нарушению многих функций.

Витамины - биологически активные вещества разнообразной химической природы. Они необходимы нам для нормального обмена веществ и течения физиологических процессов, развития и роста организма, повышения его сопротивляемости к различным неблагоприятным факторам окружающей среды

Витамин А - необходим для нормального роста и развития организма.

Витамин В1 – играет большую роль в функционировании органов пищеварения и центральной нервной системы (ЦНС)

Витамин В2 - играет большую роль в углеводном, белковом и жировом обмене, процессах тканевого дыхания, способствует выработке энергии в организме.

Витамин С (Аскорбиновая кислота) – повышает устойчивость организма к вредным факторам внешней среды, особенно к инфекционным агентам.

Витамин D - регулирует транспорт кальция и фосфатов, участвуют в синтезе костной ткани, усиливают ее рост.

Основной обмен, факторы, влияющие на его величину. Условия определения. Суточный расход энергии при различных видах деятельности.

В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различают три уровня энергетического об­мена: основной обмен, энерготраты в состоянии покоя и энерготра­ты при различных видах труда.

Основной обмен - энергозатраты связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем - дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энергозатрат в условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.

Условия определения основного обмена: обследуемый должен находиться

1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение;

2) натощак, т. е. через 12- 16 ч после приема пищи;

3) при внешней температуре «комфорта» (18-20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары.

Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8-10 % ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.Основной обмен у большинства взрослых здоровых людей составляет в среднем около 1 800-2100 Ккалорий. При активной мышечной деятельности расход энергии очень быстро увеличивается: и чем тяжелее такая мышечная работа, соответственно, тем и больше энергии расходует человек.

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

Для нормальной жизнедеятельности организма, который живет в условиях меняющейся среды, очень важно постоянство внутренней среды организма. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы. Вода выполняет в организме следующие важнейшие функции: 1) служит растворителем продуктов питания и обмена; 2) переносит растворенные в ней вещества; 3) ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека; 4) участвует в регуляции температуры тела за счет большой теплопроводности, большой теплоты испарения.

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

Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным балансом .

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

Принято делить воду на внутриклеточную, интрацеллюлярную (72%) и внеклеточную, экстрацеллюлярную (28%). Внеклеточная вода размещена внутри сосудистого русла (в составе крови, лимфы, цереброспинальной жидкости) и в межклеточном пространстве.

При избытке в организме воды наблюдается общая гипергидратация (водное отравление), при недостатке воды нарушается метаболизм. Потеря 10% воды приводит к состоянию дегидратации (обезвоживание), при потере 20% воды наступает смерть.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуру белков, гормонов, ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4-5% массы тела. Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей приходится добавлять, например, хлористый натрий (NaCL - поваренная соль) в пищу по 10 - 12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма.

Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления внеклеточной жидкости, участвует в создании биоэлектрического мембранного потенциала, в регуляции кислотно-основного состояния.

Калий обеспечивает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образование ацетилхолина. Недостаток ионов калия тормозит анаболические процессы в организме.

Хлор является также важнейшим анионом внеклеточной жидкости, обеспечивая постоянство осмотического давления.

Кальций и фосфор находятся в основном в костной ткани (свыше 90%). Содержание кальция в плазме и крови является одной из биологических констант, так как даже незначительные сдвиги в уровне этого иона могут приводить к тяжелейшим последствиям для организма. Снижение уровня кальция в крови вызывает непроизвольные сокращения мышц, судороги, и вследствие остановки дыхания наступает смерть. Повышение содержания кальция в крови сопровождается уменьшением возбудимости нервной и мышечной тканей, появлением парезов, параличей, образованием почечных камней. Кальций необходим для построения костей, поэтому он должен поступать в достаточном количестве в организм с пищей.

Фосфор участвует в обмене многих веществ, так как входит в состав макроэргических соединений (например, АТФ). Большое значение имеет отложение фосфора в костях.

Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, ответственных за тканевое дыхание, а также в состав ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Недостаточное поступление в организм железа нарушает синтез гемоглобина. Уменьшение синтеза гемоглобина ведет к анемии (малокровию). Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 10--30 мкг .

Йод в организме содержится в небольшом количестве. Однако его значение велико. Это связано с тем, что йод входит в состав гормонов щитовидной железы, оказывающих выраженное влияние на все обменные процессы, рост и развитие организма.

Витамины (лат vita - жизнь). Значение витаминов состоит в том, что присутствуя в организме в ничтожных количествах они регулируют реакции обмена веществ. При недостатке в организме витаминов развивается состояние, называемое - гиповитаминозом.

Заболевание, возникающее при отсутствии того или иного витамина, называется авитаминозом.

К настоящему времени открыто более 20 веществ, которые относятся к витаминам:

Витамин А При авитаминозе А задерживаются процессы роста организма, нарушается обмен веществ, наблюдается также особое заболевание глаз, называемое ксерофтальмией (куриная слепота).

Витамин D называют противорахитическим витамином. Недостаток его приводит к расстройству фосфорного и кальциевого обмена.

Витамин В Недостаток этих витаминов приводит к нарушению обмена веществ, расстройства центральной нервной системы. При этом снижается сопротивляемость организма к инфекционным болезням.

Витамин С называют противоцинготным. При недостатке его в пище (а больше всего его содержится в свежих фруктах и овощах) развивается специфическое заболевание - цинга, при которой кровоточат десны, а зубы расшатываются и выпадают. Развивается физическая слабость, быстрая утомляемость,нервозность.

Витамин Е и К - имеют важное значение для организма и относятся к известным витаминам.

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

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

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

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

Таблица 12.8

Распределение жидкости в организме взрослого человека

Распределение жидкости в организме детей разного возраста,

% от массы тела

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

Таблица 12.9

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

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

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

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

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

Рис. 12.12.

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

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

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Расскажите об обмене веществ и его этапах.
• 2. Какие методы оценки энергетических затрат организма вы знаете?
• 3. Дайте характеристику общего обмена. В чем различия обмена веществ у мужчин и женщин?
• 4. Что такое основной обмен? В чем его значение? Каковы способы оценки? Как основной обмен изменяется с возрастом?
• 5. Что вы знаете об обмене энергии? Как он изменяется с возрастом?
• 6. Опишите специфическое динамическое действие нищи.
• 7. Как обмен основных питательных веществ изменяется с возрастом?
• 8. Расскажите об обмене воды и минеральных веществ. Какова потребность в воде у детей и взрослых?
• 9. Как осуществляется гормональная регуляция обмена белков, жиров, углеводов, минеральных веществ? Как она изменяется с возрастом?