Роль воды в жизнедеятельности организма. Вода в человеческом теле
Вода - важнейший фактор формирования внутренней среды организма и в то же время один из факторов внешней среды. Там, где нет воды, нет жизни. В воде происходят все процессы, характерные для живых организмов, населяющих нашу Землю. Недостаток воды (дегидратация) приводит к нарушению всех функций организма и даже гибели. Уменьшение количества воды на 10% вызывает необратимые изменения. Тканевой обмен, процессы жизнедеятельности протекают в водной среде.
Вода принимает активное участие в так называемом водно-солевом обмене. Процессы пищеварения и дыхания протекают нормально в случае достаточного количества воды в организме. Велика роль воды и в выделительной функции организма, что способствует нормальному функционированию мочевыделительной системы.
Вода - универсальный растворитель. Она растворяет все физиологически активные вещества. Вода - это жидкая фаза, имеющая определенную физическую и химическую структуру, которая и определяет ее способность как растворителя. Живые организмы, потребляющие воду с разной структурой, развиваются и растут по-разному. Поэтому структуру воды можно рассматривать как важнейший биологический фактор. Структура воды в значительной степени влияет и на ионный состав воды.
Молекула воды (рис.1) - соединение электрически активное. Она имеет два активных электрических центра, которые создают вокруг себя электрическое поле.
Для строения молекулы воды характерны две особенности:
● высокая полярность;
● своеобразное расположение атомов в пространстве.
Молекулы воды могут существовать в следующих формах:
● в виде одиночной молекулы воды - это моногидроль, или просто гидроль;
● в виде двойной молекулы воды - дигидроль;
● в виде тройной молекулы воды - тригидроль.
Рис.1. Молекула воды.
В зависимости от динамического равновесия между формами различают определённые виды воды:
вода, связанная с живыми тканями - структурная (льдоподобная, совершенная), представленная квазикристаллами, тригидролями. Эта вода отличается высокой биологической активностью. Температура её замерзания - 20°С. Такую воду организм получает только с натуральными продуктами;
свежеталая вода - на 70% льдоподобная вода. Обладает лечебными свойствами, способствует повышению адаптогенных свойств, но быстро (через 12 часов) теряет свои биологические свойства стимулировать биохимические реакции организма;
свободная, или обычная вода. Температура замерзания 0°С.
Организм постоянно теряет оксидационную воду различными путями:
С воздухом через легкие (1 м 3 воздуха содержит в среднем 8-9 г воды);
Через почки и кожу
В целом человек за сутки теряет до 4 л воды. Естественные потери воды должны быть компенсированы введением определенного количества воды извне. Если потери не эквивалентны введению, в организме наступает дегидратация .
Без пищи человек может прожить один месяц, а без воды до трёх суток.
Регуляция водного обмена осуществляется с помощью ЦНС и находится в ведение пищевого центра и центра жажды.
В основе возникновения чувства жажды лежит изменение физико-химического состава крови и тканей, в которых происходят нарушения осмотического давления вследствие недостатка в них воды, что приводит к возбуждению центров ЦНС.
Одно из самых распространенных на Земле соединений. Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта и изучена еще далеко не полностью.
Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле.
"Вода дороже золота" - утверждали бедуины всю жизнь кочевавшие в песках.
Они знали, что никакие богатства не спасут путника в пустыне, если иссякнут запасы воды.
В живом организме вода - это среда, в которой осуществляются химические реакции. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор.
Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ, очищает организм от токсинов, она необходима для процессов пищеварения, всасывания, циркуляции и выделения. Вода способствует переносу питательных веществ по организму, помогает восстанавливать клетки и ткани, а так же играет важную роль в регуляции температуры тела.
Тело взрослого человека на 65% - 70% состоит из воды . Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках ее около 80 %, крови - 83 %, в костях - 30 %, в зубной эмали - 0,3 %, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т.д.)- 95 - 99 %.
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. B 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.
Минимальное количество воды, необходимое для поддержания нормального водного баланса в организме.
Но даже при большой потере воды, если не начались необратимые процессы (потеря воды менее 10% от общего количества), все нарушенные процессы в организме быстро восстанавливаются, если организм пополнится водой до нормы.
Зная признаки, указывающие на недостаток воды в организме человека, можно приблизительно определить процент обезвоживания относительно массы тела.
Признаки, указывающие на недостаток воды в организме человека: от 1—5% — жажда, плохое самочувствие, замедление движений, сонливость, покраснение в некоторых местах кожи, повышение температуры, тошнота, расстройство желудка. От 6—10%-одышка, головная боль, покалывание в ногах и руках, отсутствие слюноотделения, потеря способности двигаться и нарушение логики речи. От 11—20% — бред, спазмы мышц, распухание языка, притупление слуха и зрения, охлаждение тела.
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. B ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в веществе мозга.
Недостаточное потребление воды нарушает нормальную жизнедеятельность организма: падает вес тела, увеличивается вязкость крови, повышается температура тела, учащаются пульс и дыхание, возникают жажда и ощущение тошноты, снижается работоспособность.
Чувство жажды определяется тем, что в организме уменьшается количество жидкости, в крови повышается концентрация солей, и центр жажды сигнализирует о необходимости потребления воды.
Минимальное количество воды, необходимое для поддержания водно-солевого баланса в течение суток (питьевая норма), зависит от климатических условий, а также характера и тяжести выполняемой работы.
Для климатических условий средней полосы России при минимальной физической нагрузке необходимо потреблять 3,5 л жидкости вместе с питьем и пищей; при физической работе средней тяжести — до 5 л; при тяжелой работе на открытом воздухе — до 6,5 л. Необходимо учесть, что яблоки и фрукты по своему весу приравниваются к воде. Полкило съеденных яблок равно 1/2 л жидкости.
Правильный питьевой режим особенно важно соблюдать в условиях, при которых теряется большое количество жидкости. Это часто случается в жарком климате, при работе в горячих цехах, при длительной и значительной физической нагрузке (например, при тренировке и соревнованиях, горных восхождениях, на марше и т. п.).
Жители районов с жарким климатом могут полностью утолять жажду только после еды и строго ограничивать прием жидкости в промежутках между едой. Лучше всего использовать чай, который увеличивает слюноотделение и устраняет сухость во рту, а также добавлять к воде фруктовые и овощные соки и их экстракты.
В горячих цехах полезнее пить газированную воду или отвары сухофруктов. Спортсменам рекомендуется утолять жажду только после окончания упражнений. В процессе выполнения упражнений следует прополаскивать водой рот и глотку.
Утолять жажду при горных восхождениях полезнее только во время больших привалов.
Если правильно соблюдать питьевой режим, то сохранится работоспособность и организм не будет ни обезвожен, ни перегружен жидкостью.
Различные части человеческого организма содержат разное количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83%, в жировой ткани — 29%, в скелете — 22% и даже в зубной эмали -0,2%.
Вода с растворенными в ней органическими и неорганическими веществами необходима для жизнедеятельности клеток. Часть ее находится внутри клеток и называется внутриклеточной жидкостью. Около 30% воды организма содержится в межклеточном веществе. Это — межклеточная, или межтканевая, жидкость. Плазма крови составляет 5% веса тела (около 3 л) и обеспечивает доставку к тканям питательных веществ и кислорода, которые поступают к отдельным клеткам через межклеточную жидкость.
На долю межклеточной, или интерстициальной, жидкости приходится около 12 л. Она является внешней средой для клеток, которые извлекают из нее соли, питательные вещества, кислород и в которую они выделяют продукты обмена.
Внутриклеточная жидкость составляет около 50% веса тела. Она находится внутри клеток, содержит электролиты (калий, фосфаты), питательные вещества (глюкозу, аминокислоты) и благодаря постоянной ферментативной активности обеспечивает процессы метаболизма.
Обмен тканевой жидкости происходит следующим образом: с одной стороны, гидростатическое, или механическое, давление плазмы выше по сравнению с межклеточной жидкостью, и поэтому она стремится выйти за пределы кровеносных капилляров.
С другой стороны, находящиеся в плазме белки, которые не могут проникнуть в межклеточную жидкость, создают высокое осмотическое давление, благодаря которому жидкость из тканей стремится обратно в ток крови. На артериальном конце капилляров гидростатическое давление выше осмотического, в связи, с чем жидкость переходит в ткани. На венозном конце гидростатическое давление уменьшается, а осмотическое возрастает, поэтому жидкость поступает обратно в капилляры. В норме объем жидкости, покидающей капилляры, больше, чем поступающей в них обратно. Излишек межклеточной жидкости выделяется из тканей через лимфатическую систему.
Обмен между межклеточной и внутриклеточной жидкостями зависит не только от осмотического давления, но и от избирательной проницаемости клеточной мембраны, которая свободно проходима для таких веществ, как кислород, двуокись углерода и мочевина. Другие вещества имеют различную концентрацию внутри клетки и за ее пределами, что связано с их активным переносом через клеточную мембрану. Например, калий накапливается преимущественно во внутриклеточной жидкости, а натрий — с противоположной стороны клеточной мембраны. (Калий и натрий — электролиты.)
Человек за день теряет примерно 2600 мл воды: 1500 мл — с мочой, 600 мл — через кожу, 400 мл — через легкие, 100 мл — с калом.
Таким образом, за день необходимо выпить примерно 2,6 л воды, из них для образования мочи — 1,5 л. Образование меньшего количества мочи может привести к повреждению мочевых путей и к образованию камней в почках.
Без воды человек не может жить более двух - трех недель. И если физиологическим сигналом голода служит снижение количества глюкозы в крови, то чувство жажды возникает из-за увеличения в крови концентрации соли и глюкозы, которое быстро нормализуется при питье воды.
Баланс воды в организме складывается из ее потребления и выделения. Вода у взрослого человека составляет 55-60% веса тела, а у новорожденного – 75%. Основная масса (около 71%) всей воды в организме входит в состав внутриклеточной жидкости. Внеклеточная вода входит в состав тканевой или интерстициальной жидкости (около 21%) и воды плазмы крови (около 8%).
Взрослый человек потребляет в сутки около 2,5 л воды, дополнительно в организме образуется примерно 300 мл метаболической воды. Эта вода образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров.
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 веществ в организме человека, не превышает 5% массы тела в сутки.
Функции воды в организме.
1. Вода конституционная – компонент клеток и тканей организма. Она является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания жизнедеятельности.
2. Вода – наилучший растворитель для многих биологически важных веществ, она обеспечивает условия для образования дисперсных форм липидов и белков; является основной средой и обязательной участницей многих биохимических реакций (свободная вода).
3. 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.
4. Способствуя гидратации макромолекул, вода участвует в их активации (связанная вода).
5. Растворяя конечные продукты обмена веществ, вода способствует их экскреции почками и другими органами выделения.
6. Вода обеспечивает приспособление организма к высокой температуре окружающей среды.
Биологическая ценность 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. Поскольку в кипяченой воде содержание минеральных компонентов снижено, ее постоянное использование вместо сырой воды повышает нагрузку на органы водно-солевого обмена за счет реабсорбции 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, которая 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, При экспериментальном повышении в воде концентрации окиси дейтерия увеличивается возбудимость ЦНС, усиливаются выбросы адреналина на стрессорные раздражители. Тяжелая вода, как выяснилось, обладает радиозащитным эффектом.
Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чувством жажды. Жаждаэтореакция организма на повышение осмотического давления и снижение объемов жидкостей.
Жажда может возникать в результате:
1. Повышение осмотического давления клеточной жидкости, уменьшения объема клеток, уменьшение объема внеклеточной жидкости. Эти изменения могут развиваться взаимосвязано.
2. Высыхания слизистой оболочки рта; последнее является результатом уменьшения слюноотделения, следствием потери жидкости при разговоре, одышке, курении и др.
3. Действия ангиотензина и натрийуретического гормона.
Субъективно жажда переживается как одно из наиболее сильных влечений человека.
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 механорецепторов. Вторичное (истинное) водное насыщение формируется при восстановлении параметров водно-солевого гомеостаза в результате всасывания принятой воды.
Точная локализация в мозге центра волюморегуляции 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) и осморецепторов. Рецепторы объема обнаружены главным образом в сосудах низкого давления (легочных венах) и в предсердиях. Они реагируют на значительные объемные сдвиги, достигающие ± 10%.
Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей.
Вода является универсальным растворителем для полярных молекул - солей, Сахаров, простых спиртов. Вода обладает уникальным свойством разрывать все виды молекулярных и межмолекулярных связей и образовывать растворы.
Раствор - жидкая молекулярно-дисперсная система, в которой молекулы и ионы растворенных веществ взаимодействуют друг с другом. Различают растворы элекгролитов, неэлектролитов, полимеров.
Жидкие среды организма представляют собой сложные растворы -полиэлектролиты. При растворении в воде происходит гидратация, а образующиеся при этом вещества называют гидратами. При этом разрываются межмолекулярные связи.
Растворы электролитов характеризуются электролитической диссоциацией растворенного вещества с образованием ионов. В жидких средах организма, согласно природе и механизмам гидратации, нет собственно солей, кислот и оснований, а есть их ионы.
Растворы биополимеров - белков, нуклеиновых кислот - являются полиэлектролитами и не проходят через большинство биологических мембран.
Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой.
Вода является растворителем многих веществ и переносит их кровью, лимфатической и экскреторной системами.
Жидкие среды организма - кровь, лимфа, цереброспинальная, тканевая жидкость, омывающие клеточные элементы и принимающие участие в процессе метаболизма, в совокупности образуют внутреннюю среду организма. Термин «внутренняя среда» или «внутреннееморе» был предложен французским физиологом К. Бернаром.
Биологические функции воды
Около 60% массы тела взрослого человека (у мужчин - 61%, у женщин- 54%) приходится на долю воды. У новорожденного ребенка содержание воды достигает 77%, в старческом возрасте снижается до 50%.
Вода входит в состав всех тканей человеческого тела: в крови ее около 81%, в мышцах - 75%, в костях - 20%. Вода связана в организме в основном с соединительной тканью.
Вода - универсальный растворитель неорганических и органических соединений. В жидкой среде происходит переваривание пищи и всасывание в кровь питательных веществ.
Вода является важнейшим фактором, обеспечивающим относительное постоянство внутренней среды организма. Благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности вода участвует в терморегуляции, способствуя теплоотдаче (потоотделение, испарение, тепловая одышка, мочеотделение).
Вода - участник множества метаболических реакций, в частности гидролиза. Она стабилизирует структуру многих высокомолекулярных соединений, внутриклеточных образований, клеток, тканей и органов, обеспечивает опорные функции тканей и органов, сохраняя их тургор, форлиз и
положение (гидростатический скелет). Вода является носителем метаболитов. гормонов, электролитов, участвует в транспорте веществ через клеточные мембраны и сосудистую стенку в целом. С помощью воды из организма выводятся токсичные продукты метаболизма.
Источники воды и пути выведения из организма
В сутки взрослый человек употребляет в среднем 2,5 л воды. Из них 1,2 в виде питьевой, напитков и пр.; 1 литр с поступающей пищей; 0,3 литра образуется в организме в результате метаболизма белков, жиров и углеводов, так называемая метаболическая или эндогенная вода. Столько же воды выводиться из организма.
В полость пищеварительного тракта в сутки выделяется 1,5 л слюны, 3,5 л желудочного сока, 0,7 л сока поджелудочной железы, 3 л кишечных соков и около 0,5 л желчи.
Около 1-1,5 л выводится почками в виде мочи, 0,2-0,5 л - с потом через кожу, около 1 л - через кишечник с калом. Совокупность процессов поступления воды и солей в организм, распределения их во внутренних средаx и выведения называется водно-солевым обменом.
Виды воды в организме
В организме человека и животных различают три вида воды - свободную, связанную и конституционную.
Свободная, или мобильная вода, составляет основу внеклеточной, внутриклеточной и трансцеллюлярной жидкостей.
Связанная вода удерживается ионами в виде гидратной оболочки и гидрофильными коллоидами (белками) крови и белками тканей в виде воды набухания.
конституционная (внутримолекулярная) вода входит в состав молекул, белков, жиров и углеводов и освобождается при их окислении. Вода перемещается между различными отделами жидких сред организма вследствии сил гидростатического и осмотического давления.
Внутриклеточная и внеклеточная жидкости электронейтральны и осмотически равновесны.
Вода - жизненно важный элемент, который также является основной составляющей человеческого тела и всех живых существ, основное вещество органической материи и среда, где происходят все биохимические реакции организма. Не употребляя воду ни в виде жидкости, ни в составе какой-либо пищи, можно прожить всего неделю, максимум 10 дней. Случаи, превосходящие эти показатели, являются исключениями.
Чистая вода - это бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Молекулы чистой воды состоят из атома кислорода (02) и двух атомов водорода (2H), поэтому химическая формула воды - Н20. Вода входит в состав клеток, а также заполняет межклеточное пространство и является составляющей крови и лимфы. Две трети всего количества воды, присутствующей в организме, входит в состав клеток и является клеточной жидкостью. 25 % воды, содержащейся в организме, приходятся на межклеточную жидкость в тканях. И остальные менее 10 % составляют внеклеточную жидкость, то есть кровь, лимфу и другие секреты.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОРГАНИЗМЕ
Вода в человеческом теле осуществляет множество функций. Человеческий организм постоянно теряет жидкость различными способами, поэтому ему нужно восполнять ее количество для поддержания жизнедеятельности, для которой необходим постоянный водный баланс организма. Потери жидкости происходят разными путями: с продуктами распада - испражнениями, мочой; через кожу с потоотделением и через легкие с дыханием. Химические процессы, проходящие в организме, и метаболизм углеводов, белков и жиров также требуют определенного количества так называемой эндогенной воды - около 300 мл. Для поддержания водного баланса организма человек должен потреблять ежедневно такое же количество жидкости, которое использует его организм, - это так называемая эндогенная вода, запасы которой восполняются, когда в человеческий организм поступает жидкость, в основном состоящая из воды, а также в большем или меньшем количестве входящая в состав продуктов.
Человеческому организму СВОЙСТВЕННО испытывать жажду, что сигнализирует о нехватке воды. Если в организме содержится мало воды, соответственно, ее количество уменьшается и в крови - как результат кровь становится более концентрированной. В мозге находится центр, соединенный с особыми рецепторами, которые анализируют концентрацию веществ в крови: если этот центр получает информацию о том, что концентрация крови выше нормы, он генерирует особые стимулы, которые воспринимаются мозгом как чувство жажды, что побуждает нас употреблять жидкость.
Глаза, суставы и мышцы нуждаются в воде во время дневной активности. Благодаря воде наши глаза и язык постоянно остаются влажными.
