Значение воды в жизни человека, её виды и свойства. Роль воды в организме человека (суточная норма и свойства) Виды воды в организме человека

Физико-химическая харак­теристика воды. Химически чистая вода - это прозрачная жидкость без запаха и вкуса. Молекула воды содержит 11,19% водорода и 88,81% кислорода. Молекулярная масса воды составляет 18,016, температура замерзания - 0°С, температура кипения +100°С, плотность воды при 4°C -1 г/см 3 .

Вода - отличный растворитель многих органических и мине­ральных веществ, что связано со структурой ее молекулы. Для воды характерна водородная связь, определяющая в зна­чительной степени ее свойства и значение. Водородные связи воз­никают между частичным отрицательным зарядом атома кисло­рода одной молекулы воды и частичным положительным зарядом атома водорода соседней. Концентрацию ионов водорода в биологических системах выражают через водородный показатель – pH. Различают пресную, солоноватую и соленую воду. Вода содержит неорганические ионы, примеси органических веществ.

Содержание и распределение воды в организме животных. У взрослых млекопитающих и птиц вода составляет около 65 %, или 2 /з живой массы тела, у новорожденных ее содержание достигает 70 - 80%, а у эмбрио­нов - 87 - 97 %. Отдельные органы и ткани содержат раз­ное количество воды - больше всего ее в наиболее активно функционирующих органах. Животное может жить при полном отсутствии запасов жира и до 50 % белков, но потеря только 10-% воды вызывает тяжелые патологические изменения, а потеря 15-20 % ее вле­чет за собой смерть. Потребность в воде и распределение ее в тканях изменяется в зависимости от состава корма, физиологического состояния животного, продуктивной деятельности, напряженности физи­ческой работы, условий внешней среды и т. д. У молодых растущих животных потребность в воде в несколько раз больше.

Вода в тканях и органах животного распределена неодинаково. Различные органы и ткани отличаются между собой содержанием воды. Так, например, кости содержат 22% воды, хрящи - 55, легкие - 79,1, кора го­ловного мозга - 83,3%. Биологические жидкости характеризуются высоким содержанием воды - до 99,5% (слюна, пот). Около 72% всей воды организма сосредоточено в клетках, 28% - в межклеточ­ных жидкостях, 8-10% в плазме кро­ви, лимфе, ликворе, синовии, плевральной жидкости. Следует учитывать, что на 1 кг мас­сы животного требуется в среднем 35-40 г воды в сутки. У моло­дых организмов эта потребность в 2-4 раза выше.

Потребность животных в воде удовлетворяется в основном за счет поступления ее извне непосредственно и при поедании сочных кормов. Небольшое количество воды образуется в тка­нях. Из кишечника, где всасывается основная масса воды, она поступает в печень. Часть ее задерживается в печени как ре­зерв, а остальная уносится током крови к другим органам и тканям. Из последних она снова возвращается в кровь.

Орга­низм коровы, например, за сутки принимает 40-50 л воды, кроме этого, в желудочно-кишечный тракт в составе пищевари­тельных соков выделяется еще 120-130 л воды. Из всего этого объема только около 10 % жидкости выделяется с калом, а остальная вновь всасывается в кровь. Поступающая извне вода должна полностью компенсиро­вать постоянные ее потери с мочой, потом, секретами (молоко), с выдыхаемым воздухом.

Биологическое значение воды. Вода в организме выполняет ряд жизненно важных функций. Прежде всего, она является универ­сальным растворителем минеральных и органических веществ, вхо­дящих в корма, и продуктов обмена веществ. Вода - пластический материал , из которого построены органы, ткани и клетки.

Множественные функции воды определяются ее физико-хи­мическими свойствами. Молекулы воды, как диполи, ассоцииро­ваны между собой при помощи водородных связей. На разрыв этих связей затрачивается значительное количество энергии, что придает воде высокую теплоемкость (у воды она в 4 рaзa выше, чем у воздуха, являющегося «внешней средой» обитания большинства высших животных). Благодаря этому вода играет важную роль в процессах терморегуляции организмов. Около 25% избытка тепловой энергии выделяется из организма в результате испарения воды с поверхности кожи. Приблизительно столько же тепла выделяется из организма с парами выдыхаемого воздуха.

Молекулы воды участвуют в создании вторичной и третичной структуры молекул белков. Все питательные вещества корма усваиваются в пищевом канале с участием воды (реакции гидролиза). Для воды характерна очень низкая вязкость, что придает водным растворам хорошую текучесть и быстрое перемещение жидкостей в организме. Вода и ее растворы смачивают трущие­ся поверхности , способствуя улучшению их скольжения.

Состояния и виды воды в организме. Содержащуюся в организме воду условно разделяют на сво­бодную и иммобилизованную . Свободная вода содержится в плазме крови, лимфе, спинномозговой жидкости, пищеваритель­ных соках, моче. В межклеточных пространствах ее сравни­тельно мало и она удерживается там капиллярными силами. Свободная вода обеспечивает приток ктканям питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.

Иммобилизованная вода бывает двух видов: гидратационная и иммобильная . В отличие от свободной она лишена способности к свободному перемещению, причем меньшая ее часть прочно связана с полярными группами белков и других биополимеров (гидратационная вода).Она составляет около 4% всей воды тканей, 10-80% такой воды связывают белки. Белки тканей настолько ак­тивно гидратируются, что на каждые 100 г могут связывать от 18 до 50 г воды. Гидратационная вода по целому ряду призна­ков отличается oт свободной. Она незамерзает при охлажде­нии до 0°С и несколько ниже, имеет повышенную плотность (1,48-2,45), в ней не растворяются растворимые в обычной воде вещества. Эти отличия обусловлены упорядоченным рас­положением молекул (диполей) воды вокруг полярных групп гидрофильных коллоидов.

Другая часть иммобилизованной воды (иммобильная), хотя и не связана полярными группами, лишена способности к свободному пере­мещению, так как она заключена в надмолекулярных клеточ­ных структурах (мембраны, органеллы, фибриллярные агрега­ты). Ее молекулы размещаются между мембранами клетки, волокнистыми молекулами и структу­рами. Такая вода сохраняет способность растворять соли и дру­гие растворимые вещества, обеспечивает высокую скорость химических реакций в тканях, придает тканям упругость, спо­собствует сохранению ими постоянной формы. Сольватация (гидратация) белков тканей и иммобилизация воды фибрил­лярными и мембранными структурами препятствует вытеканию последней при рассечении тканей.

С возрастом количество гидратационной воды в организме постепенно уменьшается в связи с падением у коллоидов способности к гидратации. Это приводит к тому, что коллоиды цитоплазмы постепенно подвергаются синерезису, вследствие чего ткани теряют упругость, сморщиваются. Между различными видами воды существует динамическое рав­новесие. Количество свободной воды возрастает в патологии (при нефритах, перикардитах, абсцессах, флегмонах). Возникают отеки. При кратковременной работе (10-15 мин) в организме накапли­вается межклеточная (свободная) вода, при длительной (свыше 30-60 мин) - внутриклеточная (иммобильная) вода.

Виды воды. Ткани и клетки используют два вида воды: экзо- и эндоген­ную. Экзогенная вода поступает в организм извне - с кормом и питьем. В общей массе она составляет 6 / 7 всей воды, необходимой для жизни организма. 1 / 7 общей массы воды образуется в тканях животного как конечный продукт окисления нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов. Это эндогенная вода. Установлено, что при полном окислении 100 г жиров организм получает 107,1 г воды, углеводов - 55,6 и белков - 41,3 г воды. Количественное соотношение экзо- и эндогенной воды в организме зависит от вида и воз­раста животного, уровня его продуктивности и условий внешней среды (окружающей температуры, влажности, зоны обитания), рациона, сезона года и др. Эндогенный путь получения организмом воды имеет большое значение для обитателей безводных пустынь и степей, для животных, которым свойственна зимняя спячка.

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 - 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.

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.

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.

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.