Роль воды в организме
На самом деле роль воды многогранна и с трудом поддается обычному перечислению. Из наиболее явных ее функций можно назвать:
1. Участие в ферментативных реакциях гидролиза. Поэтому
- катаболизм в клетке любых полимерных молекул (триацилглицеролов, гликогена) и получение из них энергии не может происходить без воды,
- переваривание пищевых веществ ухудшается в состоянии недостаточности воды.
2. Формирование клеточных мембран основано на амфифильности фосфолипидов, т.е. на способности фосфолипидов автоматически формировать полярную поверхность мембраны и гидрофобную внутреннюю фазу. Как следствие, при снижении объема внутри- и внеклеточной воды часть фосфолипидов оказывается "лишней" и происходит деформация мембран клеток.
3. Вода формирует гидратную оболочку вокруг молекул. Это обеспечивает
- растворимость веществ, в частности белков-ферментов, и должное взаимодействие их поверхностных гидрофильных аминокислот с окружающей водной средой. При уменьшении доли воды в среде взаимодействие ухудшается, изменяется конформация фермента и, значит, варьирует скорость ферментативных реакций,
- транспорт веществ в крови и в клетке.
4. Вода создает активный объем клетки и межклеточного пространства. Связывание воды с органическими структурами межклеточного матрикса – коллагеном, гиалуроновой кислотой, хондроитин-сульфатами и другими соединениями обеспечивает тургор и упругость тканей. Наглядно это проявляется при крайнем обезвоживании организма, когда наблюдается спадение глазных яблок и неэластичность кожи.
5. Состояние жидких сред организма (кровь, лимфа, пот, моча, желчь) напрямую зависит от количества в них воды. Сгущение и концентрирование этих жидкостей приводит к снижению растворимости их компонентов – солей, органических веществ, и усилению кристаллообразования в моче и желчи.
- сужение сосудов для приведения в соответствие объема крови и емкости сосудистого русла,
- повышение артериального давления для обеспечения кровоснабжения головного мозга, почек и других органов.
Источники воды в клетке
Существуют два источника воды для клеточного метаболизма:
1. Вода, поступающая с пищей – в сутки во взрослый организм должно поступать в виде чистой (!) воды не менее 1,5 л или из расчета 25-30 мл/кг массы. Дополнительно может поступить с напитками, жидкой и твердой пищей еще до 1,5 л. У ребенка первого года жизни потребность в воде составляет 100-165 мл/кг веса в сутки, что связано с большим количеством экстрацеллюлярной жидкости и легкостью ее потери при воздействиях на организм.
2. Вода, образуемая в процессе катаболизма и при окислительном фосфорилировании – метаболическая вода, в среднем 400 мл в сутки.
Часто этот источник воды переоценивают и считают достаточным для покрытия водного дефицита, приводя в пример верблюдов и жир в их горбах. Однако элементарный расчет показывает, что в состоянии покоя даже при полном голодании для обеспечения организма человека суточной энергией (2100-3500 ккал) необходимо 225-380 г жира (ценность окисления триацилглицеролов 9,3 ккал/г). Известно, что при полном окислении 1 г жира образуется 1,09 мл воды, т.е. в сутки такой воды будет всего 245-414 мл.
Верблюды способны за счет потери воды терять до 25% массы без осложнений для самочувствия. Их возможность выживать в жарких условиях пустыни обусловлены не запасами жира, а совсем другими причинами:
- овальные эритроциты менее чувствительны к сгущению крови,
- водяной пар выдыхаемого воздуха полностью конденсируется на стенках носовых путей (ноздрей) и возвращается в организм,
- частота дыхания более низкая,
- температура тела изменяется от 35°С до 41°С в зависимости от окружающей среды, что препятствует лишнему потоотделению,
- осуществляется высокая реабсорбция воды из толстого кишечника, их помет содержит в 6-7 раз меньше воды, чем у крупного рогатого скота и состоит из почти сухих растительных отходов,
- в моче отсутствует мочевина - осмотически активное вещество, удерживающее воду, что позволяет снизить объем мочи.
Выведение воды из организма
Выведение воды осуществляется несколькими системами:
1. Легкие. Вода выводится незаметно для человека с выдыхаемым воздухом, это неощутимые потери (в среднем 400 мл/сут). Доля выводимой воды может возрастать при глубоком дыхании, дыхании сухим воздухом, при гипервентиляции, искусственной вентиляции легких без учета влажности воздуха.
2. Кожа. Потери через кожу могут быть
- неощутимые – при этом выводится практически чистая вода (500 мл/сут),
- ощутимые – потоотделение при повышении температуры тела или среды, при физической работе (до 2,0 литров в час).
3. Кишечник – теряется 100-200 мл/сут, количество возрастает при рвоте, диарее.
4. Почки выводят до 1000-1500 мл/сут. Скорость выделения мочи у взрослого 40-80 мл/ч, у детей – 0,5 мл/кг·ч.
В нормальных условиях благодаря почкам вода из организма выделяется в количестве, соответствующем объему принимаемой жидкости.
Часть воды всегда удаляется независимо от водного рациона, даже при сухом голодании. Это называется облигатная потеря воды (около 1400 мл в сутки). К облигатной потере воды относится удаление воды с потом, выдыхаемым воздухом, испражнениями и мочой. При этом доля воды, теряемой через почки, даже с максимально концентрированной мочой, составляет до 50% всех потерь.
Регуляция водного баланса
В организме за сохранение воды ответственны две антидиуретические системы:
1. Антидиуретический гормон (вазопрессин) – его секреция и синтез возрастает при:
- активации барорецепторов сердца в результате снижения давления крови, при уменьшении внутрисосудистого объема крови на 7-10%,
- возбуждении осморецепторов гипоталамуса и воротной вены – при нарастании осмоляльности внеклеточной жидкости даже менее чем на 1% (при обезвоживании, почечной или печеночной недостаточности),
2. Ренин-ангиотензин-альдостероновая система (система РААС) – активируется при уменьшении давления в почечных приносящих артериолах или снижение концентрации ионов Na+ в моче дистальных канальцев. Конечная цель работы данной системы – усилить реабсорбцию натрия в конечных отделах нефрона. Это влечет за собой увеличение потока воды в клетки тех же отделов и предотвращение ее потерь.
3. За целенаправленное удаление натрия и, соответственно, воды отвечает третий гормон. Натрий-уретический пептид (атриопептин) – вазодилатирующий и натрийуретический гормон, вырабатываемый в секреторных миоцитах предсердий и желудочков в ответ на их растяжение. Уровень атриопептина возрастает, например, в результате застойной сердечной недостаточности, хронической почечной недостаточности и т.п.
Натрийуретический гормон усиливает выведение ионов Na+ и воды и снижает давление за счет:
- повышения скорости клубочковой фильтрации,
- торможения реабсорбции ионов Na+ и Cl– в проксимальных канальцах и повышения их экскреции, что снижает реабсорбцию воды,
- снижения сердечного выброса и повышения коронарного тонуса,
- ингибирования секреции ренина, эффектов ангиотензина II и альдостерона,
- увеличения проницаемости гистогематических барьеров и увеличения транспорта воды из крови в тканевую жидкость,
- расширения артериол и снижения тонуса вен.