Обмен воды и солей

Вода. В организме взрослого человека вода составляет 60% всей массы тела. Разные ткани содержат неодинаковое количество воды. Наиболее бедны водой соединительная и опорная ткани. Ткани, в которых преобладают клеточные элементы, например печень, селезенка и др., содержат от 70 до 80% воды. В организме вода распределяется как внутри клеток, так и вне их. Во внеклеточной жидкости из катионов преобладает натрий, а из анионов - хлорид и бикарбонат, в то время как во внутриклеточной жидкости имеется избыток калия, а из анионов преобладают фосфорные эфиры и белки. В теле взрослого человека ²/₃ воды приходится на внутриклеточную жидкость, а ¹/₃ - на внеклеточную.

С плотной пищей человек получает около 40% всей воды, примерно 48% поступают в виде жидкости и только около 12% воды образуется в результате "сгорания" пищевых веществ в организме. Обмен воды в организме идет быстро. Вода плазмы уже за минуту обновляется на 70%. Установлено, что у взрослого человека среднее время пребывания молекулы воды в организме равно примерно 15 дням, в то время как у ребенка - 3-5 дням. В водном обмене участвуют все ткани организма, но наиболее значительную роль играют почки, кожа, легкие и желудочно-кишечный тракт (табл. 10). Почки являются главным органом водно-солевого обмена. Количество и состав выделяемой мочи подвержены значительным колебаниям. Если воды потребляется мало, организм выделяет более концентрированную мочу и наоборот. Количество мочи в норме в зависимости от различных условий может составлять от 0,5 до 2,5 л в день.

Потеря воды через кожу осуществляется путем потоотделения и прямого испарения. Потеря воды путем испарения достигает примерно 200-300 мл в день. Количество пота в исключительных случаях может достигать 4 л в час.

Организм человека в нормальных условиях с выдыхаемым воздухом выделяет примерно 500 мл воды в виде паров. Это количество может увеличиться в 10 раз при лихорадке и гипервентиляции легких. Обычно вдыхаемый воздух содержит 1,5% воды, в то время как выдыхаемый - около 6%.

Желудочно-кишечный тракт отличается значительной активностью в отношении водно-солевого обмена. Количество выделяющихся за сутки соков составляет у человека примерно 8 л, что почти в 2 раза больше объема плазмы крови. Большая часть соков подвергается обратному всасыванию. С экскрементами выводится примерно 2% выделяемого объема соков. Максимальная резорбционная способность кишечника составляет около 3 л в час. При нарушении обратного всасывания (например, при диарее) наблюдается большая потеря воды, солей и белков.

Определенную роль в водно-солевом обмене играет печень, которая способна при некоторых патологических состояниях задерживать значительное количество жидкости.

Ионы натрия, калия и хлора. Эти ионы тесно связаны друг с другом в процессе обмена. В сочетании с белками они являются главными регуляторами осмотического давления, а также оказывают специфическое действие на возбудимость нервов и мышц. Активность некоторых ферментов зависит от присутствия ионов натрия и калия.

Около половины натрия, содержащегося в организме человека, находится во внеклеточной жидкости, около 30% - в костно-хрящевой ткани. Концентрация ионов калия значительно выше во внутриклеточном пространстве. Ионы хлора концентрируются преимущественно во внеклеточных жидкостях.

В настоящее время широко распространено представление, что неравномерное распределение Na⁺ и K⁺ в клетках и внеклеточной жидкости связано с активным процессом, протекающим с затратой энергии и направленным на выведение Na⁺ из клеток, что приводит к компенсирующему пассивному передвижению К+ в противоположном направлении. Это явление называют натриевым насосом.

Неравномерное распределение катионов по обе стороны мембраны является причиной существования потенциалов у клеточных мембран. Сущность процесса возбуждения в нервном волокне, по-видимому, определяется разницей концентрации Na⁺ и K⁺ в интра- и экстрацеллюлярном пространствах.

Употребление растительной пищи, которая богата калием и бедна натрием, приводит к повышению выделения натрия из организма, что увеличивает потребность в поваренной соли. Наоборот, преимущественно мясное питание, сбалансированное в отношении содержания натрия и калия, не обусловливают повышения потребности в поваренной соли.

При некоторых условиях у человека может развиваться дефицит натрия и калия (тропические условия без адаптации, вызывающие потери натрия с потом, усиленный диурез, применение мочегонных средств, выпускание асцитной жидкости, бессолевые диеты, рвота и диарея). Недостаточность натрия и калия проявляется в слабости и апатии, тошноте, снижении артериального давления и судорогах скелетных мышц.

Кальций, магний и фосфор. Эта группа минеральных веществ является главными элементами костной ткани.

Общее количество кальция в организме достигает 1,5 кг, фосфора - 800 г, магния -20 г. На долю костной ткани приходится 99% кальция, 80% фосфора и 50% магния. В клетках содержится больше кальция, но меньше магния и фосфора, чем во внеклеточной жидкости. Кальций и магний в организме представлены главным образом свободными катионами, фосфор в костях содержится в виде неорганического аниона, а в крови и других тканях - в форме эфиров различных органических соединений.

Дневной обмен кальция у взрослого человека равен примерно 700 мг. Кости являются резервом двух незаменимых элементов: кальция и фосфора. В сыворотке содержится от 9 до 11 мг кальция на 100 мл. Около половины кальция связано с альбумином, остальной находится в ионизированном состоянии.

Кальция сравнительно много в клеточных мембранах, на проницаемость которых он оказывает значительное влияние. Нервно-мышечная возбудимость при снижении концентрации кальция и магния увеличивается. На обызвествление костей кальций и магний оказывают антагонистическое действие. Кальций играет большую роль в свертывании крови и в створаживании молока.

Регуляция обмена кальция зависит от обмена фосфата, функции ряда эндокринных желез (иаращитовидных, надпочечников, щитовидной), а также содержания в организме витамина D. Гормон паращитовидных желез снижает степень резорбции фосфатов, приводит к увеличению мобилизации кальция из костей, повышению его концентрации в сыворотке и усилению экскреции с мочой. Витамин D способствует всасыванию кальция в кишечнике, а также процессу окостенения.

Кальций выделяется с мочой (50-200 мг/день) и калом (около 800 мг при приеме с пищей 1 г кальция). Кальций фекалий наполовину состоит из невсосавшегося кальция пищи, а вторая половина является продуктом экскреции, осуществляемой с пищеварительными соками. Отрицательный баланс кальция свидетельствует о неблагополучии кальциевого обмена.

Всасывание кальция из кишечника облегчается в присутствии белка, по-видимому, в результате образования растворимых солей кальция с аминокислотами. Возникновению рахита у детей способствует употребление большого количества ржаного хлеба. Этот эффект связан с содержанием в ржаном хлебе фитиновой кислоты, дающей с кальцием нерастворимые, плохо всасывающиеся соли. Всасывание кальция затрудняют жиры пищи, образующие нерастворимые мыла кальция (кальциевые соли жирных кислот). Такое же влияние оказывают некоторые органические кислоты, например щавелевая.

Недостаточность кальция в питании широко распространена. Потребность в кальции и ряде других элементов отражена в табл. 11. Дефицит кальция в пище ведет к недоразвитию скелета, которое осложняется гипокальциемией и тетанией. Из продуктов питания солями кальция наиболее богаты молочные продукты, а также овощи, яйца, рыба и мясо.

В плазме крови в норме содержится примерно 2 мэкв/л магния. При снижении потребления солей магния наблюдаются явления тетании, трофические изменения кожи (язвы), отложение извести в стенках сосудов, ухудшение усвоения пищи. В норме большая часть магния (около 60%) эскретируется кишечником, а остальная часть - почками.

Содержание фосфора в плазме крови зависит от возраста (у детей - около 5 мг%, у взрослых - около 3 мг%). Этот элемент почти полностью находится в ионизированном состоянии. Концентрация фосфора в крови зависит от функции паращитовидных желез, щитовидной железы, почек, а также от содержания витамина D. Количество фосфора в плазме снижается при увеличении функции паращитовидных желез и снижении уровня витамина D в крови.

Железо. В организме содержится около 4-5 г железа, которое распределяется следующим образом: 60% в гемоглобине, 9% в миоглобине, 16% в ферритине и гемосидерине, 0,3% в цитохромах, каталазе и трансферрине. Железо - главная составная часть окислительно-восстановительных систем организма.

Всасывание и усвоение железа осуществляется главным образом посредством апоферритин-ферритинового механизма. Считают, что всасывание железа регулируется изменением количества апоферритина в слизистой оболочке тонкой кишки.

С помощью радиоизотопной методики с использованием Fe⁵⁹ обнаружено, что из 12 мг железа, поступающего в организм человека с пищей, всасывается около 1 мг, а 11 мг выделяются с калом. Белки и аскорбиновая кислота способствуют восстановлению железа, а следовательно, и его всасыванию. Высказано мнение, что роль свежих овощей и фруктов в предотвращении анемии связана не с содержанием в них железа, а с тем, что они улучшают его всасывание. Фитиновая кислота и другие фосфаты ухудшают всасывание железа, образуя с ним нерастворимые соли. При стеаторее всасывание железа также ухудшается. Соляная кислота желудочного сока не влияет на всасывание железа. Витамин B₁₂ при пернициозной анемии увеличивает всасывание железа.

В плазме крови имеются глобулины, называемые трансферрином и гаптоглобином, которые выполняют транспортную функцию в отношении железа.

В связи с разрушением эритроцитов в организме человека освобождается ежесуточно около 20-30 мг железа, из которых только 5% выводятся из организма преимущественно с экскретами кишечника. Основная же часть железа депонируется и при недостаточном содержании его в пище повторно мобилизуется из депо. При некоторых патологических состояниях, например гемохроматозе, обмен железа нарушается: наблюдается чрезмерное усвоение и накопление железа. Если в норме в депонированном состоянии в организме содержится около 1 г железа, то при этом заболевании содержание железа в виде гемосидерина в депо в некоторых случаях достигает 40 г.

Дефицит железа особенно часто развивается у женщин и детей грудного возраста. В последнем случае он связан с недостаточным содержанием железа в молоке. Большие потери железа и гемоглобина у женщин иногда наблюдаются при беременности и родах. Недостаточность железа приводит к микроцитарной гипохромной анемии. Объем эритроцитов снижается более чем на 30%, а концентрация гемоглобина - с 34 до 20 г на 100 мл эритроцитов. Из пищевых продуктов наиболее богаты железом сухая кровь, печень, яйца, мясо, шпинат, пшеничная и ржаная мука.

Микроэлементы. К микроэлементам относятся цинк, марганец, хром, медь, кобальт, молибден, селен, фтор, йод и ряд других. Эти элементы жизненно необходимы, но потребность организма в них минимальна. Многие микроэлементы входят в состав некоторых ферментов и других активных белков. Цинк, например, входит в состав и обусловливает активность таких ферментов, как карбангидраза, карбоксипептидаза, глютаматдегидрогеназа, лактат-, алкоголь-, фосфоглицеринальдегиддегидрогеназы. При недостаточности цинка нарушается рост и происходит выпадение волос.

Марганец является кофактором многих ферментов: пептидаз кишечника, аргиназы и др. При недостаточности этого элемента в пище у животных развивается стерильность и нарушается нормальное образование костной ткани.

Медь входит в состав цитохром- и дифенолоксидаз. В плазме крови имеется белок, содержащий медь, церулоплазмин, который принимает участие в транспорте меди и выделении ее из организма. Считается, что при гепатолентикулярной дегенерации (болезнь Коновалова-Вильсона) нарушается процесс выделения меди из организма и она накапливается в органах и тканях, вызывая явления, сходные с хроническим отравлением. При этом заболевании наблюдаются дистрофические изменения в печени и базальных ганглиях.

Кобальт входит в состав витамина B₁₂, дипептидазы и оксиизобутиратдегидрогеназы. Недостаточность кобальта у животных проявляется в анемии, потере веса и нарушении полового цикла. Избыточное содержание кобальта в пище приводит к полицитемии и токсическим явлениям. Молибден входит в состав альдегид- и ксантиноксидаз. При недостаточности этого элемента в пище снижается активность упомянутых оксидаз в печени. В то же время даже незначительный избыток молибдена может приводить к развитию токсических явлений. О функции селена в организме достоверных данных пока нет. Избыток селена вызывает интоксикацию. Интерес к селену возрос, когда было установлено, что он может снижать и даже предотвращать влияние недостаточности витамина E, особенно некрозы печени и мышечную дистрофию.

Фтор входит в состав зубной ткани и при его недостатке развиваются заболевания зубов, например кариес. Йод является компонентом гормона щитовидный железы-тироксина.

Микроэлементами богаты печень, яичный желток и овощи.

В заключение этого раздела мы считаем целесообразным привести суммарную таблицу потребности взрослого организма в различных пищевых продуктах, или формулу сбалансированного питания, в том виде, в каком она дана А. А. Покровским (табл. 12).