Водно-минеральный обмен
Структура и свойства молекул воды Вода самое распространенное вещество на поверхности нашей планеты. Она универсальный растворитель твердых, жидких, газообразных веществ и существует в трех физических состояниях в виде льда, жидкости и пара.
Роль и обмен воды Без воды человек может прожить 5 дней. Содержание воды в организме человека зависит от возраста, особенностей питания, пола и других факторов. Эмбрион человека 1, 5 месяцев содержит 97. 5% воды, 4 -х месяцев - 91 -92%, плод 7 -8 месяцев - 83 -85% воды, новорожденные дети 74 -77%, взрослые мужчины - 60 -65%, лица старше 81 года содержат около 50% воды.
Функции воды в организме § § § § вода является растворителем, регулятор теплового баланса в организме, транспортная функция, обеспечивает тургор тканей, среда для химических реакций, участник химических реакций, в жидкой среде осуществляется переваривание и всасывание, структурная функция воды.
Вода как растворитель
Вода в составе тканей Чем интенсивнее обмен веществ в ткани, тем выше в ней содержание воды. § кровь содержит 81% воды, § мышцы - 75%, § костная ткань – 20%, § серое вещество мозга - 84%, § белое вещество мозга – 70%
Распределение воды в организме Примерно 62 -64% общего объема воды распределено внутриклеточно и около 36 -38% внеклеточно у человека с массой тела 70 кг, в том числе в плазме крови, лимфе, моче, желудочнокишечных соках, спинномозговой и синовиальной жидкостях, кале, поте, слюне, слезе, водянистой влаге глаза, молоке после родов и при отёках различной этиологии.
В организме человека весом 60 кг содержится около 45 л воды Из них: § 30 л внутриклеточной воды, § 15 л экстрацеллюлярной: - 10 л межклеточная - жидкость соединительной ткани. За счёт этой воды удовлетворяется жажда. Используется для выделения сока при работе ЖКТ. - 5 л внутрисосудистая вода – плазма, лимфа. .
Возрастные особенности соотношения воды в организме § У взрослых людей преобладает внутриклеточная, а у детей до 5 лет – межклеточная вода. § Внутриклеточная вода одинакова у взрослых и детей. § Межклеточная вода преобладает у ребёнка, он её быстро теряет.
Уникальные свойства воды объясняются сильной поляризацией молекул воды. Поляризация способствует образованию водородных связей между ними. 99, 98% молекул природной воды содержат стабильный изотоп водорода протий (1 Н), состоящий из одного протона и одного электрона, а 0, 02% -стабильный изотоп тяжелого водорода дейтерий (2 Н либо D), имеющий по одному протону, нейтрону и электрону. В молекуле Н 2 О два протона и кислород расположены в виде равнобедренного треугольника.
Водородные связи могут образоваться между большим числом молекул воды. Объединенные водородными связями десятки и сотни молекул воды образуют ассоциаты, именуемые кластерами.
Присутствие ионов в воде влияет на упорядоченность структур молекул воды
Жидкую воду можно рассматривать как частично дестабилизированную структуру льда с разрывом части водородных связей.
Схематическое изображение небольшого участка структуры кристалла льда Водородные связи изображены штрихами, ковалентные связи представлены двойными линиями. На рисунке крупными шарами показаны атомы кислорода, мелкими атомы водорода. Рис. взят из книги лауреата Нобелевской премии Л. Полинга.
Потребление жидкости § в возрасте до 1 года 100 -105 мл на кг веса, § в возрасте от 1 до 5 лет 50 - 100 мл/кг, § в возрасте старше 5 лет как у взрослых 40 -50 мл/кг У детей потребность в воде больше. В сутки взрослый человек получает 2, 5 л воды: § 1, 2 л –питьевая вода, § 1, 0 л с пищей, § 300 мл – эндогенная вода.
Потребление воды зависит от: § интенсивности обмена, § возраста, § состава пищи, § климата, § функции почек. При окислении 100 г жира образуется 107 мл воды. При окислении 100 г белка - 41 мл воды. При окислении 100 г углеводов - 55 мл воды.
Водный баланс У взрослого здорового человека водный баланс равен нулю. В норме количество потребляемой и образующейся в процессе метаболизма воды равно количеству выделяемой из организма воды. Приём воды мл/сутки Потеря воды мл/сутки питьё пища обменные процессы 1200 900 300 моча легкие кожа 1400 500 кал 100 2400 всего 2400
Из организма взрослого в сутки выделяется 2, 5 л воды: § § через почки 50%, с потом 32%, с выдыхаемым воздухом 13%, через кишечник 5%.
Положительный водный баланс наблюдается при § § избыточном питье, массивных внутривенных введениях, почечной недостаточности, усилении выработки альдостерона, вазопрессина. Избыток воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся потерей солей и витаминов, ослаблением организма.
Отрицательный водный баланс наблюдается § при резком ограничении поступления воды в организм, § при рвоте, диарее, § при несахарном диабете, § у ожоговых больных: при потере 10% воды развивается интоксикация, при потере 20% воды наступает гибель организма.
Нарушение водно-электролитного баланса § Дегидратация, недостаток воды в организме возникает, если не восполняются потребности в ней. § При избытке воды возникает гипергидратация, может развиться водная интоксикация. § При белковой диете увеличивается потребность в воде.
Регуляция выделения воды осуществляется ЦНС, получающей информацию от: натрио-, волюмо-, осморецепторов.
Гормоны, принимающие участие в регуляции водного обмена. Антидиуретический гормон (вазопрессин) § синтезируется в гипоталамусе, затем транспортируется в заднюю долю гипофиза, § способствует увеличению реабсорбции воды в почечных канальцах, § снижает диурез.
Биологическое действие АДГ в клетках почечных канальцев § АДГ связывается с V 2 –рецептором, вызывая активацию аденилатциклазы и образование ц. АМФ, § ц. АМФ активирует протеинкиназу, фосфорилирующую белки, § фосфорилированные белки индуцируют транскрипцию гена белка аквапорина, § аквапорин встраивается в мембрану клетки почечного канальца, образуя водные каналы.
Механизм действия АДГ
Для АДГ существует 2 типа рецепторов: V 1 и V 2 § Результатом действия АДГ через рецепторы V 1 является сокращение гладкомышечного слоя сосудов (сосудосуживающий эффект) § Рецептор V 2 находится на поверхности эпителиальных клеток почек. Результат действия на данный рецептор – реабсорбция воды из почечных канальцев (антидиуретическое действие). При дефиците АДГ развивается несахарный диабет (гипотоническая полиурия). Происходит выделение большого количества мочи низкой плотности.
Альдостерон § синтезируется в коре надпочечников, § минералокортикоид, § увеличивает реабсорбцию воды и натрия. Стимулируют синтез альдостерона: § ангиотензин II, § АКТГ, § простагландин Е, § низкая концентрация ионов натрия, § высокая концентрация ионов калия.
Механизм действия альдостерона
Ренин-ангиотензиновая система Ренин - протеолитический фермент,
Ренин синтезируется в юкстагломерулярных клетках почечного клубочка.
Эффекты ангиотензина II § стимулирует освобождение альдостерона, вазопрессина, вызывает жажду, § сосудосуживающий эффект, § сокращение гладких мышц, § регуляция сократительной функции миокарда, § участие в синтезе норадреналина и других БАВ, § фактор роста (вызывает сосудистую и сердечную гипертрофию).
Ангиотензин-превращающий фермент § фермент класса гидролаз, § выделен из сыворотки крови, Механизм действия: § ангиотензин I- конвентирующая активность: ангиотензин I переводит в ангиотензин II, § кинин-деградирующая активность: стимулирует распад брадикинина, § неспецифическая гидролитическая активность: действует как эндопептидаза, катализирует гидролиз БАВ(в-энкефалина, в-цепи инсулина
Ренин – ангиотензиновая система
Атриальный натрий-уретический пептид § § § § состоит из 28 -32 аминокислот, выделяется миофибриллами предсердий, органы-мишени: сосудистая стенка и почки, имеет рецепторы в ЦНС, надпочечниках, усиливает фильтрующую способность клубочков, способствует выделению воды, солей почками. секретируется при повышении артериального давления, применяется при лечении отёков.
Механизм действия
Минеральные вещества макроэлементы содержание • кальций, • фосфор, • магний, • натрий, • калий, • хлор, • сера, . Суточная потребность 100 мг. микроэлементы • цинк • железо, • медь, • йод, • фтор, • бром, • кобальт, • марганец, • молибден, • селен. Суточная потребность: несколько мг.
Содержание минеральных веществ в организме § § § кальций – 1 кг, натрий – 105 г, магний - 35 г, железо - 3 -4 г, медь – 0, 1 г, молибден – 0, 02 г.
Биологическая роль минеральных веществ § § § входят в состав витаминов, гормонов, хромопротеинов (железо, цинк, магний, медь, кобальт) способствуют регуляции осмотического давления, кислотно-щелочного равновесия, процессов возбуждения нервной и мышечной систем, сокращения мышц, водно-солевого обмена (натрий, хлор, калий, кальций, фосфор) входят в состав опорных тканей (кальций, фосфор) принимают участие в кроветворении, факторы свёртываемости крови (кальций, железо, кобальт, медь) участвуют в синтезе белка (азот, сера, магний, калий).
Минеральные вещества в органах и тканях распределены неравномерно Депо минеральных веществ: § печень (железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, никель), § костная ткань (кальций, магний, фосфор, стронций, бор, фтор, рубидий). § кожа (натрий, хлор, калий),
Минеральные вещества находятся в различном состоянии § Прочно связаны с органическими веществами: сера в составе белков, § Прочно связаны с неорганическими веществами: нерастворимые соединения костной и зубной ткани, § В виде ионов в растворённом состоянии: натрий, хлор. Регулируют осмотическое давление, кислотнощелочное равновесие.
Натрий § В организме взрослого человека содержится 105 г натрия, из них во внеклеточном пространстве - 50%, в костной ткани - 40%, внутри клеток – 10%. § В плазме крови взрослого человека содержание натрия 135 - 147 ммоль/л, у грудных детей – в 2 раза ниже. § В сутки потребляется 3 -6 г натрия, что превышает физиологическую потребность. Потребность зависит от климата, национальных традиций, привычки человека.
Биологическая роль натрия 1. Участник буферных систем. Поддерживает кислотно-щелочное равновесие 2. Обеспечивает постоянство осмотического давления во внеклеточной жидкости. 3. Участвует в возникновении нервного импульса вместе с калием. 4. Обмен натрия – важное звено водно-солевого обмена. Одна молекула натрия связывает 400 молекул воды. 5. Влияет на состояние мышечной и сердечно-сосудистой системы. 6. Активатор ферментов. 7. Способен повышать основной обмен. 8. Сопрягающий ион в наружной мембране животной клетки 9. Опосредует развитие гипертонической болезни за счёт увеличения объема внеклеточной жидкости и повышения тонуса капилляров и артериол.
Всасывание натрия происходит в тонком кишечнике Выводится натрий: § с мочой, § с потом, § с калом, § с пищеварительными соками. Повышено выделение натрия при: § потоотделении, § ожогах, § рвоте, § асците.
Распределение и баланс натрия в организме
Гипонатриемия Причины гипонатриемии: § недостаток натрия в пище, § избыточное выведение натрия через почки (лечение диуретиками), кожу (ожоги, потоотделение), желудочно-кишечный тракт (рвота, понос), § избыточное поступление воды, § патологическая задержка воды в организме. Клинические проявления: § слабость, головокружение, потеря веса, § апатия, обмороки, тахикардия, § гипотония, олигурия, § снижение тургора и сухость кожи, § снижение внутриглазного давления, § дегидратация.
Гипернатриемия Причины гипернатриемии: § избыточное потребление натрия, § осмотические перегрузки (при переедании с мочой выводится много азота и воды), § несахарный диабет (при недостатке вазопресссина), § гиперальдостеронизм. Клинические проявления: § артериальная гипертония, § гипергидратация.
Обмен натрия тесно связан с обменом воды в организме. Натрий ответственен за реабсорбцию воды в почках, объём внутриклеточного пространства, его распределение в значительной мере определяет развитие отёков и дегидратацию.
Калий – внутриклеточный катион: § 98% калия находится в клетках, § 2% - во внеклеточной жидкости. § В плазме крови - 3, 5 – 5, 6 ммоль/л. § В сутки в организм человека должно поступать с пищей 2 - 4 г калия. § Максимальная потребность в калии наблюдается у детей для построения тканей тела. Калий является незаменимым элементом питания
Пищевые источники калия § § § курага, картофель, бананы, морковь, цитрусовые, клюква, виноград, яблоки, калина, мёд, перец красный.
Распределение и баланс калия в организме
Биологическая роль калия § § § участвует в процессах нервно-мышечной возбудимости (недостаточность калия ведёт к мышечной слабости), вместе с натрием создаёт потенциал покоя и действия клетки, дефицит калия приводит к нарушению синтеза макроэргов, принимает участие в синтезе гликогена, белков, влияет на ритм сердечных сокращений (при дефиците калия снижается возбудимость миокарда), из-за низкого содержания калия в плазме роль в поддержании осмотического давления невелика.
Гипокалиемия Причины гипокалиемии § недостаток калия в пище, § рвота, поносы, § сахарный диабет, § использование диуретиков, § при усиленной продукции альдостерона калий теряется с мочой. Клинические проявления: § нарушение нервно-мышечной передачи, § слабость, гипотония, § запоры, § аритмии, § нарушение функции почек, алкалоз, § депрессия, обмороки.
Признаки недостатка калия в организме § § § § снижение умственной деятельности, памяти, кожный зуд, понижение физической выносливости, повышение чувствительности к холоду, мозоли на подошвах ног, запоры, подверженность простудам, пропадает аппетит, тошнота, рвота, медленно заживают порезы и ушибы, кариес, угревая сыпь, судороги мышц, боли в суставах, плохой сон.
Гиперкалиемия Причины гиперкалиемии § избыточное потребление калия: алиментарное, при парентеральном питании, при переливании длительно хранившейся крови, § выход калия из клеток при: массивном повреждении ткани, активном катаболическом процессе, системном ацидозе, недостаточности инсулина, § уменьшение выделения калия при: острой почечной недостаточности, приёме калий-сохраняющих диуретиков, недостатке минералокортикоидов, болезни Аддисона, адреналэктомии.
Клиника гиперкалиемии § § § сонливость, брадикардия, гипотония, нарушения ритма сердечных сокращений, параличи, парезы.
§ Между калием и натрием происходит постоянная конкуренция за обеспечение жидкостью. § Когда перевес на стороне натрия, жидкость из клеток переходит за пределы клеток. § Когда перевес на стороне калия, жидкость поступает в клетки тела. § Для сохранения здоровья важно регулировать в организме баланс между натрием и калием.
Хлор § основной внеклеточный анион: 90% хлора находится во внеклеточной жидкости, § содержание в сыворотке: 97 -108 ммоль/л, Пищевые источники хлора: § молоко, § мясо, § яйца. Хлор легко всасывается. Выделяется с мочой, потом, калом.
Биологическая роль хлора § поддерживает осмотическое давление внеклеточной жидкости, § входит в состав соляной кислоты желудочного сока, § активатор ферментов (амилаза), § поддерживает кислотно-щелочное равновесие.
Депо хлора § кожа, § соединительная ткань, § подкожная клетчатка. Недостаток хлора возникает при рвоте, гиперацидных состояниях, повышенной потливости.
Магний В организме взрослого человека содержится 140 г магния. Пищевые источники магния: § зелёные овощи, § соль, § вода.
Биологическая роль магния § § § § участие в обмене белков, жиров и углеводов, участие в синтезе белков и нуклеиновых кислот, участие в переносе, хранении, утилизации энергии снижение возбудимости нейронов, замедление нейро-мышечной передачи, расслабление гладкой мускулатуры, снижение артериального давления, магний – кофактор ферментов.
Гипермагнезиемия § § седативный эффект, снижение артериального давления, вялость, сонливость. Гипомагнезиемия § § § § дрожь, спазмы мышц, судороги, рвота, диарея, раздражительность, аритмии, иммунодефициты, ранняя седина, кожные язвы.
Сера § входит в состав органических соединений (белки, глутатион), § участвует в реакциях детоксикации, инактивации, § составная часть биологически активных соединений (тиамин, биотин, коэнзим А, липоевая кислота), § сульфидные группы участвуют в образовании дисульфидных связей в молекуле белка. § поступает с белками, атмосферной двуокисью серы. § выводится с мочой, калом.
Особенности водно-солевого обмена у детей 1. Неустойчивость водно-солевого обмена определяется интенсивным ростом ребёнка и незрелостью нейроэндокринной и почечной систем регуляции.
2. Общее содержание воды: § у эмбриона в 6 недель – 97%, § у новорожденного – 80%, § у недоношенного - 85%, § в 10 месяцев – 76%, § у взрослого - 65% от массы тела. По мере роста ребёнка общее содержание воды в организме уменьшается за счёт внеклеточного сектора. У новорожденных объём внеклеточной жидкости в 2 раза больше, чем у детей 14 лет.
3. Физиологическое уменьшение массы тела у новорожденных связано с отрицательным водным балансом и катаболической направленностью обмена в первые дни жизни. 4. У новорожденных не развито чувство жажды. 5. Суточная потребность в воде у ребёнка первого года жизни 100 -105 мл/кг, что в 2 -3 раза превышает потребность взрослых. Дети страдают от дефицита воды тяжелее. 6. У детей относительно большее, чем у взрослых выделение воды через лёгкие и кожу из-за незрелости почек. 7. Почки детей первого года жизни не обеспечивают концентрирование мочи и для выведения эквивалентных количеств осмотически активных веществ ребёнку надо больше воды. Почечная экскреция воды и солей у детей равна 1/3 -1/4 экскреции взрослого.
8. У детей в 3 раза выше экскреция альдостерона. У детей раннего возраста высока концентрация ренина в крови. 9. Гидролабильность со склонностью к дегидратации. Встречается при желудочнокишечных заболеваниях у детей младшего возраста, при нефропатиях, ревматизме – у детей старшего возраста.
Особенности солевого обмена у детей § Поступление в организм минеральных веществ и их выведение не уравновешены между собой, как это бывает у взрослых. § У новорожденных и детей раннего возраста – размах колебаний концентрации натрия в крови и тенденция к снижению уровня натрия в сыворотке со стабилизацией у детей старше трёх лет. § Внутриклеточное содержание натрия у детей выше, чем у взрослых, что связано с постепенным созреванием натриевого насоса клеток.
§ У новорожденных калий в сыворотке повышен из-за низкой величины гломерулярной фильтрации. § Тяжёлый ацидоз и гипоксия новорожденных – причина резко выраженной гипокалиемии. § Содержание аниона хлора в сыворотке крови мало изменяется с возрастом ребёнка. § Кальций поступает к плоду через плаценту. После рождения это прекращается, в результате повышается нервно-мышечная возбудимость, появляются судороги. § Развитию гипокальциемии новорожденных способствуют недоношенность, асфиксия в родах, сахарный диабет у матери. § Кальций женского молока усваивается полнее, чем кальций коровьего молока.
Элементный состав организмов находится в тесной зависимости от состава земной коры. Вернадский В. И. Химические вещества – загрязнители воздуха: свинец, ртуть, кадмий, бериллий, марганец, мышьяк, фториды.
Количественное содержание того или иного элемента в организме определяется его содержанием во внешней среде, а также свойствами самого элемента. Виноградов А. П. Алюминия содержится много в земной коре и мало в организме.
Биогеохимические провинции – участки Земли с различным уровнем концентрации химических элементов, характеризующиеся соответствующим уровнем концентрации их в организмах и возникновением ответных биологических реакций со стороны организма человека, животных, растений, микроорганизмов. § Аномальные биогеохимические провинции характеризуются повышенным или пониженным содержанием таких элементов, как барий, бор, кобальт, кальций, медь, молибден, никель.
Ковальский В. В. – основоположник геохимической экологии
Эндемии Известны эндемии для § стронция (хондродистрофия), § бора (борный энтерит), § фтора (флюороз), § кальция (ломкость костей), § йода (зоб).
Поступление и трансформация элементов в экосистеме
Биогеохимический цикл бора
Биогеохимический цикл стронция Выброс стронция при ядерном взрыве Радиоактивный дождь почва вода растения планктон корова рыба молоко люди
Организм может реагировать не только развитием болезней. Могут появиться: § признаки дезадаптации, § нарушения физического и психического развития
Скачать презентацию Водно-минеральный обмен Структура и свойства молекул воды
Вода.ppt