ВОДНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН Тамбовцева Р. В. Д. б. н. , профессор РГУФКСМи. Т Москва
ВОДНЫЙ ОБМЕН Все метаболические превращения органических и неорганических веществ происходят в водной среде. От содержания воды в организме зависит состояние здоровье человека, физическая работоспособность и способность противостоять стрессам. Обмен воды тесно связан с обменов минеральных веществ Минеральный состав организма человека поддерживается на постоянном уровне, но может изменяться под действием различных факторов, в том числе и физических нагрузок. Недостаточное содержание минеральных веществ приводит к снижению физической работоспособности. Потребность организма в воде зависит от многих факторов : 1. От температуры окружающей среды, 2. От характера активной деятельности, 3. От состава потребляемой пищи. Экзогенные источники воды: окружающая среда, твердая и жидкая пища, питье. Потребление экзогенной воды регулируется: 1. Чувством жажды, возникающим вследствие повышения осмотического давления плазмы крови и лимфы при усиленном выведении воды из организма. 2. При ограничении поступления воды с пищей. 3. При избыточном потреблении минеральных солей. Эндогенная вода – это вода, образовавшаяся внутри организма при окислении биологических молекул: При окислении 100 г жира образуется 107 г воды; при окислении 100 г белка – 41 г воды; при окислении 100 г углеводов – 55 г воды. Образование эндогенной воды увеличивается во время мышечной работы, при охлаждении организма.
Водный обмен Перераспределение воды внутри организма происходит постоянно. Изменение распределения воды между плазмой крови, лимфой, меж- и внутриклеточными жидкостями происходит при интенсивной мышечной работе. Напряженная мышечная работа приводит к увеличению в клетках и межклеточной жидкости концентрации молочной кислоты и катионов Nа+, что обусловливает усиленный приток воды в клетки и межклеточную жидкость, а содержание воды в плазме крови, наоборот, снижается. В сутки вода выводится из организма с мочой (1, 5 -1, 6 л), потом (0, 5 -0, 6 л), выдыхаемым воздухом (о, 4 л), калом (0, 2 л). Потери воды с потом и выдыхаемым воздухом значительно увеличиваются при длительной мышечной работе. При избытке воды увеличивается нагрузка на сердце и почки, происходит вымывание из организма необходимых органических и минеральных веществ. При недостатке воды повышается вязкость крови, что затрудняет работу сердца, может задерживаться выведение продуктов обмена, высокая концентрация которых приводит к нарушению метаболизма. Основным путем распада белков, полисахаридов и липидов является гидролиз при участии ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализирующих распад веществ с непосредственным участием воды. Второй процесс, где вода играет роль субстрата. – это реакция гидратации. Гидратация – это процесс присоединения воды по месту разрыва двойной связи. Катионы Na+ - задержка воды. Катионы К+ и Са 2+ - выведение воды из клеток и тканей организма.
Почки – орган, на уровне которого происходит гормональная регуляция водного обмена. ДИУРЕТИЧЕСКИЙ ГОРМОН, выделяемый передней долей гипофиза, способствует усиленному выделению воды из организма с мочой (диурез) АНТИДИУРЕТИЧЕСКИЙ ГОРМОН (вазопрессин), образуемой задней долей гипофиза, повышает всасывание воды в почечных канальцах – сокращение диуреза.
МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН На долю минеральных веществ приходится 3% массы тела человека. В тканях организма минеральные вещества находятся чаще всего в виде ионов – катионов: Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Cu+, Mn 2+, Cr 2+, Co 2+) Анионов: Cl-, CO 3 2 -, PO 4 3 -, НCO 3 -, SO 4 2 -, NO 3 – и др. ) Нерастворимых фосфатных солей Са 3(РО 4)2 или в составе сложных органических соединений (например: железо в гемоглобине, миоглобине). Физические нагрузки сопровождаются выходом минеральных веществ из тканей в кровь, перераспределением их между тканями, а также усиленным выведением их из организма с потом и мочой, особенно Na+, К+, СI-. Недостаточное содержание минеральных веществ в организме приводит к снижению физической работоспособности. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МАКРОЭЛЕМЕНТОВ Кальций – Са 2+ - 40% от общего количества всех минеральных веществ. Входит в состав: костей, зубов, депонируется в мембранах ретикулума скелетных мышц Участвует: в запуске сокращения мышц, передача нервных импульсов, регуляция проницаемости мембранных клеток, в процессах свертывания крови, активирует многие обменные процессы, распад АТФ, способствует усвоению организмом железа и витамина В 12 Недостаточность: выход Са 2+ из костей – снижение прочности (остеопороз), нарушение функции нервной системы, кровообращения и мышечной деятельности.
Суточная потребность взрослого человека в минеральных веществах
Ферменты, активируемые катионами металлов
ФОСФОР – 22% от количества всех минеральных веществ. 80% находится в костях в виде фосфата кальция – Са 3(РО 4)2. Важнейшая роль – в процессах энергообразования, т. к. в виде остатков фосфорной кислоты входит в состав источников энергии – АТФ, АДФ, креатинфосфата, различных нуклеотидов, а также в составе переносчиков водорода НАДФ. Участвует: в построении и обмене многих органических соединений (нуклеиновых кислот, белков, ферментов, липидов, витаминов). Соли фосфорной кислоты (Na. H 2 PO 4 и Na 2 HPO 4) выполняет функцию буферной системы и участвует в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Недостаточность фосфора редко встречается у людей, в том числе у спортсменов при соблюдении сбалансированного питания.
НАТРИЙ и КАЛИЙ содержатся во всех тканях и жидкостях организма: калий – преимущественно внутри клеток, натрий – во внеклеточном пространстве. Оба участвуют в проведении импульса, возбуждении тканей, создании осмотического давления крови , поддержании кислотноосновного равновесия (компоненты буферных систем), влияют на активность ферментов (например: Na+ -, K+ -, АТФ-азы). Ионы натрия удерживают воду в тканях и вызывают набухание белков (образование коллоидов), что приводит к появлению отеков. Ионы калия усиливают выведение натрия и воды из организма. Недостаточность Na+ и К+: нарушение деятельности ЦНС, сократительного аппарата мышц, ССС, пищеварительной систем.
МАГНИЙ в тканях организма находится в определенном соотношении с кальцием. Влияет на : энергетический обмен, важный участник гликолиза, синтез белка – т. к. является кофактором или активатором ферментов-киназ и выполняют функцию переноса фосфатной группы от молекулы АТФ на различные субстраты. Влияет на возбудимость мышц, способствует выведению холестерина из организма. Недостаточность: повышение нервно-мышечной возбудимости, появление судорог, мышечной слабости. ХЛОР – осмотически активный, участвует в регуляции осмотического давления и водного обмена клеток организма, используется для образования соляной кислоты (НCI) – обязательного компонента желудочного сока. Недостаточность хлора: снижение артериального давления, способствует заболеванию инфарктом миокарда, вызывает утомляемость, раздражимость, сонливость.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗО – важная роль в процессах аэробного энергообразования в организме. Входит в состав белков гемоглобина, миоглобина, которые осуществляют транспорт О 2 и СО 2, а также в состав цитохромов – компонентов дыхательной цепи, на которой протекают процессы биологического окисления и образования АТФ. Бета-окисление ацетил. Ко. А идет с большей скоростью в присутствии катионов меди и железа. Недостаточность – нарушение образования гемоглобина и снижение его концентрации в крови (железодефицитная анемия, снижение кислородной емкости крови, снижение физической работоспособности) ЦИНК входит в состав многих ферментов энергетического обмена, ферментов карбоангидразы, которая катализирует обмен Н 2 СО 3 и ЛДГ, регулирующей окислительный распад молочной кислоты. Участвует в создании активной структуры белка инсулина – гормона поджелудочной железы, усиливает действие гормонов гипофиза (гонадотропного) и половых желез (тестостерона) на процессы синтеза белка. Повышает иммунитет, антиоксидантное действие. Недостаточность цинка: ослабление иммунитета, потеря аппетита, замедление процессов роста. МЕДЬ – способствует росту организма, усиливает процессы кроветворения, влияет на скорость окисления глюкозы и распад гликогена. Входит в состав ферментов дыхательной цепи, повышает активность липазы, пепсина и других ферментов. Для взрослых людей недостаточность меди не характерна.
МАРГАНЕЦ, КОБАЛЬТ, ХРОМ – используются организмом как кофакторы или активаторы многих ферментов, принимающих участие в обмене углеводов, белков, липидов, синтезе холестерина. Хром усиливает синтез белков, проявляя анаболическое действие. Марганец участвует в синтезе витамина С, что необходимо для спортсменов. Заключительный этап аэробного распада углеводов и липидов осуществляется при участии катионов марганца, которые активируют все ферменты цикла Кребса. Недостаточность этих микроэлементов в организме сопровождается злокачественной анемией. ЙОД – построение гормонов щитовидной железы – тироксина и его производных. Недостаточность: эндемический зоб. Суточная потребность 150 мкг. ФТОР – входит в состав эмали и дентина. Избыток его подавляет процессы тканевого дыхания и окисление жирных кислот. Недостаточность – кариес, избыток флуороз (пятнистость эмали). УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ СЕЛЕН – антиоксидантное действие ( защитное действие от чрезмерного перекисного окисления липидов, которое приводит к накоплению в тканях вредных перекисей водорода, т. к. входит в состав фермента глутатионпероксидазы). При физических нагрузках эти процессы интенсифицируются и оказывают отрицательное влияние на организм. Селен укрепляет иммунную систему и препятствует возникновению раковых клеток, участвует в передаче генетической информации. Суточная потребноость в селене 100 -200 мкг. ВАНАДИЙ – кофактор ферментов тканевого дыхания и влияет на процессы тканевого энергообразования.
ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Интенсивная мышечная деятельность вызывает изменения в минеральном балансе организма приводит к лимиту физической работоспособности. Изменение минерального баланса в организме спортсменов зависит от специфики спорта, уровня квалификации спортсменов, условий окружающей среды и взаимосвязано с водным обменом. При физической работе происходит перераспределение минеральных веществ между активно работающими мышцами и не активными тканями. При кратковременных физических нагрузках уровень минеральных веществ в организме снижается на 5 -7%, что не оказывает существенного влияния на мышечную деятельность. Существенные нарушения минерального обмена происходит в организме спортсменов, которые специализируются в видах спорта на выносливость. Из-за значительного увеличения потоотделения снижается содержание натрия, калия и хлора в плазме крови. При анаэробных нагрузках спортсмены теряют много фосфора, так как часть его не успевает использоваться для ресинтеза АТФ и выводится из организма. Повышение температуры окружающей среды приводит к значительным потерям минеральных веществ. При длительных нагрузках (до 3 -4 ч) концентрация Na+ в крови может снизиться до 112 ммоль. л-1 (при норме 140 ммоль. л-1). Компенсация потерь воды и электролитов при выполнении продолжительной работы в различных видах спорта должна быть своевременной, с тем, чтобы предотвратить снижение их концентрации в плазме крови. Основной причиной дефицита отдельных минеральных веществ в организме спортсменов является неполноценное питание. Однако дополнительное введение в организм минеральных веществ на фоне полноценного питания не приводит к существенному повышению физической работоспособности.
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ
Скачать презентацию ВОДНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН Тамбовцева Р В Д
ВОДНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН.ppt