2 курс / Биохимия / Биохимия_двигательной_деятельности_Учебник_С_С_Михайлов_2016

имеет бóльшую теплоемкость и теплоту испарения, высокую температуру кипения и плавления, высокую теплопроводность. Наличие таких качеств позволяет воде активно участвовать в терморегуляции.

Вода обладает низкой вязкостью и представляет собой подвижную жидкость. Причиной высокой подвижности воды является очень малое время существования водородных связей. Поэтому в воде постоянно происходит образование и разрушение большого количества водородных связей, что обусловливает данное свойство. Вследствие высокой текучести вода легко циркулирует по различным полостям организма (кровеносным и лимфатическим сосудам, межклеточным пространствам и т.д.).

Благодаря выраженной полярности молекул воды в ней растворяются различные органические и неорганические вещества, имеющие тоже полярные молекулы. (Большинство химических соединений, входящих в живые организмы, обладают полярностью и поэтому хорошо растворяются в воде.)

Биологическая роль воды

Вода является универсальным растворителем. Большинство химических соединений организма растворимы в воде.

Вода вследствие низкой вязкости легко перемещается по кровеносным и лимфатическим сосудам, по межклеточным пространствам и переносит растворимые в ней вещества. Таким образом, вода выполняет транспортную функцию.

Вода участвует в поддержании постоянства температуры тела, т.е. выполняет терморегуляторную функцию.

Вода образует гидратную оболочку у высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов) и тем самым способствует их стабильности.

Вода является активным участником обмена веществ. Например, расщепление пищевых веществ в процессе переваривания происходит исключительно путем гидролиза, т.е. с участием воды. Вода также является конечным продуктом ряда химических процессов, протекающих в организме. Большое количество воды (около 400 мл в сутки) образуется в процессе тканевого дыхания.

Поступление воды в организм

Средняя суточная потребность взрослого человека в воде 2,5–2,8 л (примерно 40 мл на кг массы тела). У детей при расчете на кг массы тела потребность в воде в несколько раз выше, чем у взрослых.

130

Всего: 2500–2800 мл/сутки

Выведение воды из организма

Вода выделяется из организма почками, легкими, кишечником, кожей и потовыми железами.

Организм взрослого человека ежесуточно выделяет в среднем

Всего: 2500–2800 мл

Следует отметить, что выделение воды почками значительно зависит от объема поступившей в организм воды (см. главу 14 «Биохимия почек и мочи»).

Выделение воды с потом резко возрастает при мышечной работе в результате интенсивного потоотделения. При сильном потении человек может потерять в сутки более 5 л воды. При больших потерях воды с потом обычно уменьшается выделение воды с мочой.

Во время тренировки также увеличиваются потери воды с выдыхаемым воздухом.

Регуляция водного баланса

Обмен воды находится под контролем нервно-гормональной регуляции.

Поступление в организм экзогенной воды контролируется чувством жажды. Возникает жажда при уменьшении содержания воды в организме даже на несколько процентов. Механизм возникновения жажды заключается в следующем. При дефиците воды происходит сгущение крови и в ней повышается осмотическое давление. Увеличение осмотического давления крови восприни-

131

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/

мается осморецепторами, с которых информация рефлекторным путем поступает в кору головного мозга, где и формируется это чувство.

Основным гормоном, вызывающим задержку воды в организме, является вазопрессин. Этот гормон вырабатывается гипоталамусом, хранится в задней доли гипофиза и из нее выделяется

вкровь. Под влиянием вазопрессина в почках ускоряется обратное всасывание воды из первичной мочи в кровь, что приводит к уменьшению диуреза и задержке воды в организме (см. главу 14). В связи с таким действием вазопрессин часто называют антидиуретическим гормоном.

Удержанию воды в организме также способствует гормон коры надпочечников – альдостерон. Под влиянием альдостерона

впроцессе образования мочи повышается скорость обратного всасывания в кровь ионов натрия и уменьшается обратное всасывание ионов калия. В итоге происходит задержка в организме ионов натрия и потеря ионов калия. Ионы натрия в отличие от ионов калия хорошо взаимодействуют с водой, образуя гидратную оболочку. Поэтому задержка натрия в организме сопровождается сохранением в нем воды.

Выделение воды из организма стимулируется гормоном щитовидной железы – тироксином. При избытке этого гормона усиливается выведение воды кожей.

Благодаря нервно-гормональной регуляции в организме поддерживается равновесие между потреблением и выделением воды: сколько воды поступает в организм, столько же и выводится. Таким образом, действие нервно-гормональной регуляции направлено в конечном итоге на поддержание постоянства содержания воды в организме.

Нарушения водного баланса

Задержка воды в организме обычно сопровождается появлением отеков. Отеки могут возникать при заболеваниях сердечнососудистой системы и почек, при голодании. Задержка воды в организме может быть вызвана приемом пищи с большим содержанием поваренной соли (ионы натрия обладают способностью связывать воду за счет образования гидратной оболочки).

Уменьшение содержания воды в организме приводит к обезвоживанию тканей. Обезвоживание может возникнуть при ограничении поступления воды, при чрезмерных потерях воды, при ряде заболеваний (сахарный и несахарный диабеты и др.). У спортсменов частичное обезвоживание организма может быть вызвано

132

большими потерями воды с потом и выдыхаемым воздухом при выполнении ими большого объема тренировочных и соревновательных нагрузок, особенно при высокой температуре и низкой влажности.

Для предупреждения обезвоживания необходимо соблюдать питьевой режим. В частности, рекомендуется «запасаться» водой, выпивая 400–500 мл воды за 40–60 минут до начала тренировки или соревнования. Во время тренировки или соревнования необходимо пополнять запасы воды в организме путем частого приема небольших порций (40–50 мл) воды или, что предпочтительнее, углеводно-минеральных напитков.

15.2.ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Ворганизме человека содержится около 3 кг минеральных (неорганических) веществ, что составляет 4% от массы тела. Минеральный состав организма очень разнообразен, и в нем можно обнаружить почти все известные минеральные элементы, однако содержание их неодинаково.

Минеральные элементы, входящие в состав организма в больших количествах (десятки и сотни граммов и даже более кг), получили название макроэлементы. В табл. 7 приведены данные о содержании макроэлементов в организме человека.

Остальные минеральные элементы находятся в организме в очень малых количествах и поэтому называются микроэлементами. К ним относятся Fe, F, J, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, Sn, As, Ni, Cr, Br др. В настоящее время установлено участие многих микроэлементов в обмене веществ.

133

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/

Распределение минеральных веществ в организме

Минеральные вещества в организме распределены крайне неравномерно. В крови, в мышцах, во внутренних органах содержание минеральных веществ низкое – около 1%. В костях на долю минералов приходится половина их массы (примерно 50%). Больше всего минеральных веществ содержится в эмали зуба – до 98% .

Неравномерность обнаруживается и в распределении отдельных минеральных элементов. Так, почти весь кальций, магний

ифосфор в форме нерастворимых солей входят в состав костей

изубов. Калий преимущественно находится внутри клеток, тогда как натрий в основном встречается во внеклеточном веществе. Основные запасы железа сосредоточены в печени и в составе белка эритроцитов – гемоглобина, практически весь йод содержится в щитовидной железе, а цинк – в поджелудочной железе.

Формы существования минеральных веществ

В форме нерастворимых солей (в костях и зубах).

Минеральные элементы могут входить в состав органических соединений. Например, железо входит в состав гемоглобина

имиоглобина; фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, некоторых липоидов.

Минеральные элементы могут находится в организме в ионизированной форме (например, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, H2PO4-, HPO42- и др.).

Поступление минеральных веществ в организм

Суточная потребность взрослого человека в основных мине-

Практически все минеральные элементы поступают с пищей в необходимых для организма количествах. Исключение составляет лишь хлористый натрий, содержание которого в естественных продуктах питания ниже потребности организма. Поэтому поваренную соль в чистом виде добавляют к пище для удовлетворения потребности в ней организма.

134

В некоторых случаях в пище могут содержаться в недостаточных для организма количествах и другие минеральные элементы. Чаще всего это вызвано тем, что в некоторых областях земного шара почва может быть бедна каким-либо минеральным элементом. Поэтому вода и растения в этих местах содержат ничтожные его количества. При длительном использовании такой воды и местных пищевых продуктов возникают заболевания, вызванные дефицитом данного химического элемента. Такие заболевания получили название эндемические. Так, в некоторых горных районах (например, швейцарские Альпы) отмечается пониженное содержание йода, поэтому могут наблюдаться заболевания щитовидной железы (йод необходим для синтеза тироксина и других йодсодержащих гормонов щитовидной железы). Другие же местности бедны фтором, и поэтому здесь часто встречается заболевание зубов – кариес. Для профилактики эндемических заболеваний в организм дополнительно вводят недостающий минеральный элемент. С этой целью при дефиците йода используют йодированную поваренную соль, а при недостаточности фтора применяют фторсодержащие зубные пасты и проводят фторирование водопроводной воды.

Избыточное поступление в организм минеральных веществ приводит к тяжелым нарушениям обмена веществ. Особенно это касается минеральных элементов, образующих не растворимые в воде соли. Известны многочисленные случаи отравлений солями тяжелых металлов (ртуть, свинец и проч.).

Выделение минеральных веществ из организма

Выводятся из организма минеральные вещества тремя путями: почками в составе мочи, кишечником в составе кала и кожей с потом.

Почками из организма удаляются водорастворимые минеральные вещества. За сутки с мочой выделяется 15–25 г неорганических солей, в том числе 8–15 г NaCl.

Кишечником выводятся преимущественно не растворимые в воде минеральные вещества (соли железа, тяжелых металлов).

Кальций и фосфор могут выделяться из организма двумя путями: почками и кишечником, причем соотношение между ними зависит от кислотности мочи. Чем выше кислотность мочи (и соответственно ниже значение рН), тем больше кальция и фосфора выводиться с мочой, а не с калом. В моче, имеющей щелочную реакцию, содержание солей кальция и фосфора низкое. В этом слу-

135

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/

чае преобладает выделение кальция и фосфора через кишечник. Такая закономерность обусловлена тем, что растворимость фосфорнокислых кальциевых солей выше в кислой среде.

Часть минеральных веществ выделяется кожей в составе пота. Пот образуется потовыми железами и содержит около 99% воды. В состав пота, помимо воды, входят как органические соединения (например, мочевина, а у спортсменов – молочная кислота), так и неорганические соли. Главным минеральным компонентом пота является хлористый натрий. В незначительных количествах

впоте могут еще присутствовать катионы K+, Mg2+, Ca2+.

Внебольших количествах (до 600–700 мл) пот выделяется постоянно. Однако при выполнении физической работы потоотделение резко возрастает. За время тренировки или соревнования за счет интенсивного потоотделения спортсмен может потерять несколько литров пота. Особенно много пота выделяется при сгонке веса. Последствием усиленного потоотделения является заметное «обессоливание» организма, сопровождающееся ухудшением самочувствия и снижением работоспособности.

Для предупреждения обессоливания целесообразно во время тренировки или соревнования периодически, небольшими порциями пить не чистую, а слегка подсоленную воду, а еще лучше – минеральную воду. Для восполнения потерянных солей можно использовать в периоде восстановления поливитаминные комплексы с минералами и фармацевтические средства, содержащие минеральные элементы.

Благодаря постоянному поступлению и выделению, минеральные вещества находятся в организме в состоянии непрерывного обновления, и содержание их мало изменяется.

Биологическая роль отдельных минеральных элементов

Натрий, калий и хлор находятся в организме в ионизированной форме (Na+, K+, Cl-). Ионы натрия содержатся вне клеток (в плазме крови, лимфе, межклеточной жидкости), а ионы калия сосредоточены внутри клеток. Эти ионы играют важную роль

всоздании осмотического давления, являющегося важнейшим физико-химическим фактором, от которого зависят многие функции клеток. Например, красные клетки крови могут полноценно переносить кислород только при строго определенном значении осмотического давления плазмы крови. Осмотическое давление внеклеточных жидкостей, в том числе плазмы крови, создается

восновном за счет хлористого натрия, а внутри клеток – за счет солей калия.

136

Ионы натрия, калия и хлора еще участвуют в формировании нервного импульса и являются активаторами ряда ферментов. Хлор используется для образования соляной кислоты желудочного сока.

Ионы натрия и особенно калия необходимы для функционирования сердечной мышцы – миокарда, причем потребность в них возрастает по мере увеличения интенсивности сердечной деятельности.

Содержание в организме натрия и калия регулируется гормоном коры надпочечников – альдостероном. Этот гормон в процессе образования мочи в почках задерживает ионы натрия

испособствует удалению из организма ионов калия.

Успортсменов, выполняющих интенсивные физические нагрузки, потребность миокарда в калии увеличивается. Однако за счет усиленного потоотделения происходит потеря больших количеств хлористого натрия, а также и калия. В ответ на обессоливание организма увеличивается выброс в кровь альдостерона, который препятствует выделению ионов натрия с мочой и, наоборот, повышает экскрецию с мочой ионов калия. В результате такого влияния гормона существенно снижаются запасы калия, в том числе в сердечной мышце.

Для нормализации калиевого обмена в спортивной практике используют продукты питания, богатые калием (например, изюм, курага и др.), а также аптечные препараты калия (например, оротат калия, аспаркам).

Кальций, магний и фосфор в основном находятся в составе костной ткани в форме нерастворимых солей. Эти соли составляют одну четверть объема костной ткани и половину ее массы. Формирование костной ткани (минерализация) связано прежде всего с накоплением в ней фосфорнокислых солей кальция, имеющих кристаллическую форму. Важная роль в этом процессе принадлежит витамину D.

Незначительная часть кальция и магния находится в плазме крови и внутри клеток в форме ионов: Ca2+, Mg2+. Ионы кальция, находящиеся в плазме крови, являются обязательными участниками свертывания крови, а содержащиеся внутри мышечных клеток, управляют процессами сокращения и расслабления мышцы. Ионы кальция и магния являются также активаторами некоторых ферментов.

Биологическая роль фосфора весьма многогранна. Как уже отмечалось, фосфор участвует в образовании нерастворимых фосфорнокислых солей кальция и магния, являющихся минеральной

137

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/

основой костной ткани. Часть фосфора входит в состав органических соединений, таких как нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, фосфопротеиды. Еще часть фосфора находится в организме

вформе фосфорной кислоты, которая выполняет исключительно важную роль в энергетическом обмене, что обусловлено уникальной способностью фосфора образовывать богатые энергией химические связи (высокоэнергетические, или макроэргические, связи). Главным макроэргическим соединением организма является аденозинтрифосфат – АТФ (см. главу 7 «Общая характеристика обмена веществ»).

Регуляция содержания кальция и фосфора в плазме крови осуществляется гормоном щитовидной железы кальцитонином и гормоном паращитовидных желез паратгормоном.

Кальцитонин совместно с витамином D способствует включению кальция и фосфора в состав костной ткани, вследствие чего концентрация в крови катионов кальция и фосфатных анионов снижается и выделение их с мочой уменьшается.

Паратгормон совместно с витамином D ускоряет всасывание кальция и фосфора из кишечника. Под действием паратгормона также происходит разрушение минеральной основы костей,

врезультате чего кальций и фосфор выходят из костной ткани

вкровь. Повышение концентрации кальция и фосфора в крови,

всвою очередь, приводит к увеличению их экскреции с мочой.

Вконечном итоге такие регуляторные воздействия обеспечивают постоянство концентрации кальция и фосфора в плазме крови.

Железо является главным микроэлементом. В организме взрослого человека содержится 4–5 г железа, а суточная потребность в этом элементе составляет 10–15 мг.

Используется железо для синтеза сложного циклического соединения, содержащего железо, – гема, входящего в белки гемопротеиды (строение гема см. в главе 13 «Биохимия крови»). К этим белкам относятся переносчики кислорода гемоглобин (содержится в красных клетках крови) и миоглобин (входит

всостав мышц), а также ферменты цитохромы (участвуют в тканевом дыхании). Таким образом, железо в первую очередь необходимо для обеспечения аэробных процессов, которые являются основными источниками энергии при выполнении продолжительных физических нагрузок.

Транспортируется железо кровью в составе белка плазмы трансферрина, запасной формой железа является белок ферритин.

138

Глава 15 Водно-минеральный обмен

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/