Благодаря какому свойству воды обеспечивается регуляция
1. Среди перечисленных химических элементов подчеркните макроэлементы:
натрий, железо, кислород, углерод, водород, азот, медь, цинк.
2. Выпишите из предложенного списка гидрофобные вещества: крахмал, сахар, соль, жир, спирт, подсолнечное масло.
3. Что называется осмосом?
Диффузия растворителя из объёма с более низкой её концентрацией в объём с более высокой концентрацией через полупроницаемую мембрану.
4. Благодаря какому свойству воды обеспечивается регуляция теплового режима организма?
Благодаря своей большой теплоёмкости вода может переносить большое количества тепла.
5. Какие анионы поддерживают кислотность внутриклеточной среды организмов и на каком уровне?
$mathrm{H_2CO_3}$ и $mathrm{Hoverset{-}{CO_4}.}$
6. Почему при кровопотере для поддержания объема циркулирующей крови больным вводят 0,9%-й физиологический раствор $mathrm{NaCl}$, а не другой концентрации?
Такой раствор близкий по осмотическому и онкотическому давлению к плазме крови, близкий по составу к крови.
7. Соотнесите неорганические вещества организма, указанные в левой колонке, с соответствующими функциями из правой колонки.
8. При недостатке магния в растении наблюдается пожелтение листьев. Как вы думаете, почему это происходит?
Окраску листьям даёт магний. В результате разрушения хлорофилла, в состав которого входит магний, наблюдается пожелтение листьев.
Источник
Физкульт привет спортсмены. Сегодня я постараюсь вам рассказать о том, как происходит обмен воды и минералов в нашем организме, т.к. для стабильной и высокой работоспособности на тренировках или соревнованиях, каждый тренер или спортсмен должен обладать этой информацией. Как показывает статистика и моя личная практика — у людей существует проблема с потреблением воды, что в результате даёт отёки, дегидратацию и остальные «прелести» обезвоживания. По этому давайте я начну статью, с разговора про воду:
1) Общие сведения. Далеко не секрет, что жизнь зародилась в воде, мы состоим примерно на 65% из воды, все химические процессы внутри нашего тела протекают с участием воды, пища усваивается в ЖКТ путём гидролиза,т.е. тоже с участием воды. Учитывая вышеперечисленные факты, было бы как минимум глупо не воспринимать питьёвой режим всерьёз, но чаще всего именно так и происходит.
Вода играет важную роль в нашей жизни благодаря своим физико-химическим свойствам:
— молекула воды имеет форму тетраэдра, в центре которого расположен кислород, две вершины фигуры занимают свободные электроны кислорода, другие две занимают атомы водорода(см. рисунок 1).
Рис. 1. Строение воды.
— Соединяясь между собой молекулы воды образуют водородные связи: электроны кислорода соединяются с водородом,а атомы водорода соединяются с кислородом другой молекулы воды. Благодаря водородным связям, вода, в отличии от других жидкостей обладает высокой температурой кипения, высокой теплопроводностью, большой теплоёмкостью, что позволяет участвовать в теплообмене организма.
— вода является очень подвижной жидкостью, имеет низкую вязкость. Происходит это благодаря тому, что создание и разрушения водородных связей происходит очень быстро и постоянно. По этому вода легко циркулирует по кровеносным и лимфатическим сосудам, между клетками, в клетке и по всему организму в целом.
— молекулы воды имеют выраженную полярность, если говорить простыми словами и не вдаваясь в химию: это способность притягивать атомы других веществ. Благодаря этому свойству, вода является растворителем, в ней растворяются различные органические и не органические вещества.
Учитывая физико-химические свойства воды, становится понятно, почему вода так важна для организма, и почему именно вода стала основной жидкостью для всех существ на земле.
2) Биологическая роль и функции воды закономерно вытекают из её физико-химических свойств:
— как уже говорилось выше, вода в организме человека играет роль растворителя, в ней растворяются органические и не органические вещества.
— в следствии своей низкой вязкости и возможности перемещаться свободно по всем внутренним структурам организма, вода выполняет транспортную функцию, т.е. в составе крови переносит растворимые в ней вещества.
— для некоторых высокомолекулярных соединений вода выполняет структурную функцию, создает гидратную оболочку(условно обволакивает молекулу) и способствует стабильности таких соединений.
— вода активно участвует в метаболизме, большое количество реакций протекают с её участием, от гидролиза пищи, до цикла трикарбоновых кислот. Вода — биологически активное вещество и активный участник обмена веществ.
— благодаря своему строению, полярности и водородным связям, вода выполняет терморегуляторную функцию. Участвует в поддержании температуры тела.
Табл.1. Роль воды в организме человека.
3) Регуляция водного баланса. И прежде чем пойдёт речь про водный баланс, надо поговорить про распределение, содержание, поступление и выведение воды, так же разобраться с тем, что такое осмотическое давление крови. Эта информация даст более глубокое понимание сути водного обмена.
— содержание воды в организме. У взрослого человека содержание воды примерно 60-65% от общей массы тела, т.е. если человек весит 100 кг, из них 65 кг будет воды, и только 35 кг будет отведено на все остальные структуры и вещества. Дети имеют немного больший процент, а с возрастом процент уменьшается. Потеряв 4-5 % воды, человек начинает испытывать сильную жажду и происходит значительное снижение работоспособности. Потеря 10-15 % может привести к серьёзным нарушениям метаболизма, а потеря 20-25 %воды уже приводит к гибели. Что касается потерь воды во время тренировки, человек весом 100 кг, спокойно может потерять около 5 % воды, это около 5 кг, а если учитывать затраченный гликоген, жирные кислоты, минералы и другие вещества, то эта величина будет больше.
— распределение воды в организме. Вода в организме распределяется не равномерно, больше всего её содержится в жидкостях организма: кровь, лимфа, спинномозговая жидкость, на общий состав приходится 80-90% воды. Внутренние органы и мышцы на 70-80% состоят из воды, на 20-40% состоят из воды кости и меньше всего её содержится в эмали зуба, около 1%.
— поступление воды. Суточная потребность в воде у взрослого человека примерно 2,500 — 3000 мл., либо 40 мл на кг. веса тела. Основные источники воды можно разделить на две группы экзогенные и эндогенные. В первом случае эта та вода, которую потребляет человек из вне: питьевая вода, твердая и жидкая пища. Во втором случае, это та вода, которая образуется в ходе внутриклеточных реакций, например при окислении молекулы ацетил-КоА до воды и углекислого газа в цикле Кребса.
Табл.2. Поступление воды в организм.
— выведение воды из организма. Вода из организма выводится с помощью почек, легких, потовых желез и кишечника. Если взять организм взрослого человека, то за сутки он выделяет 2500-3000 мл воды, из них выделяется: с мочой 1400 — 1500 мл, с потом 600 — 700 мл, с выдыхаемым воздухом 350 — 400 мл, с калом 150 — 200 мл. Следует отметить, что количество воды выводимое из организма может сильно отличаться от человека к человеку, т.к. зависит от количества поступившей в организм воды, образа жизни и индивидуальных различий. Так же, потеря воды усиливается во время интенсивной физической нагрузки, во время сильного потоотделения человек может потерять более 5 л воды, плюс увеличивается потеря воды с выдыхаемым воздухом. Самым главным органом, отвечающим за выведение воды, являются почки. Подробнее про их работу можно прочитать тут или посмотреть здесь.
— осмотическое давление крови. Это сила с которой растворитель(в данном случае вода) проникает через полупроницаемую мембрану. Попробую объяснить так: условно, имеем два раствора разделённые полунепроницаемой мембраной, в первом 100 мл воды и 100 молекул соли, во втором 100 мл воды и тоже 100 молекул соли, в данном случае ничего не будет происходить. Как только мы из второго раствора выльем 50 мл воды, осмотическое давление сразу же подымется, и из первого раствора, через полупроницаемую мембрану, под действием осмотического давления во второй раствор перейдёт 25 мл воды, что бы создать равновесие. В результате в первом растворе будет 75 мл воды, 100 молекул соли, и во втором будет 75 мл воды и 100 молекул соли. Это и есть действие осмотического давления.
Теперь можно продолжить разговор про обмен воды, контролирует её выведение и потребление нервно-гормональная регуляция. Когда организм теряет несколько процентов воды, у человека возникает жажда, механизм действия следующий: при обезвоживании организма сгущается кровь и растёт осмотическое давление, эта ситуация воспринимается осморецепторами, которые посылают сигнал в кору головного мозга, в результате чего формируется чувство жажды. Кроме этого, при потере воды, вырабатывается гипоталамусом гормон — вазопрессин(антидиуретический гормон), который ускоряет обратное всасывание(этап реабсорбции) воды из первичной мочи в кровь, что приводит к уменьшению диуреза. Так же удержанию воды в организме способствует другой гормон — альдостерон, механизм его действия заключается в том, что он повышает скорость обратного всасывания в кровь ионов натрия во время того же этапа реабсорбции и уменьшает обратное всасывание ионов калия. Натрий хорошо взаимодействует с водой — образуется гидратная оболочка(вода покрывает молекулу натрия), благодаря этому вода сохраняется в организме.
Рис.2. Действие альдостерона.
Я не могу не отметить, что сама по себе жажда не всегда является следствием физиологической нехватки воды. Это чувство может быть связано с привычкой, с желанием охладиться/согреться и т.д. Равносильно и другое правило, утоление жажды, не всегда истинно, т.к. чувство наполненного желудка притупляет чувство жажды, даже если нехватка воды ещё присутствует.
Выведение воды из организма стимулируется гормоном — тироксином, который синтезируется щитовидной железой. При его повышенной концентрации, усиливается потеря воды через кожу.
Подводя итог: обмен воды находится под контролем нервно-гормональной регуляции, организм при помощи этого механизма старается поддерживать постоянное количество. При избытке воды — она выводится, при нехватке задерживается. Дегидратация организма существенно влияет на работоспособность спортсмена, по этому необходимо следить за потреблением воды до, во время и после физических нагрузок.
4) Нарушение водного обмена. Происходит во первых: когда по каким-то причинам вода в организме задерживается; во вторых: когда организм подвержен долгое время дегидратации(обезвоживание). В первом случае основным симптомом являются отёки — застой воды в тканях. Такая ситуация не редко возникает и при заболеваниях почек, сердечно сосудистой системы, или во время голодания. Так же задерживаться вода в организме может при чрезмерном употреблении поваренной соли, как я уже говорил выше, натрий вступает в реакцию с водой, образуя гидратную оболочку, тем самым задерживая воду. Что бы избежать этих проблем, необходимо контролировать поступление воды и солей в организм. Рекомендованное количество потребления воды — 40 мл на кг веса тела в сутки, а поваренной соли 5 — 8 г, но эти значения колеблются в зависимости от источника, точных рекомендаций на сегодняшний день к сожалению нет.
Другой случай нарушения водного баланса — это уменьшение содержания воды в организме. Причины такого состояния могут быть разные: от ограниченного поступления воды, до серьёзных заболеваний, например сахарного диабета. Если говорить о спортсменах, то обезвоживание может быть вызвано тренировками большого объёма, в таком случае при неправильной регидратации(режим питья), спортсменом теряется большое количество воды через пот и выдыхаемый воздух, особенно при высокой температуре окружающей среды. Обезвоживание очень опасное состояние организма, по мимо многочисленных симптомов и нарушений, падает работоспособность. Для предупреждения этого необходимо соблюдать питьевой режим, например: за 30-60 минут перед тренировкой выпивать 400-500 мл воды,а во время тренировки пополнять запасы воды путём частого приёма по 40-50 мл. Но основной момент соблюдения баланса воды в организме — это правильный питьевой режим и контролируемое потребление солей в течении суток.
Обмен минералов.
1) Общие сведения. Минеральные вещества — разнообразная группа незаменимых пищевых компонентов, играющих важную роль в метаболизме человека, участвуют в образовании костной ткани, кровотворении и т.п. Почти все известные минералы входят в состав организма, однако содержание их не одинаково. На минералы приходится примерно 4% от общей массы тела, в зависимости от количества они подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. В таблице ниже находится краткая информация по содержанию, источникам, потребности и функциях основных минералов:
Табл. 3. Нормы минералов.(Суточная норм микроэлементов измеряется миллиграммах)
2) Биологическая роль и функции отдельных минералов.
— Магний, фосфор, кальций. Эти минералы в основном содержатся в костной ткани в форме нерастворимых солей. Кальций и магний так же присутствует в плазме крови и оба этих соединения участвуют в сокращении и расслаблении мышц, помимо этого кальций является обязательным участником реакций, в ходе которых свёртывается кровь. Магний имеет ощелачивающий эффект, что позволяет ему влиять на кислотно-щелочное равновесие. Что касается фосфора, то его функции в организме многочисленны, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов и фосфопротеидов, так же часть фосфора находится в организме в виде фосфорной кислоты, соединения, которое участвует во многих реакциях и выполняет исключительную роль в энергетическом обмене и входит в состав АТФ(аденозинтрифосфат). Гормоны кальцитонин(щитовидная железа) и паратгормон(паращитовидные железы) участвуют в метаболизме фосфора и кальция. Кальцитонин совместно с витамином D способствует включению этих элементов в костную ткань, следствием чего является снижение их концентрации в крови и моче. Паратгормон работает наоборот, при необходимости он провоцирует высвобождение фосфора и кальция из костей в кровь, так же совместно с витамином D ускоряет их всасывание в кишечнике. Такой механизм позволяет организму добиваться нужной концентрации в крови фосфора и кальция.
— Натрий, калий и хлор. В организме находятся в ионизированной форме («свободной»). Играют ключевую роль в поддержании осмотического давления крови, которое является важным физико-химическим фактором, влияющим на функции клеток. Натрий находится в основном вне клеток(плазма, лимфа, межклеточная жидкость), а калий внутри клеток. Ионы этих минералов активируют многие ферменты и являются важными соединениям для нервной системы, участвуя в формировании нервного импульса. Этот механизм основан на действии натрий-калиевого насоса, поляризации мембраны и т.д. Полное объяснение потребует много времени, по этому я расскажу подробней уже в другой статье. Если говорить кратко, при помощи изменения концентраций натрия и калия, происходит возбуждение клетки и передача импульса. Для нормального функционирования сердца так же необходимы эти два минерала, при чем, если спортсмен тренируется постоянно в аэробном режиме — потребность в калии и натрии растут. Как я говорил уже выше(обмен воды), гормон надпочечников — альдостерон, может регулировать содержания этих двух минералов в организме. Увеличения концентрации гормона, приводит к задержке натрий и выведения калия из организма, в ходе второго этапа образование урины — реабсорбции. Хочу отметить один момент — во время тренировки, сердечная мышца нуждается в повышенном потреблении калия, это первое, второе — во время нагрузки повышается потоотделении, организм теряет натрий и калий,третье — в ответ на это повышается концентрация альдостерона, что приводит к задержке натрия, но к потери калия. Получается, что нужно учитывать три фактора влияющих на потерю калия во время нагрузки: 1)повышенная потребность сердечной мышцы; 2)потеря с потом; 3)потеря в ввиду действия альдостерона. По этому спортсменом особенное важно следить за потреблением этого минерала и употреблять соответствующие продукты.
— Железо. Самое важное соединение из микроэлементов. Входит в состав гемоглобина, миоглобина и цитохрома. На сколько важные эти протеиды для организма и как они функционируют тема для отдельной статьи, по этому останавливаться здесь я не буду. У людей занимающихся спорт, потребность в железе примерно на 70 % выше, особенно тренирующихся в аэробном режиме. Дефицит железа наиболее вероятен при отсутствии должного питания, в результате развивается железодефицитная анемия и падает работоспособность спортсмена. Часто возникает такая ситуация, когда рацион ограничен с целью поддержания соревновательного веса. Исходя из всего выше сказанного, имеет смысл следить за концентрацией железа в крови, периодически сдавать анализы на само железо, ферритин(запас железа), трансферрин (транспорт железа). Если вы много тренируетесь, ограничиваете калорийность рациона и не употребляетесь продукты богатые железом(печень, яйца, грибы, зелень, овощи, мясо) и чувствуете падение работоспособности и общую слабость, имеет смысл проверить концентрацию железа в сыворотке крови.
3) Поступление и выделение минеральных веществ в организме.
На том, как и откуда поступают минеральные вещества я останавливаться не буду, тут на мой взгляд всё понятно: потребность в элементах должна удовлетворяться соответствующей пищей, в организме минералы не синтезируются.
Выведение минералов из организма человека возможно тремя путям: через почки, пот и кишечник. Почки в этом плане самый эффективный орган, через них больше всего происходит выведение неорганических соединений, около 15-25 г за сутки. Через кишечник выводят не растворимые в воде вещества, железо и соли тяжелых металлов. Интересная ситуация образовалась вокруг фосфора и кальция, дело в том, что выводится они могут и через кишечник, и через почки, а зависит это от кислотности мочи, чем она выше, тем больше выводится через почки. Объясняется это тем, что растворимость выводимых веществ выше в кислой среде. Так же, небольшая часть минералов выводится с потом, в основном это конечно хлористый натрий, который иногда даже можно наблюдать на чёрной одежде. Во время длительных нагрузок, потеря хлористого натрия может быть достаточно большой, что бы сказать на работоспособности спортсмена, в таком случае целесообразно пить во время тренировки минеральную, а не обычную воду, или соответствующие минеральные напитки.
Вывод
Хоть вода и является общедоступной, и в принципе соблюдать питьевой режим, с первого взгляда, кажется совсем не трудной задачей, но на практике почему-то получается иначе. Например в исследовании, которое проводилось с участием студентов спортсменов, результат оказался неудовлетворительный, многие студенты страдали от разной степени обезвоживания. По этим и другим причинам, перечисленным в этой статье, призываю всех, не зависимо от того спортсмен вы или нет, стараться соблюдать питьевой режим. Это не значит, что нужно пить по 2-3 л в день, насильно заливая в себя воду, просто не забывайте о том, что в течении дня нужно утолять жажду.
Что касается солей и минералов, нужно помнить о том, что если пищевое поведение у вас оставляет желать лучшего, но при этом вы достаточно много тренируетесь, есть риск получить дефицит по основным веществам: железо, калий, натрий. По этому рекомендую проанализировать свой рацион и оценить его пищевую ценность.
По поводу питья во время тренировок, лично я всегда себе беру разные напитки, либо минеральные, либо сладкая вода и пью их маленькими глотками. От обезвоживания это конечно спасает, а что касается эффективности различных электролитов добавленных в напиток, сказать ничего не могу, но эффект плацебо никто не отменял. По этому если есть возможность, лучше пить, чем не пить. Но употребление воды во время тренировки — обязательно.
На этом я с вами прощаюсь, с вами был Игорь Зайцев, до новых встреч. И для тех, кто дочитал/промотал до конца, предлагаю пройти опрос ниже:
Автор статьи: Игорь Зайцев
Группа вконтакте – мне будет очень приятно если вы добавитесь.
Канал на Youtube – буду от всей души благодарен за подписку.
Список используемой литературы:
— Биохимия двигательной деятельности – С.С. Михайлов
— Физиология человека – А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб
— Анатомия человека – М.Ф. Иваницкий
— Наглядная биохимия – Кольман Я., Рём К. – Г.
— Наглядная медицинская биохимия – Дж.Г. Солвей
Источник