Водно-минеральный обмен

1.

1
Водно – минеральный обмен.
Роль воды, макроэлементов, микроэлементов
в организме.

2.

Роль воды в организме.
Вода – важнейшая составная часть организма. Заполняя
все межклеточное пространство, она образует ванну
для каждой клетки, являясь средой ее существования.
- Через воду осуществляется связь между клетками, всеми
тканями.
- Через воду отдельные органы и ткани связаны с внешним
миром (кожа, легкие, почки, ЖКТ).
- Благодаря воде осуществляется обмен веществ
(транспортирует питательные вещества, удаляет
конечные продукты, транспортирует сигнальные
вещества между клетками).
- Вода принимает участие в процессах терморегуляции.

3.

4.

Биологическое значение воды.
Вода в организме выполняет ряд жизненно важных функций.
Вода является универсальным растворителем минеральных и органических
веществ.
В воде растворены белки, неорганические ионы – натрий, калий, магний, хлор,
бикарбонаты, фосфаты (Na+, K+, Mg2+, Cl-, HCO3-, HPO42-).
Вода в выполняет свои функции растворителя и транспортной среды в виде
водных растворов.
Кровь, лимфа, межклеточная и внутриклеточная жидкость, слеза, слюна, пот,
желудочный сок, сок поджелудочной железы, моча и др. биожидкости
– это вода с растворенными в ней веществами.
Уменьшение количества воды в биологической жидкости ведет к сгущению и
нарушению метаболизма.
Чем больше концентрация воды, тем выше скорость взаимодействия молекул:
быстрее доставляются питательные вещества к клеткам, быстрее пополняются
энергетические запасы, быстрее выводятся побочные продукты биохимических
реакций.

5.

Функции воды в организме
1.Внутренняя среда организма. Поддерживает гомеостаз в организме
(гомеостаз – постоянство внутренней среды в организме).
Внутренняя среда организма: это кровь, лимфа цереброспинальная жидкость,
межклеточная жидкость. Эти биологические жидкости представляют собой
водные растворы органических (белки, глюкоза, продукты промежуточного
обмена) и неорганических (минеральных) веществ.
Особенность внутренней среды организма – постоянство ее основных
биохимических показателей.
2.Всасывание веществ в ЖКТ
3. Для воды характерна очень низкая вязкость, что придает водным растворам
хорошую текучесть и быстрое перемещение жидкостей в организме.
4.Транспортная
Транспорт веществ возможен только в растворимой форме => вода в
организме выполняет функции.
1. Растворителя (в клетке вода выполняет функцию растворителя для
участников реакций и катализаторов биохимических превращений, так
как вещества реагируют друг с другом только в растворимой форме)
2. Транспортного средства

6.

Функции воды в организме
5. Вода - пластический материал, из которого построены органы,
ткани и клетки.
Напр., молекулы воды участвуют в создании вторичной и третичной
структуры молекул белков, вода входит в состав мембран клеток.
6. Вода играет важную роль в процессах терморегуляции организма:
около 25% избытка тепловой энергии выделяется из организма в
результате испарения воды с поверхности кожи, приблизительно
столько же тепла выделяется из организма с парами выдыхаемого воздуха.
7.Участвует в биохимических реакциях (гидролиз, гидратация,
дегидратация, диссоциация)
Напр., все питательные вещества усваиваются в пищевом канале с
участием воды (реакции гидролиза).
8. Вода и ее растворы смачивают трущиеся поверхности, способствуя
улучшению их скольжения.
9. Выводит из организма конечные продукты обмена веществ через
почки.

7.

8.

9.

Биологическая роль воды в организме человека
Среднее содержание воды у взрослого человека составляет 60%
массы тела. При массе 70 кг –около 42 л Н2О.
Наибольшее содержание воды найдено в сером веществе головного
мозга. Наименьшее - в костной ткани (в мозговой ткани реакции
совершаются мгновенно, в костной – очень медленно).
В биологических жидкостях вода составляет от 83% - 99,5 %.
Желудочный сок – 99,5%, слюна - 99,4%, плазма – 92%, лимфа – 90%,
моча – 83%.
Количество воды в организме строго регулируется. Потеря > 10% тяжелые функциональные нарушения, свыше > 15 - 20% - смерть.
Содержание воды зависит от количества жира.
Жировая ткань бедна водой, мышцы – богаты водой=> у полных
людей содержание воды меньше (40%), а у худых – больше (до 75%).

10.

11.

Содержание воды зависит от возраста.
У новорожденных содержание воды в организме составляет 75%
- 80% массы тела. С возрастом содержание воды в организме
уменьшается (средний возраст – 65%, пожилые – 57%).

12.

Водный обмен
• Обеспечение водного баланса – это
поддержание равновесия между
поступлением и потерей воды.
• При патологии ( кровотечение, рвота, понос
и.т.д.) потери воды увеличиваются.
• Основное количество воды выводится
через почки.

13.

Водный обмен
Обеспечение водного баланса – это поддержание равновесия
между поступлением и потерей воды.
При патологии ( кровотечение, рвота, понос и.т.д.) потери воды
увеличиваются.
Основное количество воды выводится через почки.
Воду, которую организм получает в виде питья и в составе
пищевых продуктов называют экзогенной.
Экзогенная вода – это вода, которую организм получает в виде
питья и в составе пищевых продуктов.
Эндогенная – это вода, образовавшаяся в организме при распаде
веществ (в расчете на 100г): белков 41 мл, жиров 107 мл, углеводов 55
мл.
Суточная потребность в воде 2-2,5 литра. Из них 1,5 л потребляется с
пищей. Выводится 1л -1,5 почками, 0,2-0,3л кишечником, 0,2-0,5л с
потом и испарениями через кожу, до 0,5 л выдыхаемым воздухом.

14.

Источники воды в клетке
Существуют два источника воды для клеточного
метаболизма:
1. Вода, поступающая с пищей – в сутки во
взрослый организм должно поступать в виде
чистой (!) воды не менее 1,5 л. Дополнительно
может поступить с напитками, жидкой и
твердой пищей еще до 1,5 л.
2. Вода, образуемая в процессе катаболизма и
при окислительном фосфорилировании –
метаболическая вода, в среднем 400 мл.

15.

Выведение воды из организма
Выведение воды осуществляется несколькими системами:
1. Легкие. Вода выводится с выдыхаемым воздухом, в
среднем 400 мл/сут
2. Кожа. Потери через кожу могут быть
• неощутимые –400 - 500 мл/сут,
• ощутимые – потоотделение при повышении
температуры тела или среды, при физической работе.
3. Кишечник – теряется 100-200 мл/сут, количество
возрастает при рвоте, диарее.
4. Почки выводят до 1000-1500 мл/сут.

16.

17.

18.

Распределение воды в организме.
Вода неравномерно распределена в организме.
В организме человека объём воды распределяется следующим
образом:
70% - внутриклеточная жидкость, 30% -внеклеточная жидкость.
В организме различают 2 главных водных пространства.
- внутриклеточное (сумма воды каждой клетки организма) ионы К,
анионы белка и фосфатов.
- внеклеточное (высокая концентрация хлоридов и бикарбонатов Na).
Внутриклеточная жидкость 2/3, внеклеточная 1/3 всей воды.
Часть внеклеточной жидкости находится в сосудистом русле (5-7%).
Большая часть – вне сосудистого русла: интерстициальная
(межтканевая) - 17%
6% - трансцеллюлярная вода(спинномозговая, суставная жидкости).

19.

20.

21.

22.

Распределение воды между клеткой и внеклеточным
пространством определяется величиной осмотического давления.
Осмотическое давление (осмолярность) – это концентрация
катионов и анионов выраженная в моль/л, разность
концентрации электролитов внутри и вне клетки.
В норме осмолярность = 285 млОсм./л.
Распределение воды внутри и вне клетки во многом зависит от
концентрации ионов натрия.
При избытке натрия – содержание воды в организме
увеличивается, а при недостатке – уменьшается.
Соотношение объемов воды в плазме и межтканевой жидкости
определяется концентрацией белков плазмы (при голодании
уменьшается концентрация белков, уменьшается онкотическое
давление, а осмотическое не уменьшается. Это приводит к
выходу жидкостей сосудистого русла к тканям - развитию отёков).

23.

24.

25.

26.

Содержание макро и микро элементов в организме

27.

Макро- и микроэлементы
• Любой живой организм полноценно функционирует только при
условии достаточного обеспечения микро- и макроэлементами.
Они поступают только извне (с продуктами питания, а также
водой), не синтезируются самостоятельно.
• Микроэлементы — это химические соединения, которые
содержатся в организме в ничтожно маленьких пропорциях
• Химические вещества, потребность организма в которых выше,
чем в микроэлементах, называют «макроэлементами». Обычно
они представлены не в чистом виде, а в составе органических и
неорганических соединений.

28.

29.

Макроэлементы и микроэлементы
В организм человека должно поступать 12 макроэлементов.
Из них четыре называют биогенными : углерод; кислород; азот; водород.
Их количество в организме наибольшее. Биогенные макроэлементы
являются основными составляющими живого организма.
Макроэлементы: фосфор; кальций; магний; хлор; натрий; калий; сера.
Их количество в организме меньше, чем биогенных макроэлементов
Микро- и макроэлементы отличаются тем, что микроэлементов организму
необходимо меньше. Чрезмерное поступление их в организм оказывает
негативное влияние. Недостаток также вызывает заболевания.
Микроэлементы: железо; фтор; медь; марганец; хром; цинк; алюминий;
ртуть; свинец; никель; йод; молибден; селен; кобальт.

30.

31.

32.

33.

34.

Обмен натрия тесно связан с обменом калия.

35.

Натрий
• Натрий поступает в организм в основном в виде хлорида
натрия.
• Основная масса натрия сосредотачивается в плазме крови,
лимфе, ликворе и других биологических жидкостях в виде
хлоридов, гидрокарбонатов, фосфатов и т. д.
• Богаты натрием кожа, легкие, мозг.
• Некоторое количество гидрокарбоната натрия секретируют
слюнные и поджелудочная железы. Он и создает необходимую
реакцию среды для процессов пищеварения в ротовой полости
и кишечнике.
• Большая часть натрия всасывается в тонкой кишке, всасывание
происходит также в желудке и толстой кишке.
Натрий проникает через стенку кишок против градиента
концентрации с участием специальных переносчиков.
• 90-95% поглощенного натрия выделяется с мочой, 5-10% - с
калом и потом. Обмен натрия в организме регулируется
гормоном альдостероном.

36.

Натрий
• Натрий - основной катион внеклеточной жидкости
(норма в плазме крови 135-153 ммоль/л).
• Натрий поддерживает постоянство осмотического
давления крови, участвует в регулировании водного
обмена, кровяного давления.
• Ионы натрия участвуют в регуляции кислотнощелочного состояния через бикарбонатную и
фосфатную буферные системы.
• Ионы натрия участвуют в регуляции нервных
импульсов, мышечных сокращений.
• Ферментативные процессы в митохондриях и ядре
могут происходить только при наличии натрия.
• Ионы натрия активизируют пищеварительные
ферменты.

37.

38.

1
Одной из самых распространенных систем активного переноса веществ
является (Na+ + K+) - АТФ-аза, т. е. фермент, активность которого зависит от
присутствия в среде ионов Na+ и К+.
Эта система локализована в клеточной мембране и обеспечивает
выведение из клетки ионов натрия и замену их на ионы калия
или такие метаболиты, как аминокислоты, углеводы и др.
Система действует в две стадии:
1 стадия. Внутри клетки под влиянием ионов Na+ осуществляется
фосфорилирование фермента-переносчика за счет использования
внутриклеточной АТФ и последующее присоединение к нему Na+.
2 стадия. Фосфорилированный фермент гидролизуется с освобождением
ионов Na+ на внешней стороне мембраны. Вместо натрия в клетку
поступают ионы К+, а в других случаях - аминокислоты и глюкоза.
Описанная система активного транспорта веществ получила название
«натриевого насоса».
Таким образом, ионы Na+ - играют существенную роль при транспорте
различных метаболитов из окружающей среды в клетки.

39.

1
• Избыток натрия в организме, в равной мере, как и его недостаток,
вызывает серьезные нарушения обмена веществ, в основе которых
лежит угнетение ряда ферментов (ионы натрия активизируют
амилазу, фруктокиназу, холинэстеразу и тормозят действие
фосфорилазы)
• Гипернатриемия возникает при уменьшении реабсорбции натрия в
почечных канальцах и нарушении инкреции альдостерона или антидиуретического гормона гипофиза. Развиваются отеки в тканях. Эти
явления наблюдаются при нефритах, циррозах печени, мио- и
перикардитах.
• Одним из признаков повышенного содержания натрия в организме
является хрупкость сосудов, а также гидратация тканей, их отечность.
• Гипонатриемия возникает при недостатке натрия в рационе,
усиленной работе, диабете. К этому приводят обильные вливания
глюкозы, большая задержка воды при некоторых заболеваниях почек
(нефрит, тубулярный нефроз) или чрезмерно усиленная секреция
вазопрессина при острых и хронических заболеваниях мозга.
• Первичное следствие гипонатриемии - снижение осмотического
давления внеклеточной жидкости, которое выравнивается вторично
за счет перехода воды из внеклеточного во внутриклеточное
пространство.

40.

Калий
Калий участвует :
- в поддержании осмотического давления внутри клетки,
- передаче нервных импульсов,
- регуляции сокращений сердечной и других мышц,
- входит в состав буферных систем крови и тканей,
- активирует деятельность многих ферментов (АТФ-азы, пируват- и фруктокиназ и др.),
- является составной частью натрий-калиевого насоса клетки.
Калий относится к числу внутриклеточных катионов, где одной из его функций
является обеспечение внутриклеточного осмотического давления.
Находится Калий в виде солей - хлоридов, фосфатов, карбонатов и сульфатов; в ионизированном состоянии и в связи с белками или др. органическими соединениями.
Преобладающая часть калия выводится почками (небольшая - с потом и калом).
Повышение концентрации калия выше 6,5 ммоль/л плазмы - угрожающее, выше 7,5
до 10,5 – токсично, а выше 10,5 ммоль/л - смертельно.
Обмен калия в организме регулируется минералокортикостероидами коры
надпочечников.
Гиперкалиемия наблюдается при усиленном распаде тканей, травмах, инфекциях,
нарушениях регуляции со стороны надпочечников.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

ЖЕЛЕЗО
Содержание в организме.
У взрослого человека содержится 4,2 г железа, 70-80% его включено в гемоглобин, 5-10% в миоглобин, около 1% находится в дыхательных ситемах, остальное – резервное железо.
Суточная потребность: 10 мг для мужчин, 12-15 мг для женщин.
Обмен. Гемовое железо всасывается в виде ионов Fe3+, негемовое – в виде ионов Fe2+.
Для оптимального усвоения железа необходима нормальная секреция желудочного сока.
Среди пищевых факторов увеличивает всасывание железа витамин С, аминокислоты,
моносахара, снижают – фосфаты и полифенольные соединения (например, кофе).
Из просвета кишечника железо всасывается в комплексе в кровь, а в крови
транспортируется трасферрином, белком фракции b-глобулинов.
Основным белком депонирующим железо в тканях является ферритин.
В организме существуют 3 метаболических цикла железа:
1.плазма-костный мозг-эритроциты-плазма;
2. плазма-ферритин-плазма;
3. плазма-миоглобин-железо-содержащие ферменты-плазма.
Из организмы железо выводится в составе слущенного эпителия тонкой кишки.
Функции железа.
1. транспорт электронов;
2. транспорт и депонирование кислорода;
3. участие в формировании активных центров оксидоредуктаз.

50.

Кальций
В организме взрослого человека содержится в
среднем 1000 г кальция. Основным депо кальция в
организме (99% всего кальция от общей массы)
являются кости. В костях около 99% кальция
присутствует в малорастворимой форме кристаллов
гидроксиапатита. В виде фосфатных солей в костях
находится лишь 1% кальция, который может легко
обмениваться и играть роль буфера при
изменениях концентрации кальция в плазме крови.
Другой фонд кальция (1% от общей массы кальция)
- кальций плазмы крови. В плазму крови кальций
поступает из кишечника (с водой и пищей) и из
костной ткани (в процессе резорбции).

51.

Роль кальция в организме
• Кальций — не только структурный компонент костной
ткани.
• Ионы кальция играют ключевую роль в мышечном
сокращении,
• увеличивают проницаемость мембраны клеток для
ионов калия,
• влияют на натриевую проводимость клеток, на работу
ионных насосов,
• способствуют секреции гормонов,
• участвуют в каскадном механизме свёртывания крови,
• служат важнейшими посредниками во внутриклеточной
передаче сигналов.

52.

53.

54.

Пределы колебаний общей концентрации Са в плазме крови
здоровых людей составляют 2,12-2,6 ммоль/л. Кальций плазмы
крови представлен в виде:
• несвязанного, ионизированного кальция Са2+ (около 50%);
• ионов кальция, соединённых с белками, главным образом, с
альбумином (45%);
• недиссоциирующих комплексов с цитратом, сульфатом,
фосфатом и карбонатом (5%).
Биологически активной фракцией является ионизированный
кальций, концентрация которого поддерживается в пределах
1,1-1,3 ммоль/л.
Основными регуляторами обмена Са2+ в крови являются
паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

Магний
• Магний — макроэлемент, который по количеству
содержания в организме занимает четвертое место
после натрия, калия и кальция. В организме
взрослого человека содержится около 25 г магния.
Наряду с калием магний представляет собой
типичный внутриклеточный катион.
• В клетках организма содержится около 40 % от
общего количества магния, и около 60 % его
находится в костях скелета.
• Концентрация магния в сыворотке крови — 0,8–
1,2 ммоль/л. Приблизительно 60 % сывороточного
магния ионизировано, 40 % — это фракции,
связанные с белками, фосфатами и цитратами.
Магний всасывается в тонком кишечнике при
участии витамина D примерно на 40 % от его
поступления с пищей.

63.

64.

Роль магния в организме
• Магний необходим на всех этапах синтеза
белковых молекул.
• Обмен Ca, P, Mg тесно взаимосвязан.
• Магний принимает участие в энергетическом
обмене, синтезе АТФ;
• обмене углеводов, регулирует гликолиз,
уменьшает накопление лактата;
• участвует в построении костной ткани;
• обеспечивает функциональную способность
нервной и мышечной тканей.

65.

66.

67.

Йод
В организме человека содержится 15-20 мг йода, 8 мг сконцентрировано в
щитовидной железе.
Всасывается в кишечнике в виде неорганических йодидов.
Биологическая роль.
Йод – единственный из известных микроэлементов, участвующих в биосинтезе
гормонов (тироксина и трийодтиронина– гормонов щитовидной железы).
Тироксин контролирует состояние энергетического обмена, уровень
теплопродукции;
оказывает выраженное влияние на все виды обменов в организме человека, на
его физическое и психическое развитие.
Содержание йода в крови значительно снижается при гипотиреозе, повышается –
при гипертиреозе. При избытке тироксина снижается интенсивность образования
АТФ.
Недостаточность йода приводит к развитию эндемического зоба.
Для профилактики зоба в эндемических областях используют иодированную
поваренную соль.
Суточная потребность составляет 100-150 мкг.
Богаты йодом морская капуста, морская рыба и ракообразные

68.

69.

70.

71.

72.

000