Водный и минеральный обмен

1. ВОДНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН

Тамбовцева Р.В.
Д.б.н., профессор
РГУФКСМиТ
Москва

2. 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.

3. 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 Са2+ - выведение воды из клеток и
тканей организма.

4.

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.

5. 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+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cu+, Mn2+, Cr2+, Co2+)
Анионов: Cl-, CO3 2-, PO4 3-, НCO3 -, SO4 2-, NO3 – и др.)
Нерастворимых фосфатных солей Са3(РО4)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 – Са2+ - 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 В12
Недостаточность: выход Са2+ из костей – снижение прочности
(остеопороз), нарушение функции нервной системы,
кровообращения и мышечной деятельности.

6. Суточная потребность взрослого человека в минеральных веществах

7. Ферменты, активируемые катионами металлов

8.

ФОСФОР – 22% от количества всех минеральных веществ.
80% находится в костях в виде фосфата кальция –
Са3(РО4)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 (NaH2PO4 и Na2HPO4) 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.

9.

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.

10.

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.

11. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

ЖЕЛЕЗО – важная роль в процессах аэробного энергообразования в
организме. Входит в состав белков гемоглобина, миоглобина, которые
осуществляют транспорт О2 и СО2, а также в состав цитохромов –
компонентов дыхательной цепи, на которой протекают процессы
биологического окисления и образования АТФ. Бета-окисление ацетил-КоА
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 Н2СО3 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.

12.

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.

13. 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.

14.

БЛАГОДАРЮ
ЗА
ВНИМАНИЕ