5. Водно-солевой обмен. Значение различных солей. Особенности водно-солевого обмена у детей.

Вода у взрослого человека составляет 60% от массы тела, а у новорожденного — 75%. Она является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания его жизнедеятельности. Основная масса (около 71 %) всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, составляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в состав тканевой, или интерстициалъной, жидкости (около 21%) и воды плазмы крови (около 8%). Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. С пищей человек получает в сутки около 750 мл воды, в виде напитков и чистой воды — около 630 мл. Около 320 мл воды образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 800 мл воды. Столько же необходимо для растворения экскретируемых почкой осмотически активных веществ при максимальной осмолярности мочи. 100 мл воды выводится с фекалиями. Следовательно, минимальная суточная потребность составляет около 1700 мл воды.

Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чувством жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра гипоталамуса.

Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей. Наиболее важное  значение имеют натрий, калий, кальций.

Натрий (Na⁺) является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6—12 раз превышает содержание в клетках. Натрий в количестве 3—6 г в сутки поступает в организм в виде NaCl и всасывается преимущественно в тонком отделе кишечника. Роль натрия в организме многообразна. Он участвует в поддержании равновесия кислотно-основного состояния, осмотического давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма. Ему придается большое значение в развитии ряда заболеваний. В частности, считают, что натрий опосредует развитие артериальной гипертензии за счет как увеличения объема внеклеточной жидкости, так и повышения сопротивления микрососудов. Баланс натрия в организме в основном поддерживается деятельностью почек.

Калий (К⁺) является основным катионом внутриклеточной жидкости. В клетках содержится 98% калия. Суточная потребность человека в калии составляет 2—3 г. Основным источником калия в пище являются продукты растительного происхождения. Всасывается калий в кишечнике. Особое значение калий имеет благодаря своей потенциалобразующей роли как на уровне поддержания мембранного потенциала, так и в генерации потенциала действия (см. главу 2). Калий принимает также активное участие в регуляции равновесия кислотно-основного состояния. Он является фактором поддержания осмотического давления в клетках. Регуляция его выведения осуществляется преимущественно почками.

Кальций (Са²⁺) обладает высокой биологической активностью. Он является основным структурным компонентом костей скелета и зубов, где содержится около 99% всего Са²⁺. В сутки взрослый человек должен получать с пищей 800—1000 мг кальция. В большем количестве кальция нуждаются дети ввиду интенсивного роста костей. Всасывается кальций преимущественно в двенадцатиперстной кишке в виде одноосновных солей фосфорной кислоты. Примерно ³/₄ кальция выводится пищеварительным трактом, куда эндогенный кальций поступает с секретами пищеварительных желез, и ¹/₄ — почками. Велика роль кальция в осуществлении жизнедеятельности организма. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием.

Кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор составляют основную массу живого вещества.

В организме значительную роль в осуществлении жизнедеятельности играют и элементы, находящиеся в небольшом количестве. Их называют микроэлементами. К микроэлементам, имеющим высокую биологическую активность, относят железо, медь, цинк, кобальт, молибден, селен, хром, никель, олово, кремний, фтор, ванадий. Кроме того, в организме обнаруживается в незначительном количестве много других элементов, биологическая роль которых не установлена. Всего в организме животных и человека найдено около 70 элементов.

Большинство биологически значимых микроэлементов входит в состав ферментов, витаминов, гормонов, дыхательных пигментов.

 

6. Энергетический обмен. Способы определения энергетических затрат организма. Потребление кислорода – показатель интенсивности энергетического обмена. Дыхательный коэффициент. Калорический эквивалент кислорода, его величина.

Все проявления биологических процессов связаны с превращением Е. Изучение энергетических процессов даёт нам представление о ходе самого процесса. Получая энергию с пищевыми продуктами, мы получаем макроэргическую энергию (механическая, электрическая, тепловая и другая энергия). За счет этой Е мы способны совершать внешнюю работу, на которую тратиться 20% энергии, а остальное – это тканевая энергия. Соотношение между поступившей и выделившейся энергией  называется энергетическим балансом, который находится в состоянии равновесия. Запасание Е в организме не превышает 1 % энергии. Изучение энергетического баланса имеет теоретическое( приложимость закона сохранения Е и к живым системам) и практическое значение (даёт возможность для научного обоснования правильного составления рациона).

   Энергетическая ценность питательных веществ определяется колориметрическим методом, т.е. сжигание веществ в колориметре. Были определены колориметрические коэффициенты :

Белки – 5,7 ккал/г

Углеводы – 3,75 ккал/г

Жиры – 9,0 ккал/г.

В организме происходит распад окислительным путем, но до углекислого газа и воды (при поступлении в организм).

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.

Теплообразование в организме имеет двухфазный характер. При окислении белков, жиров и углеводов одна часть энергии используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту. Теплота, выделяющаяся непосредственно при окислении питательных веществ, получила название первичной теплоты. Обычно на этом этапе большая часть энергии превращается в тепло (первичная теплота), а меньшая используется на синтез АТФ и вновь аккумулируется в ее химических макроэргических связях. Так, при окислении углеводов 22,7% энергии химической связи глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77,3% в форме первичной теплоты рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используется в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов и в конечном счете тоже превращается в теплоту, обозначаемую вторичной теплотой. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Для определения энергообразования в организме используют прямую калориметрию, непрямую калориметрию и исследование валового обмена.

Тепловой эффект химического процесса, развивающийся через ряд последовательных реакций, не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием веществ, участвующих в реакции.

    В организме 1 г белка дает 4 ккал/г. Зная количество граммов поглощенных веществ мы можем высчитать энергетический баланс. Для определения расхода Е были предложен метод прямой колориметрии, основанный на определении количества всей тепловой энергии. Были сконструированы колориметры и для человека. Это специальные камеры, в которые можно поместить человека и исследовать выделение энергии.

   Метод прямой колориметрии обладает высокой точностью. Этот метод довольно трудоемкий. Этот метод не позволяет исследовать энергетический обмен при разных видах труда. В практическом отношении изучение энергии используют методнепрямой колориметрии. Этот метод основан на определении энергозатрат организмом косвенно по количеству потребленного кислорода и выделенного углекислого газа.

Реакция окисления глюкозы :

C6H12O6 + 6O2= 6CO2 + 6H2O + E,

E=2827 кДж, или 675 ккал/моль, 1 моль глюкозы = 180 г. При окислении 1 г глюкозы будет выделяться 15,7 кДж, или, 3,75 ккал/г.

   Чтобы определить, что подвергается окислению, было предложено определение дыхательного коэффициента – отношение выделившегося углекислого газа к количеству поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент для углеводов будет равен 1.

Окисление жира – трипальмитина :

2С51H98O6 + 145 O2= 102 CO2 + 98 H2O,

Следовательно, ДК=102 CO2:145O2=0,7

   В случае окисления глюкозы – кислород для воды получается из внутримолекулярного кислорода глюкозы и получаемый кислород идет на CO2. В жирах внутримолекулярного кислорода мало, поэтому он идет не только на CO2, но и на воду.

Определение дыхательного коэффициента дает нам установить, какие продукты подвергаются окислению.

 Для метода непрямой колориметрии используется еще один показатель – калорический эквивалент кислорода – количество выделившейся энергии в окислительном процессе при поглощении одного литра кислорода.

1 моль O2 = 22,4 л, а 6 молей O2 занимают объем 134,4 л

КЭ (О2) = 2827 кДж : 134,4л=21,2 кДж/л

Калорический эквивалент кислорода будет зависеть от дыхательного коэффициента.

При уменьшении дыхательного коэффициента на 0,01 калорический эквивалент кислорода уменьшается на 12 малых калорий.

E=[5050+-(12n)] x V(O2) в л/ мин.,

где n – число сотых, на которое отличается дыхательный коэффициент.. При изменении ДК на 1 сотую КЭ O2 изменяется на 12 кал. Метод непрямой колориметрии дает подойти к изучению энергии в организме.

   Дыхательный коэффициент иногда может быть больше 1. Это происходит в восстановительный период, после совершения мышечной работы. Это связано с тем, что в мышцах, во время нагрузки происходит накопление молочной кислоты и после прекращения нагрузки, молочная кислота начинает вытеснять углекислый газ из бикарбоната. Количество выделившегося углекислого газа может оказаться больше, чем поглощено кислорода.

Еще дыхательный коэффициент может быть больше 1, при переходе углеводов в жиры. Жиры требуют меньшего количества кислорода, для построения молекул. Часть кислорода используется в процессах окисления.