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 выводится с мочой, а не с калом. В моче, имеющей щелочную реакцию, содержание солей кальция и фосфора низкое. В этом случае 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 в поте могут еще присутствовать катионы К+, Mg2+, Са2+.
В небольших 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, 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 их содержание мало изменяется.
Биологическая роль отдельных минеральных элементов
Натрий, калий и хлор находятся в организме в ионизированной форме (Na+, К+, С1-). Ионы натрия содержатся вне клеток (в плазме крови, лимфе, межклеточной жидкости), а ионы калия сосредоточены внутри клеток. Эти ионы играют важную роль в создании 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 в основном за счет хлористого натрия, а внутри клеток – за счет солей калия.
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 и способствует удалению из организма ионов калия.
У спортсменов, выполняющих интенсивные физические нагрузки, потребность миокарда в калии увеличивается. Однако за счет усиленного потоотделения происходит потеря больших количеств хлористого натрия, а также 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 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 – Са2+, 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. В частности, эти ионы активируют креатинкиназу – важнейший фермент, участвующий в обеспечении энергией мышечной деятельности.
Биологическая роль фосфора весьма многогранна. Как уже отмечалось, фосфор участвует в образовании нерастворимых фосфорнокислых солей кальция и магния, являющихся минеральной основой костной ткани. Часть фосфора входит в состав органических соединений, таких как нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, фосфопротеиды. Еще часть фосфора находится в организме в форме фосфорной кислоты, которая вследствие электролитической диссоциации превращается в ионы – Н2РО4-, НРО42-. Фосфорная кислота играет 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.
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, в результате чего кальций и фосфор выходят из костной ткани в кровь. Повышение концентрации кальция и фосфора в крови, в свою очередь, приводит к увеличению их экскреции с мочой.
В конечном счете 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.
Железо используется для синтеза сложного циклического соединения, содержащего железо, – гема, входящего в белки гемопротеиды. К этим белкам относятся переносчики кислорода гемоглобин (содержится в красных клетках крови) и миоглобин (входит в состав мышц), а также ферменты цитохромы (участвуют в тканевом дыхании) и каталаза (разрушает перекись водорода, возникающую в процессе катаболизма). 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.