Минеральные вещества. Вода

Помимо необходимых организму органических веществ, витаминов, витаминоподобных веществ и балансных веществ, для нормальной жизнедеятельности организму необходимо поступление минеральных веществ и воды.

Минеральные вещества — это низкомолекулярные вещества и соли, которые поступают в организм только с пищей и водой.

Основными функциями минеральных веществ в организме человека являются:

участие в создании и поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостаза);

участие во всех биохимических процессах;

определение состояния свёртывающей системы крови и мышечного сокращения;

являются необходимым компонентом всех органов и тканей.

Минеральные вещества подразделяются на макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся: фосфор, калий, кальция, магний, натрий, сера, хлор и др.

К микроэлементам: железо, марганец, кобальт, медь, цинк, йод, селен и др.

Суточная потребность в макроэлементах составляет более 100 мг (миллиграмм), в микроэлементах менее 100 мг.

Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в таблице. У детей и женщин в период беременности и кормления ребёнка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Рассмотрим физиологическую роль основных минеральных веществ, а также перечислим продукты, в которых они содержатся.  

Фосфор участвует в формировании костной ткани, в энергетическом обмене и обмене нуклеиновых кислот.

Содержится в мясе, молоке, свежей рыбе, зерновых продуктах, овощных и морепродуктах.

Калий участвует в создании и поддержании электрического мембранного потенциала клеток; участвует в метаболизме минеральных веществ, играет важную роль в процессах реполяризации после возбуждения в нервных волокнах, сокращении мышц, в том числе миокарда.

Содержится в овощах, фруктах и зерновых продуктах, мясе, твороге, рыбе.

Кальций участвует в формировании костной ткани, свёртывании крови; в регуляции функций и метаболизма клеток; участвует в регуляции процессов возбуждения клеток, синаптической передаче и сокращении мышц.

Содержится в молоке и молочных продуктах, рыбе, яйцах, зелёных овощах.

Магний участвует в формировании костной ткани; входит в состав многих ферментов и коферментов. Необходим для функции клеточных мембран, а также деятельности миокарда и гладких мышц.

Содержится в зелёных овощах, овсе, кукурузе, горохе, гречневой крупе, мясе, молоке, твороге.

Натрий участвует в осморегуляции; в создании и поддержании электрического мембранного потенциала клеток; обмене минеральных веществ; участвует в функции бикарбонатной буферной системы.

Содержится в поваренной соли, сыре, мясе, хлебе, грибах, яйцах. 

Сера участвует в обмене липидов и углеводов, образовании коньюгатов, участвует в обезвреживании токсинов в печени.

Содержится в мясе, печени, рыбе, яйцах.

Хлор участвует в обмене минеральных веществ; в процессах возбуждения и торможения, в проведении нервных импульсов, в синаптической передаче, образовании соляной кислоты желудочного сока.

Содержится в поваренной соли. В растительной и животной пище.

Железо участвует в связывании кислорода.

Содержится в мясе, печени, свежей рыбе, яйцах, сухофруктах, орехах, гречневой крупе.

Марганец входит в состав некоторых ферментных систем, способствует нормальному функционированию кровеносных сосудов.

Содержится в орехах, ячмене, ржи, гречневой крупе и пшенице.

Кобальт входит в состав витамина В12, необходим для нормального эритропоэза, в ходе которого образуются красные кровяные клетки (эритроциты).

Содержится в рыбе и печени.

Медь играет роль в процессах всасывания железа, участвует в синтезе гемоглобина, входит в состав ряда ферментов и пигментов.

Содержится в мясе, овощах, фруктах, рыбе.

Цинк необходим для процессов роста, входит в состав ряда мужских половых гормонов.

Содержится в мясе говядины, индейки, крабов, яйцах, зерне пшеницы, семечках тыквы, подсолнечника.

Йод входит в состав гормонов щитовидной железы.

Содержится в йодированной пищевой соли, морепродуктах, рыбном жире, грецких орехах, томатах.

Селен стабилизирует нуклеиновые кислоты, стимулирует функцию лимфоидных органов, увеличивает выработку антител, повышает сопротивляемость организма, оказывает противоопухолевое действие.

Содержится в печени, яйцах, морской соли, морепродуктах, чесноке, кукурузе, грибах.

Дефицит минеральных веществ влечёт нарушение работы разных систем (в зависимости от того, чего именно не хватает):

Дефицит фтора вызывает остеопороз, кариес.

Железа — воспаление языка, анемию, нарушение вкусовых предпочтений.

Цинка — замедление роста, половое недоразвитие, расстройство вкусовых рецепторов.

Меди — задержку умственного развития, расстройство пищеварения, разрывы артерий.

Марганца — сыпь, невралгию, увеличение лимфоузлов.

Йода — коллоидный зоб, бесплодие, снижение интеллектуальных способностей.

Селена — слабость в мышцах, кардиомиопатию, предрасположенность к появлению новообразований.

Молибдена — головную боль, тошноту, тахикардию, дезориентацию в пространстве.

ВОДА

Вода — это основной элемент организма человека, жизненно важный для работы органов и терморегуляции.

К основным функциям воды в организме человека относятся:

Транспортировка кровяных клеток, которые являются главной ударной силой иммунной системы.

Растворение необходимых для жизнедеятельности материалов и веществ, включая кислород и минералы. Это позволяет замедлить старение клеток.

Обеспечение связи между твёрдыми частями клеток, за счёт чего формируется защитный барьер. При недостаточном количестве воды в организме эта задача возлагается на холестерин.

Приведение в действие ионных насосов, которые, в свою очередь, обеспечивают полноценное передвижение микроэлементов. Это достигается за счёт свободного прохождения воды через клеточную мембрану.

Сохранение осмотического баланса.

Вода в природе находится в двух формах: свободной и связанной. В живых организмах свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, полостях органов, вакуолях. В основном она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот. Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.

Около 60 % массы тела взрослого человека приходится на долю воды (у женщин 54 %, у мужчин 61 %). Разница связана с большим количеством жира в теле женщины. У новорождённого содержание воды достигает 77 %, после 70–80 лет снижается до 50 %.

В обычных условиях потребность взрослого человека в воде составляет 40 г/кг массы тела, грудного ребёнка — 120–150 г/кг.

Потеря 6–8 % воды приводит к существенному нарушению обмена веществ, потеря 10 % воды — к необратимым патологическим изменениям в организме, 21 % — к смерти.

Нежелательно пить слишком холодную воду (температурой ниже 20 градусов). Так как температура в желудочно-кишечном тракте человека —36 С и выше, то при попадании туда холодной воды происходит охлаждение слизистой оболочки, при этом нарушаются процессы пищеварения и всасывания. Сосуды слизистой кишечника рефлекторно сжимаются от холода, вода не поступает из кишечника в кровь, и организм долго не может “напиться”.

Горячая вода также неблагоприятно воздействует на организм. Она раздражает слизистую кишечника, при этом замедляя пищеварение и всасывание. Ворсинки кишечника слипаются, и поэтому всасывающая поверхность слизистой резко уменьшается. Из-за этого усвоение воды идёт гораздо медленней и хуже.

Поэтому для пищеварения идеальная вода комнатной температуры 20–25С.

Рассмотрим роль воды в живых организмах.

Многие химические реакции в клетке являются ионными, поэтому протекают только в водной среде.

Вода является универсальным растворителем, благодаря тому, что молекула воды полярна.

Между молекулами воды и молекулами растворяемого вещества возникает электростатическое притяжение, которое приводит к образованию водородных связей.

В воде растворяются ионные соединения (кислоты, основания, соли) и некоторые полярные соединения. То есть те, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы, например, сахара, а также простые спирты, аминокислоты.
Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Например, сахара, аминокислоты, органические кислоты.

Эти вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды.

Зачем же вещества вообще растворять и почему это так важно? Когда вещество переходит в раствор, значительно увеличивается его площадь соприкосновения, молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества резко возрастает.

Вещества, которые не растворяются в воде, называются гидрофобными. Например, жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки.

Молекулы таких веществ неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире.

Вода участвует во многих химических реакциях: реакциях полимеризации, гидролиза.

Вода способствует передвижению по организму растворённых в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.

Важным физиологическим свойством воды является её способность растворять газы. Например, растворённым в воде кислородом дышит большинство водных обитателей.
Как растворитель вода принимает участие в явлениях осмоса, играющих важнейшую роль в жизнедеятельности клеток организма.

Осмос — это направленное движение молекул воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворённых веществ в область с более высокой концентрацией этих веществ. То есть вода движется туда, где её меньше.

Полупроницаемая мембрана, например плазмалемма, способна пропускать маленькие молекулы воды, а крупные молекулы, например сахаров, — задерживать. Если разделить два раствора с разной концентрацией растворённых веществ, то через некоторое время их концентрация выравняется. За счёт перемещения молекул воды.

Движение воды в сторону более высокой концентрации растворённых веществ создаёт давление. Такое давление называется осмотическим. Чем выше разность концентраций растворов, тем выше осмотическое давление.
Для повышения температуры воды требуется большое количество тепла, поскольку часть этой энергии уйдёт на разрыв водородных связей между молекулами. Иными словами, воде свойственна высокая удельная теплоёмкость.

Теплоёмкость определяется как количество тепла, необходимого для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.

Вода, в большом количестве содержащаяся в живых организмах, помогает им избегать резких перепадов температур в клетках и организме в целом, даже когда колебания в окружающей среде достаточно велики. Она переносит тепло от более тёплых участков организма к более холодным, позволяя сохранять равномерную температуру тела.

Вода обладаем высокой теплопроводностью. Благодаря этому свойству обеспечивается равномерное распределение тепла по всему организму.

Высокая теплопроводность позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объёме. Высокая теплота испарения используется для охлаждения организма при потоотделении.

Таким образом, высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делают воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.