Не секрет, что вода жизненно важна для организма человека. Наше тело – это сложная система непрерывного потока воды. Как же работает этот механизм? Какие функции он выполняет? Почему его называют круговоротом? Об этом в книге «Вам дороже золота» рассказывает кандидат медицинских наук М. Тохири.
Водный цикл делится на три основных этапа: поступление воды в организм, поглощение ее клетками и выведение.
Как вода попадает в организм
Большая часть воды в организм человека поступает через пищеварительный тракт, из которого она проникает в ткани и клетки. Это обеспечивается благодаря осмосу, в результате которого вода проникает из одного «отсека» в другой сквозь клеточные мембраны.
Что такое осмос?
Когда две жидкости разной плотности разделены проницаемой мембраной,
вода движется из менее концентрированной среды, той, где содержится меньше взвесей, в более концентрированную. Это перемещение происходит до тех пор, пока плотности двух жидкостей не станут равными.
Так как мембрана, разделяющая жидкости, является проницаемой, вода проникает в более плотную среду и разбавляет ее. В то же время менее концентрированная жидкость увеличивает свою плотность, так как часть воды уходит. Таким образом между двумя жидкостями устанавливается равновесие.
Объем воды, проходящий через мембрану, зависит от силы осмотического давления, возникающего как раз благодаря разнице между концентрацией соседних жидкостных сред. В тот момент, когда между двумя средами возникает равновесие, они оказывают на мембрану одинаковое давление, следовательно, результирующий поток равен нулю.
Примечательно, что некоторые мембраны обладают избирательной проводимостью. Они могут помимо воды пропускать твердые частицы, например, глюкозу или минералы. Перемещение твердых частиц почти всегда происходит в обратном движению жидкости направлении. Это еще больше способствует уравновешиванию жидкостных сред. Таким образом, плотность жидкости снижается как за счет притока воды, так и за счет оттока твердых частиц.
Избирательность клеточных мембран проявляется не только в пропуске твердых частиц, но и в их задержке. Так, они проводят калий, но останавливают натрий и хлор. Эти элементы в виде соединения (хлорид натрия) могут оставаться на внешней поверхности клетки.
Безусловно, это не означает, что натрий не может проникнуть в клетку. Наряду с осмосом, который считается пассивным процессом, в клетках протекает активный процесс, вынуждающий их поглощать элементы, которые в обычных условиях не пропускает мембрана. Это явление известно, как натриевый насос.
Осмотический обмен происходит во всех клеточных мембранах и слизистых оболочках организма. Благодаря этому механизму регулярно снабжаются водой ткани и клетки, а также обеспечивается движение жидкостей.
Поглощение воды клетками
Очевидно, что прежде чем проникнуть в ткани и клетки, вода из пищеварительного тракта должна поступить в кровь. Всасывание воды обеспечивается посредством осмоса, а во рту этот процесс довольно слаб. Поэтому лишь незначительная часть воды проникает в капилляры под языком, но и она не контактирует с ними достаточно долго, чтобы считать всасывание имеющим хоть какое-то значение.
В желудке всасывание воды происходит, но также слабо, ведь его главная функция – переваривание. Поэтому вода быстро «пробегает» по желудку и перемещается в кишечник.
Обмен между кишечником и кровью
Если в кишечнике достаточно воды, ее излишки на какое-то время задерживаются в желудке. Когда уровень воды в кишечнике понижается, желудок отдает ее. Слизистая тонкого кишечника пронизана кровеносными сосудами. Оболочка, отделяющая внутреннюю часть кишечника от капилляров, очень тонка — всего 0,0030 миллиметра. Осмотический обмен здесь протекает легко, ведь пища контактирует со стенками кишечника достаточно долго.
Поэтому основная часть воды (около 90 %) всасывается именно в тонком кишечнике, точнее в его верхнем отделе. Когда человек пьет воду, в тонкий кишечник поступает жидкость, концентрация которой намного меньше концентрации крови. В крови находятся вещества (глюкоза, минералы), которые необходимо доставлять в разные части организма, а также собственные компоненты, такие, как эритроциты и лейкоциты.
Твердые компоненты крови составляют около 10 % от ее объема, в воде их всего около 1%. Поэтому осмотическое давление со стороны крови сильнее, и вода из кишечника поступает в кровь. Интересно, что этот обмен осуществляется очень быстро, практически сразу после приема воды.
Прием пищи не сильно влияет на ситуацию. Впитывание воды продолжается, но несколько медленнее. Твердая пища и вода образуют жидкостную среду, плотность которой выше плотности обычной воды.
При этом концентрация этой массы ниже, чем концентрация крови. Дело в том, что плотность кома постепенно уменьшается благодаря содержанию в нем воды и секреции пищеварительных соков (их образуется в организме до 7 литров в день).
В процессе переваривания пищи питательные вещества покидают кишечник, снижая плотность среды в нем, и попадают в кровь, временно повышая ее концентрацию. Осмотическое давление крови становится выше, и вода свободно поступает из кишечника в кровь.
Следует отметить, что способность тонкого кишечника впитывать воду почти безгранична. Мы можем выпить столько воды, сколько захотим, и эта вода будет усвоена организмом. За исключением крайних случаев передозировки, вода никогда не проходит через тонкий кишечник, не будучи абсорбированной.
Однако, тонкий кишечник никогда не «выпивает» всю воду. Когда пищевой ком попадает в толстый кишечник, в нем содержится до 1 литра жидкости. Слизистая поверхность толстой кишки также впитывает воду. Этот остаток воды необходим для формирования нормального стула.
Проникновение воды из кишечника в кровь, а из крови в более глубокие слои тела происходит на уровне капилляров.
Работа капилляров
Капилляры – это очень тонкие и хрупкие кровеносные сосуды. Их часто сравнивают с волосками, и это неслучайно, ведь их название происходит от латинского capil — larys – «волос». На самом деле капилляры намного тоньше волоса: их диаметр составляет от 5 до 30 микронов. Они настолько тонкие, что красные кровяные тельца могут передвигаться по ним только в виде упорядоченной цепочки, друг за другом. Как только капилляры сокращаются, это движение сразу останавливается.
Организму для питания тканей нужно огромное количество капилляров, поэтому они образуют масштабные разветвления. Общая длина капилляров составляет около 40 000 километров. Если к ним прибавить вены и артерии, общая протяженность кровеносных сосудов составит 100 000 километров.
Стенки капилляров проницаемы как для воды и питательных веществ, так и токсинов, высвобожденных из клеток. Именно капилляры обеспечивают клетки водой и питательными веществами и выводят продукты обмена.
Бывает, что крови в организме недостаточно для того, чтобы заполнить все кровеносные сосуды. Вот почему в тех частях тела, которые находятся в покое, капилляры сокращаются, чтобы кровь поступала к наиболее активным органам и частям тела. Этим объясняется некоторая сонливость после приема пищи, когда мы отдыхаем, и капилляры мозга отдают кровь сосудам пищеварительного тракта.
Способность капилляров сужаться и расширяться позволяет им адаптироваться к колебаниям объема жидкости в организме. Если воды в организм поступило достаточно и объем крови увеличился, они расширятся, в обратном случае – сузятся.
Обмен между кровью и внеклеточной жидкостью
В крови содержится большая часть воды, поступающей в организм через желудочно-кишечный тракт. Увеличение этого количества, если бы оно было возможно, привело бы к тому, что кровеносные сосуды лопнули бы от давления воды. Этой, мягко говоря, неприятности не происходит, так как осмотические обмены снижают объем (эту же функцию выполняют почки).
Вода, попадающая в кровь, разбавляет ее и понижает осмотическое давление на стенки кровеносных сосудов. С внешней стороны кровеносных сосудов находится внеклеточная жидкость, ее концентрация близка к концентрации крови.
Это дает возможность организму регулировать осмотический обмен в обоих направлениях: во внеклеточную жидкость из крови поступают питательные вещества, а из внеклеточной жидкости в кровь – токсичные отходы.
При поступлении воды в организм концентрация крови снижается, а плотность внеклеточной жидкости становится выше, что стимулирует осмотический перенос воды из крови во внеклеточную жидкость.
Вода, поступающая во внутритканевое пространство, используется для обновления внеклеточной жидкости, в которую постоянно выводятся продукты жизнедеятельности клеток. Также внутритканевая среда отдает воду клеткам, для которых она является единственным источникам воды.
Объем внеклеточной жидкости в нормальных условиях является постоянным. Однако в условиях обезвоживания он может измениться, хроническая дегидратация вызовет ряд серьезных заболеваний.
Возможно и увеличение объема внеклеточной жидкости. Самым явным симптомом такого состояния являются отеки. Они чаще всего появляются на ногах (в области лодыжек), кистях и веках. Причиной этого состояния является избыток соли. Соль необходимо организму, поскольку она удерживает воду, но в избытке соль вредна.
Обмен между внеклеточной жидкостью и клетками
Клетки являются конечным пунктом назначения для поступающей в организм воды. В них протекают важнейшие биохимические процессы, обеспечивающие нормальное функционирование организма.
Вода из внеклеточной жидкости проникает в клетку благодаря осмосу, либо через специальные насосы, расположенные по всей поверхности клетки. Эти насосы регулируют поступление воды в клетку, если обычный осмос с этим не справляется.
Вода — это основной компонент внутриклеточной жидкости. Вода обновляет эту жидкость, переносит вещества из одной части клетки в другую. Очевидно, что для правильной работы клеткам необходим оптимальный объем воды.
Существенные колебания уровня воды в клетках являются потенциальной причиной болезней, поэтому организм оперативно реагирует на малейшие изменения. Дефицит воды заставляет клетки изымать ее из внеклеточной жидкости. И наоборот, избыток воды внутри клетки перемещается во внеклеточную жидкость.
Постоянное движение в обоих направлениях осуществляется через клеточную мембрану, которая разделяет вне- и внутриклеточную среды. Интенсивный обмен обеспечивает непрерывное обновление жидкостей, которые заполняют организм.
Обратный путь
Вода, обеспечившая процессы жизнедеятельности и насыщенная токсинами, должна выйти из организма. Для того чтобы покинуть тело, вода возвращается из клетки во внеклеточную жидкость, затем в кровь, а из крови поступает в органы выделения, которые и отвечают за выведение продуктов обмена веществ из организма. Можно сказать, что этим завершается круговорот воды в организме.
Клетки очень чувствительны к качеству окружающей их среды, им постоянно требуется замещение органических веществ. Полное замещение твердых частей тела занимает около семи лет, обновление жидкостей же происходит всего за две-три недели.
Почки
Почки – это главный орган, отвечающий за выведение воды из организма. Ежедневно с мочой выводится от 1,5 до 2.5 литров жидкости. При прохождении по почечным клубочкам часть воды, содержащаяся в крови, с растворенными в ней продуктами обмена веществ остаются в них. Моча состоит на 95 % из воды и на 5 % из иных компонентов.
Каждая почка содержит около миллиона таких клубочков. Фильтрация обеспечивается за счет разницы в давлении с обеих сторон клубочковой мембраны. Так как давление крови выше, вода свободно проникает через мембрану.
При расщеплении белков могут выделяться такие продукты, как мочевина и мочевая кислота. Мочевина – это результат метаболизма белков. Ее объем при расщеплении белков гораздо выше, чем при расщеплении других питательных элементов.
Требуется очень много воды не только для того, чтобы вывести мочевину, но и для ее разбавления, чтобы она не раздражала слизистую мочевых путей. Разведение считается нормальным в том случае, если количество мочи в день равно 1,5 литра.
Помимо функции очищения почки контролируют содержание жидкости в организме. Если ткани испытывают водный дефицит, то почки образуют мочу с меньшим объемом воды. И наоборот, если в организме избыток воды, ее излишки ускоренно выводятся.
Кожа
Вода выводится из организма и через кожные покровы вместе с потом. Через пот из организма удаляются те же продукты обмена веществ, что и с мочой, но в меньшей концентрации.
Пот образуется в потовых железах и выводится через них. На одном квадратном сантиметре кожи находятся от 70 до 120 потовых желез. Процесс фильтрации в этих железах аналогичен тому, который происходит в почечных клубочках.
Пот выводится на поверхность кожи по очень маленьким канальцам. Через пот не только удаляются продукты обмена, он выполняет и терморегулирующую функцию, например, при сильной жаре, большой физической нагрузке или лихорадке. Испарение с поверхности кожи понижает температуру тела, следовательно, чем она выше, тем интенсивнее потоотделение и потеря воды.
Лёгкие
В процессе дыхания через легкие из организма также выводится значительное количество жидкости: от 300 до 500 граммов в день. Во время интенсивной физической нагрузки этот объем увеличивается, так как возрастает степень увлажнения слизистых дыхательных путей.
Кишечник
Через кишечный тракт организм выводит меньше всего жидкости – до 150 граммов в сутки. Этот объем «заложен в программу» стабильной работы организма. При диарее, вызванной, например, кишечной инфекцией, потери воды увеличиваются, организму может грозить обезвоживание. В этом случае насыщение организма водой особенно важно.
Выведением завершается круговорот воды в организме. Каждый уровень прохождения воды является важным аспектом водного цикла. В результате обезвоживания нарушение работы одного уровня влечет за собой сбой всей системы, а это, к сожалению, чревато развитием многих заболеваний.
Предотвратить болезни легче, чем их лечить. Питьевой режим – очень действенная профилактическая мера. Это путь к долгой, здоровой и активной жизни!
