Обмен воды и минеральных веществ

Содержание

1.Вода в организме:  содержание и биологический функции………………2

2.Обмен воды………………………………………………………………….3

3. Минеральные вещества: содержание и биологический функции……….4

4.Минеральный обмен………………………………………………………...7

5.Особенности обмена воды и минеральных соединений при занятиях физической культурой и спортом……………………………………………7

1.Вода  в организме: содержание и биологический функции.

Вода составляет 60-80 % от массы  тела взрослого человека, т. е. при  массе 70 кг на долю воды в организме  будет приходиться от 42 до 50 литров. Распределяется она следующим образом: около 70 % находится внутри клеток в  составе цитоплазмы, около 23 % распределено в межклеточном пространстве, образуя  тканевую жидкость, и около 7 % циркулирует  в сосудистом русле (кровь, лимфа). Чем моложе организм, тем больше в нем воды, старение сопровождается постепенным обезвоживанием клеток.

Вода в  организме присутствует 2 видов:

1. Экзогенная (поступающая извне)

2. Эндогенная (образующаяся при окислении жиров)

Преобладание в организме  человека (по сравнению с другими  веществами) воды предопределило широкий  спектр ее биологических функций. Вода участвует в следующих процессах:

• в растворении многих веществ, что способствует увеличению скорости химических реакций;
• в создании условий для метаболических реакций, так как вода является средой, где они протекают;
• в транспорте веществ при усвоении пищи в желудочно- кишечном тракте, доставке питательных веществ к клеткам и выделении из организма продуктов обмена с мочой и потом;
• в поддержании структур и функций клеточных органелл; благодаря этому свойству достигается тонкая упорядоченность химических процессов в организме; увеличение количества воды в организме может вызывать, например, набухание митохондрии, что ведет к изменению энергообразования (АТФ) в них;
• в метаболизме углеводов, липидов, белков, АТФ (гидролиз, гидратация, дегидрирование); например, реакция распада АТФ протекает с участием воды и называется гидролизом АТФ;
• в поддержании кислотно-основного равновесия среды организма, так как вода частично диссоциирует на ионы Н⁺ и ОН^- ,

     - в создании осмотического давления, зависящего от концентрации органических и неорганических веществ, растворенные в ней, а также от степени гидратации белков;

  - в механической защите трущихся поверхностей (в качестве смазки), таких как суставы, связки, мышцы;

• в процессах терморегуляции организма, т. к. около 50 % отдаваемого тепла выделяется из организма путем испарения воды.

Таким образом, вода поддерживает динамическое постоянство химического состава, осмотического давления, метаболических реакций и температуры тела, что обеспечивает постоянство внутренней среды (гомеостаз) и кислотно-основное равновесие организма.

Потребность в воде взрослого  человека равна приблизительно 40 мл на 1 кг массы тела или 2,0-2,5 л в сутки. Количество потребляемой воды зависит от возраста (для детей оно в 2-4 раза выше, чем для взрослого), массы тела человека, двигательной активности, климатических и температурных условий.

Наш организм нуждается в  постоянном поступлении воды.

В организме происходит постоянный обмен воды , причём в состоянии физиологического покоя приход и расход воды должны быть относительно равны. Это равновесие между потреблением и выделением, воды в процессах жизнедеятельности называется водный баланс.

2.Обмен воды

Обмен воды находится под  контролем нервной и эндокринной систем. Дефицит воды в организме формирует чувство жажды. Механизм этого явления следующий: уменьшение количества воды в организме, в первую очередь, вызывает сгущение крови, и в ней, по сравнению с другими тканями, повышается осмотическое давление.

Изменившееся осмотическое давление воспринимается, осморецепторами расположеннвми на слизистой кровеносных сосудов, и передается в кору головного мозга, где на основе безусловного рефлекса формируется чувство жажды. В ответ на него из задней доли гипофиза в кровь поступает гормон вазопрес- син (вырабатывается он гипоталамусом, а хранится в задней доле гипофиза). Под воздействием вазопрессина в извитых канальцах почек усиливается реабсорбция воды, т. е. вода задерживается в организме, он ее экономит. Поэтому вазопрессин называют антидиуретическим (уменьшающим потерю воды) гормоном. Секреция этого гормона повышается при снижении объема плазмы крови, что способствует задержанию воды в организме и нормализует объем плазмы крови.

Кроме вазопрессина удержанию  воды в организме способствует гормон альдостерон. Он вырабатывается корковым слоем надпочечников и относится к группе минералкортикоидов. Под влиянием альдостерона в извитых канальцах почек усиливается всасывание ионов натрия и увеличивается выведение ионов калия.

Ионы натрия задерживают  воду в организме за счет гидратной оболочки, т. е. каждый ион натрия удерживает несколько молекул воды. Концентрация натрия в плазме крови и других тканях непосредственно влияет на содержание в них воды. Ионы калия способствуют выведению воды из организма.

В регуляции водного обмена участвуют тироксин (гормон щитовидной железы), паратгормон (гормон паращитовидных железез), половые гормоны. При избытке этих гормонов выведение воды усиливается, при недостатке - снижается.

Для организма неблагоприятны как недостаток, так и избыток воды.

3. Минеральные вещества: содержание и биологический функции.

Минеральные вещества составляют от 1 до 3 % от массы тела человека и  зависят от возраста, характера питания, функциональной и двигательной активности. В организме минеральные вещества не образуются, поэтому они являются незаменимым фактором питания.

Большинство минеральных  веществ в воде хорошо растворимы и находятся в тканях в виде ионов.

Минеральные соли поступают  в организм с пищей и водой  за исключением поваренной соли.

Функции минеральных солей:

1. Биологические постоянные гомеостаза

2. Создают и поддерживают осмотическое давление крови

3. Поддерживают pH крови – 7,36 – 7,42

4. Участвуют в ферментативных реакциях

5. Участвуют в водно – солевом обмене

6. Принимают участие в процессах возбуждения, торможения, мышечного сокращения, свертываемости крови

7. Являются составной частью костей, гемоглобина, пищеварительных соков

Виды  минеральных солей:

• макроэлементы  - минералы, количество которых в организме измеряется сотнями или десятками граммов (натрий, магний, калий, кальций, фосфор, хлор)
• микроэлементы -  минералы, количество которых измеряется единицами граммов, миллиграммами и микрограммами (железо, марганец, кобальт, цинк, фтор, йод) – необходимы в очень небольших количествах

Натрий поступает в организм в виде поваренной соли – это единственная соль, которую добавляют к пище. Суточная потребность в натрии – 15 гр. Натрий участвует в поддержании осмотического равновесия, влияет на рост, регулирует работу сердечной мышцы. Дефицит натрия приводит к слабости, апатии, подергиванию мышц.

Калий поступает в организм  с овощами, фруктами и мясом. Суточная потребность – 2 гр. Он регулирует сердечный ритм и поддерживает АД, автоматизм сердечной мышцы, важен для питания клеток, деятельности мышц, поддержания водно – солевого баланса, нейроэндокринной регуляции. Поддерживает  осмотическое давление, стимулирует образование ацетилхолина. Дефицит калия приводит к слабости, сонливости, нарушению рефлексов. Увеличение калия может привести к остановке сердца.

Хлор поступает в организм виде поваренной соли. Участвует в поддержании осмотического давления крови, входит в состав соляной кислоты желудочного сока.

Кальций поступает в организм с молочными продуктами (особенно сырами), зеленью. Это важная константа крови, входит в состав костей (9 – 11 мг/ %). 

В организме взрослого  человека содержится 1-2 кг кальция, из них 99% входит в состав костной и хрящевой тканей, остальное содержится  в мягких тканях и межклеточной жидкости.  Уменьшение кальция приводит к кальциевой тетании и смерти в результате прекращения дыхания. Он необходим для процесса свертывания крови. Кальций уменьшает проницаемость клеточных мембран, активирует амилазу и липазу, стимулирует работу миокарда, способствует выведению свинца из костной ткани, играет во всех стадиях свертывания крови, оказывает антистрессовое воздействие, выводит тяжелые металлы, радионуклиды, обладает антиаллергическим действием. Он играет важную роль в сокращении мышц, снижает риск высокого АД, гипертонии  беременных,  рождения недоношенных детей, предохраняет от рака матки, поджелудочной железы и толстой кишки. Суточная потребность – 0,8 гр.

Фосфор поступает в организм с молочными продуктами,  мясом и злаками. Суточная потребность – 1,5 гр. Содержится в костях и зубах. Входит в состав АТФ. Дефицит приводит к деминерализации костей.

Магний оказывает влияние на тонус мышечной оболочки сосудов, снимает спазмы, понижает АД, снижает уровень холестерина в крови. Дефицит вызывает нарушения в эмоциональной сфере, он незаменим для профилактики стресса и синдрома хронической усталости. Суточная  дозировка – 500 мг.

Медь участвует в синтезе коллагена и эластина, защищает от свободных радикалов, участвует в синтезе гемоглобина, необходима для усвоения железа, участвует в кроветворении, обладает противовоспалительным действием, необходима для вынашивания плода. Суточная дозировка 20 мг. Дефицит приводит к преждевременному старению кожи и сосудов, повышению уровня холестерина, инсультам, задержке полового развития и бесплодию.

Цинк  (микроэлемент) входит в состав ферментов, укрепляет иммунитет, стимулирует работу всей гормональной системы, поджелудочной железы, стимулирует синтез гормона роста, тестостерона. Отвечает за обоняние, зрение, вкус  и необходим для заживления ран. Цинк участвует в синтезе и сохранении инсулина. Суточная дозировка 200 мг. Дефицит приводит к снижению иммунитета, аппетита, анемии, аллергии и дерматиту, нарушению половых функций у мужчин. Содержится в семенах тыквы и подсолнечника.

Железо поступает в организм с мясом, печенью и бобовыми. Суточная потребность – 15млг. Является составной частью гемоглобина и дыхательных ферментов. В организме содержится 3 гр железа. Дефицит железа приводит к малокровию.

Йод поступает в организм с водой, протекающей через горные породы и обогащающийся  там йодом. Также он может поступать с йодированной солью или морепродуктами. Суточная потребность – 0,03 мг. Участвует в синтезе гормонов щитовидной железы. Дефицит приводи к возникновению  зоба.

Хром необходим для нормальной жизнедеятельности сосудов и сердечной мышцы, активности инсулина, способствует снижению уровня холестерина крови. Дефицит приводит к апатии и быстрому утомлению. Суточная дозировка – 200 мкг.

Марганец входит в состав ферментов, участвует в реакциях иммунитета, стимулирует процессы мышления, кроветворения и тканевого дыхания. Суточная дозировка – 10 мг. дефицит приводит к переутомлению, снижению внимания, памяти, нарушению сна, сахарному диабету и новообразованиям косвенно.

Кремний важен для поддержания стенок сосудов (придает прочность, эластичность и проницаемость). Дефицит приводит к инсультам и кровоизлияниям.

Селен – важнейший из микроэлементов. Он обладает защитным действием для организма – продлевает жизнь. Предохраняет от рака, стимулирует иммунитет, является антиоксидантом, способствует росту и развитию организма.

Дефицит приводит к:

• нарушению роста и развития
• воспалению в суставах
• слабости мышц
• склонности к новообразованиям
• заболеваниям печени
• нарушению работы щитовидной железы
• мужскому бесплодию
• ухудшению зрения
• преждевременному старению

4.Минеральный обмен

Минеральные вещества, поступающие  с пищей, всасываются в тонком кишечнике и током крови заносятся в печень. Здесь, ионы, необходимые для работы печени, задерживаются, а остальные доставляются к различным органам и тканям. Выводятся минералы почками в составе мочи, кожей в составе пота и кишечником в составе кала.

Регуляция минерального обмена находится под контролем нервной  и гуморальных систем. Рецепторы, расположенные в стенках кровеносных  сосудов, реагируют на изменение  осмотического давления крови. Со стороны желез внутренней секреции на сигналы из ЦНС реагируют кора надпочечников (минерал- кортикоиды), щитовидная железа (тироксин), паращитовидные (паратгормон и кальцитонин). Кроме этого, в регуляции обмена фосфора и кальция принимает участие витамин Д.

5.Особенности обмена воды и минеральных соединений при занятиях физической культурой и спортом.

Тяжелая мышечная работа, занятия физическими упражнениями, спортом вызывают существенные изменения в водно-минеральном балансе организма, обмене воды и минеральных соединений. При этом происходящие изменения зависят от параметров выполняемой тренировочной и соревновательной нагрузок (их интенсивности, продолжительности) и специфики вида спорта. Систематические занятия любыми видами спорта, связанными со значительными мышечными нагрузками, приводит к заметному увеличению минерального компонента костной ткани. Особенно заметно повышается содержание минеральных веществ в костной ткани у представителей видов спорта, в которых присутствуют большие нагрузки на костную систему: тяжелой атлетикой, акробатических прыжков, прыжков на батуте, прыжков с трамплина, легкоатлетических прыжков и др.

Под влиянием систематической  тренировки в крови повышается содержание ионов железа, меди, марганца, цинка  и некоторых других элементов. При  этом обнаруживается прямая зависимость  между квалификацией спортсмена и содержанием в крови указанных  элементов. Содержание микроэлементов в крови повышается с ростом тренированности  и снижается с падением спортивной работоспособности.

Непосредственное выполнение тренировочной работы так же оказывает  существенное влияние на минеральный  баланс организма, изменения которого зависят от характера выполняемой  тренировочной работы. Так, по данным Турнусовой, под влиянием работы высокой интенсивности содержание натрия и калия в крови существенно уменьшалось (соответственно на 14,3 и 19,6%), а при длительной работе умеренной интенсивности – повышалось (соответственно на 13,4 и 13,7%).

В других исследованиях были обнаружены изменения содержания микроэлементов в крови, которые зависели как  от характера выполняемой работы, так и от квалификации спортсменов. Так, гонка на 5 км сопровождается у лыжниц – мастеров спорта снижением концентрации железа, меди и марганца в плазме крови (соответственно на 51,0; 20,4 и 20,0%) и накоплением этих микроэлементов в клетках крови (соответственно на 7,0; 8,5 и 22,0%). У начинающих лыжниц в тех же условиях изменения указанных микроэлементов были менее выражены.

Длительная мышечная работа (лыжные гонки на 30 и 50 км) сопровождались уменьшением содержания железа, меди и марганца не только в плазме, но и в клетках крови. Указанные  изменения обусловлены в первую очередь увеличение их потери с потом, т.к. указанные нагрузки характеризуются  усиленным потоотделением. Так, при  тренировке с использованием высокоинтенсивных  нагрузок потоотделение увеличивается  в 60-70 раз, а при длительной работе умеренной интенсивности – в 115 – 150 раз по сравнению с уровнем  покоя. При этом, кроме указанных микроэлементов, значительно возрастают потери с потом натрия и калия (соответственно в 33-38 и 22-24 раза).

Увеличение потерь минеральных  веществ, сопровождающих тренировочную  работу, заметно повышает потребность  в этих веществах. Так, по данным ряда исследователей у квалифицированных  спортсменов, специализирующихся в  видах спорта, в которых тренировочный  процесс и соревновательная деятельность сопровождаются обильным потоотделением, потребность в натрии возрастает до 20-25 г в сутки. Существенно возрастает потребность и в других минеральных веществах. Как правило, такую возросшую потребность нельзя удовлетворить за счет обычного питания. Требуется прием специальных препаратов.

Некоторые изменения функционального  состояния спортсменов, возникающие  в период интенсивных тренировок и участия в соревнованиях, могут  быть обусловлены сдвигами в минеральном  балансе организма.  Так, у спортсменов, специализирующихся в видах спорта, в которых требуется проявление выносливости к длительным нагрузкам, нередко обнаруживается выраженная гипотония – понижение артериального  давления. Это состояние характеризуется  понижением работоспособности, быстрой  утомляемостью. Одной из причин возникновения  подобного состояния может быть дефицит натрия в организме, вызванный  его большими потерями с потом. Прием спортсменами в течение нескольких дней повышенных количеств NaCl нередко полностью устраняет указанные явления.

В настоящее время заметно  повысился интерес к изучению минерального баланса организма  человека. Многочисленными исследованиями показана тесная связь между дефицитом, избытком, дисбалансом отдельных  макро- и микроэлементов и различными заболеваниями и состояниями  организма. Направление биологии и  медицины, изучающее эту взаимосвязь, получило название «Учение о микроэлементозах». Особая значимость этого направления науки обусловлена постоянно растущим загрязнением окружающей среды.

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования  «Сибирский государственный университет  физической культуры и спорта»

Реферат по биохимии

«Обмен воды и минеральных веществ»

студентки 2 курса

Локтюшиной Светланы Юрьевны

Специализация АФК, группа № 2

                                                                                Проверила:

К.б.н. ,доцент,зав.кафедрой

                                                                     Баймакова Л.Г.

Омск – 2013