Глава 14. Обмен воды и солей

Организм животных и растений наряду с органическими соединениями (белками, углеводами, липидами) содержит обширную группу минеральных веществ: относятся вода, анионы и катионы неорганических кислот и их солей. Значительная часть солей в организме находится в растворенном, состоянии. Другая их часть образует прочные нерастворимые комплексы с белками, например фосфорнокислый кальций в костной ткани, углекислый кальций в раковинах моллюсков. Некоторое количество минеральных элементов входит в состав органических веществ, например железо – в геме гемоглобина, цитохромов, каталазы, миоглобина; магний, марганец, цинк, медь и др. — в ряде ферментов; иод — в тироксине; кобальт — в витамине B12 и т. д.

Количество в тканях определяется:

воды после ее высушивания при температуре 105°С по разнице между массой ткани до и после

минеральных веществ – по количеству золы,

отдельных минеральных веществ – на основании химического анализа золы.

Современные методы химического анализа позволили установить, что в организмах животных и растений встречается 76 химических элементов (из известных 106), причем 16 из них — обязательные составные части всех классов организмов.

Одни из химических элементов (кальций, магний, натрий, •калий, фосфор, хлор, сера) составляют около 10^-2 % и больше от массы организма, их принято называть макроэлементами;

Другие — микроэлементы (медь, цинк, иод, молибден, кобальт и др.) — представлены значительно меньшим количеством (10^-3% и меньше). Часто для целостного организма данный элемент может быть микроэлемен-том, а для отдельных его органов и тканей — макроэлементом. Так, в золе от всего организма иода ничтожно мало (10^-4%), в щитовой железе его в сотни раз больше (до 5•10^-2 %), а в составе гормона этой железы— тироксине — содержание иода достигает 60%. Следовательно, те или иные элементы концентрируются в организме в определенных органах и в определенных веществах.

Вода, ее содержание и роль в организме

У взрослых млекопитающих и птиц вода составляет около 65 %, или ²/₃ живой массы тела и служит в организме как растворитель различных веществ. С ее участием идут реакции гидролиза сложных органических веществ и реакции окисления ряда простых веществ (жирных кислот, азотистых оснований и др.); вода образуется в организме как продукт окисления органических веществ.

Множественные функции воды определяются ее физико-химическими свойствами. Молекулы воды, как диполи, ассоциированы между собой при помощи водородных связей. На разрыв этих связей затрачивается значительное количество энергии, что придает воде высокую теплоемкость (у воды она в 4 раза выше, чем у воздуха, являющегося внешней средой обитания большинства высших животных). Благодаря этому вода играет важную роль в процессах терморегуляции организмов. На каждый грамм воды, испаряющейся с поверхности тела, затрачивается 2, 260 кДж тепла.

Вода в тканях животных предохраняет организм от местных перегревов, обладая большей (в 2—4 раза) теплопроводностью, чем другие жидкости.

Высокая диэлектрическая постоянная воды в значительной мере уменьшает электростатические взаимодействия между ионами электролитов, увеличивая степень электролитической диссоциации последних. Этим обеспечивается повышение химической активности различных веществ и ускорение химических реакций.

Для воды характерна очень низкая вязкость, что придает водным растворам хорошую текучесть и быстрое перемещение жидкостей в организме. Вода и ее растворы смачивают трущиеся поверхности, способствуя улучшению их скольжения.

Содержащуюся в организме воду условно разделяют на свободную и иммобилизованную. Свободная вода содержится в плазме крови, лимфе, спинномозговой жидкости, пищеварительных соках, моче. В межклеточных пространствах ее сравнительно мало и она удерживается там капиллярными силами, Свободная вода обеспечивает приток к тканям питательные веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.

Иммобилизованная вода в отличие от свободной лишена способности к свободному перемещению, причем меньшая ее часть прочно связана с полярными группами белков и других биополимеров (гидратационная вода). Белки тканей настолько активно гидратируются, что на каждые 100 г могут связывать от 18 до 50 г воды. Гидратационная вода по целому ряду признаков отличается от свободной. Она не замерзает при охлаждении до 0°С и несколько ниже, имеет повышенную плотность 1(1, 48—2, 45), в ней не растворяются растворимые в обычной воде вещества. Эти отличия обусловлены упорядоченным расположением молекул (диполей) воды вокруг полярных групп гидрофильных коллоидов.

Другая часть иммобилизованной воды, хотя и не связана полярными группами, заключена в надмолекулярных клеточных структурах (мембраны, органеллы, фибриллярные агрегаты). Такая вода:

сохраняет способность растворять соли и другие растворимые вещества,

обеспечивает высокую скорость химических реакций в тканях,

придает тканям упругость,

способствует сохранению ими постоянной формы.

Сольватация (гидратация) белков тканей и иммобилизация воды фибриллярными и мембранными структурами препятствует вытеканию последней при рассечении тканей.

С возрастом количество гидратационной воды в организме постепенно уменьшается в связи с падением у коллоидов способности к гидратации. Это приводит к тому, что коллоиды цитоплазмы постепенно подвергаются синерезису, вследствие чего ткани теряют упругость, сморщиваются.

Содержание воды в организме около 65 % от общей массы тела; у новорожденных оно достигает 70—80%, а у эмбрионов—даже 87—97 %. Отдельные органы и ткани содержат разное количество воды — больше всего ее в наиболее активно функционирующих органах. Ниже показано содержание воды в органах и тканях млекопитающих:

Животные, лишенные воды, погибают через очень короткий срок. Хорошо упитанная собака может выдержать голодание при условии снабжения водой до 100 дней, но без воды она погибает через 10 дней, лошадь погибает без воды на 17т—18-й день. Животное может жить при полном отсутствии запасов жира и до 50 % белков, но потеря только 10 % воды вызывает тяжелые патологические изменения, а потеря 15—20% ее вле-нет за собой смерть,

Потребность в воде и распределение ее в тканях изменяется в зависимости от состава корма, физиологического состояния животного, продуктивной деятельности, напряженности физической работы, условий внешней среды и т. д.

Растительноядным животным требуется меньше питьевой воды, чем плотоядным. Мелкие животные, а также животные, обитающие в пустыне, могут обходиться без воды довольно продолжительное время. Это объясняется тем, что в их организме образуется значительно больше эндогенной воды, чем у других животных. Источником эндогенной воды в основном служат жиры и в меньшей мере углеводы и белки. Так, при окислении 1 г углеводов образуется 0, 55 г воды, белков — 0, 41 и жиров — 1, 07 г воды.

В среднем на каждый килограмм сухого вещества корма потребность в воде у разных животных следующая: коров — 4—6 л, овец — 2—3, свиней — 7—8, лошадей — 2—3 л. На каждый килограмм живой массы тела в среднем потребность воды за сутки составляет 35—40 г. У молодых растущих животных потребность в воде в несколько раз больше.

Среди представителей низшего животного и растительного мира есть формы, которые могут продолжительное время оставаться без воды и даже высыхать. При этом они не погибают, а переходят в состояние анабиоза (аналогично сну). В случае повышения влажности внешней среды они вновь возвращаются к активной жизни. К таким формам относятся черви коловратки, бактерии, некоторые насекомые, лишайники.

Потребность животных в воде удовлетворяется в основном за счет

· поступления ее извне непосредственно и

· при поедании сочных кормов

· образуется в тканях – небольшое количество воды.

Из кишечника, где всасывается основная масса воды, она поступает в печень. Часть ее задерживается в печени как резерв, а остальная уносится током крови к другим органам и тканям. Из последних она снова возвращается в кровь. Обмен воды между кровью и тканями осуществляется за счет двух, действующих в противоположном направлении сил. Одна из них — гидростатическое давление в артериальной части кровеносной системы, создаваемое работой сердца, обеспечивает переход воды из крови к ткани. Другая — разность онкотического давления между кровью и тканями. В крови оно выше, чем в тканях, и поэтому вода из тканей отсасывается в кровь

Непрерывное перемещение жидкости в тканях усиливается под влиянием постоянного выделения больших количеств воды в желудочно-кишечный тракт в составе пищеварительных соков и обратного ее всасывания через стенки кишечника. Организм коровы, например, за сутки принимает 40—50 л воды, кроме этого, в желудочно-кишечный тракт в составе пищеварительных соков выделяется еще 120—130 л воды. Из всего этого объема только около 10% жидкости выделяется с калом, остальная вновь всасывается в кровь.

Поступающая извне вода должна полностью компенсировать постоянные ее потери с мочой, потом, секретами (молоко), с., выдыхаемым воздухом. Необходимо подчеркнуть, что с огромной поверхности легочных альвеол и бронхов непрерывно испаряется вода, и она должна тотчас же заменяться новой, так как нормальное функционирование дыхательных путей возможно только при условии их постоянного увлажнения.

Количество выделяемой из организма воды всегда несколько больше, чем организм ее потребляет. Причина такого несоответствия—эндогенное образование воды.