Распределение и состояние воды в организме

С каждым годом повышается интерес к вопросам физиологии и патологии водно-солевого обмена. «Пра­вильное применение воды и растворов электролитов спасло, вероятно, от смерти больше больных, чем при­менение каких-либо других лекарственных средств»,-отмечают клиницисты  Дапроу и Прейт   (Darrow, Pratt, 1952).

Вода и соли являются основными составными эле­ментами в органическом мире. В организме взрослого человека вода составляет более 60% веса тела (около 42 — 48 литров). По данным известного советского биогеохимика ака­демика В. И. Вернадского (1940), в состав человеческого организма входят все элементы менделеевской системы в макро- или микроколичествах.

В настоящее время многочисленные данные молеку­лярной биологии и биохимии показывают, что вода и соли являются необходимыми элементами, участвующи­ми во всех химических и физических процессах жизни, и значительные отклонения их количества в сторону уменьшения или увеличения содержания каждого элек­тролита в отдельности, их соотношений приводят к тя­желым нарушениям в деятельности организма.

Например, по А. Я« Пытель и С. Д. Голигорскому (19:63), дефицит воды, составляющий 6’%’ веса тела, вы­зывает выраженную жажду, а потеря ее, составляющая 7 — 14% веса тела, приводит к тяжелым расстройствам, в то время как при голодании аналогичные расстройства наступают при снижении веса тела на 40 — 50% исход­ного.

Основоположник молекулярной биохимии Сент-Дьердьи (Czent-Gyorgyi) роль и участие воды в жизнен­ных процессах характеризует следующим образом: «Био­логические функции могут фактически заключаться в образовании и нарушении водной структуры; вода — не­отъемлемая часть живой машины, а не просто ее среда; водные структуры и их взаимодействие с электронными возбуждениями тесно связаны с самой сущностью жи­вого состояния. Вода не только mater (мать), но также matrix (матрица) жизни, и биология не преуспела до сих пор в понимании наиболее основных функций из-за того, что она концентрировала свое внимание только на веще­стве в виде частиц, отделяя их от двух материй — воды. и электромагнитного поля». Он же рассматривает ионы как основные регуляторы структуры и энергетики био­систем.

Вопросы о содержании воды, ее распределении в организме, химической структуре водных разделов, ре­гуляции водно-солевого обмена, о гидро-ионных сдвигах при различных патологических процессах нашли подроб­ное отражение в монографиях — Gamble (1954), Cazal (1955), Qoldberger (1959), А. Г. Гинецинского (1963), Б. Д. Кравчинского (1963), К. Блажа и С. Кривда (1963), Е.-Керпель-Фрониус (1964), Г. С. Чудновского (1966).

Жидкости тела в зависимости от анатомо-физиологического единства обычно подразделяют на внутриклеточ­ную и внеклеточную (применительно к ним употребляют термин «пространство» или «сектор»).

Внутриклеточная вода, по данным большинства исследователей, составляет 40 — 50% веса тела (28 — 35 литров); внеклеточная жидкость — 20% (внутрисосудистый раздел — 5% веса тела, или 3,5 — 4 л и интерстициальная жидкость — 15 — 16% веса тела, или 10 — 14 л).

Применение различных методов определения объема этих пространств, основанных на принципе разведения ряда веществ (тяжелой воды, антипирина, инулина, тиосульфата, изотопов, синей краски Эванса и др.) дает весьма вариабильные показатели.

Так, например, определение общего объема внекле­точного пространства по инулину показывает, что оно составляет 15 — 16% веса тела (Berger et al., 1949; Schwartz, 1950); близкие данные дает и применение тио­сульфата — 16,6% веса тела (Cardozo, Edelman, 1952); значительно большие показатели величины внеклеточно­го пространства получены с применением тиоцианата -23 — 26% (Fellers et al, 1949; Policard, 1954).

Еще большие величины внеклеточного пространства (26,5 — 31,9% веса тела) показывают изотопные методы (Forbes, Perley, 1951; Gamble et al., 1953).

Внеклеточная жидкость по своим физико-химическим свойствам считается почти, однородной, но в действи­тельности электролитный состав иитерстициальной жид­кости и плазмы отличается друг от друга по содержанию белка. В плазме его значительно больше.

Для установления электронейтральности из интерстиция в плазму притягиваются катионы. По правилу Доннана, разница электролитного состава плазмы и иитер­стициальной жидкости тем меньше, чем меньше содер­жание белка в плазме. Зная заранее содержание белка и электролитов в плазме, можно приближенно рассчитать концентрацию данного электролита в межклеточном пространстве, пользуясь коэффициентом 0,95 для натрия, 0,90 — для калия и 1,023 — для хлоридного аниона (по­правка Доннана).

Содержание воды в тканях различно. По К. Блажа и С. Кривда (1963), оно таково (в %):

Содержание воды в тканях
Содержание воды в тканях

Учитывая весовые соотношения и степень гидратации различных тканей, главным депо воды обычно считают мышцы и кожу. По данным Энгеля, в мышцах собаки содержится 47,74% и в коже — 11,58% всей воды организма. В зависимости от степени связывания воды обычно принято говорить: 1) о свободной воде вне- и внутри­клеточных жидкостей, являющейся растворителем не­органических и органических веществ; 2) о связанной (гидратационной) воде, входящей в состав коллоидов и обусловливающей их набухание; 3) о конституционной (структурной) или внутримолекулярной воде, входящей в состав молекул белков, углеводов и жиров, освобож­дающейся при их окислении.

Соотношение содержания конституционной, связан­ной и свободной воды в различных тканях неодинаково. Связанная вода характеризуется рядом признаков, от­личающих ее от свободной воды: связанная вода не может быть растворителем, она замерзает при более низкой температуре, чем свободная; диэлектрическая постоянная связанной воды составляет около 2,0 ( у сво­бодной воды она равна 80,0); связывание воды коллои­дами происходит с выделением тепла и изменением объема системы (О. Н. Бармина, 1955).

Дискуссионным является вопрос о физико-химиче­ском состоянии воды в биологических системах. Интерес к указанной проблеме в значительной сте­пени поддерживается представлениями о важнейшей роли воды в обеспечении структуры биополимеров, в миграции энергии, в осуществлении элементарных функ­ций на молекулярном уровне, во внутриклеточном транс­порте веществ (Czent-Qyorgyi, 1956; Klotz, 1958; П. Л. Привалов, 1958; Б. Н. Тарусов, 1960; А. Г. Пасынский, 1963; Н. А. Мальцев с соавт., 1965, и др.).

Хотя истинная структура воды в жидкой фазе еще окончательно не установлена, экспериментальные фак­ты, полученные при изучении физических свойств воды с применением новейших методов исследования (ядерно­го магнитного резонанса, ядерного спинового эха, рент­генографии и др.), значительно изменили взгляд на во­прос о состоянии воды в биологических системах.

Вода, являющаяся растворителем, в значительном количестве содержится только в циркулирующих (кровь, лимфа) и во внутриполостных жидкостях. Свободная подвижная вода, или растворяющее пространство кле­ток, составляет около 50% (Д. Л. Рубинштейн, 1947; Б. Н. Тарусов, 1960; А. Г. Пасынский, 1965; К. Блажа и С. Кривда, 1965, и др.).

Межтканевая жидкость пронизывает массу волокон и основное вещество соединительной ткани, образуя свя­занную систему с его полиэлектролитами — кислыми мукополнсахаридами (гиалуроновой, хондроитинсерной кислотой). Свободная межтканевая жидкость появляет­ся только при отеке.

Связывание воды коллоидами обусловлено способ­ностью гидрофильных групп мицелл удерживать диполи воды, причем осмотически связанная вода является рых­ло связанной, наиболее подвижной. И. А. Ойвин (1949) предполагал, что движение воды в организме и регуляция осуществляются в основном за счет рыхло связан­ной с тканью воды набухания.

По современным представлениям, в биологической системе основная часть воды, соприкасающейся с макро­молекулами и различными поверхностями раздела, на­ходится в упорядоченном состоянии, структуирована. Но характер этой структуры пока еще не выяснен.

Стабилизирующее действие на молекулы воды ока­зывают водородные связи макромолекул, способствую­щие образованию комплексной системы «макромолеку­лы — вода» с регулярным электромагнитным полем. Исследованиями Bernal u Fowler (1933); Bernal (1953) показано, что даже неупорядоченные жидкости имеют свою геометрию.

Как считает О. Я. Самойлов (1957), упорядоченное расположение молекул  в воде соответствует структуре льда. Его взгляд нашел сторонников, уже опубликовано несколько работ о кристаллической («квазикристалличе­ской») структуре воды в биологических системах.

В монографии А. Л. Чижевского «Структура движу­щейся крови» (1959) на основе математического анали­за ряда физических и химических координации и кор­реляций поднимается весьма интересный вопрос о физической, химической и геометрической упорядочен­ности структуры циркулирующей крови как многофаз­ной и полидисперсной системы с громадной поверхностью раздела.

Завершая краткое изложение некоторых вопросов о структуре воды в биосистемах, приводим высказывание Сент-Дьердьи: «Структурированная вода… составляет половину жизненной машины, а не является просто сре­дой или заполнителем пространства. Я по-прежнему убежден, что нельзя говорить о белках, нуклеиновых кислотах или нуклеинопротеидах и о воде так, как если бы это были две различные системы. Они образуют еди­ную систему, которую нельзя разделить на компоненты без разрушения ее сущности. Я больше чем когда бы то ни было убежден в том, что половину сократительного аппарата мышцы составляет вода, а само сокращение есть нарушение ее структуры, индуцируемое актомиозином».

Приведенные данные о состоянии воды в различных пространствах, ее роли в структуре и кинетике биологических процессов свидетельствуют о необходимости их учета при анализе ряда осмотических явлений, наблюдаемых в биосистемах.

Поделитесь в социальных сетях:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *