Найважливішою складовою живих організмів є вода. Вода в організмі – головний розчинник та транспортний засіб, що переносить поживні та інші речовини в усі куточки організму, і середовище, в якому проходять усі хімічні реакції життєдіяльності.
Розміщення води в організмі
На долю води припадає переважна більшість маси будь-якої живої істоти Землі. У дорослої людини вода становить понад половину маси тіла. Саме у дорослої людини, бо у різні періоди життя вміст води в організмі змінюється. У ембріона воно сягає 97%; відразу після народження загальна кількість води в організмі швидко зменшується - у новонародженого її вже лише 77%. Далі вміст води продовжує поступово знижуватися, доки стане у зрілому віці дещо постійним. У середньому від 18 до 50 років вміст води в організмі чоловіків становить 61%, жінок – 54% від маси тіла. Різниця ця пов'язана з тим, що організм дорослих жінок містить більше жиру; при відкладенні жиру вага тіла збільшується і частка води в ньому знижується (у людей, які страждають на ожиріння, вміст води може зменшитися до 40% від маси тіла). Після 50 років організм людини починає «усихати»: води в ньому стає менше.
Найбільше води – 70% усієї води організму – знаходиться всередині клітин, у складі клітинної протоплазми. Решта - це позаклітинна вода: частина її (близько 7% загальної кількості води) знаходиться всередині кровоносних судин та утворює плазму крові, а частина (близько 23%) омиває клітини – це так звана між-тканинна вода.
Ці «водні басейни» організму розрізняються за складом розчинених них речовин. У клітинах основним катіоном є калій, а аніоном – фосфати; у міжтканинній рідині основний катіон - натрій, а аніони - хлориди та бікарбонати; у плазмі крові крім них розчинені ще й білки.
Потрібно сказати, що такий поділ, звичайно, досить умовний, тому що між усіма трьома «водними басейнами» відбувається постійний обмін води та розчинених у ній речовин. Зміни в одному з них неминуче ведуть до змін інших. Особливо цей зв'язок помітний у випадках, коли порушені функції тих чи інших органів та тканин. Наприклад, якщо людина, яка страждає на ниркову недостатність, вип'є багато води, кількість її в крові збільшиться; нирки не впораються з підвищеним навантаженням і не зможуть одразу виділити цю надлишкову воду. З переповнених судин вода надійде до міжтканинної рідини — виникнуть набряки. Щоб їх ліквідувати лікар за допомогою різних препаратів змусить нирки посилити свою роботу; вони почнуть виділяти із плазми крові більше води, ніж зазвичай, і недостатня кількість води почне надходити назад з міжтканинної рідини в плазму; в результаті набряки зникнуть.
Водний баланс
Ще 1858 р. знаменитий французький фізіолог Клод Бернар сформулював принцип сталості внутрішнього середовища організму — щось на кшталт закону збереження маси — енергії живих істот. Цей принцип говорить: надходження в організм різних речовин має дорівнювати їх виділенню. Зрозуміло, що й споживання води має дорівнювати витраті. Як же людина витрачає воду?
Водні втрати організму врахувати досить важко, тому що чимала частина їх припадає на частку так званих невідчутних втрат. Наприклад, вода у вигляді пар міститься в видихуваному повітрі - це приблизно 400 мл води на добу. Близько 600 мл на добу випаровується з поверхні шкіри. Трохи води виділяють слізні залози (не тільки тоді, коли ми плачемо: рідина, що виділяється ними, постійно омиває очне яблуко); вода втрачається також з крапельками слини при розмові, кашлі і т. д. Інші шляхи виділення води легше піддаються обліку: це 800-1300 мл на добу, що виділяються із сечею, і близько 200 мл - зі спорожненнями. Усього виходить близько 2-2,5 л; ця цифра, звичайно, середня, тому що витрата води може сильно коливатися в залежності від зовнішніх умов, індивідуальних особливостей обміну або внаслідок його порушень.
Відповідно і добова потреба організму дорослої людини у воді становить у середньому близько 2,5 літрів. Це втім, зовсім не означає, що людина повинна щодня випивати не менше 10 склянок води: основна частина води, що споживається, міститься в їжі. Частина води утворюється також безпосередньо в організмі в процесі життєдіяльності - при розпаді білків, жирів і вуглеводів. Наприклад, при окисленні 100 г жирів утворюється 107 мл води, 100 г вуглеводів - 55 мл. Ця вода покриває чималу частину водних витрат організму.
Подорож ковтка води
Випита вода перш за все всмоктується крізь стінки шлунка і кишечника в кров і з нею рівномірно розподіляється по всьому організму, переходячи з крові в міжтканину рідину, а потім і клітини. Такий обмін води відбувається досить інтенсивно. Це можна продемонструвати прямим експериментом. Якщо ввести у вену людині мічену воду (яка містить важкий водень), то вже за хвилину 70% її залишить судинне русло і виявиться в інших рідинних басейнах організму.
Перехід води з крові в міжтканинну рідину цілком підпорядкований фізичним законам. Робота серця створює всередині судин гідростатичний тиск, що прагне виштовхнути рідину крізь стінку судини. Цьому протидіє осмотичний тиск, який утворюють розчинені в крові речовини. Точніше кажучи, головну роль тут відіграє не весь осмотичний тиск, а лише мала його частина (приблизно 1/220), яку створюють білки плазми крові - це називається онкотичним тиском. Справа в тому, що і воду, і низькомолекулярні розчинені речовини, що створюють основну частину осмотичного тиску, стінки капілярів пропускають вільно; проте для білків вони майже непроникні. І саме онкотичний тиск, що створюється білками, утримує воду всередині капіляра.
У початковій, артеріальній частині капіляра гідростатичний тиск великий, набагато більше онкотичного. Тому вода разом із розчиненими в ній низькомолекулярними речовинами вичавлюється крізь стінки капіляра у міжклітинний простір. А в кінцевій венозній частині капіляра гідростатичний тиск значно менший, тому що тут капіляр розширюється. Онкотичний тиск, створюваний білками, тут, навпаки, підвищується, оскільки частина води вже залишила капіляр і об'єм плазми зменшився, а концентрація білків у ній зросла. Тепер онкотичний тиск стає більше гідростатичного, і тут вода, що несе із собою продукти життєдіяльності клітин, надходить із міжклітинного простору назад до судинного русла.
Така загальна картина обміну води між кров'ю та тканинами. Щоправда, цей механізм прикладний не завжди; з його допомогою, наприклад, не можна пояснити обмін рідини у печінці. Гідростатичний тиск у печінкових капілярах недостатньо для того, щоб викликати перехід рідини з них у міжтканиновий простір. Тут відіграють роль вже не стільки фізичні закони, скільки ферментативні процеси.
З міжтканинної рідини вода потрапляє у клітини. Цей процес також визначається не тільки законами осмосу, але і властивостями клітинної мембрани. Така мембрана, крім пасивної проникності, яка залежить від концентрації тієї чи іншої речовини по різні її сторони, має ще й властивість активно переносити певні речовини навіть проти градієнта концентрації, тобто з більш розбавленого розчину в менш розбавлений. Інакше кажучи, мембрана діє як «біологічний насос». Регулюючи таким чином осмотичний тиск, клітинна мембрана управляє і процесами переходу крізь неї води з міжклітинного простору всередину клітини і назад.
Очисні споруди організму
Головний шлях виведення води з організму - нирки: через них проходить близько половини води, що залишає тіло. Нирки — один із найбільш енергійно працюючих органів, споживання енергії на одиницю ваги тут більше, ніж у будь-якому іншому. З усього кисню, що поглинається людиною, не менше 8—10% використовується саме в нирках, хоча їх вага становить всього 1/200 частина ваги тіла. Все це свідчить про важливість тих процесів, які відбуваються тут.
За добу через нирки проходить більше 1000 л крові - це означає, що кожна крапля крові за добу побуває тут не менше двохсот разів. Тут кров очищається від непотрібних продуктів обміну речовин, які вона приносить із усіх органів і тканин розчиненими у плазмі, тобто зрештою знову-таки у воді.
Коли кров проходить через початкову, артеріальну частину ниркового капіляра, близько 20% її завдяки високому гідростатичному тиску (у ниркових капілярах, розташованих зовсім близько до головного насоса - серцю, він вдвічі вище, ніж у звичайних) виходить крізь стінку капіляра в порожнину нирок - це так звана первинна сеча. При цьому, як і в інших капілярах організму, крізь стінку ниркового капіляра проходять всі розчинені в плазмі речовини, крім білків. Серед них крім відходів, які необхідно видалити з організму, є і потрібні речовини, виділення яких було б безглуздим марнотратством. Цього організм дозволити собі не може, і тому в нирковому канальці, куди первинна сеча потрапляє з ниркового клубочка, ретельне сортування. Поживні речовини, різні солі, інші сполуки поступово реабсорбуються - переходять крізь стінку канальця назад у кров, в капіляр що примикає до канальця. Провідну роль цьому процесі реабсорбції грають складні ферментативні реакції.
Разом з корисними речовинами залишає первинну сечу та вода. У початковому відділі ниркового канальця вода реабсорбується пасивно: вона переходить у кров слідом за активно реабсорбованим натрієм, глюкозою та іншими речовинами, вирівнюючи різницю, що виникає в осмотичному тиску.
У кінцевому відділі ниркового канальця, коли реабсорбція корисних речовин вже в основному завершена, повернення води в кров регулюється іншим механізмом і залежить тільки від того, наскільки потрібна організму сама вода. У стінках кровоносних судин розкидані нервові рецептори, які дуже тонко реагують зміну вмісту води у крові. Як тільки води стає менше, ніж потрібно, нервові імпульси від цих рецепторів надходять до гіпофізу, де починає виділятися гормон вазопресин. Під впливом його виробляється фермент гналуронндаза. Фермент робить проникним для води стіни ниркових канальців, руйнуючи водо-непроникні полімерні комплекси, що входять до їх складу, - ніби відкриває кран для виходу води крізь стінку канальця. В результаті вода, тепер уже дотримуючись законів осмосу, переходить у кров. Чим менше води в організмі, тим більше виділяється вазопресину, тим більше виробляється гіалуронідази і тим більше води всмокчеться назад у кров.
Зрештою з усієї первинної сечі лише менше 1% виділяється нирками у вигляді «справжньої» сечі, яка тепер уже містить лише відпрацьовані продукти життєдіяльності і тільки непотрібну організму воду.
Експериментально встановлено, що для видалення відходів життєдіяльності людського організму потрібно щодня щонайменше 500 мл сечі. Якщо людина п'є багато води, вона розбавляє сечу, питома вага якої знижується. А при недостатньому надходженні води в організм, коли після поповнення втрат її через шкіру та легені на частку нирок залишається менше 500 мл, частина відпрацьованих продуктів життєдіяльності залишається в організмі і може викликати його отруєння. Саме цим небезпечне водне голодування. Якщо без їжі людина може існувати 30 діб і більше, без води смерть настає найбільше через 5-7 днів, а в більшості випадків набагато раніше.
Вода, в якій зародилися перші живі істоти, і зараз життєво необхідна людині...
Що можна сказати про піт
Страх покриває лоб холодним потом. Про сум свідчать глибокі зітхання. Біготня пробивається потом. Трудитися ж треба на совість, у поті чола. Однак і безтурботне лежання на дивані теж заповнене прихованою і складною діяльністю нашого організму.
Щось ми поглинаємо, щось втрачаємо. Так влаштовано природою, відшліфовано еволюцією: людина втрачає понад 400 хімічних сполук. Видихуване нами повітря зовсім не повітря, а неймовірна суміш із 149 речовин, часом таких дивних, як етиловий спирт, що видихається абсолютно тверезими людьми, або отруйний ацетон. Але легені не встигають за шкірою — з її поверхні взято ні багато ні мало, як 271 речовина. Чого тільки немає в поті чола...
Але спершу невеликий відступ. Шизофреніки пахнуть не так, як здорові люди. Це вірно. Але вірно й те, що немає двох людей із однаковим запахом. Якби це було інакше, то собаки-шукачі залишилися б без роботи. «Букет» виділень людини індивідуальний і залежить від своєрідності обміну речовин, нервово-психічного стану та багато чого іншого. Наприклад, при важкій м'язовій роботі піт насичується молочною кислотою.
Запах поту знають усі, але не всім відомо, що свіжий піт на стерильній шкірі зовсім не пахне. Аромат утворюється лише через 2-6 годин, коли розвинуть бурхливу діяльність бактерії, що розкладають органічні речовини. Щоправда, існує й думка, ніби індивідуальне пахощі людині надає коктейль з валеріанової, капронової, каприлової, масляної та інших кислот, тому, що ці речовини, що виділяються шкірними залозами, досить пахучі і без бактерій.
Одна людина — висока і товста, інша — маленька і худа. У середньому поверхня людського тіла займає півтора квадратних метра. На цій площі потові залози розподілилися нерівномірно: на квадратному сантиметрі щік або спини їх від 130 до 240, шию і лоб вони всіють у два рази густіше, а долоні та підошви що сито — понад тисячу залоз на квадратний сантиметр. Під пахвами і в пахвинах влаштувалися так звані апокринові потові залози. Їхній секрет містить більше білків. І ще один різновид — потові залози слухового проходу, які виділяють загальновідому «вушну сірку».
Нормальна людина в сильну спеку стікає потом — видає його по цебру на добу: було б сухе повітря. Головна складова частина рідини в цьому відрі – звичайна, нічим не примітна вода. У ній розчинені нелеткі та леткі компоненти. З нелетючими ознайомитися просто – піт солоний: близько 1% NaCl та ще фосфати та сульфати. Багато в поті та креатиніну. А от із летючими компонентами погано знайомі навіть фахівці. Але дещо все ж таки відомо: космобіологи дійшли висновку, що навіть мало потіюча людина через шкіру виділяє стільки всякої погані, що трикубова замкнута атмосфера за добу насититься шкідливими сполуками вище за гранично допустимі норми. На Землі це не біда, але в космосі кватирку не відчиниш.
Щоб космонавтів не задушив власний піт, необхідні спеціальні поглиначі. І поглиначі різні — з спітнілого обличчя або вологої долоні випаровуються такі малоприємні речовини: метанол, ацетальдегід, етанол, ацетон, ізопропанол, оцтова кислота... Заради справедливості треба сказати, що в цій суміші переважає оцтова кислота. Її людина виділяє від 34,6 до 600 мг на літр поту.
Ну а тепер про інші складові частини поту - ферментах. Почнемо здалеку. У 1892 році І. Бендерський у Санкт-Петербурзі захистив дисертацію «Про виділення травних ферментів (пепсину, трипсину, птіаліну) з організму здорових і хворих людей». Це було несподівано – поту властива протеолітична активність! Минали роки, з'являлися нові відомості. Наприклад, стало ясно, що якщо в поті правої та лівої сторін тіла різна кількість пепсину, то справа погана: уражені судини однієї з півкуль мозку.
Ось інші факти. У спеку, коли на обличчі постійно з'являються блискучі крапельки, вміст в них пепсину падає. І чи не цікаво, що найбільше пепсину виділяють не потові залози пахв, не груди або живіт, не долоні, а тил кистей та підошви (концентрація його тут у 2,5 рази вище, ніж на обличчі). І ще одна особливість - взимку пепсину ми втрачаємо більше, ніж навесні або восени.
Звідки фермент потрапляє на шкіру? Вважають, що з глибини тіла, зі шлунка. Більш того, змахнувши піт з обличчя, можна ставити діагноз: при гастриті та раку шлунка пепсину в поті мало, а при виразковій хворобі надто багато.
У поті розчинені та інші ферменти: амілаза та лужна фосфатаза. І тут наш організм обличчям у багнюку не вдарив — на фізіономії цих речовин утричі менше, ніж на підошвах. Але на жаль, спина і пахви в цьому сенсі ще чистіші. Амілаза на противагу пепсину вважає за краще зникати з нашого тіла навесні, а не взимку. Втім, якщо хтось захоче неодмінно розлучитися з невеликою дещицею амілази та фосфатази, нехай наїсться меду. Після такої солодкої трапези ці ферменти прямо зі шкіри геть лізуть.
У нашій розповіді довелося попітніти абстрактній людині, вірніше, чоловікові. Однак треба щось сказати і про прекрасну половину людства. Так от, жінки потроху заощаджують пепсин і тринькають фосфатазу — її в їх поті в півтора рази більше, ніж у чоловіків.
Звичайно, є й інші відмінності, але пощадимо жінок, не поглиблюватимемося в делікатну тему.
