Минеральный обмен – совокупность процессов всасывания, усвоения, распределения, превращения и выделения из организма тех веществ, которые находятся в нём преимущественно в виде неорганических соединений. Минеральные вещества в составе биологической жидкости создают внутреннюю среду организма с постоянными физико-химическими свойствами, что обеспечивает нормальное функционирование клеток и тканей. Определения содержания и концентрации ряда минеральных веществ в жидкостях организма является важным диагностическим тестов при многих заболеваниях. В одних случаях нарушение минерального обмена является причиной заболевания, в других – лишь симптомами заболевания, однако любая болезнь в той или иной степени сопровождается нарушением водно-минерального обмена.

По количеству основную часть минеральных соединений организма составляют хлористые, фосфорнокислые и углекислые соли натрия, калия, кальция и магния. Кроме того в организме содержатся соединения железа, марганца, цинка, меди, кобальта, йода и ряда других микроэлементов.

Минеральные соли в водных средах организма частично или полностью растворяются и существуют в виде ионов. Минеральные вещества могут находиться также в форме нерастворимых соединений. В костной и хрящевой тканях сосредоточено 99% всего кальция организма, 87% фосфора, 50% магния. Минеральные вещества входят в состав многих органических соединений, например белков. Минеральный состав некоторых тканей взрослого человека приведён в таблице.

Минеральный состав некоторых тканей взрослого человека (на 1 кг свежего веса ткани)

Наименование ткани	Натрий	Калий	Кальций	Магний	Хлор	Фосфор (моли)
	миллиэквиваленты
Кожи	79,3	23,7	9,5	3,1	71,4	14,0
Мозга	55,2	84,6	4,0	11,4	40,5	100,0
Почки	82,0	45,0	7,0	8,6	67,8	57,0
Печени	45,6	55,0	3,1	16,4	41,3	93,0
Сердечной мышцы	57,8	64,0	3,8	13,2	45,6	49,0
Скелетной мышцы	36,3	100,0	2,6	16,7	22,1	58,8

Основными источника минеральных веществ для организма являются продукты питания. Наибольшее количество минеральных солей содержится в мясе, молоке, чёрном хлебе, бобовых и овощах.

Из желудочно-кишечного тракта минеральные вещества поступают в кровь и лимфу. Ионы некоторых металлов (Ca, Fe, Cu, Co, Zn) уже в процессе или после всасывания соединяются со специфическими белками.

Избыток минеральных веществ у человека выводится в основном через почки (ионы Na, K, Cl, I), а также через кишечник (ионы Ca, Fe, Cu и др.). Полное выведение значительного избытка солей, который чаще всего возникает при избыточном потреблении поваренной соли, происходит лишь при отсутствии ограничений в питье. Это связано с тем, что моча человека содержит не более 2% солей (предельная концентрация с которой могут работать почки).

Водно-солевой обмен

Водно-солевой обмен является частью минерального обмена, он представляет собой совокупность процессов поступления в организм воды и солей, главным образом NaCl, распределение их во внутренней среде и выведения из организма. Нормальный водно-солевой обмен обеспечивает постоянный объём крови и других жидкостей организма, осмотическое давление и кислотно-щелочное равновесие. Основным минеральным веществом, благодаря которому организм регулирует осмотическое давление, является натрий, примерно 95% осмотического давления плазмы крови регулируется с помощью этого минерального вещества.

Водно-солевой обмен - это совокупность процессов поступления воды и солей (электролитов) в организм, распределение их во внутренней среде и выведения из организма. Системы регуляции водно-солевого обмена обеспечивают постоянство суммарной концентрации растворённых частиц, ионного состава и кислотно-щелочного равновесия, а также объёма и качественного состава жидкостей организма.

Организм человека состоит в среднем на 65% из воды (от 60 до 70% от веса тела), которая находится в трёх жидкостных фазах - внутриклеточной, внеклеточной и трансцеллюлярной. Наибольшее количество вода (40 - 45%) находится внутри клеток. Внеклеточная жидкость включает (в процентах от веса тела) плазму крови (5%), межклеточную жидкость (16%) и лимфу (2%). Трансцеллюлярная жидкость (1 - 3%) изолирована от сосудов слоем эпителия и по своему составу близка к внеклеточной. Это - спинномозговая и внутриглазная жидкость, а также жидкость брюшной полости, плевры, перикарда, суставных сумок и желудочно-кишечного тракта.

Водный и электролитный балансы у человека рассчитываются по суточному потреблению и выделению воды и электролитов из организма. Вода поступает в организм в виде питья - примерно 1,2 литра и с пищей - примерно 1 литр. Около 0,3 литра вода образуется в процессе обмена веществ (из 100 грамм жиров, 100 грамм углеводов и 100 грамм белков образуется 107, 55 и 41 мл воды соответственно). Суточная потребность взрослого человека в электролитах составляет примерно: натрий - 215, калий - 75, кальций - 60, магний - 35, хлор - 215, фосфат - 105 мг-экв в день. Эти вещества всасываются в желудочно-кишечном тракте и поступают в кровь. Временно они могут депонироваться в печени. Избыток воды и электролитов выводится почками, лёгкими, кишечником и кожей. В среднем за сутки выделения воды с мочой составляет 1,0 - 1,4 литра, с калом - 0,2, с кожей и с потом 0,5, лёгкими - 0,4 литра.

Вода, поступившая в организм, распределяется между различными жидкостными фазами в зависимости от концентрации в них осмотически активных веществ. Направление движения воды зависит о осмотического градиента и определяется состоянием цитоплазматической мембраны. На распределение воды между клеткой и межклеточной жидкостью оказывает влияние не общее осмотическое давление внеклеточной жидкости, а её эффективное осмотическое давление, которое определяется концентрацией в жидкости веществ, плохо проходящих через клеточную мембрану.

У человека и животных одной из главных констант является рН крови, поддерживаемый на уровне около 7,36. В крови имеется ряд буферных систем - бикарбонатная, фосфатная, белки плазмы, а также гемоглобин, - поддерживающие рН крови на постоянном уровне. Но в основном рН плазмы крови зависит от парциального давления углекислого газа и концентрации НСО3 .

Отдельные органы и ткани животных и человека существенно различаются по содержанию воды и электролитов.

Содержание воды в различных органах и тканях взрослого человека к весу ткани

Важнейшее значение для деятельности клеток всех органов и систем имеет поддержания ионной асиметрии между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью. В крови и других внеклеточных жидкостях высока концентрация ионов натрия, хлора, бикарбоната; в клетках главными электролитами являются калий, магний и органические фосфаты.

Биологические жидкости, выделяемые различными железами, отличаются по ионному составу от плазмы крови. Молоко изоосмотично по отношению к крови, но в нём ниже, чем в плазме, концентрация натрия и выше содержания кальция, калия, фосфатов. Пот имеет меньшую концентрацию ионов натрия, чем плазма крови; желчь весьма близка к плазме крови по содержанию ряда ионов.

Многие ионы, особенно ионы металлов, являются компонентами белков, в том числе ферментов. Около 30% всех известных ферментов для полного проявления своей каталитической активности нуждаются в присутствии минеральных веществ, чаще всего это K, Na, Mq, Ca, Zn, Cu, Mn, Fe.

В регуляции водно-солевого обмена решающую роль играют почки и группа специальных гормонов.

Для того чтобы поддерживать водный и солевой обмен веществ на должном уровне надо соблюдать несколько правил:

1. Употреблять в течение дня необходимое количество воды

2. Стараться употреблять минеральную, столовую (не газированную) воду.

3. Так как основным источником минеральных солей являются фрукты и овощи надо регулярно (каждый день) употреблять их в пищу.

4. При необходимости использовать БАД (биологические активные добавки) к обычному рациону питания, этим способом можно быстрее всего насытить организм минеральными солями.

Дополнительные статьи с полезной информацией

Особенности обмена воды и минеральных солей у детей

Родителям, чтобы воспитать здорового ребёнка, надо глубже вникать в физиологические особенности подрастающего поколения. Дети отличаются от взрослых не только ростом и неуверенным знанием таблицы умножения, но и процессами происходящими внутри организма.

Нарушения обмена минеральных веществ у человека

Ежесекундно в организме человека протекает большое количество химических реакций и по разным причинам возможны нарушения в этом отлаженном природой механизме.

Вода у взрослого человека составляет 60%, а у новорожденного - 75% от массы тела. Она является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм - одно из основных условий поддержания его жизнедеятельности. Около 70% всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, составляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в состав тканевой или интерстициальной жидкости (около 25%) и воды плазмы крови (около 5%). Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. С пищей человек получает в сутки около 750 мл воды, в виде напитков и чистой воды - около 630 мл. Около 320 мл воды образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 800 мл воды. Столько же необходимо для растворения экскретируемых почкой осмотически активных веществ при максимальной осмолярности мочи. 100 мл воды выводится с фекалиями. Следовательно, минимальная суточная потребность составляет около 1700 мл воды.

Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чувством жажды, которая зависит от осмотической концентрации веществ в жидкостях и их объема. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра гипоталамуса.

Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей (регуляция водно-солевого обмена описана в гл. 8).

Минеральные соли. Натрий (Na +) является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6- 12 раз превышает содержание в клетках. Натрий в количестве 3-6 г в сутки поступает в организм в виде поваренной соли и всасывается преимущественно в тонком отделе кишечника. Роль натрия в организме многообразна. Он участвует в поддержании кислотно-основного состояния, осмотического давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма; ему придается большое значение в развитии ряда заболеваний. В частности, считают, что натрий опосредует развитие артериальной гипертензии за счет как увеличения объема внеклеточной жидкости, так и повышения сопротивления микрососудов. Баланс натрия в организме в основном поддерживается деятельностью почек (см. гл. 8).

Важнейшие источники натрия - поваренная соль, мясные консервы, брынза, сыр, соленые огурцы, помидоры, квашеная капуста, соленая рыба. При недостатке поваренной соли происходят обезвоживание, потеря аппетита, рвота, мышечные судороги; при передозировке - жажда, депрессия, рвота. Постоянный избыток натрия повышает АД.

Калий (К +) является основным катионом внутриклеточной жидкости. В клетках содержится 98% калия. Всасывается калий в тонком и толстом кишечнике. Особое значение калий имеет благодаря своей потенциалобразующей роли на уровне поддержания мембранного потенциала покоя. Калий принимает также активное участие в регуляции равновесия кислотно-основного состояния клеток. Он является фактором поддержания осмотического давления в клетках. Регуляция его выведения осуществляется преимущественно почками (см. гл. 8).

Наиболее богаты калием картофель с кожурой, чеснок, петрушка, тыква, кабачки, курага, урюк, изюм, чернослив, бананы, абрикосы, бобовые культуры, мясо, рыба.

При дефиците калия отмечается потеря аппетита, аритмия, снижение АД; при передозировке - мышечная слабость, нарушение сердечного ритма и функции почек.

Кальций (Са 2+) обладает высокой биологической активностью. Он является основным структурным компонентом костей скелета и зубов, где содержится около 99% всего Са 2+ . В большом количестве кальция нуждаются дети ввиду интенсивного роста костей. Всасывается кальций преимущественно в ДПК в виде одноосновных солей фосфорной кислоты. Примерно 3 / 4 кальция выводится пищеварительным трактом, куда эндогенный кальций поступает с секретами пищеварительных желез, и */ 4 - почками. Велика роль кальция в осуществлении жизнедеятельности организма. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием.

Основные поставщики кальция - молоко и молочные продукты, сыр, печень, рыба, яичный желток, изюм, крупы, финики.

При дефиците кальция появляются мышечные судороги, боль, спазмы, ригидность, у детей - деформация костей, у взрослых - остеопороз, у спортсменов - судороги, шум в ушах, гипотония. При передозировке отмечаются потеря аппетита, веса, слабость, лихорадка и запоры. Регуляция осуществляется главным образом гормонами - тиреокальцитонином, паратгормоном и витамином Z) 3 (см. гл. 10).

Магний (Mg 2+) содержится в ионизированном состоянии в плазме крови, эритроцитах, в составе костной ткани в виде фосфатов и бикарбонатов. Магний обладает спазмолитическим и сосудорасширяющим действием, стимулирует перистальтику кишечника и повышает выделение желчи. Входит в состав многих ферментов, которые высвобождают энергию из глюкозы, стимулируя активность ферментов, оказывает успокаивающее действие на сердце и нервную систему.

Магний содержится в хлебе из муки грубого помола, крупах (гречка, рис полнозерный, овсяные хлопья), курином яйце, фасоли, горохе, бананах, шпинате. В молоке и молочных продуктах магний содержится в небольшом количестве, но хорошо усваивается.

При дефиците магния отмечаются судороги, мышечные боли, головокружение, апатия, депрессия. Недостаток магния увеличивает содержание кальция в сердечной и скелетных мышцах, что ведет к нарушению сердечного ритма и другим заболеваниям. При передозировке угнетаются функции дыхания и ЦНС.

Хлор (СГ) участвует в образовании желудочного сока, поступает в организм человека в составе поваренной соли и вместе с натрием и калием участвует в создании мембранного потенциала и проведении нервного импульса, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, способствует транспорту углекислого газа эритроцитами. Хлор способен откладываться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении.

Хлор в основном содержится в поваренной соли, мясных консервах, сыре, брынзе.

При дефиците хлора отмечаются потливость, диарея, недостаточная секреция желудочного сока, развиваются отеки. Повышение содержания хлора наступает при обезвоживании организма и при нарушении выделительной функции почек.

Фосфор (Р) - жизненно важное вещество, входит в состав костной ткани и является основной частью ядер клеток нервной системы, особенно мозга. Он активно участвует в обмене белков, жиров и углеводов; необходим для образования костей и зубов, нормального функционирования нервной системы и сердечной мышцы; принимает участие в синтезе ферментов, белков и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и органических соединений (фосфаты).

Фосфор содержится в продуктах животного происхождения: молоке, твороге, сыре, печени, мясе, яйцах; в пшеничных отрубях, хлебе из муки грубого помола, проросшей пшенице; богаты фосфором различные крупы, картофель, бобовые культуры, сухофрукты, орехи, семечки подсолнуха, продукты моря и, особенно, рыба.

Дефицит фосфора отмечается при длительном голодании (организм расходует фосфор, содержащийся в тканях). Симптомы: слабость, в дальнейшем потеря аппетита, боли в костях, нарушение обменных процессов в миокарде. При избытке фосфора происходит снижение уровня кальция в крови, возможно нарушение сердечного ритма. Избыток фосфора может развиться у детей, которые находятся на искусственном вскармливании. В регуляции принимает участие паратгормон и тиреокальцитонин (см. гл. 10).

Сера (S) входит в состав белков, хрящевой ткани, волос, ногтей, участвует в синтезе коллагена. Она необходима для обезвреживания в печени ядовитых веществ, поступающих из толстого кишечника в результате гниения.

Важнейшим источником серы являются белковые продукты: мясо, рыба, молочные продукты, яйца, бобовые.

Суточная потребность, дефицит и передозировка достоверно не установлены. Считается, что суточная потребность компенсируется обычным рационом.

Железо (Fe) является основной составной частью многих тканей организма и некоторых ферментов. Значительное количество железа содержится в эритроцитах, около 70% - в гемоглобине. Основное физиологическое значение железа - участие в процессе кроветворения, транспорте кислорода и углекислого газа, обеспечение клеточного дыхания. Железо способно депонироваться в организме. Такими «депо» для него являются селезенка, печень и костный мозг.

Железо особенно необходимо девочкам, вступающим в период полового созревания, и маленьким детям. Недостаток железа в организме может привести к развитию малокровия и угнетению защитных сил организма. Железо содержится в мясе, печени (особенно свиной), сердце, мозге, яичном желтке, белых грибах, бобах, горохе, чесноке, хрене, свекле, моркови, помидорах, тыкве, капусте белокочанной, салате, шпинате.

Дефицит железа снижает активность дыхательных ферментов, что может привести к расстройству тканевого дыхания, развитию железодефицитной анемии (малокровию). Многие модные диеты, направленные на быстрое похудение, приводят к дефициту железа. Избыток железа может нарушить функции печени и пищеварительной системы.

Йод (I -) участвует в образовании тироксина - гормона щитовидной железы, способствует снижению уровня холестерина в крови, повышению усвоения организмом кальция и фосфора.

Наибольшее количество йода содержится в морских водорослях (морская капуста), морской рыбе, яйцах, мясе, молоке, овощах (свекла, морковь, салат, капуста, картофель, лук, сельдерей, помидоры), фруктах (яблоки, слива, виноград). Необходимо помнить, что при длительном хранении пищевых йодосодержащих продуктов и их тепловой обработке теряется до 60% йода.

Недостаток йода в организме приводит к гипотиреозу, увеличению щитовидной железы (зоб), в детском возрасте - к кретинизму (остановка роста и снижение интеллекта). Избыток йода приводит к гипертиреозу (токсический зоб). Для профилактики принимают йодированную соль (см. гл. 10).

Медь (Си) участвует в образовании ряда ферментов и гемоглобина, способствует всасыванию железа в кишечнике, освобождению энергии из жиров и углеводов; ионы меди принимают участие в реакциях окисления веществ в организме. Содержание меди в организме человека связано с полом, возрастом, суточными и сезонными колебаниями температуры, воспалительными заболеваниями.

Медь содержится в мясе, печени, продуктах моря (кальмары, крабы, креветки), во всех овощах, бахчевых и бобовых культурах, орехах, крупах (овсяная, гречневая, пшенная и др.), грибах, фруктах (яблоки, груши, абрикосы, сливы), ягодах (земляника, клубника, клюква, крыжовник, малина и др.).

Недостаток меди при заболеваниях скарлатиной, дифтерией, болезнью Боткина, туберкулезе легких осложняет их течение. У беременных при недостатке меди чаще возникают токсикозы. Недостаток меди в продуктах питания снижает активность окислительных ферментов и приводит к различным формам анемии (малокровие). Передозировка меди приводит к отравлению.

Фтор (F -) в небольших количествах содержится во всех тканях организма, но основная его роль - участие в процессе формирования дентина, зубной эмали и костной ткани. Основной источник фтора - питьевая вода. Фтор в достаточных количествах содержится в продуктах питания - рыбе, печени, баранине, орехах, овсяной крупе, чае и фруктах. Из овощей богаты фтором салат, петрушка, сельдерей, картофель, капуста белокочанная, морковь, свекла.

Резкое снижение фтора в питьевой воде приводит к кариесу и разрушению зубов, повышенное содержание угнетающе действует на щитовидную железу и ведет к развитию флюороза (пятнистое поражение зубов).

Цинк (Zn 2+) участвует в синтезе белков, РНК, в образовании большинства ферментов и кроветворении, находится в костной системе, коже и волосах, является составной частью мужского полового гормона - тестостерона, способствует заживлению ран, повышению иммунитета, принимает участие в механизме клеточного деления, нормализует углеводный обмен. Хронические психоэмоциональные стрессы, алкоголь, табакокурение ухудшают усвоение цинка. Дефицит цинка в рационе питания может привести к бесплодию, анемии, кожным заболеваниям, замедлению роста ногтей и выпадению волос, усилению роста опухолей, задержке полового развития, замедлению роста в пубертатный период.

При недостатке цинка плохо заживают раны, отмечается потеря аппетита, ослабевают вкусовая и обонятельная чувствительность, появляются язвы во рту, на языке, на коже образуются гнойнички. При передозировке возрастает риск отравления. В большом количестве цинк оказывает канцерогенное действие, в связи с чем не рекомендуется хранить воду и пищевые продукты в оцинкованной посуде.

Цинк содержится в грецких орехах, продуктах моря, мясе, птице, во всех овощах, особенно в чесноке и луке, бобовых культурах, крупах (особенно в овсяной). Усвояемость цинка из продуктов животного происхождения составляет свыше 40%, а растительного - до 10%.

Регуляция большинства микроэлементов практически не изучена.

Вода и минеральные соли не являются источниками энергии, но их нормальное поступление и выведение из организма являются условием его нормальной жизнедеятельности. Они создают внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет и транспортирует растворенные пищевые вещества, поступившие в организм. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела; испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева. В организме человека вода распределяется между клетками и межклеточными пространствами (табл. 12.8).

Вода всасывается в пищеварительном тракте. Минимальная суточная потребность в воде человека весом 70 кг - 2-2,5 л. Из них только 350 мл образуется в окислительных процессах, около 1 л поступает в организм с пищей, и около 1л - с выпиваемой жидкостью. Из организма примерно 60% воды выводится почками, 33% - через кожу и легкие, 6% кишечником и только 2% жидкости задерживается.

В организме новорожденного содержится относительно большое количество воды (рис. 12.11; табл. 12.9). У грудного ребенка она составляет 75% массы тела, а у взрослого - 50-60%. С возрастом объем внутриклеточной жидкости возрастает, при этом снижается количество воды в межклеточном веществе. В связи с большей поверхностью тела ребенка и более интенсивным обменом веществ, чем у взрослого человека, у детей вода выводится через легкие и кожу более интенсивно, чем у взрослых. Например, ребенок массой 7 кг за сутки выделяет 1/2 часть внеклеточной жидкости, а взрослый - 1/7. Вода в кишечнике у детей всасывается значительно быстрее, чем у взрослых. Из-за слабо развитого чувства жажды и низкой чувствительности осморецепторов дети более склонны к обезвоживанию, чем взрослые.

Аптидиуретический гормон (АДГ) задней доли гипофиза усиливает обратное всасывание воды из первичной мочи

Таблица 12.8

Распределение жидкости в организме взрослого человека

Распределение жидкости в организме детей разного возраста,

% от массы тела

Рис. 12.11. Количество воды (в % от веса тела) в организме человека в разном возрасте

Таблица 12.9

в канальцах почек (вследствие чего уменьшается количество мочи), а также влияет на солевой состав крови. При уменьшении количества АДГ в крови развивается несахарный диабет, при котором в сутки выделяется до 10-20 л мочи. Вместе с гормонами коры надпочечников АДГ регулирует водно-солевой обмен в организме.

Соли, растворимые в воде, необходимы для поддержания буферных систем и pH жидкостей организма человека. Наиболее важными из них являются хлориды и фосфаты натрия, калия, кальция, магния. При недостатке или избытке в пище тех или иных солей, особенно натрия и калия, возникают нарушения водно-солевого баланса, которые приводят к обезвоживанию организма, отекам, нарушениям артериального давления.

С наличием минеральных веществ связаны явление возбудимости (натрий, калий, хлор), рост и развитие костей (кальций, фосфор), нервных элементов, мышц. Они способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор).

По мере роста ребенка количество солей в организме накапливается: у новорожденного соли составляют 2,55% массы тела, у взрослого - 5%. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ. Особенно велика у детей потребность в кальции и фосфоре, которые необходимы для формирования костной ткани. Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни и в период полового созревания. На первом году жизни кальция требуется в восемь раз больше, чем на втором, и в 13 раз больше, чем на третьем году, затем потребность в кальции снижается. В дошкольном и школьном возрасте суточная потребность в кальции составляет 0,68-2,36 г.

У взрослых при снижении поступления в организм кальция он вымывается из костной ткани в кровь, обеспечивая постоянство ее состава (рис. 12.12). У детей при недостатке кальция в пище он, наоборот, задерживается костной тканью, что ведет к еще большему понижению его количества в кро-

Рис. 12.12.

ви. Для нормального процесса окостенения у детей дошкольного возраста соотношение поступления кальция и фосфора должно быть равным единице. В 8-10 лет кальция требуется несколько меньше, чем фосфора, в соотношении 1:1,5. В старшем школьном возрасте это соотношение изменяется в сторону увеличения содержания фосфора и должно равняться 1:2. Суточная потребность в фосфоре - 1,5-4,0 г.

У человека околощитовидные железы вырабатывают па- ратгормон (ПтГ), регулирующий обмен кальция и фосфора в организме. При гипофункции околощитовидных желез происходит снижение содержания кальция в крови, что приводит к судорожным сокращениям мышц ног, рук, туловища и лица, называемым тетанией. Эти явления связаны с повышением возбудимости нервно-мышечной ткани в связи с недостатком кальция в крови, а следовательно, и в цитоплазме клеток. При недостаточном выделении ПтГ кости становятся менее прочными, переломы плохо заживают, легко ломаются зубы. К недостаточности гормональной функции околощитовидных желез особенно чувствительны дети и кормящие матери. В обмене кальция принимают также участие эстрогены, вырабатываемые половыми железами - яичниками, и гормон щитовидной железы кальцитонин.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Расскажите об обмене веществ и его этапах.
• 2. Какие методы оценки энергетических затрат организма вы знаете?
• 3. Дайте характеристику общего обмена. В чем различия обмена веществ у мужчин и женщин?
• 4. Что такое основной обмен? В чем его значение? Каковы способы оценки? Как основной обмен изменяется с возрастом?
• 5. Что вы знаете об обмене энергии? Как он изменяется с возрастом?
• 6. Опишите специфическое динамическое действие нищи.
• 7. Как обмен основных питательных веществ изменяется с возрастом?
• 8. Расскажите об обмене воды и минеральных веществ. Какова потребность в воде у детей и взрослых?
• 9. Как осуществляется гормональная регуляция обмена белков, жиров, углеводов, минеральных веществ? Как она изменяется с возрастом?

Значение воды и солей . Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. растворяет пищевые , поступившие в организм. Вместе с минеральными веществами она принимает, участие в построении клеток и во многих реакциях обмена.

Участвует в регуляции температуры тела; испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева; транспортирует растворенные .

И минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Они участвуют, в поддержании осмотического давления и реакции плазмы крови и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.

Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что во многом определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, нормальное поступление и выведение их из организма является условием его нормальной деятельности. Достаточно указать, что вода у взрослого человека составляет примерно 65% массы тела, а у детей - около 80%.

Лишение человека воды на несколько дней смертельно.

Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей самым опасным является обезвоживание организма, что влечет за собой судороги, потерю сознания.

Обмен воды организма

Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку нужно в сутки 2-2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: 1) воды, потребляемой при питье (около 1 л); 2) воды, содержащейся в пище (около 1 л) ; 3) воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300-350 см 3).

Основные органы, удаляющие воду из организма,-почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками за сутки из opганизма удаляется 1,2-1,5 л воды в составе мочи. Потовыми железами через кожу в виде пота удаляется 500-700 см 3 воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 см 2 кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды.

Легкими в виде водяных паров выводится 350 см 3 воды. Это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700-800 см 3 воды. Через кишечник с калом выводится в сутки 100-150 см 3 воды. При расстройстве деятельности кишечника с калом может выводиться большее количество воды (при поносе), что приводит к обеднению организма водой. Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало расход ее.

Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.

Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. В результате жажды человек усиленно пьет воду.

Обмен солей в организме

При исключении из пищевого рациона животных минеральных веществ наступают тяжелые расстройства в организме и даже смерть. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости - одно из основных свойств живого. Рост и развитие костей, нервных элементов, мышц зависят от содержания минеральных веществ. Они определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (), соляной кислоты желудочного сока ().

Минеральные соли создают столь необходимое для жизнедеятельности клеток определенное .

При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные в достаточном количестве. Только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.

Минеральные вещества оказывают важное влияние на развитие ребенка. С обменом кальция и фосфора связан рост костей, сроки окостенения хрящей и состояние окислительных процессов в организме. При недостаточном поступлении кальция с пищей или обеднении им организма по каким-либо причинам костная ткань отдает в для поддержания в ней гомеоста-за. влияет на возбудимость нервной системы, свертываемость крови, белковый и жировой обмен в организме. нужен не только для роста и развития костной ткани, но и для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых и других органов.

Является составной частью гемоглобина крови.

Организм постоянно теряет некоторое количество минеральных солей в составе мочи, пота и кала. Поэтому минеральные соли, так же как и вода, должны постоянно поступать в организм. Содержание отдельных элементов в теле человека неодинаково (табл. 18),

Таблица 18

Содержание элементов в теле человека

Элементы	Содержание в организме (в %)	Элементы	Содержание в организме (в %)
	1,5		Незначительные количества
	1.0		Незначительные количества
	0,35		»
	0,25		»
	0,15		»
	0,15		»
	0,05		»
	0,004		»
	0,00004		»
			»

Регуляция водно-солевого обмена

Постоянство осмотического давления внутренней среды организма, определяемого содержанием воды и солей, регулируется организмом.

При недостатке воды в организме повышается тканевой жидкости. Это приводит к раздражению расположенных в тканях особых рецепторов - осморецепторов. Импульсы от них по специальным нервам направляются в головной мозг к центру регуляции водно-солевого обмена. Оттуда возбуждение направляется к железе внутренней секреции - гипофизу, который выделяет в специальный гормон, вызывающий задержку мочеобразования. Уменьшение выделения воды с мочой восстанавливает нарушенное равновесие. Этот пример наглядно показывает взаимодействие нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций.

Глава IV .13.

Минеральный обмен

Минеральный обмен – совокупность процессов всасывания, распределения, усвоения и выделения минеральных веществ, находящихся в организма преимущественно в виде неорганических соединений.

Всего в организме обнаруживается свыше 70 элементов таблицы Д.И. Менделеева, 47 из них присутствуют постоянно и называются биогенными. Минеральные вещества играют важную роль в поддержании кислотно-основного равновесия, осмотического давления, системе свертывания крови, регуляции многочисленных ферментных систем и пр., т.е. имеют решающее значение в создании и поддержании гомеостаза.

По количественному содержанию в организме они делятся на макроэлементы , если их больше чем 0,01 % от массы тела (К, Са, Мg , Na , P , Cl ) и микроэлементы (Mn , Zn , Cr , Cu , Fe , Co , Al , Se ). Основную часть минеральных веществ организма составляют хлористые, фосфорнокислые и углекислые соли натрия, кальция, калия, магния. Соли в жидкостях организма находятся в частично или полностью диссоциированном виде, поэтому минеральные вещества присутствуют в виде ионов – катионов и анионов.

Функции минеральных веществ:

1)пластическая (кальций, фосфор, магний);

2)поддержание осмотического давления (калий, натрий, хлор);

3)поддержание буферности биологических жидкостей (фосфор, калий, натрий);

4)поддержание коллоидных свойств тканей (все элементы);

5)детоксикационная (железо в составе цитохрома Р-450, сера в составе глутатиона);

6)проведение нервного импульса (натрий, калий);

7)участие в ферментативном катализе в качестве кофактора или ингибитора;

8)участие в гормональной регуляции (йод, цинк и кобальт входят в состав гормонов).

Промежуточный и конечный обмен минеральных веществ

Поступают минеральные вещества в организм в свободном или связанном виде. Ионы всасываются уже в желудке, основная часть минеральных веществ – в кишечнике путем активного транспорта при участии белков – переносчиков. Из желудочно-кишечного тракта поступают в кровь и лимфу, где связываются со специфическими транспортными белками. Выделяются минеральные вещества главным образом в виде солей и ионов.

С мочой : натрий, калий, кальций, магний, хлор, кобальт, йод, бром, фтор.

С калом: железо, кальций, медь, цинк, марганец, молибден, и тяжелые металлы.

Характеристика отдельных элементов

Натрий – основной катион внеклеточного отдела. Составляет 0.08 % от массы тела. Играет главную роль в поддержании осмотического давления. При отсутствии или ограничении в поступлении натрия в организм его выделение с мочой почти полностью прекращается. Всасывается в верхнем отделе тонкого кишечника при участии белков-переносчиков и требует затраты АТФ. Суточная потребность варьирует в зависимости отводно-солевого обеспечения организма. Депонируется в коже и мышцах. Кишечная потеря натрия происходит при диареях.

1) участвует в возникновении и поддержании электрохимического потенциала на плазматических мембранах клеток;

2) регулирует состояние водно-солевого обмена;

3) участвует в регуляции работы ферментов;

4) компонент K + - Na + насоса.

Хлор – важнейший анион внеклеточного пространства. Составляет 0,06% от массы тела. Большая часть его содержится в желудочном соке. Участвует в поддержании осмотического равновесия. Активирует амилазу и пептидазы. Всасывается в верхних отделах кишечника, выделяется в основном с мочой. Концентрация хлора и натрия обычно изменяются параллельно.

Калий – составляет 0,25% от массы тела. Во внеклеточном пространстве содержится только 2% от общего количества, а остальное - в клетках, где связан с углеводными соединениями. Всасывается на протяжении всего желудочно-кишечного тракта. Часть калия откладывается в печени и коже, а остальная поступает в общий кровоток. Обмен очень быстро протекает в мышцах, кишечнике, почках и печени. В эритроцитах и нервных клетках более медленный обмен калия. Играет ведущую роль в возникновении и проведении нервного импульса. Необходим для синтеза белков (на 1г белка – 20 мг ионов калия), АТФ, гликогена, принимает участие в формировании потенциала покоя. Выделяется в основном с мочой и меньше с калом.

Кальций – внеклеточный катион. Составляет 1,9 % от массы тела. Содержание повышается в период роста или беременности. Функционирует как составная часть опорных тканей или мембран, участвует в проведении нервного импульса и инициации мышечного сокращения, является одним из факторов гемокоагуляции. Обеспечивает целостность мембран (влияет на проницаемость), т. к. способствует плотной упаковке мембранных белков. Кальций ограничено участвует в поддержании осмотического равновесия. Вместе с инсулином активирует проникновение глюкозы в клетки. Всасывается в верхнем отделе кишечника. Степень его усвоения зависит от рН среды (соли кальция в кислой среде нерастворимы). Жиры и фосфаты препятствуют всасыванию кальция. Для полного усвоения из кишечника необходимо наличие активной формы витамина Д 3

Большая часть кальция содержится в костной ткани (99%) в составе микрокристаллов карбонатапатита3Са 2 (РО 4) 2 · СаСО 3 и гидроксилапатита 3Са 2 (РО 4) 2 · СаОН. Общий кальций крови включает три фракции: белоксвязанный, ионизированный и неионозированный (который находится в составе цитрата, фосфата и сульфата).

Магний – составляет 0.05% от массы тела. В клетках его содержится в 10 раз больше, чем во внеклеточной жидкости. Многого магния в мышечной и костной ткани, также в нервной и печеночной. Образует комплексы с АТФ, цитратом, рядом белков.

1) входит в состав почти 300 ферментов;

2) комплексы магния с фосфолипидами снижают текучесть клеточных мембран;

3) участвует в поддержании нормальной температуры тела;

4) участвует в работе нервно-мышечного аппарата.

Неорганический фосфор - содержится преимущественно в костной ткани. Составляет 1% от массы тела. В плазме крови при физиологических рН фосфор на 80 % представлен двухвалентным и на 20 % одновалентным анионом фосфорной кислоты. Фосфор входит в состав коферментов, нуклеиновых кислот, фосфопротеинов, фосфолипидов. Вместе с кальцием фосфор образует апатиты – основу костной ткани.

Медь входит в состав многих ферментов и биологически активных металлопротеинов. Участвует в синтезе коллагена и эластина. Является компонентом цитохрома с электронтранспортной цепи.

Сера – составляет 0.08%. Поступает в организм в связанном виде в составе АК и сульфат-ионов. Входит в состав желчных кислот и гормонов. В составе глутатиона участвует в биотрансформации ядов.

Железо входит в состав железосодержащих белков и гема гемоглобина, цитохромов, пероксидаз.

Цинк – является кофактором ряда ферментов.

Кобальт входит в состав витамина В 12 .

Обмен воды и электролитов

Водно-электролитный обмен это совокупность процессов поступления, всасывания, распределения и выделения из организма воды и электролитов. Он обеспечивает постоянство ионного состава, кислотно-основного равновесия и объема жидкостей внутренней среды организма. Ведущую роль в нем играет вода.

Функции воды:

1) внутренняя среда организма;

2) структурная;

3) всасывание и транспорт веществ;

4) участие в биохимических реакциях (гидролиз, диссоциация, гидратация, дегидратация);

5) конечный продукт обмена;

6) выделение при участии почек конечных продуктов обмена.

Вода, которая поступает алиментарным (с пищей) путем называется экзогенной, а образовавшаяся в качестве продукта биохимических превращений – эндогенной.