РОЛЬ ВОДЫ В ОСНОВНЫХ СТРУКТУРАХ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА

1

• Авторы
• Файлы

М.А. Кутимская М.Ю. Бузунова Статья в формате PDF 950 KB

Живые организмы, в частности человек, без воды существовать не могут. У человека, при общем содержании воды около 60% массы тела, внутриклеточная вода составляет 40%, межклеточная жидкость - 16%, внутрисосудистая - 4,5%. Хаpaктер физико-химических процессов в тканях определяют ионы (K⁺,Ca^2+,Mg²⁺ ,Cl^-,SO^2-₄,HCO^-₃ и др.), а также микроэлементы. Всасывание электролитов в кишечнике обеспечивает поступление различных веществ, в частности солей, в кровь. С кровью или лимфой они переносятся к клеткам организма. По солевому составу вне- и внутриклеточные жидкости резко отличаются: в клетках высоко содержание K⁺,Mg ²⁺ и фосфатов, вне клеток - Na⁺,Ca ²⁺, Cl^-. Ионная асимметрия обеспечивается деятельностью плазматических мембран и связыванием ряда ионов химическими компонентами клеток. Внутри клеток ионы также распределены неравномерно: Na⁺ больше в ядре, чем в цитоплазме, Ca ²⁺ - в митохондриях. Деятельность органов и систем, обеспечивающих водно-солевой гомеостаз, координируется центральной нервной системой (головным мозгом). В процессе эволюции возрастает точность и эффективность механизма регуляции водно-солевого обмена.

Вода входит в состав цитоплазмы клеток и тканевой жидкости. Тканевая жидкость служит посредником между клеточными элементами тела и кровью. Из нее клетки получают все питательные вещества и ей отдают продукты обмена (рис.1).

 

Рис. 1. Движение веществ в тканевой жидкости.

Обмен всегда сопровождается выходом из крови и тканей растворенных веществ и воды. Часть тканевой жидкости из межклеточных прострaнcтв проникает через стенку лимфатических капилляров, оттекая по ним в лимфатические сосуды, по которым возвращается в кровь в венозной части сосудистой системы. Тканевая жидкость является производным крови и отделена от нее эндотелием капилляра. Лимфатические сосуды имеют очень тонкую стенку по сравнению с кровеносной системой. В ней выделяют органы иммунной системы и лимфоносные пути, выполняющие трaнcпортные функции. Лимфатическая система участвует в процессе пищеварения (всасывание из кишечника жиров), а также возвращает белки, воду и соли из тканей в кровь. Объем лимфы в организме человека 1-2 л. Движение лимфы по лимфатическим сосудам обеспечивается физиологической активностью органов, сокращением мышц тела и отрицательным давлением в венах. Давление лимфы равно 200 н/м², но может возрастать до 600 н/м².

Основной составляющей лимфы является вода. Одним из главных свойств воды является способность воспринимать и хранить информацию. С понятием информации связано полеконтинуальное состояние материи. Организм, как открытая система, обменивается энергией и информацией с внешней средой, следовательно, он должен содержать специальную систему, ответственную за поддержание энергоинформационного гомеостаза организма. Вода существенным образом влияет на электрические свойства органов и тканей. Биологические макромолекулы, в частности белки и нуклеиновые кислоты, информационны (представляют собой «тексты»), в водном растворе они есть макроионы, несут множество заряженных групп.

Биополимеры функционируют в водном окружении. Вода является незаменимой компонентой клеток и организмов, благодаря водородным связям (рис.2). На рис.2 сплошная черта означает ковалентную связь, пунктир - водородную. Энергия водородных связей порядка 4-29 кДж/моль и именно они определяют строение и свойства воды. Вещества, содержащие группу ОН - водородную связь имеют большие значения диэлектрических проницаемостей.

 

Рис.2. Структура жидкой воды

Вода квазикристаллична, каждая молекула воды имеет 4 соседа. В более ранних работах при исследовании мембранного потенциала мы указывали на трaнcпорт ионов K⁺,Na⁺,Ca²⁺,Mg²⁺ , а также на то, что ионов K+ больше внутри клетки ~ в 300 раз, чем Na⁺. Из-за наличия градиентов концентрации ионов возникает разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой порядка 50-70 Мв. Разница в концентрациях ионов, видимо, связана с эволюцией клетки. Предполагается, что первые клетки возникли в морской воде. Из коллоидной химии известно образование коацерватных капель благодаря расслоению раствора и растворенного вещества. Переход от добиологической эволюции к биологической связан с возникновением генетического кода - носителя информации. Следует отметить, что активный перенос воды в теле человека или животного нигде не обнаружен.

Вода в организме присутствует в виде растворов, электролитов, тканевой и лимфатической жидкостях. Направленное движение лимфы может описываться потоковыми моделями, например, использующими уравнения гидродинамики:

, (1)

где q - скорость образования i-той частицы; N_iN_j - концентрация взаимодействующих частиц; diV(N_iV) - диффузия и другие виды движения.

Если учесть не только длину лимфатических сосудов, но и сечение можно воспользоваться телеграфными уравнениями, аналогично тем, которые используются при описании гемодинамических процессов:

, (2)

где R=8πη/S2; c=2rS/Eh; L=r/S; где η - вязкость лимфы; S - площадь лимфатического сосуда; Q=Su - объемная скорость лимфы; u - линейная скорость; h - толщина сосуда; E - модуль упругости.

Расчеты скоростей выноса отработанных частиц, ядов, токсинов и скоростей переноса питательных веществ к клеткам организма помогут оценить динамические процессы и их хаpaктеристики, а также роль воды - растворителя, регулирующего все функции, включая активность растворенных веществ, которые она разносит по организму, увеличивая продолжительность жизни животных и человека.

---