В организме животных и человека вода
распределена в нескольких жидкостных фазах. У взрослого человека количество
воды составляет около 60% массы тела, у мужчин по сравнению с женщинами
содержание воды больше из—за меньшего количества жира (табл. 13.1). Из общего
количества воды, принимаемого за 100%, внутри клеток находится 55%, во
внеклеточной жидкости — 45%. Последняя включает воду, содержащуюся в плазме
крови, межклеточной жидкости, в кости и плотной соединительной ткани. Часть
воды входит в состав жидкостей, секретируемых специальными клетками. Это,
например, цереброспинальная, внутриглазная жидкости, а также секреты,
выделяемые железами в просвет желудочно—кишечного тракта.
Общая концентрация растворенных веществ, определяющих осмоляльность
жидкости (или ее осмотическое давление), практически одинакова в клетках и
окружающей их внеклеточной жидкости.
Однако эти жидкости принципиально отличаются друг от друга
по концентрации отдельных ионов, что имеет исключительно большое значение для
нормального осуществления практически всех функций живых клеток. Во
внеклеточных жидкостях в наибольшей концентрации содержатся ионы натрия, хлора,
кальция, внутри клеток — калия, магния, фосфатов и органических кислот (табл.
13.2).
В плазме крови часть ионов связана с белками, часть —
свободна. Белки остаются в плазме крови. Во внеклеточной жидкости содержание
белка мало, поэтому в ней ниже концентрация ионов, связанных с белками (Са2+,
Mg2+).
Таблица
13.1
Объем жидкостных фаз тела у взрослого человека, % от массы
тела
|
Жидкостные фазы тела |
Мужчины |
Женщины |
|
Общее содержание воды |
60,6 |
50,2 |
|
Внутриклеточная жидкость |
33,0 |
27,5 |
|
Внеклеточная жидкость |
27,0 |
22,5 |
|
• межклеточная жидкость |
12,0 |
10,0 |
|
• плазма крови |
4,5 |
3,7 |
|
• внеклеточная жидкость плотной соединительной ткани |
4,5 |
3,7 |
|
• внеклеточная жидкость кости |
4,5 |
3,7 |
|
Жидкость желудочно—кишечного тракта, цереброспинальная, внутриглазная |
1,5 |
1,3 |
Таблица
13.2
Концентрация
электролитов и неэлектролитов в жидкостных фазах у человека, ммоль/л
|
Исследуемое
вещество |
Плазма
крови |
Межклеточная
жидкость |
Внутриклеточная
жидкость в скелетной мышце |
|
Катионы |
|||
|
Натрий |
142 |
145 |
10 |
|
Калий |
4,0 |
4,1 |
159 |
|
Кальций |
2,5 |
1,8 |
1,5 |
|
Магний |
0,9 |
0,7 |
13 |
|
Анионы |
|||
|
Хлор |
104 |
117 |
3,0 |
|
Бикарбонат |
26 |
28 |
7,0 |
|
Анионные
группы белков, фосфаты, органические кислоты |
21 |
8,0 |
154 |
|
Неэлектролиты |
|||
|
Глюкоза |
4,7 |
5,0 |
|
|
Мочевина |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
Таблица
13.3
Осмоляльность и концентрация ионов в воде некоторых водоемов и жидкостях внутренней среды животных и человека
|
Объект
исследования |
Осмоляльность,
мосм/кг Н2О |
Концентрация
ионов, ммоль/л |
||||
|
Na+ |
К+ |
Са2+ |
Mg2+ |
S042— |
||
|
Мировой
океан |
1000 |
470 |
10 |
10,2 |
52 |
27 |
|
оз.Байкал |
— |
0,18 |
0,02 |
0,4 |
0,12 |
— |
|
р. Волга |
— |
1 |
0,08 |
0,7 |
0.4 |
— |
|
Гемолимфа |
||||||
|
мидия |
1000 |
472 |
13,5 |
10,3 |
54 |
28 |
|
Кровь |
||||||
|
дождевой
червь |
— |
86 |
5,5 |
8,3 |
— |
— |
|
Сыворотка
крови |
||||||
|
миксина |
1002 |
554 |
6,8 |
8,8 |
23,4 |
1,7 |
|
минога |
248 |
120 |
3,2 |
2,0 |
2,1 |
2,7 |
|
акула |
1075 |
269 |
4,3 |
3,2 |
1,1 |
1 |
|
керчак |
330 |
166 |
2,5 |
3,1 |
0,9 |
— |
|
лягушка |
222 |
108 |
2,6 |
2,3 |
1,2 |
— |
|
голубь |
301 |
147 |
4,0 |
2,6 |
0,7 |
— |
|
человек |
290 |
141 |
4,0 |
2,5 |
0,9 |
0,5 |
Внутри клеток кальций связан, он
находится в эндоплазматической сети, митохондриях. Концентрация свободных ионов
Са2+ в плазме крови составляет около 1,3 ммоль/л, внутри клеток — в
10 000 раз меньше — < 1 х 10—7 моль/л. Кальций играет важнейшую
роль в регуляции функций клетки. Его внутриклеточная концентрация увеличивается
некоторыми гормонами и медиаторами через вторичных посредников.
Общая концентрация всех растворенных в крови веществ у
человека составляет около 290 мосмоль х л—1 (мосм/л), обычно
колебания этого показателя в норме не превышают 1%. Очень точно регулируется и
рН крови на уровне 7,36.
Возникновение жидкостей внутренней среды сопровождалось
развитием физиологических систем регуляции их объема (волюморегуляция),
ионного состава, кислотно—основного равновесия. В океане кровь морских беспозвоночных
имеет такое же осмотическое давление, как и морская вода. Когда происходила
миграция живых существ в пресные воды, а затем и на сушу, потребовалось
появление новой системы — осморегуляции, которая способствовала бы
постоянству осмоляльности крови у живых существ, обитающих в пресных водоемах,
на суше или вновь мигрирующих в море.
Итак, система регуляции водно—солевого обмена должна
обеспечивать постоянство объема, ионного состава, рН и осмоляльности крови и
других жидкостей внутренней среды.
В табл. 13.3 приведены данные о физико—химических
показателях крови животных и жидкостей окружающей их внешней среды. Морские
животные делятся на две группы: одни имеют почти такое же осмотическое давление
внеклеточных жидкостей и крови, как и морская вода, которое меняется
параллельно с изменением осмоляльности среды (пойкилоосмотические
организмы), другие значительно отличаются по осмотическому давлению и
концентрации ионов Na+ от морской воды, но поддерживают постоянной
осмоляльность собственной крови (гомойоосмотические организмы). К первым
относится большинство морских беспозвоночных и миксины, ко вторым —
пресноводные, наземные организмы и морские позвоночные, кроме миксин.