Дороже золота

Это происходит благодаря осмосу, процессу, при котором вода попадает сквозь мембрану из одного тканевого отсека в другой. Подробное описание осмоса приводится ниже.

Когда две жидкости разной плотности разделены проницаемой мембраной, вода движется из менее концентрированной среды (той, в которой во взвешенном состоянии содержит меньше твердых частиц) в более концентрированную, пока плотности двух жидкостей не станут равными. Это возможно благодаря тому, что более плотная жидкость оказывает давление на менее концентрированную. Поскольку мембрана, разделяющая жидкости, является проницаемой, вода из менее концентрированной среды проникает в более плотную и разбавляет ее. В то же время менее концентрированная жидкость увеличивает свою плотность, поскольку теряет часть воды, которая переходит в концентрированную среду, и таким образом между двумя жидкостями устанавливается равновесие

Количество воды, поступившей через мембрану, зависит от силы осмотического давления, которое в свою очередь зависит от разницы в концентрации жидкостей. Если жидкости по разные стороны мембраны находятся в равновесии и оказывают на нее одинаковое давление, то результирующий поток равен нулю.

Некоторые мембраны обладают так называемой избирательной проводимостью. Это значит, что помимо воды они могут пропускать определенные твердые частицы, например минералы, глюкозу и т.п. Перемещение твердых частиц обычно происходит в обратном перемещению жидкости направлении. Это способствует более легкому и быстрому уравновешиванию двух сред. Поэтому плотность жидкости снижается не только за счет притока воды, но и с оттоком твердых частиц.

Клеточные мембраны обладают избирательной пропускной способностью. Они проводят калий, но останавливают натрий и хлор. Поэтому последние элементы, которые при соединении образуют хлорид натрия (обычную соль), можно обнаружить на внешней поверхности клетки.

Но это не значит, что натрий не может проникнуть в клетку. Наряду с пассивным процессом осмоса в клетках имеет место еще один, активный, процесс, заставляющий клетки поглощать элементы, которые при обычных условиях клеточная мембрана не пропускает. Данное поглощение происходит благодаря системе, известной как натриевый насос.

Осмотический обмен происходит во всех клеточных мембранах и слизистых оболочках организма. Они снабжают ткани водой и обеспечивают непрерывный обмен и движение жидкостей организма.
Обмен между кишечником и кровью

Для того чтобы попасть в ткани, вода из пищеварительного тракта должна поступить в кровь. Поскольку всасывание происходит посредством осмоса, во рту этот процесс довольно слаб. Некоторая часть воды проникает в капилляры под языком, но она не контактирует с ними достаточно долго, чтобы считать ее поглощение более-менее значительным.

В желудке всасывание воды также слабо, поскольку главная функция этого органа – переваривание. Вода по желудку быстро переходит в кишечник, функция которого состоит в склеивании пищи. Если в кишечнике достаточно воды, ее излишки на некоторое время задерживаются в желудке. Желудок отдает эту воду, когда уровень ее содержания в кишечнике понижается.

Слизистая оболочка, устилающая тонкий кишечник, пронизана кровеносными сосудами. Оболочка, отделяющая внутреннюю часть кишечника от капилляров, составляет в толщину всего лишь 0,0030 миллиметра. Осмотические обмены здесь происходят достаточно легко, поскольку пища и напитки контактируют со стенками кишечника длительное время.

Поэтому основная часть воды наряду с питательными веществами всасывается в тонком кишечнике. В частности, до 90 процентов выпитой или полученной с пищей воды проникает в кровь из тонкого кишечника, а именно из его верхнего отдела.

Когда мы пьем воду, в тонкий кишечник поступает жидкость, концентрация которой намного меньше концентрации крови. Кровь содержит разнообразные вещества (глюкозу, минералы и т.п.), которые она доставляет к различным частям тела, и свои собственные компоненты (эритроциты, лейкоциты и другие). Твердые компоненты крови составляют 10 процентов от ее массы (по сравнению с 1 процентом в воде). Поэтому осмотическое давление со стороны крови выше и вода из кишечника поступает в кровь. Этот обмен происходит очень быстро, поскольку жажда утоляется сразу же после приема воды – достаточно подождать всего лишь несколько минут. Если вы выпили слишком много воды, то почки так же быстро реагируют на это секрецией мочи.

Во время приема пищи ситуация сильно не меняется. Впитывание воды происходит с той же легкостью, но медленнее. Твердая пища и вода создают жидкую массу, плотность которой выше плотности обычно воды. Однако не слишком высокая, поскольку пищевой ком (масса пережеванной пищи) должен быть достаточно жидким, чтобы с легкостью продвигаться по пищеварительному тракту. Плотность кома уменьшается благодаря содержанию в нем воды и секреции пищеварительных соков (до 7 литров в день). Концентрация пищевого кома, таким образом, несколько меньше концентрации крови. Во время процесса переваривания пищи питательные вещества покидают кишечник (снижая концентрацию пищевого кома) и попадают в кровь, временно повышая ее плотность. Поэтому осмотическое давление крови становится выше и вода без особых усилий поступает из кишечника в кровь. Способность тонкого кишечника впитывать воду поистине безгранична. На практике мы можем выпить столько воды, сколько захотим, и эта вода будет усвоена организмом. Никогда – за исключением случаев чрезмерной передозировки – вода не проходит через тонкий кишечник, не будучи абсорбированной.

Несмотря на отличную способность тонкого кишечника впитывать воду, в пищевом коме, когда он попадает в толстый кишечник, содержится до 1 литра жидкости. Слизистая поверхность толстой кишки также впитывает воду. Остаток воды необходим для формирования нормального стула. Дефекация происходит в тот момент, когда содержание воды в стуле достигает достаточного уровня. Если оно на несколько процентов ниже нормы, то каловые массы становятся твердыми и вызывают запор, а если на несколько процентов выше нормы, - фекалии становятся слишком жидкими и вызывают диарею.

Проникновение воды из кишечника в кровь, а из крови в более глубокие слои тела происходит на уровне капилляров.
Капилляры

Капилляры – это чрезвычайно тонкие и хрупкие кровеносные сосуды. Их часто сравнивают с волосками (отсюда и название от лат. capil - larys – «волос»). В действительности капилляры гораздо тоньше волоса: их диаметр колеблется от 5 до 30 микронов (микрон – тысячная доля миллиметра). Они настолько тонкие, что красные кровяные тельца могут передвигаться по ним только друг за другом. Причем это передвижение моментально прекращается, когда капилляры сокращаются.

Огромное количество капилляров необходимо для питания тканей, поэтому капилляры образуют разветвления. Если вены и артерии можно сравнить с главными автомобильными магистралями страны, то капилляры – это узенькие дорожки, которые ведут к нашим домам.

Стенки капилляров проницаемы для воды, питательных веществ и токсинов, высвобожденных из клеток. Несмотря на миниатюрность капилляров, их общая длина составляет 40 000 километров. Если же к этой цифре добавить числовое выражение длины вен и артерий, то общая протяженность кровеносных сосудов составит 100 000 километров, т.е. ими можно опоясать земной шар два с половиной раза, а площадь всасывания составит 6300 квадратных метров, или участок длиной в 6 километров и шириной в 1,05 метра. Сквозь эту поверхность в ткани организма проникают питательные вещества (через пищеварительный тракт, легкие и т.п.), и через нее же выводятся продукты обмена (например, токсины).

Крови в организме недостаточно для того, чтобы заполнить артерии, вены и всю сеть капилляров. Вот почему в тех частях тела, которые находятся в состоянии покоя, например в мышцах, капилляры сокращаются, чтобы кровь поступала в капилляры активных органов или частей тела. Этим объясняется наша сонливость после приема пищи, когда капилляры мозга отдают кровь сосудам пищеварительного тракта.

Способность капилляров сужаться и расширяться позволяет им приспосабливаться к изменениям объема жидкости в организме. Если выпили достаточно воды и объем крови увеличится, они расширятся, в обратном случае – сузятся.

В крови содержится 95 процентов воды, которая поступает в организм через желудочно – кишечный тракт. Увеличить этот процент практически невозможно, иначе кровеносные сосуды лопнут от давления воды. Однако осмотические обмены снижают объем крови (эту же функцию выполняют почки, о чем будет рассказано дальше).

Вода, попадающая в кровь через желудочно –кишечный тракт, разбавляет кровь и понижает осмотическое давление крови на стенки кровеносных сосудов (осмотическое давление жидкости зависит не от ее объема, а от ее концентрации). С внешней стороны кровеносных сосудов находится внеклеточная жидкость, концентрация которой близка к концентрации крови. Это позволяет организму регулировать осмотический обмен в обоих направлениях: во внеклеточную жидкость из крови поступают питательные вещества, а из внеклеточной жидкости в кровь – токсины.

При поступлении воды в организм концентрация крови снижается, а плотность внеклеточной жидкости становится выше, что стимулирует осмотический перенос воды из крови во внеклеточную жидкость. Поскольку этот процесс происходит постоянно, излишки воды в крови моментально поступают во внеклеточную жидкость.

Вода, поступающая во внутритканевое пространство, используется для обновления внеклеточной жидкости, в которую попадают продукты жизнедеятельности клеток. Кроме того, внутритканевая среда может отдавать воду клеткам, постоянно нуждающимся в воде, единственным источником которой для них является внеклеточная жидкость. Кстати, клетки орошаются кровью опосредованно.

Благодаря естественному механизму контроля объем внеклеточной жидкости обычно является постоянным. Однако он может изменяться. Дефицит воды на этом уровне ведет к дегидратации тканей и, как следствие, к ряду заболеваний. Избыток воды в межтканевом пространстве вызывает отек, т.е. скопление излишка воды в тканях. Отеки возникают не от увеличения объема клеток, а от увеличения объема внеклеточной жидкости. Они чаще всего появляются на ногах (в области лодыжек), кистях и веках. Причиной этого состояния является избыток соли. Небольшое количество соли необходимо организму, поскольку она удерживает воду, но в избытке соль вредна.

Клетки являются конечным пунктом назначения для поступающей в организм воды. Именно здесь проходят важнейшие биохимические реакции, обеспечивающие правильную работу организма (70 процентов воды, содержащейся в организме, находится в клетках).

Вода из внеклеточной жидкости проникает в клетку либо благодаря осмосу, либо через специальные насосы, разбросанные по всей поверхности клетки. Эти насосы контролируют и регулируют поступление воды в клетку, чего трудно добиться при обычном осмосе.

Вода является основным компонентом внутриклеточной жидкости. Кроме того, она обновляет эту жидкость, переносит вещества из одной части клетки в другую и т.д.

Для правильной работы клеткам необходим оптимальный объем воды. Любое количественное колебание является потенциальной причиной болезней, поэтому организм моментально реагирует на малейшие изменения концентрации воды. Дефицит воды заставляет клетки изымать ее из внеклеточной жидкости. И наоборот, всякий избыток воды внутри клетки нейтрализует путем перемещения ее во внеклеточную жидкость.

Постоянный обмен в обоих направлениях происходит через клеточную мембрану, которая разделяет вне- и внутриклеточную среды. Интенсивный обмен обеспечивает непрерывное обновление жидкостей, которые заполняют тело.

Использованной в процессах жизнедеятельности клетки воде необходимо выйти из организма, поскольку в ее составе мало витаминов и минералов и много токсинов.

Для того чтобы покинуть тело, вода возвращается из клетки во внеклеточную жидкость, затем в кровь, а из крови поступает в органы выделения, которые отвечают за выведение воды и продуктов обмена веществ из организма. На этом завершается круговорот воды в организме.

Из-за повышенной чувствительности клеток к качеству и дефектам окружающей их среды им постоянно необходимо замещение органических веществ. В то время как полное замещение твердых частей тела занимает семь лет, обновление жидкостей происходит всего за две-три недели.

Вода выводится из организма четырьмя способами.

Почки – это главный орган выведения воды из организма. Ежедневно с мочой он теряет 1 – 1,5 литра жидкости. При прохождении по почечным клубочкам (маленьким фильтрам, образующим почки) часть воды, содержащаяся в крови, и находящиеся в ней продукты обмена веществ (минералы, мочевая кислота, мочевина и т.п.) остаются в них. Вода и содержащиеся в ней вещества вместе образуют мочу, которая состоит на 95 процентов из воды и на 5 процентов – из иных компонентов.

Каждая почка содержит около миллиона клубочков. Фильтрация возможна благодаря разнице в давлении с обеих сторон клубочковой мембраны. Поскольку давление крови выше, вода проникает через мембрану точно так же, как сок через марлевый мешок с фруктовым пюре. Роль давления в процессе фильтрации можно увидеть на следующих примерах: когда оно возрастает (например, при сильном испуге, после чашки кофе или плавания в холодной воде), процесс выработки мочи усиливается; у людей с низким кровяным давлением воздействие на клубочковую мембрану почек менее интенсивное.

У разных животных объем выводимой воды зависит от того, как в организме усваиваются белки. При расщеплении белков могут выделяться мочевина и мочевая кислота.

Мочевина является продуктом метаболизма белков. Ее объем при расщеплении белков гораздо выше, чем при расщеплении других питательных элементов. Мочевине требуется огромное количество воды не только для ее выведения из организма, но и для разбавления, чтобы не раздражать слизистую мочевых путей. Разведение считается нормальным в том случае, если количество мочи в день равно 1,5 литра.

Помимо функции очищения почки выполняют и другие задачи, например, контролируют содержание жидкости в организме. Если ткани испытывают водный дефицит, то почки выделяют мочу с меньшим объемом воды. И наоборот, если в организме слишком много воды, ее излишки выводятся незамедлительно.

Вода выводится из организма с потом. Пот на 99 процентов состоит из воды. Один процент составляют отработанные минералы (натрий, фосфор и т.п.) и органические вещества (мочевина, мочевая кислота и другие). Через пот из организма выводятся те же продукты обмена веществ, что и с мочой, но в меньшей концентрации.

Пот образуется в потовых железах и выводится через них. На одном квадратном сантиметре кожи находятся от 70 до 120 потовых желез. Процесс фильтрации в этих железах аналогичен тому, который происходит в почечных клубочках: разница давлений с разных сторон фильтра обеспечивает поступление воды и продуктов обмена веществ из крови в потовые железы. Образовавшийся пот выводится на поверхность кожи по очень маленьким канальцам.

Через пот из организма выходят вода и токсины. Однако он выполняет и терморегулирующую функцию, например, при сильной жаре, большой физической нагрузке или лихорадке. Испарение с поверхности кожи понижает температуру тела, таким образом, чем она выше, тем интенсивнее потоотделение и потеря воды.

Различают уровни интенсивности потоотделения. При низком уровне пот выделяется постоянно, но в очень небольшом объеме и испаряется, как только достигает поверхности кожи. Этот процесс незаметен для невооруженного глаза. При интенсивном потоотделении, которое носит эпизодический характер, человек теряет много жидкости.

Каждую минуту в потовых железах образуется 0,03 грамма пота, а суточный объем пота достигает 540 граммов, если организм находится в состоянии покоя. Во время интенсивной физической нагрузки он может достигать 1 литра в час и более. В жаркую погоду потоотделение и того выше. В сауне человек теряет до 40 граммов пота в минуту, или 1200 граммов каждые полчаса. Пациенты в лихорадочном состоянии иногда теряют 5-6 литров пота в день. Но это возможно лишь в том случае, если потери воды постоянно восполняются. Выпитая вода из кишечника поступает в кровь, а оттуда – в потовые железы. При недостатке выпитой воды организм берет воду не из кишечника, а из внеклеточной жидкости. Если и ее не хватает, то воду начинают терять клетки. Если запасы воды не восполняются длительное время, наступает обезвоживание. Выработка пота замедляется, а сам пот становится более концентрированным. Потребление воды является обязательным условием для восстановления водного баланса.

Потоотделение некоторых животных, например собак, не охлаждает организм во время физической нагрузки. У этих животных испарение происходит в легких. Высунутый язык и частое дыхание обеспечивают такой же процесс испарения воды через легкие, какой происходит у человека через кожу.
Легкие

При выдохе из организма в виде пара выводится определенный объем жидкости. При данном пассивном выведении организм теряет от 300 до 500 граммов воды в день. Этот объем повышается во время интенсивной физической нагрузки (от 2 до 5 миллилитров в минуту по сравнению с 0,25 миллилитра в состоянии покоя), а также в сухую жаркую погоду. Это необходимо для увлажнения слизистой дыхательных путей, потому что сухая слизистая становится уязвимой, теряет эластичность и вызывает проблемы, например кашель.

Через кишечный тракт организм теряет наименьший объем воды. Несмотря на то, что 150 граммов каловых масс могут иметь твердый вид, содержание жидкости в них может достигать 120 граммов. Эта жидкость необходима для совершения акта дефекации. При некоторых кишечных заболеваниях содержание воды может достигать нескольких литров, что становится причиной диареи.

Избыток воды в стуле имеет две причины.

При неинфекционной диарее, вызванной сильным нервным потрясением или пищей, раздражающей слизистую оболочку кишечника, происходит повышенное образование секрета. Эта секреция носит защитный характер и направлена на разжижение стула. Однако большие потери воды могут привести к дегидратации организма.

При инфекционной диарее вирусы или бактерии разрушают клетки кишечника, поэтому они не могут абсорбировать воду, поступающую с пищей. Избыток воды сильно разжижает стул и придает ему жидкую консистенцию. Вода не поступает в кровь и клетки, а поскольку кишечник является основным источником воды в организме, то повышается риск обезвоживания организма.

Круговорот воды в организме заканчивается ее выведением из организма.

Прохождение воды по разным уровням (желудочно-кишечный тракт, кровь, внеклеточный, внутриклеточный, затем в обратном направлении) – это лишь один аспект водного цикла. Большой цикл состоит из маленьких, например цикл воды в почках. Далее описывается, как работа организма, который частично является закрытой системой, зависит от постоянной циркуляции в нем жидкости.
Таблица 2.3

Потери жидкости ( в литрах)
Моча	1,5
Пот	0,5
Через легкие	0,4
Через кишечник	0,1
Всего	2,5

Пищеварительный тракт

Для секреции ферментов пищеварительные железы берут необходимую воду из крови. Объем этой воды немалый; ежедневно в пищеварительном тракте образуется около 7 литров пищеварительных соков: 1 литр слюны, 1,5 литра желудочного сока, 0,75 литра желчи, 0,75 литра панкреатического сока и 3 литра кишечного сока.

Несмотря на то, что секрет образуется за счет взятой из крови воды, объем крови не уменьшается. Она восстанавливает свой объем благодаря воде, которую мы пьем. Пищеварительные соки, которые размягчают и разжижают пищу, не выводятся с каловыми массами, а усваиваются слизистой оболочкой толстой и тонкой кишки.

С каловыми массами выводится не более 120 граммов воды. Из 7 литров воды, необходимых для образования пищеварительных соков, 6,88 литра (или 97 процентов общего объема) впитываются слизистой оболочкой кишечника и попадают обратно в кровь для использования в других участках организма. На самом деле кишечник впитывает не только эти 6,88 литра пищеварительных соков, но и 1,2 литра воды, которую мы выпиваем или получаем с твердой пищей.

Таблица 2.4

Водный баланс пищеварительного тракта (в литрах)

Прием
Вода в продуктах	1,0
Напитки	1,2
Слюна	1,0
Пищеварительные соки	1,5
Панкреатические соки	0,75
Желчь	0,75
Кишечные соки	3,0
Всего	9,2

Выведение
Вода в испражнениях	0,1
Поглощенная вода	9,2
Всего	9,2

Почки

Через почки за минуту проходит до 120 миллилитров воды, за 24 часа – 180 литров. Но ежедневно организм выводит не 180 литров мочи, а всего 1-2 литра. Что же происходит с оставшейся водой? Она впитывается особыми почечными структурами (извитыми канальцами), откуда возвращается в кровь. Благодаря этому механизму организм не теряет воду, большие объемы (слишком большие, чтобы возместить их потерю) которой необходимы для очистки крови.

И снова мы наблюдаем удивительную способность организма к саморегуляции. Для того чтобы выжить, он использует имеющуюся в нем воду для самых разнообразных функций.


РОЛЬ ВОДЫ В СОВРЕМЕННОМ ОБЩЕСТВЕ
Вода – это сама жизнь и для растений, и для травоядных, и для хищных животных, и для человека! И, тем не менее, для многих из нас присутствие воды незаметно, как присутствие воздуха. Вода воспринимается как привычный повседневный спутник нашего быта, всегда готовый прийти на помощь.

В современном мире прогресс и процветание напрямую связаны с надежным источником водоснабжения. Промышленные предприятия обычно сосредоточены у крупных рек, ибо вода необходима для производства практически любой продукции. Пищевая промышленность связана с немалыми расходами воды. Огромные количества воды потребляют электростанции. Сельское хозяйство «выпивает» еще больше воды. Орошаемое земледелие потребляет львиную долю мировых запасов пресной воды.

На производство одной тонны стали уходит до 280 тонн воды, а на то же количество синтетических волокон – 5000 тонн воды! Чтобы получить один килограмм бумаги, требуется около 700 литров воды. Для изготовления автомобиля требуется количество воды, в 50 раз превышающее его вес.

Итак, пресная вода – основа экономической жизни человека. 97% воды на планете приходится на океаны, но вода океанов очень соленая, потому и для питья, и для промышленных и сельскохозяйственных нужд она не пригодна.

Пресная вода составляет всего около 3% водных ресурсов Земли. К тому же большая часть этой почти недоступен для человека! Вечные льды и снега – это 68,7% от тех процентов, грунтовые воды – 30,1% вечная мерзлота, подземный лед – 0,9%, итого на доступные людям озера и реки приходится всего-навсего 0,3% пресной воды.

По данным Стокгольмского института окружающей среды, треть мирового населения уже сейчас в регионах, испытывающих дефицит пресной воды. Как отмечает исследовательница Элизабет Даудесвелл, в развивающихся странах 80% всех заболеваний и более трети смертей обусловлены отсутствием чистой воды.

По данным ВОЗ, только за последние 5 лет от болезней, обусловленных загрязненной водой, в мире погибло более 2 млн. детей в возрасте до 5 лет. Согласно данным Шведского Международного агентства развития и сотрудничества (SIDA) , около 900 миллионов человек в мире страдает от различных заболеваний, связанных с загрязненной водой, 3 миллиона (!) ежегодного умирает от болезней, передающихся через воду, и это число неуклонно растет.