Электролиты тканей

Обмен воды тесно связан с обменом электролитов.

На значение минеральных солей в питании животных и че ловека, на кх роль в жизнедеятельности организма впервые обратил внимание Г. А. Бунге. Дальнейшие тщательные иссле дования в этом направлении были проведены в конце прошлого столетия Н. И. Луниным. Ему удалось показать, что мыши, получавшие все известные тогда очищенные части молока (казеин, жир, сахар), неизменно погибали. При добавлении к этой диете золы молока мыши жили в течение более длительного времени. Этими опытами окончательно была доказана необхоимость солей в питании. Питание животных кормом без минеальных веществ вызывает их гибель раньше, чем при полном голодании. Добавка к искусственной диете только одной соли, например хлористого натрия, ускоряет гибель животных.

Животные получают минеральные вещества в составе кормов и питьевой воды, следовательно, зависит от содержания минеральных веществ в окружающей среде, прежде всего в почве, откуда они попадают в растительные корма и в водоемы. Экологическую связь органического мира с неорганическим можно представить следующей схемой:

Почва

и вода —

Растения—

Корма и продукты питания

растительного происхождения

Организм животных

и человека

Миграция минеральных веществ (микро- и макроэлементов) в природе

Недостаточное или избыточное содержание минеральных веществ в почве или воде неизбежно влияет на содержание их в растениях, а через них и в тканях животных. Впервые теоретические основы учения о связи химического состава живых организмов и земной коры создал академик В. И. Вернадский и его многочисленные ученики (А. П. Виноградов, Я. В. Пейве, В. В. Ковальский, А. О. Войнар, Р. Н. Одынец и многие другие). В 1922 г. В. И. Вернадский писал, что организм в природе не может существовать вне связи с биосферой и разгадка жизни на земле кроется в той связи, которая существует между организмом и биосферой, т. е. в свойствах атомов, мигрирующих через организм.

Область науки, изучающая миграции атомов и геохимические процессы в биосфере, называют биогеохимией.

Химическая среда жизни и связанная с ней миграция химических атомов являются главными факторами, влияющими на минеральный состав и обмен минеральных веществ в организме животных. Отдельные области Земли отличаются между собой химическим составом почв и природных вод — в них может быть повышено либо понижено содержание отдельных химических элементов, в связи с чем нарушается поступление этих элементов в. организм животных. Такое явление, в свою очередь, приводит к нарушению обмена веществ у животных, нередко сопровождающееся эндемическими заболеваниями (постоянное наличие болезни в данной местности, обусловленное природными факторами; греч. endemos — местный). Земли, отличающиеся друг от друга химическим составом почв, называют биогеохимическими провинциями. На земном шаре 25 биогеохимических провинций, из них в СССР 17. Связь распространения эндемий с геохимическими условиями была обнаружена еще в..середине XIX в. (эндемический зоб в районах, где почвы и вода бедны иодом). В нашей стране биогеохимической провинцией с пониженным содержанием кобальта, меди, иода является Нечерноземная зона. В этой зоне распространены многие эндемические болезни (акобальтозы и авитаминоз В₂, эндемическая анемия, эндемический зоб и др.)- Биогеохимические провинции с повышенным содержанием молибдена имеются в Армянской ССР, с избытком бора — в Северозападном Казахстане, с избытком никеля — в Актюбинской области и т. д. Между отдельными элементами при их действии на организм имеется явно выраженный антагонизм, обусловленный физико-химическими и электрохимическими свойствами каждого из них. Такой антагонизм существует между кальцием и цинком, цинком и медью, медью и молибденом, молибденом и серой, кобальтом и марганцем и т. д. Если при дефиците того или иного элемента в кормах в рацион ввести как добавку его антагонист, животному будет причинен вред.

Ионы металлов в организме рассматриваются в качестве «комплексообразователей». Одними из таких комплексов, в состав которых входят различные металлы, являются ферменты. В настоящее время насчитывается свыше 180 ферментов, содеращих в своем составе металлы. Большинство металлоферментных комплексов (145) характеризуется непрочной связью апофермента с металлом, тогда как другие 35 —«истинные металлоферменты», где апофермент прочно связан с ферментом. Все «истинные металлоферменты» участвуют в окислительно-восстановительных процессах организма. В активные центры этих ферментов, как правило, входят строго определенные катионы, которые не удается заменить другими, даже близкими по физико-химическим свойствам ионами. В составе истинных металлоферментов чаще всего можно встретить медь, молибден или цинк. В ферментах, где металл с апоферментом связан непрочно, минеральный компонент не представляет строгой специфичности и может заменяться другими близкими по положению в периодической системе двухвалентными металлами.

Биологическая активность элементов в организме во многом зависит от их атомного строения. В частности, с нарастанием атомной массы в ряде групп увеличивается токсичность элементов и уменьшается их процентное содержание в организме.

Всего в организме 2—3 % минеральных веществ, но распределяются в тканях они неравномерно (табл. И).

Обычно натрий содержится в больших количествах в разичных жидкостях организма, калий — внутри клеток. Кальций, магний, фтор откладываются преимущественно в костной ткани.

Минеральные вещества усваиваются в основном в тонком кишечнике, но некоторое количество легко диффундирующих ионов всасывается уже в желудке, а также в толстом кишечнике. Всасывание солей представляет собой не пассивный процесс диффузии через мембраны, а активный перенос с затратой энергии, контролируемый целой системой регуляции — рефлекторно и с помощью гормонов и витаминов.

Таблица 11. Минеральный состав некоторых органов и тканей млекопитающих

После всасывания минеральные соли поступают в печень, где часть их задерживается, благодаря чему регулируется содержание этих веществ в крови после приема пищи. В последующем соли переносятся в различные органы, где могут избирательно откладываться. Так, катионы кальция и магния откладываются в виде апатитов, фосфатов и карбонатов в костях. В них же откладывается ряд микроэлементов (фтор, стронций, цезий, рубидий, алюминий, бериллий, свинец, олово, титан и др.). Для натрия и калия основным депо служат кожа и мышцы. Печень — депо для железа, меди, кобальта, марганца, никеля, молибдена, селена и д р.

Обмен органических веществ определяет в организме пластические и энергетические процессы. Обмен минеральных веществ не приводит к освобождению энергии и, за исключением костной ткани, не имеет заметного значения в пластическом отношении, так как в большинстве случаев содержание минеральных веществ в тканях не превышает 0, 8 — 1, 0.%.

Основное значение минеральных веществ заключается в

· регуляции ряда физико-химических процессов,

· кислотно-щелочного равновесия,

· проницаемости мембран;

· поддержании на определенном уровне осмотического давления крови, лимфы и др.;

· поддержании постоянства рН в тканях.

· в регуляции ими активности ферментов – особая роль минеральных веществ;

· поддержание осмотического давления в жидкостях организма — важный физиологический фактор, влияющий на распределение в ткаях воды и растворимых в ней веществ.

Минеральные вещества, находящиеся в тканях в свободном состоянии, существенно влияют на

· состояние коллоидов тканей.

· степень диссоциации, гидратации и растворимости многих внутриклеточных и внеклеточных белкова вместе с ней и биологическую активность.

Часть минеральных веществ в клетках связана с белками, что, опять-таки, придает и белкам, и входящим в их состав минеральным веществам качественно новые свойства.

Минеральные вещества, находящиеся в крови и других тканях в виде ионов, в отличие от недиссоциированных молекул физиологически воздействуют на организм, прежде всего на функцию нервной системы, двигательных и секреторных клеток. Различные по химической природе ионы обладают неодинаковым физиологическим действием. Так, одновалентные ионы Na⁺ вызывают усиление моторной и секреторной функции клеок. Подобно действуют при небольших концентрациях и ионы К⁺. Однако продолжительное действие ионов К⁺ после кратко, временного возбуждения клеток глубоко их угнетает. Угнетают моторную и секреторную деятельность клеток катионы Са^{2 +} и фармакодинамики лекарственных веществ и в других случаях лабораторных исследований используются изотонические эквилибрированные физиологические растворы (Рингера; Рингера— Локка; Тироде).