Нутрициологическая функция К и Na

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Обеспечение нормального водно-электролитного функционирования клеток – главная нутрициологическая функция натрия и калия.

В комплексе натрий (снаружи клеток) и калий (внутри клеток) создают необходимый для нормальной деятельности клеток мембранный потенциал в силу разности своих концентраций внутри и снаружи клеток более чем в 15 раз. Для осуществления такого неравномерного распределения этих элементов требуется затрата энергии, т.к. перенос ионов через мембрану происходит против градиента их концентраций. Это реализуется с помощью калий-натриевого насоса, который за счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ выводит три катиона натрия из клетки, а два катиона калия посылает внутрь клетки. Вследствие дисбаланса электрических зарядов внутренняя поверхность мембраны заряжается отрицательно, а внешняя – положительно.

Возникновение электрического потенциала на клеточной мембране, в свою очередь определяет возможность возникновения и проведения нервного импульса и других важных физиологических процессов в клетке.

Калий имеет существенное значение в поддержании автоматизма сокращения сердечной мышцы [290], способствуя ее расслаблению между сокращениями сердца. Калий также выполняет кофакторную функцию, активизируя ферменты, в частности пируваткиназу – ключевой момент метаболизма углеводов [86]. Кроме влияния на процессы образования углеводов, ионы калия активизируют синтез ряда белка на рибосомах и процессы гидратации/дегидратации углекислого газа [227].

Кроме электромембранной клеточной функции, ионы играют воднорегулирующую функцию: избыточное потребление натрия вызывает задержку жидкости в организме, а калия, напротив, способствуют ее выведению. 15 г поваренной соли задерживают в организме до двух литров жидкости.

Натрий играет важную роль при абсорбции в кишечнике не только воды, но и аминокислот, глюкозы, а также при их реабсорбции в почках. С натрием связаны также функции регуляции объема крови и артериального давления. Существенное влияние этих ионов на центральную нервную систему: избыток натрия в клетках коры головного мозга вызывает депрессию, избыток калия – возбуждение.

Благодаря устойчивости внешней структуры и низкой плотности положительного заряда на поверхности катионов натрия и калия их свободные атомные орбитали внешнего уровня не могут эффективно взаимодействовать с неподеленными парами электронов молекул воды, из-за чего они удерживаются в гидратной оболочке катиона только электростатически. Поэтому катионы натрия и калия не подвергаются гидролизу в водной среде и практически не проявляют склонность к комплексообразованию [227]. Основное отличие в функциональных свойствах этих катионов связано с различием в плотности положительного заряда у их поверхности: у катиона натрия она выше (большой заряд и малый радиус), поэтому его электростатическое поле сильно удерживает молекулы воды. Это явление называют положительной гидратацией, характеризующейся сравнительно большим временем жизни (τ _ср) молекул воды в толстой стуктурированной гидратной оболочке иона. У катиона калия малая поверхность плотности заряда, и поэтому тонкий плотный структурированный слой и толстый рыхлый деструктурированный [227] слой и отрицательная гидратация (τ _ср< 10 ^– ⁹с). Этим объясняется, почему катионы калия являются преимущественно компонентами внутриклеточных, а натрия – межклеточных жидкостей и почему посредством калиево-натриевого «насоса» поддерживается оптимальное содержание жидкости в организме [290].

Таким образом, совместную нутрициологическую функцию натрия и калия можно свести к двум основным значениям:

- поддержание вводно-электролитного баланса;

- активация ряда ферментов.

При этом их биологическое значение проявляется во влиянии на:

- центральную нервную систему;

- артериальное давление крови;

- сократимость мышц, в том числе сердечных.

2.3.2 Элементы К и Na вокруг нас.
Применение. Содержание в воде и продуктах питания

Натрий и калий – очень распространенные элементы. Чуть более 2, 5% земной коры приходится на натрий, и чуть меньше 2, 5% на калий. «Калий» происходит от арабского «алкали» – зола, «натрий» – от «натрон» – сода.

Натрий образует 222 минерала, среди них: галит (хлорид натрия), натриевая или чилийская селитра (нитрат натрия), глауберова соль (десятиводный сульфат натрия), бура (десятиводный тертаборат натрия), аметист, жадий, лунный камень, лазурит. Среди нескольких сотен калийсодержащих минералов: калиевая селитра (или просто селитра, нитрат калия), ортоглаз (двойная соль кремниевой кислоты, К₂Аl₂Si₆O₁₆или К₂ O ∙ Аl₂O₃ ∙ 6SiO₂), поташ (карбонат калия), сильвинит (mКСl ∙ nNаСl), каинит (КСl ∙ МgSO₄∙ 3H₂O), нефрит, лазурит и др. В нашей стране находятся самые богатые в мире месторождения калийных удобрений в районе Соликамска. Несмотря на широкое распространение этих элементов в соединениях, в чистом виде эти металлы получить достаточно трудно, т.к. они очень активны. Получают их, в основном, электролизом. Соли легко растворяются и уносятся в море, в почвах их мало, почвы обедняются. Из-за того, что ионы калия легко поглощаются коллоидными частицами почвы, содержание этого элемента в морской воде в 50 раз меньше, чем натрия [147]. Растения чаще страдают от избытка натрия и недостатка калия. Засоленные почвы (содержащие много натрия), улучшают гипсованием:

[Почва]Na ⁺ + CaSO₄ ↔ [Почва]Ca^{2 +} + Na₂SO₄.

В дальнейшем растворимые соли натрия вымываются из почвы осадками. Калий в растениях в основном находится в молодых растущих клетках, клеточном соке, и способствует быстрому накоплению углеводов. В качестве калийных удобрений используют калий хлористый (хлорид калия и натрия) и калий сернокислый (сульфат калия), печную золу, цементную пыль, органические удобрения, сложные и сложно-смешанные удобрения.

На концентрацию натрия в воде конкретного региона, помимо гидрогеологических условий, вида промышленности, влияет и время года. Концентрация его в питьевой воде обычно не превышает 50 мг/дм³; в речных водах колеблется от 0, 6 до 300 мг/дм³ и даже более 1000 мг/дм³ в местностях с засоленными почвами (для калия не более 20 мг/дм³), в подземных – может достигать нескольких граммов и десятков граммов в 1 дм³ на больших глубинах (для калия – аналогично). Уровни натрия выше 50 мг/дм³ вплоть до 200 мг/дм³ могут быть также получены в результате водоподготовки, особенно в процессе натрий-катионитного умягчения [290].

Человеческий организм на 0, 35% состоит из элементов калия и на 0, 15% из натрия.

Главный пищевой источник натрия – поваренная соль, вводимая в продукты в процессе промышленного производства пищи и при приготовлении пищи дома, досаливании ее при употреблении. К продуктам, содержащим много поваренной соли, относятся (в мг/100 г): соленые, копченые, маринованные, консервированные изделия (500–10000), колбасные изделия (400–1000), сыры (≈ 1000). Вместе с тем натрий содержится во многих других продуктах: мясе, рыбе (≈ 1000), хлебе (≈ 1000), крупах, овощах (≈ 1000).

Важно подчеркнуть, что в овощах и фруктах существенно выше содержание калия, чем натрия. Калия (в мг/100 г) в картофеле 550–600, изюме 860, какао 2400, шоколаде 535. Для восполнения источников калия рекомендуют есть курагу (более 2000 мг/100 г) или изюм (≈ 1000 мг/100 г).

Суточное потребление натрия с питьевой водой даже при повышенных концентрациях в 15–30 раз ниже, чем с пищей, и не может вызывать существенный дополнительный эффект [290]. СанПиН 10-124 99 ограничивает содержание натрия в питьевой воде величиной ПДК 200 мг/дм³; по калию ограничения не приводятся.

При обогащении продуктов калием в России разрешено использование соединений: адипат калия Е357, бензоат калия Е212, ацетаты калия Е261, аскорбат калия Е303, алюмосиликат калия Е555, альгинат калия Е402, 5-гуанилат калия Е628, 5-инозинат калия Е632, изоаскорбат калия Е317, гидрокарбонаты калия Е501, лактат калия Е326, малаты калия Е351, нитрат калия Е252, нитрит калия Е249, пиросульфит калия, Е224, полифосфат калия Е452, пропионат калия Е283, сахаринат калия Е954, силикат калия Е560, К-олеат Е470а, сорбат калия Е202, сульфаты калия Е515, сульфиты калия Е225, тартраты калия Е336, ферроцианид калия Е536, формиат калия Е237, фосфаты калия Е340, фумараты калия Е366, хлорид калия Е508.

Не все указанные соли одинаково безопасны, некоторые имеют допустимые количественные ограничения [219].

Как источники гомеопатических элементов возможно использование следующих минералов:

- нефрит (он же жад, или жадеит) – моноклинный силикат алюминия, часто с добавлением кальция и железа;

- лазурит (изометрический силикат натрия с включением кальция, алюминия и серы);

- лунный камень – калиевый силикат алюминия, иногда с добавками натрия.

Глауберова соль приводит к повышению осмотического давления в кишечнике, всасыванию воды и усилению перистальтики, поэтому применяется в качестве слабительного средства. Бура применяется наружно как антисептическое средство. Хлорид натрия (поваренная соль) в медицине применяется для ингаляций, ванн. Его 0, 9% (1, 15 М) раствор называется «физиологическим» и применяется в медицине для внутривенных вливаний, на пищевых предприятиях – в микробиологических лабораториях для приготовления разведений микроорганизмов. Гипертонический раствор – для очищения ран. В домашних условиях используют довольно концентрированный раствор (≈ 10% – столовая ложка соли на стакан воды) для полосканий.

Гидрокарбонат натрия (пищевая сода) – буферная соль – поддерживает кислотно-щелочное равновесие в жидких средах организма. Гидрокарбонат натрия вследствие гидролиза проявляет слабощелочные свойства и применяется при повышенной кислотности желудочного сока, изжоге и других заболеваниях. Наружно применяется при ожогах, для полосканий, промываний, ингаляций при насморке, конъюктивитах, стоматитах, ларингитах и т.д.

Обычное стекло, в основном, состоит из силиката натрия.

Калиевая селитра применяется при производстве пороха. Натриевая селитра для этого не подходит, потому, что легко впитывает влагу из воздуха, а сырой порох для стрельбы не годится. Нитрат калия формируется в разлагающихся выделениях животных, поэтому до появления современной химии специальные государственные служащие регулярно осматривали конюшни и погреба в поисках кристаллов, обеспечивающих обороноспособность армии [6].

Гидроксид натрия (едкий натр) является самым дешевым и доступным из сильных оснований, поэтому широко применяется в промышленности, в частности как моющее средство (каустическая сода). Большие объемы гидроксида натрия применяются для преобразования древесины в вискозу или бумагу. Гидроксид калия (едкое кали) используется в качестве электролита в щелочных аккумуляторах. Пероксид натрия Na₂O₂ и надпероксид калия KO₂ используют в замкнутых пространствах, например, подводных лодках, для регенерации воздуха. Если воздух пропустить через перекись натрия, углекислый газ в нем заменяется на кислород.

Ядовитые цианистый калий и натрий используется для извлечения золота и серебра из руд, для получения многих органических веществ. В промышленных масштабах цианиды получают при взаимодействии аммиака, кокса и чистых металлов при температуре около 800º С. Хлорат калия (бертолетова соль) – в спичечном производстве и пиротехнике. Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) – как протрава при крашении тканей. Хромпик – оранжевые кристаллы дихромата калия используют в производстве красителей и в составе хромовой смеси, которую применяют для мытья стеклянной посуды во всех лабораториях.

В человеческом организме содержится примерно 70 г натрия и 250 г калия, при этом концентрация ионов калия внутри клетки примерно в 35 раз выше, чем вне ее, а концентрация ионов натрия во внеклеточной жидкости в 15 раз больше, чем внутри клетки.

2.3.3 Нутрициологическая потребность в К и Na.
Проявления дефицита и избытка.
Синергисты и антагонисты усвоения

С пищей в сутки, в среднем, поступает натрия 8–12 г, а калия 2–6 г.

Точная физиологическая потребность взрослых и детей в натрии не установлена – она колеблется в широких пределах в зависимости от интенсивности потоотделения, потерь натрия с мочой и др. факторов. Раньше ее определяли в 4–6 г в сутки (10–15 г соли). Сейчас считается, что потребление 3–5 г соли ежедневно является физиологически адекватным, большее количество употребляемой соли является не физиологической потребностью организма, а традицией и привычкой. Поэтому не рекомендуется вообще вводить соль в продукты прикорма промышленного выпуска (овощные, мясные, мясорастительные, рыбные, рыборастительные консервы). Исходя из тех же соображений, не следует приучать детей более старшего возраста к частому использованию в питании закусочных консервов, деликатесных рыбо- и других продуктов, содержащих много соли [250].

Потребность в калии для взрослого человека установлена в количестве 2, 5–5 г в сутки. Потребность в калии может повышаться у лиц с избытком натрия в рационе. В результате длительного избытка в рационе натрия развивается артериальная гипертония, нарушаются функции почек. Калий помогает противодействовать заболеваниям, связанным с избытком натрия (его антагонист): водянке (задержки жидкости в организме) и высокому кровяному давлению. Длительная гипокалемия может серьезно нарушить здоровье, в частности вызвать сердечные аритмии.

Повышенный уровень калия при длительном приеме его препаратов также может вызвать нарушение сердечной деятельности, а также затрудненное дыхание.

Оптимизация усвоения К и Na

При поступлении с питанием калия и натрия в молярном соотношении 1: 1 (например, 3, 9 г К и 2, 3 г Na) поддерживается оптимальный баланс этих электролитов [86].

В будущем, возможно, будут открыты и другие соотношения и факторы, способствующие оптимизации поступления этих элементов для здоровья человека (и животных) с водой и пищей (кормом).

2.3.5 Анализ нутриционного статуса в организме,
определение К и Na в водах, продуктах, пищевых добавках

Биомаркером обеспеченности калием является уровень калия в крови: норма 3, 5–5, 0 ммоль/л; в сыворотке 78, 5–112 ммоль/л. В сыворотке крови натрия в норме 135–145 ммоль/л.

Пониженное содержание натрия в волосах обычно встречается при хронических заболеваниях почек и кишечника.

Повышенное – при нарушении выделительной функции почек, сахарном диабете, склонности к гипертонии, отекам.

Качественно присутствие калия и натрия можно доказать:

- сжиганием в пламени горелки (фиолетовый и желтый цвет, соответственно);

- микрокристаллоскопической реакцией получения кристаллов К₂Рb[(Сu(NO₂)₆)] и гексагидроксостибата (V) натрия Na[Sb(OH)₆] [31].

Концентрацию поваренной соли в растворе можно определить методом аргентометрического титрования [31]. Катионы калия и натрия можно количественно определить ионометрически, пламенно-фотометрически, радиометрически и др. методами физико-химического анализа.

Разработан нутрициологический тест «Гипотоник или гипертоник» [241], ознакомиться с которым важно даже людям, здоровье которых пока не внушает особой тревоги.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒