Роль воды для человека


Роль воды для человека

Еще в 60-е годы Нобелевский лауреат, крупнейший авторитет в области биоэнергетики Альберт Сцент-Дьерди воскликнул: «Биология забыла роль воды или вообще не думала о ней». Основную субстанцию организма – воду принято рассматривать как почти нейтральный растворитель, в котором протекают биохимические реакции, как субстанцию, которая разносит по телу различные вещества. Считалось, что воды в организме более, чем достаточно, а та, что теряется с потом, мочой и выдыхаемым воздухом легко компенсируется любыми напитками, что содержат воду, так, что роль воды просто недооценивали. Только в самые последние годы стало приходить понимание роли воды для человека того, что не существует воды, как таковой, что она представлена множеством различных форм и это ее разнообразие позволяет ей не только поддерживать жизнь, но, по существу, быть источником жизни.

В последние годы начались исследования роли воды и ее структурных особенностей, содержащейся как в живых клетках, так и во внеклеточной среде. Обнаружилось, что вода в живом организме высоко организована, т.е. значительная часть воды связана с биологическими молекулами, образуя многослойные структуры.

Итак, вода играет не менее важную роль в динамической структурной организации живого вещества – клеток и окружающих их соединительно-тканных элементов, что и биологические молекулы, которые в ней обитают. Но она еще и непосредственно участвует в обмене веществ, который, собственно, и лежит в основе всех процессов жизнедеятельности. Обмен веществ – это непрерывная замена одних молекул на другие, т.е. распад одних и синтез тех же или других молекул, нужных организму в данный момент и в данном его месте. Осуществление обмена веществ требует непрерывного притока энергии, а в ее продукции в организме вода, как мы увидим алее, также играет ключевую роль.

Роль воды в основных биохимических реакциях известно давно, но до последнего времени на это не обращали слишком большого внимания, считая, что воды в организме всегда хватает для нормального их протекания. Если же приглядеться внимательнее, то станет ясно, что для одних процессов нужна как бы одна вода, для других – совсем другая, для третьих еще какая-то, и т. д. Тогда возможна ситуация, при которой организм может страдать от жажды при, казалось бы, избытке в нем воды из-за дефицита той, что нужна ему в данный момент. Например, для получения из пищи питательных веществ и строительных материалов основные компоненты пищи – белки и углеводы должны быть раздроблены на мелкие фрагменты. Это происходит за счет гидролиза – расщепления полимеров водой. Но чтобы гидролиз прошел, должна разделиться на две части и сама молекула воды. Значит, эффективность расщепления пищевых полимерных молекул зависит не только от их состава и структуры, не только от ферментов, которые их расщепляют, но и от того, достаточно ли там, где идет гидролиз, именно той воды, которая обладает необходимой для осуществления гидролиза структурной организацией. Гидролиз протекает и во внутренней среде организма, где одни полимеры непрерывно замещаются другими, где постоянно перестраиваются внутриклеточные и внеклеточные структуры. Путем гидролиза устраняются старые, отработавшие сво¨ биополимеры или те, что в данный момент не нужны.

На место разобранных на мелкие кусочки биополимеров должны поступить новые. Они собираются в клетке из молекулярных кирпичиков, которые в нужной последовательности стыкуются друг к другу. Когда к растущей цепи биополимера пришивается новое звено, освобождается одна молекула воды. Эта химическая реакция носит название поликонденсации, и она, по существу, противоположна гидролизу. До последнего времени ученые не слишком задумывались над тем, как в клетке, которую они рассматривали как не слишком концентрированный раствор (вспомним, что более 99% всех молекул клетки – это молекулы воды), вообще может идти такой процесс. Ведь освободившуюся при соединении двух кирпичиков молекулу воды, казалось бы, не так уж просто «вытолкнуть» в окружающую воду. Но если большая часть молекул воды там, где идет синтез полимеров, не свободна, а связана: входит, например, в состав тех или иных оболочек, то возникшей при поликонденсации молекуле воды гораздо проще покинуть место своего рождения. Естественно, там, где идет синтез, свойства водной среды должны резко отличаться от воды в местах гидролиза. В том месте, где идет гидролиз, она должна быть более свободна, чтобы обеспечить для гидролиза достаточное количество свободных молекул. До сих пор эти соображения, как правило, не принимались во внимание при рассмотрении обмена веществ.

Вода выполняет также роль строительного комплекса. Известно, что существенная часть энергетических процессов в клетках любого организма обеспечивается молекулами АТФ – так сказать, универсальной энергетической валютой. Молекулы АТФ несут в себе легко доступную энергию, и, расщепляясь, они отдают ее в нужном месте в нужное время. Для осуществления любого акта жизнедеятельности, например, мышечного сокращения, молекула АТФ должна распасться на два фрагмента – молекулу АДФ и остаток фосфорной кислоты, а этот распад – суть гидролиз. Значит, в действительности, энергия освобождается при сопряженном процессе распада молекулы АТФ и молекулы воды и если последнее затруднено, то реализовать энергию молекулы АТФ становится труднее. А чтобы запасти энергию в молекуле АТФ, ее необходимо синтезировать, соединив молекулу АДФ с остатком фосфорной кислоты. И при этом молекула воды освобождается. Нетрудно догадаться, что в том месте, где АТФ синтезируется и в том месте, где она распадается, вода должна быть по-разному связаной.

Другой известный источник энергии – это разность электрических потенциалов между клеткой и средой за счет неравномерного распределения между ними ионов калия и натрия. Концентрация калия в живой клетке много выше, чем в среде, а натрия гораздо больше в среде, чем в клетке. Особенно велика эта разница в нервных клетках, где она достигает многих десятков милливольт. Проведение нервного импульса – это электрический разряд, при котором ионы калия выбрасываются из клетки, а ионы натрия входят в нее. Затем клетка направляет энергию обмена веществ на восстановление потенциала до следующего его разряда. На роль воды в этом процессе внимания почти не обращают, хотя перераспределение ионов калия и натрия сопровождается как перераспределением воды между клеткой и средой, так и существенным изменением ее свойств. Поскольку каждый ион окружен несколькими молекулами воды, то воды перераспределяется много больше, чем самих ионов. А, значит, и здесь состояние роль воды как в клетках, так и во внеклеточной среде должно определять эффективность проведения нервных импульсов, т.е. функционирование нервной системы. То же можно сказать и о других возбудимых клетках, например, мышечных, и, в первую очередь, о клетках сердечной мышцы. При сокращении мышечных клеток ионы также перераспределяются как внутри клетки между разными ее частями, так и между клеткой и средой вместе со связанной этими ионами водой. В невозбудимых клетках изменения разности электрических потенциалов между клеткой и средой также играет определенную роль в выполнении ими своих функций. Следовательно, состояние воды существенно для электрической активности всех клеток живого организма.

Итак, вода играет определяющую роль даже в хорошо известных биоэнергетических процессах, хотя, к сожалению, до последнего времени эта ее роль оставалась вне поля зрения большинства биологов и медиков. А та роль, которую играет вода в процессах горения, о которых говорилось выше, вообще практически никем не обсуждается. Напомним, что горение отличается от тления, тем, что в последнем случае энергия освобождается в форме тепла, а при горении, когда горючие вещества напрямую окисляются активными формами кислорода, освобождаются большие порции энергии, которые превращаются в видимый свет. Как это ни удивительно, оказалось, таким горючим веществом может быть сама вода.

На рубеже нового тысячелетия сразу в нескольких лабораториях мира было обнаружено, что в обычных условиях: при нормальных температурах и давлениях, вода может непосредственно окисляться активным кислородом с образованием других активных его форм. Одна из них – это хорошо известная перекись водорода, Н2О2, которую можно изобразить как Н-О-О-Н. Но еще в конце 19 века российский химик А.Н. Бах (позднее – академик АН СССР, основатель академического Института биохимии, названного его именем), предсказал, что возможно существование полиокисей водорода типа Н2О3 (Н-О-О-О-Н) и Н2О4 (Н-О-О-О-О-Н), которые должны обладать еще более высокой «запальной» активностью, чем перекись водорода. Согласно выдвинутой им в 1897 г. теории, которую он продолжал отстаивать еще почти пол-века, именно с активации кислорода, в частности, при образовании перекисных соединений, начинаются любые окислительные процессы в организме, живущем за счет энергии, получаемой от дыхания.

Хотя перекисная теория Баха основывалась на солидных научных фактах, она осталась на периферии биоэнергетики. И только в 2000 году американские ученые установили, что воду может окислять активированный кислород (синглетный кислород) в результате чего образуется перекись водорода. Промежуточными продуктами при этом являются Н2О3 и Н2О4. При определенных условиях они могут даже накапливаться в воде, превращая ее в источник ценной энергии.

Американские ученые доказали, что окисление воды кислородом, а, по существу, ее горение постоянно идет в крови человека и животных. Давно известно, что циркулирующие в крови защитные белки – антитела – связываются с чужеродными для организма молекулами для их последующего устранения. Открытие заключалось в том, что антитела способствуют горению воды. Они так организуют воду в пространстве, что она катализирует собственное окисление синглетным кислородом до перекиси водорода. Это свойство антител, очевидно, способствует эффективному выполнению ими защитных функций. Поскольку активные формы кислорода – сильные дезинфицирующие средства, значит, вирусам и бактериям наносится ущерб уже в момент связывания с ними антител, потому что вода буквально «горит» вокруг них.

Антитела защищают организм и от его собственных молекул, если те не отвечают установленному «стандарту». Как мы отмечали выше, в норме старые, отработавшие свое молекулы устраняются путем гидролиза. Другой путь их удаления – это их сжигание активными формами кислорода. При гидролизе из высокополимерных «отходов» обмена веществ получаются кирпичики, которые можно использовать для построения новых биополимеров и других нужных организму в данный момент биомолекул. При сжигании отходов освобождается заключенная в них энергия. Эффективность обоих процессов требует помимо прочих важных факторов (наличия соответствующих ферментов, достаточного поступления активного кислорода для сжигания «отходов») особой структурной организации воды. Если же оптимальные условия удаления отходов не обеспечены, в органах и тканях накапливаются «нестандартные» молекулы, по существу, токсины, а в крайних случаях наступает опухолевое перерождение клеток. И тогда к борьбе с этими «внутренними врагами» подключаются и клетки иммунной системы, и антитела, которые способны самостоятельно структурировать воду, и «сжигать» противника с помощью активных форм кислорода. Но ведь основное предназначение иммунной системы – это защита организма от внешних «врагов», а борьба с «внутренним врагом» – это дополнительная и не совсем естественная на нее нагрузка. Если война с «криминалом» продолжается слишком долго, возможно развитие хронических воспалительных состояний или других нарушений иммунитета, например аутоиммунных заболеваний, когда антитела начинают враждовать не только с нестандартыми молекулами, но и с вполне нормально функционирующими молекулами организма, что приводит к его саморазрушению.

Итак, роль воды, и сама вода – центральный персонаж во всех процессах, обеспечивающих жизнь любого организма. Нарушение ее нормальной структурной организации, точнее соотношения различных структурных организаций и динамических характеристик может служить одной из основных причин возникновения самых разнообразных заболеваний. Значит, предотвращение болезней или излечение уже заболевшего требует не менее внимательного отношения к водной основе организма, чем к состоянию его «твердых» молекул, ибо нормальная работа всех клеток, органов и тканей возможна только тогда, когда вода и «твердые» включения в ней функционируют согласованно.