CC BY
0Actual Problems of Modern Science and Practice
УДК 574
ВОДОПРОВОДНАЯ ВОДА: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА TAP WATER: THEORY AND PRACTICE
Мареха В.И.,1 Кузъмичев Н.Ю., Козыркин Б.И.,3 Орлов В.Ю.,4 Микулец Ю.И.5
В статье авторы рассматривают теорию и практику водопотребления и водоотведение в Москве и Московской области. Они отмечают, что в настоящее время накоплено достаточное количество информации, позволяющей достоверно утверждать, что существует ряд синергических взаимодействий витаминов и биоэлементов, без учета которых невозможно создать эффективное лечение отдельных патологий без витаминно-минеральных комплексов. В заключении статьи, авторы отмечают, что понимание механизмов этого взаимодействия позволяет практическому врачу в условиях большого количества присутствующих на современном фармацевтическом рынке препаратов наиболее рационально выбрать витаминно-минеральный комплекс для профилактики и/или лечения определенного патологического состояния с учетом региона проживания пациента и поступления водопроводной воды в его организм.
In the article, the authors examine the theory and practice of water consumption and wastewater disposal in Moscow and the Moscow region. They note that at present, a sufficient amount of information has been accumulated to reliably state that there are a number of synergistic interactions of vitamins and bioelements, without which it is impossible to create an effective treatment for certain pathologies without vitamin-mineral complexes. In conclusion of the article, the authors note that understanding the mechanisms of this interaction
1 Мареха В.И., к.т.н, доц. каф. микроэлектроники, МИЭТ, Москва, Зеленоград,
Marekha V.I., Ph.D., Associate Professor department microelectronics, MIET, Moscow, Zelenograd
2
Кузьмичев Н.Ю., вед. инж. каф. общей химии и экологии МИЭТ, Млсква, Зеленоград,
Kuzmichev N.Yu., leading. Eng. department general chemistry and ecology MIET, Mlskva, Zelenograd
3
Козыркин Б.И., к.х.н, исп. дир. ООО «Алкил», Москва, Зеленоград,
Kozyrkin B.I., Ph.D., Spanish. dir. LLC "Alkil", Moscow, Zelenograd
4
Орлов В.Ю., инж., ООО «Алкил», Москва, Зеленоград, Orlov V.Yu., engineer, LLC "Alkil", Moscow, Zelenograd
Микулец Ю.И., д.б.н, проректор по научной работе, АНО ВО МГЭУ Mikulets Yu.I., Doctor of Biological Sciences, Vice-Rector for Scientific Work, ANO VO MHEU, e-mail: ymikulets@mail.ru
allows the practitioner, given the large number of drugs present on the modern pharmaceutical market, to most rationally choose a vitamin and mineral complex for the prevention and/or treatment of a certain pathological condition, taking into account the region of residence of the patient and the supply of tap water into his body.
Ключевые слова: вода, водопотребление, водоотведение, биоэлементы, организм, витамины, химия.
Key words: water, water consumption, water disposal, bioelements, body, vitamins, chemistry.
DOI: 10.31774/2658-7890-2023-5-3-11-23
Все живое на нашей планете на 2/3 состоит из воды. На первом месте в живом веществе по массе стоят микроорганизмы, на втором—растения, на третьем—животные, на последнем — человек. Бактерии на 81 проц. состоят из воды, споры—на 50 проц., ткани животных в среднем на 70 проц., лимфа
— 90 проц., в крови содержится около 79 проц. Самая богатая водой ткань — стекловидное тело глаза, которое содержит до 99 проц. влаги, самая бедная
— зубная эмаль — всего лишь 0,2 проц.
Вода в организме выполняет несколько функций: растворенные в ней вещества реагируют друг с другом, вода помогает удалению отходов обмена веществ, служит регулятором температуры, являясь хорошим переносчиком тепла, а также смазочным веществом.
У живых организмов вода может синтезироваться в тканях. Так, например, у верблюда жир в горбу, окисляясь, может дать до 40 л воды. Человек, выпивая 2,5 л воды в сутки, ежедневно промывает желудок 10 л жидкостей и испаряет 0,7 л воды.
Изучение химического состава клеток показывает, что в живых организмах нет никаких особых химических элементов, свойственных только им: именно в этом проявляется единство химического состава живой и неживой природы.
Велика роль химических элементов в клетке: N и S входят в состав белков, Р — в ДНК и РНК, Mg — в состав многих ферментов и молекулу хлорофилла, Си — компонент многих окислительных ферментов, Zn—
гормона поджелудочной железы, Fe — молекулы гемоглобина, I — гормона
2 2
тироксина и т. д. Наиболее важны для клетки анионы НР04 Н2Р04", С03 С1", НСО3" и катионы Na+, К+, Ca2+.
Содержание катионов и анионов в клетке отличается от их концентрации в среде, окружающей клетку, вследствие активной регуляции переноса веществ мембраной. Так обеспечивается постоянство химического состава живой клетки. С гибелью клетки концентрация веществ в среде и в цитоплазме выравнивается. Из неорганических соединений важное значение имеют вода, минеральные соли, кислоты, основания.
Вода в функционирующей клетке занимает до 80% ее объема и находится в ней в двух формах: свободной и связанной. Молекулы связанной воды прочно соединены с белками и образуют вокруг них водные оболочки, изолирующие белки друг от друга. Полярность молекул воды, способность образовывать водородные связи объясняет ее высокую удельную теплоемкость. Вследствие этого в живых системах предотвращаются резкие колебания температуры, происходит распределение и отдача тепла в клетке. Благодаря связанной воде клетка способна выдерживать низкие температуры. Ее содержание в клетке составляет примерно 5%, и 95% приходится на свободную воду. Последняя растворяет многие вещества, вовлекаемые клеткой в обмен.
В высокоактивных клетках, например в ткани головного мозга, на долю воды приходится около 85%, а в мышцах—более 70%; в менее активных клетках, например в жировой ткани, вода составляет около 40% ее массы.
В живых организмах вода не только растворяет многие вещества; с ее участием происходят реакции гидролиза — расщепления органических соединений до промежуточных и конечных веществ.
Стоит отметить, что различные органические вещества при своем окислении образуют различные количества воды. Чем богаче молекула органического вещества водородом, тем больше образуется при его окислении воды. При окислении 100 г жира образуется 107 мл воды, 100 г углеводов - 55 мл воды, 100 г белков - 41 мл воды.
Человек и плотоядные животные не могут обходиться тем количеством воды, которая имеется в твердой пище, и они страдают при отсутствии питьевой воды. Травоядные животные, питающиеся сочными кормами, могут обходиться без питьевой воды. (Нуждаются в питьевой воде сельскохозяйственные животные: коровы, из организма которых большое количество воды выделяется с секретом молочной железы - молоком; лошади, теряющие большое количество воды с потом.) Мелкие грызуны (мыши, крысы), питающиеся сухими продуктами, могут обходиться без питьевой воды. Для них большое значение приобретает эндогенная вода, образующаяся при окислении органических веществ пищи.
Суточная потребность организма человека в воде составляет около 40 г воды на 1 кг веса. У детей грудного возраста потребность в воде на 1 кг веса в три - четыре раза выше, чем у взрослых.
Вода в организмах живых существ не только выполняет транспортную функцию, она также используется в процессах обмена веществ. Включение воды в органические вещества в большом масштабе имеет место у зеленых растений, у которых при использовании солнечной энергии из воды, углекислого газа и минеральных азотистых веществ синтезируются углеводы, белки, липиды и иные органические вещества.
Поступление воды в организм регулируется чувством жажды. Уже при первых признаках сгущения крови в результате рефлекторного возбуждения определенных участков коры головного мозга возникает жажда - стремление к питью. При потреблении даже большого количества воды единовременно, кровь не обогащается водой сразу, не разжижается. Объясняется это тем, что вода из крови быстро поступает в межклеточные пространства и увеличивает количество межклеточной воды. Всосавшаяся в кровь и отчасти в лимфу из кишечника вода в значительной части поступает в кожу и на некоторое время там задерживается. В печени также удерживается некоторое количество поступившей в организм воды.
Вода выделяется из организма, главным образом, почками, с мочой, в небольшом количестве ее выделяют стенки кишечника, затем потовые железы (через кожу) и легкие с выдыхаемым воздухом. Количество воды, выделяемой из организма не постоянно. При сильном потении из организма с потом может выделяться 5 и более литров воды в сутки. В этом случае количество воды, выделяемой почками, уменьшается, моча сгущается. Уменьшается выделение мочи при ограничении питья. Однако сгущение мочи возможно до определенного предела, и при дальнейшем ограничении питья задерживается выведение из организма конечных продуктов азотистого обмена и минеральных веществ, что отрицательно отражается на жизнедеятельности организма. При обильном поступлении воды в организм, выделение мочи увеличивается.
Вода в природе. Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Вода, содержащая
Экология и водное хозяйство. 2023. Т. 5, № 3 15
значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.
Анализ водопроводной воды в Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН, г. Москва, ул Кржижановского, 15), Всероссийского научно-исследовательского института гельминтологии им. К.И. Скрябина (ВИГИС, г. Москва, ул. Б.Черемушкинская, 28), Государственного института по землеустройству (ГУЗ, г. Москва, ул. Казакова, 15) и МИЭТа (г. Зеленоград) показал, рис. 1 (а, б, в, г), что концентрация микроэлементов значительно варьирует. Так в водопроводной воде РАСХН и ВИГИСа практически нет железа, тогда как в воде ГУЗа и МИЭТа его достаточно (0,0001и 0,0004; 19,90 и 31,23 мкг/л соответственно). Зато кальция и магния в водопроводной воде РАСХН и ВИГИСа вполне достаточно, однако жесткость воды при этом в данных заведениях соответственно 3,8 и 4,0 мг.экв/л (<7,0 -мягкая).
РАСХН
1
1
\ A
1 1 J \ A ^ ^
Ag Д1 As Au В Ва Bi Са Cd Со Cr Си Fe Hg 1 In К Mg Mn Mo Na Ni P Pb S Sb Se Si Sn Те Ti T1 W Zn
а)
Actual Problems of Modern Science and Practice
ВИГИС
Л
/ 1 J\ Л__
Ag AI As Au В Ba Bi Ca Cd Co Cr Cu Fe Hg 1 In К Mg Mn Mo Na Ni P Pb S Sb Se Si Sn Те Ti 71 W Zn
6)
ГУЗ
зо - 25 - ■
1
л
1 л J \ Л /X
Ali AI AS Au В Bit Bi Ca Cd CO Cr Cu Fe Hg 1 Irl К Mg МП MO Na IMi P Rb s sb se Si sn те Ti Tl w"**^-«
B)
МИЭТ
30 25
15 -ю
/ -
/
0 -5 -10 J л \ л ^
----------' - • —• • • -.....
\
Г)
Рис. 1. Концентрация микроэлементов в водопроводной воде в мкг/л: а) РАСХН; б) ВИГИС; в) ГУЗ; г) МИЭТ. По оси X элементы, а по оси У концентрация в мкг/л.
Развивая мысль о взаимодействии некоторых микроэлементов между собой на уровне клеток нашего организма, они оказывают серьезные влияния, конкурируя между собой во время всасывания и обмена.
Так, кальций конкурирует за всасывание с медью, магнием, свинцом, железом; магний - с кальцием и свинцом; медь - с цинком, марганцем, кальцием, кадмием. Фосфаты ухудшают всасывание кальция, магния, меди, свинца. Железо является антагонистом цинка, конкурирует за всасывание с кадмием, медью, свинцом, фосфатом, цинком. Из перечисленных веществ, которые могут уменьшать всасывание железа, особое внимание обращает на себя ион кальция. Это связано с тем, что он обладает высокой биологической активностью, входит в значительном количестве в основные продукты питания и, как правило, присутствует в одной мультивитаминной таблетке с железом. Прежде всего необходимо сказать, что клеточные механизмы всасывания, то есть поступления ионов железа и кальция из просвета кишечника в ток крови через энтероциты кишечника, различны. Многочисленные исследования показали, что в этом процессе участвуют различные клеточные транспортеры [Hoenderop J. et al., 2005]. Кроме того, имеются данные о том, что кальций уменьшает поступление в организм как гемового [Hallberg, 1991], так и негемового железа. Все вместе указывает на то, что кальций может влиять на биодоступность железа, оказывая ингибирующее влияние либо на его транспорт в желудочно-кишечном тракте, либо на связывание с рецепторами, расположенными на апикальной мембране эритроцитов. Экспериментальные данные показали, что прием кальция и железа с интервалом 4 часа исключает эффект ингибирования [Gleeprup A. et al., 1993]. Помимо этого, во время приема препарата железа стоит воздержаться от употребления любых продуктов, содержащих кальций. В данном случае удобно применять витаминно-минеральные комплексы,
Экология и водное хозяйство. 2023. Т. 5, № 3 18
которые заранее предусматривают раздельное употребление железа и кальция.
Однако чаще, выполняя свою биологическую функцию во внутренней среде, витамины и минералы не конкурируют, а действуют согласованно. Самые известные примеры положительного взаимодействия во внутренней среде -восстановление витамином С окисленной формы витамина Е и поддержание кальция и фосфора витамином D [Микулец Ю.И., 2004].
Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.
Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается.
Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода. обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/К], Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.
Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно
Экология и водное хозяйство. 2023. Т. 5, № 3 19
примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.
я;Ь; 7
Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp3 -гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, так что на этих атомах создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных sp3 - орбиталях, смещены относительно ядра атома и создают два отрицательных полюса
Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях, оказывается более, высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.
В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме, в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке. Образование водородных
Actual Problems of Modern Science and Practice
связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы Н20.
По мере нагревания воды, обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4°С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4°С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью.
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды.
Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар.
Actual Problems of Modern Science and Practice
Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 °С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:
2Н2О «2Н2+02
Вода — весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.
Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосферы воздуха.
Вода способна соединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так: называемые гидраты газов. Примерами могут служить соединения Хе*6Н2 О, С12*8Н20, С2Нб*6Н20, С3Н8*17Н20, которые выпадают в виде кристаллов при температурах от 0 до 24 °С (обычно при повышенном давлении соответствующего газа). Подобные соединения возникают в результате заполнения молекулами газа ("гостя") межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды ("хозяина"); они называются соединениями включения или клатратами.
Таким образом, в настоящее время накоплено достаточное количество информации, позволяющей достоверно утверждать, что существует ряд синергических взаимодействий витаминов и биоэлементов, без учета которых невозможно создать эффективное лечение отдельных патологий без витаминно-минеральных комплексов. Понимание механизмов этого взаимодействия позволяет практическому врачу в условиях большого
Actual Problems of Modern Science and Practice
количества присутствующих на современном фармацевтическом рынке препаратов наиболее рационально выбрать витаминно-минеральный комплекс для профилактики и/или лечения определенного патологического состояния с учетом региона проживания пациента и поступления водопроводной воды в его организм.
Литература
1. Микулец Ю.И., Цыганов А.Р., Тишенков А.Н., Фисинин В.И., Егоров И.А. Биохимические и физиологические аспекты взаимодействия витаминов и биоэлементов. Монография.. - Сергиев Посад. 2002. (переизд 2-е 2004 г.)192 с.
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Все авторы в равной степени несут ответственность при обнаружении плагиата, самоплагиата и других нарушений в сфере этики научных публикаций.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. All authors are equally responsible for detecting plagiarism, self-plagiarism and other ethical violations in scientific publications.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 30.09.2023; одобрена после рецензирования 06.10.2023; принята к публикации 07.10.2023.
The article was submitted 30.09.2023; approved after reviewing 06.10.2023; accepted for publication 07.10.2023.
