Vanduo, H2O

Labiausiai paplitęs Žemėje junginys, sudaro 71 proc. jos paviršiaus. Gyvūnų ir augalų organizmuose vanduo sudaro daugiau kaip 50 proc., tam tikrais atvejais siekia 95–98 proc. bendros masės. Žmogaus organizme vanduo sudaro 55 proc. kūno masės. Vanduo – labai geras tirpiklis. Jo pagrindu sudaryti biologiniai skysčiai, pvz., kraujas, limfa, skrandžio sultys, seilės, šlapimas ir kt., taip pat vanduo yra terpė, kur vyksta visi gyvybiškai svarbūs cheminiai procesai. Būdamas poliniu junginiu, vanduo skatina elektrolitų disociaciją ir tiesiogiai dalyvauja medžiagų hidrolizėje, hidratacijos reakcijose ir daugelyje kitų fizikinių-cheminių procesų. Vandens struktūros savitumas lemia ištirpusių jame stambiamolekulių junginių, pvz., baltymų, nukleorūgščių, polisacharidų, savybes. Vanduo labai svarbus šalinant galutinius medžiagų apykaitos produktus (šlakus) iš organizmo. Nedidelis vandens klampumas, nuo kurio priklauso kraujo ir limfos tekėjimas, taip pat yra svarbi jo biologinė savybė. Kiekybiškai vanduo yra pagrindinė organizmo medžiaga. Senstant jo kiekis šiek tiek mažėja. Bendras vandens kiekis 70 kg sveriančio vyro organizme yra apie 42 litrus: viduląstelinio skysčio yra apie 28 l, neląstelinio – apie 14 l. Neląstelinis skystis gali būti išskiriamas į plazmą (apie 3,5 l) ir tarpląstelinį skystį (apie 10,5 l). Naujagimio kūne vanduo sudaro iki 75 proc. kūno svorio, suaugusio vyro kūne – apie 60 proc., moters kūne, dėl mažai vandens turinčių adipocitų – apie 55 proc. Vandens pasiskirstymas žmogaus organuose ir audiniuose yra įvairus. Tam tikruose audiniuose (kepenys, baltoji smegenų medžiaga, oda) vandens yra apie 70 proc. bendros masės, kituose (raumenys, širdis) – daugiau (76–80 proc.), o plaučiuose, jungiamajame audinyje, inkstuose – iki 80 proc. Kraujyje yra apie 83 proc. vandens, o kituose biologiniuose skysčiuose – iki 95–99 proc. Tuo tarpu kauluose ir riebaliniame audinyje vandens yra mažiausiai. Suaugusiam žmogui per parą reikia apie 40 g vandens vienam masės kilogramui. Maitinamiems krūtimi vaikams jo reikia 3–4 kartus daugiau. Vanduo į organizmą patenka su įvairiais skysčiais, kaip kietųjų maisto produktų vanduo ir kaip vanduo, susidarantis organizme audinių kvėpavimo metu oksiduojant įvairius substratus. Apie 0,2–0,4 l vandens per parą suaugęs žmogus išskiria pro plaučius su iškvepiamu oru. Apie 0,1–0,3 l per parą pašalinama su išmatomis. Su prakaitu išskiriamas vanduo (0,5–0,6 l) atlieka termoreguliacinę funkciją. Stipriai prakaituojant pro odą galima išskirti iki 5 l per parą ir daugiau vandens. Bendras iš organizmo išskiriamo vandens kiekis (pro inkstus, plaučius, odą, žarnyną ir kt.) yra apie 1/7 didesnis negu suvartotas. Tai yra todėl, kad vanduo, kaip ir CO₂, yra galutinis medžiagų apykaitos produktas. Oksiduojantis įvairioms maisto medžiagoms, susidaro skirtingi vandens kiekiai, pvz., iš 100 g riebalų susidaro 107 ml, iš angliavandenių – 55 ml, iš baltymų – 41 ml vandens. Į organizmą patekęs vanduo pradedamas rezorbuoti skrandyje, tačiau į kraujo kapiliarus ir iš dalies į limfą jo daugiausiai patenka žarnyne. Kraujo osmosinis slėgis paprastai yra didesnis negu chimuso (maisto turinio), todėl vandens rezorbcijai nereikia didelių energijos sąnaudų. Rezorbuotas vanduo iš dalies sulaikomas kepenyse, iš dalies patenka į didįjį kraujo apykaitos ratą. Tačiau, net ir rezorbavus didelius vandens kiekius (iš karto 1,5 l), kraujas nesuskystėja. Tai paaiškinama tuo, kad didžioji dalis rezorbuoto vandens patenka į tarpląstelinius tarpus. Svarbią reikšmę, laikant perteklinį rezorbuotą vandenį, turi oda ir kepenys. Vandens apykaita glaudžiai susijusi su baltymų, lipidų, angliavandenių ir ypač mineralinių medžiagų apykaita. Vandens išskyrimas iš organizmo yra reguliuojamas. Svarbiausią reikšmę turi šlapimo išskyrimo reguliacija. Vandens apykaitą organizme reguliuoja smegenys ir endokrininės liaukos. Užpakalinės posmegeninės liaukos dalies hormonas vazopresinas skatina vandens reabsorbciją inkstų kanalėliuose ir mažina diurezę. Vandens sulaikymą organizme skatina antinksčių steroidiniai hormonai (kortizolis, aldosteronas). Jie organizme sulaiko Na⁺, tuo pačiu ir vandenį. Ilgą laiką vartojant skydliaukės hormonus (tiroksiną), pastebimas svorio sumažėjimas dėl padidėjusio vandens išskyrimo pro odą. Vandens apykaita sutrinka dėl vandens sulaikymo (audinių hiperhidratacija). Jeigu vanduo sulaikomas organizme ilgesnį laiką, susidaro edemos (uždegiminės, bado, druskų ir kt.). Patologinė organizmo audinių dehidratacija dažniausiai būna, padidėjus vandens išskyrimui pro inkstus (iki 15–20 l per parą). Tokį didelį vandens išskyrimą lydi didelis troškulys, pvz., necukrinio diabeto metu. Sergant šia liga, dėl posmegeninės liaukos hormono vazopresino trūkumo inkstai nesugeba koncentruoti pirminio šlapimo. Šlapimas yra labai praskiestas ir labai mažo lyginamojo svorio.

Vanduo ląstelėse sudaro tą terpę, kur vyksta medžiagų pernaša, fermentų katalizuojamos metabolinės reakcijos, cheminės energijos pernaša ir kt. Todėl visi gyvosios ląstelės struktūriniai elementai turi prisitaikyti prie fizikinių ir cheminių vandens savybių. Vanduo ir jo jonizacijos produktai H+ ir OH- veikia įvairius ląstelės komponentus, pvz., baltymus, nukleorūgštis, lipidus ir kt. Palyginus su daugeliu kitų skysčių, vandens virimo ir garavimo temperatūra yra aukšta. Tai rodo stiprų vidinį molekulių sukibimą.

Chemiškai vanduo yra vandenilio oksidas, sudarytas iš 11,11 proc. vandenilio ir 88,89 proc. deguonies. Abu vandenilio atomai molekulėje išsidėstę į vieną pusę nuo deguonies. Vandens molekulėje deguonies atomas yra sp³ hibridizacijos, todėl valentinis kampas HOH (104,5°) artimas tetraedriniam kampui. Elektronų pora, sudaranti O–H ryšį, pasislinkusi elektriškai neigiamesnio deguonies atomo link. Dėl poslinkio vandenilio atomai įgauna dalinį teigiamą krūvį, o deguonies atomas – dalinį neigiamą krūvį, todėl vanduo yra polinė medžiaga.

Garų būsenos vandens santykinė molekulinė masė lygi 18 ir atitinka vandens formulę H₂O. Tačiau skystos būsenos vanduo yra asocijuotas, t. y. kartu su paprasta H₂O struktūra randama ir sudėtingesnių – (H₂O)n, čia n=1, 2, 3. Kietos būsenos (ledo) kiekvienos molekulės deguonies atomas sudaro du vandenilinius ryšius su gretutinėmis vandens molekulėmis. Molekulės sudaro tam tikrus molekulinius sluoksnius, kuriuose kiekviena molekulė sudaro tris vandenilinius ryšius su to paties sluoksnio molekulėmis ir vieną su kito sluoksnio. Dėl šios priežasties ledo struktūra yra labai nekompaktiška. Ledui tirpstant, ima irti vandeniliniai ryšiai. Apie 0 °C temperatūros skystame vandenyje aptinkama ledo struktūrų ir laisvų vandens molekulių, kurios užima ertmes ledo struktūroje. Todėl vandens tankis tirpstant ledui didėja. Šildant vandenį, vyksta tolesnis vandenilinių ryšių irimas ir vandens tankis didėja, pasiekdamas maksimumą esant +4 °C temperatūrai. Nuo +4 °C įsivyrauja šiluminis molekulių judėjimas ir vandens tankis pradeda mažėti. Kaitinant vandenį, dalis šiluminės energijos panaudojama vandeniliniams ryšiams suardyti (25,2 kJ/mol), todėl vandens šiluminė talpa yra tokia didelė.

Šaltinis | Dažniausiai vartojamų biomedicinos terminų ir sąvokų aiškinamasis žinynas | Lietuvos sveikatos mokslų universitetas | Akademikas Profesorius Antanas Praškevičius, Profesorė Laima Ivanovienė