Однак перш ніж використовувати природну воду для пиття, необхідно визначити її склад. Вода, що містить велику кількість вапняку, називається жорсткою, а та, що містить малу кількість його, називається м’якою.
В організмі людини постійно відбувається обмін речовин. При цьому вода розкладається на складові елементи: з легень вона виходить при видиху у формі пари; виділяється у вигляді поту майже з 3 мільйонів пор, розташованих на поверхні тіла; виходить із сечових органів і прямої кишки.
В організмі людини вода знаходиться як поза клітинами, так і всередині їх. Міжклітинна вода (вода плазми крові і лімфи) становить 15-20% загальної маси тіла, а внутрішньоклітинна - 50%. Обидва цих великих водовмісники розмежовані клітинними мембранами, за допомогою яких відбувається не тільки фізико-хімічне, але й біологічне перевтілення.
Позаклітинна рідина містить хлористий натрій і певну кількість білкових молекул, якими не можна нехтувати. У внутрішньоклітинній рідині дуже мало хлористого натрію і відносна велика кількість калію. Еритроцити багаті хлором і калієм. В організмі людини міститься велика кількість калію і порівняно мало натрію.
Позаклітинна рідина складається з циркулюючої крові, лімфи, кишкових соків, спиномозкової рідини, рідкого середовища ока і вуха, суглобової і навколосуглобових рідин.
Лімфа являє собою циркулюючу форму міжклітинної рідини. Прискорення току лімфи підвищує інтенсивність і динаміку обмінних процесів, а уповільнення і застій лімфатичної рідини заглушають життя клітин і тканин. Міжклітинна рідина містить невеликий відсоток білкових молекул, який значно збільшується при захворюваннях нирок, особливо у випадку ліпідного нефриту.
Позаклітинна рідина схожа за хімічним складом з морською водою, а внутрішньоклітинна - зберігає свою хімічну індивідуальність, фіксуючи калій і відмовляючись від натрію і кальцію. Вода - найдоступніший і чудовий засіб, що дозволяє зміцнювати здоров'я і боротися з різними недугами.
Обмін води знаходиться під контролем ендокринної та нервової систем. Окремі гормони регулюють виділення води з організму. Основним регулятором є гормон гіпофіза - вазопресин, або антидіуретичний гормон, який зменшує виведення рідини нирками (діурез) за рахунок скорочення судин нирок. Секреція цього гормону підвищується при зниженні об’єму плазми крові, що сприяє затриманню води в організмі та нормалізує об’єм плазми крові. Такі зміни спостерігаються при фізичних навантаженнях, коли відбувається зниження обсягу плазми крові за рахунок інтенсивного потовиділення [23].
Обмін води регулює також гормон коркової речовини надниркових залоз - альдостерон, який забезпечує затримку натрію в плазмі крові. Вміст натрію в плазмі крові безпосередньо впливає на вміст у ній води. При виконанні фізичних навантажень, які викликають зменшення обсягу плазми крові та вмісту натрію, концентрація альдостерону в крові підвищується. Це призводить до посилення зворотного всмоктування натрію нирками (реабсорбції) і затримки води в організмі. Виділення води нирками стимулює гормон тироксин, паратгормон і статеві гормони.
При зниженні вмісту води в плазмі крові відбувається рефлекторне збудження ділянок кори головного мозку, що викликає відчуття спраги. Таким чином центральна нервова система регулює водний баланс в організмі.
При м’язовій діяльності значно збільшується зневоднення організму. Пов’язано це зі збільшенням швидкості метаболічних процесів і посиленням потовиділення, яке при окремих видах роботи може збільшитися до 90%. При фізичних навантаженнях на витривалість, наприклад при марафонському бігу, в умовах підвищеної температури спортсмен втрачає близько 2-3 л води на годину. Якщо зневоднення досягає 4-5% маси тіла, то працездатність такого спортсмена знижується на 30%. Зневоднення практично не впливає на результативність виконання короткочасної м'язової роботи (спринтерський біг, стрибки, важка атлетика) [35;58].
Для попередження зневоднення організму при спортивній діяльності необхідно своєчасне заповнення запасів води відповідно її втрат. При визначенні кількості доповнючої рідини під час тривалої роботи слід виходити з величини потовиділення, яке варіюється залежно від інтенсивності роботи, температури навколишнього середовища та маси тіла спортсмена.
У спортсменів не завжди виникає відчуття спраги при реальній необхідності відшкодування рідини. Тому кількість необхідної води спортсмен може визначити шляхом зважування: втрата 0,5 кг маси тіла відповідає втраті 378 мл води.
За добу спортсмен в середньому втрачає з сечею 1000-1500 мл води, з потом 500-1000 мл, із повітрям, що видихається - 350 мл, із калом - 100-150 мл. При важкій фізичній роботі, спортивних вправах, при високій температурі навколишнього середовища втрата води різко зростає (до 5000-8000 мл та більше на день).
Потреба спортсмена у воді визначається умовами навколишнього середовища, рівнем обмінних процесів в організмі, м'язовою роботою, кількістю і якістю спожитої їжі. У нормальних умовах потреба дорослої людини у воді становить у межах 40 г/кг, дитини грудного віку - 120-150 г/кг. Добова потреба в рідині дорослої людини в умовах нормальної температури при помірному фізичному навантаженні складає в середньому 1750-2200 мл, однак у чистому вигляді (вода, чай, компот) її необхідно в середньому лише 800-1000 мл. Решту кількості води людина отримує з першими стравами - 250-500 мл, другими стравами та іншими продуктами харчування - 600-700 мл. Крім того, в самому організмі за рахунок процесів біохімічного окислення утвориться 300-400 г води [12].
Особливо багаті на воду овочі, ягоди, різні фрукти (в них 80-90% води). У борошняних стравах кількість води становить 2/3-4/5 їх маси, у свіжому хлібі - до 1/3 маси. Вільної води мало в жирній їжі, сухарях, яйцях, сирі, рисі.
Також важливе значення має дотримання раціонального питного режиму. Безладне, у великій кількості пиття часто недостатньо вгамовує спрагу. Надмірне вживання води приводить до стану водної інтоксикації, надмірного навантаження на серце і нирки. Постійне переповнення шлунка водою рефлекторно підвищує діяльність потових залоз, посилює потовиділення. При цьому травлення їжі у шлунку погіршується.
Необхідно стримуватися від надмірного і частого пиття. Пити воду рекомендується невеликими порціями через 20-30 хвилин, оскільки всмоктування її та надходження в тканини починаються не відразу, а через 10-15 хвилин.
Обмін води в організмі тісно пов'язаний з обміном мінеральних солей. Підвищене введення і виділення води приводить до збідніння організму солями, оскільки вони виводяться з потом. Внаслідок цього колоїдні (від грецької коllо - клей і eidos - вигляд) речовини крові втрачають здатність зв'язувати воду, і, незважаючи на посилене пиття, вона не затримується в організмі. У цих випадках потрібно пити не прісну воду, а підсолену (вода повинна містити 0,5% кухонної солі), оскільки солі натрію сприяють утриманню води в організмі та навпаки, солі калію і кальцію сприяють виділенню води з організму і підвищують сечовиділення.
Кислотно-лужний стан (кислотно-лужну рівновагу; кислотно-лужний баланс; кислотно-основну рівновагу) - одне з найважливіших гомеостатичних властивостей внутрішнього середовища організму, що характеризується відносною сталістю співвідношення водневих і гідроксильних іонів і визначає оптимальний характер обмінних процесів і фізіологічних функцій [37].
Основою внутрішнього середовища є вода, молекули якої при дисоціації дають Н + і ОН-іони. Співвідношення їх концентрації визначає актуальну реакцію рідин, насамперед крові.
Актуальною називають існуючу в організмі в даних умовах кислотність або лужність внутрішнього середовища. Від актуальної реакції середовища залежить функціонування більшості білків, так як електронейтральність білкової молекули визначається її ізоелектричною точкою, що прямо пов'язано з кислотністю середовища. Актуальна реакція середовища визначає активність ферментів, для більшості з яких властиві свої оптимальні значення реакції середовища. Кислотно-лужний стан внутрішнього середовища визначає в тканинах напрям і інтенсивність процесів окислення і відновлення, розщеплення і синтезу білків, вуглеводів і жирів, нуклеїнових кислот, активність вітамінів і мікроелементів. Зміни актуальної реакції середовища крім метаболізму впливають і на функції клітин, органів і систем, наприклад серця і судин, нервової системи та м'язів, легенів і нирок. Кислотно-лужний стан середовища визначає і біофізичні властивості клітин і молекул, наприклад, проникність мембран і збудливість, ступінь дисперсності колоїдів та ін.
У свою чергу, кислотно-лужний стан як інтегральний параметр внутрішнього середовища залежить від стану клітинного метаболізму, газотранспортної функції крові, процесів харчування та зовнішнього дихання, водно-сольового обміну.
Внутрішньоклітинне середовище для більшості клітин нейтральне, тому що це забезпечує оптимальну можливість утворення субстрат-ферментних комплексів. Позаклітинна рідина і кров мають злегка лужну реакцію, що полегшує нейтралізацію та видалення з клітин кислих метаболітів і Н-іонів.
Існує важливий показник якості води - кислотність рН або водневий показник.
рН пов’язане з концентрацією іонів водню в середовищі, вимірюється за допомогою простого приладу «рН -метра» і дає нам поняття про кислотні або лужні властивості води: рН < 7 - кисле середовище; рН = 7 - нейтральне середовище; рН > 7 - лужне середовище. Це дуже важливий показник, причому не тільки для звичайної людини, але і для організму спортсмена.
У рідких середовищах організму перебуває певна концентрація протонів водню (Н+) і гідроксильних іонів (ОН-). Протони водню (Н+) утворюються в основному при дисоціації (розпаді на іони) кислот. Сильні кислоти дисоціюють на іони майже повністю, слабкі - тільки частково. Гідроксили (ОН-) утворюються при дисоціації основ або складних органічних сполук, що мають ОН- - групи:
Молекули води також збільшують концентрацію Н+ і ОН- в середовищі. Вода є слабким електролітом і частково дисоціює на іони. Протони водню легко гідратуються молекулами води з утворенням гідроксонію Н3O+. Однак для простоти викладу його позначають як протон H+.
Концентрація вільних протонів водню у водному середовищі визначає її кислотність, а концентрація гідроксилів - основність або лужність середовища. Співвідношення концентрації вільних протонів водню і концентрації гідроксилів [Н+]/[ОН-] визначає активну реакцію середовища, тобто її кислотно-основний стан. Сталість активної реакції внутрішнього середовища організму називається кислотно-основною (лужною) рівновагою. Якщо концентрація Н+ більше, ніж ОН-, то водне середовище кисле. Якщо гідроксилів більше, ніж протонів водню, - середовище лужне. При однаковій їх концентрації середовище нейтральне. Для більш точної характеристики активної реакції середовища використовують водневий показник (рН).
Вимірювання електропровідності води дозволило встановити, що при кімнатній температурі (22°С) на іони розпадається тільки одна десятимільйонна частина 1 моля води. При цьому утворюється 10-7 г·іон·л-1 водневих іонів (Н+) і 10-7 г·іон·л-1 - гідроксильних (ОН-). Помноження концентрації іонів водню і гідроксилу являє собою іонний добуток води, постійне при певній температурі і що становить 1·10-14: КН2O = [Н+]·[ОН-] = 10-7·10-7=1·10-14. Отже, як би не змінювалися значення концентрацій Н+ і ОН-, їх помноження при 22°С завжди залишається 1·10-14, тому можна визначати концентрацію одного з іонів, якщо відома концентрація іншого іона.
Для характеристики активної реакції середовища
прийнято використовувати концентрацію Н+ в середовищі, яку позначають як
водневий показник, або рН, що представляє собою негативний десятковий логарифм
концентрації протонів водню, узятий з оберненим знаком:
рН = -lg
[Н+].
За допомогою рН кислотність середовища
виражається цілими числами. Так, наприклад, якщо концентрація Н+ в середовищі
дорівнює 1·10-7 моль, то рН дорівнює 7:
рН = -lg
[10-7] = 7.
Для визначення кислотності або основності середовища використовується шкала рН, на якій показана залежність між істинною концентрацією Н+ і ОН-в межах від 1·10 до 1·10-14 моль і величиною рН. Із зменшенням концентрації Н+ збільшується значення рН, а кислотність водного середовища зменшується. При цьому концентрація ОН- і лужність середовища збільшуються. Розчини, у яких рН дорівнює 7, - нейтральні, менше 7 - кислі, більше 7 - основні. Шкала рН - логарифмічна, тому зміна рН на одиницю викликає 10-кратну зміну істинної концентрації Н+ в розчині.
Визначення рН крові і сечі спортсмена є важливим діагностичним показником в практиці спорту, так як при фізичних навантаженнях спостерігаються значні зміни рН внутрішнього середовища організму, що впливає на майже всі біологічні процеси. Більшість біохімічних процесів протікає в строго визначеному діапазоні рН [1].
Кислотно-основна рівновага - це необхідна умова для нормальної життєдіяльності всіх клітин організму. Зміна рН крові від 7,36 до 6,80 у нетренованому організмі може привести до його загибелі.
При фізичних навантаженнях посилюється метаболізм, у тому числі тих процесів, які призводять до накопичення кислих продуктів. У скелетних м’язах у процесі гліколізу (анаеробного окислення глюкози) накопичується молочна кислота. Вона надходить у кров і може змінювати кислотно-лужну рівновагу організму. При помірних аеробних фізичних навантаженнях молочна кислота утворюється в незначній кількості, тому істотної зміни рН крові не спостерігається. Інтенсивні фізичні навантаження анаеробної спрямованості, особливо спринтерські дистанції в бігу і плаванні, призводять до значного накопичення молочної кислоти у скелетних м’язах і виходу її в кров. При цьому в скелетних м’язах і крові рН знижується до 7,0 або навіть до 6,5. Закислення внутрішнього середовища організму називається ацидозом.
Розрізняють метаболічний ацидоз, що виявляється при зміні обміну речовин, наприклад при м’язовій діяльності, голодуванні, деяких патологічних станах, і дихальний ацидоз, що виникає при порушенні процесів дихання.
Розвиток метаболічного ацидозу під впливом фізичних навантажень частіше спостерігається у нетренованих людей. Ацидотичний стан може супроводжуватися больовими відчуттями в м’язах і зниженням фізичної працездатності. Ацидоз є чинником, що викликає стомлення організму. Після припинення роботи рН м’язів і крові швидко нормалізується (в межах 30 хв). Больові відчуття, пов’язані зі зміною рН внутрішнього середовища організму при фізичних навантаженнях, також зникають в цей період часу.
Для запобігання розвитку ацидозу спортсмени перед стартом, особливо бігуни на короткі дистанції, іноді проводять гіпервентиляцію легенів. Гіпервентиляція - глибоке й інтенсивне дихання протягом декількох секунд - знижує концентрацію СO2 в легенях і крові, що викликає підвищення рН крові до 7,6 або залуження. Залуження внутрішнього середовища організму називається алкалозом. Цей стан може спостерігатися також при надмірному надходженні в організм з їжею лужних речовин або при втраті кислих компонентів. Алкалоз може виникати при підйомі на висоту більше 3000 м або тренуванні у високогір’ї через зниження вмісту кислих продуктів у крові.
У високотренованих спортсменів при розвитку метаболічного ацидозу зазвичай зберігається висока працездатність за рахунок адаптації фізіологічних систем організму до змін внутрішнього середовища, а також за рахунок великої ефективності роботи хімічних буферних систем, які перешкоджають зміни рН середовища [23].