Натрий в биологии - Sodium in biology

Натрий ионы (Na+) необходимы в небольших количествах для некоторых типов растения,[1] но натрий как питательное вещество обычно требуется в больших количествах для животные, из-за их использования для генерации нервные импульсы и для обслуживания электролит баланс и баланс жидкости. У животных ионы натрия необходимы для вышеупомянутых функций и для сердце активность и определенные метаболический функции.[2] В влияние соли на здоровье отражают, что происходит, когда в организме слишком много или слишком мало натрия. Характерные концентрации натрия в модельных организмах: 10мМ в Кишечная палочка, 30 мМ в почкующихся дрожжах, 10 мМ в клетках млекопитающих и 100 мМ в плазме крови.[3]

Распределение натрия по видам

Люди

Минимальная физиологическая потребность в натрия составляет от 115 до 500 миллиграммов в день в зависимости от потоотделения из-за физической активности и от того, адаптирован ли человек к климату.[4] Натрия хлорид является основным источником натрия в рационе и используется в качестве приправы и консерванта, например, для травление и отрывистый; большая часть его поступает из обработанных пищевых продуктов.[5] В Адекватное потребление для натрия от 1,2 до 1,5 г в сутки,[6] но в среднем люди в США потребляют 3,4 грамма в день,[7][8] минимальное количество, способствующее гипертонии.[9] (Обратите внимание, что соль содержит около 39,3% натрия по массе.[10]- остальное - хлор и другие следовые химические вещества; таким образом, UL 2,3 г натрия будет примерно 5,9 г соли - примерно 1 чайная ложка[11])

Нормальный уровень натрия в сыворотке составляет примерно 135–145. мэкв / литр (135 - 145 ммоль / л). Уровень натрия в сыворотке менее 135 мэкв / л квалифицируется как гипонатриемия, что считается тяжелым, если уровень натрия в сыворотке ниже 125 мэкв / л.[12][13]

В ренин-ангиотензиновая система и предсердный натрийуретический пептид косвенно регулировать количество преобразование сигнала в человеке Центральная нервная система, который зависит от движения ионов натрия через мембрану нервной клетки во всех нервах. Таким образом, натрий важен для нейрон функции и осморегуляции между клетками и внеклеточной жидкости; Распределение ионов натрия у всех животных опосредуется натриево-калиевые насосы, которые являются активным транспортером насосы для растворенных веществ, накачивание ионов против градиента и натрий-калиевые каналы.[14] Известно, что натриевые каналы менее избирательны по сравнению с калиевыми каналами. Натрий - самый заметный катион во внеклеточной жидкости: в 15 литрах внеклеточной жидкости у человека весом 70 кг содержится около 50 г натрия, что составляет 90% от общего содержания натрия в организме.

Некоторые мощные нейротоксины, такие как батрахотоксин, увеличивают проницаемость для ионов натрия клеточные мембраны в нервах и мышцах, вызывая массивный и необратимый деполяризация мембран с потенциально фатальными последствиями. Однако препараты с меньшим воздействием на движение ионов натрия в нервах могут иметь различные фармакологические эффекты, которые варьируются от антидепрессивного до противосудорожного действия.

Другие животные

Поскольку только некоторые растения нуждаются в натрии и в небольших количествах, полностью растительная диета, как правило, будет содержать очень мало натрия.[нужна цитата ] Для этого требуется, чтобы некоторые травоядные получали натрий из солонцы и другие минеральные источники. Потребность животных в натрии, вероятно, является причиной высококонсервативной способности вкус ион натрия как «соленый». Рецепторы чистого соленого вкуса лучше всего реагируют на натрий, в противном случае - только на несколько других небольших одновалентных катионов (Li+, NH4+, и несколько в K+). Кальций ион (Ca2+) также имеет соленый и иногда горький вкус для некоторых людей, но, как и калий, может вызывать другие вкусы.

Ионы натрия играют разнообразную и важную роль во многих физиологических процессах, регулируя объем крови, артериальное давление, осмотическое равновесие и pH.[7]

Растения

В C4 растения, натрий - это микронутриент что помогает в метаболизме, особенно в регенерации фосфоенолпируват (участвует в биосинтезе различных ароматических соединений, а также в фиксация углерода ) и синтез хлорофилла.[15] В других он заменяет калий в нескольких ролях, таких как поддержание тургорное давление и помощь в открытии и закрытии устьиц.[16] Избыток натрия в почве ограничивает водопоглощение из-за уменьшения водный потенциал, что может привести к увяданию; аналогичные концентрации в цитоплазма может привести к ингибированию ферментов, что, в свою очередь, вызывает некроз и хлороз.[17] Чтобы избежать этих проблем, растения разработали механизмы, которые ограничивают поглощение натрия корнями, сохраняют его в клетках. вакуоли, и управлять ими на больших расстояниях;[18] избыток натрия может также накапливаться в старых тканях растений, ограничивая повреждение нового роста.

Функция ионов натрия

Натрий первичный катион (положительный ион) во внеклеточных жидкостях животных и людей. Эти жидкости, такие как плазма крови и внеклеточные жидкости в других тканях, омывают клетки и выполняют функции транспортировки питательных веществ и отходов. Натрий также является основным катионом в морской воде, хотя его концентрация примерно в 3,8 раза выше, чем обычно во внеклеточных жидкостях организма.

Человеческий водно-солевой баланс

Основные статьи: гипонатриемия, гипернатриемия, мочегонное средство, и вазопрессин

Хотя система поддержания оптимального солевого и водного баланса в организме сложна,[19] один из основных способов, которыми человеческое тело отслеживает потерю воды в организме, заключается в том, что осморецепторы в гипоталамус почувствовать баланс концентрации натрия и воды во внеклеточных жидкостях. Относительная потеря воды в организме вызывает повышение концентрации натрия выше нормы, состояние, известное как гипернатриемия. Обычно это приводит к жажде. И наоборот, избыток воды в организме, вызванный употреблением алкоголя, приведет к слишком низкому содержанию натрия в крови (гипонатриемия ), состояние, которое снова ощущается гипоталамус, вызывая уменьшение вазопрессин секреция гормонов из задней доли гипофиза и, как следствие, потеря воды с мочой, которая восстанавливает концентрацию натрия в крови до нормы.

У людей с тяжелым обезвоживанием, таких как люди, спасенные в условиях выживания в океане или пустыне, обычно очень высокая концентрация натрия в крови. Их необходимо очень осторожно и медленно возвращать к норме, поскольку слишком быстрая коррекция гипернатриемии может привести к повреждению мозга из-за набухания клеток, поскольку вода внезапно перемещается в клетки с высоким осмолярный содержание.

Было продемонстрировано, что у людей высокое потребление соли снижает оксид азота производство. Оксид азота (NO) способствует гомеостазу сосудов, подавляя сокращение и рост гладких мышц сосудов, агрегацию тромбоцитов и адгезию лейкоцитов к эндотелию. [20]

Натрий в моче

Поскольку гипоталамус /осморецептор Система обычно хорошо работает, заставляя питье или мочеиспускание, чтобы восстановить концентрацию натрия в организме до нормы, эту систему можно использовать в лечении, чтобы регулировать общее содержание жидкости в организме, сначала контролируя содержание натрия в организме. Таким образом, когда мощный мочегонное средство назначается препарат, который заставляет почки выводить натрий, действие сопровождается выведением воды из организма (потеря воды сопровождается потерей натрия). Это происходит потому, что почки не могут эффективно удерживать воду, выделяя большое количество натрия. Кроме того, после выведения натрия осморецептор система может ощущать пониженную концентрацию натрия в крови, а затем прямую компенсационную потерю воды с мочой, чтобы исправить гипонатремический (низкий уровень натрия в крови) состояние.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Фурумото, Цуёси (24 августа 2011 г.). «Пластидный натрий-зависимый переносчик пирувата». Природа. 476 (7361): 472–475. Дои:10.1038 / природа10250. PMID  21866161.
  2. ^ Pohl, Hanna R .; Уиллер, Джон С .; Мюррей, Х. Эдвард (2013). «Глава 2. Натрий и калий в здоровье и болезнях». В Астрид Сигель, Гельмут Сигель и Роланд К. О. Сигель (ред.). Взаимосвязь между ионами эссенциальных металлов и заболеваниями человека. Ионы металлов в науках о жизни. 13. Springer. С. 29–47. Дои:10.1007/978-94-007-7500-8_2. PMID  24470088.
  3. ^ Майло, Рон; Филипс, Роб. «Клеточная биология в цифрах: каковы концентрации различных ионов в клетках?». book.bionumbers.org. Получено 8 марта 2017.
  4. ^ Подкомитет Национального исследовательского совета (США) по десятому изданию рекомендуемых диетических норм (1989 г.). «10». В Национальной академии прессы (США) (ред.). Рекомендуемая диета. Национальная академия прессы (США). Дои:10.17226/1349. ISBN  978-0-309-04633-6. PMID  25144070. Таким образом, минимальная средняя потребность взрослых в условиях максимальной адаптации и без активного потоотделения может быть оценена как не более 5 мг-экв / день, что соответствует 115 мг натрия или примерно 300 мг хлорида натрия в день. Принимая во внимание широкое разнообразие моделей физической активности и климатических воздействий, безопасный минимальный прием может быть установлен на уровне 500 мг / день. [Примечание: Таблица 11-1, кажется, поясняет, что 500 мг относится к натрию, а не к хлориду натрия]
  5. ^ «Факты о здоровье натрия и калия». Получено 7 ноября 2011.
  6. ^ «Рекомендуемая диета: вода, калий, натрий, хлориды и сульфаты». Совет по продовольствию и питанию, Институт медицины, Национальные академии США. 2005. Получено 21 октября 2016.
  7. ^ а б «Сколько натрия мне нужно есть в день?». Американская Ассоциация Сердца. 2016 г.. Получено 21 октября 2016.
  8. ^ Министерство сельского хозяйства США; Министерство здравоохранения и социальных служб США (Декабрь 2010 г.). Рекомендации по питанию для американцев, 2010 г. (PDF) (7-е изд.). п. 22. ISBN  978-0-16-087941-8. OCLC  738512922. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-02-06. Получено 2011-11-23.
  9. ^ Geleijnse, J. M .; Kok, F.J .; Гробби, Д. Э. (2004). «Влияние факторов питания и образа жизни на распространенность гипертонии среди населения Запада». Европейский журнал общественного здравоохранения. 14 (3): 235–239. Дои:10.1093 / eurpub / 14.3.235. PMID  15369026.
  10. ^ Общая, органическая и биохимия: прикладной подход
  11. ^ Конверсия столовой соли
  12. ^ «Гипонатриемия». MayoClinic.com. Получено 2010-09-01.
  13. ^ «Гипонатриемия». Medscape. Получено 2013-06-30.
  14. ^ Кэмпбелл, Нил (1987). Биология. Бенджамин / Каммингс. п. 795. ISBN  0-8053-1840-2.
  15. ^ Керинг, М. К. (2008). "Питание марганцем и фотосинтез в НАД-яблочном ферменте С4 растений", кандидатская диссертация. (PDF). Университет Миссури-Колумбия. Получено 2011-11-09.
  16. ^ Суббарао, Г. В .; Я тоже.; Berry, W. L .; Уиллер, Р. М. (2003). «Натрий - функциональное питательное вещество для растений». Критические обзоры в науках о растениях. 22 (5): 391–416. Дои:10.1080/07352680390243495.
  17. ^ Чжу, Дж. К. (2001). «Солеустойчивость растений». Тенденции в растениеводстве. 6 (2): 66–71. Дои:10.1016 / S1360-1385 (00) 01838-0. PMID  11173290.
  18. ^ «Растения и токсичность солевых ионов». Биология растений. Получено 2010-11-02.
  19. ^ Клаузен, Майкл Якоб Волдсгаард; Поульсен, Ханне (2013). «Глава 3 Гомеостаз натрия / калия в клетке». В Банчи, Лючия (ред.). Металломика и клетка. Ионы металлов в науках о жизни. 12. Springer. С. 41–67. Дои:10.1007/978-94-007-5561-1_3. ISBN  978-94-007-5560-4. PMID  23595670. электронная книга ISBN  978-94-007-5561-1 ISSN  1559-0836 электронный-ISSN  1868-0402
  20. ^ Томохиро Осанай; Наото Фудзивара; Масаюки Сайто; Сатоко Сасаки; Хирофуми Томита; Масаюки Накамура; Хироши Осава; Хидеаки Ямабе; Кен Окумура (2002). «Взаимосвязь между потреблением соли, оксидом азота и асимметричным диметиларгинином и его значение для пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности -». Кровь Purif. 20 (5): 466–468. Дои:10.1159/000063555. PMID  12207094.

внешние ссылки