Вода

Вода (Н2О) — окись водорода, самое распространенное вещество в природе. Количество воды в Мировом океане около 1,4 млрд. км3, в подземных источниках — 60 млн. км3, в озерах 0,75 млн. км3, в реках — 0,0012 млн. км3.
Вода, как известно, отличается от других жидкостей рядом аномальных свойств, обусловленных особенностями ее структуры. Вода представляет одно из простейших природных соединений, состоящее из двух атомов водорода и одного кислорода. Угол между протоном и ядром атома кислорода близок к тетраэдрическому и приблизительно равен 105°. Возможны 42 сочетания этих атомов, причем 9 из них считаются устойчивыми. Значит, вода состоит из смеси нескольких видов молекул, которые обладают различными свойствами и могут проявлять различную чувствительность к действию физических факторов. Атом кислорода в молекуле воды расположен как бы в центре тетраэдра, в двух вершинах которого находятся атомы водорода. Из-за асимметрии расположения атомов молекула воды является диполем. Дипольная структура молекул воды определяет и ее особое поведение в электрических и электромагнитных полях, а также активное участие в механизмах их поглощения и действия на организм. Кроме того, кислород молекулы воды имеет две пары электронов, не участвующих в образовании ковалентных связей и несущих локальный отрицательный заряд, который и обусловливает электростатическое притяжение между данной молекулой воды и атомами водорода соседних молекул. Многие свойства воды определяются именно способностью ее молекул образовывать друг с другом водородные связи. Электронная структура воды позволяет образовывать с соседними молекулами воды сразу четыре водородные связи. Благодаря этим взаимодействиям в жидкой воде формируются ассоциации молекул, называемые кластерами. Кластерные структуры находятся в колебательном движении, создавая собственное слабое электромагнитное волновое поле. Следовательно, вода может рассматриваться как смесь мономерных молекул и водородно-связанных кластеров, находящихся в динамическом равновесии. Описанная структура воды обусловливает такие ее характеристики, как высокая теплота плавления льда, аномальная точка кипения и плавления и др. Все эти свойства воды играют важную роль при водолечении, термо- и криотерапии, а также при использовании воды с профилактическими и закаливающими целями.
Вода — превосходный растворитель для различных соединений: от электрически нейтральных органических веществ до солей, диссоциированных даже в кристаллическом состоянии. Благодаря этому свойству воды в природе встречаются огромные разнообразия минеральных вод и растворов. В воде хорошо растворяются те органические соединения, которые содержат полярные группы и способны вступать в диполь-дипольное взаимодействие с молекулами воды или образовывать с ними водородные связи.
Диссоциируя на ионы, вода ведет себя как кислота и как основание, т.е. одна молекула отдает, а другая принимает протон:
Н2О + Н2О Н3О+ + ОН-.
Способная к диссоциации вода усиливает диссоциацию других веществ. Степень диссоциации и другие характеристики макромолекул также во многом зависят от присутствия воды, характеризующейся высокой диэлектрической постоянной. Диэлектрическая проницаемость ее при О °С равна 87,8, при 18 °С 80,1 и при 25 °С — 78,3.
Чистая вода очень плохо проводит электрический ток. Удельная электропроводимость чистой воды при 0 °С равна 1,47 • 10-8, при 18 °С4,41 • 10-8, при 50 °С -18,9 • 10-8 Ом-1 • см-1.
Вода способна поглощать значительное количество тепловой энергии, не подвергаясь большому нагреванию. Это свойство используют в водяных отопительных или охлаждающих системах.
Вода вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами, в т.ч. и белками. Взаимодействие воды с полярными группами белковых молекул сводится к их гидратации. При взаимодействии с иеполярными (гидрофобными) молекулами (группами) происходит их отталкивание водой. Эффект отталкивания растворителя получил название гидрофобных взаимодействий. Гидрофобные взаимодействия играют существенную роль в формировании различных биологических структур, представляя собой один из основных факторов их стабилизации.
Сложная структура и особые физико-химические свойства воды во многом определяют не только универсальную роль ее в регуляции биологических процессов, но и ее участие в механизмах действия на организм лечебных физических факторов.
Вода играет ключевую роль во многих процессах жизнедеятельности, что подтверждают следующие факторы. Она является основным компонентом живых организмов. Органы взрослого человека содержат 70-80 % воды, а новорожденный ребенок — 72 %. На долю молекул воды приходится свыше 90 % всей массы клетки. Такая распространенность воды указывает на то, что вода в них играет не только роль универсального растворителя и транспортной среды для различных метаболитов, но и выполняет в процессах жизнедеятельности и более фундаментальную функцию. Согласно К.С. Тринчеру, структурные изменения клеток, сопровождающие физиологические процессы, определяются прежде всего структурными изменениями внутриклеточной воды.
Водой выполняется в биологических системах множество функций. Например, воде, находящейся в клетке, присущи следующие функции: 1) служит растворителем органических веществ; 2) является дисперсионной средой для коллоидных систем; 3) участвует в метаболизме клетки; 4) обеспечивает защиту и тургор клетки; 5) участвует в терморегуляции. Вода является важным компонентом мембран. Особенности взаимодействия основных молекулярных компонентов мембран с водой определяют не только многие их структурно-функциональные свойства, но и являются решающими в процессе формирования самих мембран и стабилизации мембранных систем.
Известны и многие другие биологические функции воды. Она определяет пространственную структуру макромолекул (прежде всего глобулярных белков), является источником образования многих биологически активных веществ, выполняет информационную функцию, принимает участие во всех жизненно важных процессах.
Вода наряду с другими своими функциями непосредственно участвует в общей регуляции биологических процессов, создавая предпосылки для их избирательности и возможности управления ими, поскольку большинство из них протекает в водной фазе. Велика ее роль и как среды для химических реакций, совершающихся в процессе обмена веществ. Поэтому вода должна постоянно поступать в организм. Взрослый человек употребляет в среднем 2,5 л воды в сутки. Из этого количества 1,2 л приходится на питьевую воду, 1,0 л — на воду, поступившую с пищей, и 0,3 л — на воду, которая образуется в самом организме в процессе обмена веществ. Такое же количество воды и выводится из организма: через почки около 50 % этого объема, с потом через кожу — 32 %, с выдыхаемым воздухом через легкие — 13 %, через кишечник — 5 %. В процессе эволюции в организме выработался сложный и тонкий механизм, обеспечивающий нормальный водный баланс.
Чтобы вода могла нормально осуществлять свои многообразные функции, она должна отвечать определенным общегигиеническим требованиям, нормируемым ГОСТом. Эти требования касаются органолептических показателей, химического состава, бактериологических данных. Интерес к последним обусловлен тем, что вода является фактором распространения возбудимости инфекционных болезней. Контроль за качеством воды осуществляется санитарно-эпидемиологическими службами.
Имеются многочисленные данные, которые указывают на то, что среди первичных и вторичных механизмов действия лечебных физических факторов особое место занимают изменения структуры и свойств воды, прежде всего внутриклеточной.
Говоря о ее значении для электротерапии, прежде всего следует упомянуть о поляризационных явлениях, возникающих при прохождении тока через ткани. Выраженность этих явлений зависит от поведения молекул воды (свободной и связанной). При действии постоянных токов в тканях возникает электроосмос — направленное перемещение воды в направлении катода, что ведет к отеку и разрыхлению тканей в этой области.
Вода играет важную роль и в действии ультразвука. Такие характерные для ультразвуковой терапии явления, как возникновение акустических микропотоков, микрокавитация, капиллярный эффект, образование свободных радикалов, обусловлены действием этого фактора на воду.
Действие магнитных полей на организм во многом объясняется их влиянием на воду. Магнитные поля изменяют поверхностное натяжение воды, ее вязкость и электропроводимость, структуру водных систем. Они влияют на гидратацию ионов и сложных молекул, что сопровождается изменением их биологической активности. Многие авторы вообще полагают, что биологические эффекты магнитных полей реализуются исключительно через водную среду организма.
Вода играет особую роль как в поглощении, так и механизмах действия микроволн. Значительная доля микроволн, например, поглощается тканями вследствие релаксационных колебаний и ориентационной поляризации дипольных молекул воды. Глубина проникновения микроволн во многом зависит от содержания воды в тканях. Рецепцию микроволн, в особенности миллиметрового диапазона, связывают с изменением состояния структурированной воды в тельцах Руффини (см. Рецепторы). Действие миллиметровых волн сопровождается конвективным движением жидкости (воды), что может быть причиной изменения мембранного транспорта и других функций клеточных мембран. На определенных (резонансных) частотах под влиянием микроволн изменяются оптические и электрические свойства воды, ее биологическая активность.
И в действии лазерного излучения на организм также предполагается участие воды. Этот фактор изменяет оптическую плотность воды, ее гидратирующую активность, связывание воды форменными элементами крови и другими тканями.
Таким образом, многие лечебные физические факторы вызывают изменение структуры, состояния и физико-химических свойств воды, что может во многом определять их физиологическое и лечебное действие на организм.