i

Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Moře klystýrem

 |  2. 10. 2017
 |  Vesmír 96, 554, 2017/10

Existuje způsob, jak vstřebat mořskou vodu, například klystýrem, a vyhnout se při tom dehydrataci?

Bez pitné vody se lze obejít až týden, jsme-li v klidu a chladu, máme-li trochu nadváhu a nehladovíme. Metabolický rozklad cukrů a tuků, když je máme v těle k dispozici, produkuje 3–5 decilitrů „metabolické vody“ denně. Můžeme ale zemřít už za pár hodin: při přehřátí na záchranném voru, při vytrvalostním sportu, při současné dehydrataci a ztrátě iontů (zranění, pocení, průjmy, dávení ap.). Obecně tehdy, když se objem krevní plazmy kvůli zahuštění a odvodu vody sníží o 10–20 %. Pak nastávají problémy, hlavně s namáhaným srdcem a přidušeným mozkem. Přežije-li někdo výraznou dehydrataci, pak trvá i několik dnů, než se tělo zavodní, nejlépe pomalým pitím až 3 litrů čisté vody za den.

Pokud jde o vstřebávání vody pitím, z jídla a z trávicích šťáv, většina se jí do těla vstřebá z tenkého střeva (80 %), nikoliv z žaludku (jen asi 5–15 %) nebo z tlustého střeva a konečníku, kde se vstřebává podobně jen kolem 10 % vody. Možná že by v případě nouze i vstřebání pár desítek kubických centimetrů tlustým střevem mohlo pomoci, tak proč nezkusit klystýr mořské vody do střev? Všichni suchozemští obratlovci do jednoho mají krev se stejnou koncentrací solí jako člověk, průměrně jde o 1 %. To je ovšem třikrát méně než u mořské vody. Pokud tedy pijeme mořskou vodu, nadbytečnou sůl musíme vylučovat a nastává problém. V lidské moči jsou totiž asi 2 % soli, takže na každý litr vypité mořské vody musí člověk vyloučit 1,5 litru moči.

Střevní sliznice je vystlána pohárkovými buňkami vylučujícími hlen a enterocyty. To jsou velmi výkonné střevní buňky pro zpracování a transport všech typů živin včetně „elektrolytů“ jako solí a vody. Zjednodušeně řečeno, voda prochází přes střevní sliznici osmózou (jde tam, kde je koncentrace solí ve vodě vyšší), a to dvěma způsoby: Buď mezi buňkami, kde jsou štěrbinky mezi „stehy“ spojující sousední buňky v jednovrstevné povrchové výstelce (epitelu), nebo proniká přes membrány vlastních buněk, enterocytů. Na rozdíl od nepřesného, leč opakovaně sdíleného tvrzení, nejsou vodoodpudivé buněčné membrány pro vodu příliš propustné a molekuly vody jimi procházejí jen velmi obtížně. Proto v mnoha buněčných membránách živočichů i rostlin nacházíme zvláštní bílkovinné kanálky pro usnadněné prolínání vody, akvaporiny. Jejich objevitel Peter Agre dostal v roce 2003 Nobelovu cenu za chemii. Ale pozor, akvaporiny nejsou automaticky ve všech buňkách. Když chybí, může jít o výhodu – žabí vajíčka nakladená do louží a rybníků se „sladkou“ vodou neprasknou, ani pulcům to příliš nevadí. Když profesorovi Agremu v čisté vodě popraskaly erytrocyty, došlo mu, že v membráně každé červené krvinky musí být vodní kanálky. Objev – v podstatě na úrovni pokusů na střední škole – byl na světě.

Voda tedy může procházet pomocí akvaporinů vnitřkem enterocytů neboli transcelulárně. Vždycky ale podle principu osmózy teče tam, kde je jí méně a kde je víc iontů či jiných osmoticky aktivních částic. V těle se to týká především iontů sodných a chloridových.

V jednom litru mořské vody se salinitou zhruba 3,5 váhového procenta je asi 35 g solí (kationtů a aniontů), z toho kuchyňské soli (NaCl) v průměru 80 %, což představuje kolem 10,7 g sodíku. A pozor, podobné koncentrace jsou i v tělech „izoosmotických“ mořských bezobratlých (měkkýši, korýši, hvězdice), kteří proto otázku solí ani vody vůbec neřeší. Proto bychom také jako trosečníci nezahnali žízeň případným „vyždímáním“ tekutiny z ulovené sépie nebo drobných korýšů, maximálně snad dehydrataci zpomalili.

U člověka, suchozemských i mořských savců, všech ryb včetně mořských je sice solí třikrát méně, ale ani z nich „se nenapijeme“. Jejich (i naše) tělesné tekutiny obsahují necelých 10 g solí na litr vody („salinita“ těl je jedno procento, což kopíruje náš laboratorní „fyziologický roztok“). Z toho je sodíku kolem 3 g na litr, tedy asi třiapůlkrát méně než v moři. Proto se musí savci, ryby i ptáci zbavovat nadbytku solí z moře a bezobratlé potravy aktivně. Například se sůl koncentruje ve velkých a výkonných ledvinách mořské vydry (Enhydra lutris požírá škeble, lastury a hvězdice) či ploutvonožců až na 5 % v jejich moči. Otázka, jestli mořští obratlovci aktivně pijí, je stále ještě předmětem strastiplného zkoumání.

Nadbytečné soli tedy odcházejí buď jejich hustší močí (což naše ledviny v této míře neumějí, a proto – jak už bylo řečeno – máme v moči kromě odpadní močoviny a minoritních metabolitů maximálně 2 % solí), nebo se ještě více zahušťují až do jakési kaše ve speciálních solných a očních žlázách, například u galapážských leguánů a „plačících“ želv. Solné žlázy jsou také u kořene zobáků mnoha mořských ptáků, racků, rybáků či albatrosů.

Ale zpět k mořskému klystýru. Když klystýrová voda obsahuje v okamžiku aplikace do střeva víc sodíku, než je uvnitř těla, pak paracelulární cestou by voda osmoticky tekla nežádoucím směrem, z tělesného prostoru (krve, buněk a mezibuněčné tekutiny) do „přesolené“ mořské vody v klystýru.

I když je celá situace ve skutečnosti komplikovanější, pro pochopení nedostupnosti vody z mořské vody postačí pohled na obrázek z vědecké práce,1) ukazující, kolik vody může klystýr solných roztoků poskytnout tělu. Když se dobrovolníkům aplikoval klystýr, v němž se postupně zvyšovala koncentrace sodíku (osa x), rostlo jeho vstřebávání (červená čára, osa y) a současně vzrůstalo i množství vstřebané vody (modrá čára). To ukazuje, jak voda následuje díky osmóze vstup soli do střeva a dále do těla. Obě křivky ale nerostly donekonečna. Jakmile koncentrace sodíku ve vodě dosáhla a překročila 150 mmol/l, což odpovídá fyziologické hodnotě 9 g kuchyňské soli (NaCl) v krvi a tělesných tekutinách, přestal být sodík ze střeva přenášen a voda rovněž; ta dokonce ještě dřív. Poté následuje prudký zlom křivek. Dosud přesně nevíme, proč se náhle směr sodíku a vody de facto obrátí ve směru dehydratace. Možná se vypne sodíková pumpa v „bazolaterální membráně“ enterocytu a převládne opačná pumpa v apikální membráně, která čerpá sodík do střeva.2) Tento obrázek však fyziologicky vysvětluje, proč střevo nepracuje jako jednoduchý molekulární filtr a v případě mořské vody s třiapůlkrát větší koncentrací solí nás před rychlou dehydratací neochrání. Tento obrázek popisuje i vstřebávání slané vody v tenkém střevě po normálním napití a ukazuje, že klystýr žádnou výhodu oproti pití mořské vody nepřináší.

Osmotickou hustotu krve, mezibuněčné tekutiny a buněk, které jsou určeny pro každý živočišný druh geneticky, měří a řídí osmoreceptory. Pokud zjistí „zahuštění“ krve (zvýšenou osmolaritou krevní plazmy) vyvolávají v supraoptickém jádře mozkového hypotalamu pocit žízně a stimulují tvorbu hormonů, jako je arginin-vasopresin (AVP).

Jakmile se osmolarita krve zvýší už i o pouhé jedno procento, AVP z hypofýzy vstupuje do krevního řečiště a ve sběrných kanálcích ledvin spustí otevření nových kanálků pro vodu – akvaporinů. Voda z moči se začne intenzivněji vracet do krve, a to v takovém množství, aby se vyrovnávala osmolarita, ale neohrozilo se vyplavování dusíkatých (urea) a jiných odpadních látek včetně elektrolytů (solí) příliš hustou močí. Toto šetření vodou je významné především pro suchozemské obratlovce. Patologické snížení počtu kanálků při nedostatku AVP se naopak projeví jako těžká nefrogenní žíznivka, diabetes insipidus. Snižuje se vstřebávání vody, voda odchází s litry řídké moči a žízniví pacienti jsou odsouzeni k náhradní hormonální léčbě.3)

Kdybychom problém shrnuli, člověk musí z těla vyloučit přijatou sůl močí (v menší míře potem), a to není možné bez dalšího nutného množství vody, kterou ledviny při vzniku „primární moči“ odebírají z ­krve. Když navíc vypijeme mořskou vodu, musíme na každý požitý litr této tekutiny vyloučit o polovinu víc H2O močí, a to vede vždycky k dehydrataci. K ní ještě přispívá mořský síran hořečnatý, který způsobuje řídkou stolici či průjem a vede k dalším ztrátám tělesné vody. Fyziologicky potřebuje naše tělo denně obměnit ne víc než 0,5 g kuchyňské soli, na což stačí trochu si nechtěně loknout při rekreačním plavání nebo si dát kousek smažené chobotnice v řecké taverně.

Navzdory těmto omezením se lidé moří nikdy nebáli a osidlovali odedávna nová zámořská území. Velmi jim v tom na lodích pomáhaly nádoby na vodu, často vaky z kůží přežvýkavců, bravu, skotu, velbloudů nebo lam. Proč? Tito v podstatě suchomilní tvorové musí šetřit vodou a jejich kůže je vodotěsná, nemá žádné akvaporiny, a tudíž „neteče“. To vědělo možná jen pár mořských vlků a teď už i vy.

Poznámky

1) Ch. O. Billich, R. Levitan, The Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI106100

2) Chang Chia-Hao et al., Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, DOI: 10.1016/j.cbpa.2016.01.013

3) Mnohé další podrobnosti o homeostázi tělesné vody, regulaci osmolarity a objemu lze najít např. na ­1url.cz/dtUiz.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyziologie

O autorovi

František Vyskočil

Prof. RNDr. František Vyskočil, DrSc., (*1941) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. Ve Fyziologickém ústavu AV ČR, v. v. i., se zabývá neurofyziologií a biofyzikou buněčných membrán. Objevil nekvantové uvolňování neuropřenašečů na synapsích savců. Hirschův index (Vesmír 85, 555, 2006/9) jeho prací je 33. Je členem Učené společnosti ČR a The Physiological Society (Londýn a Cambridge). Na Přírodovědecké fakultě UK v Praze a na Lékařské univerzitě v Kazani přednáší fyziologii živočichů a člověka. V roce 2011 získal čestnou oborovou medaili J. E. Purkyně a na návrh předsedy AV ČR medaili Josefa Hlávky.
Vyskočil František

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné