Apa, componenta indispensabilă pentru sănătatea şi funcţionarea organismului uman

Introducere

Din cauza accelerării expansiunii demografice la nivel mondial şi a altor factori (creşterea industrializării, poluarea accentuată, schimbările climatice etc.), tot mai puţini oameni beneficiază de apă potabilă. Problema apei poate fi rezolvată prin creşterea producţiei, o distribuţie mai eficientă şi economisirea resurselor deja existente. Din acest motiv, apa este o resursă strategică pentru foarte multe ţări. Experţii prevăd mai multe contradicţii viitoare ca urmare a creşterii populaţiei pe glob şi a contaminării din cauza poluării excesive şi a încălzirii globale (figura 1).

Identificarea factorilor de risc pentru construirea şi aplicarea unei strategii terapeutice şi eficiente este unul din dezideratele cercetărilor în domeniu pentru a combate problemele apărute în cazul în care aportul de apă este nesigur şi nu este adecvat⁽¹⁾.

Nutriţia şi hidratarea corectă a organismului au un caracter profilactic important, calitatea alimentelor şi a apei potabile jucând un rol esenţial în menţinerea stării de sănătate.

Apa este un solvent universal datorită polarităţii moleculei de apă şi tendinţei acesteia de a forma legături de hidrogen. Această proprietate este deosebit de importantă atât pentru calitatea preparatelor alimentare, cât şi pentru absorbţia şi distribuţia nutrienţilor din alimente la nivel celular.

Rolul apei în organism

Apele naturale de izvor de puritate microbiologică înaltă se caracterizează prin compoziţia lor constantă fizică şi chimică, fiind protejate geologic şi fizic datorită efectului lor terapeutic^(2,3). Unul dintre principalele motive care cauzează îmbolnăvirea progresivă a populaţiei este dezechilibrul alimentar, la baza căruia stă în primul rând dezechilibrul mineral din organism. Consumul unor ape naturale cu compoziţie echilibrată de minerale şi în cantităţi corespunzătoare cu necesităţile organismului ajută la menţinerea unei funcţionări optime a acestuia (figura 2).

În organismul sănătos, volumul de apă se păstrează constant, fără variaţii mai mari de 1% din greutatea corpului, ca urmare a unor procese care se desfăşoară în organism şi care menţin un echilibru permanent între cantitatea de apă ingerată şi cea eliminată. Astfel, zilnic, organismul uman pierde în jur de 3 litri de apă (prin urină, respiraţie, materii fecale şi prin piele) pe care ar trebui să îi compenseze prin apa de băut şi cea din alimente. Există o a treia sursă de apă, şi anume cea rezultată din metabolism, dar ea este total insuficientă pentru nevoile organismului, fiind produsă în cantitate foarte mică⁽⁴⁾ (figura 3).

Păstrarea acestui proces în echilibru este importantă, deoarece cantitatea de apă ingerată pe parcursul unei zile diferă, la fel ca şi cea eliminată. Nevoia de apă variază în funcţie de climă, de efortul fizic depus, dar se poate stabili un interval de normalitate: un adult sănătos care are activităţi fizice moderate într-o regiune cu climă temperată are nevoie de 1,5-2 litri de apă pe zi. Necesarul de apă se măreşte cu aproximativ 1 litru din cauza climatului cald sau a efortului intens, iar în cazuri patologice (febră, diaree, vărsături) poate creşte cu până la 2 litri. Anumite afecţiuni pot face ca necesarul de apă să crească până la 3 litri⁽⁵⁾.

Femeile însărcinate sau care alăptează au nevoie de o cantitate crescută de lichide pentru a se hidrata. În timpul sarcinii se recomandă o atenţie deosebită la consumul de sare şi, de aceea, este indicat să se consume apă minerală naturală plată cu conţinut redus de sodiu⁽⁶⁾.

Hormonul antidiuretic sau vasopresina secretată de hipofiza posterioară este principalul hormon care participă la menţinerea echilibrului hidric în organism. Dacă apar dezechilibre prin pierderi de apă sau acumulări în exces, se produc modificări cu consecinţe negative.

Deşi mai bine de jumătate din organismul uman este reprezentat de apă, aceasta nu este distribuită uniform în toate compartimentele organismului şi este direct proporţională cu suprafaţa corpului. Pe de altă parte, în funcţie de procentajul de ţesut adipos, corpul unei persoane conţine între 55% şi 70% apă. O persoană adultă normală cu ţesut adipos de maximum 22% este constituită din apă în proporţie de 60%. Relaţia dintre ţesutul adipos şi apă este invers proporţională; cu cât există mai mult ţesut adipos, cu atât va fi mai puţină apă în organism.

Lichidele din organism (exceptând sângele) conţin peste 95% apă, ţesuturile, până la 80%, iar scheletul conţine până la 22% apă. Muşchii conţin apă în cantitate similară cu celelalte ţesuturi moi, dar, din cauza masei musculare mari, apa din muşchi reprezintă jumătate din conţinutul de apă al organismului⁽⁷⁾ (figura 4).

Când apa din organism se diminuează cu 10%, încetează formarea şi eliminarea urinei, iar când scade cu 20%, survine moartea. Corpul uman pierde zilnic între 2 şi 3 litri de apă, în funcţie de efortul fizic depus, de anotimp sau de climă.

Când cantitatea de apă ingerată depăşeşte capacitatea organismului de eliminare, se produce acumularea apei în exces. Hipofiza posterioară şi rinichii asigură echilibrul hidric al organismului, de aceea în mod normal acumularea în exces a apei în organism nu are loc. Condiţiile care pot duce la exces de apă în organismul uman sunt: secreţie în cantitate mare de hormon antidiuretic, insuficienţă renală acută, ciroză, afecţiuni cardiace, exces de lichide ingerate sau supradozare a unor perfuzii endovenoase cu volume prea mari de lichide, depăşind capacitatea de eliminare a rinichilor. Consumul excesiv al apei poate determina tulburări grave în organism, producându-se intoxicaţia cu apă, manifestată prin edeme, creşterea tensiunii arteriale, vărsături, iar în cazuri foarte grave se poate produce edemul pulmonar acut cu stări de asfixie sau edem cerebral acut cu fenomene neurologice, până la convulsii şi comă⁽⁸⁾.

Dintre toate lichidele, apa este singura care hidratează organismul începând de la nivel celular. O hidratare adecvată este esenţială pentru buna funcţionare a celulelor nervoase, astfel că, atunci când suntem optim hidrataţi, neuronii sunt alimentaţi cu nutrienţi şi sânge oxigenat, iar creierul funcţionează la parametri normali. Chiar şi în cazul unei deshidratări uşoare, capacitatea de concentrare poate fi semnificativ afectată, iar o deshidratare mai puternică ne poate afecta abilităţile de înţelegere a informaţiei şi memoria de scurtă durată. Un aport optim de lichide este important pentru reglarea tensiunii arteriale şi pentru o digestie şi o absorbţie optimă a nutrienţilor din tractul digestiv⁽⁹⁾ (figura 5). O digestie bună şi o funcţionare eficientă a tuturor sistemelor din corp ajută la gestionarea optimă a greutăţii corporale.

Apa este vitală şi pentru funcţionarea rinichilor, ajutând la eliminarea deşeurilor şi a substanţelor nutritive în exces prin urină. De asemenea, apa are o acţiune de lubrifiere a articulaţiilor, ajută la formarea lichidului sinovial şi prezervă activitatea normală a muşchilor. În plus, apa asigură organismului o parte din mineralele pierdute prin transpiraţie (figura 6).

O hidratare necorespunzătoare a organismului afectează activitatea celulelor nervoase, asimilarea eficientă a nutrienţilor, precum şi procesul de detoxifiere a organismului. Ca urmare, semnele unei hidratări insuficiente pot fi: greutate în concentrare, greutate în exprimare, uscăciunea gurii, senzaţia de sete, dureri de cap, ameţeli, stare de epuizare, mobilitate redusă, lipsă de vitalitate, somnolenţă. Cu cât gradul de hidratare a organismului este mai redus, cu atât intensitatea acestor manifestări este mai mare. Deshidratarea uşoară poate provoca senzaţia de gură uscată, dureri de cap, oboseală şi lipsă de energie (figura 7). Deshidratarea uşoară duce la o pierdere de până la 1-2% din greutatea corporală şi poate afecta capacitatea de concentrare. Reducerea greutăţii corporale cu peste 2% din cauza deshidratării poate afecta abilităţile de înţelegere a informaţiei şi memoria de scurtă durată.

Când transpirăm la sală, muşchii pierd apă, iar când nu dispun de suficientă apă, obosesc, afectând puternic performanţele sportive. Aşadar, pentru o doză de energie în plus, este necesar consumul de apă pentru a finaliza cu succes exerciţiile fizice. Deshidratarea reprezintă adesea cauza principală a durerilor musculare, crampelor, tendinitelor etc. În timpul efortului fizic, corpul pierde apă din cauza căldurii produse de muşchi, a apei evacuate prin transpiraţie şi a temperaturii ridicate a corpului. Pierderea de lichide poate să fie mare (până la 500 ml în 30 de minute), în funcţie de durata şi de intensitatea efortului fizic, de temperatura şi de umiditatea ambientală. De asemenea, persoanele cu o greutate corporală mai mare au tendinţa să transpire mai mult. Dacă nu se recuperează măcar o parte din lichidele pierdute prin transpiraţie, temperatura de bază a corpului va creşte, iar sistemul cardiovascular va trebui să muncească mai mult decât în mod normal (sângele se va îngroşa, iar inima va începe să bată mai repede, pentru a putea pompa sânge în tot corpul). Se poate ajunge şi la situaţii mai grave, precum stări de vomă şi epuizare fizică (figura 8).

De reţinut că este foarte importantă hidratarea optimă înainte de efortul fizic. Tipul de lichide recomandat pentru hidratare depinde de intensitatea, durata efortului fizic, precum şi de condiţiile ambientale. Băuturile care conţin carbohidraţi (băuturi sportive izotonice, suc diluat, fresh-uri, apă cu zahăr sau miere) sunt mult mai eficiente decât apa plată, când efortul fizic durează mai mult de 60 de minute, deoarece asigură şi substratul energetic pentru muşchi. Când activitatea sportivă are loc la temperaturi foarte ridicate, organismul pierde multă apă şi săruri minerale. Această pierdere poate fi compensată prin consumul de apă cu o mineralizare mai puternică. După un efort fizic intens, apa alcalină este ideală pentru eliminarea deşeurilor acide acumulate în timpul activităţii sportive.

Necesarul de apă al unui adult în condiţii normale de temperatură, umiditate şi efort este de 30‑35 ml/‌kg corp, iar în condiţii de caniculă poate ajunge la 40 ml/‌kg corp. Spre exemplu, un adult cu greutatea de 70 de kilograme trebuie să consume în mod obişnuit 2-2,5 litri de apă zilnic, iar în condiţii de caniculă, în jur de 3 litri zilnic⁽¹⁰⁾ (figura 9).

Apa trebuie băută cu înghiţituri mici, amestecată cu saliva şi abia apoi înghiţită. Astfel aceasta ajunge la tensiunea superficială a lichidelor fiziologice (sânge, limfă) şi poate fi utilizată la adevărata ei valoare, aceea de a hidrata celulele. Pentru ca organismul nostru să funcţioneze normal şi pentru a evita acumularea de toxine în corp, apa pe care o pierdem zilnic prin respiraţie, transpiraţie, pe cale renală şi digestivă trebuie să o compensăm prin consumul treptat de apă în porţii mici (un pahar de apă) pe tot parcursul zilei (figura 10).

Apele dulci de suprafaţă (apa râurilor, lacurilor), spre deosebire de apele subterane, au o mineralizare mai slabă şi, pentru a putea fi consumate în siguranţă, de cele mai multe ori necesită numeroase tratamente, unele dintre acestea implicând utilizarea unor substanţe chimice pentru a înlătura diverşi poluanţi chimici şi microbiologici. Aceasta deoarece apele de suprafaţă sunt în general mai poluate şi mai puţin stabile în caracteristici. Apele subterane reprezintă o sursă importantă de apă potabilă, deoarece, spre deosebire de apele de suprafaţă, sunt de regulă mai puţin sau deloc poluate şi pot fi potabilizate cu măsuri minimale, uneori doar cu dezinfecţie sau fără vreo prelucrare. Cu cât apa provine de la o adâncime mai mare, cu atât riscul de contaminare cu diverşi poluanţi este mai redus.

În România există producători care îmbuteliază apă naturală de izvor extrasă de la o adâncime de peste 200 de metri, de puritate microbiologică, fără tratamente chimice, doar filtrată cu materiale moderne (high-tech materials) performante şi rezistente, care necesită o intervenţie umană minimă, ceea ce reduce costurile de procesare, dar mai ales sursele de contaminare.

Apa uşor alcalină este cea mai potrivită pentru consumul zilnic. Organismul nostru funcţionează la un pH de 7,35-7,45. Evident că acest pH este menţinut constant de o serie de mecanisme care reechilibrează mediul intern, în special când sunt generate deşeurile acide rezultate în urma proceselor fiziologice normale ale corpului. Stilul de viaţă dezordonat, consumul de alimente acide (băuturi carbogazoase, băuturi alcoolice, dulciuri, carne, cereale rafinate, alimente procesate) şi fumatul, stresul cresc cantitatea de deşeuri acide, suprasolicitând mecanismele de echilibrare ale organismului şi producând o demineralizare a structurilor organismului cu riscul de apariţie a diferitelor afecţiuni cronice. Conform standardelor de siguranţă, apa destinată consumului zilnic trebuie să aibă un pH cuprins între 6,5 şi 8,5. Ţinând cont că mediul intern este uşor alcalin, cel mai indicat pH pentru apa destinată consumului zilnic este 7,3-8,3, adică o apă uşor alcalină este cea mai potrivită pentru a ajuta organismul să compenseze dezechilibrele provocate de deşeurile metabolice şi alimentele acide, fără a mai produce o demineralizare puternică a structurilor interne. Apa puternic alcalină şi cea acidă sunt indicat a fi consumate limitat, pentru a nu ajunge la dezechilibre nedorite.

Apa din alimente

Una dintre cele mai importante şi valoroase ape este apa vie structurată care se găseşte în fructe şi legume.

În produsele alimentare, apa se poate găsi, în funcţie de provenienţa şi structura acesteia, în următoarele tipuri⁽¹¹⁾:

• apă liberă, care serveşte ca solvent;

• apă de hidratare, prin formarea punţilor de hidrogen cu molecule puternic polare (zaharuri, proteine etc.) şi prin hidratarea ionilor;

• apă de îmbibaţie a structurilor geliforme, provenite din componente puternic polare (proteine, peptide, polizaharide), unde predomină legăturile de hidrogen substrat – apă;

• apă adsorbită pe particule solide prin forţe pur fizice (forţe Van de Waals);

• apă legată în materiale celulare şi fibroase, care nu se poate îndepărta prin metode obişnuite de deshidratare, pentru că procesul poate fi însoţit de descompunerea materialului (cazul cerealelor, fructelor, rădăcinoaselor, al fibrelor musculare, seminţelor oleaginoase).

După amoniac, apa are cea mai mare căldură specifică, sau capacitate termică. Datorită faptului că această căldură specifică este mare, apa poate primi sau ceda o cantitate apreciabilă de căldură, fără a-şi schimba simţitor propria temperatură.

Pentru organismul viu este foarte importantă capacitatea termică a apei. Dacă în mediul intern nu ar fi apa, care să înmagazineze o cantitate mare de căldură fără a-şi schimba temperatura, căldura eliberată în numeroasele reacţii metabolice ar determina denaturarea multor macromolecule celulare.

Tensiunea superficială este un parametru care indică gradul de pătrundere a apei în celule şi trebuie să fie mică, pentru a putea trece prin membrana celulară. Valoarea optimă este de 45 dyne/cmp.

Apa de la robinet are tensiunea superficială de 75 dyne/cmp, spre deosebire de sucurile de legume şi fructele crude, care au tensiunea specifică de
45 dyne/cmp.

Acesta este încă un motiv suplimentar pentru a recomanda mărirea cantităţilor de legume şi fructe în stare proaspătă din dietele noastre zilnice. Acestea vin la pachet cu vitamine, minerale şi enzime deosebit de importante pentru sănătate.

În funcţie de izotopii naturali ai H şi O (¹H – protiu, izotop comun, ²H – deuteriu şi ³H – tritiu, respectiv ¹⁶O, comun, ¹⁷O şi ¹⁸O), sunt posibile 33 de formule izotopice ale apei, dintre care în alimente şi organismele vii predomină apa cu formula moleculară izotopică ¹H₂¹⁶O.

Oxigenul apei formează două covalenţe polare H-O orientate la 105°, ceea ce determină ca apa să fie o moleculă puternic polară, cu o capacitate mare de a se asocia prin legături de hidrogen cu ea însăşi sau cu alte molecule care au covalenţe polare⁽¹²⁾.

Apa lichidă se asociază în tetraedre care în gheaţă dau celule elementare hexagonale.

În apa lichidă sunt asociaţii moleculare liniare prin punţi de hidrogen (H₂O)n cu n max la 4 °C, care scade spre punctul de fierbere. În vapori, apa nu se asociază. În gheaţă, sunt asociaţii moleculare rigide, în structură hexagonală. Energia legăturii de hidrogen este mult mai mică decât a legăturii chimice obişnuite, dar mai mare ca a interacţiunilor pur fizice (forţe Var de Waals şi interacţiunile hidrofobe).

Fiecare moleculă de apă poate coordona 4-4,9 molecule vecine, ceea ce îi permite asocierea într-o reţea tridimensională, spaţială, stabilizată prin legături de hidrogen.

Intensitatea interacţiunilor prin legături de hidrogen determină starea de agregare şi diverse constante fizice ale apei. Astfel, în gheaţă, legăturile de hidrogen au lungimea de 1,77A (Angström), unghiul dintre cei doi dipoli H-O este de 109°, iar moleculele se ordonează hexagonal, într-o reţea mult mai afânată decât cea cubică sau romboedrică.

Toate acestea conferă apei îngheţate o densitate mai mică, din această cauză gheaţa plutind deasupra apei.

Să ne imaginăm că, dacă apa dintr-un râu ar îngheţa de jos în sus, ar muri toate organismele din apă, pe când stratul de gheaţă care se formează natural deasupra apei protejează formele de viaţă de sub ea.

Energia legăturii chimice covalente O-H în apă este de 461,4 KJ/mol, iar a legăturii de H este de 25 KJ/mol în apa lichidă şi 20 KJ/mol, ceea ce arată diferenţa enormă dintre tăriile celor două tipuri de legături. Totuşi, 25 KJ/mol este o energie mare faţă de legăturile (interacţiunile) Van der Waals de 2-9 KJ/mol. Aceste energii explică stabilitatea apei⁽¹³⁾.

Datorită faptului că apa se găseşte la temperatura obişnuită în stare lichidă, îi conferă acesteia rolul de mediu de reacţie intern prin excelenţă.

Asocierea moleculară poligonală a apei este un exemplu tipic de echilibru dinamic în care legăturile de hidrogen se rup şi se refac rapid, cu frecvenţe care depind de mediu. La 25 °C, moleculele apei pure se reorientează reciproc de la 10¹¹-10¹² ori pe secundă, de 10⁷-10⁹ s^-1 în prezenţa ionilor monovalenţi, a celor bivalenţi de 10²-10⁸ s^-1 şi de 10^-1 s^-1 a ionilor trivalenţi^(11,12).

Rezultă că energia punţilor de H din apă ia valori diferite la dizolvarea substanţelor ionice faţă de moleculele polare şi polimerii ionici şi neionici. Aceste modificări arată că legăturile de H ale apei se modifică prin solubilizarea substanţelor ionice, a celor polare, dar şi a substanţelor macromoleculare⁽¹³⁾.

Analizând structura moleculelor de apă prin rezonanţă magnetică nucleară a apei din natură, comparativ cu a apei din organismele vii, a rezultat că structura acesteia este diferită în cele două forme. Aşa s-a descoperit că apa poate exista şi într-o a patra stare, denumită „cristal lichid”, aceasta fiind forma structurală care caracterizează apa din toate organismele vii. Aceasta este echivalentă cu apa biostructurată care există în corpul uman şi care acţionează ca o moleculă bipolară care înconjoară fiecare anion şi cation cu o matrice structurală unică, aşa-numiţii clusteri de apă.

Apa lichidă este formată dintr-un amestec de molecule libere (monomeri) şi asociate (dimeri, tetrameri şi octomeri). Proporţia lor depinde de temperatură. La temperatură ridicată domină monomerii şi dimerii. Monomerii intră în spaţiile intermoleculare ale reţelei cristaline ca molecule interstiţiale. Peste temperatura de 4 °C, ca urmare a intensificării agitaţiei termice, monomerii interstiţiali ies din ochiurile reţelei.

Spre 40 °C, se desfac 50% dintre legăturile de H şi apa devine mai fluidă, această temperatură fiind considerată „al doilea punct de topire al apei”. Aşa se explică de ce în decursul evoluţiei s-a stabilizat temperatura homeotermelor între 35 şi 41 °C^(12,13).  Este important de reţinut faptul că toate procesele biochimice care întreţin viaţa se petrec în apa din interiorul organismului uman, condiţiile optime fiind temperatura de 37 °C şi presiunea de 1 atmosferă.

În alimente apare o transformare de fază de ordinul II, denumită tranziţie vitroasă sau sticloasă, care se produce la temperatura de vitrifiere, Tg (în limba engleză glass = sticlă).

Temperatura tranziţiei vitroase, Tg, creşte cu scăderea umidităţii la toate alimentele⁽¹¹⁾.

Starea de agregare şi comportarea reologică depind de compoziţie, de temperatură, de umiditate şi de gradul de structurare în matricea alimentelor. Umiditatea nu mai este un indicator al stării de agregare.

Numai aşa se explică de ce pepenele, cu 95% apă, castraveţii, cu 97% apă etc. au structură spaţială, fiind solide, pe când laptele, cu 87,7% apă, este fluid.

Concluzii

Ne dorim să consumăm o apă naturală de calitate, cât mai puţin tratată chimic, cu caracteristici organoleptice bune, fără efecte toxice şi cu multiple proprietăţi benefice pentru organism. Lipsa tratamentelor chimice impune însă un set corect de reguli pe care trebuie să îl respectăm pentru păstrarea calităţii apelor naturale de izvor în condiţii optime. Foarte important este să evităm risipa de apă potabilă şi să reducem cât mai mult activităţile poluante care afectează mediul înconjurător şi calitatea apei.

 

Conflict de interese: niciunul declarat

Suport financiar: niciunul declarat

Acest articol este accesibil online, fără taxă, fiind publicat sub licenţa CC-BY.