如虚如实说｜一杯水在人体中的旅程

原作始发于 广州科普 官方微信公众号

我们口渴时喝下一口水后

常会有满足的感觉

啊......舒服

水是生命之源。我们的身体大部分是水，水占婴儿身体约75%、占成人身体约65%、占老年身体约60%。当然这还取决于个人的脂肪、肌肉、骨骼等因素。

人体中的水可分为两个部分：一部分是体液，其中包括血液、淋巴液、脑脊液、间质液（interstitial fluid，简称IF，后面还要讲到）、眼液等，大约占40%。另一部分体液用于组建细胞，占60%。身体的各个部分含水量不同（图1）。体液中绝大部分是水，血液约为83%，淋巴液约为96%。柔软的器官含水较多，大脑为75%，肺为79%，皮肤为72%。较硬的器官含水量少，骨骼约为23%，牙齿含水量最低，约为10%。

水是细胞和体液的基本建筑材料，是生物化学反应的介质、溶剂和反应物，也是营养物质的运输者。它还用作排除体内废料，调节体温等。如果得不到水，人只能生存3—4天。

图1，人体各个器官的含水量

身体所需要的水只能来自饮用或食物。从喝下一口水开始，一个涉及多个器官和多个复杂机制的过程就开始了。

让我们来探索水在人体内经过的路径及其发挥的作用：

第一步：摄入和初步处理

01 口腔

喝下一口水，水进入口腔后会立即参与消化过程。水与唾液腺分泌的唾液混合，有助于吞咽。

02 食道

一旦吞咽，水通过食道进入胃。食道是一条连接口腔和胃的肌肉管。肌肉有节奏地收缩，使得食道蠕动，将水和食物逐步推入胃中。

第二步：吸收和分布

03 胃

水在胃中停留的时间很短。与食物不同，水不需要被进一步分解。一部分水能通过胃壁快速进入血液（所以喝了水后马上会觉得解渴）。另外胃也将水与胃液混合，以便稀释和运输营养物质。

04 小肠

吸收水的主要部位是小肠。在这里，小肠里的水通过肠壁被吸收到血液中。吸收是通过渗透（osmosis）过程实现的。渗透过程对于生命非常重要，动物、植物、微生物都离不开它。水是一种溶液，溶液中的物质称为溶质。把溶质少（密度低）的溶液和溶质多（密度高）的溶液放在一起，中间用渗透膜隔开，那么溶质少的溶液就会穿过渗透膜，流向溶质多一边，直至平衡。读者可以做个实验（图2），把土豆去皮，切成3个等长的小长条，接着用3个杯子加入100毫升蒸馏水，并分别加入0、2、4克盐。

盐水的饱和浓度是多少呢？约为35克/100毫升。海水的含盐量为3.5克/100毫升。盐水的浓度达到1克/100毫升时就已经苦咸，不能喝了。

然后把土豆条放入杯中浸泡30分钟。拿出后测量土豆条的长度可以发现，浸泡在蒸馏水（0克盐）中的土豆条变长了，这是因为土豆细胞中的溶液有较多的溶质，因此杯中的水渗透到土豆细胞中，迫使细胞变大，所以土豆条变长。浸泡在浓盐水（4克盐）中的土豆条变短了，这是因为盐水中的溶质比土豆细胞中的溶质多，所以土豆细胞中的水渗透到了盐水中，细胞变小，所以土豆条就变短了。浸泡在盐水（2克盐）中的土豆长度不变，这是因为盐水中的溶质与土豆细胞的溶质正好相等，这一平衡叫做等渗透压（isotonic）。

图2，土豆实验

小肠吸收水和其他营养物质就是用了渗透过程（图3）：水从小肠（低浓度区）穿过肠壁（渗透膜）渗透到血管（高浓度区）中。渗透的关键是膜内外溶质的浓度差。灌肠药物的作用就是提高肠道中水的浓度，使其高于血液中水的浓度，使水分聚集在肠道内并排出，以达到清洁肠道的目的。

水穿过肠壁进入血管后，一部分成为间质液（interstitial fluid，IF），另一部分成为血液中的液体部分（血浆）。这两个部分组成细胞外液（Extracellular fluid，简称ECF），随血液循环输送到身体的各个部分。除了血液外，体内还有多种细胞外液，如淋巴液，脑脊液，泪液等。如上所述，这些体液的主要成分都是水。与之相对应的是细胞内液（intracellular fluid，简称 ICF）。细胞内液是细胞中的液体，它是构建细胞必不可少的材料。

图3，水在小肠中被吸收

第三步：循环和利用

05 血液循环系统

细胞外液进入血液循环系统后，将通过血管被输送到身体各个部分的每一个细胞。水对于维持血容量和血压至关重要，同时它还帮助将氧气和营养物质运输到细胞和组织中。此外水对调节体温也非常重要。因此，我们感觉到热的时候想要喝水。

06 细胞和组织

细胞外液到达细胞后，复杂的新陈代谢过程随之发生。对于不同的细胞，新陈代谢的过程也有所不同。但新陈代谢所需要的生物化学反应大多发生在水溶液中。水中的溶质包括脂质、碳水化合物和电解质（电解质来自食物中的钾、钠、钙、镁等元素）等。

如图4所示，细胞膜是渗透膜，它由一系列脂肪酸链组成。这些脂肪酸链形如长着两条尾巴的蝌蚪，蝌蚪的头部是亲水的基团，对着细胞膜的外部，因此可以吸水；蝌蚪的尾巴是疏水的基团，对着细胞膜的内部，因此可以输送水。脂肪酸链中还穿插着许多蛋白质通道，以便传送溶质。细胞的外面是细胞外液，其中有钠离子（Na+）和钾离子（K+）等溶质，但浓度不高。细胞的内部是细胞质及细胞内液。根据渗透过程原理，细胞外液中的溶质可以通过细胞膜进入细胞以进行新陈代谢。不过，细胞内液的浓度高，由于新陈代谢产生的溶质需要由细胞膜上的泵来加压才能被泵出细胞外。

图4，细胞外液通过细胞膜渗入细胞内部协助进行新陈代谢。

如图4，细胞外液通过细胞膜渗入细胞内部协助进行新陈代谢。细胞新陈代谢产生的废料排入细胞内液，再通过细胞膜泵到细胞外液。这靠的是细胞膜上的ATP（Adenosine Triphosphate，三磷酸腺苷）水解成ADP（Adenosine Diphosphate二磷酸腺苷）时释出能量。

第四步：排泄和平衡

07 肾脏

肾脏是非常重要的一环。血液携带着细胞新陈代谢时产生的废料到达肾脏，由肾脏来过滤，去除多余的水、废物和电解质，形成尿液。它确保身体留有必要的水和电解质，排除其余部分。

08 膀胱

肾脏形成的尿液储存在膀胱中。当膀胱充盈时，会发出神经信号触发排尿的欲望，让身体排出尿液。身体的新陈代谢无时不在进行，所以我们要经常喝水，经常排尿。

杯水在人体内的旅程令人惊叹。同时，它也凸显了水对人体的重要性。从补充水分、帮助消化和吸收到维持细胞功能和清除废物，水在每个阶段都至关重要，必不可少。

人体不可缺水。当身体缺水时会发生一系列不良的反应，称之为脱水。脱水会影响身体的各个系统，导致许多症状和健康问题，例如：

为了防止脱水，每天都要摄入足够的水分。成人每天应饮用2—3升水（具体需求因人而异，取决于体重、活动水平、食物和气候等多个因素）。

人也不可以喝太多水。摄入过多的水分会导致水中毒或低钠血症。这是因为体内水分过多会稀释了血液中的钠浓度，对身体产生严重的影响，包括：

• 头痛和头晕

体内水分过多会导致脑细胞肿胀，引起头痛和头晕。

• 恶心和呕吐

过多的水分会影响胃肠道，导致恶心和呕吐。

• 肌肉痉挛和虚弱

由于电解质失衡，特别是低钠水平，肌肉可能会出现痉挛和虚弱。

• 混乱和意识模糊

水中毒会影响大脑功能，导致思维混乱、意识模糊，甚至昏迷。

• 癫痫发作

严重的低钠血症可能会引发癫痫，这是由于脑细胞肿胀引起的神经元活动异常。

• 呼吸困难

体内水分过多可能导致液体在肺部积聚，引起呼吸困难。

人通常不会自主地大量饮水（古代刑罚中有灌水），水喝多了也会很快地排尿。但在一些情况下（如剧烈运动或长时间出汗）需要大量饮水。此时要注意补充电解质（如钠、钾），预防水中毒。运动饮料就是为此设计的。

水对人体如此重要，市面上也就出了各种各样的产品，如山水、矿泉水、苏打水、富氢水等等。山水泛指雨水经过山石、林木、土壤过滤后的水，由于受环境的影响很大，且没有质量控制，难以达到国家饮用水的标准（参见「如虚如实说」| 能量与能量转换之热能 (五)——煮水）。有品牌的矿泉水必须满足国家标准，质量应该是有保证的。不过，要到达国家标准通常需要多步处理。因此有些品牌的矿泉水并不是真正的矿泉水。苏打水是英国科学家约瑟夫普里斯特利（Joseph Priestley，1733年—1804年）发明的（参见如虚如实说 | 氧气与氧气机）。苏打水只是在水中注入二氧化碳，有特别的口感。近年来网红的富氢水是在水中加入氢气，据说在日本和韩国颇为流行。但由于没有实际效果，已被国家的市场监督部门明文规定管治。