水是生命之源，沒有水就不會有地球上的多姿多彩的生物。可是即便水是如此重要，也并不是多多益善的。

人體喝水過多，可以直接導緻死亡。因飲水過多所緻的機體功能異常，醫學上稱之為水中毒。當然，水中毒發生的概率很小，所以人們通常情況下并不用擔心自己喝水喝着喝着就“挂掉了”。

被報道的水中毒事件中，一般常見于長時間、大強度運動之後，瘋狂大量飲水的情況。而其他飲水過多的行為，都可以導緻水中毒。

但是，為什麼會水中毒呢？水中毒是怎麼一回事呢？

為什麼水是生命之源？這是因為細胞隻有在水環境中才能存活。但是，很多朋友就會納悶了，細胞如果需要生活在水裡的話，為什麼我們會生活在陸地上，而不是在水中？

确實，我們并不生活在水中，我們行走在陸地上，但是我們每天都必須飲水，成年人身體體重的70%是由水貢獻的，嬰幼兒更高。

形象來說，我們就好比用皮囊包裹着水的機器，組織細胞就被養在這些水裡。

雖然，細胞生活在水環境中，但是這裡的水可不是純水。

細胞要維持生計，它需要源源不斷地從水環境中攝取到營養物質，所以，這裡的水環境中充滿了各種物質。但是，細胞是怎麼“喝水”“排水”的呢？

在細胞的最外側存在着細胞膜，該層膜起到隔絕外界環境，為細胞内的生物化學反應提供一個适宜的環境，并高效代謝。而物質要進入細胞，或者物質要排除細胞都需要在細胞膜上進行轉運。

細胞膜結構

細胞膜的骨架由雙層的磷脂分子所構成，磷脂分子的形态好似“蝌蚪”，擁有着頭部和尾部，頭部存在親水基團，而尾部則含有疏水基團。

因為細胞内外都是充滿着水，所以頭部分别朝向細胞内和細胞外，而疏水性基團則相互間聚攏在一起構成細胞膜的内部結構。

磷脂雙分子層結構

在細胞膜上，還會點綴很多蛋白質，這些蛋白質就好比細胞雇傭的員工，隻要細胞這個老闆下達指令，它們就會立即去執行之。

比如，細胞膜上就存在着一些蛋白質的離子通道，這些離子通道的開放和關閉，直接影響到物質進出細胞内外。

水是一種小分子，小到可以直接從磷脂分子之間的空隙裡鑽進去，而鈉離子、鉀離子等則因為體型較大，無法做到這一點。

因為水分子很小，所以水分子的自由運動可以将其由數量多的一側運動到數量少的一側。

這種方式被稱為自由擴散，它的原理是其他物質的自由擴散的一樣的。

自由擴散

雖然水分子可以如此做到，但是，鈉鉀離子卻不可以。物質要溶解在水中，必然要擁有極性，即物質需與水分子自身攜帶的電荷極性能夠相互作用。

比如，鈉離子帶正電荷，而水分子的氧原子基團傾向帶負電荷，如此二者相互吸引。

鈉離子的極性表現

而實際上，水分子之間也存在着這種異性電荷間的相互吸引，此時二者之間就構成了氫鍵。

氫鍵

物質間的這種電荷間的相互吸引，在很大程度上影響了物質的自由運動。

雖然水可以自由的出入細胞内外，但是，如果細胞内外鈉離子和鉀離子等濃度不一樣的話，就可以在很大程度上影響水分子的運動。

比如，将植物細胞細胞放在濃鹽水的高滲溶液中，細胞内的水分子就會被細胞外的液體所吸引，從而失水變的皺縮起來。

而如果植物細胞放在濃度較小的鹽水或純水等低滲環境下，細胞外的水分子則會源源不斷地進入細胞，細胞就會被脹大。

高滲(左)、等滲(中)、低滲(右)溶液下的植物細胞形态

植物細胞因為在其表面，存在着由纖維素所構成的細胞壁，所以即便細胞外的水分源源不斷進入細胞内，細胞也不會因此被脹破而死亡。

但是，動物細胞的表面則沒有由纖維素構成的細胞壁，所以，如果細胞生活在低滲溶液，或者細胞外的水分過多，細胞就會被脹破死亡。

高滲(左)、等滲(中)、低滲(右)溶液下的動物細胞形态

為什麼植物細胞有纖維素等多糖構成的細胞壁，而動物細胞沒有呢？

其實，越低等的生物的細胞，往往都傾向于擁有細胞壁。比如，細菌、藍藻等都具有細胞壁。這可能與生命起源于海洋有關。

因為在海水環境下，外界充滿着豐富的水分子，如果稍有不慎，細胞可能就因此被撐破“肚子”。

比如人的紅細胞，在不同濃度的溶液中可表現出類似的現象：

高滲溶液(左)、等滲溶液(中)、低滲(右)溶液下的紅細胞形态

而細胞壁的存在，在很大程度上，避免了這種情況。

而動物細胞之所以選擇放棄細胞壁，因為細胞壁會嚴重阻礙細胞之間相互的物質交換和聯系。

動物細胞有着一套自我維持細胞始終處于穩定内環境的機制。

就如上文提到的，水分子可以通過自由擴散自由出入細胞内外，但是離子因為個頭較大，無法做到這一點。

而細胞内外離子濃度的差異，将直接導緻水分子是傾向流向細胞内，還是傾向流向細胞外。

而動物們就是通過這套機制來密切掌控細胞内外水含量的平衡的。

在細胞膜上就存在着一種叫做鈉鉀離子泵的蛋白質。它可以通過消耗能量(ATP)的方式，将細胞内的3個鈉離子像抽水泵一樣，泵到細胞外；同時，又将細胞外的兩個鉀離子帶入細胞内。

鈉鉀泵的這種行為，将導緻細胞外的鈉離子濃度較細胞内高，而細胞外的鉀離子濃度較細胞内低。

實際上，正常情況下，細胞外的鈉離子濃度大約是細胞内的15倍，而細胞内的鉀離子濃度大約是細胞外的30倍。

鈉鉀離子在細胞内外的如此濃度差，最終導緻細胞内外的水分子含量保持在适當的範圍。

實際上，細胞外的離子濃度，不僅僅有鈉鉀離子， 還有很多其他離子，比如鈣離子、鎂離子、氯離子等等。這些離子綜合起來的所構成的晶體滲透壓，最終影響着水在細胞内外的分布。

而除了離子所構成的晶體滲透壓，蛋白質等有機分子所構成的膠體滲透壓，也在維持水分在細胞内外的分布至關重要。

此外，水分子不僅可以通過自由擴散進出細胞。在細胞膜上還存在着一些由蛋白質構成的水通道，這些通道的開放，可快速地讓水分子進出細胞。

鈉鉀離子是細胞内外最重要的化學離子，不僅因為數量多，而且還因為它們在細胞電信号的産生、傳導上擁有着非常重要的作用。

細胞産生電信号，需要由細胞外的鈉鉀離子的運動。在上文部分，我們已經知道在鈉鉀泵的作用下，細胞外是鈉離子濃度較細胞内較高，而細胞内的鉀離子較細胞外的較高。

一般情況下，它們被細胞膜隔開，不能随意進出細胞膜，但是細胞膜上有些離子通道蛋白，當它們開放時，細胞外的鈉離子就可快速進入細胞内，而細胞内的鉀離子則可以快速出細胞。

細胞電信号的産生機制

如此，就造成了鈉鉀離子在細胞膜的内外産生了運動。而我們知道，帶電荷粒子的運動是産生電流的原因。它們的這種行為，可在細胞膜上産生電勢差，最終在細胞上産生電流。

細胞電信号的傳輸

細胞的電信号傳導，是細胞間相互溝通的重要途徑。

比如，當細胞外鈉離子濃度過高，細胞會将這種信号快速傳遞給其他細胞，最終傳到大腦，大腦得到消息後，會告訴機體“渴了”，于是飲水行為就會發生。從而稀釋細胞外過高的離子濃度。

而如果細胞外鈉離子濃度過低，細胞則還是将這份信号傳給大腦，大腦得到消息後，會分泌一些激素，讓腎髒開始工作，最終以尿的形式排除水分，進而濃縮細胞外過低的離子濃度。

但是，上述的過程是個有限度的調整機制。

當機體瘋狂大量飲水時，在機體還沒反應過來細胞外的水分已經超過極限時，就可造成細胞外的鈉離子等物質的濃度過低，當細胞膜上的鈉離子通道打開時，因為鈉離子濃度太低，根本就無法流入足量的鈉離子。

而鈉離子是細胞内重要的代謝物質，當它缺乏時，細胞的很多代謝就将無法正常執行，細胞将無法正常的産生能量物質，将細胞内外的物質進行運輸。

最終，細胞膜上的離子蛋白，因為沒有能量可用，而随便洞開，鈉鉀離子快速湧進和湧出，細胞外的水分進入細胞，細胞開始脹大，最終細胞内的代謝被徹底打亂，細胞脹大，最終衰竭破裂而死。

于是，水中毒就産生了！

當然，實際上的水中毒要比這個過程複雜的多。這是一個機體内多種物質代謝紊亂後的綜合産物。但是，細胞外鈉離子濃度的重要性已經是被公認的。

而水中毒，有時也被稱為低鈉血症。就是因為飲水過多，引起細胞外鈉離子濃度過低，影響到細胞的正常功能，最終細胞功能紊亂、衰竭而死。

而長時間大強度運動後，人體大量排汗，汗液在帶走水分的同時，也帶走了數量可觀的鈉離子。

當人大量飲用純水時，因為極度疲憊，大腦已經無法像平時那般精準控制飲水量，所以很容易喝多。

如此就造成了細胞外的鈉離子被快速地稀釋，最終通過上述的機制，導緻細胞功能紊亂，産生休克等表現，俗稱水中毒。

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