Учебное пособие для студентов всех форм обучения Донецк 2018 ббк 28. 903 я 73 удк 612 (075) д 30
 Скачать 0.95 Mb.
|
Работа почек может изменяться условнорефлекторным путем, что свидетельствует об участии коры больших полушарий в регуляции мочеобразования.При болевом раздражении мочеотделение прекращается. При боли возбуждается гипоталамус и посылает сигналы в гипофиз. После еды мочеобразование увеличивается вследствие всасывания в кишечнике воды и солей пищи.ТЕМА 14 ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ 1. Понятие обмена веществ и энергии Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения питательных веществ в организме с освобождением энергии. В организме динамически уравновешены два процесса обмена веществ – ассимиляция (анаболизм)– биосинтез органических веществ, компонентов клеток и тканей и диссимиляция (катаболизм) – расщепления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного расщепления поступающих с пищей белков, жиров и углеводов. Преобладание в организме процессов ассимиляции обеспечивает рост, накопление массы тела; преобладание диссимиляции ведет к частичному разрушению тканевых структур и к уменьшению массы тела. При этом происходит превращение энергии - переход потенциальной энергии химических соединений, освобождаемой при их расщеплении, в энергию кинетическую (тепловую, механическую, электрическую). Для возмещения энергозатрат организма, сохранения массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление белков, липидов, углеводов, витаминов, минеральных солей, микроэлементов и воды. Их количество и соотношение должны соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Это достигается питанием. Необходимо также, чтобы организм очищался от конечных продуктов распада. Это достигается работой органов выделения. 2. Обмен белков Белки являются основным пластическим материалом, из которого построены клетки и ткани организма. Они являются составной частью мышц, гормонов, гемоглобина, антител и других жизненно важных образований. Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение и выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков – актина и миозина. Поступающий с пищей из внешней среды белок имеет пластическое и энергетическое значение. Пластическое значение белка состоит в восполнении и новообразовании структурных компонентов клетки. Для нормального обмена белков необходимо поступление с пищей в организм различных аминокислот. Из 20 входящих в состав белков аминокислот 10 синтезируются в организме и потому являются заменимыми аминокислотами, 10 – не синтезируются и являются незаменимыми аминокислотами. Поступившие с пищей белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируются в печень. Поступившие в печень аминокислоты подвергаются преобразованиям. Эти процессы обеспечивают синтез видоспецифичных аминокислот. Из печени такие аминокислоты поступают в ткани и используются для синтеза тканеспецифичных белов, т.е. белков, которые образуют различные ткани. При избыточном поступлении белков с пищей, после отщепления от них аминогрупп, они превращаются в углеводы и жиры. Белковых депо в организме нет. Существует понятие «биологической ценности» белков пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких соотношениях, которые обеспечивают нормальные процессы синтеза, являются биологически полноценными белками. Белки, не содержащие тех или иных аминокислот или содержащие их в очень малых количествах, являются неполноценными. Наиболее высока биологическая активность белков мяса, яиц, рыбы, икры, молока. Энергетическое значение белка заключается в обеспечении организма энергией, образующейся при расщеплении белков. При окислении в организме 1 г белка выделяется 4,1 ккал энергии. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатин и др. Они выводятся из организма почками и потовыми железами. О количестве поступивших в организм и разрушенных в нем белков судят по величине азотистого баланса. Количество азота, поступившего с пищей, всегда больше количества усвоенного азота, так как часть его теряется с калом. Между количеством азота, введенного с белками пищи, и количеством азота, выводимым из организма, существует определенная связь. Увеличение поступления белка в организм приводит к увеличению выделения азота из организма. Это состояние азотистого равновесия. Когда поступление азота превышает его выделение, наступает положительный азотистый баланс. При этом синтез белка преобладает над его распадом. Устойчивый положительный азотистый баланс наблюдается всегда при увеличении массы тела, в период роста организма, во время беременности, в период выздоровления после тяжелых заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках. Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе. Такие состояния достигаются, если организм получает около 100 г белка в сутки; при больших физических нагрузках потребность в белках возрастает до 120-150 г. Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего азота, наступает отрицательный азотистый баланс. Он отмечается при белковом голодании и в том случае, когда в организм не поступают отдельные, необходимые для синтеза белков аминокислоты, при недостаточном количестве белка. При голодании белки одних органов могут использоваться для поддержания жизнедеятельности других, более важных. При этом расходуются в первую очередь белки печени и скелетных мышц; содержание белков в миокарде и тканях мозга остается почти без изменений. Регуляция обмена белков. Центром регуляции обмена белков в ЦНС является гипоталамус. Гуморальная регуляция осуществляется рядом гормонов: соматотропный гормон гипофиза во время роста организма стимулирует увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека данный гормон обеспечивает синтез белков; тироксин - гормон щитовидной железы, стимулируют синтез белка и активируют рост, развитие и дифференциацию тканей и органов. 3. Обмен углеводов Углеводы поступают в организм в виде крахмала и гликогена. В процессе пищеварения из них образуются глюкоза, фруктоза, лактоза и галактоза, которые затем поступают в печень. В печени глюкоза превращается в гликоген. Запасы гликогена в печени и в мышцах взрослого человека составляют 300-400 г. При углеводном голодании происходит распад гликогена и глюкоза поступает в кровь. Уровень глюкозы в крови составляет 3,5 - 5,5 ммоль/л (60-100 мг%) и является важнейшей гомеостатической константой организма. Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется гораздо меньше кислорода, чем при окислении жиров. Быстрота окисления углеводов, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии в случаях эмоционального возбуждения, при интенсивных мышечных нагрузках. Глюкоза выполняет в организме и пластические функции. Она входит в состав нуклеиновых кислот, ферментов и аминокислот, а также служит структурным элементом клеток. Глюкоза участвует в образовании витамина С. Понижение содержания глюкозы в крови называется гипогликемией. Особенно чувствительной к гипогликемии является центральная нервная система. Незначительная гипогликемия проявляется общей слабостью и быстрой утомляемостью, мышечной слабостью, падением температуры тела, а в дальнейшем — судорогами и потерей сознания. При поступлении в пищеварительный тракт большого количества углеводов содержание глюкозы в крови быстро увеличивается. Развивающуюся при этом гипергликемию называют пищевой. Ее результатом является выделение глюкозы с мочой. При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов распада жиров и белков. По мере убыли глюкозы в крови происходит расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь (мобилизация гликогена). Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови. Регуляция обмена углеводов. Основным параметром регулирования углеводного обмена, является поддержание уровня глюкозы в крови в пределах 4,4 - 6,7 ммоль/л. На углеводный обмен влияет кора больших полушарий головного мозга и гипоталамус. Уровень глюкозы в крови регулируется также гуморальным путем. Инсулин, гормон поджелудочной железы, влияет на уровень глюкозы в крови путем уменьшения ее концентрации. Глюкагон – также гормон поджелудочной железы – увеличивает концентрацию глюкозы в крови, адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников; глюкокортикоиды – гормоны коркового слоя надпочечников; соматотропный гормон гипофиза; тироксин – гормон щитовидной железы также увеличивают концентрацию глюкозы в крови. 4. Обмен липидов (жиров) Различают следующие виды липидов: нейтральные жиры, фосфатиды и стерины. Физиологическая роль липидов в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур и являются богатыми источниками энергии. Таким образом, липиды выполняют пластическую и энергетическую функции.Теплотворная способность липидов более чем в два раза превышает способность углеводов и белков. Нейтральные жиры расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через кишечник, вновь превращаются в жир, который всасывается в кровь и в лимфу. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются для пластического синтеза и в качестве энергетического материала. Общее количество жира в организме человека может колебаться от 10 до 50 % от массы тела. Жировые депо в организме непрерывно обновляются. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жира может происходить из углеводов. Нейтральные жиры, поступающие в ткани из кишечника и жировых депо, окисляются и используются как источник энергии. При окислении 1 г жира освобождается 9,3 ккал энергии. Как энергетический материал жиры используются в состоянии покоя и при выполнении длительной малоинтенсивной работы. В начале более интенсивной работы начинают использоваться углеводы. Жировая ткань, покрывающая различные органы, предохраняет их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов, а подкожная жировая клетчатка защищает организм от излишних теплопотерь. Секрет сальных желез предохраняет кожу от высыхания и излишнего смачивания водой. Фосфатиды синтезируются в кишечнике из нейтральных жиров. Фосфатиды входят в состав клеточных мембран, ядра и протоплазмы. Они имеет большое значение для функционирования нервной ткани и мышц. Стерины являются источником образования желчных кислот, а также гормонов коры надпочечников и половых желез. Обмен липидов тесно связан с обменом углеводов и белков. Поступающие в избытке белки и углеводы превращаются в жир. При голодании жиры служат источников углеводов. Регуляция обмена жиров. Повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад липидов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови, наоборот, тормозит синтез липидов и усиливает их расщепление. Таким образом, взаимосвязь жирового и углеводного обменов направлена на обеспечение энергетических потребностей организма. Гормон мозгового слоя надпочечников – адреналин, соматотропный гормон гипофиза, гормон щитовидной железы - тироксин при длительном влияние уменьшают жировое депо. На обмен влияют симпатическая нервная система (она тормозит синтез липидов и усиливает их распад) и парасимпатическая нервная система (способствует отложению жира). Нервные влияния на жировой обмен контролируются гипоталамусом. 5. Обмен воды и минеральных солей Вода является составной частью всех клеток и тканей человека. Вода у взрослого человека составляет 65 % от массы тела, а у новорожденного – 75 %. Она является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания его жизнедеятельности. Основная масса – 71 % всей воды в организме – входит в состав протоплазмы клеток, составляя внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в состав тканевой жидкости (около 21 %) и воды плазмы крови(около 8 %). Депо воды – подкожная клетчатка. Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. С пищей человек получает в сутки около 750 мл воды, в виде напитков и чистой воды – около 630 мл. Около 320 мл воды образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 800 мл воды. С фекалиями выводится 100 мл воды. Следовательно, минимальная суточная потребность составляет около 1700 мл воды. Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чувством жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра гипоталамуса. Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей. Наиболее важное значение имеют натрий, калий и кальций. Натрий (Na+) является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6 – 12 раз превышает содержание в клетках. Натрий в количестве 3 - 6 г в сутки поступает в организм в виде NaCl и всасывается преимущественно в тонком отделе кишечника. Натрий участвует в поддержании осмотического давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма. Баланс натрия в организме поддерживается, в основном, деятельностью почек. Калий (К+) является основным катионом внутриклеточной жидкости. В клетках содержится 98 % калия. Суточная потребность в калии составляет 2-3 г. Основным источником калия в пище являются продукты растительного происхождения. Всасывается калий в кишечнике. Калий поддерживает мембранный потенциал и генерирует потенциал действия. Он также участвует в регуляции кислотно-щелочного равновесия и поддерживает осмотическое давление в клетках. Регуляция его выведения осуществляется преимущественно почками. Кальций (Ca2+) обладает высокой биологической активностью. Он является основным структурным компонентом костей скелета и зубов, где содержится около 99 % всего кальция. В сутки взрослый человек должен получать с пищей 800-1000 мг кальция. В большом количестве кальция нуждаются дети ввиду интенсивного роста костей. Всасывается кальций преимущественно в двенадцатиперсной кишке. Примерно ¾ кальция выводится пищеварительным трактом и ¼ - почками. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в мышечном сокращении, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга. В организме большую роль играют и элементы, находящиеся в небольшом количестве. Их называют микроэлементами. К ним относят: железо, медь, цинк, кобальт, молибден, селен, хром, никель, олово, кремний, фтор, ванадий. Большинство биологически значимых микроэлементов входит в состав ферментов, витаминов, гормонов. Регуляция водного и минерального обмена Регуляция выделения солей и воды из организма осуществляется путем нервных и гуморальных влияний на почки и потовые железы. Нервный центр, регулирующий водно-солевой обмен, расположен в гипоталамусе. Здесь имеются специальные осморецепторы, чувствительные к изменению концентрации минеральных солей. Гормон задней доли гипофиза – вазопрессин – понижает выделение воды почками. Гормоны коры надпочечников – минералокортикоиды – вызывают задержку натрия в организме, увеличивают количество внеклеточной жидкости, повышают выделение калия из организма. Тироксин щитовидной железы усиливает процесс мочеобразования и выведения жидкости из организма, тиреокальцитонин околощитовидной железы способствует выведению из организма солей кальция. 6. Витамины Витамины содержатся в пищевых продуктах в незначительном количестве, но оказывают выраженное влияние на физиологическое состояние организма, часто являясь компонентом молекул ферментов. Витамины содержатся в пищевых продуктах либо в готовом виде, либо в форме провитаминов, из которых в организме образуются витамины. Витамины делят на две группы в зависимости от растворимости – на водорастворимые и жирорастворимые. К водорастворимым витаминам относятся: С (аскорбиновая кислота), В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), РР (никотиновая кислота), В3 (пантотеновая кислота), В6 (пиридоксин), ВС (фолиевая кислота), В12 (цианкобаламин), Н (биотин). К жирорастворимым витаминам относятся А1 (ретинол), А2 (дегидроретинол), D (кальциферолы), Е (токоферолы), К (филлохинолы). При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает патологическое состояние – авитаминоз, поскольку витамины оказывают специфическое влияние на рост, обмен веществ и физиологическое состояние организма. При недостаточном содержании витаминов возникает гиповитаминоз. Авитаминозы и гиповитаминозы могут возникнуть даже при наличии витаминов в пище в тех случаях, когда нарушено их всасывание (при заболеваниях пищеварительного тракта) или использование в организме. Гиповитаминозы могут возникнуть при нормальном питании, если потребность в витаминах повышена, например, при беременности, росте, инфекциях, приеме антибиотиков. Отсутствие в пище большинства витаминов через какое-то время приводит к смерти. Рассмотрим основные источники витаминов и их значение для организма. Таблица |