Угольная ангидраза.

Кроме того, углекислый газ может вступать в химическое соединение с гемоглобином, освободившимся от кислорода при прохождении крови по капиллярам тканей. Это соединение называется карбогемоглобином. Примерно 30% углекислого газа переносится кровью в форме карбогемоглобина.

Парциальное давление кислорода в тканях значительно меньше, чем в артериальной крови. В связи с этим кислород отщепляется от оксигемоглобина и переходит из крови в ткани. Углекислого газа, наоборот, больше в тканях, так как он является продуктом oбмена веществ. Поэтому углекислый газ переходит в кровь. Процесс перехода кислорода из крови в ткани и углекислого газа из тканей в кровь носит название обмена газов в тканях.

При физической работе содержание кислорода в работающих мышцах уменьшается, так как он быстро расходуется на обеспечение мышечных сокращений. Снижение парциального давления кислорода в тканях способствует более быстрому расщеплению оксигемоглобина. Однако чем больше кислорода поглощает мышечная ткань, тем больше падает в мышце его парциальное давление, тем на меньшую глубину проникает поступивший из крови кислород. Он будет израсходован мышечными волокнами, расположенными рядом с капиллярами. Отсюда понятно, какое большое значение имеет раскрытиеприработе тех капилляров, которые в покое закрыты. При выполнении физической работы в мышцах накапливаются продукты обмена веществ, главным образом различные кислоты. В кислой среде оксигемоглобин расщепляется легче. Следовательно, образование кислых продуктов обмена веществ при работе облегчает поступление кислородав

мышцы. Температура мышц во время работы возрастает, что также благоприятствует расщеплениюоксигемоглобина.

Итак, на переход кислорода из крови в ткани влияют три фактора: парциальное давление кислорода в тканях, кислотность среды и температура. Кислород, поступивший в ткани из крови, используется для окисления различных органических веществ, в результате чего освобождается необходимая для жизнедеятельности тканей энергия.

3. ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА ОРГАНИЗМОМ. АЭРОБНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМА.

Потребление кислорода при физической работе возрастает по мере увеличения ее тяжести и продолжительности. Однако для каждого человека существует предел, выше которого поглощение кислорода увеличиваться не может. Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить за 1 минуту при предельно тяжёлой для него работе, называетсямаксимальнымпотреблением кислорода(МПК).

МПКявляется показателем аэробной производительности организма, т. е. способности совершать тяжелую работу, обеспечивая энергетические расходы за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время работы.

Для того чтобы мышцы человека могли совершать определенную работу, им нужна энергия. Ее источником, как уже говорилось, является содержащаяся в мышечной ткани АТФ. Но запасы ее в мышцах ограничены, для их восстановления необходим кислород. Существует определенная зависимость между мощностью работы, количеством энергии, которую должна выделить, расщепляясь АТФ, и количеством кислорода, необходимым для ее восстановления. То количество кислорода, которое требуется для осуществления данной работы, называетсякислороднымзапросом.

При определении кислородного запроса учитывается только то количество кислорода, которое потребляется сверх уровня покоя и, следовательно, идет на выполнение работы.

Чем выше мощность работы, тем больше кислородный запрос.

При работе значительной мощности минутный кислородный запрос может достигать более 20 л/ мин. Однако обычноМПКза 1 мин не превышает 6-6,5 л. Можно ли выполнять работу, если минутный кислородный запрос превышаетМПК? Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать, что кислород нужен для восстановленияАТФ, обеспечивающей энергией мышечное сокращение. Кислород должен вступить в реакцию с глюкозой, которая, окисляясь, выделит энергию для ресинтезаАТФ. Запасы углеводов в мышцах составляют 150-200 г, в печени - около 200 г., во внеклеточной жидкости - 10-15 г. Этих запасов может хватить на 2-3 часа непрерывной работы. В организмеимеются

также запасы жиров, при окислении которых могло бы освободиться такое количество энергии, которого хватило бы на обеспечение работы в течение нескольких дней. Несмотря на высокую энергетическую ценность, жиры при физической работе используютсяограниченно.

Глюкоза может расщепляться и без кислорода, т. е. анаэробным путем, и при этом тоже выделять энергию. Но в этом случае энергии освобождается в 12 раз меньше, чем при окислении того же количества глюкозы. Кроме того, в мышцах содержитсякреатинфосфат(КРФ), который, расщепляясь анаэробно, тоже дает энергию для восстановленияАТФ.Следовательно,работа мышц может быть обеспечена и при недостаточном поступлении кислорода в организм. ВосстановлениеАТФза счет анаэробных источников энергии происходит в самом начале работы, когда потребление кислорода еще не успело увеличиться, а также в тех случаях, когдакислородный запроспревышает возможности организма потреблятькислород.

При анаэробном восстановленииАТФобразуются продукты обмена веществ, главным образом кислоты, изменяющие РН внутренней среды организма. Например, при анаэробном расщеплении глюкозы образуется молочная кислота. Когда в организме накапливается слишком большое количество кислот, человек бывает вынужден прекратить работу. Для ликвидации этих продуктов обмена тоже нужен кислород, ибо они разрушаются путем окисления. Но окисление это может происходить уже после окончания работы, в восстановительном периоде. Количество кислорода. , которое требуется для окисления продуктов обмена, образовавшихся при физической работе, называетсякислородным долгом. Кислородный долг накапливается во время работы и представляет собой разность между кислородным запросом и тем количеством кислорода, котрое потребляется во время работы. Ликвидируется кислородный долг в процессе дыхания после работы. На его устранение уходит от нескольких минут до полуторачасов.

4. АНАЭРОБНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬОРГАНИЗМА

Анаэробной производительностью называют способность человека работать в условиях недостатка кислорода за счет анаэробных источников энергии. Показателем анаэробной производительности является максимальный кислородный долг. Максимальный кислородный долг у людей, не занимающихся спортом, не превышает 4-5литров.

Различают две части кислородного долга: алактатную и лактатную (лактаты - соли молочной кислоты). Алактатная часть может составлять 2 - 4 л. Она идет на восстановлениеКРФ, отдавшего свою энергию ресинтезуАТФ. При выполнении кратковременных действий высокой интенсивностивеличина

алактатной части кислородного долга возрастает прямо пропорционально длительности работы.

Лактатная, большая, часть кислородного долга идет на ликвидацию накопившейся при работе в мышцах и крови молочной кислоты, которая в восстановительном периоде частично окисляется, частично используется при образовании запасов углеводов в печени имышцах.

8.5.РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

Снабжение тканей кислородом и удаление из них углекислого газа обеспечивается совместной деятельностью систем крови, кровообращения и дыхания. В этой комплексной работе на долю органов дыхания приходится поддержание оптимального газового состава альвеолярного воздуха, достаточная, вентиляция легких. Это обеспечивает полноценное насыщение крови, протекающей через капилляры легких, кислородом и выход из нее углекислоты. Следовательно,регуляция дыхания сводится к установлению такой величины МОД,которая

соответствует уровню обмена веществ, кислородному запросу организма в каждый конкретный момент.

Раньше считалось, что усиление дыхания, увеличениеМОДпри изменениях функционального состояния организма происходит потому, что накопившаяся в крови углекислота раздражает дыхательные нейроны продолговатого мозга. Сам факт повышения возбудимости дыхательного центра под влиянием избыточного содержания в крови углекислого газа бесспорен. Нейроны дыхательного центра очень чувствительны к действию углекислоты. Если, например, в течение небольшого отрезка времени подышать, используя один и тот же объем воздуха, то по мере накопления в нем углекислого газа дыхание будет учащаться,МОДувеличиваться.

Однако при физической работе содержание углекислого газа и кислорода в артериальной крови, притекающей к дыхательным нейронам не отличается от величин, наблюдаемых в покое. Это показывает, что гуморальная регуляция дыхания не играет существенной роли при физической работе.

Нейроны, участвующие в регуляции дыхания, расположены в разных отделах мозга. Главная часть дыхательного центра находится в продолговатом мозге. Дыхательный центр имеет очень сложное строение. в его состав входят нервные клетки, обеспечивающие вдох (центр вдоха), а также клетки, “ответственные” за выдох (центр выдоха). Четкой границы между этими областями нет. Жизнь организма возможна только при неповрежденном дыхательном центре продолговатого мозга. Повреждения его вызывают смерть вследствие остановки дыхания. Однако этот центр не может управлять дыханием без связи с дыхательными нейронами других областеймозга.

От нейронов продолговатого мозга нервные импульсы идут к двигательным

нервным клеткам передних рогов спинного мозга, а от них - к дыхательным мышцам. В верхней части варолиева моста ( часть ствола мозга) лежат нейроны вызывающие в конце выдоха вобуждение центра вдоха, а в конце вдоха - возбуждение центра выдоха. Повреждение продолговатого мозга с варолиевым мостом нарушило бы правильное чередование дыхательных движений.

Если нарушить связь продолговатого мозга и вышележащих отделов мозга, дыхание сохранится, но оно не сможет приспосабливаться к изменяющимся условиям существования организма, так как продолговатый мозг не будет получать необходимой информации от других областей головного мозга. Сигналы от мышц и внутренних органов поступают в главную частъ дыхательного центра через средний мозг и варолиев мост. Через промежуточный мозг идет информация об изменении интенсивности обменных процессов. Кора больших полушарий перерабатывает информацию от всех органов исистем.

Влияние коры больших полушарий проявляется и в возможности произвольного изменения дыхания - задержке дыхательных движений или их усилении. Время задержки дыхания у разных людей различно, оно зависит от анаэробных возможностей организма и степени волевых усилий. Вдох после задержки дыхания происходит вследствие накопления в артериальной крови кислых продуктов обмена веществ, действующих на дыхательныйцентр.

Кроме рефлексов с мышечных механорецепторов и влияния коры больших полушарий в регуляции дыхания участвуют еще несколько физиологических механизмов.

В стенках легочных альвеол заложены рецепторы, реагирующие на их растяжение во время вдоха. по центростремительным (афферентным) волокнам блуждающих нервов импульсы от этих рецепторов идут в дыхательный центр продолговатого мозга, что вызывает торможение вдоха и начало выдоха. Однако поступление импульсов от легких не является жизненно необходимым, ибо после перерезки блуждающих нервов дыхание сохраняется. Регуляция дыхательных движении осуществляется и при раздражении рецепторов межреберных мышц и диафрагмы во время вдоха. Сигналы от этих рецепторов идут в дыхательный центр, и вдох сменяетсявыдохом.

Изменения газового состава артериальной крови влияют на дыхательный центр не только непосредственно, но и рефлекторно. Рецепторы, воспринимающие сдвиги химического состава крови (хеморецепторы), лежат в стенках аорты и в области разветвления сонных артерий. Они раздражаются как при уменьшении содержания кислорода в артериальной крови, так и при увеличении в ней углекислого газа. В обоих случаях повышаетсяМОД.

Контрольные вопросы.

1. Что такое дыхание? 2. Каков механизм поступления воздуха в легкие при вдохе и вытеснения его при выдохе? 3.Из каких частей состоит жизненная емкость легких? 4.Что называется минутным объемом дыхания? 5.Что такое парциальное давление газа в смеси? 6. Как осуществляется переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь? 7. Как происходит обмен газов в тканях? 8. Как происходит потребление кислорода организмом в покое и при работе? 9. Что называется максимальным потреблением кислорода (МПК)? 10. Что такое кислородный запрос? 11. Что такое кислородный долг, когда он образуется и как ликвидируется? 12. В чем заключается гуморальная и нервная регуляция дыхания?

9.ПРОЦЕССЫ ОБМЕНА.

9.1. ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН.

Выполнение организмом любой физиологической функции представляет собой работу, во время которой образуется тепло. Оно рассеивается в тканях и вызывает повышение температуры отдельных органов. Обмен тепла между разными органами осуществляется кровью, которая переносит его от более нагретых органов к менее нагретым. Самая высокая температура наблюдается в печени (38-38,5⁰), головном мозге, почках, мышцах. Наименьшая - в коже конечностей (25-30⁰). Избыток тепла выводится из организма в окружающую среду, температура которой может быть выше или ниже температуры тела. При этом постоянство температуры тела поддерживается путем теплоотдачи и теплообразования, которые должны находится в состоянии равновесия. Если теплопродукция преобладает над теплоотдачей (в состоянии покоя это происходит при температуре воздуха более 60⁰С) температура тела может повысится до опасных для жизни значений. В условиях температурного комфорта (10-20⁰С) дополнительного теплообразования для поддержания температуры тела в пределах 37⁰С не нужно. Для этого вполне достаточно освобождаемой энергии при обмене веществ в состоянии покоя. В случае же угрозы охлаждения организма тепообразование усиливается за счет повышения уровня окислительных процессов. Такая регуляция температуры тела называется химической. Примером служит мышечная дрожь, которая возникает при больших теплопотерях. Приспособление организма к различным температурным условиям осуществляется путем нейро и гуморальной регуляции. Известно, что в тканях организма имеются терморецепторы, одниизкоторых реагируют на тепло, другие на холод. Сигналы от них поступают в центральную нервную систему, которая регулирует процессытеплообразования

и теплоотдачи. Регляция осуществляется по множеству переменных величин. К ним относятся: уровень температуры, скорость ее изменения,различия

температур в различных областях тела и т.д. В регуляции температуры тела принимают участие и железы внутренней секреции, в частности щитовидная железа и надпочечники, гормоны которых вызывают повышение теплопродукции в организме. Тепло, образующееся в организме, теряется главным образом через кожу и легкие. Теплоотдача происходит путем теплоизлучения, теплопроведения и испарения влаги. Такие способы способы сохранения постоянства температуры тела называется физической теплорегуляцией. Теплоизлучение и теплопроведение составляют до 80% всей теплоотдачи. Основную роль в них играют сосудистые реакции. При расширении кожных сосудов теплопроведение и теплоизлучение увеличиваются, при сужении уменьшаются. Третий путь теплоотдачи - испарение влаги с кожи и с влажных оболочек дыхательного тракта. Каждый грамм потерянной влаги уносит с собой 0,58ккал.

9.2.ОБМЕН БЕЛКОВ, УГЛЕВОДОВ ИЖИРОВ.

Обмен веществ в организме обеспечивает постоянство состава организма, индивидуальные особенности всех его органов и тканей, постоянное их обновление. Обмен веществ является источником энергии для всех жизненных процессов, для всех функций организма. Обмен веществ регулируется нервной системой и железами внутренней секреции. Все обменные процессы в организме происходят при участии ферментов - биологических катализаторов, т.е. веществ белковой природы ускоряющих реакции и не входящих в состав конечныхпродуктов.

Белки отличаются друг от друга по содержанию в них разных аминокислот, в связи с чем обладают специфичностью, т.е. выполняют разные функции. Специфичность белков позволяет вводить их в организм лишь через органы пищеварения, где они расщепляются до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь. В тканях из доставляемых кровью аминокислот образуются белки, свойственные данным тканям. Белки являются основным материалом, из которого построены клетки организма. Функции белков многочисленны. С веществами белковой природы связаны основные проявления жизни: раздражимость и сократимость мышц, Двигательные функции, пищеварительные процессы, способность к росту и размножению. Белки входят в состав гормонов, ферментов, антител. Кроме того, белки являются и источниками энергии. Конечными продуктами расщепления белков являются аммиак, мочевая кислота, мочевина, которые удаляются из организма. В организме человека белки в запас не откладываются. При избыточном поступлении аминокислот, после отщепления от них аминогрупп образуются углеводы и жиры. Потребность взрослого организма в белке составляетоколо

100 грамм в сутки. У человека постоянно поддерживается относительное белковое равновесие, т.е. сколько белка расходуется, столько и должно

поступать с пищей. Белковый обмен регулируется нервными центрами, расположенными в промежуточном мозге. Гуморальное влияние оказывают гормоны коры надпочечников, гипофиза, щитовидной железы и половых желез. Углеводы - это группа веществ, построенных из углерода, водорода и кислорода. В первую очередь углеводы служат основным источником энергии. Расщепление углеводов с освобождением энергии может происходить как в бескислородных условиях, так и путем окисления. В кишечном тракте при переваривании пищи углеводы превращаются в глюкозу, которая всасывается в кровь и разносится по всему организму. Благодаря действию гормонов - инсулина и адреналина - концентрация ее в крови поддерживается на уровне от 0,08 до 0.12%. Инсулин способствует образованию из глюкозы гликогена, который депонируется в печени и мышцах. Если концентрация глюкозы в крови снижается, адреналин способствует расщеплению гликогена до глюкозы. Обмен углеводов усиливается также гормоном щитовидной железы. Глюкоза входит в состав протоплазмы и необходима для образования новыхклеток.

Липиды - это большая группа жиров и жироподобных веществ различного химического строения. Общим свойством липидов является их нерастворимость в воде. Масса липидов в организме может меняться в зависимости от характера питания, возраста, двигательной активности, состояния нервной системы, деятельности желез внутренней секреции. При нарушении обмена веществ содержание жиров в организме может достигать 50% его веса. Жиры важны в биологическом отношении. Прежде всего это источник энергии. Жиры являются частью протоплазмы, ядра и оболочек клеток. Подкожный жир предохраняет организм от переохлаждения. Жировые выделения сальных желез оберегают кожу от высыхания и появления трещин. Жировая ткань выполняет и оберегательную роль в организме. Она защищает кровеносные сосуды, нервы, органы брюшной полости от сдавливания и т. п. Жиры поступают в организм с пищей. В органах желудочно-кишечного тракта они расщепляются до глицерина и жирных кислот, которые всасываются главным образом в лимфатические сосуды и лишь частично в кровь. При прохождении через клетки слизистой оболочки кишечника из глицерина и жирных кислот вновь синтезируются жиры, свойственные данному организму. В клетках организма жиры под воздействием клеточных ферментов, называемых липазами, вновь расщепляются на глицерин и жирные кислоты. В стенке кишечника и в печени из жиров, фосфорной кислоты и холина образуются фосфатиды и стерины, обмен которых имеет важное значение для жизнедеятельности организма. Фосфатиды необходимы для работы мозга и мышц. Стерины входят в состав многих гормонов. Обмен липидов регулируется центральной нервной системой и гормонами желез внутреннейсекреции.