Fiziologiya (1) / обмен веществ / ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ киев

ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Обмін речовин в організмі. Пластична й енергетична роль поживних речовин

Постійний обмін речовин і енергії між організмом і навколишнім середовищем є необхідною умовою його існування й відображає їх єдність. Суть цього обміну полягає в тому, що надходячи в організм поживні речовини після травних перетворень використовуються як пластичний матеріал. Енергія, що утвориться при цих перетвореннях поповнює енерговитрати організму. Синтез складних специфічних речовин організму із простих сполук, що всмоктуються в кров із травного каналу, називається асиміляцією або анаболізмом, розпад речовин організму до кінцевих продуктів, що супроводжується виділенням енергії називається дисиміляцією або катаболізмом. Два цих процеси нерозривно пов'язані.

'Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТ.Ф и НАДФ. С их помощью энергия образующаяся в результате дис­симиляции передается для процессов ассимиляции. Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органел. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков организма. Из 20 аминокислот, образующих белки 10 являются незаменимыми. Т.е. не могут образовываться в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин. Стан білкового обміну оцінюється по азотистому балансу. Це співвідношення кількості азоту що надійшов з білками їжі й виділеного з організму з азотвмісними продуктами обміну. У білку міститься близько 16 г азоту. Отже виділення 1 г азоту свідчить про розпад в організмі 6,25 г білка. Якщо кількість виділюваного азоту дорівнює кількості поглиненого організмом має місце азотиста рівновага. Якщо що поступило.азоту більше, ніж виділилось, це називається позитивнимм.азотистим балансом. В організмі відбувається затримка або ретенція азоту. Позитивний азотистий баланс спостерігається при зростанні організму,вагітності, при видужанні після важкі захворювання, що супроводжувалися похуданням і після тривалого голодування. Коли кількість азоту, виділеного організмом більше, ніж що поступило, має місце негативний азотистий баланс. Його виникнення пояснюється розпадом власних білків організму. Він виникає при голодуванні, відсутності в їжі незамінних амінокислот, порушеннях переварювання й усмоктування білка, важких захворюваннях.

Количество белка которое полностью обес­печивает потребности организма называется белковым оптимумом. Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса - белковым минимумом. ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.

Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды и стерины. Они также имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и органел. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Кроме того, они являются аккумулятором энергии в организме, потому что откладываются в жировых депо и используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Покрывая внутренние органы, жировая ткань выполняет и пластическую функцию. Например, околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды явля­ются источниками воды, потому что при окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов. Содержащийся в его жировых клетках полипептид тормозит ре-синтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты - линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они не образуются в организме. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль так как служат основным источником энергии для 'клеток.

Потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Углеводы аккумулируются в виде гликогена в печени

и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение. Глюкоза необходима для образования нуклеотидов

и синтеза некоторых аминокислот.

Методы измерения энергетический баланса организма

Співвідношення між кількістю енергії, що надійшла в організм із їжею, і енергії, виділеної організмом в зовнішнє середовище називається енергетичним балансом.організму. Існує 2 методи визначення виділеної організмом енергії.

1. Пряма калориметрія. Принцип прямої калориметрії заснований на тому, що всі види енергії в остаточному підсумку переходять у теплову. Тому при прямої калориметрії визначають кількість тепла виділюваного організмом у навколишнє середовище за одиницю часу. Для цього використовують спеціальні камери з гарною теплоізоляцією й системою теплообмінних труб, у яких циркулює й нагрівається вода.

2. Непряма калориметрія. Вона полягає у визначенні співвідношення виділеного вуглекислого газу й поглиненого кисню за одиницю часу. Тобто повному газовому аналізі. Це співвідношення називається дихальним коефіцієнтом (ДК).

Величина дихального коефіцієнта визначається тим, яке речовина окисляється в клітинах організму. Наприклад у молекулі вуглеводів атомів кисню багато, Тому на їхнє окислювання кисню йде менше і їхній дихальний коефіцієнт дорівнює 1. У молекулі ліпідів кисню значно менше, тому дихальний коефіцієнт при їхньому окислюванні 0,7. Дихальний коефіцієнт білків 0,8. При змішаному харчуванні його величина 0, 85-0,9. Дихальний коефіцієнт стає більше 1 при важкій фізичній роботі, ацидозі, гіпервентиляції й перетворенні в організмі вуглеводів у жири. Менше 0,7 він буває при переході жирів у вуглеводи. Виходячи з дихального коефіцієнта розраховується калоричний еквівалент кисню, тобто кількість енергії виділюваної організмом при споживанні 1 л кисню. Його величина також залежить від характеру речовин, що окисляються. Для вуглеводів він становить 5 ккал, білків 4,5 ккал, жирів 4,7 ккал. Непряма калориметрія в клініці виробляється за допомогою апаратів "Метатест-2", "Спіироліт".Величина енергії, що надійшла в організм, визначається кількістю й енергетичною цінністю харчових речовин. Їхню енергетичну цінність визначають шляхом спалювання в бомбі Бертло в атмосфері чистого кисню. Таким шляхом отримують фізичний калоричний коефіцієнт. Для білків він дорівнює 5,8 ккал/г, вуглеводів 4,1 ккал/г, жирів 9,3 ккал/м. Для розрахунків використовують фізіологічний калоричний коефіцієнт. Для вуглеводів і жирів він відповідає фізичному, а для білків становить 4,1 ккал/м. Його менша величина для білків пояснюється тим, що в організмі вони розщеплюються не до вуглекислого газу й води, а до азотвмісних продуктів.

Основной обмен

Кількість енергії, що витрачується організмом на виконання життєво важливих функцій називається основним обміном. Це витрати енергії на підтримку сталості температури тіла, роботу внутрішніх органів, нервової системи, залоз. Основний обмін виміряється методами прямої і непрямої калориметрії при базисних умовах, тобто лежачи з розслабленими м'язами, при температурі комфорту, натще. Відповідно до закону поверхні, сформульованому в 19 столітті Рубнером і Ріше, величина основного прямопропорційна площі поверхні тіла. Це пов'язане з тим, що найбільша кількість енергії витрачається на підтримку сталості температури тіла. Крім цього на величину основного обміну впливають стать, вік, умови навколишнього середовища, характер харчування, стан залоз внутрішньої секреції, нервової системи. У чоловіків основний обмін на 10% більше, ніж у жінок. У дітей його величина щодо ваги тіла більше, ніж у дорослих , а в літніх людей навпаки менше. У холодному кліматі або взимку він зростає, улітку знижується. При гіпертиреозі він значно збільшується, а гіпотиреозі знижується. У середньому величина основного обміну в чоловіків 1700 ккал/добу., а в жінок 1550ккал/добу.

Загальний обмін енергії

Загальний обмін енергії це сума основного обміну, робочого збільшення й енергії специфічно динамічної дії їжі. Робоче збільшення це енергетичні витрати на фізичну й розумову роботу.

По характеру виробничої діяльності й енерговитратам виділяють наступні групи працюючих:

1. Особи розумової праці (викладачі, студенти, лікарі й т.д.). Їх енерговитрати 2200-3300 ккал/добу.

2. Працівники зайняті механізованою працею (збирачі на конвеєрі). 2350-3500 ккал/добу.

3. Особи зайняті частково механізованою працею (шофери). 2500-3700 ккал/добу .

4.Зайняті важкою немеханізованою працею (вантажники). 2900-4200 ккал/добу. Специфічно динамічна дія їжі це енерговитрати на засвоєння живильних речовин. Найбільш виражене ця дія в білків, менше в жирів і вуглеводів. Зокрема білки підвищують енергетичний обмін на 30%, а жири й вуглеводи на 15%.

Фізіологічні основи харчування. Режими харчування.

Залежно від віку, статі, професії споживання білків, жирів і вуглеводів повинне становити:

Залежно від віку, статі, проф.	споживання білків, жирів і вуглеводів повинне становити:
	Чоловіки	Жінки
Білки	96-108 г	82-92 г
Жири	90-120 г	77-102 г
Вуглеводи	382-552 г	303-444 г

У минулому столітті Рубнер сформулював закон ізодинамії, відповідно до якого харчові речовини можуть взаємозамінюватись по своїй енергетичній цінності. Однак він має відносне значення, тому що білки, що виконують пластичну роль, не можуть синтезуватися з інших речовин. Це ж стосується незамінних жирних кислот. Тому потрібне харчування збалансоване по всіх поживних речовинах. Крім того необхідно враховувати засвоюваність їжі. Це співвідношення поживних речовин, що всмокталися й виділилися з калом . Найбільше легко засвоюються тваринні продукти. Тому тваринний білок повинен становити не менш 50% добового білкового раціону, а жири не більше 70% жирового.Під режимом харчування мається на увазі кратність прийому їжі й розподіл її калорійності на кожний прийом. При триразовому харчуванні на сніданок повинне припадати 30% калорійності добового раціону, обід 50%, вечеря 20%. При більш фізіологічному чотириразовому- на сніданок 30%, обід 40%, полуденок 10%, вечерю 20%. Інтервал між сніданком і обідом не більше 5 годин, а вечеря повинен бути не менш чим за 3 години до сну. Години прийому їжі повинні бути постійними.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме в среднем 73%. Водный баланс организма поддерживается путем равенства потребляемой и выделяемой воды. Суточная потребность в воде составляет 20-40 мл/кг веса. С жидкостями поступает около 1200 мл воды, пищей 900 мл и 300 мл образуется в процессе окисления питательных веществ. Минимальная потребность в воде составляет 1700 мл. При недостатке воды наступает дегидратация и если ее количество в организме снижается на 20% наступает смерть. Избыток воды сопровождается водной интоксикацией с возбуждением ЦНС и судорогами.

Натрий, калий, кальций, хлор необходимы для нормального функционирования всех клеток, в частности обеспечения механизмов формирования мембранного потенциала и потенциалов действия. Суточная потребность в натрии и калии 2-3 г, кальции 0,8 г, хлоре 3-5 г. Большое количество кальция находится в костях. Кроме того он нужен для свертывания крови, регуляции клеточного метаболизма. Основная масса фосфора также сосредоточена в костях. Одновременно входит а состав фосфолипидов мембран, участвует в процессах метаболизма. Суточная потребность в нем 0,8 г. Большая часть железа содержится в гемоглобине и миоглобине. Оно обеспечивает связывание кислорода. Фтор входит в состав эмали зубов. Сера в состав белков и витаминов. Цинк является компонентом ряда ферментов. Кобальт и медь необходимы для эритропоэза. Потребность во всех этих микроэлементах от десятков до сотен мг в сутки.

Регуляция обмена веществ и энергии

Высшие нервные центры регуляции энергетического обмена и обмена веществ находятся в гипоталамусе. Они влияют на эти процессы через вегетативную нервную систему и гипоталамо-гипофизарную систему. Симпатический отдел ВНС стимулирует процессы диссимиляции, парасимпатический ассимиляцию. В нем же находятся центры регуляции водно-солевого обмена. Но главная роль в регуляции этих базисных процессов принадлежит железам внутренней секреции. В частности инсулин и глюкагон регулируют углеводный и жировой обмены. Причем инсулин тормозит выход жира из депо. Глюкокортикоиды надпочечников стимулируют распад белков. Соматотропин наоборот усиливает синтез белка. Минералокортикоиды натрий калиевый. Основная роль в регуляции энергетического обмена принадлежит тиреоидным гормонам. Они резко усиливают его. Они же главные регуляторы белкового обмена. Значительно повышает энергетический обмен и адреналин. Большое его количество выделяется при голодании.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Філогенетично склалися два типи регуляції температури тіла. У холоднокровних або пойкілотермних організмів інтенсивність обміну речовин невелика, тому низка теплопродукція. Вони нездатні підтримувати сталість температури тіла й вона залежить від температури навколишнього середовища. Шкідливі зсуви температури компенсуються зміною поведінки (зимова сплячка). У теплокровних тварин інтенсивність обмінних процесів дуже висока і є спеціальні механізми терморегуляції. Тому вони мають незалежний від навколишньої температури рівень активності. Ізотермія забезпечує високу пристосовність теплокровних. У людини добові коливання температури 36, 5-36,9°С. Найбільш висока температура тіла людини в 16 годин. Найменша в 4 години.

его организм очень чувствителен к изменениям температуры тела. При ее снижении до 27-3 0°С наблюдаются тяжелые

нарушения всех функций, а при 25° наступает холодовая смерть (имеются сообщения о сохранении жизнеспособности при 18° С). Для крыс летальной является температура 12° С (специальные методы 1° С). При повышении температуры тела до 40° также возникают тяжелые нарушения. При 42° может наступить тепловая смерть. Для человека зона температурного комфорта 18-20°. Существуют и гетеротермные живые существа, которые могут временно снижать температуру тела (животные впадающие в спячку).

Терморегуляція це сукупність фізіологічних процесів теплотворення й тепловіддачі, що забезпечують підтримку нормальної температури тіла. В основі терморегуляції лежить баланс цих процесів. Регуляція температури тіла за допомогою зміни інтенсивності обміну речовин називається хімічною терморегуляцією. Термогенез підсилює мимовільна м'язова активність у вигляді тремтіння, довільне моторна активність. Найбільш активне теплотворення відбувається в працюючих м'язах. При важкій фізичній роботі воно зростає на 500%. Утворення тепла підсилюється при інтенсифікації обмінних процесів, це називається не тремтливим термогенезом і забезпечується за рахунок бурого жиру. Його клітини містять багато мітохондрій і спеціальний пептид, що стимулює розпад ліпідів з виділенням тепла. Тобто відбувається роз'єднання процесів окислювання й фосфорилювання.

Тепловіддача служить для виділення надлишку тепла, що утвориться, і називається фізичною терморегуляцією. Вона здійснюється за допомогою тепловипромінювання, за допомогою якого виділяється 60% тепла, конвекції (15%), теплопровідності (3/о), випаровування води з поверхні тіла й з легенів (20%). Баланс процесів теплотворення й тепловіддачі забезпечується нервовим і гуморальними механізмами. При відхиленні температури тіла від нормальної величини, збуджуються терморецептори шкіри, судин, внутрішніх органів, верхніх дихальних шляхів. Цими рецепторами є відростки сенсорних нейронів, а також тонкі волокна типу С. Холодових рецепторів у шкірі більше, ніж теплових і вони розташовані більш поверхово. Нервові імпульси від цих нейронів по спиноталамічним трактам надходять у гіпоталамус і кору великих півкуль. Формується відчуття холоду або тепла. У задньому гіпоталамусі й препоптичній області переднього гіпоталамусу перебуває центр терморегуляції. Нейрони заднього, в основному забезпечують хімічну терморегуляцію, а переднього -фізичну. У цьому центрі є три типи нейронів. Першим є термочутливі нейрони. Вони розташовані в препоптичній області й реагують на зміну температури крові оминаючій мозок. Такі ж нейрони є в спинному й довгастому мозку. Друга група, є інтернейронами й одержує інформацію від температурних рецепторів і терморецепторних нейронів. Ці нейрони служать для підтримки настановної точки, тобто певної температури тіла. Одна частина таких нейронів одержує інформацію від холодових, інша від теплових периферичних рецепторів і терморецепторних нейронів. Третій тип нейронів - ефферентні. Вони перебувають у задньому гіпоталамусі й забезпечують регуляцію механізмів теплотворення. Свої впливи на еффекторні механізми, центр терморегуляції здійснює через симпатичні й соматичну нервову системи, залози внутрішньої секреції. При підвищенні температури тіла збуджуються теплові рецептори шкіри, внутрішніх органів, судин і терморецепторні нейрони гіпоталамуса. Імпульси від них надходять до інтернейронам, а потім еффекторним. Еффекторними є нейрони симпатичних центрів гіпоталамуса. У результаті їхнього збудження активуються симпатичні нерви, які розширюють судини шкіри й стимулюють потовиділення. При збудженні холодових рецепторів спостерігається зворотна картина. Частота нервових імпульсів що йдуть до шкірних судин і потових залоз зменшується, судини звужуються, потовиділення гальмується. Одночасно розширюються судини внутрішніх органів. Якщо це не приводить до відновлення температурного гомеостазу, включаються інші механізми. По-перше, симпатичні нервова система підсилює процеси катаболізму, а отже теплопродукцію. Що виділяється із закінчень симпатичних нервів норадреналін стимулює процеси ліполіза. Особливу роль у цьому грає бурий жир. Це явище називається не тремтливим термогенезом. По-друге, від нейронів заднього гіпоталамуса починають йти нервові імпульси до рухових центрів середнього й довгастого мозку. Вони збуджуються й активують α-мотонейрони спинного мозку. Виникає мимовільна м'язова активність у вигляді холодового тремтіння. Третій шлях - це посилення довільної рухової активності. Велике значення має відповідна зміна поведінки, що забезпечується корою. З гуморальних факторів найбільше значення мають адреналін, норадреналін і тиреоідні гормони. Перші два гормони викликають короткочасне підвищення теплопродукції за рахунок посилення ліполіза й гліколіза. При адаптації до тривалого охолодження підсилюється синтез тироксину й трийодтироніна. Вони значно підвищують енергетичний обмін і теплопродукцію за допомогою збільшення кількості ферментів у мітохондріях.

Зниження температури тіла називається гіпотермією, підвищення гіпертермією. Гіпотермія виникає при переохолодженні. Гіпотермія організму або мозку використовується в клініці для продовження життєздатності організму або мозку людини при проведенні реанімаційних заходів. Гіпертермія виникає при тепловому ударі, коли температура підвищується до 40-41°. Одним з порушень механізмів терморегуляції є лихоманка. Вона розвивається в результаті посилення теплотворення й зниження тепловіддачі. Тепловіддача падає через звуження периферичних судин і зменшення потовиділення. Теплотворення зростає внаслідок впливу на центр терморегуляції гіпоталамуса бактеріального й лейкоцитарного пірогенів, що є ліпополісахаридами. Цей вплив супроводжується й пропасним тремтінням. У період видужання нормальна температура відновлюється за рахунок розширення судин шкіри й заливного поту.

4