2 курс / Нормальная физиология / Физиология_человека_Семенович_А_А_,_Переверзев_В_А_

тироксин и трийодтиронин, а также гормоны мозгового вещес! тва надпочечников адреналин, норадреналин, которые образу! ются из тирозина, гормон эпифиза – мелатонин из триптофа! на), биогенные амины (гистамин, тирамин, серотонин). Из аминокислот образуются также креатин (участвует в качестве временного хранителя энергии в мышцах), пигменты кожи, пу!

риновые и пиримидиновые нуклеотиды.

Азотистый баланс – разность между количеством азо! та, содержащегося в пище человека, и количеством азота, вы! водимого из организма. Азот поступает в организм с белками. При равном количестве поступающего в организм и выделяе! мого азота говорят об азотистом равновесии. Если с пищей поступает больше азота, чем выделяется из организма, то это

положительный азотистый баланс, если же выделение превышает поступление в организм – отрицательный азо1 тистый баланс.

Азотистое равновесие наблюдается у здорового взрослого человека при нормальном питании.

Положительный азотистый баланс отмечается у детей в связи с увеличением массы тканей, у женщин во время бере! менности, у спортсменов при эффективных, приводящих к уве! личению мышечной ткани, тренировках, а также в период вос! становления после заболеваний.

Отрицательный азотистый баланс (азотистый дефицит) на! блюдается при голодании или недостаточности белка в пище, ярко выраженных или длительных лихорадочных состояниях и нарушениях регуляции белкового обмена.

В случае, если пищевой рацион наряду с низким содержа! нием белка имеет недостаточную энергетическую ценность, усугубляется белковая недостаточность, так как белки распа! даются больше и используются как источник энергии. В таких ситуациях введение добавочного количества глюкозы будет противодействовать распаду белков (белково!щадящий эф! фект глюкозы). Внутривенное введение относительно неболь! ших количеств аминокислот также может проявлять значи!

тельный белково!щадящий эффект.

Обмен углеводов. Как только глюкоза попадает в клетки, она обычно фосфорилируeтся с образованием глюкозо!6!фос! фата. Это способствует удержанию глюкозы в клетке, по! скольку фосфорилированная глюкоза не проходит через плаз! матическую мембрану.

421

Глюкозо!6!фосфат как активная форма используется для синтеза гликогена или окисляется. Известны три основных пути окисления глюкозы: прямого окисления (пентозофосфатный путь), дихотомический и глюкуроновокислый. Кроме того, глюко! за служит субстратом для синтеза других моносахаридов.

Гликоген – разветвленный полимер глюкозы с двумя вида! ми гликозидных связей. Основными депо гликогена являются печень (до 10–20% от массы печени) и скелетные мышцы (1– 2% от массы мышц) Распад гликогена катализируется фосфо! рилазой и специальным деветвящим ферментом.

Поскольку печень содержит фермент глюкозо!6!фосфатазу, катали! зирующий дефосфорилирование глюкозо!6!фосфата, распад гликогена в печени происходит до образования свободной глюкозы, которая может выходить в кровь. В других тканях (за исключением почек) фермент глю! козо!6!фосфатаза отсутствует, поэтому распад гликогена в этих органах происходит до образования глюкозо!6!фосфата и эти органы не могут участвовать в поддержании уровня глюкозы в крови. Глюкозо!6!фосфат используется этими тканями только для собственных нужд.

Дихотомический (ди – два, томия – сечение) путь окисления глюкозы происходит после предварительного раз! деления глюкозы на две триозы. Этот путь получил название гликолиз и может протекать как в присутствии кислорода (аэробный гликолиз), так и без него (анаэробный гликолиз).

Конечными продуктами процесса могут быть молочная кислота (в анаэробных условиях) или пировиноградная кислота, которая в аэробных условиях подвергается окислительному декарбоксилированию с образо! ванием ацетил!КоА. Последний вступает в цикл Кребса. Энергетический выход гликолиза составляет 4 моля АТФ на каждый моль глюкозы. Два моля из них расходуется на сами реакции гликолиза. Поэтому чистый энергетический выход гликолиза таков, что из одной молекулы глюкозы образуется 2 АТФ. В аэробных условиях водороды, образующиеся при гликолизе, не передаются на пируват, а переносятся на кислород, в ре! зультате образуется вода. При наличии достаточного количества кисло! рода пируват окисляется в цикле Кребса до конечных продуктов углекис! лого газа и воды. Поэтому энергетический выход аэробного гликолиза большой – 30–32 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы.

Путь метаболизма углеводов, обратный гликолизу, полу! чил название гликонеогенеза. При гликонеогенезе помимо

ферментов, катализирующих обратимые реакции гликолиза,

422

участвуют новые ферменты, позволяющие обойти необрати! мые реакции гликолиза. Тем самым в организме появилась возможность синтезировать углеводы из неуглеводных про! дуктов при исчерпании их запасов. Роль таких продуктов вы! полняют α!кетотокислоты, образующиеся из аминокислот. Поэтому основным источником глюкозы при голодании стано!

вятся белки.

Путь прямого окисления глюкозы, или пентозофосфат ный путь, (окисляется первый углеродный атом глюкозы) иг! рает несколько иную роль. Он используется для синтеза нук!

леотидов – субстратов синтеза нуклеиновых кислот. Глюкуроновокислый путь – это путь окисления шесто!

го углеродного атома в молекуле глюкозы. Образующиеся при этом уроновые кислоты используются клетками для синтеза молекул внеклеточного матрикса (гликозаминогликанов) или участвуют в обезвреживания токсинов.

Уровень глюкозы в крови – одна из важных гомеостати! ческих констант. После еды происходит повышение уровня глюкозы в крови. Это состояние пищевой гипергликемии длится около двух часов. Около 5–10% глюкозы, поступив! шей в кровь, идет на синтез гликогена в печени, 30–40% – захватывается клетками жировой ткани, а остальное попада! ет в мышцы и другие органы. В промежутках между приемами пищи уровень глюкозы поддерживается за счет распада гли! когена печени. При более продолжительном голодании (10– 18 ч) практически полностью расходуются запасы гликогена и уровень сахара поддерживается благодаря процессам гли! конеогенеза, основным источником глюкозы становятся ами! нокислоты.

Регулируется уровень глюкозы самой глюкозой. При повы! шении ее концентрации в крови происходит стимуляция секре! ции инсулина β!клетками поджелудочной железы. Инсулин усиливает захват и потребление глюкозы клетками мышц и жировой ткани. При снижении уровня глюкозы стимулируется секреция другого гормона поджелудочной железы – глюкаго! на, который активирует фосфорилазу в печени и способствует выходу глюкозы в кровь, а также оказывает влияние на про! цессы гликонеогенеза. Повышению уровня сахара в крови способствуют и другие гормоны (адреналин, гормоны коры надпочечников, гормоны щитовидной железы).

423

Головной мозг содержит небольшие запасы углеводов и нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Мозг поглоща! ет около 69% глюкозы, выделяемой печенью. Глюкоза в тканях мозга преимущественно окисляется, а небольшая часть ее пре! вращается в молочную кислоту. Энергетические расходы мозга покрываются исключительно за счет углеводов. Снижение по! ступления в мозг глюкозы сопровождается изменением обмен!

ных процессов в нервной ткани и нарушением функций мозга. Обмен липидов. Основная масса липидов представлена в

организме человека простыми липидами (нейтральные жиры, триацилглицеролы). Нейтральные жиры пищи человека явля! ются важным источником энергии. При окислении 1 г жира выделяется 37,7 кДж (9,0 ккал) энергии. Нейтральные жиры являются источником эндогенной воды, способствуют нор! мальному обмену воды в организме. Жир может депониро! ваться в виде жировых капель преимущественно в подкожной клетчатке. При этом жир предохраняет организм от усиленной отдачи тепла. Жир, отложенный в других местах, защищает органы от травматических повреждений.

Функции сложных липидов определяются особенностями их строения. Молекулы этих соединений дифильны, могут рас! творяться и в воде, и в жирорастворителях. На границе разде! ла двух фаз вода–масло такие молекулы образуют мономоле! кулярные слои, способствуя взаимодействию неполярных и полярных молекул. Из сложных липидов образуются: мицел! лы, бислойные, мультислойные (миэлиноподобные) структу! ры, липосомы. Сложные липиды являются структурной осно! вой для формирования всех мембран клетки.

В промежутках между приемами пищи в печени образуются два ос! новных типа липопротеиновых частиц, благодаря которым жировые мо! лекулы доставляются от этого органа ко всем тканям организма. Это ли! попротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Их названия связаны со свойствами, проявляемыми при ультрацентрифугировании. ЛПВП имеют большую плотность и поэ! тому медленнее, чем ЛПОНП, всплывают при ультрацентрифугирова! нии. ЛПОНП по составу и структуре напоминают хиломикроны. В крови ЛПОНП под влиянием липопротеинлипазы теряют нейтральный жир, уменьшаются до размеров, позволяющих им выходить из капилляров и доставлять к клеткам холестерол и фосфолипиды.

ЛПВП обеспечивают удаление холестерола из плазматических мем! бран клеток, участвуя тем самым в регуляции состояния и свойств кле! точных мембран.

424

Жирные кислоты, поступающие в клетки из крови, исполь! зуются как источник энергии или участвуют в синтезе специ! фических для клетки липидов. Основным путем окисления жирных кислот является β!окисление, которое происходит в митохондриях. Для переноса жирной кислоты в митохондрию используется карнитин. При окислении жирной кислоты про! исходит поэтапное отщепление от нее ацетил!КоА, который в последующем окисляется в цикле Кребса до конечных продук! тов. Энергетический выход β!окисления довольно высокий. Так, если при дихотомическом распаде глюкозы (шесть угле! родных атомов) образуется 32 моля АТФ, то при окислении капроновой кислоты (шесть углеродных атомов) можно полу! чить 38 молей АТФ.

Синтез жирных кислот происходит во многих тканях. Ис! ходным субстратом синтеза служит ацетил!КоА. Катализирует этот процесс специальный полиферментный комплекс, состо! ящий из семи ферментов. Обычно на этом комплексе синтези! руется жирная кислота с 16 углеродными атомами – пальми! тиновая кислота.

Однако этот механизм синтеза не распространяется на об! разование ненасыщенных жирных кислот, таких как линоле! вая, линоленовая и арахидоновая. Они должны обязательно содержаться в пищевом рационе человека, это незаменимые жирные кислоты. Длительное отсутствие незаменимых жир! ных кислот в пище приводит к замедлению роста молодых жи! вотных и потере способности к размножению у взрослых осо! бей. Суточная потребность в этих кислотах для человека со! ставляет 10–12 г.

Незаменимые кислоты являются предшественниками це! лого ряда биологически активных соединений, таких как про! стагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Все эти вещества получили название эйкозаноиды, что ука! зывает на их происхождение от 20!углеродной (eicosа!) поли! ненасыщенной арахидоновой кислоты (арахидонаты). Эй! козаноиды называют также местными гормонами. Обладая чрезвычайно коротким временем полураспада, они действуют на те ткани, в которых и образуются. Они принимают участие в воспалительных и аллергических реакциях, регулируют тонус гладких мышц, принимают участие в свертывании крови.

425

В печени три молекулы ацетил!КоА могут конденсироваться с обра! зованием продуктов, из которых синтезируются ацетоуксусная, β!гид! роксимасляная кислота и ацетон. Эти соединения называют кетоновыми телами. Кетоновые тела, хотя и образуются в печени, ею не используются и поступают в кровь и другие органы, которые могут превращать ацето! уксусную и β!гидроксимасляную кислоту в активные формы и использо! вать как источник энергии, окисляя до углекислого газа и воды (цикл Кребса). Ацетон выделяется из организма с выдыхаемым воздухом.

Уровень кетоновых тел в крови у человека обычно низкий (около 1 мг/100 мл). За сутки с мочой выделяется менее 1 мг кетоновых тел, поскольку эти соединения быстро разрушаются по мере их образования. Однако в условиях накопления ацетил!КоА, при усилении его образова! ния или нарушении использования в цикле Кребса, в печени растет обра! зование кетоновых тел и увеличивается их выход в кровоток. Накопление кетоновых тел в крови ведет к снижению щелочного резерва буферных систем крови и развитию метаболического ацидоза.

Три основных состояния могут привести к развитию метаболического ацидоза: голодание, недостаточность инсулина и богатая липидами диета.

Из продуктов конденсации ацетил!КоА образуется также мевалоно! вая кислота, которая используется для синтеза холестерола. Холестерин – важнейший структурный элемент биологических мембран, регулирую! щий их фазовое состояние. Он служит предшественником стероидных гормонов (надпочечники, половые железы) и витамина D. Конечным продуктом метаболизма холестерола являются желчные кислоты, выде! ляемые с желчью.

Основным пищевым источником холестерола являются желтки яиц и животный жир. После всасывания в кишечнике холестерол попадает в состав хиломикронов и с остатками последних поступает в печень. Из пе! чени большая часть холестерола в составе ЛПОНП поступает в кровь и после превращения последних в ЛПНП доставляется к тканям. Холесте! рол в клетках по принципу обратной связи тормозит собственный синтез, оказывая влияние на фермент, который восстанавливает β!гидрокси!β! метилглутарил!КоА в мевалоновую кислоту.

При нарушении доставки холестерола к тканям он в составе ЛПНП накапливается в крови, попадает в стенки сосудов, захватывается клет! ками и становится причиной повреждения стенок сосудов и развития их склероза.

Основным местом депонирования нейтрального жира яв! ляется жировая ткань. Особо следует отметить еще одну раз! новидность жировой ткани – бурую жировую ткань. Эта ткань более выражена у новорожденных, но есть также и у взрослых. Она располагается между лопатками, на затылке, вдоль круп!

426

ных сосудов грудной клетки и брюшной полости и в других мес! тах. Клетки бурой жировой ткани тесно связаны с нервными окончаниями симпатической нервной системы. Бурый цвет клеток обусловлен высоким содержанием в них митохондрий. В митохондриях этих клеток имеются специальные белки, ко! торые вызывают разобщение окислительного фосфорилиро! вания, и большая часть энергии окисления высвобождается в форме тепла, что обеспечивает лучшую адаптацию к холоду. Активируемый импульсами, идущими по симпатическим нерв! ным волокнам, распад бурого жира усиливается после еды. Это одна из причин увеличения теплообразования в организ! ме, вызываемого приемом пищи.

Избыточное употребление углеводов с пищей приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25–30%

углеводов пищи превращается в жиры.

Водно$солевой обмен. Вода является основной составля! ющей внутренней среды организма. Содержание воды в орга! низме взрослого человека составляет 50–60% массы тела, а у людей с низким содержанием жировой ткани – до 70%. Жи! ровая ткань содержит меньшее количество воды, чем другие ткани. В организме женщин содержание воды на 6–10% ни! же, чем у мужчин. В организме человека среднего возраста массой 70 кг содержится около 42 кг воды, большая ее часть (27 л) находится внутри клеток, а 16 л составляют внеклеточ! ную воду, третья часть которой входит в состав крови.

Вода поступает в организм в виде жидкости и воды, содер! жащейся в плотных пищевых продуктах, а также до 350 мл ее образуется клетками в процессе метаболизма.

Процессы жизнедеятельности чутко реагируют на измене! ния количества воды в организме. Состояние обезвоживания наступает уже при потере 10% жидкости, а потеря 20% воды несовместима с жизнью. Распределение воды между внутри! клеточным и внеклеточным пространством организма жестко регулируется. Вода по мере необходимости может переме! щаться из одного пространства в другое.

Вместе с водой в организм поступает ряд минеральных ве! ществ. Минеральные вещества классифицируют по их коли! честву в организме и потребности. Выделяют макроэлементы и микроэлементы. Основными макроэлементами принято счи! тать кальций, фосфор, калий, натрий, хлор, магний. Им принад! лежит важная роль в процессах жизнедеятельности. Мине!

427

ральные вещества находятся во вне! и внутриклеточных жид! костях преимущественно в виде ионов. Основные катионы организма – К+, Na+, Ca2+ , Mg2+. Среди анионов преоб!

ладают HPO42−, H2PO4−, Cl−, HCO−3, SO42−. Потребность в каждом из макроэлементов превышает 100 мг в сутки. Основ! ные функции макроэлементов:

•создание и поддержание осмотического давления жид! костей организма;

•поддержание кислотно!основного состояния организма;

•участие в метаболических процессах;

•генерация электрического потенциала на плазматических мембранах.

Одним из важнейших макроэлементом внеклеточной жид! кости является натрий. Он обеспечивает постоянство ее ос! мотического давления, участвует в формировании мембранно! го потенциала, является катионом буферных систем внекле! точной жидкости. Депонируется натрий в основном в костной ткани и коже.

Калий – важнейший катион, поддерживающий осмоти! ческое давление внутриклеточной жидкости. Многие метабо! лические реакции клеток требуют наличия калия. Ионы калия также принимают участие в образовании мембранного потен! циала клеток.

Хлор – главный анион внеклеточной жидкости, создаю! щий значительную часть осмотического давления. Его обмен с анионами угольной кислоты на мембранах эритроцитов важен для транспорта углекислого газа кровью. Нарушение транс! порта хлора через мембраны эпителия – одна из причин тяже!

лого заболевания – муковисцидоза.

В среднем 99% всего кальция и 86% фосфора депониру! ется в костной ткани. Уровень кальция в плазме – одна из самых жестко регулируемых констант крови. Даже незначи! тельные сдвиги уровня кальция вызывают тяжелые наруше! ния. Кальций участвует в большинстве физиологических и биохимических процессов и регуляций. Ионы кальция – по! средники в действии ряда гормонов на клетки, участвуют в инициации мышечного сокращения и многих других реакций. Снижение уровня кальция в крови вызывает непроизвольные сокращения мышц, судороги, и вследствие остановки дыхания может наступить смерть. Повышение содержания кальция в крови сопровождается уменьшением возбудимости нервной и

428

мышечной тканей, появлением парезов, параличей. Нару! шения обмена кальция – одна из причин возникновения остеопороза.

Фосфор помимо участия вместе с ионами кальция в образо! вании минерального компонента костной ткани принимает ак! тивное участие в метаболических процессах в составе органи! ческих соединений. Реакции фосфорилирования обеспечива! ют активирование многих органических субстратов, способ! ствуют изменению активности ферментов, являются структурным компонентом нуклеиновых кислот и мононуклео! тидов, среди которых находится и универсальный источник хи! мической энергии – АТФ.

К микроэлементам относят минеральные вещества, по! требность в которых не превышает 100 мг в сутки. Пятнадцать микроэлементов: железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, мо! либден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий признаны эссенциальными, т.е. жизненно не! обходимыми. Элемент считается эссенциальным, если при его отсутствии и недостаточном содержании организм перестает расти и развиваться, обнаруживает пониженную жизнеспо! собность, в частности не способен к репродукции. Микроэле1 ментозы – патологические процессы, вызванные дефици! том, избытком или дисбалансом микроэлементов в организме.

Среди важнейших микроэлементов организма выделяют железо и йод. Железо содержится в организме в виде комплекс! ных солей. Оно входит в состав гемоглобина, миоглобина, от! ветственных за перенос и хранение кислорода, а также в со! став ферментов тканевого дыхания (цитохромы). Недостаточ! ное поступление в организм железа нарушает синтез гемогло! бина и ведет к развитию анемии (малокровия). Большая часть железа, освобождающегося при распаде в организме органи! ческих веществ, используется повторно и только около 1 мг те! ряется. Поэтому для сохранения запасов железа в организме достаточно всасывания его в кишечнике в количестве 1 мг/сут. Однако из!за плохого всасывания в кишечнике количество по! ступающего с пищей железа должно быть не менее 15 мг/сут.

Основным местом депонирования и функционального при! менения йода в организме является щитовидная железа, где йод используется для синтеза гормонов, оказывающих выра! женное влияние на все обменные процессы, рост и развитие организма. Основным источником поступления йода в орга!

429

низм является вода. Содержание йода в воде ряда районов Бе! ларуси пониженно. Людям, проживающим в этих районах, йод надо применять в виде пищевых добавок (обычно используют йодированную поваренную соль) или стандартизированных аптечных препаратов.

Витамины. Витаминами называют низкомолекулярные органические соединения, которые присутствуют в очень ма! лом количестве, не синтезируются или ограниченно синтези! руются организмом, но абсолютно необходимы для нормаль! ной жизнедеятельности и проявляют свое действие в неболь! ших количествах. Состояния организма, связанные с недостат! ком витаминов, получили название гиповитаминозов и авитаминозов. Гиповитаминозы возникают при нарушении механизмов использования витаминов в организме или при не! достаточном поступлении витаминов в организм. Авитами1 нозы являются результатом отсутствия витаминов в пище. За! болевания, вызванные избыточным употреблением витами! нов, называются гипервитаминозами.

Биосинтез большинства витаминов осуществляется вне ор! ганизма человека. Человек получает все необходимые для жиз! недеятельности витамины с пищей, если рацион ее правильно составлен. В организме, как правило, нет запаса витаминов. Однако витамины В12 и А могут накапливаться в печени в зна! чительных количествах. Кроме того, микрофлора кишечника при нормальном функционировании желудочно!кишечного тракта синтезирует довольно значимые количества некоторых витаминов: тиамина (B1), рибофлавина (B2), никотиновой кис! лоты (РР), пиридоксина (B6), биотина (H), фолиевой кислоты (Bс), филлохинонов (K), которые затем всасываются в кровь.

При патологических состояниях всасывание синтезирован! ных витаминов резко снижается (до полного прекращения), особенно при таких заболеваниях, как хронические гастроэн! териты и энтероколиты различного происхождения (дизенте! рия, гельминтозы, лямблиоз). Наиболее выраженный дефицит витаминов, особенно витамина С, развивается в организме больных при длительном течении инфекционно!токсических процессов. Например, при тяжелых септических состояниях потребности организма в витамине С увеличиваются в 5–7 раз по сравнению с нормой.

Качественный состав пищевых продуктов, употребляемых человеком, может оказывать влияние на потребность организ!

430