Тема 5: Физиология обмена веществ и энергии.

Время: 2 часа.

Мотивационно-воспитательная характеристика темы.

Обмен веществ и энергии представляет собой совокупность процессов превращения

веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между

организмом и внешней средой. Эти процессы являются основой всех явлений жизне-

деятельности, обеспечивают непрерывное образование, обновление, разрушение кле-

точных структур, синтез и разрушение различных химических соединений.

Учебная цель:

Уяснить физиологические основы обмена веществ и энергии, механизмы регуляции этих

процессов. Уметь использовать эти знания для анализа энергетических затрат организма,

потребности в питательных веществах при деятельности организма в разных условиях.

Содержание занятия:

Этапы занятия	Цель данного этапа	Время
1. Вводный контроль	Проверка исходного уровня знаний с помощью тестового контроля	10 мин
2.Опрос-беседа	Разбор темы по предложенным вопросам с коррекцией исходного уровня.	25 мин.
3.Самостоятельная работа студентов с консультациями преподавателя	Закрепление теоретических знаний при выполнении практических заданий, анализ полученных результатов, формулировка выводов, оформление протоколов практических работ.	45 мин.
4. Завершающий этап.	Оценка знаний и умений при решении ситуационных задач и проверке протоколов.	10 мин

Вопросы для самоподготовки.

1.Общее понятие об обмене веществ. Процессы ассимиляции и диссимиляции веществ.

2.Общее представление об обмене белков. Азотистое равновесие. Регуляция белкового

обмена.

3.Общее представление об обмене жиров. Регуляция липидного обмена.

4.Обмен углеводов и его регуляция.

5.Составляющие энергетического обмена. Основной обмен, методы определения.

6.Обмен веществ в старческом и пожилом возрасте.

Домашнее задание.

1.Дать определение азотистого равновесия.

2.Перечислить гормоны, участвующие в регуляции белкового обмена.

3.Перечислить действие инсулина на углеводный обмен.

4.Перечислить основные методы определения основного обмена.

5.Перечислить условия определения основного обмена.

6.Назвать нормы энергетических затрат для различных групп населения.

Самостоятельная работа на занятии:

Задание	Объект	Программа действия	Ориентировочные основы действия
1.Расчёт азотистого баланса	Человек	Вычислить азотистый баланс по данным: принято за сутки 128,7 г. белка; выделено 17,6 азота с мочой, 0,3 г. с калом.	Для расчёта азотистого баланса необходимо знать количество поступившего азота с пищей и количество азота, выделенного с мочой и потом. Поскольку не весь азот усваивается организмом, а часть его теряется с калом, необходимо из количества принятого с пищей азота вычесть количество азота, содержащегося в кале. Кол-во поступившего с пищей азота определяется, зная, сколько белка поступило в организм, на том основании, что содержание азота в белке составляет в среднем 10% ( 1 г. азота содержится в 6,25 г. белка
2. Определение величины основного обмена по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа.	Человек	Рассчитать обмен за сутки; если за 10 мин было поглощено 2,444 л.кислорода , выделено 2.132 л. углекислого газа.	Для решения задачи необходимо определить дыхательный коэффициент ( отношение выделенного СО2и поглощенного О2). По специальной таблице находят калорический эквивалент кислорода( кол-во тепла, освобож дающегося при потреблении 1л. кислорода), соответствующий данному дыхательному коэффициенту. Знать количество потреблённого кислорода за 1 мин. Калорический эквивалент кислорода умножают на кол-во поглощённого кислорода за 1 мин ( 10 мин) и за сутки.
3.Вычисление основного обмена по таблице Гарриса- Бенедикта.	Человек	Рассчитать основной обмен по данным пола, веса, роста, возраста для:1.Мужчина 69 лет, рост 160, вес 50кг. 2.Молодой человек 25 лет, рост-160, вес-50 кг 3.Мальчик 13лет, рост-160, вес-50 кг 4.Мальчик-3 года, рост -64, вес- 15 кг. 5.Для себя.	Для работы используются специальные таблицы Гарриса-Бенедикта для мужчин и женщин. Найти в таблице вес исследуемого, против него – число (например 892). Затем по вертикали найти рост и по горизонтали возраст и на их пересечении число, например 788. Сложив два найденных числа, получают основной обмен за сутки (892 + 788 = 1680)- таков нормальный основной обмен для испытуемого. По таблице определяют должный основной обмен для данного человека.
4. Определение процентного отклонения основного обмена по формуле Рида.		Вычислить % отклонения основного обмена от нормы для себя по формуле: ПО = 0,75(ЧП+ПДх0,74)- 72.	Данное определение основано на существовании взаимосвязи между артериальным давлением, частотой пульса и теплопродукцией организма. ПО - процент отклонения ЧП – частота пульса ПД – пульсовое давление, равное разности величины систолического и диастолического давления. Для работы необходимо определить артериальное давление и частоту пульса. Допустимым считается отклонение до +(-) 10% от нормы.

Вопросы для самоконтроля:

1.О чём можно судить по азотистому балансу?

2.Какие гормоны обладают анаболическим действием?

3.Какие гормоны понижают содержание углеводов в крови?

4.Какие гормоны обладают жиромобилизирующим действием?

5.От чего зависит должный основной обмен человека?

6.Какие факторы влияют на энергетический обмен?

7.Начём основана непрямая калориметрия?

8.О чём свидетельствует отклонение от должного основного обмена?

Тестовый контроль:

1.Является ли окисление белков, жиров и углеводов в тканях экзотермическим

процессом? 1) да 2) нет

2.В каком случае при потреблении 1 л кислорода в организме окисляется большее

число молекул вещества?

1) при окислении белков; 2) при окислении жиров; 3) при окислении углеводов.

3.В каком случае у человека будет наблюдаться отрицательный азотистый баланс?

1) при голодании; 2) в период роста 3) при беременности

4.Все ли белки, поступающие с пищей, участвуют в обменных процессах?

1) да 2) нет

5.Энергозатраты организма в условиях физиологического покоя в положении лёжа,

натощак, при температуре комфорта, составляют обмен:

1) рабочий 2) основной 3) энергии 4) веществ 5) валовый.

6. Общие (на протяжении суток) энергозатраты организма складываются из следующих компонентов:

1) основной обмен, рабочая прибавка 2) основной обмен, специфически–динамическое действие пищи 3) основной обмен, специфически - динамическое действие пищи, рабочая прибавка.

7.Энергозатраты организма в покое можно определить путём измерения:

1) ЧСС и АД 2) количества выделенного тепла 3) уровня глюкозы и свободных жир-

ных кислот в крови 4) поглощённого кислорода 5) выделенного углекислого газа

8.Дыхательный коэффициент отражает:

1) количество тепла, освобождаемое при окислении 1г вещества

2) количество тепла, освобождаемое при потреблении 1л кислорода

3) соотношение объёма выделенного СО₂к объёму поглощенного кислорода

4) отношение объёма поглощённого кислорода к объёму выделенного СО₂.

9.Прямая калориметрия заключается в определении энергетических затрат по количеству:

1) потреблённого кислорода и выделенного СО₂

2) потреблённого кислорода

3) выделенного углекислого газа

4) выделенного тепла

10.Не может быть компонентом основного обмена:

1) повышение энергорасхода при эмоциях и действии на организм холода

2) затраты энергии на клеточный метаболизм

3) затраты энергии на дыхание

4) затраты энергии на кровообращение

Ответы: 1. – 1; 2 – 3; 3 – 1; 4 – 1; 5 – 2; 6 – 3; 7 – 2,4;5 8 – 3; 9 – 4; 10 – 1.

Ситуационные задачи:

1.В крови больного обнаружено 12 ммоль/л глюкозы. В анализах мочи присутствует сахар

Какой обмен страдает? С чем может быть связано данное явление?

Ответ: в данном случае нарушен углеводный обмен; может быть связано с уменьшением утилизации глюкозы тканями при недостатке инсулина.

2.Перед исследованием обмена животному ввели адреналин. Как повлияет это на энерге-

тический обмен?

Ответ: энергетический обмен увеличится, т.к. существует связь между артериальным

давлением (в данном случае оно увеличится) и продукцией тепла в организме. Кроме

того, адреналин регулирует окислительные реакции ( через посредников)

3.Одинаков ли уровень обмена у двух здоровых людей одного пола, возраста, роста и

веса, если один из них перед исследованием получил 200 г. мяса, другой – 200 г. кар-

тофеля? Почему?

Ответ: неодинаков, т.к. белки ( мясо) и углеводы (картофель) обладают неодинаковым

специфически-динамическим действием: белки повышают обмен на 30%.

4.У каких животных в норме дыхательный коэффициент относительно выше – у хищни-

ков или травоядных?

Ответ: у травоядных выше, т.к. при окислении углеводов ДК выше, чем при окислении

белков и жиров.

Краткое теоретическое содержание темы:

Общее понятие об обмене веществ. Процессы ассимиляции и диссимиляции веществ.

Обмен веществ и энергии представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами между организмом и внешней средой. Эти процессы являются основой всех явлений жизнедеятельности и могут быть представлены как непрерывный трёхэтапный цикл, включающий: 1. поступление веществ в различные ткани и клетки организма; 2. использование этих веществ тканями и клетками; 3. удаление продуктов обмена в окружающую среду. Первый этап включает физическую и химическую обработку пищи, всасывание продуктов гидролиза, поступление в организм кислорода, транспорт веществ кровью. Второй этап представляет собой совокупность двух процессов – анаболизма (ассимиляция) и катаболизма (диссимиляция). Анаболические реакции обеспечивают синтез, обновление структурных компонентов тканей и накопление энергии, что необходимо для роста, развития и поддержания функциональных резервов. Катаболические реакции – совокупность процессов расщепления сложных молекул клеток до конечных продуктов - воды, углекислого газа, аммиака с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности каждой клетки и всего организма. Третий этап обмена веществ и энергии – удаление во внешнюю среду метаболитов: углекислого газа, воды, азотистых продуктов обмена.

Общее представление об обмене белков. Азотистое равновесие. Регуляция белкового обмена. Белки составляют 15-20% массы тела.

Функции белков. Пластическая – белки мембран, коллаген, эластин, кератин и др.

Энергетическая - на долю белков приходится 12-18% энергообеспечения (окисление 1г. белков освобождает 4 ккал.). Каталитическая – ферменты по природе являются белками. Транспортная - перенос с помощью белков билирубина, липидов, кислорода, железа и др. Гормональная – белково-пептидные гормоны составляют около 80% всех гормонов. Сократительная – осуществляют актин и миозин. Защитная – осуществляют иммуноглобулины, интерферон, фибриноген, плазмин. Регуляция работы генов – осуществляют факторы транскрипции.

Биологическая ценность пищевых белков.

Полноценные белки содержат весь необходимый набор незаменимых аминокислот в соотношениях, обеспечивающих нормальные процессы синтеза. К ним относятся преимущественно белки животного происхождения – мясо, яиц, молока, рыбы, которые должны составлять не менее 30% суточного рациона. ( Наиболее полноценные, эталонные белки- белки яиц и молока.)

Неполноценные белки не содержат полного набора незаменимых аминокислот (Валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин). Например, белки пшеницы (глиадин), ячменя ( гордеин) и кукурузы (зеин) содержат мало лизина, а белки желатина – мало цистеина и триптофана.

Азотистый баланс. Соотношение количества азота, поступившего с пищей (белки) и выделенного из организма ( мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.) называется азотистым балансом.

Азотистое равновесие (нейтральный баланс азота): у взрослого человека при адекватном питании количество введённого азота с пищей равно выведенному. При увеличении потребления белка равновесие устанавливается на новом, более высоком уровне.

Положительный азотистый баланс: синтез белка преобладает над распадом (при увеличении мышечной массы тела, во время беременности, в период роста организма, при усиленных тренировках в связи с ростом мышечной массы, при восстановлении после тяжёлой болезни).

Отрицательный азотистый баланс: количество выведенного азота больше, чем поступающего с пищей (белковое голодание, питание неполноценными белками, разные заболевания).

Промежуточный обмен белков.

Синтез белков:аминокислоты, всосавшиеся из кишечника в кровь, используются в разных органах на пластические и энергетические нужды и не депонируются. Заменимые аминокислоты образуются в реакциях трансаминирования в разных органах; центральным органом синтеза белков является печень. Высокий уровень синтеза белка имеется в лимфоидной ткани в связи с образованием иммуноглобулинов.

Распад белков: в сутки у человека распадается примерно 400г. белков. При этом 2/3 образующихся аминокислот используются для синтеза нового белка, а 1/3 безвозвратно теряется в окислительном метаболизме и должна поступать с пищей. Наиболее медленно распадаются белки мышц, наиболее быстро – белково-пептидные гормоны.

Потребность в белках: коэффициент изнашивания Рубнера - наименьшие потери белка для организма в состоянии покоя составляют примерно 0,33 г на 1кг массы тела; физиологический минимум белка превышает коэффициент изнашивания и равен 30-45 г. белка в сутки; физиологический оптимум белка равен 80-100 г. белка в сутки ( 1г/кг массы тела).

Нейрогуморальная регуляция обмена белков.

Синтез белка стимулируют СТГ, тироксин и трийодтиронин (при малом содержании

Белка в детском возрасте), глюкокортикоиды в печени.

Распад белка увеличивают глюкокортикоиды (в мышцах и лимфоидной ткани) и глюкагон, тироксин ( у взрослы людей).

Общее представление об обмене жиров. Регуляция липидного обмена.

Липиды составляют 10 – 20% массы тела.

Функции липидов: пластическая – важный компонент клеточных мембран; энергетическая – при окислении липиды дают максимальное образование энергии (1г жиров – 9 ккал); механическая – фиксация положения органов, уменьшение травмирования органов; терморегуляторная – теплоизолирующие свойства подкожной клетчатки, теплопродукция в буро жировой ткани; липиды используются для синтеза биологически активных веществ (простагландинов, простациклина, тромбоксанов, лейкотриенов, стероидных гормонов).Жиры являются также источником образования эндогенной воды и являются своеобразным депо энергии и воды. Синтез липидов: в процессе всасывания в кишечнике происхордит ресинтез липидов, которые преимущественно поступают в лимфу, далее в кровоток; печень является ключевым органом в синтезе липидов, которые в составе липопротеинов очень низкой плотности поступают в кровь. Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) и ЛПНП используются в разных органах с помощью рецепторозависимого эндоцитоза; в жировой ткани происходит синтез жира из жирных кислот и глицерол -3-фосфата; во многих тканях образуются биологически активные метаболиты жирных кислот(простагландины, тромбоксаны, простациклин, лейкотриены); в надпочечниках и половых железах -синтез стероидных гормонов. Распад липидов в крови происходит под действием липопротеиновой липазы эндотелием сосудов; в жировой ткани распад триглицеридов происходит с образованием жирных кислот и глицерола, большая часть которого поступает в кровь: в буровой жировой ткани распад жира сопровождается окислением жирных кислот в митохондриях до СО₂ и Н₂О; жирные кислоты, поступившие в кровь, окисляются в разных тканях с образованием большого количества энергии, половина которой аккумулируется в АТФ.

Суточная потребность в липидах составляет 50-100 г.

Регуляция обмена липидов.

Нервная регуляция: Симпатические влияния усиливают распад и тормозят синтез триглицеридов в жировой ткани; парасимпатические влияния способствуют отложению жира.

Гуморальная регуляция: активируют мобилизацию жира и его окисление адреналин, гипогликемия (через торможение секреции инсулина), другие гормоны (СТГ, ТТГ, АКТГ, глюкагон, вазопрессин) у человека оказывают очень слабое действие ; тормозят мобилизацию жира и активируют его синтез инсулин (особенно в жировой ткани), глюкокортикоиды ( депонирование жира в области шеи и лица).

Обмен углеводов и его регуляция.

Углеводы составляют 0,6% массы тела, суточная потребность – 300-350 г.

Функции углеводов: энергетическая – основной источник энергии в организме. Углеводы обеспечивают не менее 50% суточного энергообеспечения (окисление 1г. углеводов освобождает 4 ккал); образование депо (в виде гликогена) легко мобилизуемого энергетического материала; пластическая – продукты промежуточного обмена углеводов используется для синтеза аминокислот, липидов, полисахаридов. Углеводы, входящие в гликопротеиды, определяют их видовую и тканевую специфичность.

Промежуточный обмен углеводов. Глюкоза поступает в кровь из кишечника в процессе пищеварения и из печени в результате гликогенолиза и глюконеогенеза. Глюкоза используется во всех органах (печени, мышцах, ткани мозга, жировой ткани). Глюкоза поступает в клетки различных тканей с помощью белков- транспортёров глюкозы, после перехода в глюкозо-6-фосфат она используется по одному из четырёх главных путей: 1.количественно основной путь - аэробное окисление до СО₂ и Н₂О, основная функция этого пути – освобождение и запасание энергии 2. синтез гликогена, который особенно характерен для печени, мышц и почек 3. пентозофосфатный путь, в котором образуются

1) НАДФ х Н₂ (никотинамиддинуклеотид фактор) служащий источником водорода для восстановительных синтезов, 2) рибозо-5-фосфат, который используется для синтеза ДНК,РНК,АТФ и др; 3) глюкозо-6-фосфат превращается под действием его фосфотазы в глюкозу, которая выделяется в кровь.

Нейрогуморальная регуляция обмена углеводов. Активирует использование глюкозы инсулин, который способствует её использованию в тканях, депонированию в виде гликогена и синтезу аминокислот. Парасимпатические влияния (М-холинорецепторы) и симпатические влияния ( бета адренорецепторы) стимулируют секрецию инсулина. Симпатические влияния через а-адренорецепторы тормозят секрецию инсулина. Стимулируют продукцию глюкозы симпатические влияния и ряд контринсулярных (катаболических) гормонов (глюкагон в печени, адреналин в скелетных мышцах и сердце, глюкортикоиды в результате гликогенолиза и глюконеогенеза, СТГ, тироксин).

Литература:

Основная:

1. Нормальная физиология.Учебник./под ред.А.В.Завьялова, В.М.Смирнова.

М.: Медпресс – информ, 2009

2. Физиология человека. Учебник / под ред. В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько, - М,: Медицина, 1998, 2003

3. Физиология человека. Учебник/ под ред.Н.А. Агаджаняна, В.И. Циркина ,- СП.: Сотис,1998,200,2001,2002, 2007.

4. Физиология человека. Учебник / под ред. В.М.Смирнова, М.: Медицина, 2002, 2010.

5. Нормальная физиология. Учебник. / под ред. Р.С.Орлова, А.Д.Ноздрачёва. М. Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005

6. Нормальная физиология. Учебник. / под ред.В.Н.Яковлева. М.: Издательский центр

« Академия»,2006

7. Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии / под ред.С.М.Будылиной, В.М.Смирнова. М.: Издательский центр « Академия», 2005

Дополнительная:

1. Руководство к практическим занятиям по физиологии / под ред. К.М. Судакова.: Медицина, 2002

2. Основы физиологии человека / под ред. Б.И.Ткаченко, СПБ, 1994

3. Физиология человека. Учебник / под ред. Г.И. Косицкого, М. Медицина,1995

4. Физиология человека. Учебник / под ред. Р.Шмидта, Г.Тевса . М.: Мир, 1996