ЛЕКЦИЯ 14. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ.

План

1. Общее понятие об обмене веществ и энергии.

2. Обмен белков.

3. Обмен жиров.

4. Обмен углеводов.

5. Водный и минеральный обмен.

6. Витамины.

7. Обмен энергии.

8. Терморегуляция.

Общее понятие об обмене веществ и энергии.Обмен веществ - одно из основных свойств живых организмов. Суть его состоит в постоянном обмене веществ и энергии между организмом и внешней средой. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на относительно простые химические соединения, кото­рые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде и превращении различных компо­нентов пищи выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций. Конечные продукты распада выводятся из организма. Совокупность всех химических превращений (процессов ассимиляции и диссимиляции) в живом организме, обеспечивающих его жизне­деятельность, называют обменом веществ, или метаболизмом. В пе­риод роста организма преобладает ассимиляция. Во взрослом орга­низме устанавливается относительное равновесие между ассимиляци­ей и диссимиляцией. В старческом возрасте ассимиляция отстает от диссимиляции.

Обмен белков.Белки - это сложные высокомолекулярные соедине­ния, состоящие из аминокислот. Роль белков в организме чрезвычай­но велика, так как их функции многообразны. Белки входят в состав ядра, протоплазмы, мембран клеток всех органов и тканей, т.е. выпол­няют пластическую функцию. Белки входят в состав нуклеопротеидов, таким образом, участвуют в процессах воспроизводства живой материи. Белки костей, хрящей выполняют опорную функцию. Актин и миозин обеспечивают сокращение мышц. Белки обладают каталити­ческой активностью (ферменты). Защитные реакции организма связа­ны с белками, в частности, антитела, образующиеся при поступлении чужеродных веществ, являются протеинами. Белки выполняют и антитоксическую функцию, участвуют в свертывании крови, являются источником энергии.

Биологическая ценность белков пищи обусловлена наличием в них незаменимых аминокислот, их соотношением с заменимыми. Заме­нимые аминокислоты (глицин, аланин, цистеин и др.) могут синтезироваться в организме. Незаменимые аминокислоты (аргинин, лейцин, лизин, триптофан и др.) не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки яйца, молока, мяса. Бел­ки растительного происхождения биологически менее полноценны, т.к. в них либо мало некоторых незаменимых аминокислот, либо они отсутствуют.

Белки расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот и низкомолекулярных полипептидов, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают в печень, где подвергаются дезаминированию и переаминированию. Из части аминокислот в печени син­тезируются специфические белки альбумины, глобулины, фибриноген. Основная часть аминокислот поступает к тканям организма и ис­пользуется для синтеза тканевых белков. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатинин и другие вещества.

Об использовании белков в организме судят по азотистому ба­лансу. Его можно рассчитать по количеству азота, поступившего с пищей и выделенного с мочой, потом и. калом.

Суточная потребность в белках зависит от возраста, вида и усло­вий деятельности, от состояния организма. Для взрослых здоровых людей, выполняющих среднюю по тяжести работу, суточная потреб­ность в белке составляет 100-110 г.

Регуляция белкового обмена осуществляется нервной системой через железы внутренней секреции. На белковый обмен оказывают влияние соматотропный гормон передней доли гипофиза, гормон щи­товидной железы тироксин иглюкокортикоиды коркового вещества надпочечников.

Обмен жиров (липидов).Под липидами понимают сложные орга­нические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, со­стоящие из глицерина и жирных кислот, и близкие к ним по фи­зико-химическим свойствам липоиды: лецитин, холестерин. В, состав липоидов, кроме жирных кислот, входят многоатомные спирты, фосфаты и азотистые соединения.

Жиры выполняют несколько функций: 1) окисляются, освобождая при этом энергию; 2) служат пластическим веществом для образова­ния тканевых структур; 3) превращаются в печени в гликоген, кото­рый затем используется как источник глюкозы; 4) откладываются в виде жировых отложений (жировых депо) и по мере надобности ис­пользуются организмом; 5) являются растворителями витаминов (А, D, Е, К) и способствуют их усвоению.

Жиры пищи под действием ферментов поджелудочного и кишечных соков (при участии желчи) расщепляются на глицерин и жирные ки­слоты. Из глицерина и жирных кислот в эпителиальных клетках вор­синок тонкого кишечника синтезируется жир, свойственный орга­низму человека. Эти жиры попадают в лимфу и далее разносятся кровью по всем органам и тканям.

Конечными продуктами распада жиров является вода и углекислый газ. Суточная потребность в жирах в среднем составляет 100 г.

В регуляции жирового обмена существенную роль играют централь­ная нервная система, а также железы внутренней секреции (половые и щитовидные железы, гипофиз, надпочечники).

Обмен углеводов.Углеводы делятся на простые и сложные. С пищей поступают главным образом сложные углеводы: полисахари­ды - крахмал, гликоген и дисахариды - молочный, свекловичный, тро­стниковый и Другие сахара. При их расщеплении в пищеварительном тракте образуются простые моносахариды: глюкоза, фруктоза и га­лактоза, которые всасываются из кишечника в кровь.

В крови углеводы содержатся в виде глюкозы (3,3-5,5 ммоль/л); в печени имышцах - в виде небольших запасов гликогена. При сни­жении концентрации глюкозы в крови ниже физиологической нормы

происходит распад гликогена в печени. Таким образом, сущность углеводного обмена сводится к поддержанию оптимальной концентра­ции глюкозы в крови. Суточная потребность в углеводах у взрослого человека составляет 400-500 г.

В регуляции углеводного обмена принимают участие нервная система и железы внутренней секреции. Адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени.

Водный и минеральный обмен. Вода составляет около 70% мас­сы тела. Она является непременной составной частью каждой клет­ки, имеется в межклеточной жидкости, составляет жидкую основу крови и лимфы. Суточная потребность в воде для взрослого организ­ма составляет 2,5-3 л. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000-1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл).

В нормальных условиях организм взрослого человека находится в состоянии равновесия относительно потребления воды и ее выделения, которое осуществляется почками - 1200-1500 мл, кожей - 800 мл, легкими в виде водяного пара - 500 мл, через кишечник с калом -100-150 мл. Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуж­дении питьевого центра в гипоталамусе.

Организм нуждается в поступлении не только воды, но и мине­ральных веществ. Минеральные вещества участвуют в построении ор­ганоидов клетки, входят в состав ферментов, гормонов, участвуют в мышечном сокращении, нервной проводимости и т.д.

В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г ка­лия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15-20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мы­шечной тканей, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов. В соединении с кальцием и магнием фосфор об­разует костный скелет. Железо необходимо в составе гемоглобина, миоглобина, а также ферментов, участвующих в окислительно-восста­новительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк - поджелудочной; фтор придаёт прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В,₂; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

Витамины. Витамины - это сложные биоорганические соединения, необходимые для нормального протекания процессов обмена веществ. Впервые наличие таких веществ в пище было обнаружено русским врачом Н. И. Луниным в 1880 году.

Роль витаминов многообразна: 1) они ускоряют биохимические реак­ции в организме; 2) взаимодействуя с гормонами и ферментами, повы­шают их эффективность; 3) участвуют в образовании пищеваритель­ных ферментов.

При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает болезненное состояние - авитаминоз, при недостаточном по­ступлении витамина с пищей - гиповитаминоз.

Витамины делят на две группы: жирорастворимые (A, D, Е, К) и во­дорастворимые (В , В₂, В₆ , В₁₂, РР, Р, С и др.). (

Витамин А (ретинол). Биологическая роль ретинола многообразна: он необходим для роста костей, формирования клеток эпителия, участвует в процессах фоторецепции. При авитаминозе происходит нарушение процессов сумеречного зрения (куриная слепота), поврежде­ние роговицы глаз, сухость эпителия. Витамин А широко распростра­нен в продуктах животного происхождения (мясе, печени, рыбьем жире, молоке, яйцах). В растениях находится провитамин А - каротин, кото­рый в организме животных превращается в витамин А. Источники каротина - морковь, абрикосы, крапива. Суточная потребность в вита­мине А- 1,0-1,5 мг.

Витамин D (кальциферол). Регулирует обмен кальция и фосфора. При недостатке данного витамина в детском возрасте развивается ра­хит (нарушается процесс костеобразования). Приём больших доз вита­мина D ведёт к тяжёлому заболеванию, которое характеризуется отло­жением кальция в органах и тканях. Витамин D содержится в яич­ном желтке, рыбьем жире, печени, растительных маслах, образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей. Суточная потребность -2,5 мкг.

Витамин Е (токоферол). Обладает противоокислительным действи­ем на внутриклеточные липиды. Играет важную роль в обеспечении функции размножения. При недостатке витамина Е развивается дис­трофия скелетных мышц, ослабляется половая функция. В большом ко­личестве витамин Е содержится в салате, петрушке, растительном мас­ле, кукурузе, овсяной муке. Суточная потребность - 14-15 мг.

Витамин К (филлохинон). Участвует в синтезе протромбина, способ­ствует нормальной свёртываемости крови. При К-авитаминозе понижа­ется свёртываемость крови, наблюдаются кровоизлияния. Источником витамина К являются зелёные листья шпината, салата, капусты. Много его в томатах, ягодах рябины. Суточная потребность в этом витамине равна 0,2-0,3 мг.

Витамин В (тиамин). Участвует в обмене жиров, белков и углево­дов, в проведении нервного импульса. При недостатке возникают рас­стройства двигательной активности, параличи, нарушения работы желу­дочно-кишечного тракта. Витамином Bi наиболее богаты зерновые и бобовые культуры, печень, куриный желток. Суточная потребность в витамине - 1,5-2 мг.

Витамин В (рибофлавин). Участвует в клеточном дыхании. При недостатке развивается помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки рта, слабость мышц. Витамин В₂ содержится в пивных дрож­жах, печени, яйцах, томатах, зерновых и бобовых культурах. Суточная потребность- 2-3 мг.

Витамин В₆ (пиридоксин). Участвует в обмене белков, синтезе фер­ментов, обеспечивающих обмен аминокислот. Влияет на кроветворение. При его недостатке наблюдаются потеря аппетита, тошнота, слабость, воспалительные поражения кожи и нервов. Витамин В₆ содержится в молоке, яйцах, овощах, мясе и рыбе, кроме того, он частично синтезиру­ется микрофлорой кишечника. Суточная потребность в нем составляет 1,5-3 мг.

Витамин В₁₂ (цианокобаламин). Оказывает влияние на функцию кроветворения. Для всасывания его из кишечника необходим гастромукопротеид (внутренний фактор Касла), который находится в желу­дочной слизи. Гиповитаминоз В приводит к развитию анемии. Содер­жится в печени, почках, мясе. Может синтезироваться и микрофлорой кишечника при условии поступления с пищей кобальта. Суточная по­требность - 2 мкг.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид). Участвует в кле­точном дыхании. Нехватка и отсутствие витамина РР в пище приводит к развитию заболевания с названием пеллагра, которое проявляется в поражении кожи, пищеварительной и нервной систем. Витамин РР содержится в мясе, рыбе, молоке, печени, чае, пшенице, рисе, ячмене. Суточная потребность в нем - 15 мг.

Витамин Р (рутин). Уменьшает проницаемость и ломкость капилля­ров. ПриР-авитаминозе возникают общая слабость, боли в ногах, крово­излияния. Наиболее богаты витамином Р лимоны, гречневая крупа, чер­ная смородина, плоды шиповника. Суточная потребность - около 50 мг.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Участвует в окислительно-восстановительных процессах. Увеличивает устойчивость к инфекциям. При недостатке аскорбиновой кислоты развивается цинга (поражение стенок кровеносных сосудов, развитие мелких кровоизлияний в коже, кровоточивость десен). Источником витамина С являются шиповник,

лимоны, перец, зелёный лук, чёрная смородина, картофель, капуста и др. Суточная потребность в витамине С составляет 50-100 мг.

Обмен энергии.Для жизнедеятельности организма необходима энер­гия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органиче­ских соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном, тепловую, механическую и частично в электрическую. Расщепление идет путем присоединения кислорода - окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал энергии, 1 г углеводов - 4,1 ккал, 1 г белка - 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окис­лении в организме 1 г вещества, называют теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для синтетических процессов восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в теп­ло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, скла­дывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек нахо­дится в состоянии полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой, натощак (через 14 часов после последнего приема пищи), при температуре комфорта (18-22° С), то расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом. В услови­ях основного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедея­тельности организма, работу внутренних органов (сердце, дыхатель­ный аппарат и др.), а также на поддержание температуры тела. Основ­ной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При ги­перфункции щитовидной железы он может повышаться до 150%. При недостаточности гипофиза основной обмен понижается - наступает гипофизарное ожирение.

Повышение энергетического обмена сверх основного обмена назы­вают рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются прием пищи, низкая или высокая (свыше 30° С) внешняя тем­пература и мышечная работа.

Терморегуляция.В живом организме, благодаря непрерывному об­мену веществ, постоянно образуется тепло. Одновременно с поверх­ности тела происходит постоянная отдача тепла в окружающую среду. Следовательно, температура тела должна зависеть от соотношения двух процессов - теплообразования и теплоотдачи.

В организме тепло образуется главным образом в мышцах и печени. Образование тепла происходит за счет окисления углеводов и жиров.

Теплоотдача происходит несколькими путями: 1) проведением (пря­мой отдачей тепла от тела); 2) конвекцией (прямой передачей тепла перемещающимся частицам воздуха, воды); 3) излучением (в виде лучи­стой энергии инфракрасных лучей); 4) испарением влаги с кожных по­кровов.