Обмен веществ и энергии

В организме постоянно идут процессы обновления клеточных структур, ферментов, белков плазмы, гормонов и т.д. Обновление связано с расщеплением органических соединений (катаболизм) и синтезом вновь образуемых веществ (анаболизм).

С пищей в пищеварительную систему поступают белки, жиры и углеводы, которые ферментативно гидролизуются до соответствующих мономеров. Из последних синтезируются собственные белки, липиды и углеводы, которые организм использует для энергетических и пластических целей.

При окислении питательных веществ освобождается потенциальная энергия их химических соединений (предмет изучения биологической химией), которые используются для кинетических процессов, например, сокращение мышц, работы K - Na – АТФ-азы и другие. Кинетическая энергия превращается в тепловую, частично в электрическую. Пластические функции белков, липидов и углеводов связаны с синтезом новых органических веществ.

Обмен белков

Обмен белков в большей мере используется организмом для пластического обмена. Разнообразные по молекулярной массе составу и свойствам белки представляют собой различные комбинации из 20 аминокислот. 12 аминокислот синтезируются в организме человека (заменимые), а 8 (незаменимые) обязательно должны поступать в организм с пищей. Незаменимыми аминокислотами являются : лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан. Дефицит этих кислот приводит к нарушению синтеза белка, замедлению роста, уменьшению массы тела, отрицательному азотистому балансу. Белки пищи существенно различаются по аминокислотному составу. В связи с этим введено понятие биологической ценности белков пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот (по составу и количеству), который обеспечивает нормальные процессы синтеза, являются биологически полноценными белками. Белки, не содержащие каких-либо аминокислот, особенно незаменимых, являются неполноценными. О характере белкового обмена судят по азотистому балансу.

Азотистый баланс - это соотношение количества азота, поступившего в организм с пищей, и выделенного из него. Количество азота, поступившего в организм больше, так как часть азота теряется с калом. Основным источником азота в организме является белок: 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Количество усвоенного азота определяют по его содержанию в пище за вычетом содержания в кале.

Умножив, количество определенного азота на 6,25 определяют количество усвоенного белка. О количестве разрушенного белка судят по количеству азота, выведенному из организма с мочой в составе азотсодержащих продуктов белкового обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин). Часть этих веществ может секретироваться с потом, но если потоотделение незначительное – этим можно пренебречь. Количество азота в моче умноженное на 6,25 показывает, какое количество белка распалось в организме. Если количество введенного в организм азота равно выведенному количеству, говорят об азотистом равновесии. Когда поступление азота больше его выделения, наблюдается положительный азотистый баланс. Значит, синтез белка преобладает над его распадом. Такое состояние наблюдается в период роста организма, во время беременности, при усиленных спортивных тренировках, в результате которых увеличивается масса мышц. Отрицательный азотистый баланс (количество выведенного азота больше поступившего) наблюдается при белковом голодании, при питании неполноценными белками. Особенно опасна недостаточность белкового питания растущих организмов: кроме замедления интенсивности роста ослабляется иммунитет, нарушается кроветворение, снижаются функции печени и поджелудочной железы. Белковая недостаточность возможна при неудовлетворении повышенной потребности организма в белках у беременных, при кормлении ребенка грудью, при одностороннем углеводно-жировом питании, у вегетарианцев, потребляющих только растительную пищу.

Регуляцию обмена белков осуществляют: соматотропный гормон (гормон роста) аденогипофиза, тироксин и трийодтиронин – гормоны щитовидной железы. Эти гормоны увеличивают синтез белка. Распад белков в мышечной и лимфоидной тканях стимулируют гормоны коры надпочечников - глюкокортикоиды, но одновременно увеличивают синтез белка в печени.

Обмен липидов

Нейтральные жиры состоят из смеси различных триглицеридов и представляют собой эфиры глицерина и трех жирных кислот. Свойства жиров определяют жирные кислоты. Различают насыщенные (до предела насыщенные водородом) и ненасыщенные жирные кислоты (с двойными связями). Они входят в состав жиров животного и растительного происхождения, обладают высокой энергетической ценностью. Липоиды – это стерины (холестерин и фитостерины), фосфолипоиды (лицетин, сфингомиелин, кефалины) играют важную роль с построении клеточных и митохондриальных мембран. Липоиды и нейтральные жиры объединены в группу липидов.

Таким образом, липиды необходимы для энергетического и пластического обмена, кроме того, с ними в организм поступают жирорастворимые витамины. Насыщенные жирные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальметиновая и др.) в большом количестве содержатся в составе животных жиров. В животных жирах содержится большое количество холестерина, с увеличением количества которого в крови связывают развитие атеросклероза. Но, в то же время холестерин необходим для синтеза витамина D, желчных кислот, гормонов половых желез и коры надпочечников. Полиненасыщенные жирные кислоты – линолевая, линоленовая, арахидоновая получили название незаменимых жирных кислот. Они не синтезируются в организме, но необходимы для синтеза простагландинов; они повышают резистентность организма к неблагоприятным факторам, регулируют холестериновый обмен и обеспечивают структурно-функциональную целостность биологических мембран.

Жир, всасывающийся из кишечника, поступает в основном в лимфу и небольшое количество в кровь; накапливается в жировой ткани, которая играет роль жирового депо или включается в состав клеточных структур. Общее количество жира в организме человека составляет 10 – 20% от массы тела, но может при ожирении достигать 50%.

Запасный жир используется для энергетических целей. Следует отметить, что состав жира в жировых депо зависит от характера потребляемых жиров. В тех случаях, когда животные или человек длительное время употребляет один вид жира, в их депо откладывается жир идентичный данному виду. Синтез жира в организме происходит из углеводов при обильном потреблении последних.

Регуляция обмена липидов связана с углеводным обменом и осуществляется эндокринной и вегетативной нервной системами. Мобилизацию жира из депо производят гормоны адреналин и норадреналин, соматотропный гормон и гормон тироксин. Глюкокортикоиды тормозят мобилизацию жира. Активация симпатической нервной системы тормозит синтез жиров и увеличивает их распад, парасимпатические влияния, наоборот, способствуют отложению жира.

Обмен углеводов

Глюкоза является главным источником энергии для жизнедеятельности клеток, а также используется в качестве пластического материала для синтеза многих органических веществ (гликопротеины, гликолипиды и т.д.). Уровень глюкозы в крови колеблется в пределах 3,3 - 5,5 ммоль/л.

При снижении уровня глюкозы до 2,2 – 1,7 ммоль/л развиваются судороги, потеря сознания. Такое состояние называется гипогликемической комой, возникает оно потому что глюкоза является основным источником энергии для ЦНС. При окислении глюкозы образуются молекулы АТФ, которые используются в различных клеточных процессах. Несмотря на то, что энергетическая ценность глюкозы меньше, чем жиров, она используется для срочного извлечения энергии при больших энергетических затратах (интенсивная мышечная работа, эмоциональное возбуждение). Это связано с тем, что глюкоза быстро мобилизуется из депо, легко окисляется при минимальном потреблении кислорода, промежуточные продукты окисления не токсичны. При увеличении всасывания глюкоза депонируется в печени и в мышцах в виде гликогена. У взрослого человека количество гликогена в печени 150-200г (это резервная глюкоза, которая используется для нужд всего организма). Гликоген мышц является источником энергии только для мышечного сокращения. Если уровень глюкозы в крови повышается до 8,9 – 10,0 ммоль/л за счет увеличенного всасывания из кишечника, часть глюкозы оказывается в моче (пищевая глюкозурия).

При продолжительном снижении количества глюкозы в крови углеводы (гликоген) образуются из белков и жиров. Регуляцию углеводного обмена мы будем с Вами подробно изучать в разделе «Эндокринология». Здесь же только отметим, что единственным гормоном, целенаправленно снижающим уровень глюкозы в крови, является инсулин – гормон β-клеток поджелудочной железы. Дефицит этого гормона приводит к стабильной гипергликемии и глюкозурии (сахарный диабет). Гормоны, повышающие содержание глюкозы в крови (контринсулярные гормоны), - глюкагон- гормон α-клеток поджелудочной железы, адреналин – гормон мозгового вещества надпочечников, соматотропный гормон передней доли гипофиза, глюкокортикоиды – гормоны пучковой зоны коры надпочечников.

Витамины не имеют калорической и пластической ценности, но они в минимальных количествах необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. Витамины обладают высокоспецифичными и разнообразными функциями: входят в состав ферментов и коферментов, участвуют в процессах всасывания, обмена ионов, углеводов, белков, жиров, являются антиоксидантами; влияют на образование межклеточных структур, кроветворение, укрепляют иммунную систему. Витамины подразделяются на жирорастворимые и водорастворимые.

Жирорастворимые витамины (А, Д, Е, К) и водорастворимые витамины (группы В, С, Р). Поступают витамины в организм только с пищевыми продуктами животного и растительного происхождения, и только микрофлора кишечника синтезирует витамины К и некоторые из группы В. Одни витамины запасаются в организме (А, Д), другие должны постоянно поступать с пищей. Отсутствие или недостаток, какого – либо витамина вызывает специфические для него заболевания. Например, дефицит аскорбиновой кислоты (витамин С) приводит к хрупкости кровеносных сосудов и кровоточивости, снижению иммунитета, повышенной утомляемости. Дефицит витамина Д в детском возрасте нарушает образование костной ткани, сократительную способность мышц, проведение возбуждения в синапсах (рахит). В тоже время передозировки витаминов, особенно А и Д могут оказывать на организм токсическое действие. В этом пособии не ставится цель подробного описания физиологической роли витаминов. В настоящее время имеется достаточное количество литературы с информацией о значении витаминов, источниках их содержания и суточных потребностях в них. Механизм действия витаминов изучает кафедра биологической химии. Обращаем Ваше внимание на тот факт, что не только будущий врач, но и каждый культурный человек должен владеть этой информацией, чтобы вовремя помочь себе и окружающим людям. Рекомендуем открыть учебник «Физиология человека» под редакцией В.М. Покровского. 2003г. стр. 472 – 474. (или имеющуюся литературу).