ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 959
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
426
отравление, уменьшение скорости тока крови или нарушение транспорта кислорода. Уровень обмена веществ организма в целом отличается от уровня метаболизма клетки или отдельного органа. Так, если метаболизм дыхательных мышц, сердца, почек и головного мозга с постоянного уровня активности, свойственного им в норме, снизится до уровня готовности, то эти жизненно важные органы потеряют активность, и организм погибнет.
Однако прекращение энергоснабжения не вызывает немедленного нарушения функций клеток вследствие энергетического резерва, различного для разных органов. Так, в результате полной ишемии (отсутствия артериального кровоснабжения) головного мозга уже через 10 с наступает бессознательное состояние, а через 3—8 мин в нейронах возникают необратимые повреждения. Если же в такую ситуацию попадёт скелетная мышца, пребывающая в состоянии покоя, то обменные процессы в ней остаются на уровне поддержания в течение 1—2 ч.
Интенсивность процессов обмена веществ подвержена суточным колебаниям: она высока утром и снижается ночью. Интенсивность метаболизма повышается во время приёма пищи и её переваривания (специфическое динамическое действие пищи). Она возрастает, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной, причём больше — при понижении температуры. Интенсивность обмена веществ возрастает при физической нагрузке, поэтому многие виды работы можно классифицировать по затраченным усилиям, а нагрузки — нормировать с помощью показателей энергетического обмена. При кратковременных нагрузках используется энергия окисления углеводов. При длительных нагрузках расщепляются преимущественно жиры (80% энергии). Интенсивность обменных процессов резко увеличивается после травм и ожогов, а также при высокой температуре тела или гипертиреозе; при гипотиреозе она понижается.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ
Энергетические затраты организма можно измерить по количеству тепла, отдаваемого им во внешнюю среду, или по количеству поглощённого кислорода.
Традиционно энергетический обмен выражают в килокалориях (ккал) в единицу времени. Однако в международной системе единиц (СИ) в качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж). Джоуль
— это работа, совершаемая при мощности в 1 Вт в течение 1 с:
1 Дж = 2,39*10-4 ккал;
1 ккал = 4 187 Дж = 4,187 кДж.
427
Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
Если клетка совершает внешнюю работу, то, согласно второму закону термодинамики, часть вырабатываемой при этом энергии обязательно выделяется в виде тепла. КПД функционирующей клетки — часть энергии, затрачиваемая на внешнюю работу. Величина КПД всегда меньше 100%: например, при мышечной работе целого организма его величина редко превышает 25%.
Интенсивность обмена веществ измеряют методом непрямой калориметрии — методом неполного газового анализа, основанного на расчёте энергетических затрат по количеству кислорода, поступающего в организм через лёгкие и использованного для окисления жиров и углеводов. Сначала определяют объём лёгочной вентиляции, затем — количество поглощённого кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объёма выделенного углекислого газа к объёму поглощённого кислорода называют дыхательным коэффициентом. По его величине можно судить о типе пищевых продуктов, используемых в обмене веществ, а также можно рассчитать энергетическую ценность окисляемого продукта.
ОСНОВНОЙ ОБМЕН
Энергетический обмен живого организма состоит из основного обмена и рабочей прибавки к нему. Рабочая прибавка — повышение энергетического обмена сверх основного обмена, в основном, в связи с приёмом пищи, изменением внешней температуры и работой мышц.
Основной обмен — количество энергии, необходимое организму для поддержания процессов жизнедеятельности в строго контролируемых стандартных условиях:
-
в состоянии физического и психического покоя; -
натощак (через 12—18 ч после приёма пищи); -
при исключении белков из рациона за 2—3 сут до исследования; -
при температуре окружающей среды 15—18 °С.
У взрослого человека с массой тела около 70 кг основной обмен составляет 4,2 кДж/ч на килограмм массы тела (1600—1700 ккал/ сут). У здорового человека основной обмен — постоянная величина, характеризующая окислительные процессы в организме. Энергия организма в покое затрачивается на поддержание уровня обмена веществ, необходимого для работы сердца, дыхательных мышц, печени и почек, поддержания мышечного тонуса и температуры тела.
Факторы, влияющие на величину основного обмена:
-
интенсивность окислительных процессов; -
условия внешней среды и климат (на севере он выше, на юге — ниже);
428
-
возраст (у детей он выше, чем у взрослых);
пол (у женщин он на 5—7% ниже, чем у мужчин);
физическая нагрузка (у людей физического труда он выше, у людей умственного труда — ниже).
Интенсивность основного обмена примерно наполовину обусловлена метаболизмом печени и покоящихся скелетных мышц. При голодании она снижается вследствие ослабления работы печени. При гиперфункции щитовидной железы она увеличивается на 150%, при гипофункции — снижается.
-
ОБМЕН БЕЛКОВ
Белки составляют 10—12% общей массы клетки. Белки — высокомолекулярные полимеры-полипептиды, состоящие из десятков и сотен аминокислот. Всё многообразие белков в живых организмах представлено комбинациями всего 20 аминокислот.
По составу различают простые белки — протеины, состоящие из аминокислот, и сложные — протеиды, в состав которых входит белок и небелковая часть. К протеинам относят белки крови: альбумины и глобулины, а также гистоны ядра. К протеидам относят гликопротеиды (например, муцин — слизистый белок слюны). Нуклеопротеиды содержат нуклеиновые кислоты и входят в состав хромосом и рибосом. Хромопротеиды представлены гемоглобином и миоглобином.
По форме молекулы и особенностям пространственной структуры выделяют фибриллярные и глобулярные белки. Молекулы фибриллярных белков могут образовывать фибриллы в виде закрученных нитей, обладающих большой прочностью (такие, как коллаген, актин и миозин). Полипептидные цепи глобулярных белков свёрнуты в шарики (глобулы).
Функции белков разнообразны. Они не только служат основными строительными элементами мембран, цитоплазмы, органоидов клеток и межклеточного вещества, кератина кожи, волос, коллагеновых и эластических волокон соединительной ткани, а также ферментов, но и выполняют защитные, рецепторные, транспортные, двигательные и регуляторные функции. Транспортным белком служит гемоглобин, переносящий кислород и углекислый газ. Двигательные функции в миофибриллах выполняют актин и миозин. Защитную функцию осуществляют гамма-глобулины — антитела, которые связываются с антигенами и выполняют иммунную функцию. Ферменты трипсин, пепсин, амилаза и липаза участвуют в процессах пищеварения как катализаторы. Именно поэтому белки нельзя заменить углеводами
429
Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
или жирами. Их обмен поддерживается на постоянном уровне. Белки строго индивидуальны и специфичны. Собственные белки организма синтезируются в печени.
Период распада белка составляет около 80 сут и неодинаков для разных белков. У человека в сутки распадается и синтезируется примерно 400 г белка, при этом из 70% образованных аминокислот вновь синтезируются белки, а 30% аминокислот используется в качестве источника энергии, их надо восполнять белками пищи.
По функциональной значимости аминокислот, составляющих белки, их делят на заменимые и незаменимые. Незаменимые аминокислоты (их двенадцать) не синтезируются в организме (например, аргинин, лейцин, лизин). При их недостаточном потреблении возникают тяжёлые заболевания. Например, аминокислота триптофан необходима для синтеза гормонов щитовидной железы, для нормального течения беременности. Заменимые аминокислоты образуются в организме из других аминокислот (в частности, аланин, цистеин и глицин).
Этапы обмена белков:
-
ферментативное расщепление белков пищи в пищеварительном тракте до аминокислот и всасывание последних в тонкой кишке; -
превращение аминокислот в пептиды разной сложности; -
биосинтез собственных белков; -
расщепление белков; -
образование конечных продуктов распада белков: аммиака, мочевины, мочевой кислоты, креатина, креатинина.
Продукты расщепления белка: аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатин и креатинин — выделяются с мочой и потом. Ядовитый аммиак, в основном, превращается в печени в безвредную мочевину, которая выводится почками. Мочевая кислота — продукт расщепления белков в тканях.
Таким образом, в процессе распада белка образуется азот, по количеству которого судят о количестве белка, расщеплённого в организме. Состояние, при котором количество поступившего в организм азота равно количеству выделенного, называют азотистым равновесием (балансом).
Установлено, что 1 г азота соответствует 6,25 г белка. При расчёте азотистого баланса исходят из того, что 100 г белка содержит 16% азота. Если в организм с пищей поступает меньше белка, чем выделяется, то азотистый баланс отрицательный. При лихорадках, голодании или нарушении нейрогумо- ральной регуляции белкового обмена распад белка преобладает над его синтезом. Положительный азотистый баланс, при котором
430
количество выделенного азота меньше, чем его содержание в пище, встречается у беременных и детей, а также при выздоровлении от тяжёлых болезней.
Недостаточное поступление белков с пищей приводит к использованию внутреннего белка. Запасы белков в организме невелики: всего около 45 г. Источниками аминокислот в этих случаях служат белки плазмы крови, печени, мышц и слизистой оболочки кишечника, а также ферменты, что позволяет длительное время поддерживать и обновлять белки мозга и сердца.
Регуляция белкового обмена осуществляется гипоталамусом и гормонами, в основном, соматотропином и тироксином.
Нарушения белкового обмена (диспротеинозы) возникают при нарушении пищеварительного процесса, например, при заболеваниях кишечника, которые сопровождаются дисфункцией секреции, моторики и всасывания.
-
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
В зависимости от химической структуры, углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды — простые сахара, используемые как источник энергии, а также для синтеза остальных сахаров. Они участвуют в синтезе АДФ и АТФ; входят в состав нуклеиновых кислот. Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов; наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, лактоза (молочный сахар) — из глюкозы и галактозы; сахароза, или тростниковый сахар — из глюкозы и фруктозы, её обнаруживают в растениях.