Физиология возбудимых образований, нервной системы, системы крови. Отделы мозга и их функции. Эндокринная система. Врожденные и приобретенные формы проведения. Психическая деятельность. Пищеварение. Обмен веществ и энергии

Если в плевральную полость попадает небольшое количество воздуха, легкое частично спадается, но вентиляция продолжается, такое состояние называется закрытым пневмотораксом. При ранениях, вскрытии грудной клетки давление вокруг легкого становится равным атмосферному и легкое спадается полностью. Такой пневмоторакс называется открытым.

Упругие свойства легких. Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

1)поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол;

2)упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластических волокон;

3)тонусом бронхиальных мышц.



2.Обмен газов в легких

Перенос кислорода из альвеолярного газа в крови и углекислого газа в альвеолярный газ происходит исключительно путем диффузии. Ее движущей силой служат разности парциальных давлений кислорода и углекислого газа по обе стороны аэрогематического барьера, образованного альвеолокапиллярной мембраной. Никакого активного транспорта здесь не существует.

Для облегчения диффузии кислорода имеется сурфактантная выстилка альвеол. Большая диффузионная способность легких обусловлена огромным числом альвеол, а также малой толщиной альвеолокапиллярной мембраны.

3.Транспорт газов кровью

Основная часть кислорода транспортируется в форме непрочного соединения с гемоглобином и лишь небольшая часть в форме физического растворения в плазме.

Двуокись углерода переносится кровью в трех формах:

1)карбгемоглобина; 2)кислых солей угольной кислоты; 3)в форме физического растворения.

4.Регуляция дыхания

Подобно другим скелетным мышцам, дыхательные мышцы иннервируются соматическими нервными волокнами. Мотонейроны, аксоны которых иннервируют диафрагму, находятся в спинном мозге в передних рогах серого вещества 3 и 4 шейных сегментов; межреберных мышц - в грудных сегментах спинного мозга. Важнейшие структуры дыхательного центра находятся в продолговатом мозге. Различают инспираторные и экспираторные скопления нейронов.

Дыхательные нейроны получают импульсы от:

- рецепторов растяжения легких (механорецепторов)

- ирритантных рецепторов

- рецепторов верхних дыхательных путей

- коры больших полушарий

- хеморецепторов.



ПИЩЕВАРЕНИЕ

1. Общая характеристика системы пищеварения

Система пищеварения - это совокупность органов, обеспечивающих поступление питательных веществ в организм. Она включает пищеварительный тракт (ротовой отдел со слюнными железами, глотка, пищевод, желудок, кишечник), поджелудочную железу и печень.

Стенка пищеварительного тракта состоит из слизистой, подслизистой, гладкомышечной (несколько слоев) и серозной оболочек.

Питательные вещества - продукты гидролиза белков, жиров и углеводов (мономеры), способные всасываться в кровь и лимфу, а также это вода и минеральные соли и витамины. Они лишены видовой специфичности, но сохраняют энергетическую ценность.

Типы пищеварения. В зависимости от происхождения гидролаз (гидролитических ферментов, расщепляющих белки, жиры и углеводы) пищеварение делится на: аутолитическое; симбионтное; собственное.

Процессы пищеварения классифицируются также по их локализации.

Выделяют: внутриклеточное пищеварение - гидролиз питательных веществ, попавших в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза; внеклеточное:

Дистантное (полостное) - гидролиз веществ под действием ферментов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) на значительной дистанции от места образования ферментов.

Контактное (пристеночное, мембранное) - осуществляется ферментами, фиксированными на клеточной мембране.

Особенности регуляторных процессов ЖКТ

Влияние экстраорганных нервов центральной нервной системы

Роль интраорганной нервной системы

Гуморальные механизмы регуляции

2.Состояния голода и насыщения

Голод служит выражением потребности организма в питательных веществах. Проявлением голода является жжения, «сосания под ложечкой», тошнота, головокружение, головная боль, чувство общей слабости. Внешним проявлением голода является поведенческая реакция поиска пищи.

Проявления голода обусловлены возбуждением нейронов различных отделов и уровней центральной нервной системы (ЦНС). Совокупность этих центров Павлов назвал пищевым центром. Это сложный гипоталамо-лимбико-кортикальный центр. Ведущим отделом являются латеральные ядра гипоталамуса. Гипоталамические ядра тормозятся или возбуждаются в зависимости от состава крови, а также поступления сигналов от периферических рецепторов.

Первая стадия состояния голода - сенсорная, ощущение голода возникает еще при наличии в крови достаточного количества питательных веществ. Она формируется под влиянием нервных импульсов, поступающих в пищевой центр от механорецепторов пустого желудка и двенадцатиперстной кишки, мышечная стенка которых по мере эвакуации из них химуса приобретает все боле повышенный тонус, что ведет к раздражению механорецепторов.

Вторая стадия состояния голода - метаболическая, она начинается с момента снижения уровня питательных веществ в крови. В периоды голодной моторной деятельности ЖКТ больше возбуждаются его механорецепторы, в результате чего резко повышается частота афферентных импульсов, поступающих в продолговатый мозг латеральный гипоталамус, что, в свою очередь, приводит к переходу питательных веществ из крови в пищевые депо (печень, исчерченные мышцы, жировая клетчатка). При этом - пищевые депо «закрываются» - организм экономит питательные вещества. «голодная» кровь действует на пищевой центр латерального гипоталамуса двояким путем: рефлекторно - через раздражение хеморецепторов сосудистого русла и непосредственно - через раздражение центральных глюкорецепторов латерального гипоталамуса - центр голода, обеспечивающий формирование ощущения голода и пищевую мотивацию.

Пищевая мотивация - побуждение организма к активному поиску и приему пищи. Она вызвана доминирующей пищевой потребностью, сопровождающейся эмоционально окрашенным возбуждением соответствующих структур ЦНС - в первую очередь центра голода (латерального гипоталамуса). Раздражение его электрическим током у животных вызывает гиперфагию - непрерывное поедание пищи, а его разрушение - афагию (отказ от пищи).

При стимуляции центра насыщения (вентромедиальный гипоталамус) наблюдается афагия, а при разрушении - гиперфагия. Центр голода находится в реципрокных (взаимотормозящих) отношениях с центром насыщения. Согласно К.В. Судакову, возбуждение из латерального гипоталамуса распространяется вначале на лимбические и ретикулярные структуры мозга, а затем в передние отделы коры большого мозга, что обеспечивает формирование поискового и пищедобывательного поведения, потреблению пищи и насыщение.

Состояние насыщения, как и состояние голода, формируется в две стадии.

Первая стадия - сенсорное насыщение (ощущение насыщения), возникает во время приема пищи в результате потока афферентных импульсов от рецепторов языка, глотки, пищевода и желудка в центр насыщения, который реципрокно тормозит деятельность центра голода, что приводит к снижению ощущения голода. После приема достаточного количества пищи прекращается пищедобывательное поведение и потребление пищи. Сенсорное насыщение предупреждает поступление избыточного количества пищи в организм.

Вторая стадия - стадия метаболического насыщения, наступает через 1,5-2 ч от начала приема пищи, когда в кровь начинают поступать питательные вещества. Достаточная концентрация питательных веществ в крови (мономеры: аминокислоты, моносахара - в основном глюкоза, жирные кислоты) улавливается непосредственно соответствующими рецепторами гипоталамуса и рецепторами сосудов, что обеспечивает поддержание ранее сформированного ощущения сытости.

3. Методы изучения функций пищеварительного тракта

Основы современной физиологии пищеварения разработаны И.П. Павловым и его школой. До Павлова функции органов пищеварения изучали в острых опытах. Павлову принадлежит приоритет в создании методики хронического эксперимента. Он производил операцию наложения фистулы того или иного отдела пищеварительного тракта. Фистулой называют искусственное сообщение полого органа или протока железы с внешней средой.

Работы Павлова в области изучения пищеварительной функции желудка включают 3 этапа:

1. Наложение фистулы

2. «Мнимое кормление»

3. Изолированный желудочек.

4. Пищеварение в ротовой полости

В ротовую полость открываются выводные протоки трех пар крупных слюнных желез - околоушной (серозной), подчелюстной (серозно-слизистой) и подъязычной (слизистой). Кроме того, большое количество мелких желез, которые вместе с подъязычной постоянно выделяют водянистую слюну.

Околоушная и подчелюстная железы секретируют слюну только при возбуждении.

Слюна служит:

- для смачивания твердой пищи и обеспечения формирования пищевого комка, способного пройти через пищевод;

- для растворения ряда инградиентов, обеспечивая рецепторам возможность определить вкусовые качества пищи;

- для начала гидролиза некоторых пищевых веществ (например, углеводов);

- для выполнения защитных функций (слюна содержит бактерицидные вещества, может нейтрализовать желудочную кислотность при попадании сока в пищевод).

Состав слюны. Околоушные железы выделяют самую жидкую слюну, а подъязычные - самую вязкую. Основой слюны является вода (99,5%). В ней растворены органические и неорганические соединения: мукополисахариды, гликопротеины, белки и электролиты (Na+, K+, Ca2+, J-, Cl-, HCO3-,. HPO4- и др.). Уровень рН смешанной слюны колеблется в пределах 6,0-7,4.

Муцин - белок, придает вязкость слюне, облегчает проглатывание пропитанного пищевого комка.

Ферменты слюны б-амилаза, протеазы, липаза, кислая и щелочная фосфатаза, РНКазы. Активность большинства из них невелика.

Биологически активные соединения слюны - лизоцим (оказывает бактерицидное действие), калликреин (участвует в образовании сосудорасширяющих кининов, которые наряду с нервными влияниями обеспечивают повышение кровотока в слюнных железах при приеме пищи), гормоноподобные вещества (участвуют в регуляции фосфорно-кальциевого обмена костей, зубов и регенерации эпителия слизистой ротовой полости, пищевода и желудка).

Ферментный состав и свойства слюны зависят от возраста человека и от вида принимаемой пищи. На сухие пищевые вещества выделяется более вязкая слюна, на отвергаемые вещества (кислоты, горечи) выделяется более жидкая слюна.

Регуляция секреции слюнных желез.

1. Безусловнорефлекторная регуляция

2. Условнорефлекторная регуляция

5. Пищеварение в желудке

Слизистая желудка содержит несколько типов железистых клеток.

1. Главные клетки (главные гландулоциты) вырабатывают пепсиногены

2. Обкладочные клетки (париетальные гландулоциты) - соляную кислоту, внутренний фактор Касла

3. Добавочные - мукоидный секрет

Регуляция желудочной секреции. Возбуждение симпатической нервной системы (сильные эмоции, физическая работа, боль) угнетают желудочную секрецию. Этот эффект обусловлен вазоконстрикторным влиянием (сужение кровеносных сосудов в железах уменьшает секрецию). Ингибирование секреции в желудке происходит под влиянием гуморальных факторов. Гормоны тормозящего действия (секретин, ЖИП, ХЦК-ПЗ, соматостатин, энтерогастрин, бульбогастрон, серотонин) образуются в двенадцатиперстной кишке, когда кислый химус из желудка попадает в двенадцатиперстную кишку и закисляет рН ниже 4,0. Гормоны к железам желудка попадают через кровоток.

6. Пищеварение в тонком кишечнике

Основные процессы переваривания пищевых веществ так же, как и всасывание, происходят в тонком кишечнике. Гидролиз в тонком кишечнике осуществляется ферментами панкреатического и кишечного соков при участии желчи.

В полость двенадцатиперстной кишки открываются протоки поджелудочной железы и желчного пузыря. Инградиенты этих соков участвуют вдоль всего тонкого кишечника.

Порция химуса, оказавшись в двенадцатиперстной кишке, нейтрализуется, а потом приобретает противоположную реакцию, что достигается тремя путями: железы тонкого кишечника выделяют слизь щелочной реакции; желчь, поступающая в двенадцатиперстную кишку тоже щелочная; сок поджелудочной железы за счет высокого содержания бикарбонатов имеет рН 7,8-8,4.

Вдоль всей тонкой кишки в слизистой оболочке располагаются кишечные железы, вырабатывающие кишечный сок, к которому примешиваются кишечные эпителиальные клетки (отделяющиеся от слизистой стенки кишечника в результате обновления). На мембране клеток содержится много фиксированных ферментов, поступивших в кишечник из поджелудочной железы. В кишечном соке содержится более 20 ферментов, бикарбонаты, хлориды, фосфаты натрия, калия, кальция, слизь, белки, аминокислоты. рН сока 7,2-9,0. Конечные стадии переваривания всех пищевых веществ обеспечивают: пептидазы, щелочная фосфатаза, нуклеаза, амилаза, липаза, сахараза.

Состав, свойства желчи. Желчь различается по цвету и густоте, что позволяет говорить о печеночной и пузырчатой желчи. Печень синтезирует желчь постоянно, но в кишечник она поступает только во время пищеварения, вне которого скапливается в желчном пузыре. Во время длительного нахождения в желчном пузыре вода с электролитами всасывается слизистой пузыря, делая желчь более концентрированной. Основные химические компоненты одинаковы. К ним относятся желчные пигменты и кислоты, а также холестерин

7. Пищеварение в толстом кишечнике

Из тонкой кишки порции химуса через илеоцекальный сфинктер переходят в толстую. Сфинктер выполняет роль клапана, пропускающего содержимое кишечник только в одном направлении. В процессе пищеварения толстая кишка играет незначительную роль, так как пища почти полностью переваривается в тонкой кишке, за исключением некоторых веществ, например, растительной клетчатки.

Сок толстой кишки имеет щелочную реакцию. Плотная часть сока имеет вид слизистых комочков и состоит из отторгнутых эпителиальных клеток, ферментов и слизи. В толстой кишке интенсивно всасывается вода, электролиты, водорастворимые витамины, жирные кислоты, углеводы. Химус превращается в каловые массы.

Существенную роль в процессах пищеварения в толстом кишечнике играет микрофлора. До 90% всей микрофлоры составляют бесспоровые анаэробы, остальные 10% - молочнокислые бактерии, кишечная палочка, стрептококки и спороносные анаэробы.

8. Всасывание

Всасывание происходит на всем протяжении ЖКТ, но в разных отделах с разной интенсивностью. В ротовой полости всасывание практически отсутствует, но могут всасываться некоторые вещества (некоторые лекарства, спирт). Всосавшись в системный кровоток эти вещества сразу оказывают свое действие на организм, тогда как, всосавшись через другие отделы ЖКТ, им пришлось пройти через печень и на половину разрушиться в ней.

Невелики размеры всасывания и в желудке. Здесь всасываются в несколько большей мере вода, и растворимые в ней минеральные соли, слабые растворы алкоголя, глюкоза, в небольших количествах аминокислоты. Всасывания веществ в желудке препятствует слой мукода и плотное соединение эпителиальных клеток, слабая выраженность межклеточных щелей.

Из-за быстрого прохождения пищевого химуса через двенадцатиперстную кишку пища не успевает всасываться в этом отделе. Основной процесс всасывания происходит в тощей и подвздошной кишке.

Всасывание веществ пищи происходит двумя путями: через межклеточное пространство; через энтероцит.

9. Двигательная функция пищеварительного тракта

Стенка ЖКТ состоит из 3 слоев: наружного и внутреннего продольного, среднего - циркулярного. Ротовая полость, глотка, начальная часть пищевода и наружная сфинктер прямой кишки представлены поперечно-полосатыми мышцами, остальные участки - гладкими.

Поперечно-полосатые мышцы управляются как местными рефлексами, так и сознательно, а гладкие - центральными и местными нейрорефлекторными и гуморальными механизмами. Перенос пищи по ЖКТ происходит с помощью волнообразных, согласованных сокращений - перистальтических движений продольных и циркулярных мышц.

В местах перехода различных отделов ЖКТ (глотки в пищевод, пищевода в желудок, желудка в тонкий кишечник, тонкого кишечника в толстый и выхода из толстого кишечника) наблюдаются длительные тонические сокращения циркулярных мышц (сфинктеров).

Особенностью гладких мышц является способность к автоматии, т.е. способности интегрировать ПД (возбуждение) без воздействия нервной системы. Между мышечными слоями расположены нервные сплетения, регулирующие моторную и секреторную функции ЖКТ (местные рефлексы). Органы ЖКТ иннервируются симпатическими и парасимпатическими нервными волокнами. В местах, где имеются поперечно-полосатые мышцы, подходят соматические нервы.

Для перемешивания продвижения пищи по ЖКТ не обязательно вмешательство центров симпатического и парасимпатического отделов цнс. Здесь ведущая роль принадлежит местным рефлекторным дугам.

Перистальтические сокращения - это волнообразно распространяющихся по кишке сокращения циркулярных мышц, которым предшествует волна расслабления со скоростью 1-2 см/с.

Ритмическая сегментация заключается в одновременном сокращении циркулярных мышц в нескольких соседних участках кишки, разделяющих ее на сегменты, с последующим их расслаблением и сокращением циркулярных мышц других участков кишки, что обеспечивает перемешивание химуса кишки и более эффективное полостное переваривание.

Маятникообразные сокращения - это ритмические сокращения главным образом продольных мышц при участии циркулярных, приводящих к перемешиванию химуса вперед-назад, что также обеспечивает перемешивание химуса и улучшение гидролиза.

Все виды названных сокращений накладываются на тонические сокращения, являющиеся локальными или медленно перемещаю. Микродвижения кишечных ворсинок также способствуют перемешиванию химуса и всасыванию продуктов гидролиза.



обмен веществ и энергии

1. Значение обмена веществ, его основные этапы

Для поддержания процессов жизнедеятельности обмен веществ и энергии обеспечивает пластические и энергетические потребности организма. В ходе обмена веществ в организм доставляются пластические вещества, необходимые для биосинтеза, построения и обновления биологических структур.

Энергия питательных веществ используется для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также для компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения механической, химической, осмотической и электрической работ.

Израсходованные энергетические ресурсы организм должен постоянно восстанавливать за счет приема пищи.

В обмене веществ и энергии выделяют два процесса: анаболизм, основу которого составляют процессы ассимиляции, и катаболизм, в основе которого лежат процессы диссимиляции.

Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргов и накопление энергетических субстратов.

Катаболизм - процесс расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ.

Обеспечение процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного и аэробного катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов.

В организме животных и человека в процессе аэробного обмена почти все органические вещества, в том числе продукты анаэробного обмена, полностью распадаются до СО2 и Н2О.



2. Обмен белков

При окислении белков в организме выделяется меньше энергии, чем в калориметре, из-за ее затрат на синтез мочевины из минерального азота. Поэтому калорический коэффициент белков пищи равен 16,7 кДж (4,0 ккал).

Основное назначение белков пищи заключается в обеспечении пластических процессов. Лишь небольшая часть аминокислот может расходоваться на образование энергии. Большинство белков организма обновляется в среднем за 80 суток.

Белки участвуют в воспроизводстве живой материи, входя в состав нуклеопротеинов. Белки костей, хрящей выполняют опорную функцию. Актин и миозин обеспечивают сокращение мышц. Белки обладают каталитической активностью (все ферменты являются белками). Защитные реакции организма связаны с белками (антитела являются белками). Белки образуют с токсинами малоактивные комплексы, которые выводятся из организма (антитоксическая функция). Процесс свертывания крови протекает с участием белков плазмы. Некоторые белки плазмы крови и форменных элементов обеспечивают перенос питательных веществ и кислорода. Белки оказывают влияние на процессы торможения и возбуждения в коре головного мозга (многие гормоны и их производные являются белками).

Для изучения потребности организма в белках измеряют их баланс, т.е. сопоставляют количества поступивших в организм протеинов и выделившихся продуктов их распада.

Белки содержатся как в животной, так и в растительной пище. Они подразделяются на полноценные неполноценные.

Регуляция белкового обмена. Процессы синтеза и распада белка регулируются на уровне «клеточной автоматии». Суть ее в изменении активности внутриклеточных ферментов, синтезирующих и расщепляющих белок под влиянием продуктов обмена и физико-химических свойств окружающей среды. Эта форма регуляции является ведущей только у одноклеточных организмов. В целостном организме «клеточная автоматия» подчинена регуляторным воздействиям со стороны нервной и эндокринной систем.

Влияние гормонов на обмен белков отличается большим разнообразием: одни оказывают анаболическое действие, другие являются гормонами катаболического действия.

3. Обмен углеводов

Обмен углеводов в организме человека состоит из: 1) переваривания пищевых продуктов в ЖКТ; 2) всасывания моносахаридов в кровь; 3) межуточного обмена углеводов; 4) ультрафильтрации и обратного всасывания глюкозы в почках.

Основным назначением углеводов пищи является восполнение энергетических потребностей организма. Углеводы имеют тесную метаболическую взаимосвязь с жирами и в плане энергетического обмена легко взаимосвязаны. Углеводы пищи являются основными энергетическими продуктами.

Главным источником их является крахмал. Минимальное количество необходимых организму углеводов могут легко синтезироваться. Минимальное количество необходимых организму углеводов составляет углеводов должно составлять 400-450 г. Кроме того, углеводы выполняют и пластическую функцию, входя в различные структуры клетки. Так, соединительная ткань содержит мукополисахариды, в состав которых входят углеводы и их производные. Регуляторная функция разнообразна. Они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров. Так, при нарушении обмена углеводов, например при сахарном диабете, развивается ацидоз. Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, тонизирует ЦНС. Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах, гиалуроновая кислоты препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку, она способно соединяться с некоторыми токсинами и выводить их из организма, тем самым, выполняя защитную функцию.

Для физиологического действия углеводов имеет значение их качество и количество. В состав пищевых продуктов входят три группы углеводов: моносахариды (глюкоза, фруктоза), олигосахариды (дисахариды, трисахриды), полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества), мукополисахариды, основу которых составляют аминосахара и галактуроновая кислота.

4. Обмен липидов

В организме человека в норме содержится 10-20% жира, но при некоторых нарушениях жирового обмена его количество может возрастать до 50%. Липиды являются источником энергии. При окислении липидов выделяется 37,66 кДж (9ккал). Количество воды, образующейся при полной дегидратации жиров, относительно велико. Так, при окислении 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды, что имеет особое значение в экстремальных условиях, например при недостаточном поступлении ее извне.

Липиды выполняют структурно-пластическую роль, так как входят в состав клеточных и внеклеточных мембран всех тканей. Жиры являются растворителями витаминов А, Д, Е, К и способствуют их усвоению. Липиды, входящие в состав нервных клеток и их отростков, обеспечивают направленность потоков нервных сигналов. Из липидов образуются некоторые гормоны (половые, коры надпочечников), а также витамин Д. Липиды кожи и внутренних органов выполняют защитную роль. В организме человека и животных липиды предохраняют тело от переохлаждения, так как препятствуют отдаче тела, а также от механического повреждения (например, почки). Липиды выделяемые сальными железами, придают коже эластичность, предохраняют ее от высыхания.

В организме человека жир находится в двух видах: структурный и резервный.

Структурный жир в клетках входит в состав особых включений или сложных, прочных соединений с белками, которые называются липопротеиновыми комплексами. Они содержатся в крови, участвуют в построении клеточных органелл (ядер, рибосом, митохондрий). Количество протоплазматического жира поддерживается на постоянном уровне, которое не изменяется даже при голодании.

Резервный (запасный) жир накапливается в жировых депо: под кожей (подкожный жировой слой), в брюшной полости (сальник), около почек (околопочечный жир).

5. Витамины

Для нормального обмена веществ нужны пищевые добавки. Эти вещества не синтезируются организмом или синтезируются недостаточно. Такие добавки были названы витаминами. Витамины относятся к разным типам соединений и выполняют катализирующую роль в обмене веществ, чаще всего, являясь составной частью ферментных систем. Таким образом, витамины являются регуляторными веществами.

Источниками витаминов служат продукты животного и растительного происхождения. В пищевых продуктах витамины находятся либо в активной, либо в неактивной форме (провитамины). В последнем случае для их использования в организме требуется предварительное превращение в активное состояние. Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника.

Традиционно витамины обозначались буквами латинского алфавита, но по мере выяснения их структурной формулы они получали рациональное химическое название. С точки зрения физиологии питания важно, что витамины разделяются на жирорастворимые (витамины А, Д, Е, К) и водорастворимые (витамины группы В, витамины С и Р). Источниками жирорастворимых витаминов являются животные жиросодержащие продукты (особенно печень как депо витаминов), растительные масла и отчасти зеленые листья овощей.

Носителями водорастворимых витаминов являются продукты питания растительного происхождения (зерновые и бобовые культуры, овощи, фрукты, ягоды) и в меньшей степени продукты животного происхождения. Основными источниками водорастворимых витаминов, таких как никотиновая кислота и цианокобаламин, являются животные продукты.

Нарушение нормального функционирования организма при недостаточном ведении с пищей того или иного витамина называется гиповитаминозом, при полном его отсутствии в пище - авитаминозом. Для жирорастворимых витаминов характерны и гипервитаминозы - нарушение обмена веществ при избыточном потреблении этих витаминов.

6. Минерально-водный обмен

Организм, прежде всего, нуждается в кислороде, углероде, водороде и азоте. На их долю приходится 96% массы тела млекопитающих. Остальные 4% содержат смесь элементов кальций, фосфор, натрий, серу, калий, хлор, магний. Это так называемые макроэлементы. Они необходимы для формирования скелета (кальций, фосфор) и осмотического давления биологических жидкостей (натрий). Эти ионы влияют на физико-химическое состояние белков, нормальное функционирование возбудимых структур (К+, Na+, Са2+, Mg2+), мышечное сокращение (Са2+, Мg2+), аккумулирование энергии (Р).

Организму требуется еще 15 элементов, общее количество которых составляет менее 0,01% массы тела. Это так называемые микроэлементы. Среди них следует выделить железо (составная часть гемоглобина и тканевых цитохромов), кобальт (компонент цианокобаламина), медь (компонент цитохромоксидазы), цинк (компонент карбоангидразы и некоторых пептидаз), хром (фактор, потенцирующий действие инсулина на проницаемость мембраны для глюкозы), молибден (компонент ксантиноксидазы), марганец (активатор некоторых ферментных систем), кремний (регулятор синтеза коллагена костной ткани), фтор (участие в синтезе костных структур и стойкости зубной эмали), йод (составная часть тиреоидных гормонов), а также никель, ванадий, олово, мышьяк, селен и др. В большинстве случаев это составные части ферментов, гормонов, витаминов или катализаторы их действия на ферментные процессы.

Вода поступает в организм животных и человека в двух видах: свободном и связанном составе пищевых продуктов. Питьевой режим для разных видов животных различен. Взрослый человек в обычных условиях потребляет в сутки около 2,5 л воды. Кроме того, в организме образуется около 300 мл метаболической воды как одного из конечных продуктов энергообмена. Вода необходима не только для поддержания изоосмотического состояния жидких сред организма, но и для выделения шлаков с мочой. В соответствии с потребностями человек в течение 1 суток теряет около 1,5 л воды в виде мочи, порядка 0,9 л путем испарения через легкие и кожу (без потоотделения) и примерно 0,1 л с калом. Таким образом, обмен воды в обычных условиях не превышает 5% от массы тела в сутки.

7. Энергетический обмен

Использование химической энергии в организме называется энергетическим обменом. Преобладающим результатом энергетических процессов в организме является теплообразование, поэтому вся энергия, образующаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла. Единица энергии - калория (кал). Ее определяют как количество энергии, необходимой для повышения температуры 1 г воды на 1С. При изучении энергетических процессов в организме животных и человека используют более крупную единицу - килокалорию (ккал), равную 1000 кал. По Международной системе единиц при измерении энергии принят джоуль (1 Дж = 4,187 кал).

Превращение использование энергии. Организмы получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков, углеводов. Сложные органические молекулы постепенно окисляются, выделяя энергию, высвобождающуюся при разрыве химических связей. Происходит распад молекул до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (так называемый цикл лимонной кислоты), окисляясь дальше до СО2 и Н2О. Все процессы, генерирующие энергию и требующие участия молекулярного кислорода, образуют систему аэробного обмена. Генерацию энергии без участия кислорода, как при гликолизе, при котором происходит расщепление глюкозы до молочной кислоты, называют анаэробным обменом.

Накопление энергии происходит главным образом в «высокоэнергетических» фосфатных связях АТФ. АТФ служит также средством переноса энергии, так как диффундирует в те места, где требуется энергия. В свою очередь, образование и распад АТФ сопряжен с процессами, требующими затраты энергии. При возникновении необходимости в энергии путем гидролиза разрывается связь концевой фосфатной группы и высвобождается заключенная в ней химическая энергия. В этой форме она может быть использована клетками.

Основной обмен - суммарная интенсивность обменных процессов, измеренная в условиях покоя. Определение величины основного обмена необходимо проводить утром, натощак, при состоянии физического и психического покоя, лежа, при условиях температурного комфорта (25-260С).

Основной обмен зависит от роста, соотношения компонентов тела (костного, мышечного, жирового), массы тела, возраста, пола, активности механизмов регуляции обмена веществ. За основу уровня основного обмена может быть принята величина 1300-1700 ккал/сут или 1 ккал/кг/ч (42 кДж/кг/ч).

Около половины доли основного обмена приходится на энергопотребление печени и скелетных мышц. Во сне при минимальном тонусе скелетных мышц обмен веществ становится ниже уровня основного обмена. При голодании, когда функциональная активность печени снижена, основной обмен также снижается. При некоторых заболеваниях, особенно при заболеваниях, связанных с функцией щитовидной железы, уровень основного обмена изменяется: при гиперфункции он увеличивается, а при гипофункции - понижается.

Уровень активности в условиях естественной жизни человека называется общим обменом. Наибольший прирост привносят сокращающиеся скелетные мышцы. Даже при мысленном решении задачи повышается тоническое напряжение скелетных мышц. При этом в самих нервных клетках ЦНС активность обменных процессов хотя и изменяется, но не настолько, чтобы существенно повлиять на уровень энергозатрат всего организма. В то же время, если умственная работа сопровождается эмоциональным напряжением, то обмен активизируется в большей степени. Это обусловлено увеличением образования ряда гормонов, которые усиливают обменные процессы.

Калориметрия - определение энергообразования в организме.

Прямая калориметрия - непосредственное _______определение в биокалориметрах количества тепла, выделенного организмом.

Непрямая калориметрия - косвенное определение теплообразования в организме по его газообмену - учету количества потребленного кислорода и выделенного углекислого газа с последующим расчетом теплопродукции организма.



8. Физиологические основы питания

Питание - это процесс усвоения организмом веществ, необходимых для построения и обновления тканей его тела, а также для покрытия энергетических затрат. Эволюция пищевых потребностей животных организмов включала в себя процесс ограничения собственного синтеза ряда соединений с одновременным расширением потребления органических соединений определенных типов. Это привело к выделению группы веществ, незаменимых для животных и человека.

В конечном итоге в состав пищи высокоорганизованных организмов входят органические вещества, подавляющая часть которых относится к белкам, липидам и углеводам. Продукты их гидролиза тратятся на энергообеспечение организма. В процессах энергообмена аминокислоты, жирные кислоты и моносахара взаимосвязаны общими путями их превращения. Поэтому как энергоносители пищевые вещества могут взаимозаменяться в соответствии с энергетической ценностью (правило изодинамии).

Энергетическая ценность жиров (38,9 кДж/г, 9,3 ккал/г) в два раза выше, чем белков и углеводов (17,2 кДж/г, 4,1 ккал/г). Белки и углеводы имеют одинаковую энергетическую ценность и могут заменяться 1:1 в весовом соотношении.

Для поддержания организма общие затраты энергии должны покрываться поступлением пищевых веществ. Если количества поступающей пищи для покрытия энергетических затрат недостаточно, то энерготраты компенсируются за счет внутренних резервов, главным образом - жира. Если же масса поступающей пищи по энергоносителям превышает расход энергии, то идет процесс запасания жира независимо от состава пищи. Длительное исключение одного из трех питательных веществ из пищевого рациона и замена энергетически эквивалентным количеством другого вещества недопустимы, так эти три источника энергии являются пластическим материалом животного организма.

Принципы составления пищевого рациона. Пищевой рацион должен составляться исходя из потребностей организма. Можно выделить следующие основные физиологические постулаты, которых необходимо придерживаться при составлении рациона: калорийность принимаемой пищи должна соответствовать энергозатратам организма; в суточном рационе необходимо учитывать потребности организма в количестве белков, жиров и углеводов;

необходимо учитывать соответствующую потребность в витаминах, солях, микроэлементах; учитывая возможность «токсического» влияния на организм чрезмерно больших доз витаминов, солей и микроэлементов, их количество не должно быть выше оптимального уровня.

С учетом этого в суточном рационе должно быть: белков - 1г/кг (в том числе не менее 30 г животных белков); жиров - 25-35% общей калорийности (как минимум 15% ненасыщенных жирных кислот); углеводы должны покрывать остальные энергетические потребности организма.

В настоящее время в связи с уменьшением доли физического труда у большинства людей снизились энергетические затраты. Однако люди весьма часто употребляют больше калорий, чем требуется для восстановления энергетических затрат. Это приводит к отложению жира. Ожирение является одним из факторов риска, приводящих к развитию патологических процессов и снижающих продолжительность жизни. Ожирение часто сопрягается с нарушениями обмена, также приводящими к различного рода патологическими процессами.

Поэтому для грубого суждения о сбалансированности процессов анаболизма и катаболизма предлагается ввести понятие об идеальном весе. Наиболее простой формулой его определения является индекс Кетеля (или ИМТ индивидуальная масса тела), который в идеале равен 2,4

ИМТ = Масса тела (г)/ Рост тела2(см)2

Существуют также различные методы определения отдельных компонентов тела: костного, мышечного, жирового.

Кроме того, современный человек сталкивается с таким отклонением от сбалансированного питания, как одностороннее питание. При небольших отклонениях от нормального сбалансированного рациона серьезных нарушений в организме может и не происходить. Однако при значительном снижении поступления каких-либо пищевых веществ могут развиться нежелательные для организма последствия. Так, недостаточное потребление жира может привести к нарушению процессов всасывания жирорастворимых витаминов.

Недостаточное потребление белков сопровождается ухудшением работоспособности, снижением защитных сил организма. При питании только вегетарианской пищей также может проявиться белковая недостаточность вследствие недостаточного поступления незаменимых аминокислот.



ВЫДЕЛЕНИЕ

1. Сравнительно-физиологический обзор выделительных систем

Осморегуляция, экскреция воды у пресноводных простейших, а также выделение жидкости у некоторых морских форм обеспечиваются сократительной вакуолью. У амебы она окружена мембраной, снаружи от которой располагается зона мелких вакуолей и далее находятся митохондрии. В пресной воде содержимое сократительной вакуоли у амебы имеет меньшее осмотическое давление, чем цитоплазмы. Эта вакуоль обеспечивает экскрецию воды.

У парамеций (инфузория) в цитоплазме содержатся моченосные канальцы, которые впадают в сократительную вакуоль. Сократительная вакуоль имеется обычно у пресноводных форм, а у эндопаразитических может отсутствовать. Губки и кишечнополостные лишены специальных выделительных органов.

Выделение с помощью протонефридия осуществляется у животных нескольких типов, лишенных целома (плоские черви, немертины, приапулиды и др.). В ряде случаев они представлены у взрослых животных, обладающих целомической полостью (некоторые аннелиды), а также у личинок аннелид, у молюсков, эхиурид, фронид и др.

Протонефридий представляет собой каналец, проксимальная часть которого состоит из терминальной клетки с ресничками (пламенная клетка).

Биение ресничек создает отричательное давление в просвете нефридиального канальца, благодаря чему в него засасывается жидкость. В просвете канальца реабсорбируются ионы натрия и вода.

При наличии целомической полости выделительная функция осуществляется метанефридиями и целомодуктами. Метанефридии функционируют у аннелид, измененные целомодукты имеются у моллюсков (боянусов орган), членистоногих (антенальные железы, максилярные железы). Важную роль в экскреции у членистоногих выполняют выросты кишечника, из которых хорошо исследованы мальпигиевы канальцы.

Кольчатые черви обладают полостью тела, в которой находится целомическая жидкость, и замкнутой системой кровообращения. Нефридиостом метанефридия открывается в целомическую полость, из которой жидкость поступает в метанефридий, движется по канальцу (он состоит из нескольких отделов - узкого, ресничного и широкого) и поступает в мочевой пузырь, из которого содержимое через нефридиопору выделяется наружу. В канальцах реабсорбируются соли, в результате образуется гипотоническая моча.

Перикардиальная полость у моллюсков является остатком целома. В нее через стенку желудочка сердца фильтруется жидкость, которая по реноперикардиальному каналу поступает в почечный мешок боянусова органа, движется по первичному и вторичному мочеточникам и выделяется наружу.

Эпителиальные клетки почечного мешка имеет могочисленные микроворсинки на поверхности, обращенной в просвет мешка. В боянусовом органе пресноводных моллюсков из фильтрата всасываются глюкоза, ионы Na+, Cl-.

Конечная моча морских моллюсков изоосмотична гемолимфе, у пресноводных - гипотонична ей.

Процесс образования мочи в антеннальной железе речного рака имеет черты сходства с почкой позвоночных. Из целомического мешочка жидкость поступает в просвет железы. Клетки целомического мешочка напоминают подоциты клубочка. В процессе мочеобразования жидкость проходит лабиринт, проксимальный и дистальный канальцы, поступает в мочевой пузырь.

Клетки лабиринта на апикальной мембране имеют многочисленные микроворсинки. Для клеток дистального канальца характерно наличие многочисленных митохондрий. В процессе мочеобразования всасываются глюкоза, аминокислоты, вода, ионы Na+, Cl-. В антенальной железе секретируются ряд веществ, в том числе параамингиппуровая кислота и калий.

2. Почки, их строение и выделительная функция

Основным выделительным органом у позвоночных служит почка. У некоторых животных (морские и проходные круглоротые, рыбы, рептилии и птицы) ее функция не может обеспечить осморегуляции, тогда у них появляются хлоридэкскретирующие клетки в жабрах и солевые железы.

Почка позвоночных построена по единому принципу: структуры, приспособленные для процесса ультрафильтрации, соединены с системой канальцев, которые обеспечивают реабсорбцию большинства компонентов профильтровавшейся жидкости и секрецию ряда веществ в мочу.

Почка человека имеет бобовидную форму с закругленными верхним и нижним полюсами. Размеры почки взрослого человека: длина 10-12 см, ширина 6-5 см, толщина до 4 см, масса 120-200 г, обычно правая почка несколько меньше левой.

В почке различают две выпуклые поверхности - переднюю и заднюю, два края - выпуклый латеральный и вогнутый медиальный. На последнем находится углубление - почечные ворота, они ведут в небольшую почечную пазуху. Это место расположения нервов, кровеносных сосудов, больших и малых чашечек, почечной лоханки, начала мочеточника и жировой ткани.

Снаружи почка покрыта фиброзной капсулой, в которой много миоцитов и эластических волокон. К капсуле снаружи прилежит слой жировой клетчатки, образующей жировую капсулу. Тонкая соединительнотканная почечная фасция покрывает почку вместе с жировой капсулой спереди и сзади.

Почки у взрослого человека располагаются на задней стенке брюшной полости в забрюшинном пространстве, они лежат по бокам от позвонков, однако левая расположена несколько выше, чем правая.

На фронтальном разрезе почки различают наружное более светлое - корковое и внутреннее более темное - мозговое вещество. На свежих препаратах в корковом веществе видны две части: свернутая - мелкие зерна и красные точки - почечные тельца, а также радиальная исчерченность (лучистая часть) - это отростки (выпячивания) мозгового вещества, проникающие в корковое.

У человека мозговое вещество расположено в виде 7-10 пирамид, также исчерченных продольно благодаря наличию канальцев. Основание каждой пирамиды направлено к корковому веществу, а почечный сосочек - к малой чашечке. Между пирамидами заходят прослойки коркового вещества, это почечные столбы. Одна пирамида с прилежащим участком коркового вещества образует одну почечную долю.

3.Удаление продуктов обмена. Функции почек

В процессе метаболизма образуются соединения, от которых организм должен освобождаться, так как они, накапливаясь в большом количестве, нарушают функции отдельных органов и организма в целом и даже могут послужить причиной его гибели. Выделению подлежат также лекарственные вещества. Среди указанных метаболитов имеются газообразные, жидкие и твердые вещества. В выделении этих веществ, кроме почек, принимают участие и другие органы: легкие, кожа, ЖКТ.

Особенно значительную роль в системе выделения принадлежит почкам. Они выполняют следующие функции: 1. Экскретируют конечные метаболиты азотистого обмена, чужеродные вещества, избыток веществ (органических, неорганических); 2. Поддерживают постоянство осмотического давления, ионный баланс, кислотно-основное состояние крови; 3. Участвуют в обмене веществ, регуляции кровообращения, объема циркулирующей крови, гемопоэзе; 4. Секретируют биологически активные вещества и ферменты.

4. Структура нефрона. Кровоснабжение почек

Структурной и функциональной единицей почек является нефрон. В почке их насчитывается 1,2 - 1,3 млн. В зависимости от места расположения различают: суперфициальные (20-30%), интракортикальные (60-70%), юкстамедуллярные (10-15%). В норме существует периодичность функционирования нефронов (одни «работают», другие - «нет»).

Несмотря на некоторые отличия между нефронами принципиальная схема строения одинакова: 1. капсула Шумлянского-Боумена< мальпигиево тельце (клубочек капилляров); 2. проксимальная часть извитого канальца; 3. нисходящая часть петли Генле; 4. восходящая часть петли Генле; 5. дистальная часть извитого канальца; 6. собирательная трубочка.

Соединительная ткань клубочка - мезангий (как брыжейка) подвешивает сосуды к гломерулярному полюсу. Соединительная ткань почек тесно взаимодействует с сосудистой системой и может оказать на нее регулирующее влияние. Интерстициальные мозгового вещества продуцируют простагландины.

Гломерулярный фильтр (фильтрующая мембрана). Кровь, протекающую по капиллярам клубочка, от фильтрата полости капсулы, отделяет почечная мембрана (базальная мембрана). Фильтрующая мембрана, находящаяся на пути жидкости, состоит из трех слоев: 1. эндотелия кровеносных сосудов; 2. базальной мембраны; эпителиальных клеток капсулы.

Эндотелиальные клетки капилляров имеют поры 100-150 нм, которые занимают 30% от всей поверхности эндотелиальных клеток. Поры закрыты тонкой диафрагмой, на которой имеется структура гликокаликса, мешающая прохождению форменных элементов и крупных молекул.

Базальная мембрана имеет толщину 250-400 нм. Она состоит из 3 слоев. В состав базальной мембраны входят белки. Вещества базальной мембраны продуцируются подоцитами, эндотелиальными клетками сосудов, мезангием. Промежутки базальной мембраны 3-7,5 нм. Отрицательный заряд мембраны создает электроотрицательность. Это наименее проницаемая структура из 3 структур фильтрующей мембраны. Размеры отверстий могут изменяться («упаковка» коллагеновых филаментов меняется).

Подоциты имеют выросты - ложноножки, которыми прикрепляются к базальной мембране. Межклеточное пространство 25-30 нм. Размеры пор могут меняться, так как в клетках имеются сократительные волокна. Канальцы начинаются с проксимальных извитых участков, переходящих в нисходящий отдел петли Генле. Восходящий отдел петли Генле поднимается до уровня капилляров своего же нефрона, где переходит в дистальный извитой каналец.

Начальная часть этого отдела прикасается к клубочку между приносящей и выносящей артериолами. Дистальный извитой каналец переходит в собирательную трубочку. Собирательные трубочки, начинаясь в коре почки, спускаются в мозговое вещество, сливаясь с другими нефронами в более крупные.

Кровоснабжение почки. По своей интенсивности кровоснабжение почки близко к кровоснабжению эндокринных желез. В норме у взрослого человека через почки проходит до 25% сердечного выброса (1-1,2 л/мин) при массе обеих почек 300г. Столь обильное кровоснабжение обеспечивается анатомическими особенностями почечных артерий, отходящих непосредственно от брюшного отдела аорты в виде короткого толстого ствола. Небольшая длина каждого из последующих ветвлений почечных артерий обеспечивает высокое давление в капиллярах клубочка - около 65-70 мм рт. ст. Поддержанию такого высокого давления способствуют и меньший диаметр выносящей артериолы, создающий повышенное сопротивление кровотоку. Такой уровень давления необходим для I-й фазы процесса мочеобразования - фильтрации.

5. Процесс мочеобразования

Клубочковая фильтрация. Механизм образования первичной мочи. В фильтрате можно обнаружить почти все вещества, за исключением крупных белков. Фильтрация совершается без затрат энергии путем пассивного транспорта веществ. Движущей силой является разница между гидродинамическим давлением крови и гидростатическим давлением ультрафильтрата капсулы. Препятствует фильтрации онкотическое давление плазмы крови, так как белки способствуют удержанию воды в полости сосудов. Фильтрация может осуществляться не только через щелевые диафрагмы (поры), но и через подоциты, так как в них имеются микротрубочки, которые как насосы перекачивают ультрафильтрат плазмы в полость капсулы.

Канальцевая реабсорбция. Некоторые вещества, необходимые организму, или совершенно исчезают из мочи, или их становится во много раз меньше: происходит процесс реабсорбции. Концентрация других веществ за счет реабсорбции воды во много раз увеличивается. Некоторые вещества в первичной моче вообще отсутствуют - они появляются лишь в конечной. Это происходит в результате процесса секреции.

Процессы реабсорбции могут быть активными или пассивными:

- активный осуществляется с помощью транспортных систем и энергии

- пассивный без затрат энергии, по физико-химическим закономерностям.

Канальцевая реабсорбция происходит во всех отделах, но механизм ее в разных участках различен. Условно можно выделить 3 участка: проксимальный извитой каналец, петля Генле, дистальный извитой каналец с собирательной трубочкой. В проксимальной части реабсорбируются вещества, необходимые организму (глюкоза, аминокислоты, витамины, белки, микроорганизмы, вода, неорганически ионы: Na+, Ka+, Mg2+, Cl-, HCO-, Ca2+ и др.

Реабсорбция глюкозы. Глюкоза реабсорбируется путем сопряженного с натрием транспорта. В мембране клеток канальца встроены транспортные белки, которые присоединяют с одной стороны натрий, с другой - глюкозу.

Движущей силой этого переноса является электрохимический градиент натрия между фильтратом и внутриклеточным содержимым. В цитоплазме клетки комплекс Na+-глюкоза переносчик распадается на 3 элемента. Освобожденный переносчик возвращается на свое прежнее место и становится способным перенести новые комплексы натрия с глюкозой. В клетке концентрация глюкозы повышается, что создает градиент концентрации. Это обеспечивает выход ее в межклеточную жидкость. Отсюда глюкоза поступает в кровеносные капилляры и возвращается в общий кровоток. Мембрана обладает свойством односторонней проницаемости для глюкозы, и поэтому глюкоза обратно в фильтрат не поступает. Переносчики глюкозы расположены только в проксимальной части извитых канальцев, поэтому глюкоза реабсорбируется только здесь.

В норме при обычном уровне глюкозы крови, а значит и концентрации ее в первичной моче реабсорбируется вся глюкоза. Однако при повышении концентрации глюкозы в крови мощность транспортной системы становится недостаточной для ионной реабсорбции. И во вторичной моче появляются первые следы нереабсорбированной глюкозы. Это происходит, когда концентрация ее в крови начинает превышать указанный пороговый уровень. Чем больше это превышение, тем больше глюкозы в моче.

...