Белки -- наиболее сложные из питательных веществ, являются обязательной составляющей всех живых клеток. В состав белков входят углерод, водород, кислород, сера, иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота, которого нет в других питательных веществах. Поэтому белок называют азотсодержащим веществом.

Основные азотсодержащие вещества белка - альфа-аминокислоты. В природе существует свыше 150 аминокислот (АК), из которых 20 в различных сочетаниях представляют все огромное разнообразие белков. От сочетания аминокислот зависят свойства и качества белков. Соединение нескольких (2,3-10) АК называется пептидом; если аминокислотных остатков много, но не больше 10 000, то это полипептиды. При большей длине цепи - белки. Это различие полипептидов и белков имеет физический смысл - белки денатурируются, а полипептиды нет. Денатурация - разрушение связей белковых молекул до вторичной структуры, включительно.

В процессе пищеварения белки через ряд промежуточных реакций расщепляются на АК, которые легко усваиваются организмом и используются им для образования собственного специфического белка. Большинство микроорганизмов и растения синтезируют необходимые им АК. Животные, включая человека, не способны к образованию и депонированию незаменимых кислот и получают их с пищей. Если с пищей поступает избыточное количество белка, то его расщепление проводится до углекислого газа и воды.

Жиры -- являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека и животных. Жиры - богатый источник энергии.

В состав жира входит углерод, водород и кислород. Составными частями жира являются глицерин и жирные кислоты, наиболее распространенными из которых являются олеиновая, пальмитиновая и стеариновая. При соединении глицерина с олеиновой кислотой образуется жидкий жир (растительное масло). Пальмитиновая кислота образует более твердый жир, входит в состав сливочного масла и является главной составной частью человеческого жира. Стеариновая кислота входит в состав более твердых жиров, например сала. Для того чтобы человеческий организм мог синтезировать специфический жир, необходимо поступление всех трех жирных кислот.

В процессе пищеварения жир расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые нейтрализуются щелочами в соли - мыла, которые растворяются в воде и легко всасываются.

Углеводы -- в состав входят углерод, водород и кислород. Причем соотношение водорода и кислорода такое же, как у воды. Т.о. углеводороды - это вещества, состоящие как бы из углерода и воды.

Основным источником углеводов для организма является растительная пища. Наиболее сложные из углеводов - это крахмал, гликоген и другие полисахариды.

Углеводы расщепляются в организме до ди- и моносахаридов, которые легко растворяются в воде и всасываются в кровь, используясь как источник энергии и как строительный материал. Дисахариды - тростниковый сахар и др. Моносахариды - глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар) и др.

В организме человека расщепление питательных веществ на простые составляющие происходит легко и быстро в результате действия ферментов. Ферменты могут быть расщепляющими и синтезирующими. Все они специфичны, т.е. действуют на определенное вещество.

Ферменты, содержащиеся в пищеварительных соках делятся на:

расщепляющие белки -- протеазы;

расщепляющие жиры -- липазы;

расщепляющие углеводы -- амилазы.

Ферменты организма работают при температуре 38-40^оС и в определенной среде.

Физиология голода, аппетита, жажды, насыщения

Голод - состояние организма, возникающее при длительном отсутствии пищи, в результате возбуждения латеральных ядер гипоталамуса. Для чувства голода характерны два проявления:

1) объективное (возникновение голодовых сокращений желудка, приводящих к пищедобывающему поведению);

2) субъективное (неприятные ощущения в эпигастральной области, слабость, головокружение, тошнота).

В настоящее время существует две теории, объясняющие механизмы возбуждения нейронов гипоталамуса:

1) теория «голодной крови»;

2) «периферическая» теория.

Теория «голодной крови» была разработана И. П. Чукичевым. Ее суть заключается в том, что при переливании крови голодного животного сытому у последнего возникает пищедобывающее поведение (и наоборот). «Голодная кровь» активирует нейроны гипоталамуса за счет низких концентраций глюкозы, аминокислот, липидов и т. д.

Выделено два пути влияния:

1) рефлекторный (через хеморецепторы рефлексогенных зон сердечно-сосудистой системы);

2) гуморальный (бедная питательными веществами кровь притекает к нейронам гипоталамуса и вызывает их возбуждение).

Согласно «периферической» теории голодовые сокращения желудка передаются на латеральные ядра и приводят к их активации.

Аппетит - страстное желание еды, эмоциональные ощущения, связанные с приемом пищи. Он возникает на уровне коры больших полушарий по принципу условного рефлекса и не всегда в ответ на состояние голода, а иногда и на снижение уровня питательных веществ в крови (в основном глюкозы). Появление чувства аппетита связано с выделением большого количества пищеварительных соков, содержащих высокий уровень ферментов.

Насыщение возникает при удовлетворении чувства голода, сопровождающееся возбуждением вентромедиальных ядер гипоталамуса по принципу безусловного рефлекса. Существует два вида проявлений:

1) объективные (прекращение пищедобывающего поведения и голодовых сокращений желудка);

2) субъективные (наличие приятных ощущений).

В настоящее время разработано две теории насыщения:

1) первичная сенсорная;

2) вторичная или истинная.

Первичная теория основана на раздражении механорецепторов желудка. Доказательство: в опытах при введении в желудок животного баллончика через 15-20 мин наступает насыщение, сопровождающееся повышением уровня питательных веществ, взятых из депонирующих органов.

Согласно вторичной (или метаболической) теории истинное насыщение возникает лишь спустя 1,5-2 ч после приема пищи. В результате повышается уровень питательных веществ в крови, приводящих к возбуждению вентромедиальных ядер гипоталамуса. За счет наличия реципрокных взаимоотношений в коре больших полушарий наблюдается торможение латеральных ядер гипоталамуса.

Жажда - состояние организма, возникающее при отсутствии воды. Она возникает:

1) при возбуждении перифорникальных ядер во время уменьшения жидкости за счет активации волюморецепторов;

2) при уменьшении объема жидкости (происходит повышение осмотического давления, на что реагируют осмотические и натрийзависимые рецепторы);

3) при подсыхании слизистых оболочек ротовой полости;

4) при местном согревании нейронов гипоталамуса.

Различают истинную и ложную жажду. Истинная жажда появляется при уменьшении уровня жидкости в организме и сопровождается желанием выпить. Ложная жажда сопровождается подсыханием слизистой оболочки ротовой полости.

Таким образом, пищевой центр регулирует деятельность системы пищеварения и обеспечивает различные формы пищедобывающего поведения организмам человека и животных.

ПРОЦЕСС ПИЩЕВАРЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Пищеварение при беременности и лактации. В опытах И.П. Павлова на собаках с изолированным желудком было установлено, что во время беременности происходит резкое угнетение секреции желудка. У женщин во время нормальной беременности наблюдаются значительные изменения в составе желудочного сока (снижение кислотности) и уменьшение переваривающей силы. Наиболее резкие изменения наблюдаются в первые месяцы беременности и за несколько недель до родов. В опытах на животных было установлено, что в период лактации, при кормлении происходит возникновение жевательного рефлекса и усиленное сокращение желудка, возрастает секреция поджелудочного сока и скорость прохождения пищи по пищеварительному тракту.

Предполагается, что у женщин, еще до начала лактации устанавливается функциональная связь между пищевыми центрами и центром лактации, т.к. в процессе молокообразования, женщине требуется повышенное питание, что возможно при усиленной деятельности пищеварительных органов, в первую очередь, главных пищеварительных желез.

Пищеварение при мышечной деятельности. Двигательная активность активизирует различные функциональные системы организма и обмен веществ. Еще в конце XVIII в. Матвей Пекен указывал, что движение подкрепляет желудок и помогает перевариванию пищи. Многочисленными экспериментами было установлено, что мышечная нагрузка, даваемая животным, за 1 час до приема корма, повышает желудочную секрецию, а физические нагрузки сразу после кормления полностью прекращают рефлекторную и значительно тормозят химическую фазы желудочной секреции.

Тяжелые физические и статические (весовые) нагрузки в практической деятельности человека приводят к торможению секреции желудочного сока, замедлению эвакуации пищи из желудка, а затем к дистрофическим изменениям желудка.

Характер изменений в пищеварительном тракте весьма зависят от величины и длительности нагрузок. Влияние мышечной деятельности на различные стороны жизнедеятельности организма возможно из-за наличия в скелетных мышцах, сухожилиях, связках и суставах проприо-рецепторов, возбуждаемых при движении. Возникающие в опорно-двигательном аппарате импульсы направляются по афферентным путям в центральную нервную систему, в том числе и в кору головного мозга, а оттуда после соответствующего анализа они посылаются в различные органы и системы. Эти рефлексы были названы моторно-висцеральными.

Пищеварение при экстремальных воздействиях. При действии на организм экстремальных факторов, таких как высокая температура внешней среды, пониженное атмосферное давление, ускорение, вибрация, невесомость, различного вида излучения (УВЧ, УФО, ионизирующая радиация) и сверхсильные звуковые раздражения, нормальная жизнедеятельность органов ЖКТ надолго нарушается (табл. 10).

Таблица 10

Влияние экстремальных факторов окружающей среды на процессы пищеварения

№ п/п	Внешний фактор	Изменения в системе ЖКТ	Механизм возникновения изменений
1	Тепловая нагрузка
	50°С и выше	Снижение количества желудочного сока и продолжительности секреции не только в момент воздействия температуры, но и в течение 10-14 последующих дней.	Обезвоживание организма в связи с потерей влаги. Тормозящее влияние высших мозговых центров и гуморальных факторов на секреторные клетки пищеварительных желез. Зеленый чай значительно снижает эффект теплового угнетения пищеварительных желез.
	40°С	Небольшие сдвиги в день проведения опыта.
	30°С	Стимуляция работы желудочных желез.
2	Низкое атмосферное давление и уменьшение парциального давления к
	Высота 3-4 км.	Повышение секреции слюнных желез в 1,5 раза. Увеличение щелочности поджелудочного сока. Период последействия около 12 дней. Менее выраженные изменения качества слюны. При полете на самолете с «болтанкой» возникает резкое торможение кишечной секреции.	Недостаток кислорода в крови (гипоксемия) и клетках и тканях (гипоксия). Нарушение окислительных процессов, всех видов обмена веществ. Изменения в мозговых центрах и эндокринных железах.
	Высота 4-8 км	Резкое снижение слюнной секреции, в том числе на отвергаемые вещества (0,25% р-р HCl). При еде хлеба - секреция резко снижена, а при еде мяса и приеме гематогена и алкоголя - секреция нормальная. Торможение эвакуации пищи из желудка в 2,5 раза. Замедление секреции кишечных желез. Снижение секреции и изменение состава желчи. При однократном воздействии период последствий длится около 2 месяцев. При регулярных подъемах наблюдается адаптация и исчезновение расстройств деятельности ЖКТ.
3	Воздействие радиации, отравление радоном, полонием
	350 рентген	Длительные функциональные расстройства слюнных желез. Изменение секреторных процессов желудка, преимущественно в сторону угнетения. Дистрофические изменения поджелудочной железы. Нарушения секреции и состава поджелудочного сока. Расстройства желчеобразовательной и желчевыделительной функций печени. Изменение кишечной секреции и ферментного состава кишечного сока. Волнообразное (замедление-ускорение) изменение всасывания в тонком кишечнике. Резкое усиление экскреторная функция ЖКТ за счет увеличения выделения продуктов расщепления белковых молекул.	Характер и продолжительность радиационных расстройств находятся в зависимости от многих факторов: дозы ионизирующей радиации, типа нервной системы, функционального состояния её высших отделов в момент облучения. Течение и исход лучевой болезни в значительной степени определяются типом высшей нервной деятельности (ВНД) и исходным состоянием высших отделов ЦНС перед облучением. Так, в опытах на собаках было отмечено, что чаще погибают животные слабого и сильного неуравновешенного типа ВНД, а также, когда облучение проводится на фоне ослабления коры больших полушарий у собак с экспериментально вызванным неврозом.
4	Боль
	Нанесение раздражения электрическим током и механические воздействия	Повышение слюноотделения и разжижение слюны при исходном спокойном состоянии слюнных желез. При активной саливации - торможение слюноотделения в момент нанесения болевого импульса. Угнетение желудочной и кишечной секреции. Снижение тонуса мускулатуры желудка и повышение тонуса пилорического сфинктера. Изменение активности желчеобразования. Снижение перистальтики кишечника. При раздражении дистального отдела кишки, её содержимое выбрасывается наружу.	Сразу же после нанесения болевого раздражения из ЦНС направляется поток импульсов, изменяющих функциональное состояние органов. Также происходит выделение гормонов (инсулин, адреналин, питуитрин), способных воздействовать на работу пищеварительных желез. Угнетение деятельности пищеварительного тракта имеет приспособительное защитное свойство - так организм мобилизует свои силы для отпора разрушительному фактору.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ «ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА»

1. Каковы основные функции системы пищеварения ?

2. Перечислите отделы пищеварительной системы. Какие органы входят в различные отделы системы ?

3. Опишите строение и функции полости рта.

4. Расскажите о строении языка человека. Нарисуйте схему расположения вкусовых сосочков на поверхности языка.

5. Что такое безусловный слюноотделительный рефлекс ? Нарисуйте схему дуги безусловного слюноотделительного рефлекса.

6. В чем заключается разница между безусловным и условнорефлекторным слюноотделительными рефлексами ?

7. Расскажите о строении зубов человека. Напишите зубную формулу.

8. Расскажите о слюнных железах полости рта. Что такое слюна ? Что входит в состав слюны ?

9. Объясните механизм глотания.

10. Расскажите о строении и функциях пищевода.

11. Расскажите о строении и функциях желудка. Опишите строение стенки желудка.

12. Перечислите железы желудка и какой секрет они вырабатывают.

13. Что входит в состав желудочного сока ?

14. Перечислите функции соляной кислоты желудочного сока.

15. Какие ферменты находятся в желудочном соке ? На какие вещества они действуют ?

16. Опишите первую фазу регуляции выделения желудочного сока.

17. Дайте определение и раскройте сущность опыта «мнимого кормления» И.П. Павлова.

18. Опишите вторую фазу регуляции выделения желудочного сока.

19. .Опишите третью фазу регуляции выделения желудочного сока.

20. Дайте определение и раскройте сущность опыта с «изолированным желудочком» И.П. Павлова.

21. Что такое рвота ?

22. Опишите основные моменты передвижения пищи из желудка в тонкую кишку.

23. В чем заключаются основные особенности слизистой оболочки тонкого кишечника ?

24. Что такое пристеночное пищеварение ?

25. Расскажите о строении печени. Перечислите функции печени.

26. Что такое желчь ? Перечислите основные свойства и функции желчи.

27. Расскажите о строении поджелудочной железы. Какие вещества секретирует поджелудочная железа ?

28. Какие ферменты находятся в кишечном соке ? На какие вещества они действуют ?

29. Перечислите механизмы всасывания в тонкой кишке.

30. Что такое перистальтика ? Приведите примеры сокращений тонкой кишки.

31. Опишите особенности строения и функций толстой кишки.

32. Что такое пищеварение ?

33. Расскажите о белках, как о питательных веществах.

34. Расскажите о жирах, как о питательных веществах.

35. Расскажите об углеводах, как о питательных веществах.

36. Опишите механизмы возникновения голода, жажды, насыщения. В чем принципиальное отличие между чувствами голода и аппетита ?

37. Опишите особенности пищеварения при беременности и лактации.

38. Опишите особенности пищеварения при мышечной деятельности.

39. Опишите особенности пищеварения при экстремальных воздействиях (высокая температура окружающей среды, низкое атмосферное давление, ионизирующая радиация, боль).

Знать понятия и их определения:

1. Пищеварение 2. Желудочно-кишечный тракт 3. Безусловный слюноотделительный рефлекс 4. Зубная формула 5. Муцин 6. Кардиальный сфинктр 7. Пилорический сфинктр 8. Мнимое кормление 9. Изолированный желудочек 10. Химус 11. Микроворсинки 12. Гликокаликс 13. Эмульгация жиров 14. Гепатоцит	15. Ацинус 16. Диффузия 17. Активное всасывание 18. Мембранное пищеварение 19. Перистальтика 20. Дефекация 21. Альфа-аминокислоты 22. Протеазы 23. Липазы 24. Амилазы 25. Голод 26. Жажда 27. Аппетит 28. Насыщение

Уметь:

Нарисовать:

- схему расположения вкусовых сосочков на поверхности языка в зависимости от вкусовых ощущений;

- схему дуги безусловного слюноотделительного рефлекса.

Написать зубную формулу.

Лекция 7 ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Процесс потребления энергии и веществ называется питанием. Питательные вещества, поступающие в организм, включаются в процессы обмена веществ клеток и тканей, которые лежат в основе всех форм проявления физиологических процессов.

Известны два способа питания: голозойный - посредством захвата частиц пищи внутрь тела и голофитный - без захвата, посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма.

Белки, жиры и углеводы являются источниками энергии и, одновременно, материалом для построения всех структур тела.

Обмен веществ и энергии - это непрерывный процесс образования и распада сложных веществ и протоплазмы в клетках, тканях и органах, - процесс метаболизма.

Метаболизм - совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов ассимиляции и диссимиляции, включающих разнообразные химические и физические превращения веществ, происходящие в живом организме и обеспечивающие его жизнедеятельность при взаимодействии с внешней средой.

Ассимиляция, или пластический обмен (анаболизм), - реакции синтеза сложных веществ из простых, протекающие с потреблением энергии. В результате ассимиляции в клетках осуществляется биосинтез белков, жиров, отложение глюкозы в виде гликогена в клетках печени и мышц. Пластический обмен обеспечивает процессы роста и образование новых клеток организма.

Процессы роста (ассимиляции) -- пластические процессы -- возможны при поступлении питательных веществ.

Диссимиляция, или энергетический обмен (катаболизм), - совокупность реакций, сопровождающихся выделением энергии при расщеплении сложных веществ на простые.

Процесс диссимиляции протекает при участии ферментов: в желудочно-кишечном тракте при расщеплении белков, жиров и углеводов пищи с высвобождением тепловой энергии и в клетках при окислении органических веществ с высвобождением энергии, которая при распаде органических веществ запасается в форме аденозинтрифосфата (АТФ) - энергии химических связей.

Даже, когда человек находится в полном покое, его внутренние органы потребляют некоторое кол-во энергии, которая получается при расщеплении питательных веществ. Образование энергии происходит в митохондриях путем окисления (освобождение электронов, которые участвуют в превращении энергии) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ), который доставляет энергию для всех жизненных процессов.

Питательными веществами называются белки, жиры и углеводы, которые являются необходимыми составными частями пищи. В организме человека расщепление питательных веществ на простые составляющие происходит легко и быстро в результате действия ферментов. Ферменты могут быть расщепляющими и синтезирующими. Все они специфичны, т.е. действуют на определенное вещество.

Ферменты, содержащиеся в пищеварительных соках делятся на:

1. расщепляющие белки -- протеазы;

2. расщепляющие жиры -- липазы;

3. расщепляющие углеводы -- амилазы.

Непрерывность протекания метаболизма требует постоянного расхода питательных веществ. Однако в тканях и крови поддерживается постоянный уровень содержания питательных веществ, что обеспечивает оптимальные условия для всех обменных процессов. Концентрация основных питательных веществ в плазме крови представлена в таблице 11.

Таблица 11

Концентрация питательных веществ в плазме крови человека (Судаков, 1999)

Питательное вещество	Плазма крови, %	Питательное вещество	Плазма крови, %
Белки в том числе:	7-5	Глюкоза	0,09-0,11
		Липоиды	0,3
альбумины	4-5	Нейтральный жир	0,25
глобулины	1,7-3,5
фибриноген	0,4	Жирные кислоты	0,3-0,45
Аминокислоты	0,003-0,005

Белки -- наиболее сложные из питательных веществ, являются обязательной составляющей всех живых клеток. В состав белков входят углерод, водород, кислород, сера, иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота, которого нет в других питательных веществах. Поэтому белок называют азотсодержащим веществом.

Основные азотсодержащие вещества белка -- альфа-аминокислоты. В природе существует свыше 150 аминокислот, из которых 20 в различных сочетаниях представляют все огромное разнообразие белков. От сочетания аминокислот зависят свойства и качества белков. Соединение нескольких (2,3-10) АК называется пептидом; если аминокислотных остатков много, но не больше 10 000, то это полипептиды. При большей длине цепи -- белки. Это различие полипептидов и белков имеет физический смысл -- белки денатурируются, а полипептиды нет. Денатурация -- разрушение связей белковых молекул до вторичной структуры, включительно.

В процессе пищеварения белки через ряд промежуточных реакций расщепляются на АК, которые легко усваиваются организмом и используются им для образования собственного специфического белка. Большинство микроорганизмов и растения синтезируют необходимые им АК. Животные, включая человека, не способны к образованию и депонированию незаменимых кислот и получают их с пищей. Если с пищей поступает избыточное количество белка, то его расщепление проводится до углекислого газа и воды.

Перенос АК из пищеварительного тракта в кровь и из крови в ткани и клетки происходит против градиента концентрации за счет транспортных ферментативных механизмов, которые поддерживают концентрацию АК в клетках на более высоком уровне, чем в крови.

Функции белков в организме:

1. Пластическая - строительный материал клеток и синтез белков плазмы крови.

2. Энергетическая - источник энергии (при окислении 1 г белка в клетке выделяется 17,6 кДж, или 4,1 ккал).

3. Защитная - антитела, это особые белковые вещества, которые вступают во взаимодействие с антигенами и нейтрализуют их.

4. Транспортная - например, белковое вещество гемоглобин переносит О₂ и СО₂.

5. «Сигнальная» - белки являются мембранными и внутриклеточными рецепторами, через которые биологически активные вещества воздействуют на соответствующие клетки-мишени.

6. Избирательная - обеспечивают трансмембранный перенос различных веществ в клетку и обратно, являются переносчиками многих веществ.

7. Двигательная - в основе движения лежит функционирование сократительных белков - актина и миозина.

8. Гуморальная - многие гормоны, регулирующие все функции организма, являются белками или полипептидами.

9. Катализирующая - белки-ферменты являются катализаторами.

ОБМЕН БЕЛКОВ

Основные этапы обмена белков в организме: расщепление белков в ЖКТ > всасывание аминокислот в кровь > синтез человеческого белка.

Введение белка в кровь приводит к повышению температуры, нарушению работы внутренних органов, смерти (паралич дыхания, нарушение ССС, общие судороги). Для парентерального питания в условиях тяжелой болезни вводят смеси аминокислот, которые не обладают видовой и тканевой специфичностью.

Белки не могут заменяться другими веществами.

Из 20 аминокислот, входящих в белки, есть заменимые и незаменимые, которые не синтезируются в организме (8). При недостатке в пище одной незаменимой Ак, остальные незаменимые Ак усваиваются неполностью.

Белки могут быть полноценные -- содержат все необходимые организму аминокислоты и неполноценные. Полноценные белки особенно важны для растущего организма, т.к. образуется много новых клеток.

Полноценные белки -- животного происхождения (сыр, мясо, рыба, яйца, молоко и др.), кроме желатины. Неполноценные белки -- растительные. Полноценный белок может быть заменен несколькими неполноценными, которые дополняют друг друга и дают в сумме все необходимые аминокислоты. Обычно смешанная пища содержит разнообразные белки, которые в сумме обеспечивают потребность организма в аминокислотах.

Синтез человеческого белка подчиняется закону «все или ничего» и осуществляется только при наличии всех 20 аминокислот.

Всосавшиеся в тонком кишечнике аминокислоты в первую очередь используются в качестве строительного материала для синтеза специфических тканевых белков, ферментов, гормонов и других БАВ. Одновременно с синтезом происходит распад внутриклеточных белков вновь на аминокислоты. Некоторое количество аминокислот распадается с образование конечных продуктов белкового обмена (СО₂, Н₂О и NН₃) и высвобождением энергии, примерно 10% суточной потребности организма. У водных животных, например у рыб, аммиак в свободном виде может выделяться из организма. У наземных животных подобный процесс невозможен, т.к. аммиак присоединяет к себе несколько молекул воды, что в случае его свободного выделения из организма, привело бы к обезвоживанию. Продукты распада аммиака - мочевина и мочевая кислота, - с водой не связываются.

На синтез белка влияют:

Жиры и углеводы, которые резко сокращают энергетические потребности организма за счет белков.

Белки В₁, В₂, В₆, РР и др.

Гормоны щитовидной железы, которые усиливают распад тканевых белков.

Андрогены, эстрогены и СТГ стимулируют синтез белка.

Обмен белка можно представить по обмену азота, поскольку азот содержится только в белках и другими путями в организм не поступает. Выводится азот преимущественно с мочой в составе мочевины и мочевой кислоты. В белках находится в среднем -- 16 % азота.

У взрослого здорового человека в нормальных условиях наблюдается азотистое равновесие: количество выведенного азота равно количеству азота, поступившего в организм.

Положительный азотистый баланс бывает у молодого растущего организма и при беременности, когда синтез белков превалирует над распадом.

Отрицательный азотистый баланс встречается при голодании, белковой недостаточности, тяжелых заболеваниях и у пожилых людей, когда выделение азота превышает его поступление в организм.

Нормы белка в питании:

- дети раннего возраста -- 55-72 г белка/сутки;

- взрослый человек, занимающийся умственным трудом и подвергающийся средней физической нагрузке (полный механизированный труд) и дети от 12 лет -- 100-120 г белка/сутки при энерготратах 12 000 кДж;

- рабочие, выполняющие тяжелую физическую работу -- 130-150 г белка/сутки.

Резервные белки -- легкомобилизуемые тканевые белки, которые после гидролиза под действием тканевых протеиназ поставляют аминокислоты. К резервным белкам относятся белки плазмы крови, печени и мышц.

Белки и аминокислоты не накапливаются и не откладываются в тканях. Незаменимые аминокислоты синтезируются только в таком количестве, которое необходимо для возобновления белков, подвергшихся распаду. В среднем белки организма человека обновляются за 80 сут.

Патология азотистого обмена

Нарушение обмена аминокислот (АК) определяется по уровню свободных АК в биологических жидкостях организма > аминокислотный спектр > плазма крови (меньше глутамата и аспартата и больше глутамина -- до 25 % от общего кол-ва АК) = аминокислотный состав свободных АК в органах и тканях.

Спинномозговая жидкость содержит меньшее кол-во всех АК, кроме глутамина.

Аминокислотный состав мочи резко отличается от такового в плазме крови.

Недостаток триптофана -- карциноидная опухоль.

При меланоме на производство меланина расходуется почти все кол-во тирозина и фенилаланина > истощение.

Недостаток лизина > головокружение, тошнота, повышенная чувствительность к шуму.

Аргинин > гипоспермия.

Метионин > жировое перерождение печени и почек.

Характерное нарушение азотистого обмена -- белковая недостаточность > полное и частичное голодание, однообразное питание растительными белками > отрицательный азотистый баланс, снижение концентрации белков в сыворотке крови, нарушение коллоидно-осмотического и водно-солевого обменов (отеки). Квашиоркор -- заболевание детей в развивающихся странах > тяжелые поражения печени, остановка роста, снижение сопротивляемости инфекциям, отечность, атония мышц, летальный исход.

Наследственные дефекты обмена АК:

цистиноз (синдром Абдергальдена-Фанкони) -- нарушение реабсорбции почти всех АК;

цистинурия -- выделение с мочой в 50 раз больше цистина, лизина, аргинина и орнитина > отложение камней во внутренних органах;

гепатоцеребральная дистрофия (б-нь Вильсона) > увеличенное выделение АК с мочой > снижение концентрации медьсодержащего белка - церулоплазмина - в сыворотке крови > отложение меди в мозге, печени, почках;

фенилкетонурия (фенилпировиноградная олигофрения) > неспособность организма синтезировать фенилаланин-4-монооксигеназу, катализирующую превращение фенилаланина в тирозин > замедление умственного развития, удаление с мочой большого количества фенилсодержащих веществ. Развитие болезни можно предотвратить, если с самого рождения ребенка снизить или исключить прием фенилаланина с пищей (газированная вода с предупреждением);

альбинизм -- врожденное отсутствие пигментов в коже, волосах и сетчатке > потеря меланоцитами способности синтезировать тирозиназу -- фермент, катализирующий превращение тирозина в предшественники меланина.

Жиры -- являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека и животных. Жиры -- богатый источник энергии.

В состав жира входит углерод, водород и кислород. Составными частями жира являются глицерин и жирные кислоты, наиболее распространенными из которых являются олеиновая, пальмитиновая и стеариновая. При соединении глицерина с олеиновой кислотой образуется жидкий жир (растительное масло). Пальмитиновая кислота образует более твердый жир, входит в состав сливочного масла и является главной составной частью человеческого жира. Стеариновая кислота входит в состав более твердых жиров, например сала. Для того чтобы человеческий организм мог синтезировать специфический жир, необходимо поступление всех трех жирных кислот.

В процессе пищеварения жир расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые нейтрализуются щелочами в соли -- мыла, которые растворяются в воде и легко всасываются.

ОБМЕН ЛИПИДОВ

Функции липидов:

основные компоненты биологических мембран;

влияние на проницаемость мембран;

передача нервного импульса;

создание межклеточных контактов;

основа для образования половых гормонов;

образование энергетического резерва;

растворение витаминов А, Д, Е и др.;

насыщение организма группой незаменимых полиненасыщенных кислот (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые объединены в группу под названием «витамин F»;

создание водоотталкивающих и термоизоляционных покровов у животных и растений;

участие в тормоизоляции - жир - плохой проводник тепла;

источник образования эндогенной воды - при окислении 100 г нейтрального жира в организме образуется около 107 г воды;

защита органов и тканей от механических воздействий.

При окислении 1 г жиров организм получает 38,9 кДж (9,3 ккал); 1 г белков или углеводов -- 17,2 кДж (4,1 ккал).

Стенка кишечника синтезирует жиры, специфичные для данного вида животного и отличающиеся по строению от пищевого жира. Часть чужеродного жира обнаруживается в жировых тканях в неизмененном виде.

Жиры синтезируются организмом из белков и углеводов (глюкозы).

Нарушения липидного обмена

Нарушение процессов всасывания жиров:

недостаточное поступление панкреатической липазы в кишечник;

нарушение поступления в к-к желчи;

заболевания ЖКТ (энтериты, гиповитаминозы и др.);

повреждение эпителия к-ка.

Во всех этих случаях кал содержит много нерасщепленного жира или невсосавшихся жирных к-т и имеет серовато-белый цвет.

Нарушение процессов перехода жира из крови в ткани -- наследственное заболевание с недостаточной активностью липопротеинлипазы крови и нарушением перехода жирных к-т из плазмы крови в жировые депо. Плазма крови -- молочного цвета.

Кетонемия и кетонурия -- при голодании или тяжелой форме сахарного диабета -- повышение кетоновых тел в крови до 20 ммоль/л и в моче до 50 г/сут (при норме в 40 мг/сут).

Атеросклероз > нарушение проницаемости эндотелия сосудов с последующим отложением в стенке иммунного комплекса липопротеина очень низкой плотности (ЛПОНП) + антитело.

Снижение содержания ненасыщенных жирных к-т (линолевой, линоленовой), находящихся в оливковом, подсолнечном и конопляном маслах и арахидоновой, которая находится в курином, гусином и свином жире, приводит к снижению эластичности сосудистых стенок, повышению их проницаемости, быстрому развитию атеросклероза, инфаркта миокарда, тромбоза, нарушению половых функций.

Углеводы -- в состав входят углерод, водород и кислород. Причем соотношение водорода и кислорода такое же, как у воды. Таким образом углеводороды -- это вещества, состоящие как бы из углерода и воды - С_n (Н₂О) _n.

Основным источником углеводов для организма является растительная пища. Наиболее сложные из углеводов -- это крахмал, гликоген и другие полисахариды.

Углеводы расщепляются в организме до ди- и моносахаридов, которые легко растворяются в воде и всасываются в кровь, используясь как источник энергии и как строительный материал (табл. 12). Дисахариды -- тростниковый сахар и др. Моносахариды -- глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар) и др.

Таблица 12

Таблица поли-, ди- и моносахаридов

Группа соединений	Формула соединения	Представители
Полисахара	(С6Н10О5)n	Крахмал, клетчатка (целлюлоза), гликоген
Дисахара	С12Н22О11	Мальтоза, сахароза, лактоза
Моносахара	С6Н12О6	Глюкоза, фруктоза, галактоза

Функции углеводов в организме:

1. Энергетическая источник энергии, - при окислении 1 г глюкозы в клетке выделяется 17,6 кДж энергии, или 4,1 ккал. Углеводы (в основном глюкоза) являются основным и быстрым источником синтеза жиров и белков и получения энергии в организме.

2. Пластическая - строительный материал для клеток; входят в состав межсуставной жидкости, которая уменьшает трение сочленяющихся костей сустава; являются составной частью нуклеиновых кислот, в том числе ДНК и РНК.

3. Запасающая - отложение гликогена в клетках печени и мышц.

4. Рецепторная - входят в состав рецепторов клеточных мембран.

5. Связующая - входят в состав гликокаликса (надмембранный комплекс), объединяя клеточные мембраны соседних клеток.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

Расщепление в ЖКТ поли- и дисахаридов до моносахаридов. Всасывание моносахаридов из киш-ка в кровь. Содержание глюкозы в крови обычно составляет 80-120 мг.

Синтез и распад гликогена в тканях, в основном в печени и в мышцах.

Анаэробное и аэробное расщепление глюкозы.

Взаимопревращение гексоз.

Аэробный метаболизм пирувата -- завершающая стадия углеводного обмена -- окисление продукта гликолиза -- пирувата.

Глюконеогенез -- образование углеводов из неуглеводных продуктов (пировиноградная и молочная кислоты, глицерин, Ак и др.).

После расщепления до моносахаридов и их всасывания, свыше 90 % всосавшихся моносахаридов (в основном глюкозы) через капилляры кишечных ворсинок попадают в кровеносную систему и с током крови через воротную вену доставляются в печень. Оставшиеся 10 % по лимфатическим путям > в венозную систему.

В печени большая часть глюкозы превращается в гликоген, который откладывается в печеночных клетках в виде блестящих гранул.

Регуляция обмена углеводов происходит при участии ЦНС и гормонов. Уменьшение концентрации глюкозы в крови ниже 3,3 -3,4 ммоль/л (норма 5,5-6 ммоль/л) > рефлекторное возбуждение высших метаболических центров гипоталамуса; коры головного мозга.

Конечными продуктами распада углеводов в клетках являются вода и углекислый газ. При этом процессе выделяется энергия, которая запасается в виде АТФ.

При недостаточном поступлении углеводов с пищей они могут образовываться из белков и жиров. При избыточном - они превращаются в жиры, которые откладываются в запас.

Нарушения углеводного обмена

Гипергликемия -- повышение содержания глюкозы в крови:

Недостаточность инсулина (регуляция гликолиза и глюконеогенеза) > сахарный диабет: повышается концентрация глюкозы в крови, печень теряет способность удерживать сахар и начинается усиленное выделение глюкозы с мочой (глюкозурия). В норме бывает алиментарная физиологическая глюкозурия после употребления в пищу большого кол-ва сахара. Мышечная ткань также теряет способность утилизировать глюкозу крови.

Гипофизарные заболевания, опухоли коркового вещества надпочечников, гиперфункция щитовидной железы.

Беременность.

Органические поражения ЦНС, расстройства мозгового кровообращения, заболевания печени воспалительного или дегенеративного характера.

Гипогликемия -- снижение содержания глюкозы в крови:

гипофизарная кахексия; аддисонова болезнь;

гипотиреоз -- снижение функций эндокринных желез;

аденома островковых клеток Лангерганса поджелудочной железы;

голодание; продолжительная физическая работа; прием некоторых лекарств (бета-ганглиоблокаторы);

беременность, лактация;

введение больших доз инсулина больному диабетом.

При концентрации сахара в крови 0,04 % > судороги, бред, потеря сознания > смерть.

Гликогенозы -- наследственные болезни нарушения обмена гликогена из-за дефицита или отсутствия ферментов, катализирующих процессы распада или синтеза гликогена с избыточным его накоплением в органах и тканях.

Гипогликемия приводит к увеличению размеров печени, почек, появлению судорог, задержке роста и ацидозу.

Углеводы могут образовываться из липидов и белков.

Таким образом, на уровне всего организма и на уровне каждой клетки протекают два взаимосвязанных процесса - ассимиляция, т.е. биосинтез белков, жиров и углеводов в клетках, и диссимиляция - окисление их до углекислого газа, воды и энергии, запасающейся в виде АТФ.

АТФ - универсальный источник энергии в организме. АТФ образуется в митохондриях клеток и поступает в цитоплазму, где энергия химических связей АТФ трансформируется в механическую энергию, необходимую для сокращения мышц, транспорта веществ по клетке и т.п.

Распад АТФ в процессе осуществления активных, энергозависимых, жизненных процессов сопровождается синтезом новых молекул АТФ за счет энергии, выделившейся при окислении белков, жиров и углеводов в клетке. Для этого организм получает питательные вещества с пищей, а кислород - в процессе дыхания.

Взаимосвязь между обменом белков, жиров и углеводов.

Метаболизм различных веществ в клетках осуществляется строго согласованно. Единство в превращении белков, жиров и углеводов обусловлено тем, что при их распаде образуются общие промежуточные продукты: ацетилкоэнзим А (ацетил-КоА) и пировиноградная кислота (ПВК), из которых в определенных условиях могут возникать либо белки, либо жиры, либо углеводы.

Взаимосвязь между углеводным и липидным обменом.

При распаде углеводов в клетке (анаэробный процесс) образуется пировиноградная кислота, а из неё - активная молекула уксусной кислоты - ацетил-КоА, из которой путем дальнейших превращений синтезируются жирные кислоты и глицерин.

Взаимосвязь между белковым и жировым обменом.

Аминокислоты, подвергаясь различным видам превращений, образуют разные соединения: жирные кислоты, кетокислоты, оксикислоты и аммиак.

Жирные кислоты могут образовываться из ряда аминокислот (валин, лейцин, фенилаланин, тирозин), которые образуют в виде промежуточных продуктов ацетоацетил-КоА.

ОБМЕН ВОДЫ И СОЛЕЙ

Обмен воды и солей начинается с процесса всасывания в желудке (до 5%). Основная часть солей всасывается в тонкой кишке, а воды - в толстой.

Всосавшись в кровь, вода вместе с питательными веществами и солями поступает в ткани. Небольшое количество воды выделяется в самих тканях при распаде органических веществ. Из тканей вода вместе с продуктами распада поступает в кровь, лимфу и выводится из организма через почки, кожу, легкие и с калом.

Обмен воды тесно связан с обменом минеральных веществ. На связь водного и минерального обмена указывает тот факт, что объем воды в крови и тканевой жидкости зависит от количества содержащихся в ней солей, прежде всего натрия.

Регуляция обмена веществ

Регуляция обмена веществ осуществляется нервно-гуморальным путем.

Нервная регуляция. Нервные центры регуляции белкового, жирового, углеводного и водно-солевого обмена находятся в промежуточном мозге и тесно связаны с центрами голода и насыщения в гипоталамусе.

Гуморальная регуляция. Обмен веществ осуществляется за счет гормонов.

Гормоны, регулирующие обмен белков, жиров и углеводов:

1. Глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортизон, кортикостерон) повышают уровень сахара в крови, усиливают синтез белков в печени и увеличивают мобилизацию гликогена, жиров и белков.

2. Инсулин оказывает влияние на все виды обмена веществ во всех органах и тканях, повышая проницаемость клеточных мембран для глюкозы, аминокислот, жирных кислот, фосфора, калия и натрия, стимулируя переход в клетку. В отсутствие инсулина проницаемость клеточных мембран для перечисленных веществ снижается, ослабляется обмен глюкозы, усиливается процесс образования свободной глюкозы.

3. Тиреоидные гормоны повышают синтез белка, увеличивают поглощение и усвоение глюкозы клетками, а также влияют на жировой обмен, усиливая мобилизацию жирных кислот из жировых депо и их внутриклеточное окисление.

4. Гормон АКТГ (адренокортикотропный гормон) влияет на жировой, белковый, углеводный обмен через усиление выделения гормонов коры надпочечников, прежде всего глюкокортикоидов.

Гормоны, регулирующие обмен солей и воды:

1. Минералокортикоиды надпочечников, главный из которых альдостерон, регулируют водно-солевой обмен в организме. В частности, МК регулируют уровень натрия и калия в крови.

2. АДГ (антидиуретический гормон) тормозит выведение воды из организма, регулируя уровень осмотического давления и объем циркулирующей крови.

ВИТАМИНЫ

Витамины были открыты русским ученым Н.И. Луниным в 1880 г. В 1912 г. К.Функ предложил называть вновь открытую группу органических соединений «витамины» - «необходимые для жизни». Так как химическая структура оставалась неизвестной, витамины стали обозначать буквами латинского алфавита: А, В, С, D, Е, К и др.

Витамины выполняют в организме каталитические функции, влияют на рост, обмен веществ, физиологическое состояние организма.

Суточная потребность организма в витаминах очень мала, исчисляется миллиграммами и зависит от возраста. Некоторые витамины группы В и витамин К синтезируются бактериальной флорой толстого кишечника. Человек нуждается в 16-18 витаминах.

Отсутствие или недостаток витаминов в питании приводят к гиповитаминозам и авитаминозу - серьезному заболеванию.

Избыточное поступление витаминов в организм также приводит к патологическим проявлениям - гипервитаминозу.

Все витамины делят на водорастворимые (В₁, В₂, В₃, В₆, В₁₂, Р, С) и жирорастворимые (А, D, Е, К).

ОБМЕН ЭНЕРГИИ

Обмен веществ в организме сопровождается обменом энергии; оба эти процесса взаимосвязаны. При диссимиляции органических веществ в клетках и тканях выделяется энергия. Выделенная энергия расходуется в разных органах в виде механической (в мышцах), электрической (в мозге, нервах, мышцах), химической (во всех органах).

Все виды энергии в процессе жизнедеятельности организма превращаются в тепловую энергию - энергия в организме не исчезает, а видоизменяется, переходя из одной формы в другую, согласно закону сохранения энергии. Интенсивность превращения энергии зависит от индивидуальных особенностей состояния организма и от условий внешней среды. В условиях максимального покоя бодрствующего организма уровень обмена веществ и энергетических трат минимальный. Его называют основным обменом.

Интенсивность обмена веществ можно определить по количеству образовавшегося в организме тепла или по количеству тепла, выделившегося во внешнюю среду. У человека обе эти величины равны.

Величина основного обмена в норме («должный основной обмен») зависит от 4 факторов: пола, роста, массы и возраста. Существуют формулы и таблицы, по которым можно рассчитать, согласно этим данным, величину должного основного обмена и величину энергии основного обмена у испытуемого человека.

В норме у женщин основной обмен составляет 1300-1400 ккал энергии в сутки, а у мужчин 1500-1700 ккал в сутки.

При работе энерготраты организма возрастают в связи с дополнительным расходом энергии. Его величина зависит от вида и продолжительности работы.

В зависимости от характера труда всех людей по энерготратам делят на 4 группы:

1. люди умственного труда затрачивают 2200-3000 ккал.

2. рабочие разных профессий на механизированных производствах тратят до 3500 ккал.

3. рабочие, занимающиеся частично механизированным трудом, расходуют до 4000 ккал.

4. рабочие тяжелого физического труда и спортсмены, чьи энерготраты составляют от 4000 до 5000 ккал.

Эти траты компенсируются пищей, поэтому для поддержания нормальной жизнедеятельности и постоянного веса организма следует составлять пищевые рационы, учитывая следующее:

1. Организму в сутки требуется 100 г белков, 400 г углеводов, 80-100 г жиров.

2. При окислении в клетке 1 г белка и 1 г углевода выделяется по 4,1 ккал энергии (17,6 кДж), а жиров - 9,3 ккал (38,9 к Дж).

3. Пища должна содержать полноценные белки (1/3 суточной нормы белков животного происхождения, а жиров - растительного).

4. Лучшее усвоение питательных веществ обеспечивается правильным режимом питания.

5. Суточная калорийность пищи должна правильно распределяться в течение суток: днем - продукты, богатые белком; вечером - молочно-растительные блюда.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ

Жизнедеятельность организма обеспечивается функциональными системами - интегративными, динамическими, саморегулирующимися образованиями, избирательно объединяющими различные органы и уровни нервной и гуморальной регуляции для достижения определенных, полезных для организма результатов. Функциональные системы в живых организмах открыл выдающийся отечественный физиолог Петр Кузьмич Анохин.

Функциональные системы (ФС) организма управляют всеми происходящими в нем процессами и в ответ на воздействие изменяющихся факторов внешней среды осуществляют приспособительные реакции, приводящие к полезному для организма результату.

ФС весьма разнообразны, но все они имеют «вход», «выход», «входную и выходную переменные». Выход -- это та часть системы, для изменения выходных переменных которой и была создана данная ФС. Вход посредством входных переменных влияет на выходные переменные и состояние выхода. Например, для выходной переменной «объем крови» входом будут работа сердца, почек, состояние просвета кровеносных сосудов и др. А входными переменными будут сила и частота сердечных сокращений, сужение или расширение просвета сосудов, выход из депо крови, перераспределение объемов крови, регуляция эритропоэза и т.д. (рис. 21).

Рис. 21 Функциональная система регуляции объема крови

При воздействии разнообразных внешних факторов основной задачей организма является установление выходных данных всех ФС на оптимальном в сложившейся ситуации уровне.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ «ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ»

1. Что такое питание ?

2. Перечислите способы питания. Приведите примеры организмов, отличающихся по способам питания.

...