Обмен веществ и терморегуляция: конспект по физиологии

1.
Обмен веществ: понятие о животном организме и обмене веществ, ассимиляция,
анаболизм и диссимиляция - катаболизм (их характеристика, значение, соотношение,
отличия гидролиза от диссимиляции), понятие о питательных веществах, их значение.
Животный организм – это открытая, макромолекулярная, самовоспроизводящаяся и
саморегулирующаяся с помощью обмена веществ и энергии система, способная чувствовать,
активно целенаправленно перемещаться и адаптироваться в окружающей среде.
Обмен веществ - совокупность процессов поступления питательных веществ в организм,
используемых организмом для синтеза клеточных структур и выработки энергии, выделение
конечных продуктов распада в о/с.
Ассимиляция - совокупность процессов, обеспечивающих поступление питательных веществ во
внутреннюю среду организма и использование их для синтеза клеточных структур и секретов
клеток, в результате чего так же накапливается энергия в организме человека.
Анаболизм- заключительная часть ассимиляции (совокупность внутриклеточных процессов,
обеспечивающих синтез структур и секретов клеток организма.) Исходным продуктом является
вода, минеральные соли, витамины, конечным- специфические БЖУ, аминокислоты организма.
Анаболизм обеспечивает восстановление энергетического потенциала, рост развивающихся
организмов.
Диссимиляция - процесс расщепления клеточных структур до мономеров и других соединений,
без высвобождения энергии. Продукты диссимиляции повторно используются клетками в
катаболизме и анаболизме. Исходные продукты: БЖУ клеток организма. Конечнымиаминокислоты, моносахара, жирные кислоты и другие соединения содержание энергию.
Катаболизм- процесс расщепления питательных веществ до конечных продуктов (вода,
углекислый газ, аммиак) с высвобождением энергии. В процессе катаболизма клетка использует
мономеры, поступающие в кровь из ЖКТ, и мономеры, образующиеся в самой клетке в процессе
диссимиляции клеточных структур и тоже попадающие в кровь.
У здорового человека равновесие между процессами анаболизма и диссимиляции. В период роста,
при беременности, при интенсивной физической нагрузке, в период выздоровления при
истощающей болезни или выхода из состояния голодания, при стрессовых состояниях
диссимиляция больше анаболизма.
Анаболизм и диссимиляция в целом обеспечивают самообновление клеточных структур
организма в ходе взаимосвязанных биохимических превращениях.
При гидролизе образуются мономеры, практически не теряющие своей энергетической
ценности (освобождается лишь около 1% заключенной в пище энергии), а при диссимиляции
вещества расщепляются до конечных продуктов с выделением большого количества энергии.
Питательные вещества - продукты гидролиза жиров, белков и углеводов, являющиеся
пластическим и энергетическим материалом, вода, минеральные соли и витамины, являющиеся
только пластическим материалом.
2. Обмен белков: значение белков для организма, био ценность различных белков, распад
белков в организме при полном голодании, коэффициент изнашивания, белковый минимум,
белковый оптимум, соотношение между расходом и поступлением белка в организм,
регуляция белкового обмена.
Функции белков. Главной функцией белков является пластическая. В энергетическом
отношении белки менее значимы, хотя при распаде 1 г белка выделяется около 17 кДж
энергии. Пластическая функция белков реализуется в следующем: белки – основной
строительный материал клеток, биомембран, все ферменты являются белками, некоторые
гормоны относятся к белкам, гемоглобин является белком, актин и миозин – основные
сократительные элементы мышечных волокон – являются белками, белки являются частью
системы гемостаза, иммунноспецифичные белки выполняют защитную функцию, белки
участвуют в переносе гормонов, витаминов, жиров, рецепторы гормонов и других
биологически активных веществ – белки.
Биологическая ценность белков. Часть аминокислот в организме человека и животных не
синтезируется или образуется в ограниченном количестве, по этой причине их называют
незаменимыми, в отличие заменимых, образующихся в организме в достатке. =>, незаменимые
аминокислоты должны обязательно поступать с пищей. Для человека незаменимы: валин,
лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фениаланин, триптофан, лизин. Чем выше в белке
содержание незаменимых аминокислот, тем выше его биологическая ценность. Биологически
более ценны белки животного происхождения (молоко, яйца, мясо, рыба).
Распад белков при полном голодании - организм пользуется водой из своих собственных тканей, что способствует еще более сильному их распаду. Увеличение тканевого распада
происходит за счет усиления распада белка. Накопившиеся продукты обмена, отравляя
центральную нервную систему, могут обусловить возникновение лихорадочного процесса.
Предсмертное усиленное выведение азота является результатом большого тканевого распада,
разрушения ценных для организма белковых составных частей ткани.
Коэффициент изнашивания - количество белка, распадающегося в организме за сутки при
безбелковой диете, достаточной по калорийности за счет жиров и углеводов (белковое
голодание). Около 20г в сутки. Белковый минимум - минимальное количество белка пищи, при
котором возможно поддержание азотистого равновесия. Около 40 г белка в сутки. Белковый
оптимум - Количество белка пищи, которое полностью обеспечивает потребности
организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособность, достаточную сопротивляемость
неблагоприятным воздействиям на организм. Около 90 г в сутки, но не менее 1 г/кг массы в сутки.
Основным источником азота является белок (16%, 1 г азота содержится в 6,25 г белка). По
азотистому балансу судят о соотношении количества поступившего и разрушенного в организме
белка. Количество азота, поступившего с пищей, всегда больше количества усвоенного азота, так
как часть его теряется с калом. Усвоение азота вычисляют по разности содержания его в принятой
пище и в кале. Для определения количества распавшегося в организме белка обычно находят
количество азота в моче и умножают на 6,25. Азотистое равновесие – количество введенного в
организм азота равно количеству азота, выведенного из организма. Положительный азот. баланс
– когда поступление азота превышает его выделение, при увеличении массы, в период роста,
беременности, выздоравливании, усиленных спорт тренировках. Происходит задержка азота в
организме (ретенция). Отрицательный азот.баланс– количество выведенного из организма азота
превышает количество поступившего. При белковом голодании или, когда в организм не
поступают отдельные необходимые для синтеза белков, а/к. Нейроэндокринная регуляция
обмена белков осуществляется рядом гормонов : соматотропный гормон гипофиза во время
роста организма стимулирует увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека он
обеспечивает процесс синтеза белка за счет повышения проницаемости клеточных мембран для
аминокислот, усиления синтеза РНК в ядре клетки.Существенное влияние на белковый обмен
оказывают гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин. Они могут в
определенных концентрациях стимулировать синтез белка и благодаря этому активизировать рост,
развитие и дифференциацию тканей и органов.Гормоны коры надпочечников —
глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикостерон) усиливают распад белков в тканях, особенно в
мышечной и лимфоидной. В печени же глюкокортикоиды, наоборот, стимулируют синтез белка.
3. Обмен жиров: значение жиров для организма, биологическая ценность различных
жиров и профилактика сердечно-сосудистых заболеваний, потребность организма в жирах,
регуляция обмена жиров. Последствия избыточного и недостаточного поступления их в
организм.
Функции жиров в организме:



Энергетическая. Жир имеет большую энергетическую ценность (приблизительно 9,1 ккал на 1
гр.), поэтому именно жиры можно считать одним из основных источников энергии для
функционирования организма.
Защитная. Все хрупкие органы в организме человека окружены защитной жировой оболочкой, это
помогает предохранить их от травм, сотрясений и воздействия внешней среды.
Теплоизолирующая. Жиры плохо проводят тепло, именно поэтому они являются отличным
теплоизолятором, который предохраняет организм от переохлаждения.
Нейтральные жиры- важнейший источник энергии. За счет их окисления образуется 50% всей
энергии в организме являются источником эндогенной воды. Жиры, депонированные в подкожной
клетчатке, предохраняют организм от потери тепла, а внутренние органы – от механических
повреждений. Физиологическое депонирование осуществляют липоциты.
Фосфо- и гликолипиды- необходимый компонент биологических мембран. Синтезируются в
печени и кишечной стенке, но только гепатоциты способны выделять их в кровь.
Бурый жир- особая жировая ткань у новорожденных и в небольшом кол-ве имеется у взрослых.
Особенность бурого жира это большое кол-во митохондрий с красновато-бурыми пигментами –
цитохромами. В них происходят интенсивные процессы окисления , не сопряженные с процессом
образования АТФ.
Высшие жирные кислоты. Всасываются в кровь в виде комплексов (жирная к-та+желчная кта+фосфолипид+холестерол=хиломикрон). Незаменимые жирные к-ты не синтез-ся в организме.
К ним относятся олеиновая, линолевая и леноленовая к-ты. Суточная потребность – 10-12 г.
Дефицит приводит к замедлению роста и развития организма, нарушениям репродуктивной
функции. Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний : употреблять в пищу продукты с
низким содержанием жиров. Суточная потребность в жирах 70-80г.
Регулирующее влияние нервной системы на жировой обмен доказывается тем, что при
повреждении ядер гипоталамуса наблюдаются разные нарушения этого обмена. Так, при
повреждении у животного венромедиального ядра наблюдается ожирение, а при поражении
латеральных ядер - крайнее исхудание. Влияние нервной системы на жировой обмен может
осуществляться путем изменения внутренней секреции гипофиза, щитовидной, поджелудочной и
половых желез.
Гормональная регуляция жирового обмена обнаруживается в опытах с введением животным
гормонов гипофиза, щитовидной, поджелудочной и половых желез, а также в опытах, в которых
эти железы удаляли. Так, установлено, что при недостаточной функции гипофиза, щитовидной
железы или половых желез происходит ожирение. Введение инсулина — гормона поджелудочной
железы — усиливает образование жиров из углеводов.
Недостаток липидов в организме может привести:
1. к развитию гиповитаминозов (снижение содержания жирорастворимых витаминов A, D, Е, К);
2. к возникновению дефицита незаменимых полиненасыщенных жирных кислот с последующим
нарушением синтеза биологически активных веществ (лейкотриены, простагландины и др.). Это
сопровождается выпадением волос, воспалительным поражением кожи, возникновением
некротических очагов и экзематозных явлений, поражением почек, потерей способности к
размножению; к развитию истощения.
Избыток липидов : атеросклероз, ожирение
4. Обмен углеводов: значение углеводов для организма, биологическая ценность
различных углеводов, потребность организма в углеводах, регуляция обмена
углеводов, последствия избыточного и недостаточного поступления их в организм.
Биологическая роль углеводов определяется их энергетической функцией . Углеводы в виде
глюкозы – непосредственный источник энергии почти для всех клеток организма человека и
животных. Энергетическая ценность 1 г углеводов составляет 17,18 кДж. Особенно велика роль
глюкозы для нейронов ЦНС, для которых она является основным субстратом дыхания. Углеводы
выполняют функцию резервирования энергии. Запас углеводов у человека представлен в основном
гликогеном. Углеводы выполняют пластическую функцию. Нерастворимые полимеры углеводов
выполняют функцию структурных элементов костей, хрящей и соединительной ткани. Углеводы
других типов служат в качестве смазки. Все вещества этих групп называют
гликозаминогликанами, или кислыми мукополисахаридами. К ним относятся хондроитин –
основной полисарид протеогликанов, т.е. соединений углеводов с белками. В коже он представлен
дермантансульфатом. Муцин – скользкое смазывающее вещество. Гиалуроновая кислота –
межклеточное вещество тканей человека и животных – образует очень вязкие, гелеобразные
растворы. Суточная потребность 500г.
Регуляция обмена углеводов. Основным параметром регулирования углеводного обмена
является поддержание уровня глюкозы в крови в пределах 4,4—6,7 ммоль/л. Изменение
содержания глюкозы в крови воспринимается глюкорецепторами, сосредоточенными в основном в
печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса. Показано участие
ряда отделов ЦНС в регуляции углеводного обмена. Центральным звеном регуляции углеводного
и других видов обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюкозы,
является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и
гуморальным путем, включающим эндокринные железы. Выраженным влиянием на углеводный
обмен обладает инсулин — гормон, вырабатываемый β-клетками островковой ткани
поджелудочной железы. Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких
гормонов. Это глюкагон, продуцируемый альфа-клетками островковой ткани поджелудочной
железы; адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников; глюкокортикоиды — гормоны
коркового слоя надпочечника; соматотропный гормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин —
гормоны щитовидной железы.
Избыточное поступление углеводов в организм приводит также к повышению содержания
жиров в крови, в результате холестерин откладывается на стенках сосудов. Кроме того, такое
питание приводит к увеличению массы тела; еще одно последствие заключается в том, что
клетки поджелудочной железы перестают вырабатывать инсулин, а это становится причиной
нарушения обмена веществ, что чревато сахарным диабетом. Недостаток: хронический дефицит
углеводов приводит к истощению запасов гликогена в печени и отложению жира в ее клетках,
что может привести к жировому перерождению печени; нарушение обмена жиров и белков. В
крови начинают накапливаться вредные продукты неполного окисления жирных кислот и
кетоны. Избыточное образование кетонов при усиленном окислении жиров и частично белков
может привести к смещению внутренней среды организма в кислотную сторону и отравлению
тканей мозга вплоть до развития ацидотической комы с потерей сознания.
5. Характеристика функциональной системы, поддерживающей уровень глюкозы в крови
и ее схема. Регуляция уровня глюкозы в крови.
Углеводы играют ведущую роль в энергетическом обмене организма. Деятельность практически
всех без исключения органов находится в большей или меньшей зависимости от содержания
углеводов в притекающей к ним крови. Глюкоза особенно важна для работы мышц и деятельности
нервной системы. Полезный приспособительный результат функциональной системы: местные
резервы углеводов в разных тканях неодинаковы, поэтому степень зависимости скорости
обменных процессов в органах и их функции определяются концентрацией глюкозы в крови.
Оптимальным содержанием глюкозы в крови, обеспечивающим нормальный уровень
метаболических процессов в тканях, является 4,8-6,6 ммоль/л. Снижение уровня глюкозы ниже
указанного показателя – гипогликемия, повышение- гипергликемия. Кроме глюкозы в указанный
показатель входят: гепарин, гликоген лейкоцитов, пентозы, галактозы, определяемые вместе с
глюкозой. Их содержание в крови 0,36-1,2 ммоль/л. В венозной крови уровень глюкозы обычно
ниже, чем в артериальной, т.к. часть её переходит из крови в ткани. Артериовенозная разница
содержания глюкозы зависит от специфики органа и уровня его активности, в период активности
работы поглощение глюкозы возрастает, и артериовенозная разница возрастает.
Периодические изменения уровня глюкозы в крови у человека и животных обусловлены
суточными и сезонными колебаниями, приёмом пищи, эмоциональным состоянием,
возрастными особенностями. В полночь содержание глюкозы в крови примерно на 0,6
ммоль/л выше, чем днём. После приёма пищи, содержание глюкозы в крови быстро
увеличивается и возвращается к исходному уровню примерно через 2 часа. У здорового
человека в первые 30 мин после приёма глюкозы содержание её в крови резко
повышается, однако не более чем на 9,6-10,8 ммоль/л. Преходящая гипергликемия
обусловлена всасыванием принятой глюкозы из кишечника и рефлекторным выделением
глюкозы из печени в ответ на поступление глюкозы в организм. Вслед за подъёмом
начинается снижение концентрации глюкозы в крови. Через 120-150 мин после пищевой
нагрузки её уровень становится ниже исходного, т.е. наступает кратковременная
гипогликемическая фаза сахарной кривой. Она обусловлена избыточной секрецией
инсулина в ответ на гипергликемию. К концу 3ого часа содержание глюкозы
возвращается к исходным величинам. В детском и молодом возрасте преобладает секреция
инсулина, а в старческом — глюкагона.
Повышение уровня глюкозы в крови наблюдается при болевых раздражениях и эмоциях у
человека и при эмоциональном возбуждении у животных. Изменение уровня глюкозы в крови
отмечается при кислородной недостаточности, гриппе, пневмонии. Гипергликемия имеет место в
тяжелый период при многих инфекционных заболеваниях — скарлатине, дифтерии, дизентерии,
туберкулезе.
Рецепция уровня глюкозы в крови. Оптимальный уровень глюкозы воспринимается специальными
хеморецепторами, чувствительными к изменению концентрации глюкозы крови.
Глюкозорецепторы расположены в печени, сосудах, желудочно-кишечном тракте и в ЦНС.
Рефлекторно изменяется уровень глюкозы в крови при воздействии растворов глюкозы различной
концентрации на слизистые оболочки ротовой полости и желудка.
Центральные глюкозорецепторы расположены в вентромедиальном отделе гипоталамуса.
Посредством рилизинг-факторов нейроны вентромедиального гипоталамуса оказывают
активирующее влияние на передний отдел гипофиза, а через него — на деятельность желез
внутренней секреции, в частности щитовидную железу, надпочечники и поджелудочную железу.
Центральная роль в механизме регуляции содержания глюкозы в крови принадлежит
гипоталамусу.Регулирующие влияния гипоталамуса на углеводный обмен реализуются:
1)за счет повышения активности симпатического отдела вегетативной нервной системы;
2) воздействием гипоталамуса на аденогипофиз, стимулирующим выработку им
адренокортикотропина, соматотропина и тиреотропина.
Среди других структур головного мозга, оказывающих влияние на уровень глюкозы в крови,
ведущая роль принадлежит мозжечку.
Установлено также влияние коры больших полушарий мозга на содержание глюкозы в крови.
Повышение уровня глюкозы в крови отмечено у спортсменов в предстартовом состоянии и во
время соревнований, а также у студентов во время экзаменов.
В 1853 г. К. Бернар показал, что животные, у которых удалена печень, умирают от недостатка в
крови глюкозы, и выяснил, что в печени содержится исходная субстанция — гликоген, из которой
при необходимости синтезируется глюкоза крови.
В настоящее время известно, что в печени происходят различные процессы, связанные с обменом
углеводов в организме:
• из глюкозы синтезируется гликоген — гликогенез;
• в случае необходимости гликоген распадается вновь до глюкозы, т.е. происходит гликогенолиз;
образовавшаяся глюкоза поступает в кровяное русло;
• в печени происходит образование углеводов из продуктов распада белков и жиров —
гликонеогенез.
При низком уровне глюкозы в крови печень выделяет ее в кровь, при больших концентрациях
глюкозы в крови печень захватывает ее и синтезирует на этой основе гликоген.
Характерно, что только один гормон — инсулин — обладает отчетливым гипогликемическим
действием. Показано, что р-клетки поджелудочной железы способны независимо, без всякого
влияния со стороны ЦНС, реагировать на гипергликемию секрецией инсулина.
Секрецию инсулина в процессе пищеварения стимулируют секретин и холецистокинин. Кроме
того, повышение концентрации глюкозы в крови ведет к подавлению секреции таких гормонов,
как глюкагон, глюкокортикоиды, СТГ и адреналин, что также ведет к увеличению концентрации
инсулина в крови.
В регуляции содержания глюкозы в крови в условиях гипогликемии участвуют гормоны
надпочечников. В ответ на пониженное содержание глюкозы в крови в мозговом веществе
надпочечников усиливается выработка адреналина. Выделение адреналина является следствием
первичного влияния гипогликемии на гипоталамус и гипофиз.
Помимо АКТГ в регуляции глюкозы в крови принимает участие соматотропный гормон,
продуцируемый аденогипофизом. СТГ уменьшает утилизацию периферическими тканями
глюкозы и одновременно усиливает распад жира, доставляя исходный материал для
гликонеогенеза. Гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин — усиливают
поглощение глюкозы тканями.
6. Обмен солей: значение минеральных веществ для организма, потребность в
солях, опасность избыточного потребления поваренной соли. Обмен воды: значение
воды для организма, биологическая ценность различной воды, потребность
организма в воде, регуляция водно-солевого обмена.
Организм нуждается в постоянном поступлении минеральных солей. Наиболее важное значение
имеют натрий, калий, кальций. В зависимости от количественного содержания в организме их
принято подразделять на макро–, полумикро– и микроэлементы.
Важнейшими среди неорганических веществ являются: Ca2+, Na+, K+, Mg2+, HCO3-, HPO42-, Cl-,
SO42-. Важнейшими среди полумикро– и микроэлементов являются: Fe, Cu, Zn, Mn, Co.
Неорганические ионы участвуют в создании осмотического давления, мембранного
потенциала, необходимы для транспорта веществ через мембраны, а также участвуют в
осуществлении специфических функций – регуляции активности ферментов, как участники
ферментативных актов, построении костного скелета и некоторых других.
Натрий участвует в поддержании равновесия кислотно-основного состояния, осмотического
давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании
потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма.
Ему придается большое значение в развитии ряда заболеваний. В частности, считают, что
натрий опосредует развитие артериальной гипертензии за счет как увеличения объема
внеклеточной жидкости, так и повышения сопротивления микрососудов.
Калий принимает также активное участие в регуляции равновесия кислотно-основного
состояния. Он является фактором поддержания осмотического давления в клетках. Регуляция
его выведения осуществляется преимущественно почками.
Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в
инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей
системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает
симпатикотропным действием.
Кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор составляют основную массу живого
вещества. Потребность в солях : до 5-6 грамм в сутки для взрослого человека. Избыток
потребления :
1. что в организме начинает задерживаться жидкость что приводит к появлению скрытых
отеков.Особенно опасен переизбыток соли при заболеваниях почек и сердечно-сосудистой
системы.
2.соль препятствует расщеплению собственных жиров, тем самым способствуя набору веса.
3. дефицит кальция в организме, а его нехватка ведет к остеопорозу.
4. выведение избыточного натрия с мочой создает дополнительную нагрузку на почки, которые
эту мочу фильтруют, увеличивая риск отложения камней в почках.
5. соль повышает выработку соляной кислоты, что может привести к обострению заболеваний
желудочно-кишечного тракта.
Вода у взрослого человека составляет60% от массы тела, а у новорожденного — 75%. Она
является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и
тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий
поддержания жизнедеятельности. Основная масса всей воды в организме входит в состав
протоплазмы клеток, составляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода
входит тканевой, или интерстициалъной жидкости (около 21%) и воды плазмы крови (около
8%). Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. Минимальная суточная
потребность составляет около 1700 мл воды.
Вода обладает особенным комплексом физико-химических свойств, что делает ее незаменимой
и определяет физиологическое значение. Вода необходима как хороший растворитель. Она
обладает высокой теплоемкостью и поэтому важна для терморегуляции. Испарение воды с
поверхности кожи уносит излишки тепла, что важно для терморегуляции. Вода обладает
высокой теплопроводностью, что обеспечивает быстрое выравнивание температурных
градиентов внутри организма. Общее содержание воды в организме человека составляет 60–
65%.
По степени связанности (иммобилизованности) выделяют свободную и связанную воду.
Связанная вода входит в состав биомолекул и надмолекулярных структур, она не участвует в
растворении веществ.
Свободная вода – в ней растворено основное кол-во органических и не органических в-в.
Конституционная вода - входит в состав молекул белков, жиров и углеводов и освобождается
при их окислении.
Водно-солевой обмен — совокупность процессов поступления воды и солей (электролитов) в
организм, их всасывания, распределения во внутренних средах и выделения.
Регуляция В.-с. о. осуществляется при участии нескольких физиологических систем. Сигналы,
поступающие от специальных неточных рецепторов, реагирующих на изменение концентрации
осмотически активных веществ, ионов и объема жидкости передаются в ц.н.с., после чего
выделение из организма воды и солей и их потребление организмом меняется соответствующим
образом. Так, при увеличении концентрации электролитов и уменьшении объема циркулирующей
жидкости (гиповолемии) появляется чувство жажды, а при увеличении объема циркулирующей
жидкости (гиперволемии) оно уменьшается. Увеличение объема циркулирующей жидкости за счет
повышенного содержания воды в крови (гидремия) может быть компенсаторным, возникающим
после массивной кровопотери. Гидремия представляет собой один из механизмов восстановления
соответствия объема циркулирующей жидкости емкости сосудистого русла. Патологическая
гидремия является следствием нарушения В.-с. о., например при почечной недостаточности и др.
У здорового человека может развиться кратковременная физиологическая гидремия после приема
больших количеств жидкости. Выведение воды и ионов электролитов почками контролируется
нервной системой и рядом гормонов. В регуляции В.-с. о. участвуют и вырабатываемые в почке
физиологически активные вещества — производные витамина D3, ренин, кинины и др.
7. Обмен энергии в организме: источник энергии, значение энергии, понятие об
основном и рабочем обмене, их показатели, факторы, на них влияющие.
Источник энергии - продукты гидролиза углеводов, жиров, белков, поступающих с пищей,
циркулирующие в крови вместе с продуктами диссимиляции клеточных структур и составляющие
общий фонд питательных в-в.
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная
энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в
тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание
температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток,
обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.
Теплообразование в организме имеет двухфазный характер. При окислении белков, жиров и
углеводов одна часть энергии используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту.
Теплота, выделяющаяся непосредственно при окислении питательных веществ, получила
название первичной теплоты. На этом этапе большая часть энергии превращается в тепло, а
меньшая используется на синтез АТФ и вновь аккумулируется в ее химических
макроэргических связях.Аккумулированная в АТФ энергия используется в дальнейшем для
механической работы, химических, транспортных, электрических процессов и в конечном
счете тоже превращается в теплоту, обозначаемую вторичной теплотой. Вся энергия,
образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или
джоулях.
Энергетический обмен присущ каждой живой клетке, сопровождая ее функциональный и
структурный метаболизм. Единицей измерения энергообмена является 1 ккал.
Интенсивность энергообмена зависит от характера деятельности. В зависимости от этого
выделяют понятия основной обмен и рабочий обмен.
Основной обмен – это минимальный расход энергии, необходимый для поддержания жизни
организма в состоянии полного покоя, при исключении всех внутренних и внешних влияний,
через 12 часов после приема пищи. В этом состоянии организм расходует энергию на никогда не
прекращающиеся в нем химические процессы.
Факторы, влияющие на основной обмен
1) Половая принадлежность
2) Структура тела
3) Вес
3) Рост
4) Возраст
5) Спорт и физические нагрузки
6) Питание
Для мужчины среднего возраста ,среднего роста и со средней массой тела основной обмен
равен 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У женщин
той же массы он примерно на 10 % ниже.
Рабочий обмен - это затрата энергии для выполнения внешней работы. Общая потребность в
энергии при умственном труде равна 2500 - 3200 ккал (10 475 - 13 410 кДж), при
механизированном труде или легкой немеханизированной работе - 3200 - 3500 ккал (13 410 14 665 кДж), при частично механизированном труде или немеханизированном труде
умеренной тяжести. 3500 - 4500 ккал (14 665 - 18 855 кДж), при тяжелом
немеханизированном физическом труде - 4500 - 5000 ккал.
Факторы (как и в основном обмене).
Закон поверхности тела Рубнера : зависимость интенсивности основного обмена от
площади поверхности тела была показана немецким физиологом Рубнером для различных
животных. Согласно этому правилу, интенсивность основного обмена тесно связана с
размерами поверхности тела: у теплокровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1
м2 поверхности рассеивается одинаковое количество тепла.
Рабочая прибавка– это любой дополнительный расход энергии сверх основного обмена.
8. Принципы исследования прихода энергии в организм по приходу питательных веществ
в эксперименте и по таблицам, физический и физиологический калорический
коэффициенты питательных веществ. Физическая калориметрия: принцип метода, формула
расчета тепла, содержащегося в пищевом продукте.
Исследование прихода энергии в организм. Основными методами определения количества
энергии в навеске продукта является: физическая калориметрия. Сущность : в калориметре
сжигают навеску продукта, а затем по степени нагревания воды и материала калориметра
рассчитывают выделившуюся энергию. Количество тепла, выделившегося при сгорании
продукта в калориметре, рассчитывают по формуле:
где О. - количество тепла, М - масса (в - воды, к - калориметра), (t2-t1) ~ разность температур
воды и калориметра после и до сжигания навески, С - удельная теплоемкость, 0 - количество
тепла, образуемое окислителем.
Количество тепла, освобождаемое при сгорании 1 г вещества в калориметре,
называют физическим калорическим коэффициентом, при окислении 1 г вещества в
организме - физиологическим калорическим коэффициентом. Основанием для расчета
прихода энергии в организм по количеству усвоенных белков, жиров и углеводов является
закон термодинамики Гесса, который гласит: термодинамический эффект зависит только от
теплосодержания начальных и конечных продуктов реакции и не зависит от промежуточных
превращений этих веществ. При окислении в организме 1 г белков освобождается 4, 1 ккал(17,
2кДж), 1 г жиров -9, 3 ккал (38, 9 кДж), 1 г углеводов - 4, 1 ккал (17, 2 кДж). При сгорании в
калориметре жиров и углеводов выделяется столько же тепла, сколько в организме. При
сгорании белка в калориметре энергии выделяется несколько больше, чем в организме, так как
часть энергии белка при окислении в организме теряется с мочевиной и другими веществами
белкового обмена, которые содержат энергию и выводятся с мочой.
Чтобы рассчитать приход энергии в организм с пищей, химическим путем определяют
содержание белков, жиров и углеводов в продуктах питания, умножают их количество на соответствующие физиологические калорические коэффициенты, суммируют и из суммы вычитают
10% - что не усваивается в пищеварительном тракте(потери с калом).
9. Принципы исследования расхода энергии организмом (два основных способа и
их обоснование). Значение показателей газообмена, дыхательного коэффициента и
калорического эквивалента кислорода, принцип расчета расхода энергии по этим
показателям.
Методы исследования энергетических затрат организма. Их два - прямая калориметрия и
непрямая калориметрия.
Прямая калориметрия : Принцип: определяется количество тепла, которое организм выделяет
за сутки. Оборудование: биокалориметр – камера с толстыми теплоизолированными стенами, в
которой по трубам протекает вода. Тепло, выделенное человеком, нагревает воду. По степени
нагревания воды определяют количество тепла. Продолжительность исследования: 24 часа.
Недостаток метода: сколько окислялось БЖУ остается неизвестным.
Непрямая калориметрия : Принцип: по данным газообмена рассчитываем количество
выделенного тепла.
(1) метод Шатерникова
Метод закрытый. Исследование проводится в специальной респирационной камере в течение 24
часов. Определяется количество поглощенного О2, количество выделенного СО2 и количество
азота в моче за сутки. По азоту мочи можно рассчитать количество окисленного белка, по данным
газообмена с использованием дыхательного коэффициента можно рассчитать количество
окисленных жиров и углеводов. Найденное количество БЖУ умножим на калорические
коэффициенты БЖУ и узнаем количество выделенной энергии. Метод позволяет определить
расход веществ и расход энергии (валовый обмен).
(2) метод Дугласа-Холдена
Метод открытый с полным газовым анализом. Во время исследования выдыхаемый воздух
собирается в специальный мешок в течение 10-15 минут. Затем проводят газовый анализ
выдыхаемого воздуха и определяют минутный объем дыхания. Дальнейший расчет проводится
следующим образом: 1-ый этап – определяют количество поглощенного О2 и выделенного СО2 ; 2ой этап – рассчитывают дых. коэф.; 3-ий этап –по таблице с помощью ДК определяют
калорический эквивалент кислорода(КЭ О2); 4-ый этап – умножив КЭ О2на количество
поглощенного О2определяют количество выделенной энергии. Метод позволяет определить
расход энергии в различный физиологических условиях (рабочий обмен).
Дыхательный коэффициент– это отношение объема выделенного СО2 к объему поглощенного
О2(за одно и то же время). Величина ДК зависит от того, какие питательные вещества и в каком
соотношении окисляются в организме.
Калорический эквивалент кислорода– это количество энергии, которое выделяется в организме
при использовании 1 литра кислорода. Величина КЭ О2зависит от того, какие питательные
вещества и в каком соотношении окисляются в организме.
Калорическим, или тепловым, коэффициентом называют количество тепла, освобождаемое
при сгорании 1 г вещества. По данным Pyбнера, калорические коэффициенты основных
питательных веществ при окислении их в организме таковы:
1 г белка
4,1 ккал
1 жира
9,3 ккал
1 углеводов
4,1 ккал
10. Питание: физиологические нормы питания различных профессиональных
групп, основные требования к составлению пищевого рациона и режиму приема
пищи, усвояемость пищи, правило изодинамии питательных веществ и его критика.
Общебиологическая характеристика витаминов.
Питание — процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в
организме пищевых веществ (нутриентов), необходимых для покрытия
пластических и энергетических нужд организма, образования его физиологически
активных веществ.
1. Работники, преимущественно умственного труда: инженерный состав, врачи(кроме
хирургов), работники науки и искусства, литературы, руководители и т.п. - 2500-2800
ккал/сут
2. Работники легкого физического труда: инженерно-технический состав, работники связи,
радиоэлектронной промышленности, медсестры, санитарки и т.п. - 2800-3000 ккал/сут
3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари, железнодорожники, врачи-хирурги,
водители автотранспорта, продавцы продуктов, водники - 3000 - 3200 ккал/сут
4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, металлурги и литейщики,
механизаторы, плотники, нефтяники и газовики, сельхозрабочие - 3400 - 3700 ккал/сут
5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары, вальщики леса, землекопы,
грузчики - 3900 - 4500 ккал/сут
Принципы составления пищевых рационов: Принимаемая пища должна по
калорийности покрывать энергетические расходы; Учёт усвояемости пищи; Учёт норм
питания; Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов; Процентное
распределение питательных веществ: завтрак-30%, обед-40-50, ужин 10-20%.
Усвояемость пищи : животная пища 95%, растительная 80 %, смешанная 85-90%.
М. Рубнер сформулировал правило изодинамии, согласно которому отдельные питательные
вещества могут наменять друг друга в соответствии с их калорическими коэффициентами.
Согласно этому правилу, 1 г жира можно заменить 2,3 г углеводов или белка, а 1 г белка 1 г
углевода или 0,44 г жира. Однако правило изодинамии имеет весьма ограниченное значение, так
как оно учитывает только энергетические нужды организма, между тем как вещества пищи имеют
еще и иное значение, служа также пластическим материалом, из которого строятся вещества
протоплазмы клеток, непрерывно разрушающиеся в ходе обмена веществ.
Витаминами называют такие органические соединения, которые необходимы в небольших
количествах для нормальной жизнедеятельности организма, однако не могут вырабатываться в
организме или вырабатываются в недостаточном количестве. Витамины выполняют
высокоспецифические функции в обменных процессах. Часто в виде кофакторов они входят в
состав ферментов, либо оказывают сложное воздействие на ту или иную систему – биохимический
процесс, ткань, орган.
Часть витаминов способна растворяться только в жирах, поэтому их называют
жирорастворимыми в отличие водорастворимых – растворяющихся в водной фазе. К
жирорастворимым относятся витамины A, D, E, K: витамин. К водорастворимым относят
витамины группы В и витамин С: В1 – антиневритный или тиамин; В2 – витамин роста или
рибофлавин; В6 – антидерматитный или пиридоксин; В12 – антианемический или цианкобаламин;
РР – антипелларгический или ниацин; В9 – антианемический или фолиевая кислота; В3 –
антидерматитный или пантотеновая кислота; В7 – антисеборейный или биотин; Р – укрепляющий
капилляры или биофлавониды; С – антицинготный или аскорбиновая кислота.
11. Терморегуляция: значение постоянства температуры внутренней среды
организма, температура различных участков кожных покровов и внутренних
органов человека, виды терморегуляции, физические и физиологические механизмы
теплоотдачи, нейрогуморальные механизмы терморегуляции.
Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно
постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство
температуры тела носит название изотермии. Изотермия свойственна только так называемым
гомойотермным, или теплокровным, животным. Изотермия отсутствует у пойкилотермных,
или холоднокровных, животных, температура тела которых переменна и мало отличается от
температуры окружающей среды.
Все химические реакции в организме зависят от температуры. У пойкилотермных
интенсивность энергетических процессов возрастает пропорционально внешней температуре в
соответствии с правилом Ван-Гоффа. У гомойотермных это правило замаскировано другим
эффектом (регуляторным термогенезом) и проявляется лишь при блокаде терморегуляции
(наркоз, повреждение НС). Даже после блокады регуляторного компонента сохраняются
значительные количественные различия между обменными процессами у холоднокровных и
теплокровных: при одной и той же температуре тела интенсивность обмена энергии на
единицу массы тела у теплокровных в 3 раза больше.
Температура различных областей тела условного человека при температуре окружающей среды
20°С внутренние органы - 37°С подмышечная впадина - 36°С глубокая мышечная часть бедра 35°С глубокие слои икроножной мышцы - 33°С область локтевого сгиба - 32°С кисть - 28°С центр
стопы - 27-28°С Критической температурой тела считается 42°С, при ней происходит нарушение
обмена веществ в тканях мозга. Организм человека лучше приспособлен к холоду.
1.Химическая терморегуляция - осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что
приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются
экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ.
- Сократительный термогенез (работает если нам холодно и необходимо поднять температуру
тела. Заключается этот метод в сокращении мышц.
При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты,
идущей на согревание тела.)
- Несократительный термогенез (Он осуществляется путём ускорения или замедления
катаболических процессов обмена веществ. А это, в свою очередь, будет приводить к снижению
или увеличению теплопродукции. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти
в 3 раза. Регуляция процессов не сократительного термогенеза осуществляется путём активации
симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной и мозгового слоя
надпочечников.)
2. Физическая терморегуляция- совокупность физиологических процессов, ведущих к
изменению уровня теплоотдачи.
-Излучение(отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона.)
-Теплопроведение (или кондукция - способ отдачи тепла при непосредственном соприкосновении
тела с другими физическими объектами)
-Конвекция(теплоотдача, осуществляемая путём переноса тепла движущимися частицами
воздуха (воды).)
-Испарение(отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с
поверхности кожи и слизистых дыхательных путей.)
Управление терморегуляцией
Гипоталамус
Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. Разрушение его центров или нарушение
нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела. В переднем
гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи. При разрушении
нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но
физиологическая активность в условиях холода сохраняется. Нейроны заднего гипоталамуса
управляют процессами теплопродукции. При их повреждении нарушается способность к
усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.
Эндокринная система
Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной
температуры приводит к усиленному выделению её гормонов, ускоряющих обмен веществ и,
следовательно, теплообразование.Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь
катехоламинов, которые, усиливая или уменьшая окислительные процессы в тканях (например,
мышечной), увеличивают или уменьшают теплопродукцию и сужают или увеличивают кожные
сосуды, меняя уровень теплоотдачи.
12. Терморегуляция: пойкило-, гомой- и гетеротермия, роль отдельных органов в
теплопродукции, характеристика функциональной системы, поддерживающей
постоянство температуры внутренней среды организма и ее схема.
Терморегуляция- поддержание оптимального уровня температуры тела для процессов
жизнедеятельности обусловленное процессами метаболизма.
Гомойотермия (равный температуре) (высшие животные и человек)-способность поддерживать
температуру согласно метаболических процессов.
Пойкилотермия-животные не способные поддерживать температуру или холоднокровные.
Гетеротермия-промежуточная группа.
Температура внутренних органов более высокая, поэтому сложилось представление об
"оболочке" и "ядре" тела, "Оболочка" тела имеет более низкую температуру, которая подвержена
значительным колебаниям. В состав "оболочки" входят кожа, скелетные мышцы. Установлено,
что температура мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7°С.
"Ядро" тела имеет более высокую температуру, колебания которой сравнительно невелики. "Ядро"
включает внутренние органы. Температура внутренних органов зависит от интенсивности
обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая
является самым "горячим" органом тела: температура в ткани печени равна 38-38,5°С.
Температура в прямой кишке составляет 37-37,5°С. Однако она может колебаться в пределах 45°С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой оболочки и
других причин. У бегунов на длинные (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в
прямой кишке может повышаться до 39-40°С.
Наиболее интенсивно идет процесс теплообразования в мышцах, легких, печени, почках. В
мышцах вырабатывается до 30-50 % тепла при охлаждении тела. Выделяют сократительную и
несократительную теплопродукцию.
Сократительная теплопродукция наблюдается только в скелетной структуре. Сокращения
мышц при этом могут быть произвольными и непроизвольными.
Произвольные сокращения - двигательная активность человека, она очень быстро ведет к
увеличению теплообразования.
Непроизвольные терморегуляторные сокращения мышц - дрожь и терморегуляторный тонус
мышц (непроизвольные тонические сокращения мышц спины, шеи).
Несократительная теплопродукция при охлаждении организма увеличивается во многих
тканях. Специфической тканью такой теплопродукции является бурая жировая ткань. После
удаления бурой жировой ткани в эксперименте устойчивость организма к холоду существенно
снижается.
Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства температуры тела, представляют
собой сложные рефлекторные акты, которые возникают в ответ на температурное раздражение
рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также самой ЦНС. Эти рецепторы,
воспринимающие холод и тепло, названы терморецепторами.
Есть два вида терморецепторов - одни воспринимают тепло (тепловые рецепторы), другие - холод
(холодовые рецепторы). Те и другие реагируют возникновением вспышки импульсов в ответ на
адекватное раздражение (соответствующее изменение температуры среды), причем имеет
значение скорость изменения температуры и величина раздражителя (разность исходной и новой
температуры в тканях). При резком охлаждении кожи частота импульсации в холодовых
рецепторах возрастает, а при быстром согревании уменьшается или прекращается. На такие же
перепады температуры тепловые рецепторы реагируют прямо противоположно. Тепловые и
холодовые рецепторы ЦНС реагируют на изменение температуры крови, притекающей к нервным
центрам
Температурные рецепторы в ЦНС находятся в преоптической зоне передней части гипоталамуса,
в ретикулярной формации среднего мозга и в спинном мозге. Наличие таких рецепторов
доказывается появлением дрожи у собаки при охлаждении денервированной конечности.
Локальное охлаждение разных участков мозга вызывает вспышки импульсов. Дрожь и сужение
кожных сосудов, а, следовательно, повышение теплообразования и понижение теплоотдачи
возникают также при охлаждении сонной артерии, приносящей кровь к головному мозгу.
Центры терморегуляции расположены в гипоталамусе. Разрушение его делает животное
пойкилотермным. При изучении роли различных участков гипоталамуса в терморегуляции
обнаружены ядра, изменяющие процесс теплообразования, и ядра, влияющие на теплоотдачу.
Химическая терморегуляция (усиление теплообразования, мышечная дрожь) контролируется
хвостовой частью гипоталамуса. Разрушение этого участка мозгового ствола у животных делает
их неспособными переносить холод. Охлаждение животного после такой операции не вызывает
дрожи и компенсаторного повышения теплообразования. Физическая терморегуляция (сужение
сосудов, потоотделение) контролируется передней частью гипоталамуса. Разрушение данной
области — центра теплоотдачи — не лишает животного способности переносить холод, но после
операции оно быстро перегревается при высокой температуре окружающей среды (так как
поврежден механизм, обеспечивающий физическую терморегуляцию).
Центры теплообразования и центры теплоотдачи находятся в реципрокных взаимоотношениях.
Терморегуляторные рефлексы могут осуществляться и спинным мозгом. Охлаждение спинного
мозга животного, у которого этот отдел ЦНС отделен от вышележащих отделов перерезкой,
вызывает мышечную дрожь и сужение периферических сосудов. Однако одни спинальные
терморегуляторные механизмы не способны обеспечить постоянство температуры тела.
В осуществлении гипоталамической регуляции температуры тела участвуют железы внутренней
секреции, щитовидная и надпочечники. Так, тироксин повышает интенсивность метаболизма,
усиливая теплопродукцию. Адреналин суживает кровеносные сосуды, сохраняя температуру ядра
тела. Участие надпочечников в терморегуляции обусловлено выделением ими в кровь адреналина,
который, усиливая окислительные процессы в тканях, в частности в мышцах, повышает
теплообразование и суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу. Поэтому адреналин
способен вызывать повышение температуры тела.