Обмен веществ. Энергетический обмен. Основной обмен и методы его определения. Терморегуляция. Механизмы теплопродукции и теплоотдачи.

1. Обмен веществ и его этапы. Анаболизм и катаболизм. Функции клеточного метаболизма.

Обмен веществ – это совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт, до образования конечных продуктов распада.

Обмен веществ включает три этапа:

1) поступление веществ в организм (дыхание и питание),

2) метаболизм (катаболизм и анаболизм),

3) выделение конечных продуктов из организма.

Обмен веществ и энергии обеспечивается различными физиологическими и биохимическими процессами. Под физиологическими процессами понимают мотивации питания, передвижение пищи по пищеварительному тракту, ее переваривание, всасывание, транспорт и утилизация мономеров питательных веществ и выделение во внешнюю среду продуктов обмена. Под биохимическими процессами понимают физико-химические превращения поступающих с пищей веществ (с участием ферментов, витаминов, электролитов, кислорода). Процесс обмена веществ подчиняется всеобщему закону сохранения материи: при всех явлениях природы видоизменяется только форма вещества, количество же его остается постоянным. Питательные вещества являются единственным источником энергии для человека. Пластическая роль питательных веществ состоит в том, что из них после сложных химических превращений образуются собственные структурные компоненты клеток и тканей.

М етаболизм (обмен веществ) – химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия.

Анаболические реакции обеспечивают синтез, обновление структурных компонентов тканей и накопление энергии, что необходимо для роста, развития и поддержания функциональных резервов. Рост, развитие организма, состояние беременности, переедание, восстановительные реакции обычно характеризуются преобладанием анаболических реакций.

Катаболические реакции – совокупность процессов расщепления сложных молекул клеток до конечных продуктов – воды, углекислого газа, аммиака с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности каждой клетки и всего организма. Физические нагрузки, психоэмоциональные стрессорные реакции старческий возраст характеризуются преобладанием катаболических реакций.

2) Обмен белков. Обмен жиров. Обмен углеводов.

Обмен белков.

О количестве белка, расщепившегося за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека – выделение организмом 1г азота соответствует распаду 6,25г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется 3,7г азота, то есть масса разрушившегося белка составляет 23г (3,7 х 6,25 = 23) или 0,028 – 0,075г азота на 1кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера – минимальное количество белка постоянно распадающего в организме).

Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (рост организма, беременность и т.д.). Если количество выводимого из организма азота превышает его поступление, то это отрицательный азотистый баланс (голодание, заболевание и т.д.).

Необходимо потребление не менее 0,75г белка на 1кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70кг составляет не менее 52,5г полноценного белка (85 – 90 г).

Роль белков. Процессы роста и самообновления структурных компонентов; процессы регенерации; продукция ферментов, гормонов белково-пептидной природы, иммуноглобулинов, гемоглобина; белки обеспечивают онкотическое давление; входят в состав буферных систем плазмы; поддерживают суспензионные свойства и вязкость крови; являются переносчиками гормонов, минеральных веществ, липидов и холестерина; участвуют в важнейших защитных реакциях организма и т.д.

Часть аминокислот используется как энергетический материал, сначала они теряют группу энх2 - в результате образуется аммиак и кетокислота. Аммиак обезвреживается в печени путем превращения в мочевину. Кетокислоты распадаются на со2 и воду.

Обмен липидов

За счёт окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека составляют 10-20% массы тела. В условиях покоя после приёма пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо.

Из кишечника весь жир всасывается в лимфу в виде хиломикронов. На их внешней поверхности адсорбируется небольшое количество белка апопротеина, повышающего поверхностную стабильность капель и предупреждающего прилипание капель к стенке сосуда. Через грудной лимфопроток хиломикроны попадают в венозную кровь, при этом через 1ч после приёма жирной пищи их концентрация может достигать 1-2%, а плазма крови становится мутной. Через несколько часов плазма очищается с помощью гидролиза триглицеридов липопротеиновой липазой, а также путём отложения жира в клетках печени и жировой ткани. Особой формой транспорта липидов кровью являются липопротеины (ЛП). В ЛП низкой плотности содержится много триглицеридов и до 80% холестерина плазмы. Молекулы ЛП высокой плотности на 50% состоят из белка, в них мало холестерина и фосфолипидов.

Роль: холестерин ограничивает абсорбцию водорастворимых веществ и некоторых химических активных факторов; поддержание структуры и функции клеточных мембран, тканевых оболочек, покровов тела; жиры активно используются в качестве источника энергии, в результате чего ускоряется гидролиз триглицеридов, продукты которого транспортируются к тканям и окисляются; жиры являются источником образования эндогенной воды и являются своеобразным депо энергии и воды и т.д.

Обмен углеводов.

Организм человека получает углеводы в виде крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В ЖКТ они расщепляются до моносахаридов. Моносахариды всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печень (здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу). Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к её концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в гликоген. При ограничении потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь. В течение первых 12 и более часов после приёма пищи поддержание концентрации глюкозы крови обеспечивается за счёт распада гликогена в печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза. В среднем за сутки человек потребляет 400-500г углеводов.

Роль углеводов:

1) Пластическая роль углеводов состоит в том, что глюкоза, галактоза и другие сахара входят в состав гликопротеинов плазмы крови и гликолипидов, играющих важную роль в рецепторной функции клеточных мембран.

2) В клетках глюкоза используется как источник энергии путём фосфорилирования при участии фермента гексокиназы и глюкокиназы. Основная часть глюкозы расходуется на синтез АТФ в процессе окислительного фосфорилирования, а примерно одна треть химической энергии глюкозы переходит в тепловую.

Гормональная регуляция

Углеводный обмен

• Инсулин обеспечивает гликогенез, активирует использование глюкозы в тканях, что приводит к снижению уровня глюкозы в крови.

• Глюкагон и адреналин способствует гликогенолизу и гипергликемии.

• Кортизон, гидрокортизон вызывают гипергликемию и увеличение содержания гликогена в печени, стимулируют образование глюкозы из белков и жиров (гликонеогенез).

• Адренокортикотропный гормон влияет на интенсивность обмена, как стимулируя синтез и секрецию глюкокортикоидов, так и действуя непосредственно на ткани.

• Соматотропный гормон активирует секрецию глюкагона, ингибитор инсулина, вызывает гипергликемию и глюкозурию.

• Тиреотропный гормон стимулирует продукцию гормонов щитовидной железы, которые повышаю основной обмен, усиливают расщепление белков, жиров и углеводов, теплообразование.

Белковый обмен

• Соматотропный гормон усиливает синтез белка.

• Инсулин оказывает влияние на процессы белкового метаболизма, способствует транспорту аминокислот в ткани, обеспечивает энергией синтез белка. При его недостатке усиливается распад белков, которые идут на синтез углеводов.

• Гормоны надпочечников тормозят синтез и интенсивность превращений белков в организме.

• Тиреотропный гормон и тироксин повышают основной обмен и расщепление белка.

Жировой обмен

• Адреналин активирует мобилизацию жира из депо и его окисление.

• Соматотропный гормон и тироксин усиливают липолиз и расщепление жирных кислот.

• Инсулин усиливает использование углеводов в тканях, снижает расщепление жира, способствуя его депонированию.

• Глюкокортикоиды способствуют превращению углеводов в жир в жировой ткани и его отложению в жировых депо.