12.05.21 група 2 А сс фізіологія Лекція з теми: «ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ. ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ» ОБМІН БІЛКІВ

 

12.05.21    група 2 А сс    фізіологія

 

Лекція з теми: «ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ. ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ»

 

ОБМІН БІЛКІВ

Білки – це складні високомолекулярні сполуки, до складу яких входить

азот. У травному тракті білки розщеплюються до амінокислот, які всмоктуються в кров і далі потрапляють в клітини. З цих амінокислот у клітинах організму синтезуються білки, що мають видову специфічність.

Із відомих 20-ти амінокислот не всі мають однакову цінність для організму.

Розрізняють 12 замінних амінокислот, які можуть синтезуватися в організмі (глікол, аланін, цистеїн та ін.) і 8 незамінних амінокислот (аргінін, лейцин, лізин, триптофан  та ін.), які не синтезуються в організмі і обов’язково повинні надходити з їжею.

Білки, до складу яких входять усі необхідні для організму амінокислоти,

називають повноцінними. Найбільш повноцінними за амінокислотним складом є білки тваринного походження (яйця, м’ясо, молоко). Біологічно менш повноцінними для організму є білки рослинного походження, тому що вони не містять незамінних амінокислот. Саме тому в харчовому раціоні людини повинно бути не менше 30 % білків тваринного походження.

Білки є основним будівельним матеріалом для клітин організму. В цьому

полягає їх пластична функція. Вони виконують також енергетичну функцію:

при окисленні 1 г білка виділяється 4,1 ккал тепла. Крім цього, білки беруть

участь у забезпеченні більшості функцій організму. Так, вони входять до складу ферментів, що прискорюють хімічні реакції в організмі, підтримують онкотичний тиск, регулюючи цим водний обмін; білок фібриноген зумовлює згортання крові; гемоглобін транспортує кисень і вуглекислий газ; білки імуноглобуліни захищають організм від інфекції.

Важливою є не лише біологічна цінність білків, які надходять із їжею, але

і їх кількість. При недостатньому надходженні білків ріст і розумовий розвиток затримуються, зменшується опірність організму до інфекцій та знижується працездатність людини.

Кількість білка, що потрібна організмові, залежить від віку, статі, професії,

фізіологічного стану. Нормою споживання добової кількості білка для здорової дорослої людини вважається в середньому 100 грамів (1,5 г на 1 кг маси). Для грудної дитини – 3-3,5 г на 1 кг маси; для людини, що займається важкою фізичною працею, норма білка збільшується до 130-140 г на добу.

Баланс азоту.

Про кількість білка, що розпався в організмі, можна зробити

висновок за кількістю виведеного з організму азоту, оскільки він є складовою

частиною білка. Вивчаючи обмін азоту, ми можемо скласти уяву про обмін білків.

У білку знаходиться 16 % азоту, тобто 1 г азоту в 6, 25 г білка. Це білковий

коефіцієнт.

Для характеристики білкового обміну використовують визначення азотис-

того балансу. Для цього необхідно знати кількість білка, що надійшов з їжею,

і кількість білка, що розщепився в організмі, тобто зіставити надходження і

затрати білка. Білок потрапляє в організм з їжею, а незначна частина його, що не засвоїлася, виділяється з випорожненнями. Кількість білка, що одержав організм, вираховується із різниці між білком, що надійшов з їжею, і білком, що виділився з калом.

Кількість білка, що розщепився в організмі, визначають за вмістом азоту в

сечі. Перемножуючи кількість азоту в сечі на 6,25, визначають затрати білка.

Розрізняють 3 види азотистого балансу: азотиста рівновага, позитивний

азотистий баланс і від’ємний азотистий баланс.

Азотиста рівновага – це стан, при якому кількість виведеного азоту до-

рівнює кількості азоту, що надійшов. Азотиста рівновага спостерігається у дорослої здорової людини.

Позитивний азотистий баланс – це стан, при якому кількість азоту, що

надходить, переважає над кількістю виведеного азоту. Позитивний азотистий

баланс – це нормальний стан для організму, що росте. Діти потребують більшої кількості білка для процесів росту, нормального фізичного і розумового розвитку.

Позитивний азотистий баланс спостерігається в нормі у вагітних жінок, а також у спортсменів, в яких іде ріст м’язової маси (культуристи). Цей стан характерний також для людей у період одужання після важких інфекційних захворювань або після тривалого голодування, коли білок витрачається на відновлення тканин.

Негативний азотистий баланс – це стан, при якому кількість виведеного

азоту переважає над кількістю азоту, що надходить в організм. Він розвивається при білковому голодуванні, коли кількість білка на добу становить нижче 30 г.

До цього може призводити надходження в організм неповноцінних, в основному рослинних білків, а також розпад власних тканин, який спостерігається у виснажених людей.

Розглядаючи норми потреб білка, необхідно орієнтуватися не на білковий

мінімум, а на білковий оптимум. Білковий мінімум – це та кількість спожитого добового білка, що підтримує азотисту рівновагу. Це становить 30-40 г білка.

Білковий оптимум – це та кількість спожитого добового білка, що забезпе-

чує не тільки азотисту рівновагу, а й високу працездатність, відмінне самопочуття, високі захисні сили організму, а для дітей – нормальний фізичний і розумовий розвиток. Це становить 100 г білка.

Кінцевими продуктами обміну білків є сечовина та сечова кислота, які

виводяться із сечею і потом.

Центральна нервова система регулює обмін білків, впливаючи на секрецію

гормонів ендокринними залозами. Стимулюють синтез білка соматотропний

гормон передньої частки гіпофіза і тироксин щитоподібної залози. Розпад білка забезпечується глюкокортикоїдами кори надниркових залоз.

 

ОБМІН ВУГЛЕВОДІВ

Розрізняють складні і прості вуглеводи. До складних належать полісаха-

риди (крохмаль та глікоген) і дисахариди (молочний, буряковий, тростинний

цукор), а до простих – моносахариди (глюкоза, фруктоза, галактоза). Вуглеводи надходять в організм з їжею у вигляді полісахаридів і дисахаридів. У шлунковокишковому тракті вони розщеплюються до моносахаридів, які всмоктуються в кров. Глюкоза окислюється до вуглекислого газу і води зі звільненням енергії.

При згоранні 1 г вуглеводів виділяється 3,75 ккал енергії. Людина отримує

найбільше енергії за рахунок вуглеводів, оскільки ми споживаємо їх більше

(300-400 г на добу), ніж білків та жирів. Нейрони ж мозку працюють виключно на енергії глюкози.

Норма цукру крові становить 4,44-6,66 ммоль/л. Стан, коли цей рівень

опускається нижче 4,44 ммоль/л, називається гіпоглікемією, а підвищення

понад 6,66 ммоль/л – гіперглікемією. При гіпоглікемії (рівень глюкози стано-

вить 2,8 ммоль/л) порушуються в першу чергу функції нервових клітин, аж до втрати свідомості і судом.

При надходженні в організм надмірної кількості цукру (150-200 г) його

рівень в крові різко підвищується і розвивається аліментарна, чи харчова, гіперглікемія. Але нирки починають швидко виводити надмірний цукор, в сечі з’являється глюкоза – глюкозурія, рівень глюкози в крові швидко нормалізується.

Моносахариди, що всмокталися в кишечнику, з рухом крові потрапляють у

печінку і м’язи, де частина їх перетворюється в глікоген. Глікоген є резервом

вуглеводів в організмі. В середньому його відкладається до 350 г. При зниженні рівня цукру в крові (фізичне чи надмірне емоційне напруження) глікоген розщеплюється до глюкози і надходить у кров. Синтез глікогену стимулюється інсуліном – гормоном підшлункової залози. При цукровому діабеті утворенняглікогену зменшується, а рівень цукру в крові підвищується і значна його кількість виводиться із сечею.

Вуглеводний обмін регулюється центральною нервовою системою та інкре-

тами залоз внутрішньої секреції. Класичним прикладом нервової регуляції рівня цукру в крові є “цукровий укол” французького вченого Клода Бернара. Він зробив укол голкою в дно IV шлуночка (на рівні довгастого мозку) кролика, після чого у тварини виникло підвищення концентрації цукру в крові і його поява в сечі. Таким чином, на рівні довгастого мозку є центри, що регулюють концентрацію цукру в крові. Такі ж центри знаходяться в гіпоталамусі, а також у корі великих півкуль.

Нервові імпульси від цих центрів по симпатичних нервах доходять до печінки і м’язів, підсилюючи при цьому розщеплення глікогену. Симпатичні нерви підсилюють секрецію гормону адреналіну мозковим шаром надниркових залоз. Адреналін сприяє розщепленню глікогену і підвищенню цукру в крові.

Гормон інсулін зменшує рівень глюкози в крові. Усі інші гормони, що

регулюють вуглеводний обмін, являються антагоністами інсуліну, тобто підвищують рівень глюкози в крові. До них належать: гормон підшлункової залози –глюкагон, гормони кори надниркових залоз – глюкокортикоїди, гормон щитоподібної залози – тироксин, гормон передньої частки гіпофіза – соматотропін і мозкового шару надниркових залоз – адреналін.

 

ОБМІН ЖИРІВ

До жирів (ліпідів) належать нейтральні жири, що складаються із гліцерину

і жирних кислот та ліпоїди (лецитин і холестерин). Жири виконують в організмі пластичну і енергетичну функції. При окисленні 1 г жиру виділяється 9,3 ккал тепла. Це енергетична функція жиру.

Пластична функція полягає в тому, що жир входить до складу оболонки

і протоплазми клітин. Загальна кількість жиру в організмі становить 10-30 %

маси тіла. При порушенні жирового обміну кількість відкладеного жиру доходить до 50 % ваги людини.

У травному тракті жири розщеплюються на гліцерин і жирні кислоти. При

проходженні через клітини слизової оболонки кишечника з них синтезується

жир, властивий даному організмові, який всмоктується в лімфу і в меншій

кількості – відразу в кров.

До складу жирів, спожитих людиною, входять насичені жирні кислоти

(пальмітинова, стеаринова) і ненасичені жирні кислоти (ліноленова, лінолева,

арахідонова, олеїнова). Біологічна цінність жирів визначається вмістом у них

ненасичених жирних кислот. Біологічно цінні рослинні масла. При недостатньому надходженні в організм ненасичених жирних кислот знижується пружністьсудинних стінок, підвищується їх проникність, швидше розвивається  атеросклероз, можливий інфаркт міокарда і тромбоз.

 Крім виконання енергетичної і пластичної функцій, жир є розчинником

для жиророзчинних вітамінів, які не можуть всмоктатися у внутрішнє середо-

вище в іншому вигляді.

Жир синтезується в організмі не тільки із спожитого жиру, але й із білків

і особливо – вуглеводів. Регулюють обмін жирів нервова та ендокринна системи.

Синтезу жирів в організмі сприяють глюкокортикоїди кори надниркових залоз, інсулін підшлункової залози, діяльність парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи. Діяльність симпатичної нервової системи, адреналін мозкового шару надниркових залоз, тироксин щитоподібної залози, соматотропний гормон гіпофіза активізують згорання жирів.

ОБМІН ЕНЕРГІЇ

Обмін речовин і енергії є єдиним процесом. Під час обміну речовин

відбувається перетворення енергії. При окисленні харчових речовин енергія,

яка в них міститься, вивільняється і перетворюється в теплову, механічну,

електричну. Енергія не може народжуватися або зникати, вона постійно видозмінюється: механічна може перетворитися в теплову, теплова – в механічну, електрична – в теплову і так постійно. Всі види енергії в кінцевому результаті переходять в навколишнє середовище переважно у вигляді теплової енергії.

Тому вся енергія, що утворюється в організмі, може визначатися в одиницях

тепла – калоріях або джоулях.

В умовах фізичного і психоемоційного спокою людина втрачає деяку кіль-

кість енергії. Ці затрати енергії пов’язані з життєдіяльністю організму. Значна частина енергії використовується на роботу серця, нирок, дихальних м’язів, печінки, на підтримання постійної температури тіла.

1. Основний обмін

Основним обміном називають енергетичні затрати організму в умовах

спокою. Основний обмін визначають у стандартних умовах: дослідження проводять вранці натще (протягом 12-ти годин до цього не приймають їжі) в стані фізичного і психоемоційного спокою, в горизонтальному положенні, при температурі комфорту (25-26 °С). За таких умов виключаються фактори, які можуть впливати на інтенсивність обмінних процесів.

Основний обмін, в середньому, у дорослого здорового чоловіка вагою 70 кг

буде дорівнювати 1700 ккал, а в жінки – на 10 % менше.

Основний обмін залежить від статі, віку, маси і зросту людини.

Величина основного обміну на 1 кг маси у дітей значно більша, ніж у

дорослих.

Основний обмін у віці 20-40 років зберігається на досить постійному рівні.

Після 40 років він починає зменшуватися.

Рівень основного обміну залежить від діяльності ендокринних залоз, особли-

во щитоподібної. При гіперфункції щитоподібної залози він різко підвищу-

ється, а при гіпофункції – знижується.

У зв’язку з тим, що різні індивіди мають різну масу тіла, величину основного

обміну краще визначати на 1 кг маси. Дослідження, проведені на тваринах, показали, що чим менша тварина, тим вищий основний обмін на 1 кг маси тіла. Але якщо вести перерахунок обміну речовин не на масу тіла, а на одиницю площі поверхні тіла, то майже у всіх тварин ці величини приблизно однакові. Ця закономірність отримала назву правила поверхні тіла. Вона дає можливість встановити найбільш зручну для порівняння міру величини основного обміну: кількість калорій, що віддаються, на одиницю поверхні тіла за добу. За правилом поверхні, затрати енергії теплокровними тваринами пропорційні площі поверхні тіла.

2. Загальний обмін

Фізична робота, психоемоційне навантаження, приймання їжі, зміни темпера-

тури зовнішнього середовища збільшують інтенсивність обміну речовин. Рівень обміну в звичайних, а не стандартних умовах, називають загальним обміном.

Інтенсивність обмінних процесів найбільш помітно зростає під час трудової

діяльності. Чим важча м’язова робота, тим більше енергії втрачає людина. При розумовій праці втрачається незначна кількість енергії. Однак, коли розумова робота супроводжується емоційним збудженням (лектор, артист, хірург і т.ін.), енергетичні затрати різко зростають.

За кількістю спожитої енергії людей різних професій можна поділити на

такі групи: перша – ті, що зайняті в основному розумовою працею; друга –

легкою фізичною працею; третя – ті, що мають фізичні навантаження середньої важкості; четверта – що займаються важкою фізичною працею; п’ята – ті, що займаються дуже важкою фізичною працею. Так, у людей першої групи енергетичні затрати становлять 2400 - 2800 ккал за добу, а в людей, наприклад, четвертої групи – 3150 - 3700 ккал за добу.

Підвищення обміну речовин і затрат енергії після приймання їжі називається

специфічно-динамічною дією їжі. Цей вплив особливо виражений при над-

ходженні в організм білкової їжі. При цьому обмін збільшується на 30 %. При надходженні жирів і вуглеводів обмін також збільшується, але лише на 15 %.

 

 3. Регуляція обміну енергії

Регуляція обміну енергії відбувається за рахунок нервових і ендокринних

механізмів. Рівень енергетичного обміну може змінюватися під впливом кори

головного мозку. Наприклад, у спортсмена в передстартовому стані різко збільшується споживання кисню, і, отже, обмін енергії.

Особлива роль у регуляції обміну належить гіпоталамусу. Тут знаходяться

центри регуляції обмінних процесів, рефлекторний вплив яких реалізується

через вегетативні нерви: підвищення активності симпатичних нервів призводить до збільшення інтенсивності обмінних процесів.

Особливо помітно обмін енергії підсилюють гормони щитоподібної залози –

тироксин і трийодтиронін та гормон мозкового шару надниркових залоз –

адреналін.

 

ТЕМПЕРАТУРА ТІЛА ТА ЇЇ РЕГУЛЯЦІЯ

Температура тіла людини підтримується на відносно постійному рівні,

незалежно від коливання температури зовнішнього середовища.

Ця постійність температури називається ізотермією. Ізотермія влас-

тива тільки теплокровним, або гомойотермним, тваринам. Вона відсутня у

холоднокровних, або пойкілотермних тварин, температура тіла яких залежить від зміни температури зовнішнього середовища.

Для людини поріг верхньої, вже смертельної, температури складає 43 °С.

Нижньою межею є температура 26 °С, при якій зупиняється серце.

У гомойотермних організмах температура різних частин тіла є різною.

Температура шкіри залежить від температури зовнішнього середовища і

коливається від 28 °С в дистальних відділах кінцівок до 33-34 °С на шкірі тулуба і голови. Температура м’язів і внутрішніх органів характеризується постійністю, і вона є вищою. Найвища температура зафіксована в печінці – 38 °С.

На практиці температуру тіла визначають у пахвовій ямці (36,6 °С), у

порожнині рота (36,7-37 °С), в прямій кишці (37,3-37,6 °С). Температура тіла

коливається протягом доби. Найнижча температура спостерігається о 3-4-ій

годині ночі, потім вона поступово підіймається, доходячи до найвищого рівня о 16-й годині, і знову починає знижуватися. Коливання добових температур становить ± 1,0 °С. Температура тіла може різко підвищуватися до 38-39 °С при м’язовій роботі, залежно від інтенсивності навантажень. Після закінчення роботи температура тіла швидко падає і доходить до нормальних величин.

Ізотермія у людини може зберігатися лише завдяки рівновазі між теп-

лоутворенням і тепловіддачею всього організму. Це досягається за допомогою фізіологічних механізмів терморегуляції (нервових і ендокринних).

1. Хімічна терморегуляція

Хімічна терморегуляція відбувається за рахунок змін рівня теплоутво-

рення під дією зовнішнього середовища. Основним джерелом теплоутворення в організмі є клітинний метаболізм. У клітинах і органах проходять окисні процеси, які супроводжуються вивільненням енергії. Найбільш інтенсивне теплоутворення відбувається в м’язах. У спокої в скелетних м’язах виробляється 20 % тепла. Незначна рухова активність збільшує теплоутворення на 50-80 %, а важка м’язова робота – на 400-500 %.

Підсилення обміну речовин і теплоутворення під впливом холоду відбуваєть-

ся і при відсутності м’язових рухів за рахунок окисного розпаду білків, жирів, вуглеводів.

У хімічній терморегуляції значну роль відіграють печінка і нирки. В стані

спокою на частку печінки припадає близько 20 % загальної теплопродукції.

При охолодженні тіла теплопродукція в печінці зростає.

При підвищенні температури повітря теплопродукція в організмі змен-

шується.

2. Фізична терморегуляція

Фізична терморегуляція відбувається шляхом зміни тепловіддачі орга-

нізмом.

Теплопровідність відбувається шляхом нагрівання навколишніх предметів,

з якими стикається тіло. Таким чином організм віддає 31 % тепла.

Конвекція – це перенесення тепла через більш холодні шари повітря.

Рушійною силою конвекції є різниця між середньою температурою шкіри і

повітря.

Радіація – це тепловіддача у вигляді інфрачервоного випромінювання від

шкіри. 44 % тепла віддається шляхом радіації. Чим більша поверхня шкіри і

вища її температура, тим інтенсивніше відбувається тепловіддача.

Перенесення тепла шляхом випаровування в нейтральних температурних

умовах складає близько 20 %. Якщо ж температура зовнішнього середовища вища, ніж температура тіла, то тепловіддача випаровуванням складає 100 %. При випаровуванні 1 л води організм втрачає 2400 кДж тепла. Розрізняють залозисту і позазалозисту втрату води. Позазалозиста втрата води проходить через шкіру і слизові (з легень, із сечею). Залозиста втрата води опосередковується функцією потових залоз і є рефлекторним актом. Випаровування води залежить від вологості повітря. Чим вища вологість повітря, тим менше випаровується води. Тому при високій вологості атмосфери висока температура переноситься важче, ніж

при низькій вологості.

Велику роль у тепловіддачі відіграє рефлекторне розширення і звуження

судин шкіри. Під впливом холоду кровоносні судини, в першу чергу артеріоли, спочатку дещо розширюються, а потім звужуються. Внаслідок цього кровопостачання шкіри зменшується, що призводить до зменшення тепловіддачі шляхом випромінювання.

Під впливом тепла артеріоли шкіри розширюються, кров інтенсивно підходить до поверхні тіла, що сприяє підсиленню тепловіддачі.

У тепловіддачі бере участь дихання. Тепло використовується на випарову-

вання води легенями і на зігрівання повітря, яке вдихається. Холод сприяє

рефлекторному сповільненню дихання, а при високій температурі дихання стає частим, з’являється теплова ядуха.

Тепловіддачу гальмує підшкірний жир. Тому товсті люди легше переносять

холод, ніж худі, а спеку – навпаки.

3. Центр терморегуляції

Центр терморегуляції знаходиться в гіпоталамусі. Якщо довгою голкою

зробити укол у задні відділи гіпоталамуса, то спостерігається підвищення температури тіла. Такий укол був названий тепловим. В ядрах заднього відділу гіпоталамуса знаходиться центр теплопродукції. При зниженні температури сюди надходить інформація від холодових рецепторів. Потім через симпатичний відділ вегетативної  нервової системи йдуть імпульси, спрямовані на підвищення клітинного метаболізму, звуження судин шкіри, збільшення м’язової активності.

Таким чином температура тіла залишається постійною. Підвищують теплопродукцію в організмі гормони – адреналін, тироксин.

Центр тепловіддачі знаходиться в ядрах переднього відділу гіпоталамуса.

При підвищенні температури інформація до цього центру надходить від теплових рецепторів. Звідси йдуть імпульси, що сприяють розширенню судин шкіри, підвищенню потовиділення, зниженню інтенсивності клітинного метаболізму.

Процес теплоутворення і тепловіддачі знаходиться під впливом кори головного мозку. Це випливає з дослідів, проведених на собаках. В експерименті свисток поєднувався з підвішуванням собаці на спину вантажу, вагою 16 кг, на 15 хвилин. Температура тіла собаки від підвішування вантажу зростала. Після декількох

повторень цього співпадання один лише свисток викликав підвищення температури. У собаки був вироблений умовний рефлекс на збільшення теплоутворення.