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).
Работа
сердца
Работа почек Просвет
кровенос-ных сосудов Сила
и частота сердечных сокращений Изменение
реабсорбции воды и натрия Сужение
или расширение просвета сосудов
