Вопрос 5. Пищеварение, обмен веществ и энергии

Для нормальной жизнедеятельности организму необходим пластический и энергетический материал. Эти вещества поступа­ют в организм с пищей. Но только минеральные соли, вода и вита­мины усваиваются человеком в том виде, в котором они находят­ся в пище. Белки, жиры и углеводы попадают в организм в виде сложных комплексов, и для того чтобы всосаться и подвергнуться усвоению, требуется сложная физическая и химическая перера­ботка пищи. При этом компоненты пищи должны утратить свою видовую специфичность, иначе они будут приняты системой им­мунитета как чужеродные вещества. Для этих целей и служит си­стема пищеварения.

Пищеварение— совокупность физических, химических и фи­зиологических процессов, обеспечивающих обработку и превра­щение пищевых продуктов в простые химические соединения, способные усваиваться клетками организма. Эти процессы идут в определенной последовательности во всех отделах пищеваритель­ного тракта (полости рта, глотке, пищеводе, желудке, тонкой и тол­стой кишке с участием печени и желчного пузыря, поджелудочной железы), что обеспечивается регуляторными механизмами раз­личного уровня. Последовательная цепь процессов, приводящая к расщеплению пищевых веществ до мономеров, способных всасы­ваться, носит название пищеварительного конвейера.

В зависимости от происхождения гидролитических фермен­тов пищеварение делят на 3 типа: собственное, симбионтное и ау­тентическое.

Собственное пищеварение осуществляется ферментами, син­тезированными железами человека или животного.

Симбионтное пищеварение происходит под влиянием фер­ментов, синтезированных симбионтами макроорганизма (микро­организмами) пищеварительного тракта. Так происходит перева­ривание клетчатки пищи в толстой кишке.

Аутолитическое пищеварение осуществляется под влиянием ферментов, содержащихся в составе принимаемой пищи. Мате­ринское молоко содержит ферменты, необходимые для его ство­раживания.

Физиологические основы голода и насыщения . Потребность в питательных веществах выражается в со

32

стоя­нии голода и создает мотивацию поиска и поедания пищи. Сово­купность нейронов различных отделов центральной нервной сис­темы, которые определяют пищевое поведение и регулируют пи­щеварительные функции человека и животного, составляют пи­щевой центр. Эти нейроны находятся в коре больших полуша­рий, где локализуется центр голода. При возбуждении этих ядер развивается гиперфагия — усиленное потребление пищи. Разрушение этих ядер приводит к отказу от пи­щи — афагии. В вентромедиальных ядрах гипоталамуса находит­ся центр насыщения. При стимуляции этих нейронов возникает афагия, при их разрушении — гиперфагия. Между центром голода и центром насыщения существуют реципрокные отношения, т.е. если один центр возбужден, то другой затормо­жен. Возбуждение или торможение этих ядер происходит в зави­симости от содержания питательных веществ в крови, а также сигналов, поступающих от различных рецепторов. Существует несколько теорий, объясняющих возникновение чувства голода.

Глюкостатическая теория — ощущение голода связано со снижением уровня глюкозы в крови.

Аминоацидостатическая — чувство голода создается пони­жением содержания в крови аминокислот.

Липостатическая — нейроны пищевого центра возбуждают­ся недостатком жирных кислот и триглицеридов в крови.

Метаболическая — раздражителем нейронов пищевого цент­ра являются продукты метаболизма.

Термостатическая — снижение температуры крови вызыва­ет чувство голода.

Локальная теория — чувство голода возникает в результате импульсации от механорецепторов желудка при его «голодных» сокращениях.

Насыщение возникает в результате возбуждения нейронов центра насыщения. Выделяют первичное, или сенсорное, насыще­ние и вторичное, или обменное. Вторичное, обменное, или истинное, насыщение наступает через 1,5 — 2 часа с момента приема пищи, когда в кровь поступа­ют продукты гидролиза питательных веществ. Гормоны желудоч­но-кишечного тракта также играют важную роль в возникнове­нии чувства голода и насыщения.

Фармакологическая коррекция нарушений пищеварительной системы . С помощью различных фармакологических средств можно воздействовать на секреторную и моторную функции желудоч­но-кишечного тракта.

Широкое применение в клинике нашли лекарственные сред­ства, тормозящие кислотно-пепсиновую секрецию желудочных желез. Эти препараты используются при язвенных поражениях желудка и двенадцатиперстной кишки. Для нейтрали­зации соляной кислоты при гиперацидных гастритах применяют антацидные вещества, повышающие рН. В качестве антацидов ис­пользуют различные сочетания гидроокиси алюминия и магния, например, в составе препарата альмагеля. Эти вещества обладают также адсорбирующими и обволакивающими свойствами.

При различных нарушениях процессов пищеварения, связан­ных с недостаточной секреторной способностью желудка, кишеч­ника, поджелудочной железы, расстройствах пищеварения вследствие нарушения диеты, применяют ферментные препара­ты. Эти лекарственные средства, как правило, являются ком­плексными препаратами, содержащими определенный набор различных ферментов. При недостаточной функции желудочных желез используют натуральный желудочный сок, получаемый от здоровых собак через фистулу желудка при мнимом кормлении, или препараты, содержащие протеолитические ферменты. Так, из слизистой оболочки желудка свиней получают основной протеолитический фермент пепсин. Например, ферментный препарат из поджелудочных желез убойного скота панкреатин содержит трипсин и амилазу. Ком­плексный препарат фестал содержит основные компоненты под­желудочной железы (амилазу, липазу, протеазу) и желчи.

При заболеваниях желудочно-кишечного тракта, сопровож­дающихся спазмом гладких мышц (спастические колиты, пилороспазм, холециститы), применяются лекарственные вещества, на­против, понижающие тонус гладких мышц. Таким действием об­ладают спазмолитические средства (но-шпа) и холинолитические препараты (атропин, метацин).

Всасывание — это процесс транспорта переваренных пище­вых веществ из полости желудочно-кишечного тракта в кровь, лимфу и межклеточное пространство.

Оно осуществляется на протяжении всего пищеварительного тракта, но в каждом отделе имеются свои особенности.

В полости рта всасывание незначительное, так как пища там не задерживается, но некоторые вещества, например, цианистый калий, а также лекарственные препараты (эфирные масла, вали­дол, нитроглицерин и др.) всасываются в ротовой полости и очень быстро попадают в кровеносную систему, минуя кишечник и пе­чень. Это находит применение как способ введения лекарствен­ных веществ.

В желудке всасываются некоторые аминокислоты, немного глюкозы, воды с растворенными в ней минеральными солями и довольно существенно всасывание алкоголя.

Основное всасывание продуктов гидролиза белков, жиров и углеводов происходит в тонком кишечнике. Белки всасываются в виде аминокислот, углеводы — в виде моносахаридов, жиры — в виде глицерина и жирных

33

кислот. Всасыванию нерастворимых в воде жирных кислот помогают водорастворимые соли желчных кислот.

Всасывание питательных веществ в толстой кишке незначи­тельно, там всасывается много воды, что необходимо для форми­рования кала, в небольшом количестве глюкоза, аминокислоты, хлориды, минеральные соли, жирные кислоты и жирораствори­мые витамины A, D, Е, К. Вещества из прямой кишки всасывают­ся так же, как и из ротовой полости, т.е. непосредственно в кровь, минуя портальную кровеносную систему. На этом основано дей­ствие так называемых питательных клизм.

Что касается других отделов желудочно-кишечного тракта (желудка, тонкого и толстого кишечника), то всосавшиеся в них вещества вначале поступают по портальным венам в печень, а за­тем в общий кровоток. Лимфоотток от кишечника осуществляет­ся по кишечным лимфатическим сосудам в млечную цистерну. Наличие клапанов в лимфатических сосудах препятствует воз­врату лимфы в сосуды, которая по грудному протоку поступает в верхнюю полую вену.

Всасывание зависит от величины всасывательной поверхнос­ти. Особенно она велика в тонкой кишке и создается за счет скла­док, ворсинок и микроворсинок. Так, на 1 мм² слизистой оболоч­ки кишки приходится 30 — 40 ворсинок, а на каждый энтероцит — 1700 — 4000 микроворсинок. Каждая ворсинка — это микроорган, содержащий мышечные сократительные элементы, кровеносный и лимфатический микрососуды и нервное окончание. Это молекулярное си­то или сеть, которая благодаря отрицательному заряду и гидро­фильности пропускает к мембране микроворсинок низкомолеку­лярные вещества и препятствует переходу через нее высокомоле­кулярных веществ.

Количество пищи, ее состав, интервал времени между едой и приемом лекарств влияют на всасыванию лекарств. Так, всасывание тетрациклинов, ампицилина нарушается под действием молока, солей железа, при высоком содержании углеводов, белков и жира в пище.

Объем жидкости, принимаемой вместе с лекарствами, может вызвать или замедление, или ускорение всасывания.

Печень — депо крови. Печень участвует в пере­распределительных реакциях кровеносной системы. Алкогольная интоксикация, отравление токсическими веществами вызывают цирроз печени — разрастание вокруг сосудов фиброзной ткани. Кроме того, застой крови в правом сердце, увеличение давления в системе воротной вены и полой вены вызывает переполнение кровью сосудов печени, в результате плазма выходит непосредст­венно через капсулу печени в брюшную полость. Это явление на­зывается асцитом.

Дезинтоксикационная функция печени. Эта функция состоит в инактивации и выведении лекарст­венных препаратов (например, сульфаниламидов, антибиотиков и др.), гормонов, вредных веществ: аммиака, индола, скатола, фе­нола, алкоголя, который метаболизируется в основном в печени, а затем выводится с мочой и калом.

Биотрансформация лекарственных препаратов в печени. Пройдя через стенку желудка и кишечника, лекарственные препараты, прежде чем попасть в системное кровообращение, че­рез портальную кровеносную систему проникают в печень, где они подвергаются метаболическим превращениям под действием ферментативных систем печени («эффект первичного превраще­ния»). Поэтому дозы некоторых препаратов при их приеме через желудочно-кишечный тракт должны быть больше, чем при внутривенном введении для дости­жения необходимого эффекта.

Гепатотропные средства . Лекарственные препараты, применяемые для лечения забо­леваний печени и желчевыводящих путей, в настоящее время де­лят на три группы: 1) желчегонные; 2) гепатопротекторные; 3) холелитолитические средства.

В свою очередь, в группу желчегонных входят препараты, уси­ливающие образование желчи и желчных кислот, и препараты, способствующие выделению желчи из желч­ного пузыря в 12-перстную кишку.

К гепатопротекторам относятся препараты (лив-52, эссенциале и др.), повышающие устойчивость печени к патологи­ческим воздействиям, способствующие восстановлению актив­ности ее ферментативных систем, ингибирующие перекисное окисление липидов, — это витамины группы Р (рутин, кварцетин).

Холелитолитические средства — это производные дезоксихолевой кислоты, снижающие содержание холестерина в желчи и растворяющие холестериновые камни в желчном пузыре (хенодиол, хенофалк).

Обмен вещества и энергии . В живых организмах любой процесс сопровождается переда­чей энергии. Энергию определяют как способность совершать работу. Специальный раздел физики, который изучает свойства и превращения энергии в различных системах, называется термо­динамикой. Под термодинамической системой понимают сово­купность объектов, условно выделенных из окружающего прост­ранства. Термодинамические системы разделяют на изолирован­ные, закрытые и открытые. Изолированными называют систе­мы, энергия и масса которых не изменяется, т.е. они не обменива­ются с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закры­тые системы обмениваются с окружающей средой энергией, но не веществом, поэтому их масса остается постоянной. Открыты­ми системами называют системы, обменивающиеся с окружаю­щей средой веществом и энергией. С точки зрения

34

термодинами­ки живые организмы относятся к открытым системам, так как главное условие их существования — непрерывный обмен ве­ществ и энергии. В основе процессов жизнедеятельности лежат реакции атомов и молекул, протекающие в соответствии с теми же фундаментальными законами, которые управляют такими же реакциями вне организма.

Согласно первому закону термодинамики энергия не исчеза­ет и не возникает вновь, а лишь переходит из одной формы в дру­гую. Второй закон термодинамики утверждает, что вся энергия в конце концов переходит в тепловую энергию, и организация ма­терии становится полностью неупорядоченной. В более строгой форме этот закон формулируется так: энтропия замкнутой систе­мы может только возрастать, а количество полезной энергии (т.е. той, с помощью которой может быть совершена работа) внутри системы может лишь убывать. Под энтропией понимают степень неупорядоченности системы.

Неизбежная тенденция к возрастанию энтропии, сопровож­даемая столь же неизбежным превращением полезной химичес­кой энергии в бесполезную тепловую, заставляет живые системы захватывать все новые порции энергии (пищи), чтобы поддержи­вать свое структурное и функциональное состояние. Фактически способность извлекать полезную энергию из окружающей среды является одним из основных свойств, которые отличают живые системы от неживых, т.е. непрерывно идущий обмен веществ и энергии является одним из основных признаков живых существ. Чтобы противостоять увеличению энтропии, поддерживать свою структуру и функции, живые существа должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать в среду эквивалентное количество энергии в форме, менее пригод­ной для дальнейшего использования.

Обмен веществ и энергии — это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен ве­ществ у живых организмов заключается в поступлении из внеш­ней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием — метаболизм (обмен ве­ществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляют­ся через сложные последовательности реакций, называемые пу­тями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реак­ций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определен­ной последовательности и регулируются множеством генетичес­ких и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анабо­лизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм — это совокупность процессов биосинтеза орга­нических веществ (компонентов клетки и других структур орга­нов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление био­логических структур, а также накопление энергии. Анаболизм заключается в химической модификации и пе­рестройке поступающих с пищей молекул в другие более слож­ные биологические молекулы. Например, включение аминокис­лот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкци­ей, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм — это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплени­ем другой части до конечных продуктов метаболизма с образова­нием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся во­да (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно 6 г/день). Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, обра­зование свободных аминокислот в результате расщепления по­ступающих с пищей белков и последующее окисление этих ами­нокислот в клетке с образованием С0₂ и Н₂0, что сопровождает­ся высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к рос­ту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения ана­болизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равно­весие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмо­циональной нагрузки.

Превращение и использование энергии . В процессе обмена веществ постоянно происходит превраще­ние энергии: энергия сложных органических соединений, посту­пивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и эле­ктрическую. Человек и животные получают энергию из окружа­ющей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в хими­ческих связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробно­го и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кис­

35

лорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до.молочной кислоты) называется анаэробным обменом. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образу­ющейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуще­ствления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, ге­нерирующие энергию с участием кислорода, называются аэроб­ным обменом.

Динамика химических превращений, происходящих в клет­ках, изучается биологической химией. Задачей физиологии явля­ется определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного пи­тания. Энергетический обмен служит показателем общего состо­яния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биоло­гии и медицине, — калория (кал). Она определяется как количест­во энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на ГС. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал=4,19 кДж).

Энергетический эквивалент пищи . Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распа­да, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в калориметри­ческой бомбе — замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым 0₂, и поджигают. Количество выделившейся энергии опре­деляется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запаса­ние энергии в форме жира является наиболее экономичным спо­собом длительного хранения энергии в организме. Белки окисля­ются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжига­нии белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а при окислении в организме — 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделя­ется при сжигании мочевины.

Определение уровня метаболизма . Почти половина всей энергии, получаемой в результате ката­болизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение — процесс еще менее эффектив­ный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокраще­нии, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механи­ческую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следо­вательно, величина теплопродукции является точным выражени­ем величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энер­гии применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые пря­мые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном изме­рении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или че­ловек помещается в специальную герметическую камеру, по тру­бам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теп­лопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разно­сти температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при кото­рых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. На­иболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин собирают выдыхаемый обследуемым челове­ком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Ду­гласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процент­ное содержание в нем 0₂ и С0₂. По соотношению между количест­вом выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода — дыхательному коэффициен­ту (ДК) — можно установить, какие вещества окисляются в орга­низме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жи­ров — 0,7, а углеводов — 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т.е. то количе­ство тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количест­во энергии на единицу потребляемого 0₂ зависит от типа окисляю­щихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 0₂ (5 ккал/л), белков — 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров — 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, свя­занные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляци­онный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кро­вотока — все они отражают затраты энергии. Однако эти показа­тели недостаточно

36

точны.

Основной обмен . Интенсивность энергетического обмена значительно варьи­рует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энер­гетических затрат у разных людей была введена условная стан­дартная величина — основной обмен. Основной обмен (ОО) — это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18 — 20 градусов тепла); 2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать); 3) в состоя­нии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм; 4) натощак, т.е. через 12— 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен прибли­зительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии . Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следу­ющих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий об­мен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность об­мена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физичес­кой активности определяется коэффициентом физической ак­тивности — отношением общих энергозатрат на все виды дея­тельности в сутки к величине основного обмена. По этому прин­ципу все население делится на 5 групп:

 

Группа	Особенности профессии	Коэффициент физической активности	Суточный расход энергии, кДж (ккал)
Первая	Умственный труд	1,4	9799-10265 (2100-2450)
Вторая	Легкий физиче­ский труд	1,6	10475-11732 (2500-2800)
Третья	Физический труд средней тяжести	1,9	12360-13827 (2950-3300)
Четвертая	Тяжелый физиче­ский труд	2,2	14246-16131 (3400-3850)
Пятая	Особо тяжелый физический труд	2,5	16131-17598 (3850-4200)

 

Для людей, выполняющих легкую работу сидя, нужно 2400 — 2600 ккал в сутки, работающих с большей мышечной нагрузкой, требуется 3400 — 3600 ккал, выполняющих тяжелую мы­шечную работу — 4000-5000 ккал и выше. У тренированных спортсменов при кратковременных интенсивных упражнениях величина рабочего обмена может в 20 раз превосходить основной обмен. Потребление кислорода при физической нагрузке не от­ражает общего расхода энергии, так как часть ее тратится на гли­колиз (анаэробный) и не требует затраты кислорода. Разность между потребностью в 0₂ и его потреблением составляет энер­гию, получаемую в результате анаэробного распада, и называется кислородным долгом. Потребление 0₂ и после окончания мышеч­ной работы остается высоким, так как в это время происходит возвращение кислородного долга. Кислород затрачивается на превращение главного побочного продукта анаэробного метабо­лизма — молочной кислоты в пировиноградную, на фосфорилирование энергетических соединений (креатинфосфат) и восста­новление запасов 0₂ в мышечном миоглобине.

Прием пищи усиливает энергетический обмен (специфичес­кое динамическое действие пищи). Белковая пища повышает ин­тенсивность обмена на 25 — 30%, а углеводы и жиры - на 10% или меньше. Во время сна интенсивность метаболизма почти на 10% ниже основного обмена. Разница между бодрствованием в состо­янии покоя и

37

сном объясняется тем, что во время сна мышцы рас­слаблены. При гиперфункции щитовидной железы основной об­мен повышается, а при гипофункции — понижается. Понижение основного обмена происходит при недостаточности функций по­ловых желез и гипофиза.

При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физическом. Даже очень интенсивный умственный труд, если он не сопровождается движениями, вызывает повышение затрат энергии лишь на 2 - 3% по сравнению с полным покоем. Однако если умственная активность сопровождается эмоциональным воз­буждением, энерготраты могут быть заметно большими. Пережи­тое эмоциональное возбуждение может вызывать в течение не­скольких последующих дней повышение обмена на 11 — 19%.

Обмен веществ. Обмен веществ начинается с поступления питательных ве­ществ в желудочно-кишечный тракт и воздуха в легкие.

Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы расщепления белков, жиров и углеводов до раствори­мых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жир­ных кислот и других соединений, происходящие в различных от­делах желудочно-кишечного тракта, а также всасывание этих ве­ществ в кровь и лимфу.

Вторым этапом обмена являются транспорт питательных веществ и кислорода кровью к тканям и те сложные химические превращения веществ, которые происходят в клетках. В них од­новременно осуществляются расщепление питательных веществ до конечных продуктов метаболизма, синтез ферментов, гормо­нов, составных частей цитоплазмы. Расщепление веществ сопро­вождается выделением энергии, которая используется для процессов синтеза и обеспечения работы каждого органа и организ­ма в целом.

Третьим этапом является удаление конечных продуктов рас­пада из клеток, их транспорт и выделение почками, легкими, по­товыми железами и кишечником.

Превращение белков, жиров, углеводов, минеральных ве­ществ и воды происходит в тесном взаимодействии друг с другом. В метаболизме каждого из них имеются свои особенности, а фи­зиологическое значение их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать отдельно.

Обмен белков . Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерыв­ного обмена и обновления. В организме здорового взрослого че­ловека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот из 20 (валин, лей­цин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступле­ния с пищей не могут быть синтезированы в организме и называ­ются незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме. Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для дан­ного вида, организма и для каждого органа белки. Часть амино­кислот используются как энергетический материал, т.е. подверга­ются расщеплению.

Сначала они дезаминируются — теряют группу NH₂, в результате образуются аммиак и кетокислоты. Ам­миак является токсическим веществом и обезвреживается в пече­ни путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда пре­вращений распадаются на С0₂ и Н₂0.

Скорость распада и обновления белков организма различ­на — от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по ко­личеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е. масса разру­шившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028 — 0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).

Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия. Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он возни­кает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные фи­зические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превы­шает его поступление в организм, называют отрицательным азо­тистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незамени­мых аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной ста­бильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 — 90 г белка в сутки. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в дан­ном случае означает, что белки в основном выполняя

38

ют пластиче­скую функцию, а углеводы — энергетическую.

Обмен липидов . Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот. Жирные кислоты бывают насыщенными и нена­сыщенными (содержащими одну и более двойных связей). Липи­ды играют в организме энергетическую и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10 — 20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной жи­ровой клетчатке, значительное количество откладывается в боль­шом сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами. В со­стоянии голода, при действии на организм холода, при физичес­кой или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль играют нейтральные жиры — триглицериды, а пластическую осуществляют фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов, являются предшественниками стероидных гормонов, желч­ных кислот и простагландинов.

Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические сосуды поступают в кровоток.

Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синте­зироваться в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой и арахидоновой жирных кислот, которые долж­ны поступать с пищей. Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в организм незаме­нимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая ценность пищевых липидов определяется наличием в них незаме­нимых жирных кислот и их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93 — 98%, говяжий — на 80 — 94%, под­солнечное масло — на 86 — 90%, маргарин — на 94 —98%.

Обмен углеводов . Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются промежуточные продукты — пентозы, кото­рые входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает угле­воды главным образом в виде растительного полисахарида крах­мала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их рас­щепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лакто­зы, галактозы). Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в резервную форму ее хранения — гликоген. Количество гликогена может со­ставлять у взрослого человека 150 — 200 г. В случае ограничения потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови про­исходит расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь. В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержа­ние концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распа­да гликогена в печени. После истощения запасов гликогена уси­ливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза — синтеза глюкозы из лактата или аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400 — 500 г углеводов, из которых обычно 350 — 400 г составляет крахмал, а 50— 100 г — моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.

Обмен воды и минеральных веществ . Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 73,2 ±3% от массы тела. Водный баланс в организме под­держивается за счет равенства объемов потерь воды и ее поступ­ления в организм. Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступ­ления воды при питье («1200 мл), с пищей («900 мл) и воды, обра­зующейся в организме в ходе обменных процессов (эндогенной воды («300 мл). Такое же количество воды выводится в составе мочи («1400 мл), кала («100 мл), посредством испарения с поверх­ности кожи и дыхательных путей («900 мл).

Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом поступлении NaCl потребности в воде меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли обус­ловливают большую потребность в воде, которая необходима для экскреции осмотически активных веществ (мочевины и мине­ральных ионов). Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что сопровожда­ется сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики. Недостаток в организме воды в объе­ме 20% от массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых из организма, приводит к водной интоксикации. В результате по­вышенной чувствительности нервных клеток и нервных центров к

39

уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопро­вождаться мышечными судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимо­связаны, что обусловлено необходимостью поддержания осмоти­ческого давления на относительно постоянном уровне во внекле­точной среде и в клетках. Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения, синоптической передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na⁺, K⁺, Са²⁺ и других мине­ральных ионов. Все они должны поступать в организм с пищей.

 

 

 

40

Лекция № 3

---

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 509; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!