Водный и минеральный обмен

Лекция

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

ПЛАН

 

1. Обмен веществ как условие жизни.

2. Обмен белков.

3. Обмен жиров.

4. Обмен углеводов.

5. Водный и минеральный обмен.

 

 

Основные понятия: обмен веществ и энергии, метаболизм, анаболизм, ассимиляция, катаболизм, диссимиляция, азотистый баланс, сахарный диабет, гангрена.

 

Литература:

 

1. Бугаев К.Е., Маркусенко Н.Н. и др. Возрастная физиология. - Ростов-на-Дону: «Ворошиловградская правда», 1975.- С.107-115.

2. Ермолаев Ю.А. Возрастная физиология: Учеб. пособ. для студ. пед. вузов. - М .: Высш. шк., 1985. С. 293-313.

3. Киселев Ф.С. Анатомия и физиология ребенка с основами школьной гигиены. - М .: Просвещение, 1967.- С. 133-143.

4. Мамчур Ф.И. Справочник по физиотерапии.- К .: Здоровье, 1986. -280с.

5. Присяжнюк М.С. Человек и его здоровье: Учеб. пособие М .: Феникс, 1998.-120-135с.

6. Старушенко Л .И. Клиническая анатомия и физиология человека: Учеб. пособие М .: УСМП, 2001. С. 77-86.

7. Хрипкова А.Г. Возрастная физиология.- М .: Просвещение, 1978. - С. 209-222.

1. Обмен веществ как условие жизни

В организме человека, в органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс образования сложных веществ из простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.

Сложный биологический процесс, связанный с поступлением в организм с окружающей среды питательных веществ и кислорода, преобразованным их в клетках организма, усвоением и выделением из клеток организма конечных продуктов распада, называется обменом веществ, или метаболизмом. При этом происходит непрерывное преобразование энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. В организме высвобождается преимущественно тепловая энергия, которая расходуется на поддержание температуры тела, выполнение работы, воспроизведение структурных элементов и жизнедеятельности клеток, процессов, связанных с ростом и развитием организма.

Вещества внешней среды через органы дыхания и пищеварения проникают в кровь и доносятся ней к клеткам всех органов. В клетках эти вещества усваиваются. В процессе усвоения происходит синтез сложных органических соединений. Совокупность химическихм процессов в живом организме, в результате которых синтезируются сложные органические вещества из простых с накоплением энергии называют анаболизмом, или ассимиляцией.То есть из простых молекул - продуктов разложения белков, жиров и углеводов, поступивших в организм с пищей - в клетках при наличии кислорода, воды и ферментов синтезируются сложные соединения, из которых построены ткани и органы человеческого, организма. К анаболическим процессам принадлежит биологический синтез белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот.

Энергия, необходимая для синтеза, а также для деятельности органов, освобождается в организме при распаде сложных органических соединений, из которых состоят клетки. Совокупность ферментативных реакций в живом организме, в результате которых происходит распад органических веществ на более простые соединения с высвобождением значительного количества энергии, необходимой для жизни организма называют катаболизмом или диссимиляцией. Распад сложных органических соединений происходит в митохондриях с высвобождением значительного количества энергии (в виде АТФ). Энергия АТФ расходуется на сокращение скелетных мышц, сердца, поддержание постоянной температуры тела и т.д., то есть на обеспечение различных функций человеческого организма. Во время катаболизма образуются ненужные или даже вредные вещества, которые должны быть удалены из организма. Углекислый газ и незначительная доля воды выводится во время выдоха через легкие, промежуточные продукты превращения белков, жиров углеводов, лишние минеральные соли и вода - с помощью почек - с мочой, через кожу - с потом, из кишечника - с калом.

В растущем детском организме обмен веществ происходит интенсивнее, чем во взрослом организме. Анаболизм у детей преобладает над катаболизмом, то есть ежедневно веществ в организме синтезируется больше, чем происходит их разрушение, в результате чего ребенок растет. С прекращением роста анаболические и катаболизма уравновешиваются: в организме, как правило, образуется столько же веществ, сколько их разрушается.

Взаимосвязь анаболических (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции) показана на схеме. Таким образом, анаболизм и катаболизм - это две стороны одного процесса - обмена веществ и энергии, является основой жизни. Пока человек жив, эти процессы протекают в ее организме непрерывно и параллельно. Обмен веществ и энергии в организме способствует постоянному обновлению всех структур без существенных изменений его состава.

 

Обмен белков

Белки– это высокомолекулярные соединения, имеющие в своем составе до 20 аминокислот, а те, в свою очередь, образованы атомами углерода, водорода, серы, азота, кислорода. Белки входят в состав цитоплазмы, мембранных структур клетки, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевого среды организма. Ферменты, которые обязательно участвуют во всех этапах обмена веществ - белки. Белки мышц обеспечивают их сокращении. Белки, которые потребляются с пищей, в органах пищеварения расщепляются на аминокислоты. Последние всасываются в кровь и разносятся по всем органам и тканям, где из них под влиянием ферментов синтезируются новые белки, свойственные организму. Эта их роль называется пластичной. Пластичное значение белка заключается в пополнении и новообразовании различных структурных компонентов клетки. В качестве источника энергии белки не имеют великого значения: при окислении 1 г белка в организме высвобождается 17,2 кДж энергии. Новообразования белка и распад его в организме происходит беспрерырвно, однако синтез белков из аминокислот особенно интенсивно проходит у детей, обеспечивая их рост. Аминокислоты, не использованные для синтеза белка, распадаются с освобождением энергии, при этом образуется аммиак (мочевина), углекислый газ и вода. Последние выводятся в составе мочи и пота, а также через органы дыхания.

В отличие от жиров и углеводов, белки не откладываются в организме про запас, поэтому должны постоянно поступать в организм с пищевыми продуктами. Суточная потребность белка составляет 76-120 г. Она зависит от вида работы и обусловленных им энергетических затрат, возраста, пола, функционального состояния организма. Пищевые белки животного и растительного происхождения имеют разный набор аминокислот, поэтому возможность их использования для синтетических потребностей организма неодинакова. Большинство белков растительного происхождения не имеют тех или иных аминокислот или имеют их в очень малых количествах и поэтому называются биологически неполноценными белками. Поскольку некоторые аминокислоты в организме не синтезируются (лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин и т.д.), же называют незаменимыми аминокислотами, они должны поступать с пищей. Это, как правило, продукты животного происхождения - мясо, рыба, куриные яйца, молочные продукты. Если они с пищей не поступают, то синтез белков может резко нарушиться. В результате может возникнуть дистрофия организма, нарушение его роста, малокровие, поражение нервной системы, ослабевает иммунная система и др.

О нормальном ходе белкового обмена судят по азотистым балансом. Азотистый баланс - соотношение количества азота (азота), который поступил в течение суток с едой, и азота, выводимого в сутки из организма с мочой, калом и потом в результате распада белка. У взрослого человека обычно сохраняется азотистое равновесие - количество введенного азота с пищей и выведенного с продуктами выделения равно друг другу. Когда азота с пищей поступает в организм больше, чем его выводится из организма, тогда говорят о положительном

о баланс. Такой баланс наблюдается у детей в связи с увеличением массы тела во время роста, при усиленной спортивной тренировке, во время беременности женщины. Отрицательный баланс характеризуется тем, что количество введенного азота меньше выводимого. Он может быть при белковом голодании, тяжелых болезнях.

Дети должны потреблять оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1: 1: 3 (в некоторых информационных источниках - 1: 1: 4), при таких условиях азот максимально задерживается в организме. Суточная потребность детей в белках на 1 кг веса тела 1-4 лет - 3-3,5 г, 4-7 лет - 2,5 г, после 7 лет - около 2 г.

Обмен жиров

Жиры пищевых продуктов расщепляются в желудке и кишечнике на глицерин и жирные кислоты. При прохождении через клетки ворсинок тонкой кишки из глицерина и жирных кислот вновь синтезируется жир, но уже специфический для организма. Он поступает в лимфу и по лимфатическому грудному проливу - в кровь. С кровью жир доносится до всех органов и тканей. Избыток жира откладывается в виде запасного в подкожной клетчатке, сальниках, вокруг внутренних органов, имеющих значение жирового депо организма. Подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, а околопочечный жир предохраняет почку от ударов и т.

Жиры используются как пластический материал: они являются обязательной составляющей частью клеточных мембран, цитоплазмы, ядро. Жир нужны также для образования в организме антител, они входят и в состав витаминов. Кроме того, жиры защищают пищеварительный тракт ребенка от повреждений грубой пищей, они необходимы для формирования каловых масс. С калом выводится 5-10% не использованных организмом излишков жира.

Запасной жир мобилизуется организмом при голодании и используется как источник энергии: при распаде 1 г жира в организме высвобождается энергии в два раза больше (39 кДж), чем при распаде такого же количества белков или углеводов. В этом случае жир окисляется до конечных продуктов распада - углекислого газа и воды. Часть запасного жира может поступать в кровь, расщепляться ферментами на глицерин и жирные кислоты и доноситься кровью в печень, где глицерин превращается в углевод - гликоген (что свидетельствует о тесной связи между жировой и углеводным обменом).

Жир в организме может образовываться из углеводов и белков. Если, например, полностью исключить жир из еды, он все же образуется и в значительном количестве может откладываться в организме. Но, несмотря на это, жир должен быть обязательной составной частью пищи ребенка, Недостаток жиров в пище ведет к нарушению деятельности центральной нервной темы и органов размножения, снижает устойчивость к различным заболеваниям. Детям дошкольного и школьного возраста надо давать - 2-2,5 г жира на 1 кг массы тела. Суточная потребность взрослого человека в жирах составляет 1,3 1,5 г на 1 кг массы тела. Важно обеспечить не только количество, но и качество жиров. Дети должны потреблять как животные (сливочное масло, сливки, молоко, сало), так и растительные (подсолнечное, кукурузное, оливковое масла) жиры. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамин А, D, Е и т.д.), которые имеют для человека жизненно важное значение.

Важное значение для детского организма имеют жироподобные вещества - липиды (фосфолипиды и стероиды). Фосфолипиды входят в состав нервной ткани. Из них образуется ацетилхолин - основной передатчик (медиатор) нервного возбуждения. Из стероидов образуются гормоны коркового слоя надпочечников, половые гормоны, витамин D.

Всасывания жиров у детей происходит интенсивнее, чем у взрослых. При грудном вскармливании усваивается до 90% жиров молока, при искусственном - 85-90%, в старших детей жиры усваиваются на 95-97%.

Для лучшего использования жира в пище детей должно быть достаточно также углеводов, так как при дефиците углеводов в пище происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.

 

Обмен углеводов

В организм углеводы поступают в виде сложных полисахаридов (крахмал), дисахаридов и моносахаридов. Углеводы легко перевариваются и хорошо усваиваются детским организмом (на 98-99%). В органах пищеварения под влиянием ферментов углеводы пищи расщепляются на глюкозу, которая всасывается в кровь. Хотя при окислении 1 г глюкозы высвобождается такое же количество энергии, что и при окислении белков - 17,2 кДж, но их большая энергетическая ценность обусловлена ​​значительной скоростью: переваривание (начиная с ротовой полости), всасывания в кровь, усвоение клеткой, где глюкоза легко разлагается в митохондриях, высвобождая энергию в форме АТФ. Поэтому углеводы являются основным источником энергии. В клетках и тканях углеводы расщепляются на воду и углекислый газ.

Общая ежедневная потребность организма человека в углеводах - 350-500 г. Больше всего углеводов в растительной пище, меньше - в продуктах животного происхождения. Много углеводов поступает в организм с сахаром. Сахар в пищеварительном тракте расщепляется до глюкозы, которая всасывается в кровь. Уровень глюкозы у грудных детей составляет 0,07-0,09%, в 12-14 лет - 0,09-0,12%, то есть достигает нормы взрослого человека. Снижение уровня глюкозы в крови ниже нормы называется гипогликемией, увеличение его выше нормы - гипергликемией. Избыток глюкозы в крови выводится с мочой.

В поддержании постоянного количества глюкозы в крови основную роль играют печень и внутрисекреторная деятельность поджелудочной и надпочечников. Излишняя глюкоза, поступившей в организм, задерживается в печени и под действием фермента поджелудочной железы инсулина превращается в гликоген, который откладывается в печени (и частично в мышцы и других тканях) впрок. Количество глюкозы в крови уменьшается во время мышечной работы и при недостаточном поступлении ее в организме. В этих случаях гликоген печени под влиянием гормона поджелудочной железы глюкагона (или адреналина, гормона надпочечников) превращается в глюкозу, которая поступает в кровь. То есть постоянство уровня глюкозы крови обеспечивается взаимосогласованностью выработки двух гормонов поджелудочной железы - инсулина и глюкагона. В случае заполнения поджелудочной железы уменьшается или прекращается выработка инсулина и возникает тяжелое заболевание - сахарный диабет. Человек испытывает постоянную жажду, она увеличивается и учащается мочеиспускание, кожа чешется, на ней появляются гнойники. Из-за постоянного повышения уровня глюкозы в крови и тканях создаются благоприятные условия для развития различных болезнетворных микроорганизмов. У больных сахарным диабетом возникают гнойные воспаления легких, печени, почек и т. При диабете часть лишней глюкозы превращается в жир, вызывая ожирение. Избыточный жир превращается в холестерин, который откладывается в артериях, и способствует развитию атеросклероза. В случае закупорки артерий конечностей может случиться их омертвения - гангрена, от которой человек погибает. Закупорки венечных артерий сердца приводит к инфаркту миокарда, а мозговых - до мозгового инсульта, паралича и недвижимости. Когда же закупориться артерия глазного дна, человек слепнет.

Углеводный обмен нарушается, если злоупотреблять сладостями, особенно при малоподвижном образе жизни, когда избыток глюкозы не реализуется. Предотвратить сахарному диабету можно, если не злоупотреблять сладостями, не переедать, постоянно заниматься физическими упражнениями.

При недостаточном поступлении углеводов с пищей они образуются в организме из жиров и белков.

Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы, а следовательно, необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот. Углеводы имеют большое значение для нормального функционирования нервной системы. При резком снижении количества глюкозы в крови бывают резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, нарушение деятельности сердца, снижение температуры тела. Достаточно такому больному ввести в кровь глюкозу или дать поесть сахара, как все нарушения исчезают.

У детей обмен углеводов осуществляется очень интенсивно, что объясняется высоким уровнем обмена веществ вообще в детском организме.

Здесь углеводы выполняют не только роль основного источника энергии, но и важную пластическую роль в формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани.

Водный и минеральный обмен

Вода - живительная и животворящая жидкость. "У тебя нет ни семьи, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не зная, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты - сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую объяснить нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже распрощались. С твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете ... "Эти замечательные строки принадлежат выдающемуся французскому писателю-гуманисту военному летчику Антуану де Сент-Экзюпери.

Насколько важна вода для человеческого организма видно уже из того, что в теле взрослого человека воды примерно 65% от массы тела, а у детей - до 80% и более, в зависимости от возраста. В организме новорожденного ребенка воды 84%. В разных органах и тканях содержание воды не одинаков: в костях взрослого человека 22%, в мышцах - 76%, в сером веществе мозга - 86%, в плазме крови - 92%. Без пищи, но при употреблении воды человек может жить до 40-50 дней, а без воды умрет через несколько дней.

Вода является одним из структурных компонентов тела, средой, в которой происходят процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях организма. Вода участвует в регулировании температуры тела испаряясь, вода охлаждает тело, предохраняя его от перегрева. Вода является универсальным растворителем многих веществ.

Человеку нужно в сутки 2-2,5 л воды при нормальном пищевого режима и температуре окружающей среды. Это количество воды состоит из следующих источников: питьевой воды (около 1,2 л), воды, содержащейся в пище (около 1 л), воды которая образуется в организме при обмене белков, жиров, углеводов (0,3 л). В норме организм в сутки должен выделить столько воды, сколько получил, то есть 2,5 л. Основные органы, выделяют воду из организма - почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почки в сутки выделяют из организма 1,2-1,5 л воды в составе мочи. Потовые железы через кожу в виде пота выделяют 0,5-0,7 л воды в сутки. Легкими в виде водяного пара выводится 0,15-0,4 л воды. Это количество резко возрастает во время углубленного и ускоренного дыхания сутки тогда может выделится 0,7-0,8 л воды. Через кишечник с калом выводится за сутки 0,15 л воды. При расстройстве деятельности кишечника может выделяться большее количество воды (при поносе), что приводит к обезвоживанию организма. Если возникает обезвоживание организма, резко замедляются все физиологические процессы, в частности пищеварения и всасывания, ферментативные реакции в митохондриях; ухудшается газообмен в легких, теплообмен. Загустевшая кровь плохо выполняет свою трофическую функцию; кроме того, в сосудах могут возникнуть тромбы. При потере организмом всего 2% воды возникает жажда, потеря 10-20% воды опасна для жизни, а 20-25% - смертельна.

Вода в организме находится в виде солевых растворов. Различают внутриклеточную (входит в состав цитоплазмы клеток) и внеклеточную (входит в состав тканевой жидкости и плазмы крови) воду. Электролитный состав внеклеточной и внутриклеточной жидкости разный. Во внутриклеточной жидкости содержатся преимущественно катионы калия и молекулы белка и анионы фосфорной кислоты. Во внеклеточной жидкости преобладают катионы натрия, анионы хлора и гидрокарбоната.

Неорганические вещества поддерживают необходимое осмотическое давление, участвуют в ферментативных реакциях и в регуляции кислотно-щелочного равновесия организма. Больше всего физиологическое значение имеют ионы натрия, калия, кальция, фосфора, хлора, железа, магния, меди, йода, серы, цинка, брома и др.

В живом организме каждый химический элемент выполняет соответствующую физиологическую роль, и друг друга они не заменяют.

Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления внеклеточной жидкости, участвует в регулировании кислотно-щелочного равновесия, проведении импульсов в нервной системе и тому подобное. Природный источник натрия - хлорид натрия, или поваренная соль. Суточная потребность школьников - 4-5 г соли, а взрослых - 6г.

Калий, содержащийся в основном в клетках, обеспечивает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образование ацетилхолина (медиатора нервной системы), участвует в обменных процессах. Без этого элемента не может функционировать нервная система, работать скелетные и гладкие мышцы, сердечная мышца. Калия много в картофеле, абрикосах, сливах. Суточная потребность школьников в калии - 2-3 г.

Кальций входит в состав молекул различных тканей организма. Кости и зубы состоят преимущественно из его солей. Поэтому детскому организму постоянно растет, человеку, сломавшему кость, нужно значительно больше кальция. Он участвует в процессах нервного и мышечного возбуждения, свертываемости крови. Естественным источником кальция являются различные молочные продукты, куриные яйца, капуста, мясо, рыба, щавель, петрушка, помидоры. Усвоению его организмом способствует витамин D. Обмен кальция регулирует щитовидная и паращитовидные железы. Суточная потребность школьников в кальции - 1 г.

Магний входит в состав ферментных систем организма, участвует в процессах углеводного и фосфорного обмена. Магний содержится почти во всех пищевых продуктах растительного происхождения, особенно в злаковых. Многие его в щавеле, петрушке, изюме, абрикосах.

 

Фосфор также входит в состав костей и его усвоения также зависит от наличия витамина D. фосфора в соединении - АТФ, образуется в митохондриях при разложении углеводов и жиров. Этот элемент очень нужен клеткам, так как входит в состав их мембран. Много фосфора потребует клетки головного мозга - нейроны, особенно при напряженной умственной работе. Без фосфора не синтезируется ДНК, которая есть в ядре каждой клетки. Источником фосфора для организма человека молоко и молочные продукты, рыба, мясо, яйца. Обмен фосфора регулирует щитовидная и паращитовидные железы.

Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока.

Железо, кобальт, меди нужны для кроветворения. Гемоглобин эритроцитов содержит атомы железа (железа). Суточная потребность человека в Ферум равна 15-20 мг. Естественным источником железа является печень, яйца, яблоки, абрикосы, зелень петрушки. Медь участвует в обмене веществ, в процессах тканевого дыхания. Медь стимулирует выработку гормонов гипофизом. Больше меди во фруктах, ягодах, семечках, бобовых, овощах (особенно в картофеле, сухих яблоках и грушах).

Марганец необходим для образования аскорбиновой кислоты, а кобальт - цианокобаламина. Марганец входит в состав ферментативных систем и участвует в окислительно-восстановительных процессах. Марганец содержится в бобовых и злаковых растениях, в салате, петрушке, яблоках, сливах, семенах дикой моркови.

В стимуляции деятельности кроветворных органов большую роль играет хром, которым богаты хрен, черемуха обыкновенная, листья черники, ягоды шелковицы. Установлено, что недостаток хрома в организме приводит к возникновению сахарного диабета.

Йод входит в состав гормона щитовидной железы - тироксина, регулирующего обмен веществ в организме. При его недостатке в воде или продуктах питания возникает заболевание - эндемический зоб. Йод содержится в морских водорослях (морской капусте), рыбьем жире, зерновых и овощах (всего - в картофеле), фруктах, молоке, яйцах.

Аргентум, содержащийся в зеленых огурцах, дынях, арбузах, тыкве, мяте, мелиссе действует на организм как антисептик. Регуляции окислительно-восстановительных процессов в паренхиматозных органах и мышечной системе способствует микроэлемент ванадий.

Цирконий, которым богаты помидоры, стимулирует рост и развитие тканей организма.

Сера и цинк необходимы для синтеза гормона поджелудочной железы, бром - для синтеза гормона гипофиза. Цинк уменьшает воспалительные процессы в предстательной железе и вообще в органах половой системы. Недостаток в организме цинка в течение длительного времени приводит к неблагоприятным изменениям во внутренних половых органах, а в детском возрасте приводит карликовый рост. Этот микроэлемент предотвращает развитие болезни, сахарного диабета, заболевания наркоманией и алкоголизмом.

Минеральные вещества человек получает с пищей и водой. Выводятся они с почками (с мочой), через кожу (с потом) и пищеварительный канал (с калом).

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Обоснуйте значение белков, углеводов, жиров для организма человека.

2. Охарактеризуйте обмен белков, углеводов, жиров.

3. Объясните механизм возникновения сахарного диабета. Его проявления? Можно ли предотвратить эту опасную болезнь?

4. Определите биологическое значение воды.

5. Определите биологическое значение минеральных солей.

6. Какие пищевые продукты являются источником минеральных солей?

7. Объясните, почему для людей, которые стремятся к здоровому образу жизни, необходимо соблюдать правила рационального питания?

8. Как помогут знания механизма обмена веществ и энергии человеку, желающему заключить пищевой рацион на день / неделю?