Обмен веществ и энергии

французский ученый К. Бернар установил, что живой орга­низм и среда — это единая система, т. е. между ними проис­ходит непрерывный обмен веществами и энергией. Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важ­ных функций. Единицы измерения энергии — это калория или джоуль. Откуда же берется в организме энергия? Она выделя­ется за счет окисления сложных органических соединений, т.е. белков, жиров и углеводов. Накопление энергии происходит _в основном за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Поэтому АТФ — это универсальный источник энергии в орга­низме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза АТФ, когда разрывается химическая связь концевой фосфатной группы и высвобождается энергия. Часть этой энер­гии выделяется в виде теплоты. Так, например, при сокраще­нии мышц около 80% энергии теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу.

Перейдем к вопросу об обмене веществ в организме чело­века, или метаболизму. Процессы метаболизма разделяются на две группы: анаболические и катаболические.

Анаболизм — это процессы биосинтеза органических ве­ществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии.

Катаболизм — это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ с образованием энергии в виде АТФ. Эти процессы находятся в организме человека в состоянии Равновесия или же преобладания одного над другим. Потреб­ность организма в пластических веществах удовлетворяется путем потребления их с пищей.

Рассмотрим отдельно особенности белкового, углеводного и жирового обмена.

Обмен белков. Белки — это вещества, в состав которых входят аминокислоты (20). В состав белков входит также азот.

Функции белков — пластическая (строительная), энергетическая. Так, при сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. В сутки человек должен потреблять не менее 85—90 г белка (это белковый оптимум).

Обмен жиров (липидов). Жиры — это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Их функции: энергетическая, плас­тическая, а также участие в теплообмене. Так, при сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии, всутки потребность в жирах составляет от 80 до 100 г. Жиры могут запасаться в организме в подкожной жировой клетчатке, в оболочках вокруг внутренних органов и т.д.

Обмен углеводов. Углеводы можно условно разделить на три класса соединений: моносахара (например, глюкоза); дисахара (например, мальтоза); полисахара (например, крахмал). Это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Они выполняют энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК)и АТФ. Потребность в углеводах составляет в сутки 350—450 г. Углево­ды могут запасаться в организме человека в виде животного крахмала — гликогена в печени и в скелетных мышцах.

Таким образом, соотношение в пищевом рационе основ­ных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков : жиров : углеводов). При составлении пищевых рационов кроме этого правила учитываются энергозатраты человека за 1 сутки, за­висящие от характера выполняемой им работы.

В состав пищи входят также вода, неорганические (ми­неральные) вещества и витамины. Витамины — это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Однако эти раз­личные по своей химической природе вещества необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины можно подразде­лить на водо- и жирорастворимые. К первой группе относят витамин С, витамины группы В. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах).Источником жирорастворимых витаминов (A, D, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печенье и т.д.). Некоторые витамины синтезируются микро­флорой кишечника (витамин К, Bg). При полном отсутствии витаминов в пище возникают авитаминозы, которые могут сопровождаться различными заболеваниями. В настоящее время мы чаще сталкиваемся (особенно в зимнее время) с гиповитаминозами — недостаточным поступлением витами­нов с пищей. Этот недостаток можно легко устранить при­емом поливитаминов, содержащих весь комплекс витаминов и минеральные добавки.

Физиология выделения

К выделительным органам относят почки, кожу, потовые зальные железы, легкие. Органы мочевыделения — это поч­ки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный ка­нал. Функции почек многообразны:

1. Участие в регуляции водного баланса организма.

2. Участие в постоянстве ионного баланса.

3. Регуляция осмотического давления во внутренней среде
организма.

4. Поддержание кислотно-щелочного равновесия и др.

Однако основная функция почек — экскреторная — удале­ние из организма вредных и чужеродных для него веществ пу­тем образования и выведения мочи.

Почки находятся в брюшной полости. По форме они на­поминают боб, каждая из них весом 120—200 г, длиной 10— 12 см, шириной 6 см, толщиной 3 см. Почки располагаются по обе стороны от позвоночного столба. На вогнутом крае почки имеется углубление — почечные ворота, через которые проходят сосуды, нервы и мочеточник. На разрезе через почку видно, что она состоит из коркового и мозгового вещества.

Мозговое вещество (внутри) представлено 10—15 почеч­ными пирамидками. Корковое вещество расположено сна­ружи и проникает в мозговое, образуя почечные столбы. В корковом веществе находятся структурно-функциональные элементы почки — нефроны (1 миллион в каждой почке). Нефрон начинается почечным тельцем, состоящим из капсу­лы и капиллярного клубочка. Капсула переходит в систему канальцев — извитых и прямых. Канальцы, в свою очередь, переходят в собирательную трубочку, которая впадает в сосочковый проток, открывающийся на вершине пирамиды в полость малой почечной чаши. Несколько малых чаш откры­ваются в большую чашу, а 2—3 большие — в почечную лохан­ку. Почечная лоханка, суживаясь, переходит в мочеточник.

Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. В нефронах происходит процесс мочеобразования путем:

1) фильтрации (в капсуле нефрона) под давлением;

2) обратного всасывания (в канальцах);

3) секреции (в канальцах).

Образовавшаяся моча через мочеточник поступает в моче­вой пузырь, где накапливается, а затем через мочеиспуска­тельный канал выводится наружу.

Моча выделяется в количестве 1 — 1,5 л в сутки. Она свет­ло-желтого цвета, кислотно-щелочное равновесие (рН) ко­леблется от 4,5 до 8 единиц. Моча содержит вредные продук­ты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту, аммиак, а так­же воду и неорганические вещества, и пигмент урохром. В норме у здорового человека не должны содержаться в моче глюкоза и белок. Их присутствие может быть связано с раз­личными заболеваниями (сахарный диабет, нефрит и др.).