Обмен веществ и энергии

Под обменом веществ принято понимать сложные биологические процессы, связанные с поступлением в организм из внешней среды различных веществ, их изменением, усвоением, а также выделением образующихся продуктов распада. При всех этих процессах изменения веществ непрерывно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается и превращается в тепловую, механическую и электрическую. В организме освобождается преимущественно тепловая энергия. Эта энергия идет не только на поддержание температуры тела и совершение внешней работы, но и на поддержание структуры и жизнедеятельности клеток и на процессы, связанные с их ростом и развитием. Человек живет, двигается, занимается физическим и умственным трудом и вся его деятельность сопровождается расходованием энергии.

Поскольку любой вид метаболической активности организма непосредственно связан с дыханием, измеряя дыхание, можно судить об интенсивности обмена веществ в организме. Ее можно вычислить, определив потребление кислорода. Зная общее количество кислорода, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы окислялись в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент (ДК).

Дыхательным коэффициентом называется соотношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода. Например, для углеводов ДК равен 1, т. е. рассмотрим уравнение окисления глюкозы.

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ 6СО₂ + 6Н₂О + энергия

Таким образом:

ДК различен при окислении белков, жиров и углеводов (табл.6).

Таблица 6. Дыхательные коэффициенты для различных субстратов.

Белки, жиры и углеводы являются питательными веществами, снабжающими клетки энергетическим и строительным (пластическим) материалом. Помимо этого, для нормального протекания обмена веществ организм нуждается в воде, минеральных солях и витаминах. Регуляция обмена веществ осуществляется нервным и гуморальным путем.

Обмен белков. Белки — жизненно необходимые вещества. Они идут, в основном, на построение организма. В этом заключается их пластическая роль. После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь и поступают в печень. В печени из части аминокислот синтезируются специфические белки, например, альбумины, глобулины, фибриноген. Основная же часть аминокислот, пройдя через печень, поступает к тканям организма и используется для синтеза тканевых белков.

Образование нового белка в организме человека идет непрерывно, так как в течение всей жизни взамен отмирающих клеток создаются новые, молодые клетки.

Для этого необходимо, чтобы белки поступали в организм с пищей через пищеварительный канал.

Если же белок ввести непосредственно в кровь, то он не только не может быть использован человеческим организмом, но вызывает явления интоксикации (резкое повышение температуры и др.).

Конечным продуктом расщепления белков в тканях являются аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатинин, вода и некоторые другие вещества.

Все продукты расщепления белка выводятся из организма в основном почками и частично потовыми железами (с потом).

Белки не могут быть заменены какими-либо другими питательными веществами, так как синтез белка возможен только из аминокислот.

Белки, в состав которых входят незаменимые аминокислоты, называются полноценными (белки грудного и коровьего молока, мясные белки, яйца и др.). Суточная потребность организма в белках равняется в среднем 118−120 г. и зависит от профессии, возраста, пола функционального состояния организма.

Для характеристики белкового обмена в организме служит определение азотистого баланса, т. е. разницы между количеством азота, поступившего в организм с пищей, и количеством азота, выведенного из него.

Избыточный белок не откладывается в организме про запас. Все избыточное количество аминокислот подвергается дезаминированию в печени. Безазотистая часть аминокислот используется как энергетический материал или депонируется в виде гликогена и жира.

Обмен углеводов. Углеводы служат в организме основным источником энергии.

При уменьшении концентрации глюкозы в крови резко снижается работоспособность.

Сложные углеводы пищи расщепляются в кишечнике и всасываются в кровь преимущественно в виде глюкозы. Часть глюкозы в клетках и тканях расщепляется на воду и углекислый газ, освобождая при этом энергию (при окислении 1 г углеводов образуется 4,1б. калории). Другая часть депонируется в виде гликогена в печени, в мышцах.

При уменьшении концентрации глюкозы в крови происходит интенсивное расщепление гликогена печени и выход глюкозы в кровь. Благодаря этому поддерживается постоянный уровень глюкозы в крови и удовлетворяется потребность в ней других органов. Суточная потребность организма в углеводах в среднем составляет 450−500г. При небольшом поступлении углеводов с пищей они образуются из белков и жиров.

Обмен жиров. Жиры используются организмом в основном как энергетический материал. При окислении 1 г жира выделяется 9,3б. калории. Кроме того жир является и пластическим материалом, он входит в состав клеток.

В органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты. При прохождении через клетки слизистой оболочки кишечника из глицерина и жирных кислот вновь синтезируется специфичный для организма жир, который поступает в лимфу. Излишний для организма жир откладывается в запас в виде жировых капель.

Отложение жира происходит преимущественно в подкожной клетчатке, сальнике, вокруг почек и в других участках тела. Запасной жир является источником энергии и используется в тех случаях, когда расход его превышает поступление (голодание).

Жир окисляется до воды и углекислого газа. Суточная потребность взрослого здорового организма в жирах составляет около 100 г.

Обмен воды и солей. При поступлении в организм вода быстро переходит в ткани и частично депонируется в печени. Выводится из организма вода главным образом почками с мочой, через кожу — с потом, легкими — в виде паров и с калом. Суточная потребность в воде в среднем — 2−2,5 литра.

Вода в организме находится в виде солевых растворов, что уже указывает на теснейшую связь водного обмена с обменом минеральных веществ. Вода в крови и тканях удерживается благодаря наличию в них солей, прежде всего поваренной соли. Неорганические вещества поддерживают необходимое осмотическое давление в клетках, тканевой жидкости, крови и наряду с белками обеспечивают постоянство рН тканей. Они участвуют таким образом во всех процессах жизнедеятельности тканей и органов.

Наибольшее физиологическое значение имеют натрий, калий, кальций, железо, магний, медь, кобальт, хлор, фосфор, йод, сера, цинк и т. д.

Калий содержится, главным образом, в клетках, натрий — в межклеточной жидкости. Хлористый натрий играет большую роль в поддержании постоянного осмотического давления. Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока. Железо, марганец, кобальт и медь необходимы для кроветворения, кальций и фосфор — для роста костей. Йод входит в состав щитовидной железы, сера и цинк — гормона поджелудочной железы, бромгормона гипофиза. Минеральные вещества человек получает с пищей и водой, а выводятся из организма с калом, мочой и потом.