Учебно-методический комплекс по дисциплине. Физиология (стр. 5 )

4.4. Регуляция дыхания

Центральная регуляция – дыхательный центр. Основные ядра – на дне IV желудочка (вдыхательный и выдыхательный центры) и в мосту (центр регуляции частоты дыхания). Афферентные влияния на дыхательный центр осуществляются по волокнам блуждающих нервов. Эфферентные импульсы дыхательного центра передаются на дыхательные мышцы и диафрагму через мотонейроны спинного мозга. Растяжение стенок легочных альвеол при вдохе сопровождается посылкой залпа нервных импульсов в центр выдоха, при их определенной частоте происходит торможение центра вдоха и начало выдоха. Частоту определяет величина объема вдыхаемого воздуха. Импульсы с альвеол останавливают вдох раньше, чем наступит реальное удовлетворение потребности в кислороде – для предупреждения перерастяжения легочной ткани.

Гуморальная регуляция – воздействие на дыхательный центр химических или биологически активных веществ. Увеличение парциального давления угл. газа в крови, накопление водородных ионов – повышает возбудимость дыхательного центра за счет раздражения его хеморецепторов. Недостаток кислорода в крови не вызывает возбуждения дыхательного центра, вызывает усиление дыхания рефлекторно, н-р через хеморецепторы аорты.

4.5. Сущность процессов выделения

Выделение – часть обмена веществ, осуществляемая путем выведения из внутренней среды организма во внешнюю среду конечных и промежуточных продуктов метаболизма, чужеродных и излишних веществ для обеспечения оптимального состава внутренней среды и нормальной жизнедеятельности организма. Процессы выделения являются неотъемлемым признаком жизни, поэтому их нарушение неизбежно приводит к нарушениям гомеостазиса, обмена веществ и функций организма, вплоть до его гибели. Выделение неразрывно связано с обменом воды, поскольку основная часть предназначенных для выведения из организма веществ выделяется в растворенном виде.

4.6. Функции почек

Основным органом выделения являются почки, образующие и выделяющие мочу и вместе с ней вещества, подлежащие удалению из организма.

Почки участвуют в регуляции:

1) водного баланса организма и, соответственно, объемов вне - и внутриклеточных водных пространств, поскольку меняют количество выводимой с мочой воды;

2) ионного баланса и состава жидкостей внутренней среды путем избирательного изменения экскреции ионов с мочой.

3) постоянства осмотического давления жидкостей внутренней среды за счет изменения количества выводимых осмотически активных веществ (солей, мочевины, глюкозы и др.);

4) кислотно-основного баланса, путем изменения экскреции водородных ионов, нелетучих кислот и оснований;

5) метаболизма белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических соединений, во-первых, за счет изменений экскреции продуктов метаболизма и избытка соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в организме, во-вторых, благодаря собственной метаболической функции (синтез аммиака и мочевины, новообразование глюкозы, гидролиз белков и липидов, синтез ферментов и т. п.);

6) циркуляторного гомеостаза, путем регуляции обмена электролитов, объема циркулирующей крови, внутренней секреции гормонов, регулирующих функции сердечно-сосудистой системы, – ренина, кальцитриола и др., а также экскреции катехоламинов и других гормональных регуляторов системы кровообращения;

7) эритропоэза, за счет внутренней секреции эритропоэтина – гуморального регулятора эритрона;

8) гемостаза, путем образования гуморальных регуляторов свертывания крови и фибринолиза (урокиназы, тромбопластина, тромбоксана и простациклина) и участвуя в обмене физиологических антикоагулянтов (гепарина).

Основной функцией почек является образование мочи.

Первый этап состоит в образовании первичной мочи в результате процесса фильтрации крови. На втором этапе в результате реабсорбции (обратного всасывания) образуется конечная моча, которая и выделяется из организма.

Первичная моча образуется из плазмы крови в результате фильтрации через стенки капилляров почечного клубочка в капсулу. Стенки капилляров представляют своеобразный фильтр, который пропускает только мелкие молекулы, кроме белков и форменных элементов, образуется первичная моча. За сутки 160–180 л. В ней содержатся не только шлаки, но и необходимые организму вещества – глюкоза, некоторые соли, аминокислоты и др. Первичная моча из капсул переходит в почечные канальцы, где происходит второй этап мочеобразования - обратное всасывание, или реабсорбция, по законам диффузии и осмоса. Обратно в кровь всасываются глюкоза, аминокислоты, некоторые соли, вода. Образовавшаяся конечная моча через собирательные трубки попадает в почечные лоханки и поступает в мочевой пузырь.

Мочеотделение происходит периодически. При наполнении мочевого пузыря его стенки растягиваются. При этом раздражаются расположенные в них рецепторы; возникает позыв к мочеиспусканию. Мышцы стенок мочевого пузыря рефлекторно сокращаются, и происходит его опорожнение. Позывы к мочеиспусканию могут вызывать некоторые эмоциональные состояния.

4.7. Количество и состав мочи

За сутки у человека выделяется в среднем 1,5 л мочи. Эта величина зависит от кровоснабжения почек. Во время сна, при мышечной деятельности, в жару при интенсивном потоотделении, при мышечной работе кровоснабжение почек резко снижается, что уменьшает и образование мочи. При действии холода, после еды, обильного питья количество образующейся мочи увеличивается. В конечной моче содержатся мочевина, мочевая кислота, аммиак, хлорид натрия, хлорид калия. При эмоциональных напряжениях, болезни, при тяжелой физической работе в конечной моче обнаруживаются глюкоза, поваренная соль, белок.

4.8. Регуляция мочеобразования и мочевыделения

Задняя доля гипофиза выделяет антидиуретический гормон, который усиливает обратное всасывание. тироксин угнетает обратное всасывание, увеличивая мочеобразование. Нервная регуляция обеспечивается симпатическими и парасимпатическими нервами. Раздражение симпатических нервов суживает кровеносные сосуды и уменьшает кровоснабжение. При этом мочеобразование уменьшается. Нервные центры мочеиспускания расположены в спинном мозге и в стволовой части головного мозга. Способность произвольно задерживать мочевыделение вырабатывается к концу первого года жизни.

4.9. Потоотделение

Выделительная функция кожи, непосредственно контактирующей с внешней средой большой площадью поверхности, преимущественно обеспечивается деятельностью потовых и, в меньшей степени, сальных желез. В среднем у человека за сутки выделяется от 300 до 1000 мл пота, что зависит от температуры окружающей среды и интенсивности энергетического метаболизма. Составы пота и плазмы крови отличаются, поскольку пот является не простым фильтратом плазмы, а секретом потовых желез. С потом из организма выводится в покое до 1/3 общего количества экскретируемой воды, 5–7 % всей мочевины, мочевая кислота, креатин, хлориды, натрий, калий, кальций, органические вещества, липиды, микроэлементы. Через кожу может выделяться даже больше кальция, чем выводится с мочой. При недостаточности функции почек или печени возрастает выделение через кожу веществ, обычно экскретируемых с мочой, – мочевины, ацетона, желчных пигментов и др. С потом выделяются пепсиноген, амилаза и щелочная фосфатаза, отражая тем самым функциональное состояние органов пищеварения. При работе в условиях высокой температуры окружающего воздуха потоотделение усиливается. Пот состоит на 99,1% из воды и на 0,9% из плотного остатка. Больше всего потовых желез на ладонях и подошвах. Интенсивность потоотделения неодинакова на разных участках тела. В состоянии покоя при высокой температуре окружающего воздуха потоотделение у человека начинается прежде всего на лбу, шее, передней и задней поверхностях туловища. Совсем незначительное температурное потоотделение наблюдается на внутренней поверхности бедер, под мышками, на ладонях и подошвах. Эмоциональное потоотделение наблюдается при умственном напряжении, сенсорных раздражениях и эмоциональных воздействиях, не повышающих температуру тела: на ладонях, подошвах, а также в подмышечных впадинах и на лбу.

Потоотделение регулируется нервным и гуморальным путями. Нервная регуляция осуществляется симпатическими нервами. Центры потоотделения расположены в спинном и головном мозге. Регуляция потоотделения происходит и гуморальным путем. Так, например, при повышении температуры тела во время мышечной работы или при лихорадке повышается и температура крови. Теплая кровь, омывая центры потоотделения, возбуждает их. От возбужденных центров потоотделения сигналы поступают к потовым железам. Кора надпочечников выделяет альдостерон, который изменяет химический состав выделяемого пота.

Лекция 5. Физиология системы пищеварения и обмена веществ

5.1. Сущность пищеварения

Пищеварение является начальным этапом обмена веществ. Для возобновления и роста тканей организма необходимо поступление с пищей соответствующих веществ. Пищевые продукты содержат белки, жиры и углеводы, а также необходимые организму витамины, минеральные соли и воду. Однако белки, жиры и углеводы, содержащиеся в пище, не могут быть усвоены его клетками в первоначальном виде. В пищеварительном тракте происходит не только механическая обработка пищи, но и химическое расщепление под воздействием ферментов пищеварительных желез, которые расположены по ходу желудочно-кишечного тракта. Пищеварение – это процесс физической и химической обработки пищи, в результате которого происходит всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного тракта в кровь и лимфу.

5.2. Функции пищеварительной системы

Пищеварительные:

·  Моторная (двигательная) функция - это сократительная деятельность пищеварительного тракта, обеспечивающая измельчение пищи, ее перемешивание с пищеварительными секретами и перемещение пищевого содержимого в дистальном направлении.

·  Секреция - синтез секреторной клеткой специфического продукта - секрета и выделение его из клетки. Секрет пищеварительных желез обеспечивает переваривание пищи.

·  Всасывание - транспорт питательных веществ во внутреннюю среду организма.

Непищеварительные:

·  Защитная функция 1. Слизистые оболочки пищеварительного тракта препятствуют проникновению во внутреннюю среду организма непереваренной пищи, инородных веществ и бактерий (барьерная функция). 2. Пищеварительные соки обладают бактерицидным и бактериостатическим действием. 3. Местная иммунная система пищеварительного тракта (миндалины глоточного кольца, лимфатические фолликулы в стенке кишки, пейеровы бляшки, плазматические клетки слизистой оболочки желудка и кишечника, аппендикс) блокирует действие патогенных микроорганизмов.

·  Экскреторная (выделительная) функция заключается в выведении из крови с секретами желез в полость пищеварительного тракта продуктов обмена (например, мочевины, аммиака) и различных чужеродных веществ, поступивших в кровоток (соли тяжелых металлов, лекарственные вещества, изотопы, красители), вводимых в организм с диагностическими целями.

·  Эндокринная функция заключается в секреции гормонов пищеварительной системы, основными из которых являются: инсулин, глюкагон, гастрин, серотонин, холецистокинин, секретин.

5.3. Пищеварение в полости рта

15-20 с. В полости рта начинается механическая и химическая обработка пищи. Здесь пища измельчается (зубы), перемешивается, анализируются ее вкусовые качества (рецепторы вкусового анализатора). Пища смачивается слюной, начинаются гидролиз полисахаридов и формирование пищевого комка.

Выделение слюны происходит рефлекторно. В ответ на раздражения вкусовых, тактильных и температурных рецепторов, которые расположены в слизистой оболочке языка и стенок полости рта, крупные и мелкие железы выделяют слюну (околоушные, подчелюстные, подъязычные, железы стенок ротовой полости и языка). Слюна выделяется не только при непосредственном воздействии пищи на нервные окончания слизистой оболочки в полости рта (безусловно-рефлекторная деятельность), а также условно-рефлекторно –в ответ на обонятельные, зрительные, слуховые и другие воздействия (запах, цвет пищи, разговор о еде). Слюна – смесь секрета всех слюнных желез ротовой полости. Состав слюны: рН = 6,8 – 7,0 (нейтральная реакция), V = 0,5-2 л. Слюна содержит 98,5–99,5% воды и 1,5–0,5% сухого вещества. Основную часть сухого вещества составляет слизь – муцин. Муцин способствует формированию, склеиванию пищевого комка и облегчает его проглатывание. Амилаза – расщепляет углеводы до дисахаридов (мальтозы). Мальтаза – расщепляет дисахариды до моносахаридов (глюкозы). Лизоцим – фермент, растворяющий оболочку бактерий.

Пережеванная, смоченная слюной пища превращается в полости рта в пищевой комок, который движениями языка, губ и щек попадает на корень языка. Раздражение чувствительных нервных окончаний мягкого неба и языка передается в центр глотания. Центр глотания находится в продолговатом мозге. Отсюда нервные импульсы по двигательным нервным волокнам поступают к мышцам глотки и вызывают акт глотания. В этот момент вход в носовую полость закрывается мягким небом, надгортанник закрывает вход в гортань, задерживается дыхание. Если человек во время еды разговаривает, то вход из глотки в гортань не закрывается, и пища может попасть в просвет гортани, в дыхательные пути.

Из ротовой полости пищевой комок попадает в ротовую часть глотки. Мышцы глотки проталкивают пищу из глотки в пищевод. Волнообразное сокращение мышц пищевода продвигает пищу в желудок. Рот – желудок твердая пища 6-8 с, жидкая – 2-3 с.

5.4. Пищеварение в желудке

Пища находится в желудке 4–6 часов. Здесь происходит переваривание под действием желудочного сока. Желудочный сок – это смесь секрета всех желез желудка. Состав желудочного сока: рН –0,9–1,5 (кислая реакция), V= 1,5-2,5 л. HCl – 0,5 % (функция – активирует ферменты, вызывает набухание и денатурацию белков, обеззараживает пищу). Муцин – слизь (предохраняет от самопереваривания, необходим для всасывания В12). Ферменты: пепсин, гастриксин расщепляют белки до крупных частиц – полипептидов; липаза – расщепляет молочные жиры (до глицерина и жирных кислот). Выделение желудочного сока начинается уже через 5–10 минут после начала еды. Секреция желудочных желез продолжается все время, пока пища находится в желудке. Регуляция секреции желудочного сока: ацетилхолин, гастрин, гистамин (увеличение).

Три фазы секреции:

·  Мозговая – запах пищи, вид, разговоры о еде, жевание и глотание (возбуждение).

·  Желудочная – при попадании пищи в желудок (возбуждение).

·  Кишечная – при попадании желудочного содержимого в кишечник (торможение).

Перистола - стенки желудка плотно охватывают пищевые массы. Слизистая оболочка желудка плотно соприкасается с пищей, выделяемый желудочный сок сразу же смачивает прилежащую к его стенкам пищу. Перистальтика – сокращения мускулатуры возникают в области кардиальной части желудка и в виде волн распространяются к привратнику. Пища в желудке перемешивается и продвигается к выходу из желудка в двенадцатиперстную кишку. Перемешивание пищи способствует лучшему ее смачиванию желудочным соком и перевариванию.

Пилорический сфинктер расслабляется и открывается, пища поступает из желудка в двенадцатиперстную кишку. После поступления порции пищи в двенадцатиперстную кишку происходит раздражение ее слизистой оболочки под воздействием кислого содержимого, и сфинктер рефлекторно закрывается. После появления в двенадцатиперстной кишке щелочной реакции в связи с выделением в нее желчи и панкреатического сока сфинктер снова открывается и в кишку поступает новая порция пищи из желудка. Таким образом, пищевая кашица порциями из желудка выбрасывается в двенадцатиперстную кишку.

5.5. Пищеварение в тонком кишечнике

Происходит расщепление под действием ферментов, перемешивание, всасывание пищи. Собственный секрет – содержит муцин, защищающий слизистую оболочку, ферменты, расщепляющие белок, энтерокиназу, превращающую неактивный фермент поджелудочного сока трипсиноген в активный трипсин. Панкреатический сок: рН 7,3-8,7, V= 1,5-2 л. Ферменты: амилаза, мальтаза – углеводы до моносахаридов; лактаза – лактоза (молочный сахар) до моносахаридов; нуклеаза – нуклеиновые кислоты до нуклеотидов; трипсин – пептиды до аминокислот; липаза – жиры до глицерина и жирных кислот.

Секреция сока – рефлекторно, сигналы идут от рецепторов слизистой оболочки рта, через 2–3 минуты после начала еды. Затем выделения панкреатического сока происходят в ответ на раздражение слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки кислой пищевой кашицей, поступающей из желудка. Гормоны секретин и холецистокинин, выделяемые стенками двенадцатиперстной кишки, усиливают секрецию.

При поступлении пищевой массы в полость кишки выделяется желчь. Желчь образуется в печени путем фильтрации из крови в желчные капилляры воды, глюкозы, микроэлементов в промежутке между приемами пищи, поступает в желчный пузырь, концентрируется там в 7–8 раз путем всасывания воды. Состав желчи: рН=7,3-8. V = 0,5–1,2 л. Компоненты: желчные кислоты, желчные пигменты (продукты распада гемоглобина), холестерин. Функции: эмульгирует жиры, способствует их всасыванию, активирует пищеварительные ферменты, замедляет гнилостные процессы, усиливает перистальтику тонкой кишки. Процесс образования желчи и ее выделения связан с пищей, секретином, холецистокинином. Среди продуктов сильными возбудителями желчеотделения являются яичные желтки, молоко, мясо и жиры. Через 7–10 мин после приема пищи наступает период эвакуаторной деятельности желчного пузыря, который продолжается 3–6 ч. После окончания этого периода в желчном пузыре снова начинает накапливаться печеночная желчь.

Из двенадцатиперстной кишки химус продвигается в тощую кишку, а затем в подвздошную кишку. Движения стенок тонкой кишки: перистальтическое (волнообразное) – до слепой кишки, пищевые массы перемешиваются с кишечным соком, ускоряется процесс переваривания пищи и происходит ее продвижение; маятникообразное (мышечные слои то сокращаются, то расслабляются) – перемешивание пищи.

В тонком кишечнике выделяется кишечный сок (до 2,5 л в сутки) расщепляет пептиды до аминокислот, сахара – до глюкозы и фруктозы. В кишечном соке содержится 22 пищеварительных фермента, в том числе энтерокиназа, пептидаза, липаза, амилаза и фосфатаза.

5.6. Всасывание

Структура микроворсинки – 1-2 мкм, на 1 мм2 – 50-200 млн; общая площадь всасывающей поверхности – 200 м2. Главным образом всасывание происходит в кишечнике. Продукты пищеварения всасываются в кровеносные и лимфатические капилляры кишечных ворсинок. Ворсинки имеют гладкомышечные клетки и работают как всасывающие микронасосы. Аминокислоты белков всасываются в кровь при помощи активного транспорта (с затратами энергии). Углеводы всасываются в кровь в виде глюкозы и фруктозы. Жиры, расщепленные в кишечнике до глицерина и жирных кислот, всасываются в лимфу. Жирные кислоты переносятся через стенку ворсинки с помощью желчных кислот. Жиры, которые синтезируются в эпителии тонкого кишечника, поступают в кровь.

5.7. Пищеварение в толстой кишке

Из тонкой кишки остатки пищи поступают в толстую кишку. В толстой кишке всасывается вода, и формируются каловые массы. Железы толстой кишки вырабатывают слизь, необходимую для формирования каловых масс.

Микрофлора толстого кишечника:

·  разрушает остатки непереваренной пищи; образуются токсичные для организма вещества – фенолы, которые обезвреживаются в печени.

·  расщепляет целлюлозу (клетчатку) и пектины, продукты всасываются и используются организмом.

·  синтезирует витамин К и витамины группы В.

·  обезвреживает патогенные микроорганизмы.

При определенной степени растяжения прямой кишки возникает позыв к дефекации; рефлекторный центр находится в крестцовом отделе спинного мозга.

5.8. Регуляция работы пищеварительной системы

Включает ряд структур центральной нервной системы (спинного мозга и ствола мозга), которые входят в состав пищевого центра (гипоталамус + кора головного мозга): координирующая деятельность желудочно-кишечного тракта и регуляция пищевых отношений (формируется пищедобывающее поведение (пищевая мотивация), появляются сложные субъективные ощущения, такие как голод, аппетит, чувство сытости).

Ощущение голода возникает после эвакуации химуса из желудка и двенадцатиперстной кишки (сенсорная стадия). При снижении питательных веществ в крови начинается метаболическая стадия голода («голодная» кровь), воспринимается гипоталамусом. При этом формируется пищевая мотивация. Состояние насыщения. После приема достаточного количества пищи наступает стадия сенсорного насыщения, которая сопровождается положительной эмоцией. Стадия истинного насыщения наступает через 1,5-2 ч с момента приема пищи, когда в кровь начинают поступать питательные вещества.

5.9. Влияние физической нагрузки на пищеварительные процессы

Выполнение физической работы после приема пищи задерживает пищеварительные процессы. Уменьшается секреция пищеварительных желез и выделение пищеварительных соков. Это связано: с торможением пищевых центров вследствие возбуждения двигательных центров, а также с уменьшением кровоснабжения пищеварительных желез уменьшается. Если в покое через органы пищеварения и печень кровоток составляет 25-30% от всего сердечного выброса, то во время напряженной физической работы - всего 3,5%.

Не только мышечная работа тормозит пищеварительные процессы, но и переваривание пищи отрицательно влияет на двигательную деятельность. Возбуждение пищевых центров и отток крови от мышц к органам брюшной полости снижает эффективность физической работы. Наполненный желудок способствует высокому стоянию диафрагмы, что неблагоприятно влияет на деятельность кардиореспираторной системы. Между едой и занятием спортом целесообразно делать перерыв не менее двух часов. Однако если приходится тренироваться или выступать спустя некоторое время после приема пищи, то она должна состоять в основном из углеводов, быстро перевариваться и всасываться.

Однако в целом у тренированного организма активизируются обменные процессы, развиваются мышцы брюшного пресса, кишечника, что способствует активизации моторной функции желудочно-кишечного тракта. Таким образом, занимаясь спортом, мы улучшаем работу системы пищеварения.

5.10. Особенности обмена веществ в живом организме

Обмен веществ - основное свойство живой материи. Поступление питательных и других веществ из внешней среды, накопление свободной энергии в сложных органических соединениях или в форме электрических зарядов на поверхности клеточных мембран, расходование энергии на поддержание жизни, выведение продуктов распада из организма.

Ассимиляция (анаболизм) – усвоение веществ неживой природы, построение живых структур организма. В процессе ассимиляции простые вещества соединяются в более сложные, происходит формирование тканей и органов, рост и развитие организма.

Диссимиляция (катаболизм) – разрушение, снашивание живых структур, распад сложных химических веществ с образованием свободной энергии и продуктов метаболизма. Необходимые для обменных процессов вещества поступают в организм с пищей. Пищевые вещества используются для синтеза новых макромолекул (пластическое значение пищи) и для получения свободной энергии в результате окисления (энергетическое значение пищи). Освобождение энергии пищевых веществ происходит в процессе внутриклеточного обмена. Анаболические и катаболические процессы связаны между собой. Так, повышенный катаболизм при мышечной работе ведет к усилению анаболических процессов в восстановительном периоде.

5.11. Обмен белков

Белки - строительный материал. За полгода жизни происходит обновление половины структурных белков человеческого организма. Белки печени заменяются наполовину в течение 17–20 суток. Аминокислоты - заменимые и незаменимые. Если в белках нет незаменимых аминокислот (лейцин, изолейцин, валин, метионин, треорин, триптофан, лизин, фенилаланин), то в организме нарушается белковый синтез, появляются расстройства жизнедеятельности. В состав белков различной сложности входит 21 аминокислота, 12 из них для человека являются заменимыми. Наиболее ценными по аминокислотному составу являются белки животного происхождения. Аминокислоты расходуются на биосинтез белков, а также на получение свободной энергии. Синтез клеточных белковых структур происходит под контролем ядерной ДНК.

Учитывая, что азот содержится преимущественно в белках, по его содержанию в усвоенной пище (средняя величина азота в белке около 16%) и в продуктах выделения (пот и моча) можно рассчитать азотистый баланс. При отрицательном азотистом балансе с мочой и потом выделяется азота больше, чем потребляется с пищей. При белковом голодании происходит уменьшение массы, истощаются резервные, а затем и структурные белки тканей. Снижается онкотическое (обусловленное белками) давление крови и тканевой жидкости. В результате этого происходит переход жидкой части плазмы в ткани (голодные отеки).

5.12. Углеводный обмен

Энергетические расходы организма покрываются преимущественно за счет окисления углеводов. Углеводы используются для синтеза гликопротеидов, мукополисахаридов, нуклеиновых кислот, коферментов и аминокислот. Они входят в состав клеточных структурных элементов. После всасывания моносахариды попадают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Глюкоза подвергается окислению, а также накапливается в виде гликогена.

Запасы гликогена в мышцах составляют примерно 15 г на 1 кг, т. е. около 300 г на общую мышечную массу человека среднего веса. В печени накапливается до 70– 80 г гликогена. Во время работы расходуется до 80– 85% мышечного и до 75–80% гликогена печени.

Одновременно с окислением и депонированием в печени идут процессы ферментативного образования свободной глюкозы. В условиях относительного мышечного покоя анаэробные процессы расщепления глюкозы (гликолиз) тормозятся аэробным обменом.

5.13. Обмен жиров

В состав клеточных структур входят липиды – жиры, фосфатиды и стерины. Жир используется как пластический и энергетический материал. Если энергетические расходы организма незначительны, жир откладывается в избытке в жировых депо. В пищевых жирах содержатся полиненасыщенные (с большим числом двойных связей) жирные кислоты (линолевая, клупанодоновая, линоленовая, арахидоновая), которые не могут синтезироваться в организме (незаменимые жирные кислоты). Окисление жиров с выделением свободной энергии происходит преимущественно в печени. Одновременно происходит биосинтез нейтрального жира и фосфолипидов. Нейтральный жир является депонированным источником свободной энергии. В процессе β-окисления жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА, который служит мостиком для связи жирового и углеводного обмена. Конечным продуктом окисления жиров являются углекислый газ и вода. Особую роль в жировом обмене играют фосфатиды (лецитины, кефалины) и стерины (холестерин и др.), которые входят в структуры клеточной оболочки, а также ядерного вещества и цитоплазмы. Особенно богата фосфатидами нервная ткань. Синтез фосфатидов происходит в стенке тонкого кишечника и в печени из нейтральных жиров, фосфора и холина. Большой физиологической активностью отличаются производные жирового обмена – стерины. Из холестерина образуются жирные кислоты, а эргокальциферол (витамин D) участвует в регуляции обмена фосфора и кальция. Недостаток витамина D приводит к уменьшению содержания фосфора и кальция в костях, к размягчению (остеомаляции) костей. Конечным этапом жирового обмена является выделение продуктов неполного обмена. Основной путь – экскреция сальных и потовых желез. В сутки выделяется от 5 до 15 мг жирных кислот.

5.14. Водный и минеральный обмен

Вода и минеральные вещества (0,9% от м тела) обеспечивают физико-химическое постоянство внутренней среды и процессы жизнедеятельности. Минеральные вещества постоянно выводятся с потом, мочой, выдыхаемым воздухом. Пополнение их запасов происходит за счет приема пищи и воды.

В сухом остатке человеческого тела содержится 3,5% кальция, по 1,6% фосфата и серы, 0,45% хлора, 0,1% магния, 0,55% калия и 0,05% натрия. Ионы Na+ обусловливают формирование потенциала действия. Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока, играет важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия крови. Почти половина принимаемого с пищей натрия выводится с мочой. Избыток его откладывается в коже и подкожной жировой клетчатке. Кальций и фосфор входят в состав костной ткани. Фосфор является важнейшей частью нуклеиновых кислот, входит в состав макроэргов – АТФ и КрФ. Особенно велика его роль в окислительных процессах. Так, окисление глюкозы проходит через ряд промежуточных этапов фосфорилирования. Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека 1,5–2 г. Калий является составным элементом буферных систем, содержится в избыточном количестве в цитоплазме клеток. Он обусловливает формирование потенциала покоя живой клетки. Суточная его доза составляет 2–3 г. Недостаток калия (гипокалиемия) приводит к нарушению сократительных свойств сердечной мышцы. Железо входит в состав дыхательных ферментов, является составной частью гемоглобина. Суточная потребность в железе в пределах 1–2 мг (для женщин до 3 мг). Важная роль в сохранении ионного равновесия организма принадлежит микроэлементам: марганцу, фтору, кобальту, брому, иоду, мышьяку и др. Отсутствие их вызывает тяжелейшие расстройства здоровья. Известны случаи массовой гибели животных из-за недостатка в пище и воде кобальта. кобальт, цинк, марганец входят в состав ферментов. Так, содержание иода в щитовидной железе в 300 раз, а содержание кальция в костях в 1000 раз больше, чем в плазме крови. Хром, марганец, бром накапливаются в гипофизе, медь – в печени, цинк – в половых железах.

Для поддержания водного баланса организма человека необходимо ежедневно потреблять 2,5–3,0 л воды. Наибольшее количество воды в плазме крови (92%) и в сером веществе мозга (86%). Далее идут почки (83%), мышцы и печень (около 70%).

Свободная вода жидких тканей и внутриклеточного содержимого является прекрасным растворителем. Процессы жизнедеятельности в человеческом организме немыслимы без коллоидных растворов, содержащих связанную воду. Вода входит в состав молекул белков, жиров и углеводов – конституционная. На 100 г окисленного белка выделяется 41 мл воды. При окислении такого же количества жиров выделяется 107 мл, а при окислении крахмала – 55 мл воды. Вода выделяется с мочой, потом и выдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт. С мочой выводится 1,5 л воды в сутки, с потом – 500–600 мл, с выдыхаемым воздухом – 350–400 мл.

5.15. Обмен энергии

При окислении 1 г белка в организме освобождается 17,16 кДж, 1 г жира –38,94 кДж, 1 г углеводов –17,16 кДж энергии. Для характеристики валового энергетического обмена используется понятие основного обмена и обмена при различных видах деятельности. Основной обмен характеризуется величиной энергетических трат в условиях полного мышечного покоя, в стандартных условиях (при комфортной температуре среды, спустя 12–16 ч после приема пищи, в положении лежа). Расход энергии в этих условиях составляет 4,2 кДж в 1 ч на 1 кг массы тела. Наиболее резкое повышение обмена (на 20–30%) происходит при потреблении белковой пищи. Смешанная углеводная и жировая пища вызывает повышение обмена на 10–15%. Повышение температуры тела на 1 градус вызывает увеличение обмена в среднем на 5%.

5.16. Регуляция обмена веществ

Высшим подкорковым центром регуляции обмена веществ является гипоталамус. Повышенная продукция тиреотропного гормона передней доли гипофиза приводит к увеличению синтеза гормонов щитовидной железы – регуляторов белкового обмена. Влияние гипоталамуса на жировой обмен опосредовано изменением гормональной функции гипофиза, щитовидной и половых желез. На углеводный обмен гипоталамус воздействует через симпатическую нервную систему. Симпатические влияния усиливают функцию мозгового слоя надпочечников, выделяющего адреналин, который стимулирует мобилизацию гликогена печени и мышц.

Лекция 6. Физиология эндокринной системы

6.1. Понятие о гуморальной регуляции организма

В организме человека имеется группа особых желез. Они не имеют выводных протоков, связывающих их с полостями или с поверхностью тела. Вырабатываемые ими вещества – гормоны – поступают непосредственно в кровь, в тканевую жидкость, или лимфу. Процесс выделения этих веществ в кровь или в другие жидкости тела называется внутренней секрецией. Понятие «внутренняя секреция» ввел в 1885 г. Клод Бернар, когда открыл, что печень выделяет глюкозу прямо в кровь.

К железам внутренней секреции относятся: передний гипоталамус, эпифиз, гипофиз, щитовидная и околощитовидная, вилочковая (тимус) железы, надпочечники, островковый аппарат поджелудочной железы, мужские и женские половые железы, плацента. Началом изучения строения и функций желез внутренней секреции считается 1849 год, когда немецкий физиолог А. Бертольд в опытах на животных подтвердил их жизненно важное значение. Изучение функций желез внутренней секреции, гормонов и их влияния на организм, а также заболеваний, вызванных нарушениями их деятельности, является предметом специальной науки – эндокринологии.

6.2. Гормоны и их свойства

Все железы внутренней секреции вырабатывают и выделяют в кровь одно или несколько специфических веществ. Эти вещества английские физиологи У. Бейлис и Э. Старлинг назвали гормонами (от греч. hormaino –двигаю, возбуждаю). Гормоны – это биологически активные вещества. По своей природе они различны. Одни состоят из белков, другие – из продуктов их распада, третьи – из жироподобных веществ (стероидов). В настоящее время изучен состав приблизительно 30 гормонов. Все гормоны обладают рядом общих свойств. Во-первых, их физиологическая активность чрезвычайно высока: ничтожно малое количество гормона вызывает очень значительные изменения во всем организме. 1 г гормона поджелудочной железы – инсулина – может понизить содержание сахара в крови у 125000 кроликов. Во-вторых, гормоны отличаются избирательностью воздействия: большинство из них действует лишь на один определенный орган, который так и называется органом-мишенью для данного гормона. Например, для тиреотропного гормона передней доли гипофиза органом-мишенью является щитовидная железа. В-третьих, гормоны очень неустойчивы и быстро разрушаются в организме.

Гормоны вызывают чрезвычайно разнообразные физиологические эффекты. Условно их можно разделить на два типа: гормоны, возбуждающие или угнетающие функцию какого-либо органа, и гормоны, влияющие на процессы обмена, роста, формообразования и дифференцировки тканей и органов. Основная роль гормонов заключается в регулировании процессов обмена веществ и роста, умственного, физического и полового развития, в обеспечении приспособления человека к меняющимся условиям внутренней и внешней среды.

Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимы все без исключения гормоны в определенном количестве и соотношении. Недостаток или избыток хотя бы одного из них вызывает серьезные расстройства в организме. Так, например, увеличение количества гормона околощитовидных желез в крови вызывает снижение прочности костей – остеодистрофию.

Гормоны обеспечивают химическую связь между различными органами и системами организма, т. е. осуществляют гуморальную регуляцию функций. Гормональная регуляция является составной частью нервно-гуморальной регуляции, в которой ведущая роль принадлежит нервной системе.