ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Загальне поняття про обмін речовин та енергії

ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ КОЛЕДЖ

ІМ. АНДРЕЯ КРУПИНСЬКОГО

Лекція № 9 з фізіології

На тему: «Обмін речовин»

для І СТ

Тип лекції: засвоєння нових знань.

Мета лекції: ознайомити з особливостями обмінів білків, жирів, вуглеводів, води, мінеральних солей та вітамінів; охарактеризувати принципи складання харчового раціону для різних груп населення;

Актуальність: Знання особливостей обміну різних речовин необхідні для майбутньої роботи медичного працівника у зв’язку зі складанням харчового раціону для різних груп населення, в тому числі і дієтичного харчування, а також проведення контролю за харчуванням. Враховуючи, що порушення обміну речовин лежать в основі всіх функціональних і органічних ушкоджень органів і тканин, які призводять до виникнення хвороби, знання цієї теми має велике значення при вивченні клінічних дисциплін.

План лекції

1. Загальне поняття про обмін речовин та енергії.

2. Обмін речовин:

2.1. Обмін білків.

2.2. Обмін ліпідів.

2.3. Обмін вуглеводів

2.4. Обмін води та мінеральних речовин.

3. Харчування. Принципи складання харчового раціону.

4. Вітаміни.

Загальне поняття про обмін речовин та енергії

У живих організмах будь-який процес здійснюється з використанням енергії. Вона витрачається на створення клітинних структур, підтримку іонних градієнтів, забезпечення специфічних форм активності (скорочення, секрецію тощо), ріст, розмноження тощо. Отже, енергію визначають як здатність здійснювати роботу.

Спеціальний розділ фізики, який вивчає властивості та перетворення енергії у різних системах, називається термодинамікою. Термодинамічні системи поділяють на ізольовані, закриті та відкриті. Ізольованими називають системи, енергія і маса яких не змінюється, тобто вони не обмінюються з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією. Закриті системи обмінюються з навколишнім середовищем енергією, але не речовиною, тому їх маса залишається постійною. Відкритими системами називають системи, що обмінюються з навколишнім середовищем речовиною і енергією. З погляду термодинаміки живі організми відносяться до відкритих систем, оскільки головна умова їх існування - безперервний обмін речовин і енергії.

Згідно першому закону термодинаміки енергія не зникає нікуди та не виникає нізвідки, а лише переходить з однієї форми в іншу. Другий закон термодинаміки стверджує, що вся енергія в кінці кінців переходить у теплову енергію. Під час обміну речовин також відбувається перетворення енергії. При окисленні харчових речовин енергія, яка в них міститься, вивільняється і перетворюється у теплову, механічну, електричну: механічна може перетворюватися у теплову, теплова — у механічну, електрична - у теплову і т.д. Всі види енергії в кінцевому результаті переходять в навколишнє середовище переважно у вигляді теплової енергії. Тому вся енергія, що утворюється в організмі, може визначатися в одиницях тепла - калоріях або джоулях (1 ккал = 4,19кДж).

Згідно законів термодинаміки, витрачені енергетичні ресурси організм має постійно відновлювати за рахунок їжі та виділяти у довкілля продукти обміну засвоєних і використаних у процесі життєдіяльності речовин. Білки, жири, вуглеводи та інші сполуки, що надходять з їжею, використовуються для: 1) відновлення структур організму; 2) поповнення енергетичних витрат. Ці процеси лежать в основі обміну речовин.

Отже, обмін речовин і енергії (метаболізм) - це сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів перетворення речовин і енергії у живих організмах, які забезпечують його зв’язок з довкіллям.

Прикладом значення обміну речовин може служити порівняння станів клінічної та біологічної смерті. Клінічна смерть – зворотній процес помирання, при якому відсутні дихання та серцебиття. Але завдяки існуванню в організмі мінімального обміну речовин людину ще можна оживити протягом 5-6 хвилин, доки не загинула кора головного мозку. Припинення обміну речовин визначає стан біологічної смерті, тобто необоротного вгасання життєвих функцій.

Метаболізм можна розділити на два взаємопов'язаних, але різноспрямованих процеси: анаболізм (асиміляція) та катаболізм (дисиміляція).

Анаболізм - це сукупність процесів біосинтезу органічних речовин (компонентів клітин і інших структур органів і тканин). Він забезпечує ріст, розвиток, оновлення біологічних структур, а також накопичення енергії (синтез макроергів - АТФ).

Катаболізм - це сукупність процесів розщеплення складних молекул до простіших речовин з використанням частини з них як субстрати для біосинтезу та розщеплення іншої частини до кінцевих продуктів метаболізму з утворенням енергії. До кінцевих продуктів метаболізму відносяться вода, СО₂, СО, сечовина, а також інші речовини, що містять азот. Катаболізм забезпечує використання хімічної енергії з молекул, що містяться в їжі, для забезпечення необхідних функцій. Процеси анаболізму та катаболізму знаходяться в організмі у стані динамічної рівноваги. Якщо анаболічні процеси переважають над катаболічними, то відбувається збільшення маси тканини (наприклад, у ростучому організмі, при загоєнні ран), а переважання катаболічних процесів веде до часткового руйнування тканинних структур (при голодуванні, ракових захворюваннях). Стан рівноваги між анаболізмом та катаболізмом залежить від віку (у дитячому віці переважає анаболізм, у дорослих зазвичай спостерігається рівновага, у старечому віці переважає катаболізм), стану здоров'я, виконуваного організмом фізичного або психоемоційного навантаження.

Обмін речовин.

Обмін речовин починається з надходження поживних речовин у шлунково-кишковий тракт і повітря в легені. Першим етапом обміну речовин є ферментативні процеси розщеплення білків, жирів і вуглеводів до розчинних у воді амінокислот, моно- і дисахаридів, гліцерину, жирних кислот і інших сполук, що відбуваються у різних відділах травного тракту, а також всмоктування цих речовин у кров і лімфу.

Другим етапом обміну є транспорт поживних речовин і кисню кров'ю до тканин і ті складні хімічні перетворення речовин, які відбуваються в клітинах. У них одночасно здійснюються розщеплення поживних речовин до кінцевих продуктів метаболізму, синтез ферментів, гормонів, складових частин цитоплазми. Розщеплення речовин супроводжується виділенням енергії, яка використовується для процесів синтезу та забезпечення роботи кожного органу і організму в цілому.

Третім етапом є видалення кінцевих продуктів розпаду з клітин, їх транспорт і виділення нирками, легенями, потовими залозами та кишківником.

Перетворення білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин і води відбувається у тісній взаємодії одних з іншими. У метаболізмі кожного з них є свої особливості, а фізіологічне значення їх різне, тому обмін кожної з цих речовин прийнято розглядати окремо.

Обмін білків

Білки використовуються в організмі в першу чергу в якості пластичних (будівельних) матеріалів. Лише незначна кількість амінокислот може бути витрачена для утворення енергії. Потреба в білці визначається тією його мінімальною кількістю, яка врівноважуватиме його витрати організмом.

Білки знаходяться у стані безперервного обміну та оновлення. В організмі здорової дорослої людини кількість білка, що розпався за добу, рівна кількості знов синтезованого. Десять амінокислот з 20 (валін, лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, триптофан, треонін, фенілаланін, аргінін і гістидин) у разі їх недостатнього надходження з їжею не можуть бути синтезовані в організмі і називаються незамінними. Інші десять амінокислот (замінимі) можуть синтезуватися в організмі. Білки, що містять повний набір незамінних амінокислот називаються повноцінними.

З амінокислот, одержаних у процесі травлення, синтезуються специфічні для даного виду організму і для кожного органу білки. Частина амінокислот використовується як енергетичний матеріал, тобто піддаються розщепленню. Спочатку вони дезамінуються – втрачають групу NH₂, в результаті чого утворюються аміак і кетонові кислоти. Аміак є токсичною речовиною та знешкоджується у печінці шляхом перетворення на сечовину. Кетокислоти після ряду перетворень розпадаються на СО₂ і Н₂О.

Швидкість розпаду і оновлення білків організму різна - від декількох хвилин до 180 діб (в середньому 80 діб). Про кількість білка, що піддався розпаду за добу, судять по кількості азоту, що виводиться з організму людини. У 100 г білка міститься 16 г азоту. Таким чином, виділення організмом 1 г азоту відповідає розпаду 6,25 г білка. За добу з організму дорослої людини виділяється близько 3,7 г азоту, тобто маса білка, що руйнується, складає 3,7 х 6,25 = 23 г, або 0,028 - 0,075 г азоту на 1 кг маси тіла за добу (коефіцієнт зношування Рубнера).

Якщо кількість азоту, що поступає в організм з їжею рівна кількості азоту, що виводиться з організму, то організм знаходиться у стані азотистої рівноваги. Якщо в організм поступає азоту більше, ніж виділяється, то це свідчить про позитивний азотистий баланс (ретенція азоту). Він виникає при збільшенні маси м'язової тканини (інтенсивні фізичні навантаження), в період росту організму, вагітності, під час одужання після важкого захворювання. Стан, при якому кількість азоту, що виводиться з організму, перевищує його надходження в організм, називають негативним азотистим балансом. Він виникає при вживанні неповноцінних білків, коли в організм не поступають які-небудь з незамінних амінокислот, при білковому або повному голодуванні.

Для надійної стабільності азотистого балансу рекомендується приймати з їжею 85 - 90 г білка в добу. У дітей, вагітних і годуючих жінок ці норми повинні бути вище, так як при цих станах підвищена пластична функція.

Обмін ліпідів

Ліпіди є складними ефірами гліцерину та вищих жирних кислот. Жирні кислоти бувають насиченими і ненасиченими (що містять один і більше подвійних зв'язків). Ліпіди відіграють в організмі енергетичну та пластичну роль. За рахунок окислення жирів забезпечується близько 50% потреби в енергії дорослого організму. Жири служать резервом живлення організму, їх запаси у людини в середньому складають 10 - 20% від маси тіла. Головну енергетичну роль відіграють нейтральні жири - тригліцериди, а пластичну здійснюють фосфоліпіди, холестерин і жирні кислоти, які виконують функції структурних компонентів клітинних мембран, входять до складу ліпопротеїдів, є попередниками стероїдних гормонів, жовчних кислот і простагландинів.

Ліпідні молекули, що всмокталися з кишківника, перетворюються в епітеліоцитах у транспортні частинки (хіломікрони), які через лімфатичні судини поступають у кровоплин. Під дією ліпопротеїдліпази ендотелію капілярів головний компонент хіломікронів - нейтральні тригліцериди - розщеплюється до гліцерину та вільних жирних кислот. Частина жирних кислот може зв'язуватися з альбумінами, а гліцерин і вільні жирні кислоти поступають у жирові клітини і перетворюються на тригліцериди. Залишки хіломікронів крові захоплюються гепатоцитами, піддаються ендоцитозу та руйнуються у лізосомах.

У печінці формуються ліпопротеїди для транспорту синтезованих у ній ліпідних молекул. Це ліпопротеїди дуже низької та низької щільності, які транспортують з печінки до інших тканин тригліцериди, холестерин. Ліпопротеїди низької щільності захоплюються з крові клітинами тканин за допомогою ліпопротеїдних рецепторів, вивільняють для потреб клітин холестерин і руйнуються в лізосомах. У разі надмірного накопичення у крові ліпопротеїдов низької щільності, вони захоплюються макрофагами та іншими лейкоцитами. Ці клітки, накопичуючи метаболічно низькоактивні ефіри холестерину, стають одними з компонентів атеросклеротичних бляшок судин.

Ліпопротеїди високої щільності транспортують надмірний холестерин і його ефіри з тканин в печінку, де вони перетворюються на жовчні кислоти, які виводяться з організму. Окрім того, ліпопротеїди високої щільності використовуються для синтезу стероїдних гормонів у надниркових залозах.

Як прості, так і складні ліпідні молекули можуть синтезуватися в організмі, за винятком ненасичених жирних кислот: лінолевої, ліноленової і арахідонової, які повинні поступати з їжею. Ці незамінні кислоти входять у склад молекул фосфоліпідів. З арахідонової кислоти утворюються простагландини, простацикліни, тромбоксани, лейкотрієни.

Відсутність або недостатнє надходження в організм незамінних жирних кислот приводить до затримки росту, порушення функції нирок, захворюваннь шкіри, безпліддя. Біологічна цінність харчових ліпідів визначається наявністю у них незамінних жирних кислот і їх засвоюваністю. Вершкове масло і свинячий жир засвоюються на 93 - 98%, яловичий - на 80 - 94%, соняшникова олія - на 86 - 90%, маргарин - на 94 - 98%.

Обмін вуглеводів

Вуглеводи є основним джерелом енергії, а також виконують в організмі пластичні функції. В ході окислення глюкози утворюються проміжні продукти - пентози, які входять до складу нуклеотидів і нуклеїнових кислот. Глюкоза необхідна для синтезу деяких амінокислот, синтезу і окислення ліпідів, полісахаридів.

Організм людини одержує вуглеводи головним чином у вигляді рослинного полісахариду крохмалю і у невеликій кількості у вигляді тваринного полісахариду глікогену. У шлунково-кишковому тракті здійснюється їх розщеплювання до рівня моносахаридів (глюкози, фруктози, лактози, галактози). Моносахариди, основним з яких є глюкоза, всмоктуються у кров і через ворітну вену поступають у печінку. Тут фруктоза та галактоза перетворюються на глюкозу.

Внутріклітинна концентрація глюкози у гепатоцитах близька до її концентрації у крові. При надмірному надходженні в печінку глюкози вона фосфорилює і перетворюється на резервну форму її зберігання - глікоген. У разі обмеження споживання їжі, при зниженні рівня глюкози у крові відбувається розщеплення глікогену та надходження глюкози у кров. Протягом перших 12 годин і більше після прийому їжі нормальний рівень концентрації глюкози крові забезпечується за рахунок розпаду глікогену в печінці. Після виснаження запасів глікогену посилюється синтез ферментів, що забезпечують реакції глюконеогенезу - синтезу глюкози з лактату або амінокислот. В середньому за добу людина споживає 400 - 500 г вуглеводів, з яких зазвичай 350 - 400 г складає крохмаль, а 50- 100 г - моно- і дисахариди. Надлишок вуглеводів депонується у вигляді жиру.