Основные конечные продукты катаболизма: -
углекислый газ (230 мл/мин);
-
окись углерода (0,007 мл/мин);
-
вода (350 мл/сут);
-
мочевина (30 г/сут);
-
другие азотсодержащие вещества (6 г/сут).
Следует подчеркнуть, что окончательное превращение веществ осуществляется именно в клетках тканей и органов. Здесь образуются 424
углекислый газ и вода, происходят процессы превращения и выделения энергии, пластические реакции синтеза собственных белков, жиров, углеводов и других соединений. Из этих веществ с помощью ферментов формируются внутриклеточные структуры, межклеточное вещество и новые клетки. При нарушении функций ферментов, например, при действии токсинов (ядов), страдает трофика клеток, нарушается обмен веществ, и возникают дистрофии.
-
РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
Взаимодействие внутриклеточного обмена веществ и внеклеточной среды регулируется как наследственными, генетическими факторами, так и нервными и гуморальными механизмами, адаптирующими тканевой обмен к изменяющимся условиям внутренней среды организма. При наследственных нарушениях чаще всего страдает внутриклеточный биосинтез ферментов.
Значение ВНД для регуляции обмена веществ очень велико. Так, при чрезмерной реакции на различные стрессовые воздействия возникают эмоции страха, гнева, тоски или агрессии. При длительном воздействии они приводят к психосоматическим болезням, в основе которых лежит нарушение физиологических механизмов регуляции обменных процессов со стороны коры больших полушарий, подкорковых центров ВНС, лимбической системы, гипоталамуса и гипофиза. Появляются сердечно-сосудистые заболевания, развивается преждевременное старение, ожирение.
Нервные и гормональные воздействия регулируют синтез и концентрацию ферментов и, следовательно, скорость обменных реакций, протекающих с их участием. Гормоны контролируют мембранный транспорт веществ, изменяя интенсивность обменных процессов. Симпатический отдел ВНС регулирует анаболические процессы с расходом энергии, парасимпатический отдел — катаболические процессы с сохранением энергии. Периферические отделы нервной системы также влияют на обмен веществ: при нарушении иннервации в ткани нарушается синтез белка, и развивается атрофия.
Нарушение нервных и гормональных механизмов регуляции функций органов и систем организма вызывает их атрофические и дистрофические изменения и может приводить к глубокому дисбалансу процессов анаболизма и катаболизма. Крайние формы нарушения обмена веществ и энергии: ожирение и кахексия.
Представление об обменных процессах в организме дают клинические и биохимические анализы крови. При нарушениях белкового и водно-солевого обмена информативны также анализы мочи. 425 Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
-
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН ОБРАЗОВАНИЕ И РАСХОД ЭНЕРГИИ
В организме человека при расщеплении пищевых веществ до конечных продуктов — углекислого газа и воды — выделяется энергия, которая частично накапливается в макроэргических фосфорных связях АТФ и в меньшей степени — в креатинфосфате. АТФ содержится в каждой клетке организма и служит также переносчиком энергии. Наибольшее количество АТФ (0,2—0,5%) обнаружено в скелетных мышцах. Выполнение любой функции клетки сопровождается распадом АТФ — единого универсального источника энергии для каждой клетки и организма в целом. Образование и распад АТФ связаны с процессами, требующими затрат энергии: с помощью гидролиза разрывается связь фосфатной группы, и выделяется заключённая в ней химическая энергия. Энергия, высвобождаемая в процессе диссимиляции, используется для жизнедеятельности клеток: -
реакций биосинтеза веществ и их активного транспорта;
-
клеточного деления;
-
мышечного сокращения;
-
секреции желёз;
-
биоэлектрических процессов.
Разрушенные молекулы АТФ восстанавливаются при распаде углеводов и других веществ. Общее количество выработанной организмом энергии соответствует сумме внешней работы, тепловых потерь и запасённой энергии.ПАРАМЕТРЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИВ связи с разнообразием метаболических функций клеток выделяют три уровня метаболической активности: -
уровень активного обмена;
-
уровень готовности, поддерживаемый каждой клеткой для сохранения способности к немедленному переходу из состояния покоя на уровень активности;
-
уровень поддержания — минимальная интенсивность обмена веществ, необходимая и достаточная для сохранения клеточных структур; при неудовлетворении этой потребности клетка погибает.
Уровни метаболизма следует учитывать при оценке нарушений энергетического обмена отдельной клетки, органа и организма в целом. Причины нарушения метаболизма различны: в частности,
426
отравление, уменьшение скорости тока крови или нарушение транспорта кислорода. Уровень обмена веществ организма в целом отличается от уровня метаболизма клетки или отдельного органа. Так, если метаболизм дыхательных мышц, сердца, почек и головного мозга с постоянного уровня активности, свойственного им в норме, снизится до уровня готовности, то эти жизненно важные органы потеряют активность, и организм погибнет.
Однако прекращение энергоснабжения не вызывает немедленного нарушения функций клеток вследствие энергетического резерва, различного для разных органов. Так, в результате полной ишемии (отсутствия артериального кровоснабжения) головного мозга уже через 10 с наступает бессознательное состояние, а через 3—8 мин в нейронах возникают необратимые повреждения. Если же в такую ситуацию попадёт скелетная мышца, пребывающая в состоянии покоя, то обменные процессы в ней остаются на уровне поддержания в течение 1—2 ч.
Интенсивность процессов обмена веществ подвержена суточным колебаниям: она высока утром и снижается ночью. Интенсивность метаболизма повышается во время приёма пищи и её переваривания (специфическое динамическое действие пищи). Она возрастает, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной, причём больше — при понижении температуры. Интенсивность обмена веществ возрастает при физической нагрузке, поэтому многие виды работы можно классифицировать по затраченным усилиям, а нагрузки — нормировать с помощью показателей энергетического обмена. При кратковременных нагрузках используется энергия окисления углеводов. При длительных нагрузках расщепляются преимущественно жиры (80% энергии). Интенсивность обменных процессов резко увеличивается после травм и ожогов, а также при высокой температуре тела или гипертиреозе; при гипотиреозе она понижается.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ
Энергетические затраты организма можно измерить по количеству тепла, отдаваемого им во внешнюю среду, или по количеству поглощённого кислорода.
Традиционно энергетический обмен выражают в килокалориях (ккал) в единицу времени. Однако в международной системе единиц (СИ) в качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж). Джоуль
— это работа, совершаемая при мощности в 1 Вт в течение 1 с:1 Дж = 2,39*10-4 ккал;1 ккал = 4 187 Дж = 4,187 кДж. 427 Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
Если клетка совершает внешнюю работу, то, согласно второму закону термодинамики, часть вырабатываемой при этом энергии обязательно выделяется в виде тепла. КПД функционирующей клетки — часть энергии, затрачиваемая на внешнюю работу. Величина КПД всегда меньше 100%: например, при мышечной работе целого организма его величина редко превышает 25%.
Интенсивность обмена веществ измеряют методом непрямой калориметрии — методом неполного газового анализа, основанного на расчёте энергетических затрат по количеству кислорода, поступающего в организм через лёгкие и использованного для окисления жиров и углеводов. Сначала определяют объём лёгочной вентиляции, затем — количество поглощённого кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объёма выделенного углекислого газа к объёму поглощённого кислорода называют дыхательным коэффициентом. По его величине можно судить о типе пищевых продуктов, используемых в обмене веществ, а также можно рассчитать энергетическую ценность окисляемого продукта.ОСНОВНОЙ ОБМЕНЭнергетический обмен живого организма состоит из основного обмена и рабочей прибавки к нему. Рабочая прибавка — повышение энергетического обмена сверх основного обмена, в основном, в связи с приёмом пищи, изменением внешней температуры и работой мышц.Основной обмен — количество энергии, необходимое организму для поддержания процессов жизнедеятельности в строго контролируемых стандартных условиях: