Izboljšanje in uravnavanje splošnih presnovnih procesov. Presnova kot glavna funkcija človeškega telesa

To poglavje predstavlja splošna vprašanja nevrohumoralna regulacija metabolizma in energije v telesu in predvsem uravnavanje metabolizma. Končni cilj uravnavanja metabolizma in energije je zadovoljevanje potreb telesa, njegovih organov, tkiv in posameznih celic po energiji in različnih snoveh v skladu s stopnjo funkcionalne aktivnosti. V celotnem organizmu je vedno prisotna potreba po uskladitvi splošnih presnovnih potreb s potrebami celic organa, tkiva. Takšno usklajevanje se doseže s porazdelitvijo snovi, ki prihajajo iz organov in tkiv okolju in se sintetizira v telesu.

Presnova, ki teče v telesu, ni neposredno povezana z okoljem. Hranila, preden lahko vstopijo v presnovne procese, morajo biti pridobljena iz hrane v prebavilih v molekularni obliki. Kisik, potreben za biološko oksidacijo, je treba pridobiti iz zraka v pljučih, dostaviti v kri, vezati na hemoglobin in ga s krvjo prenesti v tkiva. Skeletne mišice, ki so eden najmočnejših porabnikov energije v telesu, služijo tudi metabolizmu in energiji, zagotavljajo iskanje, sprejemanje in predelavo hrane. Izločevalni sistem je neposredno povezan s presnovo in energijo. Tako je regulacija metabolizma in energije večparametrična, vključuje pa tudi regulacijske sisteme številnih telesnih funkcij (na primer dihanje, krvni obtok, izločanje, prenos toplote itd.).

Vloga centra pri regulaciji metabolizma in energije igrajo jedra hipotalamusa. Neposredno so povezani z ustvarjanjem občutka lakote in sitosti, prenosom toplote, osmoregulacijo. Hipotalamus vsebuje polisenzorne nevrone, ki se odzivajo na spremembe koncentracije glukoze, vodikovih ionov, telesne temperature, osmotskega tlaka, to je najpomembnejših homeostatskih konstant notranjega okolja telesa. V jedrih hipotalamusa poteka analiza stanja notranjega okolja in nastajajo kontrolni signali, ki preko eferentnih sistemov prilagajajo potek metabolizma potrebam telesa.

Kot povezave eferentnega sistema regulacije metabolizma uporabljajo se simpatični in parasimpatični deli avtonomnega živčnega sistema. Mediatorji, ki jih sproščajo njihovi živčni končiči, neposredno ali sekundarno posredujejo mediatorje in vplivajo na delovanje in presnovo tkiv. Pod nadzorom vpliva hipotalamusa in se uporablja kot eferentni sistem za uravnavanje metabolizma in energije - endokrini sistem. Hormoni hipotalamusa, hipofize in drugih endokrinih žlez neposredno vplivajo na rast, razmnoževanje, diferenciacijo, razvoj in druge funkcije celic. Hormoni sodelujejo pri vzdrževanju potrebne ravni snovi, kot so glukoza, proste maščobne kisline in minerali v krvi.

kemična energija hranila uporablja se za resintezo ATP, ki opravlja vse vrste dela in procesov, ki se pojavljajo znotraj celice. Zato so najpomembnejši efektor, preko katerega se izvaja regulatorni učinek na metabolizem in energijo, celice organov in tkiv. Regulacija metabolizma je sestavljena iz vplivanja na hitrost biokemičnih reakcij, ki se pojavljajo v celicah.

Najpogostejši učinki regulatornih vplivov na celico so spremembe katalitične aktivnosti encimov in njihove koncentracije, afiniteta encima in substrata, lastnosti mikrookolja, v katerem encimi delujejo. Delovanje encimov lahko reguliramo na različne načine. "Fina nastavitev" katalitične aktivnosti encimov se doseže z vplivom snovi - modulatorji, ki so pogosto sami metaboliti.

Celoten metabolizem celic je nemogoč brez integracije številnih biokemičnih transformacij. Ta integracija je zagotovljena predvsem s pomočjo adenilatov, ki sodelujejo pri uravnavanju presnovnih transformacij celice.

Integracija presnove beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov celice izvajajo preko svojih skupnih virov energije. Pri biosintezi kakršnih koli preprostih in kompleksnih organskih spojin, makromolekul in supramolekularnih struktur se kot skupni vir energije uporablja ATP, ki oskrbuje z energijo za procese fosforilacije, ali NADH, NADP H, ki oskrbuje z energijo za obnovo oksidiranih spojin drugih snovi. Za celotno oskrbo celice z energijo, pridobljeno med katabolizmom, tekmujejo vsi anabolični procesi, ki potekajo s porabo energije. Tako na primer, ko jetra izvajajo sintezo glukoze iz laktata in aminokislin (glukoneogeneza), ne morejo hkrati sintetizirati maščob in beljakovin. Glukoneogenezo spremlja razgradnja beljakovin in maščob v jetrih ter oksidacija nastalih maščobnih kislin, kar vodi do sproščanja energije, potrebne za sintezo ATP in NADH, ki sta potrebna za glukoneogenezo.

Še ena manifestacija integracije presnovne transformacije beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov v celici je obstoj skupnih prekurzorjev in skupnih presnovnih intermediatov. Pogost presnovni intermediat je acetil-CoA. Najpomembnejše končne poti za pretvorbo snovi v celici so kroženje citronska kislina in dihalne verižne reakcije, ki se pojavljajo v mitohondrijih. Cikel citronske kisline je glavni vir CO2 za nadaljnje reakcije glukoneogeneze, sintezo maščobnih kislin in sečnine.

Eden od mehanizmov usklajevanja splošne presnovne potrebe telesa s potrebami celice so živčni in hormonski vplivi na ključne encime. Značilne lastnosti teh encimov so: položaj na začetku presnovne poti, ki ji encim pripada; bližina lokacije ali povezanost s substratom; odziv ne le na delovanje intracelularnih presnovnih regulatorjev, temveč tudi na zunajcelične živčne in hormonske vplive.

Primeri ključnih encimov so glikogen fosforilaza, fosfofruktokinaza, lipaza. Njihova vloga pri uravnavanju metabolizma se kaže predvsem v pripravi telesa na »boj ali beg«. S povečanjem ravni adrenalina v krvi na 10-9 M pod temi pogoji se veže na adrenoreceptorje plazemske membrane, aktivira adenilat ciklazo, ki katalizira pretvorbo ATP v ciklični AMP. Slednji aktivira glikogen fosforilazo, kar močno pospeši razgradnjo glikogena v jetrih.

Proces glikogenolize v mišicah lahko istočasno aktivirajo živčni sistem in kateholamini. Ta učinek dosežemo s sodelovanjem ionov Ca2+, ki se vežejo na kalmodulin, ki je podenota fosforilaze. Hkrati se aktivira in vodi do mobilizacije glikogena. Živčni mehanizem mobilizacije glikogena poteka skozi manjše število vmesnih korakov kot hormonski. S tem doseže svojo hitrost.

Zadovoljstvo energijske potrebe telesa s pospeševanjem intracelularnih procesov dosežemo razgradnjo trigliceridov v maščobnem tkivu z aktivacijo hormonsko občutljive lipaze. Povečana aktivnost tega encima (z adrenalinom, norepinefrinom, glukagonom) povzroči mobilizacijo prostih maščobnih kislin, ki so glavni energijski substrat za oksidacijo v mišicah med intenzivnim in dolgotrajnim delom.

Prehod organov in tkiv z ene ravni funkcionalne aktivnosti na drugo vedno spremljajo ustrezne spremembe v njihovi trofični (hrano). Na primer, z refleksnim krčenjem skeletnih mišic živčni sistem ne izvaja samo sprožilnega delovanja, temveč tudi trofični učinek s povečanjem lokalnega krvnega pretoka in metabolizma v njih. Povečanje moči kontrakcij miokarda pod vplivom simpatičnega živčnega sistema je zagotovljeno s hkratnim povečanjem koronarnega krvnega pretoka in metabolizma v srčni mišici. Vpliv živčnega sistema na trofizem skeletnih mišic dokazuje dejstvo, da denervacija mišic povzroči postopno atrofijo mišičnih vlaken. Najpomembnejši pri izvajanju trofične funkcije živčnega sistema je njegov simpatični oddelek. Preko simpatično-nadledvičnega sistema se ne doseže samo aktivacija metabolizma in energije v celici.

norepinefrin in epinefrin, katerih sproščanje v krvni obtok se poveča, ko je simpatični živčni sistem vznemirjen, povzroči povečanje globine dihanja, razširi mišice bronhijev, kar prispeva k dostavi kisika v kri. Adrenalin, ki ima pozitiven inotropni in kronotropni učinek na srce, poveča minutni volumen krvi, poveča sistolični arterijski tlak. Zaradi aktivacije dihanja in krvnega obtoka se poveča dostava kisika v tkiva.

42. Izmenjava energije

Celično dihanje. Sprostitev potencialne energije kemičnih vezi. Organske snovi, ki nastanejo v procesu fotosinteze, in kemična energija, ki jo vsebujejo, služijo kot vir snovi in ​​energije za vitalno aktivnost vseh organizmov. Vendar pa je uporaba organskih snovi, ki jih zelene rastline ustvarjajo živali, glive in številne bakterije, sinteza spojin, značilnih za vsako vrsto spojin na njihovi osnovi, mogoča le po predhodnih pretvorbah, ki sestojijo iz delitve teh kompleksnih snovi v monomeri in snovi z nizko molekulsko maso: polisaharidi - v monosaharide, beljakovine - v aminokisline, nukleinske kisline - v nukleotide, maščobe - v višje karboksilne kisline in glicerol. Enako velja za energijo, ki jo vsebujejo organske snovi. Ker je vsebovan v kemičnih vezeh, ni na voljo za neposredno uporabo celic, vključno z rastlinskimi celicami, ki so to energijo pretvorile iz svetlobne v kemično. Za to je treba potencialno energijo organskih molekul sprostiti in pretvoriti v uporabno obliko. Pri tem pride do tvorbe in kopičenja energije, ki je na voljo celici celično dihanje. Za izvajanje celičnega dihanja večina organizmov potrebuje kisik – v tem primeru govorijo o aerobna dihanje oz aerobna sproščanje energije. Nekateri organizmi pa lahko pridobivajo energijo iz hrane brez uporabe prostega atmosferskega kisika, to je v procesu t.i. anaerobno dihanje ( anaerobno sproščanje energije).

Tako so začetne snovi za dihanje energijsko bogate organske molekule, za tvorbo katerih je bila nekoč porabljena energija. Glavna snov, ki jo celice uporabljajo za energijo, je glukoza.

Aerobno (kisikovo) dihanje. Proces aerobnega dihanja lahko razdelimo na več zaporednih faz. Prva stopnja - pripravljalna ali stopnja prebave, vključno z razgradnjo polimerov v monomere. Ti procesi potekajo v prebavni sistemživalska ali celična citoplazma. Na tej stopnji ne pride do kopičenja energije v molekulah ATP.

Naslednja stopnja - anoksičen, oz nepopolna. Poteka v citoplazmi celic brez sodelovanja kisika. Na tej stopnji je dihalni substrat podvržen encimski razgradnji. Primer takega postopka je glikoliza- večstopenjska razgradnja glukoze brez kisika. V reakcijah glikolize se šestogljikova molekula glukoze (C6) razcepi na dve molekuli piruvične kisline (C3). V tem primeru se od vsake molekule glukoze odcepijo štirje atomi vodika in nastaneta dve molekuli ATP. Atoma vodika se vežeta na nosilec NAD (nikotinamid adenin dinukleotid), ki prehaja v lastno reducirano obliko NAD - H + H + (NAD je zelo podoben NADP, tj. z nosilcem vodikovih atomov med fotosintezo).

Celotna reakcija glikolize je:

Koristna energija te stopnje je dve molekuli ATP, kar je 40 %; 60 % se razprši kot toplota. Najbolj pomembna je kisik stopnja aerobnega dihanja. Poteka v mitohondrijih in zahteva prisotnost kisika. Produkt glikolize - piruvična kislina- vsebuje pomemben del energije, njeno nadaljnje sproščanje pa poteka v mitohondrijih. Tukaj pride do encimske cepitve piruvične kisline

Ogljikov dioksid se iz mitohondrijev sprosti v citoplazmo celice in nato v okolje. Atomi vodika, ki jih sprejmeta NAD in FAD (koencim flavin adenin dinukleotid), vstopijo v verigo reakcij, katerih končni rezultat je sinteza ATP. To se zgodi v naslednjem zaporedju (slika 1.22):

riž. 1.22.Shema prenosa protonov in elektronov skozi notranjo mitohondrijsko membrano med kisikovo stopnjo celičnega dihanja (prenosna veriga elektronov).

  • vodikovi atomi se odcepijo od NAD in FAD, zajamejo jih nosilci, vgrajeni v notranjo membrano mitohondrijev, kjer se oksidirajo:
  • H+ prenašajo nosilci na zunanjo površino krist, kopičijo se v medmembranskem prostoru in tvorijo protonski rezervoar;
  • elektroni (e-) atomov vodika se po verigi dihalnih encimov vračajo v matriks in se vežejo na atome kisika, ki ves čas vstopa v mitohondrije. Nato postanejo atomi kisika negativno nabiti:

    Obstaja potencialna razlika čez membrano. Ko potencialna razlika doseže 200 mV, začne delovati protonski kanal v molekulah encima ATP sintetaze, ki so vgrajene v notranjo membrano;

  • skozi protonski kanal H- hitijo nazaj v mitohondrijski matriks, ustvarjajo visoko raven energije, ki večinoma gre za sintezo ATP iz ADP in fosforne kisline, protoni pa se povezujejo z negativno nabitimi delci kisika in tvorijo vodo - drugi konec produkt celičnega dihanja:

Tako je kisik, ki vstopa v mitohondrije, potreben za pritrditev elektronov in nato protonov. V odsotnosti kisika prenehajo procesi, povezani s transportom protonov in elektronov v mitohondrijih, posledično pa je tudi brezkisikova stopnja nemogoča, saj so obremenjeni vsi nosilci vodikovih atomov. Aerobno dihanje, vključno s stopnjami brez kisika in s kisikom, je mogoče izraziti s celotno enačbo:

Ko molekula glukoze razpade, se sprosti 200 kJ/mol. ATP shrani 55 % energije, preostanek se razprši kot toplota.

Anaerobno dihanje. V odsotnosti ali pomanjkanju kisika, ki ima vlogo končnega akceptorja elektronov pri dihanju kisika, se veriga prenosa elektronov skozi membrano ne izvaja, kar pomeni, da se ne ustvari protonski rezervoar, ki zagotavlja energijo za sintezo ATP. Pod temi pogoji lahko celice sintetizirajo ATP in pri tem razgradijo hranila anaerobno dihanje. Anaerobno dihanje izvajajo številne vrste bakterij, mikroskopskih gliv in praživali. Nekatere celice, ki včasih nimajo kisika (na primer mišične ali rastlinske celice), imajo tudi sposobnost anaerobnega dihanja. Anaerobno dihanje je v primerjavi z dihanjem s kisikom evolucijsko zgodnejša in energijsko manj racionalna oblika pridobivanja energije iz hranil. Anaerobno dihanje temelji na procesu, pri katerem se glukoza razgradi na piruvično kislino in sprostijo vodikove atome. Akceptor vodikovih atomov, ki se odcepijo zaradi dihanja, je piruvična kislina, ki se spremeni v mlečno kislino. Shematično lahko potek anaerobnega dihanja izrazimo z naslednjimi enačbami:

Opisani postopek se imenuje mlečnokislinska fermentacija.Če povzamemo, lahko ta proces izrazimo z naslednjo enačbo:

Mlečnokislinsko fermentacijo izvajajo mlečnokislinske bakterije (na primer koki iz rodu Streptococcus). Tvorba mlečne kisline te vrste se pojavi tudi v živalskih celicah v pogojih pomanjkanja kisika. Razširjeno v naravi alkoholno vrenje, ki ga izvajajo kvasovke. V odsotnosti kisika celice kvasovk tvorijo etilni alkohol in CO iz glukoze. Alkoholno vrenje sprva poteka podobno kot mlečnokislinsko vrenje, vendar pri slednjih reakcijah nastane etilni alkohol. Od vsake molekule piruvične kisline se odcepi molekula C02, in nastane molekula dvoogljikove spojine - acetaldehid, ki se nato reducira v etilni alkohol z vodikovimi atomi:

Povzetek enačbe:

Alkoholno vrenje poleg kvasovk izvajajo tudi nekatere anaerobne bakterije. To vrsto fermentacije opazimo v rastlinskih celicah v odsotnosti kisika. Najpogostejše hranilo, ki se uporablja za anaerobno sproščanje energije, je glukoza. Vendar je treba zapomniti, da lahko vsaka organska snov pod ustreznimi pogoji deluje kot vir energije za sintezo ATP. S pomanjkanjem glukoze v celici lahko maščobe in beljakovine sodelujejo pri dihanju. Produkti fermentacije so različne organske kisline (mlečna, maslena, mravljična, ocetna), alkoholi (etil, butil, amil), aceton, pa tudi ogljikov dioksid in voda.

Pri uravnavanju presnove in energije ločimo uravnavanje telesne presnove snovi in ​​energije z okoljem ter uravnavanje presnove v telesu samem.

Uravnavanje telesne izmenjave hranil z okoljem je obravnavano v 9. poglavju.

Problematika uravnavanja vodno-solne presnove je opisana v 12. poglavju. Uravnavanje telesne izmenjave toplote z okoljem, kot končne oblike transformacije vseh vrst energije, je obravnavano v 11. poglavju.

Zato so tukaj predstavljena splošna vprašanja nevrohumoralne regulacije metabolizma in energije v telesu in predvsem regulacije metabolizma celotnega organizma.

Končni cilj uravnavanja metabolizma in energije je zadovoljiti, v skladu s stopnjo funkcionalne aktivnosti, potrebe celotnega organizma, njegovih organov, tkiv in posameznih celic po energiji in različnih plastičnih snoveh. V celotnem organizmu je vedno prisotna potreba po uskladitvi splošnih presnovnih potreb telesa s potrebami celic organa, tkiva. Takšno usklajevanje dosežemo s porazdelitvijo snovi, ki prihajajo iz okolja, med organi in tkivi ter s prerazporeditvijo snovi, sintetiziranih v telesu, med njimi.

Presnova, ki poteka v telesu, ni neposredno povezana z okoljem. hranila,

preden lahko vstopijo v presnovne procese, morajo biti iz hrane v prebavilih v molekularni obliki. Kisik, ki je potreben za biološko oksidacijo, je treba izolirati iz zraka v pljučih, dostaviti v kri, vezati na hemoglobin in ga s krvjo prenesti v tkiva. Skeletne mišice, ki so eden najmočnejših porabnikov energije v telesu, služijo tudi metabolizmu in energiji, zagotavljajo iskanje, sprejemanje in predelavo hrane. Izločevalni sistem je neposredno povezan s presnovo in energijo. Regulacija metabolizma in energije je torej večparametrična regulacija, ki vključuje regulacijske sisteme številnih telesnih funkcij (na primer dihanje, krvni obtok, izločanje, prenos toplote itd.).

Vloga centra pri uravnavanju metabolizma in energije igra hipotalamus. To je posledica dejstva, da hipotalamus vsebuje živčna jedra in centre, ki so neposredno povezani z uravnavanjem lakote in sitosti, prenosom toplote in osmoregulacijo. V hipotalamusu so identificirali polisenzorne nevrone, ki se s premiki funkcionalne aktivnosti odzivajo na spremembe koncentracije glukoze, vodikovih ionov, telesne temperature, osmotskega tlaka, t.j. najpomembnejše homeostatske konstante notranjega okolja telesa. V jedrih hipotalamusa se izvaja analiza stanja notranjega okolja telesa in nastajajo kontrolni signali, ki preko eferentnih sistemov prilagajajo potek metabolizma potrebam telesa.

Kot členi eferentnega sistema regulacije metabolizma, sočuten in parasimpatični oddelki avtonomni živčni sistem. Mediatorji, ki jih sproščajo njihovi živčni končiči, neposredno ali posredno vplivajo na delovanje in presnovo tkiv preko sekundarnih prenašalcev sporočil. Pod nadzorom vpliva hipotalamusa in se uporablja kot eferentni sistem za uravnavanje metabolizma in energije - endokrini sistem. Hormoni hipotalamusa, hipofize in drugih endokrinih žlez neposredno vplivajo na rast, razmnoževanje, diferenciacijo, razvoj in druge funkcije celic. Hormoni sodelujejo pri vzdrževanju potrebne ravni snovi, kot so glukoza, proste maščobne kisline in mineralni ioni v krvi (glejte 5. poglavje).

Presnova (anabolizem in katabolizem), pridobivanje energije, shranjene v makroergičnih vezah ATP, opravljanje različnih vrst dela z uporabo presnovne energije - to so praviloma procesi, ki se odvijajo znotraj celice. Zato je najpomembnejši efektor, preko katerega je možno regulirati presnovo in energijo celica organov in tkiv. Regulacija metabolizma je sestavljena iz vplivanja na hitrost biokemičnih reakcij, ki se pojavljajo v celicah.

Najpogostejši učinki regulatornih učinkov na celico so spremembe: katalitične aktivnosti encimov in njihove koncentracije, afinitete encima in substrata, lastnosti mikrookolja,

v katerem delujejo encimi. Delovanje encimov lahko reguliramo na različne načine. "Fina nastavitev" katalitične aktivnosti encimov se doseže z vplivom snovi - modulatorji, ki so pogosto sami metaboliti. Na ta način se izvaja regulacija posameznih povezav presnovnih transformacij. V tem primeru lahko modulator deluje v enem ali več tkivih telesa.

Celični metabolizem kot celota je nemogoč brez integracije številnih biokemičnih transformacij, sama možnost njegovega izvajanja pa je odvisna od energijskega in redoks potenciala celice. To celotno integracijo metabolizma zagotavlja predvsem adenilate, sodelujejo pri regulaciji kakršnih koli presnovnih transformacij celice.

Integracija presnove beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov v celici poteka prek njihovih skupnih virov energije. Dejansko se v biosintezi kakršnih koli preprostih in kompleksnih organskih spojin, marmomolekul in supramolekularnih struktur ATP uporablja kot skupni vir energije, ki oskrbuje z energijo za procese fosforilacije, ali NADH, NADP H, ki oskrbuje z energijo za redukcijo oksidativnih spojin. Torej, če se v celici izvaja sinteza (anabolizem) določenih snovi, se lahko zgodi zaradi porabe kemične energije enega od skupnih mobilnih virov (ATP, NADH, NADP-H), ki nastanejo med katabolizem drugih snovi (glej sliko 10.1).

Vsi anabolični in drugi procesi, ki porabljajo energijo, tekmujejo za celotno oskrbo celice z energijo, pridobljeno med katabolizmom in ki je gonilna sila različnih transformacij. Na primer, izvajanje glukostatske funkcije jeter, ki temelji na sposobnosti jeter, da sintetizirajo glukozo iz laktata in aminokislin. (glukoneogeneza), nezdružljivo s hkratno sintezo maščob in beljakovin. Glukoneogenezo spremlja razgradnja beljakovin in maščob v jetrih ter oksidacija nastalih maščobnih kislin, kar vodi do sproščanja energije, potrebne za sintezo ATP in NADH, ki sta potrebna za glukoneogenezo.

Druga manifestacija integracije presnovnih transformacij beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov je obstoj skupni prejšnjistevenniki in pogosti intermediati metabolizem. To je skupni sklad ogljika, skupni vmesni produkt presnove - acetil-CoA in druge snovi. Najpomembnejše končne transformacijske poti, ki povezujejo presnovne procese na različnih stopnjah, so cikel citronske kisline in dihalne verižne reakcije, ki potekajo v mitohondrijih. Tako je cikel citronske kisline glavni vir CO 2 za nadaljnje reakcije glukoneogeneze, sintezo maščobnih kislin in sečnine.

Eden od mehanizmov za usklajevanje splošnih presnovnih potreb telesa s potrebami celice je živčen in

hormonski vpliv na ključne encime. Značilnosti teh encimov so: položaj na začetku presnovne poti, ki ji encim pripada; bližina lokacije ali povezanost s substratom; odziv ne le na delovanje intracelularnih presnovnih regulatorjev, temveč tudi na zunajcelične živčne in hormonske vplive.

Primeri ključnih encimov so glikogen fosforilaza, fosfofruktokinaza, lipaza. Njihova vloga pri uravnavanju metabolizma se kaže predvsem v pripravi telesa na »boj ali beg«. S povečanjem ravni adrenalina v krvi na 10 -9 M pod temi pogoji se veže na adrenoreceptorje plazemske membrane, aktivira adenilat ciklazo, ki katalizira pretvorbo ATP v ciklični AMP. Slednji aktivira glikogen fosforilazo, kar močno pospeši razgradnjo glikogena v jetrih.

Proces glikogenolize v mišicah lahko hkrati aktivirajo živčni sistem in kateholamini. Ta učinek se doseže s sproščanjem ionov Ca ++, njegovo vezavo na kalmodulin, ki je podenota fosforilaze, ki se nato aktivira in vodi do mobilizacije glikogena. Živčni mehanizem mobilizacije glikogena poteka skozi manjše število vmesnih korakov kot hormonski. S tem doseže svojo hitrost.

Zadovoljevanje energetskih potreb telesa s pospeševanjem znotrajceličnih procesov razgradnje trigliceridov v maščobnem tkivu dosežemo z aktivacijo hormonsko občutljive lipaze. Povečana aktivnost tega encima (z adrenalinom, norepinefrinom, glukagonom) povzroči mobilizacijo prostih maščobnih kislin, ki so glavni energijski substrat za oksidacijo v mišicah med intenzivnim in dolgotrajnim delom.

Prehod organov in tkiv z ene ravni funkcionalne aktivnosti na drugo vedno spremljajo ustrezne spremembe v njihovi trofični. Na primer, z refleksnim krčenjem skeletnih mišic živčni sistem izvaja ne samo sprožilno delovanje, ampak tudi trofično, tako da poveča lokalni krvni pretok in metabolizem v njih. Povečanje moči kontrakcij miokarda pod vplivom simpatičnega živčnega sistema je zagotovljeno s hkratnim povečanjem koronarnega krvnega pretoka in metabolizma v srčni mišici. Vpliv živčnega sistema na trofizem skeletnih mišic dokazuje dejstvo, da denervacija mišic povzroči postopno atrofijo mišičnih vlaken. Najpomembnejši pri izvajanju trofične funkcije živčnega sistema je njegov simpatični oddelek. Preko simpatično-nadledvičnega sistema se ne doseže samo aktivacija metabolizma in energije v celici, ampak se ustvarijo tudi dodatni pogoji za pospešitev metabolizma. Norepinefrin in adrenalin, katerih sproščanje v krvni obtok se poveča z vzbujanjem simpatičnega živčnega sistema,

povzročijo povečanje globine dihanja, razširijo mišice bronhijev, kar prispeva k dostavi kisika v kri. Adrenalin, ki ima pozitiven inotropni in kronotropni učinek na srce, poveča minutni volumen krvi, poveča sistolični krvni tlak. Zaradi aktivacije dihanja in krvnega obtoka se poveča dostava kisika v tkiva.

Eden od sestavnih kazalcev notranjega okolja, ki odraža presnovo ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob v telesu, je koncentracija v krvi. glukoza. Glukoza ni le energijski substrat, potreben za sintezo maščob in beljakovin, ampak tudi vir njihove sinteze. V jetrih nastanejo ogljikovi hidrati iz maščobnih kislin in aminokislin.

Normalno delovanje celic živčnega sistema, mišic, za katere je glukoza najpomembnejši energijski substrat, je možno pod pogojem, da bo dotok glukoze v njih zagotovil njihove energetske potrebe. To dosežemo s povprečno vsebnostjo 1 g (0,8-1,2 g) glukoze na liter krvi pri človeku (slika 10.3.).

Z zmanjšanjem vsebnosti glukoze v litru krvi na manj kot 0,5 g, ki ga povzroči stradanje, prevelik odmerek insulina, pride do pomanjkanja oskrbe možganskih celic z energijo. Kršitev njihovih funkcij se kaže v povečanem srčnem utripu, mišični oslabelosti in tremorju, omotici, povečanem potenju in občutku lakote. Z nadaljnjim znižanjem koncentracije glukoze v krvi se to stanje imenuje hipoglikemija, lahko gre na hipoglikemična koma, za katero je značilna depresija možganskih funkcij do izgube zavesti. Vnos glukoze v kri, vnos saharoze, injiciranje glukagona preprečuje ali oslabi te manifestacije hipoglikemije.

Kratkotrajno zvišanje ravni glukoze v krvi (hiperglikemija) ne predstavlja nevarnosti za življenje, lahko pa povzroči zvišanje osmotskega tlaka krvi.

IN normalne razmere Celotna kri v telesu vsebuje približno 5 g glukoze. Pri povprečnem dnevnem vnosu 430 g ogljikovih hidratov s hrano odrasle osebe, ki se ukvarja s fizičnim delom v razmerah relativnega počitka, tkiva vsako minuto porabijo približno 0,3 g glukoze. Hkrati zaloge glukoze v krvi, ki kroži, zadoščajo za hranjenje tkiv 3-5 minut, brez njenega obnavljanja pa je neizogibno. hipoglikemija. Poraba glukoze se poveča s fizičnim in psiho-čustvenim stresom. Ker občasno (večkrat na dan) uživanje ogljikovih hidratov s hrano ne zagotavlja stalnega in enakomernega dotoka glukoze iz črevesja v kri, obstajajo v telesu mehanizmi, ki kompenzirajo izgubo glukoze iz krvi v enakih količinah. na njegovo porabo s tkivi. Mehanizmi z drugačno smerjo delovanja zagotavljajo v normalnih pogojih pretvorbo glukoze v shranjeno obliko - glikogen. V količini nad 1,8 g na liter krvi se iz telesa izloči z urinom.

Presežek glukoze, ki se absorbira iz črevesja v kri portalne vene, absorbirajo hepatociti. S povečanjem njihove koncentracije

riž. 10.3 Sistem za uravnavanje glukoze v krvi (za razlago glejte besedilo)

glukozni walkie-talkie aktivira encime presnove ogljikovih hidratov v jetrih, ki pretvorijo glukozo v glikogen. Kot odziv na zvišanje ravni sladkorja v krvi, ki teče skozi trebušno slinavko, se poveča sekretorna aktivnost IN celice Langerhansovih otočkov. V kri se sprosti več inzulina - edinega hormona, ki močno zniža koncentracijo sladkorja v krvi. Pod vplivom insulina se poveča prepustnost plazemskih membran celic mišičnega maščobnega tkiva za glukozo. Insulin aktivira procese pretvorbe glukoze v glikogen v jetrih in mišicah, izboljša njeno absorpcijo in absorpcijo v skeletnih, gladkih in srčnih mišicah. Pod vplivom insulina v celicah maščobnega tkiva se maščobe sintetizirajo iz glukoze. Hkrati inzulin, ki se sprošča v velikih količinah, zavira razgradnjo jetrnega glikogena in glukoneogenezo.

Vsebnost glukoze v krvi ocenjujejo glukoreceptorji sprednjega hipotalamusa, pa tudi njegovi polisenzorni nevroni. Kot odgovor na zvišanje ravni glukoze v krvi nad "nastavljeno točko" (> 1,2 g / l) se poveča aktivnost hipotalamičnih nevronov, ki z vplivom parasimpatičnega živčnega sistema na trebušno slinavko povečajo izločanje insulina.

Z znižanjem ravni glukoze v krvi se zmanjša njena absorpcija v hepatocitih. Zmanjšana sekretorna aktivnost v trebušni slinavki IN-celic, se zmanjša izločanje insulina. Zavirajo se procesi pretvorbe glukoze v glikogen v jetrih in mišicah, zmanjša se absorpcija in asimilacija glukoze v skeletnih in gladkih mišicah, maščobnih celicah. S sodelovanjem teh mehanizmov se upočasni ali prepreči nadaljnje znižanje ravni glukoze v krvi, kar bi lahko privedlo do razvoja hipoglikemije.

Z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi se poveča tonus simpatičnega živčnega sistema. Pod njegovim vplivom se poveča izločanje adrenalina in norepinefrina v meduli nadledvične žleze. Adrenalin, ki spodbuja razgradnjo glikogena v jetrih in mišicah, povzroči zvišanje koncentracije sladkorja v krvi. Po tej lastnosti je adrenalin najpomembnejši inzulinski antagonist med drugimi hormoni sistema za uravnavanje krvnega sladkorja. Na primer, norepinefrin ima šibko sposobnost zvišanja ravni glukoze v krvi.

Pod vplivom simpatičnega živčnega sistema se stimulira proizvodnja glukagona v a-celicah trebušne slinavke, kar aktivira razgradnjo jetrnega glikogena, stimulira glukoneogenezo in vodi do zvišanja ravni glukoze v krvi.

Zmanjšanje koncentracije glukoze v krvi, ki je eden najpomembnejših energetskih substratov za telo, povzroča razvoj stresa. Kot odziv na znižanje ravni krvnega sladkorja glukoreceptorski nevroni hipotalamusa preko sproščanja hormonov spodbudijo izločanje rastnega hormona in adrenokortikotropnega hormona hipofize v kri. Pod vplivom rastnega hormona se prepustnost celičnih membran za glukozo zmanjša, glukoza pa se poveča.

koneogeneze se aktivira izločanje glukagona, kar povzroči zvišanje ravni sladkorja v krvi. Rastni hormon ima anabolične učinke na presnovo beljakovin in maščob. Pod njegovim vplivom se poveča vsebnost beljakovin, zmanjša količina izločenega dušika in poveča plazemska koncentracija prostih maščobnih kislin.

Glukokortikoidi, ki se izločajo pod delovanjem adrenokortikotropnega hormona v skorji nadledvične žleze, aktivirajo encime glukoneogeneze v jetrih in s tem prispevajo k zvišanju krvnega sladkorja. Hkrati se pod delovanjem glukokortikoidov zmanjša vključitev aminokislin v beljakovine in poveča hitrost izločanja dušika iz telesa. Glukokortikoidi povečajo učinkovitost lipolize v maščobnem tkivu in mobilizacijo prostih maščobnih kislin v kri.

Uravnavanje metabolizma in energije v celotnem organizmu je pod nadzorom živčnega sistema in njegovih višjih oddelkov. To dokazujejo dejstva o pogojno refleksni spremembi intenzivnosti metabolizma pri športnikih v stanju pred startom, pri delavcih pred začetkom težkega dela. fizično delo, s strani potapljačev, preden se potopijo v vodo. V teh primerih se poveča hitrost porabe kisika v telesu, poveča se minutni volumen dihanja, poveča se minutni volumen krvnega pretoka in poveča se izmenjava energije.

Razvija se z zmanjšanjem vsebnosti glukoze, prostih maščobnih kislin, aminokislin v krvi lakota določa vedenjski odziv, katerega cilj je iskanje in uživanje hrane ter obnavljanje hranilnih snovi v telesu.

Pri uravnavanju presnove in energije ločimo uravnavanje telesne presnove snovi in ​​energije z okoljem ter uravnavanje presnove v telesu samem.

Uravnavanje telesne izmenjave hranil z okoljem je obravnavano v 9. poglavju.

Problematika uravnavanja vodno-solne presnove je opisana v 12. poglavju. Uravnavanje telesne izmenjave toplote z okoljem, kot končne oblike transformacije vseh vrst energije, je obravnavano v 11. poglavju.

Zato so tukaj predstavljena splošna vprašanja nevrohumoralne regulacije metabolizma in energije v telesu in predvsem regulacije metabolizma celotnega organizma.

Končni cilj uravnavanja metabolizma in energije je zadovoljiti, v skladu s stopnjo funkcionalne aktivnosti, potrebe celotnega organizma, njegovih organov, tkiv in posameznih celic po energiji in različnih plastičnih snoveh. V celotnem organizmu je vedno prisotna potreba po uskladitvi splošnih presnovnih potreb telesa s potrebami celic organa, tkiva. Takšno usklajevanje dosežemo s porazdelitvijo snovi, ki prihajajo iz okolja, med organi in tkivi ter s prerazporeditvijo snovi, sintetiziranih v telesu, med njimi.

Presnova, ki poteka v telesu, ni neposredno povezana z okoljem. hranila,


Preden lahko vstopijo v presnovne procese, jih je treba v prebavilih pridobiti iz hrane v molekularni obliki. Kisik, ki je potreben za biološko oksidacijo, je treba izolirati iz zraka v pljučih, dostaviti v kri, vezati na hemoglobin in ga s krvjo prenesti v tkiva. Skeletne mišice, ki so eden najmočnejših porabnikov energije v telesu, služijo tudi metabolizmu in energiji, zagotavljajo iskanje, sprejemanje in predelavo hrane. Izločevalni sistem je neposredno povezan s presnovo in energijo. Regulacija metabolizma in energije je torej večparametrična regulacija, ki vključuje regulacijske sisteme številnih telesnih funkcij (na primer dihanje, krvni obtok, izločanje, prenos toplote itd.).

Vloga centra pri uravnavanju metabolizma in energije igra hipotalamus. To je posledica dejstva, da hipotalamus vsebuje živčna jedra in centre, ki so neposredno povezani z uravnavanjem lakote in sitosti, prenosom toplote in osmoregulacijo. V hipotalamusu so identificirali polisenzorne nevrone, ki se s premiki funkcionalne aktivnosti odzivajo na spremembe koncentracije glukoze, vodikovih ionov, telesne temperature, osmotskega tlaka, t.j. najpomembnejše homeostatske konstante notranjega okolja telesa. V jedrih hipotalamusa se izvaja analiza stanja notranjega okolja telesa in nastajajo kontrolni signali, ki preko eferentnih sistemov prilagajajo potek metabolizma potrebam telesa.

Kot členi eferentnega sistema regulacije metabolizma, sočuten in parasimpatični oddelki avtonomni živčni sistem. Mediatorji, ki jih sproščajo njihovi živčni končiči, neposredno ali posredno vplivajo na delovanje in presnovo tkiv preko sekundarnih prenašalcev sporočil. Pod nadzorom vpliva hipotalamusa in se uporablja kot eferentni sistem za uravnavanje metabolizma in energije - endokrini sistem. Hormoni hipotalamusa, hipofize in drugih endokrinih žlez neposredno vplivajo na rast, razmnoževanje, diferenciacijo, razvoj in druge funkcije celic. Hormoni sodelujejo pri vzdrževanju potrebne ravni snovi, kot so glukoza, proste maščobne kisline in mineralni ioni v krvi (glejte 5. poglavje).

Presnova (anabolizem in katabolizem), pridobivanje energije, shranjene v makroergičnih vezah ATP, opravljanje različnih vrst dela z uporabo presnovne energije - to so praviloma procesi, ki se odvijajo znotraj celice. Zato je najpomembnejši efektor, preko katerega je možno regulirati presnovo in energijo celica organov in tkiv. Regulacija metabolizma je sestavljena iz vplivanja na hitrost biokemičnih reakcij, ki se pojavljajo v celicah.

Najpogostejši učinki regulatornih učinkov na celico so spremembe: katalitične aktivnosti encimov in njihove koncentracije, afinitete encima in substrata, lastnosti mikrookolja,


v katerem delujejo encimi. Delovanje encimov lahko reguliramo na različne načine. "Fina nastavitev" katalitične aktivnosti encimov se doseže z vplivom snovi - modulatorji, ki so pogosto sami metaboliti. Na ta način se izvaja regulacija posameznih povezav presnovnih transformacij. V tem primeru lahko modulator deluje v enem ali več tkivih telesa.

Celični metabolizem kot celota je nemogoč brez integracije številnih biokemičnih transformacij, sama možnost njegovega izvajanja pa je odvisna od energijskega in redoks potenciala celice. To celotno integracijo metabolizma zagotavlja predvsem adenilate, sodelujejo pri regulaciji kakršnih koli presnovnih transformacij celice.

Integracija presnove beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov v celici poteka prek njihovih skupnih virov energije. Dejansko se v biosintezi kakršnih koli preprostih in kompleksnih organskih spojin, marmomolekul in supramolekularnih struktur ATP uporablja kot skupni vir energije, ki oskrbuje z energijo za procese fosforilacije, ali NADH, NADP H, ki oskrbuje z energijo za redukcijo oksidativnih spojin. Torej, če se v celici izvaja sinteza (anabolizem) določenih snovi, se lahko zgodi zaradi porabe kemične energije enega od skupnih mobilnih virov (ATP, NADH, NADP-H), ki nastanejo med katabolizem drugih snovi (glej sliko 10.1).

Vsi anabolični in drugi procesi, ki porabljajo energijo, tekmujejo za celotno oskrbo celice z energijo, pridobljeno med katabolizmom in ki je gonilna sila različnih transformacij. Na primer, izvajanje glukostatske funkcije jeter, ki temelji na sposobnosti jeter, da sintetizirajo glukozo iz laktata in aminokislin. (glukoneogeneza), nezdružljivo s hkratno sintezo maščob in beljakovin. Glukoneogenezo spremlja razgradnja beljakovin in maščob v jetrih ter oksidacija nastalih maščobnih kislin, kar vodi do sproščanja energije, potrebne za sintezo ATP in NADH, ki sta potrebna za glukoneogenezo.

Druga manifestacija integracije presnovnih transformacij beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov je obstoj skupni predhodniki in pogosti intermediati metabolizem. To je skupni sklad ogljika, skupni vmesni produkt presnove - acetil-CoA in druge snovi. Najpomembnejše končne transformacijske poti, ki povezujejo presnovne procese na različnih stopnjah, so cikel citronske kisline in dihalne verižne reakcije, ki potekajo v mitohondrijih. Tako je cikel citronske kisline glavni vir CO 2 za nadaljnje reakcije glukoneogeneze, sintezo maščobnih kislin in sečnine.

Eden od mehanizmov za usklajevanje splošnih presnovnih potreb telesa s potrebami celice je živčen in


hormonski vpliv na ključne encime. Značilnosti teh encimov so: položaj na začetku presnovne poti, ki ji encim pripada; bližina lokacije ali povezanost s substratom; odziv ne le na delovanje intracelularnih presnovnih regulatorjev, temveč tudi na zunajcelične živčne in hormonske vplive.

Primeri ključnih encimov so glikogen fosforilaza, fosfofruktokinaza, lipaza. Njihova vloga pri uravnavanju metabolizma se kaže predvsem v pripravi telesa na »boj ali beg«. S povečanjem ravni adrenalina v krvi na 10 -9 M pod temi pogoji se veže na adrenoreceptorje plazemske membrane, aktivira adenilat ciklazo, ki katalizira pretvorbo ATP v ciklični AMP. Slednji aktivira glikogen fosforilazo, kar močno pospeši razgradnjo glikogena v jetrih.

Proces glikogenolize v mišicah lahko hkrati aktivirajo živčni sistem in kateholamini. Ta učinek se doseže s sproščanjem ionov Ca ++, njegovo vezavo na kalmodulin, ki je podenota fosforilaze, ki se nato aktivira in vodi do mobilizacije glikogena. Živčni mehanizem mobilizacije glikogena poteka skozi manjše število vmesnih korakov kot hormonski. S tem doseže svojo hitrost.

Zadovoljevanje energetskih potreb telesa s pospeševanjem znotrajceličnih procesov razgradnje trigliceridov v maščobnem tkivu dosežemo z aktivacijo hormonsko občutljive lipaze. Povečana aktivnost tega encima (z adrenalinom, norepinefrinom, glukagonom) povzroči mobilizacijo prostih maščobnih kislin, ki so glavni energijski substrat za oksidacijo v mišicah med intenzivnim in dolgotrajnim delom.

Prehod organov in tkiv z ene ravni funkcionalne aktivnosti na drugo vedno spremljajo ustrezne spremembe v njihovi trofični. Na primer, z refleksnim krčenjem skeletnih mišic živčni sistem izvaja ne samo sprožilno delovanje, ampak tudi trofično, tako da poveča lokalni krvni pretok in metabolizem v njih. Povečanje moči kontrakcij miokarda pod vplivom simpatičnega živčnega sistema je zagotovljeno s hkratnim povečanjem koronarnega krvnega pretoka in metabolizma v srčni mišici. Vpliv živčnega sistema na trofizem skeletnih mišic dokazuje dejstvo, da denervacija mišic povzroči postopno atrofijo mišičnih vlaken. Najpomembnejši pri izvajanju trofične funkcije živčnega sistema je njegov simpatični oddelek. Preko simpatično-nadledvičnega sistema se ne doseže samo aktivacija metabolizma in energije v celici, ampak se ustvarijo tudi dodatni pogoji za pospešitev metabolizma. Norepinefrin in adrenalin, katerih sproščanje v krvni obtok se poveča z vzbujanjem simpatičnega živčnega sistema,


Povzročajo povečanje globine dihanja, razširijo mišice bronhijev, kar prispeva k dostavi kisika v kri. Adrenalin, ki ima pozitiven inotropni in kronotropni učinek na srce, poveča minutni volumen krvi, poveča sistolični krvni tlak. Zaradi aktivacije dihanja in krvnega obtoka se poveča dostava kisika v tkiva.

Eden od sestavnih kazalcev notranjega okolja, ki odraža presnovo ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob v telesu, je koncentracija v krvi. glukoza. Glukoza ni le energijski substrat, potreben za sintezo maščob in beljakovin, ampak tudi vir njihove sinteze. V jetrih nastanejo ogljikovi hidrati iz maščobnih kislin in aminokislin.

Normalno delovanje celic živčnega sistema, mišic, za katere je glukoza najpomembnejši energijski substrat, je možno pod pogojem, da bo dotok glukoze v njih zagotovil njihove energetske potrebe. To dosežemo s povprečno vsebnostjo 1 g (0,8-1,2 g) glukoze na liter krvi pri človeku (slika 10.3.).

Z zmanjšanjem vsebnosti glukoze v litru krvi na manj kot 0,5 g, ki ga povzroči stradanje, prevelik odmerek insulina, pride do pomanjkanja oskrbe možganskih celic z energijo. Kršitev njihovih funkcij se kaže v povečanem srčnem utripu, mišični oslabelosti in tremorju, omotici, povečanem potenju in občutku lakote. Z nadaljnjim znižanjem koncentracije glukoze v krvi se to stanje imenuje hipoglikemija, lahko gre na hipoglikemična koma, za katero je značilna depresija možganskih funkcij do izgube zavesti. Vnos glukoze v kri, vnos saharoze, injiciranje glukagona preprečuje ali oslabi te manifestacije hipoglikemije.

Kratkotrajno zvišanje ravni glukoze v krvi (hiperglikemija) ne predstavlja nevarnosti za življenje, lahko pa povzroči zvišanje osmotskega tlaka krvi.

V normalnih pogojih celotna kri v telesu vsebuje približno 5 g glukoze. Pri povprečnem dnevnem vnosu 430 g ogljikovih hidratov s hrano odrasle osebe, ki se ukvarja s fizičnim delom v razmerah relativnega počitka, tkiva vsako minuto porabijo približno 0,3 g glukoze. Hkrati zaloge glukoze v krvi, ki kroži, zadoščajo za hranjenje tkiv 3-5 minut, brez njenega obnavljanja pa je neizogibno. hipoglikemija. Poraba glukoze se poveča s fizičnim in psiho-čustvenim stresom. Ker občasno (večkrat na dan) uživanje ogljikovih hidratov s hrano ne zagotavlja stalnega in enakomernega dotoka glukoze iz črevesja v kri, obstajajo v telesu mehanizmi, ki kompenzirajo izgubo glukoze iz krvi v enakih količinah. na njegovo porabo s tkivi. Mehanizmi z drugačno smerjo delovanja zagotavljajo v normalnih pogojih pretvorbo glukoze v shranjeno obliko - glikogen. V količini nad 1,8 g na liter krvi se iz telesa izloči z urinom.

Presežek glukoze, ki se absorbira iz črevesja v kri portalne vene, absorbirajo hepatociti. S povečanjem njihove koncentracije


riž. 10.3 Sistem za uravnavanje glukoze v krvi (za razlago glejte besedilo)


Voki-toki za glukozo aktivira jetrne encime za presnovo ogljikovih hidratov, ki pretvorijo glukozo v glikogen. Kot odziv na zvišanje ravni sladkorja v krvi, ki teče skozi trebušno slinavko, se poveča sekretorna aktivnost IN celice Langerhansovih otočkov. V kri se sprosti več inzulina - edinega hormona, ki močno zniža koncentracijo sladkorja v krvi. Pod vplivom insulina se poveča prepustnost plazemskih membran celic mišičnega maščobnega tkiva za glukozo. Insulin aktivira procese pretvorbe glukoze v glikogen v jetrih in mišicah, izboljša njeno absorpcijo in absorpcijo v skeletnih, gladkih in srčnih mišicah. Pod vplivom insulina v celicah maščobnega tkiva se maščobe sintetizirajo iz glukoze. Hkrati inzulin, ki se sprošča v velikih količinah, zavira razgradnjo jetrnega glikogena in glukoneogenezo.

Vsebnost glukoze v krvi ocenjujejo glukoreceptorji sprednjega hipotalamusa, pa tudi njegovi polisenzorni nevroni. Kot odgovor na zvišanje ravni glukoze v krvi nad "nastavljeno točko" (> 1,2 g / l) se poveča aktivnost hipotalamičnih nevronov, ki z vplivom parasimpatičnega živčnega sistema na trebušno slinavko povečajo izločanje insulina.

Z znižanjem ravni glukoze v krvi se zmanjša njena absorpcija v hepatocitih. Zmanjšana sekretorna aktivnost v trebušni slinavki IN-celic, se zmanjša izločanje insulina. Zavirajo se procesi pretvorbe glukoze v glikogen v jetrih in mišicah, zmanjša se absorpcija in asimilacija glukoze v skeletnih in gladkih mišicah, maščobnih celicah. S sodelovanjem teh mehanizmov se upočasni ali prepreči nadaljnje znižanje ravni glukoze v krvi, kar bi lahko privedlo do razvoja hipoglikemije.

Z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi se poveča tonus simpatičnega živčnega sistema. Pod njegovim vplivom se poveča izločanje adrenalina in norepinefrina v meduli nadledvične žleze. Adrenalin, ki spodbuja razgradnjo glikogena v jetrih in mišicah, povzroči zvišanje koncentracije sladkorja v krvi. Po tej lastnosti je adrenalin najpomembnejši inzulinski antagonist med drugimi hormoni sistema za uravnavanje krvnega sladkorja. Na primer, norepinefrin ima šibko sposobnost zvišanja ravni glukoze v krvi.

Pod vplivom simpatičnega živčnega sistema se stimulira proizvodnja glukagona v a-celicah trebušne slinavke, kar aktivira razgradnjo jetrnega glikogena, stimulira glukoneogenezo in vodi do zvišanja ravni glukoze v krvi.

Zmanjšanje koncentracije glukoze v krvi, ki je eden najpomembnejših energetskih substratov za telo, povzroča razvoj stresa. Kot odziv na znižanje ravni krvnega sladkorja glukoreceptorski nevroni hipotalamusa preko sproščanja hormonov spodbudijo izločanje rastnega hormona in adrenokortikotropnega hormona hipofize v kri. Pod vplivom rastnega hormona se prepustnost celičnih membran za glukozo zmanjša, glukoza pa se poveča.


Koneogeneza, aktivira se izločanje glukagona, kar povzroči zvišanje ravni sladkorja v krvi. Rastni hormon ima anabolične učinke na presnovo beljakovin in maščob. Pod njegovim vplivom se poveča vsebnost beljakovin, zmanjša količina izločenega dušika in poveča plazemska koncentracija prostih maščobnih kislin.

Glukokortikoidi, ki se izločajo pod delovanjem adrenokortikotropnega hormona v skorji nadledvične žleze, aktivirajo encime glukoneogeneze v jetrih in s tem prispevajo k zvišanju krvnega sladkorja. Hkrati se pod delovanjem glukokortikoidov zmanjša vključitev aminokislin v beljakovine in poveča hitrost izločanja dušika iz telesa. Glukokortikoidi povečajo učinkovitost lipolize v maščobnem tkivu in mobilizacijo prostih maščobnih kislin v kri.

Uravnavanje metabolizma in energije v celotnem organizmu je pod nadzorom živčnega sistema in njegovih višjih oddelkov. To dokazujejo dejstva o pogojno refleksni spremembi intenzivnosti metabolizma pri športnikih v stanju pred zagonom, pri delavcih pred začetkom težkega fizičnega dela, pri potapljačih pred potopitvijo v vodo. V teh primerih se poveča hitrost porabe kisika v telesu, poveča se minutni volumen dihanja, poveča se minutni volumen krvnega pretoka in poveča se izmenjava energije.

Razvija se z zmanjšanjem vsebnosti glukoze, prostih maščobnih kislin, aminokislin v krvi lakota določa vedenjski odziv, katerega cilj je iskanje in uživanje hrane ter obnavljanje hranilnih snovi v telesu.

Prehrana.

človeška prehrana- to je proces dostave in asimilacije hranilnih snovi v telo za zadovoljevanje njegovih energetskih in plastičnih potreb, pa tudi potreb po vodi, vitaminih, mineralih. Poleg tega mora hrana, ki zadovoljuje eno od osnovnih bioloških potreb telesa, človeku prinašati občutek ugodja. Oblikovanje prehranske kulture pri človeku je eden glavnih načinov za ohranjanje njegovega zdravja in preprečevanje številnih bolezni.

Človekova prehrana je praviloma kompromis med posameznikovimi željami, navadami, priporočili in zmožnostjo zadovoljevanja potreb po hrani. Med najpomembnejšimi dejavniki, ki vplivajo na ta kompromis, so izločene predstave subjekta o fizioloških osnovah prehrane in kulture prehranjevanja. Po drugi strani pa je prehrana določena s stopnjo in kulturo pridelave. Ker se ta vprašanja obravnavajo pri predmetih splošna higiena, higiena živil, to poglavje obravnava le splošna vprašanja. prehranska fiziologija.

Zadovoljevanje plastičnih in energetskih potreb telesa služi kot merilo za nastanek prehranski standardi. V mojem


Čakalna vrsta, prehranske norme, ki določajo količino vnosa hrane, temeljijo na podatkih znanstvenih študij presnove maščob, beljakovin, ogljikovih hidratov, vode, mineralnih ionov, vitaminov. razne skupine prebivalstvo.

Pri določanju fizioloških norm prehranjevanja z vidika zadovoljevanja telesnih potreb po plastičnih snoveh se domneva, da jih je večina lahko sintetizirana v telesu. Druge snovi (esencialne maščobne kisline, esencialne aminokisline, vsi minerali in elementi v sledovih, vitamini) se v človeškem telesu ne sintetizirajo in jih moramo zaužiti s hrano. Torej, vir aminokislin so beljakovine hrane, telo nima rezerve beljakovin ali aminokislin. To zahteva vnos beljakovin v višini 0,75-1 g na kg telesne teže odrasle osebe na dan. Hkrati je treba 55-60% dnevnih potreb po beljakovinah zagotoviti z beljakovinami živalskega izvora (mleko, mlečni izdelki, jajca, meso, ribe).

Snovi, potrebne za telo, kot so vitamini K in vitamini B, aminokisline, ne vstopajo v telo le s hrano, temveč tudi kot del snovi - odpadnih produktov črevesne mikroflore.

Razmerje beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov v prehrani mora biti 1: 1, 2: 4,6 glede na težo teh snovi. Sestava prehrane mora vključevati izdelke živalskega in rastlinskega izvora (na primer maščobe rastlinskega izvora morajo biti vsaj 30% celotne maščobe), vključiti je treba sveže naravne izdelke prehrana, ki je vir vitaminov, nenasičenih maščobnih kislin, mineralnih ionov.

Z majhnimi odstopanji v kratkem času od priporočenih razmerij količine maščob in ogljikovih hidratov, pod pogojem, da beljakovine vstopajo v telo s hitrostjo 0,75 g / kg / dan, se presnovne motnje pri ljudeh ne pojavijo. Maščobe in ogljikovi hidrati se lahko zamenjajo kot energijski substrati v skladu z izodinamičnim pravilom. Z energijsko vrednostjo 1 g maščobe, ki je enaka 9,0 kcal, in 1 g ogljikovih hidratov - 4,0 kcal, gram maščobe nadomesti 2,25 g ogljikovih hidratov med oksidacijo v telesu. Vendar pa vnos maščob, ki presega telesne potrebe, vodi v debelost in tveganje za bolezni srca in ožilja. Vnos maščob v telo v količinah pod njegovimi potrebami omejuje absorpcijo v maščobi topnih vitaminov in je lahko vzrok za beriberi. Posebej neugoden za plastične procese je nezadosten vnos esencialnih (linolne, arahidonske) maščobnih kislin v telo (glej poglavje "Lipidi").

Gonilna sila presnove v telesu in opravljanja kakršnega koli dela je energija katabolnih procesov. Njegov vir je energija kemičnih vezi hranil, ki prihajajo iz hrane. Zato pri določanju fiziološkega


Upoštevati je treba prehranske standarde energijska vrednost(vsebnost kalorij) prehrane na porabo energije določenega organizma. Sestavljeni so iz stroškov energije glavnega metabolizma, stroškov energije, povezanih s specifičnim dinamičnim delovanjem hrane in značilnosti delovna dejavnost. Odraslo delovno sposobno prebivalstvo v starosti od 18 do 60 let lahko razvrstimo v 5 skupin, ki se razlikujejo glede na količino porabe energije. Za te skupine so bile izračunane povprečne vrednosti porabe energije in vnosa hranil. Priporočeni prehranski vložki za te skupine so prikazani v tabeli 10.6.

skupina Starost Energija, beljakovine, G maščobe, ogljikovi hidrati,
kcal Skupaj V vključno z G G
živali
18-29
moški 30-39
1 skupina Delavci 40-59
ženske 18-29 30-39 2400 2300 78 75 88 84 324 310
40-59
18-29
moški 30-39
II skupina 40-59
pljučni delavci
fizično delo 18-29
ženske 30-39
40-59
18-29
II GPUPYa moški 30-39
III skupina Zaposleni 40-59
srednje težko fizično delo ženske 18-29 30-39 2700 2600 81 78 45 43
40-59
18-29
moški 30-39
IV skupina 40-59
Težki delavci
fizično delo 18-29
ženske 30-39
40-59
18-29
moški 30-39
Zaposleni v skupini V 40-59
še posebej hudo
fizično delo ženske 18-29 30-39 ____ ___ _ ___ __
40-59 - - - - -

Čeprav je delitev delovno sposobnega prebivalstva na skupine glede na značilnosti delovne dejavnosti v veliki meri poljubna, obstajajo skupine ljudi, ki se ukvarjajo predvsem z duševnim ali fizičnim delom. V ljudeh pretežno umsko delo v procesu te dejavnosti se razvije stopnja psiho-čustvenega stresa, hipokinezija, značilna za to osebo, telesna teža se lahko poveča. Ta stanja so dejavniki tveganja za razvoj številnih bolezni. Da bi preprečili takšne zaplete, morajo osebe, ki se pretežno ukvarjajo z duševnim delom, izvajati razumno količino telesne dejavnosti in v primeru povečanja telesne teže zmerno omejiti prehrano. Omejitev prehrane bi morala iti le z vidika njene energijske vrednosti (predvsem zaradi omejevanja vnosa ogljikovih hidratov) in ne na škodo njene plastične vrednosti. Zmerno omejitev prehrane je treba kombinirati z uvedbo široke palete rastlinskih živil v prehrano. Maščobe, vključene v dnevno prehrano (80-100 g), morajo vključevati rastlinska olja(20-25 g). Maščobe niso le energijske in plastične snovi, temveč tudi dobavitelji takih sestavin, ki so potrebne za telo, kot so polinenasičene maščobne kisline, fosfolipidi, tokoferoli, vitamini A in D itd. Da bi ohranili visoko raven duševne zmogljivosti z dieto, mora telo mora biti dobavljen v skladu z dnevnimi potrebami mineralnih ionov, vitaminov, elementov v sledovih.

Z početjem pretežno fizično delo v prehrani naj bo razmerje beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov približno 1:1 3:5,1. Prehrana mora vsebovati raznovrstna visokokalorična živila, delež živalskih beljakovin naj bo 55 % dnevnega vnosa beljakovin, rastlinskih maščob pa 30 % dnevnega vnosa maščob. Težje in daljše ko je delo, bolj obogatena mora biti hrana.

Za obnovitev zdravja po boleznih, preprečevanje bolezni, ohranjanje visoke zmogljivosti so razvili posebne režime in diete. terapevtska in preventivna prehrana.Če je potrebno, se priporočajo tako osebam fizičnega kot duševnega dela.

Raven energetskih stroškov in telesnih potreb po plastičnih snoveh ni odvisna samo od intenzivnosti poroda, ampak tudi od mnogih drugih dejavnikov, zlasti od starosti, telesne teže, telesna aktivnost, funkcionalno stanje telesa.

Za nosečnice in doječe ženske vsebnost beljakovin v prehrani je treba povečati na 2 g/kg na dan. Povečanje beljakovin je potrebno za zagotovitev rasti tkiv razvijajočega se organizma, pri doječih ženskah pa za tvorbo mleka. Količina beljakovin v prehrani otroška hrana mora biti 1,2-1,5 g / kg na dan. Več beljakovin je treba uvesti v prehrano težkih fizičnih delavcev, ki imajo


Izgube beljakovin so večje kot pri posameznikih z lažjo telesno aktivnostjo. Za hitro okrevanje, obnovo telesne mase tkiva po hudih izčrpavajočih boleznih, operacijah, obsežnih opeklinah je potrebna tudi prehrana z višjo vsebnostjo beljakovin (1,5-2,0 g / kg na dan). Skupna vsebnost kalorij v prehrani na 1 kg telesne teže je v primerjavi z odraslim v telesu rastočega otroka višja, pri starejših pa nižja (tabela 10.7).

100 (90)

(54) 100 (90) 20 (18) 400 (360) 60-74 let 2300 (2100) 69 (63) 38 (35) 77 (70) 333 (305) 75 let star 2000 (1900) 60 (57) 33 (31) 67 (63) 290 (275)

Z omejenim vnosom hranil se pojavi povečana utrujenost, zmanjša se telesna in duševna zmogljivost, upočasni se rast in razvoj otrok, zmanjša se telesna teža, lahko se pojavijo edemi (pri pomanjkanju beljakovin), zmanjša se odpornost telesa na nalezljive bolezni. Prenajedanje vodi do razvoja nelagodja v funkcijah prebavil, zaspanosti, debelosti, zmanjšane telesne aktivnosti in invalidnosti. Povečanje telesne teže in debelost sta dejavnika tveganja za bolezni srca in ožilja, diabetes in skrajšano pričakovano življenjsko dobo.

Najpomembnejša fiziološka načela, ki jih moramo upoštevati pri pripravi diet, vključujejo prehrana, to je prilagoditev narave prehrane, pogostosti in pogostosti obrokov dnevnim ritmom dela in počitka, fiziološkim zakonitostim delovanja prebavil. Na splošno velja, da so najbolj racionalni štirje obroki na dan ob istih urah dneva. Interval


Med obroki mora biti 4-5 ur. S tem se doseže bolj enakomerna funkcionalna obremenitev prebavnega aparata, kar prispeva k ustvarjanju optimalnih pogojev za popolno predelavo hrane. Večerni obrok iz lahko prebavljive hrane je priporočljiv najkasneje 3 ure pred spanjem.

Priporočljivo je, da celotno vsebnost kalorij v dnevni prehrani razdelite na naslednji način: za zajtrk - 25%, drugi zajtrk - 15%, kosilo - 35%, večerja - 25%.Če štirje obroki na dan niso mogoči, lahko trije obroki na dan (30% dnevnih kalorij za zajtrk, 45% za kosilo, 25% za večerjo).

Nevarnosti za zdravje ljudi lahko predstavljajo snovi, ki jih vsebujejo živila, pridelana ali predelana brez upoštevanja sanitarnih in higienskih zahtev kmetijske ali industrijske tehnologije. To so pesticidi, nitrati, radionuklidi, zdravila, kovine, aditivi za živila, konzervansi. Pri zaužitju lahko toksično delujejo na tkiva (kovine, radionuklidi), povzročijo alergijske reakcije (prehranski aditivi, konzervansi, zdravilne učinkovine). Pesticidi se lahko kopičijo v maščobnem tkivu in se počasi izločajo iz telesa ter imajo dolgoročen toksični učinek.

Pogoj za učinkovito absorpcijo in asimilacijo hranil iz prebavil je prebava hranil do monomerov med abdominalno in parietalno prebavo. Nekatere živilske snovi v prebavilih niso hidrolizirane (rastlinski polisaharid celuloza) ali pa niso popolnoma razgrajene. Stopnja prebavljivosti hranil je odvisna od njihove predhodne obdelave med kuhanjem ali mehanske obdelave med žvečenjem. Tako telo živilskih izdelkov ne absorbira v celoti, pri uživanju mešane hrane živalskega in rastlinskega izvora pa je njegova prebavljivost glede na kalorično vrednost približno 90-95%.

Neprebavljive snovi hrane so njene grobe vlaknine (vlaknine, pektini, prehranske vlaknine). Čeprav te snovi zmanjšujejo kalorično vrednost prehrane, spodbujajo črevesno gibljivost, pospešujejo gibanje prehranskih mas v prebavilih, prispevajo k oblikovanju optimalne konsistence blata za izločanje iz telesa in pomagajo pri izločanju odvečnega holesterola v hrani. iz telesa.

Potreba posamezne osebe po različnih sestavinah hrane, količini in razmerju hranilnih snovi ni samo individualna, ampak je odvisna tudi od starosti, fizičnega ali duševnega stresa, stanja počitka ali psiho-čustvenega stresa. Zato je lahko opredelitev norm in narave prehrane, čeprav bi morala upoštevati splošne fiziološke zahteve in priporočila, le strogo individualizirana.

Osrednja struktura, ki uravnava metabolizem in energijo, je hipotalamus. Hipotalamus vsebuje jedra in centre za uravnavanje lakote in sitosti, osmoregulacijo in presnovo energije. V jedrih hipotalamusa se izvaja analiza stanja notranjega okolja telesa. Tu nastajajo tudi kontrolni signali, ki preko eferentnih sistemov prilagajajo potek metabolizma potrebam posameznega organizma. Eferentne povezave sistema presnovne regulacije so simpatični in parasimpatični deli avtonomnega živčnega sistema in endokrini sistem.

Presnova in proizvodnja energije, shranjene v ATP, poteka znotraj celic. Pri tem so najpomembnejši efektor, preko katerega avtonomni živčni in endokrini sistem vplivata na metabolizem in energijo, celice organov in tkiv. Regulacija metabolizma je sestavljena iz vplivanja na hitrost biokemičnih reakcij, ki se pojavljajo v celicah.

Vpliv hipotalamusa na presnovo beljakovin poteka preko sistema hipotalamus-hipofiza-ščitnica. Povečana proizvodnja ščitničnega stimulirajočega hormona v sprednjem delu hipofize povzroči povečanje sinteze tiroksina in trijodotironina v ščitnici. Ti hormoni uravnavajo presnovo beljakovin. Na presnovo beljakovin neposredno vpliva tudi somatotropni hormon hipofize.

Regulativna vloga hipotalamusa pri presnovi maščob je povezana s funkcijo sivega tuberkula. Vpliv hipotalamusa na presnovo maščob je posledica sprememb v hormonskem delovanju hipofize, ščitnice in spolnih žlez. Pomanjkanje hormonskega delovanja žlez vodi v debelost. Bolj zapletene motnje presnove maščob opazimo, ko se spremenijo funkcije trebušne slinavke. V tem primeru so povezani z motnjami presnove ogljikovih hidratov. Izčrpavanje zalog glikogena pri pomanjkanju insulina povzroči kompenzacijsko povečanje procesov glukoneogeneze. Posledično se v krvi poveča vsebnost ketonskih teles (beta-hidroksimaslene, acetoocetne kisline in acetona). Kršitev metabolizma fosfolipidov vodi do maščobne infiltracije jeter. Lecitin in kefalin hkrati zlahka oddata maščobne kisline, ki se uporabljajo za sintezo holesterola, kar posledično povzroči spremembe, povezane s hiperholesterolemijo.

Hipotalamus preko simpatičnega živčnega sistema vpliva na presnovo ogljikovih hidratov. Simpatični vplivi povečajo delovanje medule nadledvične žleze, ki sprošča adrenalin. Adrenalin spodbuja mobilizacijo glikogena iz jeter in mišic. Glavni humoralni dejavniki pri uravnavanju presnove ogljikovih hidratov so hormoni nadledvične skorje in trebušne slinavke (glukokortikoidi, insulin in glukagon). Glukokortikoidi (kortizon, hidrokortizon) delujejo zaviralno (inhibitorno) na glukokinazno reakcijo jeter in znižujejo raven glukoze v krvi. Insulin pospešuje izrabo sladkorja v celicah, glukagon pa pospešuje mobilizacijo glikogena, njegovo razgradnjo in zvišanje glukoze v krvi.

Hipotalamus vsebuje živčne centre, ki uravnavajo presnovo vode in soli. Tu se nahajajo tudi osmoreceptorji. Njihovo draženje refleksno vpliva na presnovo vode in soli, kar zagotavlja stalnost notranjega okolja telesa. Pomembno vlogo pri uravnavanju presnove vode in soli igrajo antidiuretični hormon hipofize in hormoni nadledvične skorje (mineralkortikoidi). Hormon hipofize spodbuja reabsorpcijo vode v ledvicah in s tem zmanjša uriniranje. Mineralkortikoidi (aldosteron) delujejo na epitelij ledvičnih tubulov in povečajo reabsorpcijo natrija v kri. Hormoni ščitnice in obščitnic imajo tudi regulatorni učinek na izmenjavo vode in soli. Hormoni ščitnice povečajo uriniranje, hormoni obščitničnih žlez spodbujajo izločanje kalcijevih in fosforjevih soli iz telesa.

Energijsko presnovo v telesu uravnavata živčni in endokrini sistem. Raven izmenjave energije, tudi v stanju relativnega počitka, se lahko spremeni pod vplivom pogojenih refleksnih dražljajev. Hormoni hipofize in ščitnice pomembno vplivajo na raven energetske presnove. S povečanjem delovanja teh žlez se vrednost energetske izmenjave poveča, z oslabitvijo pa zmanjša.

Izmenjava toplote

5.7.1 Temperatura človeškega telesa. Izoterma

Sposobnost človeškega telesa, da vzdržuje stalno temperaturo, je posledica zapletenih bioloških in fizikalno-kemijskih procesov termoregulacije. Za razliko od hladnokrvnih (poikilotermnih) živali se telesna temperatura pri toplokrvnih (homeotermnih) živalih vzdržuje na določeni ravni, ki je najbolj ugodna za življenje organizma, z nihanjem temperature okolja. Vzdrževanje toplotnega ravnovesja se izvaja zaradi strogega ravnovesja med nastajanjem toplote in njenim vračanjem.

Količina proizvedene toplote je odvisna od intenzivnosti kemičnih reakcij, ki so značilne za stopnjo metabolizma. Prenos toplote uravnavajo predvsem fizikalni procesi (toplotno sevanje, prevajanje toplote, izhlapevanje).

Telesna temperatura ljudi in višjih živali se vzdržuje na relativno konstantni ravni, kljub nihanjem temperature zunanjega okolja. Ta konstantnost telesne temperature se imenuje izotermija. Izotermija v procesu ontogeneze se razvija postopoma. Pri novorojenčkih je nepopolna in s starostjo pridobi stabilen značaj. Prerazporeditev toplote med tkivi se izvaja s krvjo. Kri ima visoko toplotno kapaciteto in prenaša toploto iz tkiv z visoko stopnjo nastajanja toplote v tkiva, kjer je nastajanje toplote malo. Posledično se raven temperature v različnih delih telesa in njihovih predelih izravna.

Temperatura površinskih tkiv je običajno nižja od temperature globokih tkiv. Temperatura na površini telesa je neenakomerna. Odvisno je od intenzivnosti prenosa toplote nanj s krvjo iz globokih delov telesa, pa tudi od hladilnega ali segrevalnega učinka temperature zunanjega okolja. Tako se temperatura kože na območjih, pokritih z oblačili, giblje od 29 ° do 34 °. Nihanje temperature kože na odprtih delih telesa je odvisno predvsem od temperature zunanjega okolja.

Temperatura globokih tkiv je bolj enakomerna in znaša 37-37,5°. Temperatura jeter, možganov, ledvic je nekoliko višja od drugih notranjih organov.

Telesno temperaturo osebe običajno ocenjujemo po meritvah v pazduhi. Tukaj je temperatura pri zdravi osebi 36,5-37 °. Telesna temperatura pod 24 ° in nad 43 ° je nezdružljiva s človeškim življenjem. Izoterma ima velik pomen za menjalne procese. Encimi in hormoni so najbolj aktivni pri temperaturi 35-40°C. Temperatura človeškega telesa ne ostane konstantna, ampak niha čez dan v območju 0,5-0,8 °. Najvišjo telesno temperaturo opazimo pri 16-19 urah, najnižjo pa pri 3-4 urah.

Konstantnost telesne temperature pri človeku se lahko vzdržuje le, če sta nastajanje toplote in izguba toplote celotnega organizma enaka. To dosežemo s pomočjo fizioloških mehanizmov termoregulacije. Razlikovati med kemično in fizično termoregulacijo. Sposobnost osebe, da prenese učinke vročine in mraza, ob ohranjanju stabilne telesne temperature, ima določene meje. Pri prenizkih ali previsokih temperaturah okolja so zaščitni termoregulacijski mehanizmi nezadostni in telesna temperatura začne močno padati ali naraščati. V prvem primeru se razvije hipotermija, v drugem pa hipertermija.

5.7.2 Mehanizmi nastajanja toplote

Tvorba toplote v telesu nastane kot posledica kemičnih reakcij presnove. Pri oksidaciji hranilnih snovi in ​​drugih reakcijah tkivnega metabolizma nastaja toplota. Količina proizvedene toplote je tesno povezana s stopnjo presnovne aktivnosti telesa. Zato nastajanje toplote imenujemo tudi kemična termoregulacija.

Kemična termoregulacija je še posebej pomembna pri vzdrževanju stalne telesne temperature v pogojih ohlajanja. Z znižanjem temperature okolja se poveča intenzivnost metabolizma in posledično proizvodnja toplote. Pri ljudeh opazimo povečanje proizvodnje toplote, ko temperatura okolja pade pod temperaturo udobja. V običajnih lahkih oblačilih je 18-20 °, za golo osebo pa 28 ° C.

Celotno nastajanje toplote v telesu nastane med kemijskimi reakcijami presnove (oksidacija, glikoliza), ki je tako imenovana primarna toplota in ko se energija visokoenergijskih spojin (ATP) porabi za opravljanje dela (sekundarna toplota). V obliki primarne toplote se 60-70% energije razprši v tkivih. Preostalih 30-40% po razdelitvi ATP zagotavlja delo mišic, različne procese sinteze, izločanja itd. Toda tudi hkrati en ali drug del energije nato preide v toploto. Sekundarna toplota torej nastaja tudi kot posledica eksotermnih kemičnih reakcij, pri krčenju mišičnih vlaken pa zaradi njihovega trenja. Na koncu bodisi vsa energija bodisi njen pretežni del preide v toploto.

Najintenzivnejša proizvodnja toplote v telesu se pojavi v mišicah med njihovim krčenjem. Relativno majhna telesna aktivnost poveča proizvodnjo toplote za 2-krat, trdo delo pa za 4-5-krat ali več. Vendar se v teh pogojih izguba toplote s površine telesa znatno poveča.

Pri dolgotrajnem ohlajanju telesa se pojavijo nehotene periodične kontrakcije skeletnih mišic (mrzlo drgetanje). Pri tem se skoraj vsa presnovna energija v mišici sprosti v obliki toplote. Aktivacija simpatičnega živčnega sistema v hladnih razmerah spodbuja lipolizo v maščobnem tkivu. Sprostijo se v krvni obtok in nato oksidirajo v obliko veliko število maščobne kisline brez toplote. Končno je povečanje proizvodnje toplote povezano s povečanjem delovanja nadledvičnih žlez in ščitnice. Hormoni teh žlez, ki pospešujejo metabolizem, povzročajo povečano proizvodnjo toplote. Zavedati se je treba tudi, da vsi fiziološki mehanizmi, ki uravnavajo oksidativne procese, hkrati vplivajo na stopnjo nastajanja toplote.

5.7.3 Mehanizmi za prenos toplote

Sproščanje toplote telesa (fizična termoregulacija) poteka s sevanjem, prevajanjem in izhlapevanjem. S sevanjem se približno 50-55% toplote sprosti v okolico – s sevanjem (zaradi infrardečega dela spektra). Količina toplote, ki jo telo odvaja v okolje s sevanjem, je sorazmerna s površino delov telesa, ki pridejo v stik z zrakom, in razliko med povprečnimi temperaturami kože in okolja. Prenos toplote s sevanjem se ustavi, če se temperatura površine kože in okolja izenači.

Toplotna prevodnost se lahko pojavi s prevodnostjo in konvekcijo. S prevodnostjo se toplota izgublja, ko pridejo deli človeškega telesa v neposreden stik z drugimi fizičnimi mediji (na primer, da človek v roki drži žlico in se ta segreje). V tem primeru je količina izgubljene toplote sorazmerna z razliko med povprečnimi temperaturami kontaktnih površin in časom toplotnega stika. Konvekcija je način prenosa toplote telesa, ki poteka s prenosom toplote s premikajočimi se delci zraka. Toplota se odvaja s konvekcijo, ko zrak teče okoli površine telesa pri temperaturi, nižji od temperature kože. Gibanje zračnih tokov (veter, prezračevanje) poveča količino oddane toplote. S prevajanjem toplote telo izgubi 15-20 % toplote. V tem primeru je konvekcija močnejši mehanizem prenosa toplote kot prevodnost.

Prenos toplote z izhlapevanjem je način, kako telo oddaja toploto (približno 30%) v okolje zaradi porabe za izhlapevanje znoja ali vlage s površine kože in sluznice dihalnih poti. Pri zunanji temperaturi 20 ° je izhlapevanje vlage v človeku 600-800 g na dan. Pri prehodu v zrak 1 g vode telo izgubi 0,58 kcal toplote. Če je zunanja temperatura nad povprečno vrednostjo temperature kože, potem telo ne oddaja toplotnega sevanja in prevodnosti v zunanje okolje, temveč, nasprotno, sprejema toploto od zunaj. Izhlapevanje tekočine s površine telesa se pojavi, ko je vlažnost zraka nižja od 100%.

5.7.4 Regulacija izmenjave toplote

Regulacija prenosa toplote zagotavlja ravnotežje med količino proizvedene toplote na enoto časa in količino toplote, ki jo telo v tem času odda v okolje. Zaradi tega se temperatura človeškega telesa vzdržuje na relativno konstantni ravni.

Zaznavanje in analiza temperature okolja se izvaja s pomočjo termoreceptorjev. Termoreceptorji se nahajajo v koži, mišicah, krvnih žilah, notranji organi, dihala, hrbtenjača in srednji možgani. Nekateri od njih reagirajo na mraz ( receptorji za mraz), ki jih je na površini človeškega telesa približno 250.000, drugi - za toploto (toplotni receptorji) jih je približno 30.000.Razvejana mreža termoreceptorjev zagotavlja podrobne informacije o temperaturnih spremembah v zunanjem in notranjem okolju človeka. telo. Ta informacija vstopi v višje centre izmenjave toplote.

Centralni aparat za termoregulacijo se nahaja v sprednjem in zadnjem delu hipotalamusa, pa tudi v retikularni tvorbi srednjih možganov. Center za termoregulacijo vsebuje skupine živčnih celic z različnimi funkcijami. Termosenzitivni nevroni sprednjega hipotalamusa vzdržujejo bazalno raven ("nastavljeno vrednost") telesne temperature v človeškem telesu. Efektorski nevroni posteriornega hipotalamusa in srednjih možganov nadzorujejo procese proizvodnje in izgube toplote.

Pomembno vlogo pri termoregulaciji imajo višji deli centralnega živčnega sistema - skorja in najbližji subkortikalni centri. Čustvena vzburjenost, spremembe v duševno stanje pomembno vplivajo na raven proizvodnje toplote in prenosa toplote. Pri športnikih opazimo izrazite spremembe telesne temperature med začetnim vzburjenjem (predštartna vročina). Pri dolgotrajnem mišičnem delu lahko telesna temperatura naraste na 39-40 ° in več.

Pri izvajanju humoralne regulacije prenosa toplote sodelujejo endokrine žleze, predvsem ščitnica in nadledvične žleze. Sodelovanje ščitnice pri termoregulaciji je posledica dejstva, da je vpliv nizka temperatura vodi do povečanega sproščanja njegovih hormonov, ki povečajo presnovo in posledično proizvodnjo toplote. Vloga nadledvičnih žlez je povezana z njihovim sproščanjem kateholaminov v kri, ki s povečanjem oksidativnih procesov v tkivih, zlasti v mišicah, povečajo proizvodnjo toplote in zožijo kožne žile, kar zmanjša prenos toplote.

Kvalitativna in kvantitativna sestava prehrane mora zagotoviti potrebo telesa po snoveh, iz katerih se lahko sintetizirajo lastne strukture v njegovih celicah in tkivih, ki so potrebne za vitalne procese, prilagoditvene in zaščitne reakcije. Izhodiščni material za nastanek živega tkiva in njegovo nenehno obnavljanje ter edini vir energije za človeka in živali so organske in anorganske snovi, ki v telo vstopajo s hrano. Hrana je kompleksna mešanica organskih in anorganskih snovi, ki jih telo pridobi iz okolja in se uporabljajo za izgradnjo in obnovo tkiv, ohranjanje življenja in obnavljanje porabljene energije. Energijski ekvivalent hrane Kot biološki posameznik se človek nanaša na heterotrofe, ki pridobivajo energijo z uživanjem živalske in rastlinske hrane. Vsebuje že pripravljena hranila – beljakovine, maščobe, ogljikove hidrate, minerale, vodo in vitamine. Količina energije, ki se sprosti med oksidacijo katere koli spojine, ni odvisna od števila vmesnih stopenj njene razgradnje, tj. ali je med katabolnimi procesi zgorel ali oksidiral. Zaloga energije v hrani se določi v kalorimetrični bombi - zaprti komori, potopljeni v vodno kopel. V to komoro, napolnjeno s čistim kisikom (O 2 ), damo natančno stehtan vzorec in ga vžgemo. Količina sproščene energije je določena s spremembo temperature vode, ki obdaja komoro. Pri oksidaciji: 1. 1 g ogljikovih hidratov sprosti 17,17 kJ (4,1 kcal); 2. 1 g maščobe dodeli 38,96 kJ (9,3 kcal); 3. 1 g beljakovin sprosti 22,61 kJ (5,4 kcal). Beljakovine v telesu niso popolnoma oksidirane. Amino skupine se odcepijo od beljakovinske molekule in se izločijo z urinom v obliki sečnine. Zato se pri zgorevanju beljakovin v kalorimetrični bombi sprosti več energije kot pri oksidaciji v telesu. Pri zgorevanju beljakovin v kalorimetrični bombi se sprosti 22,61 kJ/g (5,4 kcal/g), pri oksidaciji v telesu pa 17,17 kJ/g (4,1 kcal/g). Razlika je v energiji, ki se sprosti pri zgorevanju sečnine. Shranjevanje energije v obliki maščobe je najbolj ekonomičen način za dolgotrajno shranjevanje energije v telesu. Za vzdrževanje vitalnih procesov, adaptivnih in zaščitnih reakcij mora prehrana zagotavljati ne le energijo, ampak tudi plastične potrebe telesa. S hrano telo prejme snovi, potrebne za biosintezo, obnovo bioloških struktur. Energija hranil, ki vstopajo v telo, se pretvori in uporabi za sintezo komponent celičnih membran in celičnih organelov, za opravljanje mehanskega, kemičnega, osmotskega in električnega dela. Biološka in energijska vrednost živilskih izdelkov je določena z vsebnostjo hranilnih snovi v njih: beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov, mineralnih soli, organskih kislin, vode, aromatičnih in aromatičnih snovi. Pomembne lastnosti hranil, kot sta njihova prebavljivost in asimilacija. Potrebo telesa po plastičnih snoveh je mogoče zadovoljiti z minimalno stopnjo njihovega vnosa s hrano, ki bo uravnotežila izgubo strukturnih beljakovin, lipidov in ogljikovih hidratov ob ohranjanju energijskega ravnovesja. Te potrebe so individualne in odvisne od dejavnikov, kot so starost, zdravstveno stanje, intenzivnost in vrste dela. Načela sestave obrokov hrane Prehrana mora zadovoljiti potrebe telesa po plastičnih snoveh in energiji, mineralnih soli, vitaminih in vodi, zagotoviti normalno življenje, dobro zdravje, visoko učinkovitost, odpornost proti okužbam, rast in razvoj telesa. Na podlagi koncepta racionalne uravnotežene prehrane, ki ga je razvil A.A. Pokrovsky in drugi znanstveniki pri sestavljanju prehrane (tj. Količina in sestava hrane, ki jo oseba potrebuje na dan), je treba upoštevati številna načela: 1. Vsebnost kalorij v prehrani mora ustrezati energetskim stroškom telesa za vse vrste življenja. 2. Treba je upoštevati hranilno vrednost hranil. Prehrana mora vsebovati optimalno količino beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov, mineralov, vitaminov in vode za danega posameznika ali poklicno skupino. 3. V prehrani je potrebno vzdrževati ravnovesje količine beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov in mineralov. 4. Pomembno je pravilno porazdeliti vsebnost kalorij v prehrani za posamezne obroke čez dan v skladu z bioritmi, načinom in naravo poroda in drugimi aktivnostmi. 5. Uporaba tehnoloških metod obdelave, ki zagotavljajo odstranitev škodljive snovi ki ne povzročajo zmanjšanja biološke vrednosti hrane in tudi ne dopuščajo nastajanja strupenih produktov. 6. Zagotavljanje organoleptičnih lastnosti hrane, prispevanje k njeni prebavi in ​​asimilaciji. 7. Prisotnost v prehrani prehranskih vlaknin, ki prispevajo k odstranitvi strupenih razpadnih produktov iz telesa.
Nadaljevanje teme:
Navzgor po karierni lestvici

Splošne značilnosti oseb, ki spadajo v sistem preprečevanja mladoletniškega prestopništva in kriminalitete ter drugih asocialnih vedenj ...