Обмен веществ и энергии. Питание

Под управляющим влиянием гипоталамуса находится и используется в качестве эфферентной системы  регуляции обмена веществ и энергии  – эндокринная система. Гормоны  гипоталамуса, гипофиза и других эндокринных  желез оказывают прямое влияние  на рост, размножение, дифференцировку, развитие и другие функции клеток. Гормоны принимают участие в  поддержании в крови необходимого уровня таких веществ, как глюкоза, свободные жировые кислоты, минеральные  ионы. 

Тепловой обмен

Высвобождающаяся в организме  при биологическом окислении  энергия питательных веществ  превращается в тепло, которое при  его накоплении в тканях ведет  к повышению температуры тела. Скорость биологического окисления  возрастает при увеличении температуры. Чем интенсивнее протекание, обменных процессов, тем больше теплообразование в организме. Но несмотря на такую  взаимозависимость обменных процессов  и теплообразования самоускорения  обмена и прироста температуры тела не происходит. Это объясняется тем, что прирост температуры тела над уровнем температуры окружающей среды сопровождается увеличением  отдачи тепла и, следовательно, ограничением влияния температуры на обменные процессы.

Живые организмы подразделяют на гомойотермные (теплокровные) и пойкилотермные (холоднокровные), в зависимости  от скорости обменных процессов, способности  поддерживать постоянную температуру  тела и уровень активности в широком  диапазоне изменений температуры  окружающей среды.

Гомойотермные (человек и  млекопитающие) организмы характеризуются  установленной на определенном уровне температурой тела и способностью сохранять  постоянство температуры тела в  пределах ± 2 °С, несмотря на изменения  температуры внешней среды. Их отличает от пойкилотермных организмов, близких  по массе и температуре тела, в  несколько раз более высокий  уровень энергетического обмена. Для теплокровных организмов характерен относительно независящий от изменений  температуры окружающей среды уровень  активности. Гомойотермные (человек  и животные) являются также эндотермными, так как температура их тела определяется интенсивностью теплообразования за счет обменных процессов, протекающих внутри организма.

Пойкилотермные (холоднокровные) организмы не способны поддерживать на постоянном, фиксированном уровне температуру тела при изменении  температуры окружающей среды. Для  них характерен более низкий по сравнению  с теплокровными организмами  уровень энергетического обмена. Интенсивность энергетических превращений  и уровень активности холоднокровных организмов зависит от величины температуры  среды их существования.

Главным условием поддержания/постоянной температуры тела, в том числе  и температуры человеческого  организма, является достижение устойчивого  баланса теплопродукции и теплоотдачи.  

Теплопродукция  и теплоотдача

Суммарная теплопродукция (теплообразование) в организме состоит из так  называемой первичной теплоты, выделяющейся в ходе постоянно протекающих  во всех органах и тканях реакций  обмена веществ, и вторичной теплоты, образующейся при расходовании энергии  макроэргических соединений на выполнение определенной работы. Уровень теплообразования в организме зависит от величины основного обмена, "специфически динамического действия" принимаемой  пищи, мышечной активности и интенсивности  метаболизма.

Метаболические процессы осуществляются с неодинаковой интенсивностью в различных органах и тканях, и поэтому вклад в общую  теплопродукцию организма отдельных  органов и тканей неравнозначен. Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении. Образование тепла, наблюдающееся в мышцах при этих условиях, получило название сократительного  термогенеза. Сократительный термогенез является наиболее значимым механизмом дополнительного теплообразования у взрослого человека.

У новорожденных, а также  у мелких млекопитающих животных имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания общей метаболической активности в других тканях и, прежде всего, в результате высокой скорости окисления жирных кислот бурого жира. Это механизм получил название несократительного  термогенеза.

Теплоотдача. Различают следующие  механизмы отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение, теплопроведение, конвекцию и испарение.

Излучение – это способ отдачи тепла в окружающую среду  поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного  диапазона (ос = 5 – 20 мкм).

Теплопроведение – способ отдачи тепла, имеющий место при  контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами.

Конвекция – способ теплоотдачи  организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами  воздуха (воды). Для рассеяния тепла  конвекцией требуется обтекание  поверхности тела потоком воздуха  с более низкой температурой, чем  температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается  и замещается более холодным и  более плотным воздухом.

Теплоотдача путем испарения  – это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых дыхательных  путей. У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи, увлажняются слизистые дыхательных  путей. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой  скорости движения воздуха, когда капельки пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

Температура тела человека, ее регуляция

Решающую роль в изъятии  тепла от тканей, продуцирующих его  в больших количествах, и предупреждения их перегревания играет кровь. Обладая  высокой теплоемкостью, кровь переносит  к тканям с низким уровнем теплообразования отнятое тепло и, таким образом, содействует выравниванию уровня температуры  в различных частях тела. Подобным способом, за счет усиления или ослабления кровотока, направленного к поверхностным  тканям, осуществляется согревание или  охлаждение поверхности тела.

Регуляция температуры тела (терморегуляция). Под терморегуляцией  понимают совокупность физиологических  и психофизиологических механизмов и процессов, деятельность которых  направлена на поддержание относительного постоянства температуры тела.

Восприятие и анализ температуры. Осуществление метаболических превращений  и функций клеток на зависит от температуры, поэтому любая клетка в определенной степени обладает температурной чувствительностью. Обнаружены сенсорные нервные клетки и их нервные отростки, характеризующиеся  особо высокой чувствительностью  к температурным воздействия.

Афферентный поток нервных  импульсов от периферических терморецепторов  поступает через задние корешки  спинного мозга к вставочным нейронам задних рогов. Затем, главным образом, по спиноталамическому тракту этот поток  импульсов достигает передних ядер таламуса и после переключения проводится в соматосенсорную кору больших  полушарий. Эта часть температурного анализатора обеспечивает в основном возникновение и топическую локализацию  субъективных температурных ощущений типа: "холодно", "прохладно", "тепло", "температурный комфорт" или "дискомфорт", "Жарко". На их основе формируются терморегуляторные  реакции.

Часть афферентного потока нервных импульсов от периферических терморецепторов кожи и внутренних органов поступает из спинного мозга  по более древним восходящим (спиноталамическому и спиноретикулярному) трактам в  ретикулярную формацию, неспецифические  ядра таламуса, в ассоциативные зоны коры головного мозга и медиальную преоптическую область гипоталамуса.

Центральные механизмы регуляции  теплообмена. Регуляция теплообмена, а следовательно, и температуры  тела, осуществляется, главным образом, центром терморегуляции, локализующимся в медиальной преоптической области  переднего гипоталамуса и заднем гипоталамусе. В терморегуляторном  центре обнаружены различные по функциям группы нервных клеток – термочувствительные  нейроны; клетки, "задающие" уровень  поддерживаемой в организме температуры  тела ("установочную точку" терморегуляции), в переднем гипоталамусе; эффекторные  нейроны, управляющие процессами теплопродукции и теплоотдачи, в заднем гипоталамусе.

Эффекторные механизмы теплообмена. В термонейтральных условиях внешней  среды баланс теплопродукции и теплоотдачи  и поддержание температуры тела достигается преимущественно с  помощью сосудодвигательных реакций. Если в центре терморегуляции величины средней интегральной температуры  тела и установленной регулируемой температуры не совпадают, включаются эффекторные механизмы, которые  через изменения кровотока в  сосудах поверхности тела изменяют в необходимом направлении величину теплоотдачи организма.

При охлаждении организма  появляется увеличении амплитуды и  частоты электромиографической  активности, рост тонического напряжения мышцы, однако видимых сокращений мышца  при этом не совершает. В терморегуляционный тонус последовательно вовлекаются  мышцы подбородка, шеи, верхнего плечевого  пояса, туловища, сгибатели конечностей. Последним объясняется принятие определенной позы (сворачивание в  клубок), уменьшающей площадь поверхности  тела, контактирующей с внешней средой, и снижающей интенсивность теплоотдачи.

При продолжающемся охлаждении организма, когда начинается снижение его внутренней температуры, повышение  тонуса мышц переходит в качественно  новое состояние – возникают  непроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры, получившие название холодовой дрожи. В этом случае совершается сравнительно небольшая  механическая работа, и почти вся  метаболическая энергия в мышце  освобождается в виде тепла.

В условиях холода посредством  симпатической нервной системы, через ее медиатор норадреналин, стимулируется  липолиз в жировой ткани. В  кровоток выделяются и в последующем  окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты. Норадреналин и адреналин  вызывают быстрое, но непродолжительное  повышение теплопродукции. Более  продолжительное усиление обменных процессов достигается под влиянием гормонов щитовидной железы – тироксина  и трийодтиронина.

Если, несмотря на активацию  обмена веществ, величина теплопродукции организма становится меньше величины теплоотдачи, возникает понижение  температуры тела, получившее название гипотермии.

Противоположное состояние  организма, сопровождающееся- повышением температуры тела, – гипертермия, имеет место, когда интенсивность  теплопродукции превышает способность  организма отдавать тепло в окружающую среду посредством имеющихся  способов теплоотдачи. Гипертермия  наиболее легко развивается в  условиях действия на организм внешней  температуры, превышающей 37°С при 100% влажности  воздуха, когда испарение пота или  влаги с поверхности тела становится невозможным. В случае продолжительной  гипертермии может развиваться "тепловой удар". Это состояние организма  характеризуется покраснением кожи в результате расширения периферических сосудов, отсутствием потоотделения, признаками нарушения функций центральной  нервной системы (нарушение ориентации, бред, судороги). В более легких случаях  гипертермии может проявиться тепловой обморок, когда в результате резкого  расширения периферических сосудов  происходит падение артериального  давления.

Как при гипотермии, так  и при гипертермии имеет место  нарушение основного условия  поддержания постоянства температуры  тела – баланса теплопродукции и  теплоотдачи. 

Питание

Питание человека – это  процесс доставки и усвоения питательных  веществ в организм для обеспечения  его энергетических и пластических потребностей, а также потребностей в воде, витаминах, минеральных веществах. Кроме этого питание, удовлетворяя одну из основных биологических потребностей организма, должно приносить человеку чувство удовольствия. Формирование у человека культуры питания является одним из основных способов сохранения его здоровья и профилактики многих заболеваний.

Удовлетворение пластических и энергетических потребностей организма  служит критерием для формирования норм питания. В свою очередь, нормы  питания, определяющие величины потребления  пищевых веществ, основываются на данных научных исследований обмена жиров, белков, углеводов, воды, минеральных  ионов, витаминов у различных  групп населения.

При определении физиологических  норм питания с позиций удовлетворения потребностей организма в пластических веществах исходят из того, что  большинство из них может синтезироваться  в организме. Другие вещества (незаменимые  жирные кислоты, незаменимые аминокислоты, все минеральные вещества и микроэлементы, витамины) в организме человека не синтезируются и должны поступать  с пищей. Так, источником аминокислот  являются белки пищи, резервом белка  или аминокислот организм не располагает.

Такие необходимые организму  вещества, как витамины К и витамины группы В, аминокислоты, поступают в  организм не только с пищей, но и  в составе веществ – продуктов  жизнедеятельности микрофлоры кишечника.

Соотношение в пищевом  рационе белков, жиров и углеводов  должно быть 1:1, 2:4,6 по массе этих веществ. В состав пищевого рациона должны входить продукты животного и  растительного происхождения (например, жиров растительного происхождения  должно быть не менее 30% от общего количества жиров), необходимо включение в пищевые  рационы свежих натуральных продуктов  питания, являющихся источниками витаминов, ненасыщенных жирных кислот, минеральных  ионов.

Жиры и углеводы могут  заменять друг друга как энергетические субстраты в соответствии с правилом изодинамии. При энергетической ценности 1 г жиров, равной 9,0 ккал, и 1 г углеводов  – 4,0 ккал, грамм жиров заменяет при  окислении в организме 2,25 г углеводов. Однако прием жиров в количестве, превышающем потребность организма, ведет к ожирению и риску сердечно-сосудистых заболеваний. Поступление жиров  в организм в количествах ниже его потребности ограничивает всасывание жирорастворимых витаминов и  может быть причиной развития авитаминозов. Особенно неблагоприятным для пластических процессов является недостаточное  поступление в организм незаменимых (линолевой, арахидоновой) жирных кислот.