Роль дыхательной и пищеварительной системы в обмене веществ

Образующаяся в результате обмена веществ энергия расходуется на основной обмен, т.е. на поддержание жизни в состоянии полного покоя при температуре окружающего воздуха 20оС, на рост (пластический обмен), мышечную работу и на переваривание и усвоение пищи (специфически-динамическое действие пищи).

2. 1. Основной обмен.

 Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. В организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту.

Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя – лежа, натощак, т.е. через 12 – 16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18 – 20 оС. У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7 140 000 – 7 5 60 000 Дж в сутки.1 Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна. Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых, так как на единицу массы у них приходится относительно большая поверхность тела, чем у взрослого человека.

_______________________

1Хрипкова А.Г. Анатомия, физиология и гигиена человека. Учебное пособие. - М.: Просвещение, 1975. С. 236.

Значительно преобладают также процессы ассимиляции над процессами диссимиляции.

Основной обмен на 1 кг массы у взрослого человека составляет 96 600 Дж. У детей 8 – 10 лет основной обмен в 2 – 2,5 раза выше, чем у взрослых. Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков.

Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.

2. 2. Расход энергии при мышечной деятельности.

     Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20 – 50% выше, чем энергия основного обмена.

При лабораторных занятиях, ручном труде, несложной гимнастике, играх средней подвижности затраты энергии на 75 – 125% превышают величины основного обмена. При ходьбе затраты энергии на 150 – 170% превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии в 3 – 4 раза превышают основной обмен.1 Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменениями дыхания и кровообращения. У людей разных профессий затраты энергии различны.

Для пополнения энергетических запасов в организме, построения и восстановления тканей тела необходимо поступление в организм питательных веществ. К питательным веществам относят белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины и воду. Эти вещества организм получает в составе пищевых продуктов. Для энергетического баланса организма важно знать не только количество энергии, выделяемой

_________________________

1Хрипкова А.Г. Анатомия, физиология и гигиена человека. Учебное пособие. - М.: Просвещение, 1975. С. 237.

 

организмом в процессе жизнедеятельности, но и энергию пищевых веществ. Для организма важно, чтобы в получаемой им ежедневно пище содержалось то количество энергии, которое он тратит в течение суток.

                                            I. 3. Обмен основных веществ.

3. 1. Обмен белков.

    Белок является одним из основных и жизненно необходимых продуктов. В организме человека запасов белка нет. Только при распаде тканей белки в них расщепляются   с высвобождением аминокислот, которые идут на поддержание белкового состава других более жизненно важных тканей и клеток. Поэтому нормальный рост организма без достаточного количества белка невозможен, так как жиры и углеводы не могут их заменить.

Аминокислоты, входящие в состав белков, подразделяют на заменимые и незаменимые. Первые могут синтезироваться в организме и допускают замену другими аминокислотами (серин, глицин, тирозин и др.); отсутствие вторых (даже одной аминокислоты) может нарушить обмен белков в организме (валин, лизин, триптофан и др.). Белки, содержащие все необходимые организму аминокислоты в необходимых количествах, называют полноценными (в основном белки животного происхождения). Белки, в которых отсутствует или находится в недостаточном количестве та или иная незаменимая аминокислота, называют неполноценными (в основном белки растительного происхождения). Суточная потребность в белках составляет около 80 – 150 г и зависит от интенсивности физической нагрузки. При избытке поступающих с пищей белков они превращаются в жиры и углеводы.

      Белки пищи расщепляются  ферментами пищеварительных соков до аминокислот, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают к клеткам тела, где образуются белки, специфические для человека. Наряду с этим белки служат одним из источников энергии.  При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17, кДж. Однако организм использует белки как источник энергии лишь при истощении иных источников – углеводов и жиров. У взрослого организма общее количество белков постоянно, так как их синтезируется столько, сколько подвергается распаду. Конечные продукты распада белков – СО2, Н2О, мочевина, мочевая кислота и др. – выводятся из организма с мочой и потом. Образующийся при распаде аминокислот аммиак нейтрализуется в печени путем образования мочевины. В регуляции белкового обмена наиболее важную роль играют гормоны щитовидной железы (тироксин), гипофиза (соматотропный) и коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).

3. 2. Обмен углеводов.

      Углеводы – основной источник энергии в организме. При расщеплении 1 г высвобождается 17, 6 кДж. Суточное потребление углеводов должно составлять около 500 г. При избытке их в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров. Сложные углеводы пищи расщепляются в пищеварительном тракте до моносахаридов, которые с током крови попадают в печень, где из них синтезируется гликоген. При нормальном смешанном питании от 3 до 5% глюкозы превращается в гликоген, 25% – в жиры, 70% окисляется до СО2 и Н2О. В мышцах также синтезируется гликоген. Распад гликогена является основным источником энергии мышечного сокращения. Гормоны адреналин, глюкагон и алренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени. Согласованное действие этих гормонов сохраняет определенный уровень глюкозы в крови.

3. 3. Обмен жиров.

       Жиры содержат наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии. Половина энергетических затрат печени, почек, находящихся в покое сердечной и скелетной мышц обеспечиваются за счет окисления жирных кислот и глицерина. Из липидов строятся оболочки клеток, липиды входят в состав медиаторов и гормонов, образуют жировые отложения в подкожной клетчатке, сальнике и других тканях и по мере необходимости используются организмом. Суточная потребность в жирах составляет 70 – 80 г. Избыточное употребление в пищу углеводов и белков приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25 – 30% углеводов пищи превращаются в жиры. В регуляции жирового обмена существенную роль играют железы внутренней секреции – надпочечники, гипофиз, щитовидная железа.

      Процессы превращения  жиров, углеводов и белков строго  согласованы между собой. Единство  в превращении этих трех групп  веществ обусловлено тем, что при их распаде образуются общие промежуточные продукты, из которых в определенных условиях могут образовываться либо аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты или же эти общие метаболиты могут вовлекаться в окислительные реакции и расщепляться до 

СО2, Н2О с выделением энергии.

 

                                        3. 4. Водно-солевой обмен.

     Вода составляет около 70% массы тела. Суточная потребность в воде для взрослого организма соответствует 2,5 – 3 л. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000 – 1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл). Основная масса всей воды содержится в протоплазме клеток (72%). Это внутриклеточная вода. Внеклеточная вода входит в состав крови, лимфы, спинномозговой жидкости (28%).1

В нормальных условиях организм взрослого человека находится в состоянии равновесия относительно потребления воды и ее выделения, которое осуществляется почками 1200 – 1500 мл. кожей – 800 мл, легкими в виде водяного пара – 500 мл, через кишечник с калом – 100 – 150 мл.2 Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в

__________________________

1Биология. Пособие для поступающих в вузы / А.Г. Мустафин, Ф.К.Лагкуева, Н.Г.Быстренина и др.; Под ред. В.Н. Ярыгина. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 1998. С.399.

2 Там же. С. 400.

чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе.

Организм нуждается в поступлении не только воды, но и минеральных веществ. В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г калия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15 – 20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мышечной тканей. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых ферментов; в соединении с кальцием и магнием образует костный скелет.

Железо необходимо в составе гемоглобина, миоглобина, а также ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы:  йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк – поджелудочной; фтор придает прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В12; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

                                  3. 5. Витамины и их роль в обмене веществ.

      Витаминами называют  группу биологически активных  органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с пищей растительного и животного происхождения. Они присутствуют в пище в ничтожно малых количествах, но играют очень важную роль в процессах обмена, часто являясь составной частью ферментов. Некоторые витамины синтезируются микробной флорой кишечника. Витамины способствуют повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Витамины необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.

В отличие от ферментов и гормонов большинство витаминов не образуется в организме человека. Главным источником витаминов являются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе.

      При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает болезненное состояние – авитаминоз, при недостаточном поступлении витамина с пищей – гиповитаминоз. Авитаминоз и гиповитаминоз могут возникать не только при отсутствии витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания, а также при подавлении микрофлоры кишечника антибиотиками.

Витамины делят на жирорастворимые (А,D,Е,К) и водорастворимые (В1, В2, В6, В12, РР,С и др.). Всего в настоящее время известно около 50 витаминов.1

        

              Глава II. Роль пищеварительной системы в обмене веществ.

II. 1.Пищеварение и его значение.

      Пищеварением называют процесс физической и химической обработки пищи и превращения ее в более простые и растворимые соединения, которые могут всасываться, переноситься кровью, усваиваться организмом как пластический и энергетический материал.2

    У просто организованных животных пищеварение внутриклеточное. Примером такого пищеварения является фагоцитоз. С усложнением животных организмов появляется другой вид пищеварения – внеклеточное. Это более сложный процесс. Он связан с приспособлением некоторых клеток организма к выделению во внешнюю среду веществ, способных расщеплять белки, жиры и углеводы. Внеклеточное пищеварение осуществляется в пищеварительном тракте – органах, приспособленных для механической и химической обработки пищи. Химическая обработка пищи происходит под действием различных пищеварительных соков, которые вырабатываются в пищеварительных железах. Под влиянием пищеварительных соков в пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот, а сложные углеводы – до простых сахаров.

     Основная роль в такой химической обработке пищи принадлежит содержащимся в пищеварительных соках ферментам.

 

______________________

1Физиология человека. В 3-х т. Т.3.: Пер. с англ. /Под ред. К. Шмидта, Г. Тевса. – М.: Мир, 1986. С.56.

2Биология: Справ. материалы. Учеб. пособие. / Под ред. Д.И. Трайтака. – М.: Просвещение, 1983. С. 103.

Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, вырабатываемые самим организмом.1 Характерное свойство ферментов – их специфичность: каждый фермент действует на вещество или на группу веществ только определенного химического состава и строения, на определенный тип химической связи в молекуле. Под влиянием ферментов нерастворимые и неспособные к всасыванию сложные вещества превращаются в растворимые и легкоусваиваемые более простые вещества. Ферменты обладают высокой активностью. Для каждого фермента существует наиболее благоприятная для его катализирующей деятельности температура. Ферменты, действующие в организме человека и высших животных, наиболее активны в среде, где температура 37 – 40 оС. Для действия ферментов нужна и определенная реакция среды (рН). Одни ферменты действуют только в кислой среде, другие – только в щелочной, третьи – в нейтральной. Так например, фермент желудочного сока пепсин, расщепляющий белок, действует только в кислой среде, а ферменты поджелудочного сока активны лишь в щелочной среде.

II. 2. Система органов пищеварения.

        В пищеварительной системе различают пищеварительный канал и пищеварительные железы, открывающиеся в него своими выводными протоками. Пищеварительный канал имеет длину 8 – 10 м и подразделяется на следующие отделы: ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, прямую кишку.2

2. 1. Пищеварение в полости рта.

        В ротовой полости находятся зубы, язык, туда открываются протоки трех пар крупных слюнных желез и многих мелких. Здесь пища пережевывается и измельчается зубами. В ротовой полости осуществляется начальная химическая обработка углеводов ферментами слюны, которые активны при слабощелочной реакции. Секреция слюнных желез происходит

___________________________

1Климов П.К. Функциональные взаимосвязи в пищеварительной системе. – Л.: Наука, 1976. С. 21.

2Курепина М.М., Воккен Г.Г. Анатомия человека: Учебник для вузов. – М.: Просвещение, 1989. С.132.

рефлекторно при раздражении рецепторов языка и слизистой оболочки рта. Основными компонентами слюны являются муцин (слизистое белковое вещество, помогающее формированию пищевого комка), лизоцим (бактерицидное вещество), ферменты амилаза и мальтаза. Амилаза расщепляет крахмал до мальтозы, а мальтаза – дисахарид мальтозу на две молекулы глюкозы.1 Пища находится в ротовой полости 15 – 20 с. За это время она измельчается, смягчается слюной; формируется пищевой комок, частично происходит переваривание углеводов, которое может продолжаться ферментами, содержащимися в слюне, во время продвижения пищевого комка по пищеводу и некоторое время в желудке.