Роль дыхательной и пищеварительной системы в обмене веществ

2. 2. Пищеварение в желудке.

      Желудок – мешкообразное расширение пищеварительного канала емкостью около 2 – 3 л.  Стенка его состоит из соединительнотканной, мышечной и слизистой оболочек. В слизистой оболочке находятся трубчатые железы, вырабатывающие желудочный сок (2,0 – 2,5 л/сут). Они содержат главные клетки, образующие пищеварительные ферменты, обкладочные клетки, вырабатывающие соляную кислоту и добавочные клетки, выделяющие мукоидный (слизистый) секрет. Желудочный сок имеет кислую реакцию (концентрация НСl 0,5%). Соляная кислота обладает бактерицидным действием; активирует пепсин, вызывает денатурацию и набухание белков и тем самым способствует их последующему расщеплению пепсином. Слизь, содержащая мукоиды, защищает оболочку желудка от механических и химических раздражений. В состав желудочного сока входят ферменты – пепсин, желатиназа, липаза и химозин. Пепсин расщепляет белки до полипептидов, желатиназа гидролизует желатин, липаза расщепляет эмульгированные жиры молока на глицерин и жирные кислоты, химозин створаживает молоко.2

Фермент, расщепляющий жиры, проявляет свою активность в щелочной

___________________________

1Хрипкова А.Г. Анатомия, физиология и гигиена человека. Учебное пособие. - М.: Просвещение, 1975. С. 195

2Геллер Л.И. Желудочная секреция и механизмы ее регуляции у здорового человека. – Л.: Наука, 1975. С. 15.

среде тонкого кишечника, куда он поступает в составе полужидкой пищевой кашицы, которую желудок сокращениями своей гладкой мускулатуры выталкивает отдельными порциями в двенадцатиперстную кишку.

2. 3. Пищеварение в кишечнике.

      Тонкая кишка – самая длинная часть пищеварительного канала (5 – 7 м). Она подразделяется на двенадцатиперстную, тощую и подвздошную. Двенадцатиперстная кишка (длиной 25 – 30 см) имеет форму подковы. В ней пищевая кашица подвергается переваривающему действию сока поджелудочной железы, желчи и сока кишечных желез.  Поджелудочная  железа и печень – наиболее крупные пищеварительные железы.

Поджелудочная железа расположена позади желудка на задней брюшной стенке. Железа состоит из экзокринной части, вырабатывающей панкреатический сок, поступающий в двенадцатиперстную кишку по выводному протоку поджелудочной железы, и эндокринной (островковой) части, секретирующей в кровь гормоны инсулин и глюкагон.1

Сок поджелудочной железы имеет щелочную реакцию и содержит ряд пищеварительных ферментов. Трипсиноген – профермент, переходящий в двенадцатиперстной кишке под влиянием энтерокиназы(входит в состав кишечного сока) в трипсин.  Трипсин в щелочной среде действует на белки и промежуточные продукты распада, расщепляя их до аминокислот. Амилаза, мальтаза и лактаза расщепляют углеводы. Липаза в присутствии желчи расщепляет жиры на глицерин и жирные кислоты. Нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов.

Печень является самой крупной железой в организме, расположенной в правой части брюшной полости. Она является жизненно важным органом, разнообразные функции которого позволяют назвать его «главной химической лабораторией» организма.2

_______________________

1Физиология человека. В 3-х т. Т.3.: Пер. с англ. /Под ред. К. Шмидта, Г. Тевса. – М.: Мир, 1986. С.61.

2Биология. 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.395.

 

В печени обезвреживаются низкомолекулярные ядовитые вещества, поступившие в кровь, непрерывно вырабатывается желчь, которая накапливается в желчном пузыре, а поступает в двенадцатиперстную кишку, когда в ней протекает процесс пищеварения. В сутки у человека образуется около 1 л желчи. Желчь не содержит пищеварительных ферментов, но выполняет разнообразные функции, связанные с пищеварением: активирует ферменты поджелудочного и кишечного соков, эмульгирует жиры, способствует всасыванию жирных кислот, обеспечивает щелочную реакцию тонкой кишки, усиливает перистальтику кишечника, усиливает сокоотделение поджелудочной железы. В клетках печени синтезируется гликоген.

    Тонкая кишка образует в брюшной полости много петель. В  слизистой оболочке тонкой кишки имеется много желез, выделяющих кишечный сок.

Входящие в его состав ферменты завершают процесс расщепления питательных веществ. Слизистая оболочка образует выросты – ворсинки – от 2000 до 3000 на 1см1. Стенки ворсинок состоят из однослойного эпителия, а внутри находятся кровеносные сосуды и капилляры, лимфатический сосуд, нервы и гладкие мышечные клетки, которые обеспечивают их двигательную активность.

    Аминокислоты, глюкоза, витамины, минеральные соли в виде водных  растворов всасываются в кровь капилляров ворсинок. Жирные кислоты и глицерин переходят в эпителиальные клетки ворсинок, где из них образуются характерные для человеческого организма молекулы жиров, которые поступают в лимфу и, пройдя барьер лимфатических узлов, попадают в кровь.

Толстая кишка имеет длину 1,5 – 2 м и включает три отдела: слепую кишку с червеобразным отростком, ободочную и прямую кишку. Железы толстой кишки вырабатывают небольшое количество сока, который не содержит ферментов, а имеет много слизи, необходимой для формирования кала.

_______________________________________

1Бродский В.Я. Пищеварение в тонкой и толстой кишках. Руководство по физиологии. Л.: Медицина, 1974, С. 447

 В толстой кишке находится  большое количество бактерий. Одни  из них вызывают брожение клетчатки, другие – гниение белка; ряд бактерий синтезирует витамины (К и группы В). Продукты гидролиза клетчатки всасываются и используются организмом. При распаде белков выделяются ядовитые вещества (индол, скатол, фенол и др.), причем часть из них всасывается в кровь, поступает в печень  и там обезвреживается.

В толстом кишечнике всасывается вода, и формируются каловые массы, которые через прямую кишку удаляются наружу.

 

Глава III. Роль дыхательной системы в обмене веществ.

III. 1. Дыхание и его значение. Дыхание – жизненно необходимый процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей его внешней средой. Почти все сложные реакции превращения веществ в организме идут с обязательным участием кислорода. Без кислорода невозможен обмен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. В справочных материалах по биологии под редакцией Д.И. Трайтака можно найти такое определение: дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа, образовавшегося в процессе обмена веществ. В результате биологического окисления в клетках освобождается энергия, идущая на обеспечение жизнедеятельности организма.1

В учебнике Н.Грина, У.Стаута, Д.Тейлора авторы считают, что «дыханием можно назвать практически любой процесс, при котором окисление органических веществ ведет к выделению химической энергии».2 Когда этот процесс протекает в клетках, его называют внутренним, тканевым или клеточным дыханием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным; если же реакции идут в отсутствии кислорода, то

__________________________

1Биология: Справ. материалы. Учеб. пособие. / Под ред. Д.И. Трайтака. – М.: Просвещение, 1983. С. 99.

2Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т. Т.2.: Пер. с англ./ Под ред. Р.Сопера. – М.: Мир, 1993. С.43

говорят о анаэробном дыхании. Органические молекулы (по большей части углеводы или жиры) расщепляются последовательно, связь за связью, в ряде

ферментативных реакций. В каждой из этих реакций высвобождается небольшое количество энергии, и значительная часть этой энергии запасается в молекулах АТФ.

III. 2. Значение АТФ и  биологическое окисление.

АТФ (аденозинтрифосфат) – стандартная единица, в виде которой запасается высвобождаемая при дыхании энергия. АТФ - постоянный источник энергии для клетки. Он мобилен и может доставлять химическую энергию в любую часть клетки. Когда клетка нуждается в энергии, единственное, что требуется для ее получения – это гидролиз АТФ. Поскольку АТФ содержится во всех живых клетках, его часто называют универсальным носителем энергии. АТФ играет важную метаболическую роль благодаря своему центральному положению в клеточной активности. Он действует как связующее звено между дыханием и процессами, требующими затраты энергии.

В клетке происходят окислительные реакции трех типов:1

1. Прямое окисление молекулярным  кислородом:

                             А + О2       АО2

2. Реакции, в которых А окисляется за счет В:

                  АН2 + В             А + ВН2

3. Реакции в которых происходит перенос элктронов, например окисление одной ионной формы железа в другую:

                    Fe2+           Fe3+ + e-

III. 3. Этапы процесса дыхания.

В процессе дыхания различают три этапа: внешнее (легочное) дыхание, заключающееся в обмене газов в легких между организмом и средой; транспорт газов кровью; тканевое дыхание, состоящее из газообмена в тканях и биологического окисления в митохондриях.2

______________________________________

1Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т. Т.2.: Пер. с англ./ Под ред. Р.Сопера. – М.: Мир, 1993. С. 45.

2Биология. 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. 403.

3.1. Внешнее дыхание. Внешнее дыхание обеспечивается системой органов дыхания, которая включает носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. Полость носа вместе с носоглоткой и гортанью называют верхними дыхательными путями, а трахею и бронхи – нижними дыхательными путями.1 Все органы дыхания, относящиеся к дыхательным путям имеют твердый скелет. Благодаря такому скелету дыхательные пути не спадаются, и по ним во время дыхания свободно циркулирует воздух. В легких бронхи ветвятся, образуя «бронхиальное дерево», на конечных бронхиальных веточках которого находятся легочные пузырьки – альвеолы. Альвеолы оплетены густой сетью капилляров. Через их стенки совершается газообмен. Газообмен в легких происходит путем диффузии. Кислород через тонкие стенки альвеол и капилляров поступает из воздуха в кровь, а углекислота – из крови в воздух.

 3. 2. Транспорт газов кровью.  Кислород в основном транспортируется к тканям в составе оксигемоглобина (НbО2). Небольшое количество СО2 транспортируется от тканей к легким в составе карбгемоглобина (НbСО2).2 Большая часть углекислого газа соединяется с водой, образуя углекислоту. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с солями К+ и Nа+, превращаясь в бикарбонаты. В составе бикарбонатов калия эритроцитов (меньшая часть) и бикарбонатов натрия плазмы крови (большая часть) углекислый газ переносится от тканей к легким.

 3.3. Тканевое дыхание.   Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах. Через их тонкие стенки кислород поступает из крови в тканевую жидкость и клетки, а углекислота из тканей переходит в кровь. Разность концентрации кислорода в тканях и крови способствует разрыву непрочной связи кислорода с гемоглобином и его  диффундированию в клетки. Концентрация углекислого газа в тканях, где он образуется, выше, чем в крови. Поэтому он диффундирует в кровь, где связывается с гемоглобином

________________________________________

1Кузнецова Т.Д., Назарова Н.Б. Исследование внешнего дыхания и газового состава крови у детей. – М.: Медицина, 1976. С. 12.

2Физиология человека. В 3-х т. Т.2.: Пер. с англ. /Под ред. К. Шмидта, Г. Тевса. – М.: Мир, 1986. С.110

или химическими соединениями плазмы, транспортируется в легкие и выделяется в атмосферу.

Регуляция дыхания осуществляется дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге. Гуморальная регуляция дыхания заключается в том, что увеличение в крови концентрации СО2 повышает возбудимость дыхательного центра, что обусловливает учащение и углубление дыхания.

3. 4. Общая характеристика клеточного дыхания.  Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Субстратами для дыхания служат органические соединения – углеводы, жиры и белки.

Углеводы. Большинство клеток использует в первую очередь именно углеводы. Клетки головного мозга млекопитающих вообще не способны использовать для дыхания ничего, кроме глюкозы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они гидролизованы до моносахаридов.

Жиры. Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Впрочем, в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам.

Белки. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например при длительном голодании.

Окисление глюкозы – в тех случаях, когда субстратом служит глюкоза, - подразделяется на три четко различимые фазы: гликолиз (путь Эмбдена – Мейергофа), окислительное декарбоксилирование (цикл Кребса, иначе называемый циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот) и окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь, где происходит перенос водорода и электронов). Гликолиз – фаза, общая для анаэробного и аэробного дыхания, но две другие фазы можно наблюдать только в аэробных условиях.

                                                      Заключение.

     Таким образом, мы  выяснили, что в организме человека, в его органах тканях, клетках идет непрерывный процесс созидания, образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма. Роль пищеварительной и дыхательной систем в обмене веществ однозначно очень велика. Все химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные и к тому же чужеродные для данного организма белки, жиры и углеводы расщепляются до более простых, способных всосаться через слизистую оболочку кишечника, что сопровождается высвобождением энергии. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь и лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают основные изменения. Образовавшиеся сложные органические вещества входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Энергия, освободившаяся при распаде веществ клеток, используется для синтеза органических веществ и жизнедеятельности организма. Однако почти все сложные реакции превращения веществ в организме идут с обязательным участием кислорода, поэтому без кислорода обмен веществ просто невозможен. А постоянную доставку кислорода в организм: во все его ткани и клетки, осуществляет дыхательная система.