Организм как саморазвивающаяся и саморегулирующаяся биологическая система

 В регуляции  водно-солевого обмена принимают  участие и дистантные рецепторы (зрительный, слуховой), обеспечивающие условнорефлекторный компонент регуляции. Импульсы со всех указанных групп рецепторов идут в гипоталамус, где расположен центр водорегуляции. Отсюда поступают «команды» на эффекторы, выводящие воду из организма.

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический).

В регуляции  электролитного обмена играют роль и  другие гормоны ' еры надпочечников, объединяемые одним названием минералокоршикоиды. При их недостатке нарушается обмен калия, развивается гипокалиемия (т.е. понижение содержания калия и в организме в целом), вследствие чего возникает мышечная адинамия и ряд других, серьезных нарушений. Обмен кальция и фосфора регулируется паратгормоном – секретом паращитовидных желез, который стабилиирует уровень этих элементов в организме благодаря тому, что под воздействием кальций связывается с белками и его выведение из организма резко тормозится. Наконец, на водно-электролитный обмен оказывает влияние и адреналин, который, спазмируя клубочковые сосуды почек, снижает величину фильтрационного давления и ведет к уменьшению диуреза, т.е. к уменьшению выведения воды из организма, важна роль и вегетативных нервов, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры  белков, гормонов, ферментов. Общее  количество всех минеральных веществ  в организме составляет приблизительно 4 – 5% массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых поддерживается постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости; они участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения и т.д.

Основную часть  минеральных веществ человек  получает с пищей и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей приходится добавлять, например, хлористый натрий (NaCl – поваренная соль) в пищу по 10 – 12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция и фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70% всего фосфора и 99% кальция, имеющихся в организме.

Нормальный  рост и развитие организма зависят  от поступления достаточного количества Nа. Ионы Сl идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы Nа и Сl участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения. В состав гемоглобина – переносчика О₂ и СО₂ – входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведет к тяжелому заболеванию – малокровию. Йод является важной составной частью гормон щитовидной железы – тироксина, который принимает участие в регуляции обмена веществ, а калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения, связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют также кальций (Са), магний (Мg), медь (Сu), сера (S) цинк (Zn), бром (Вr), фтор (Р).

Витамины и их роль в обмене веществ Эксперименты показывают, что даже при достаточном содержании в пище белке жиров и углеводов, при оптимальном потреблении воды и минеральных солей в организме могут развиваться тяжелейшие расстройства и заболевания так как для нормального протекания физиологических процессов н обходимы еще и витамины (лат. vita – жизнь). Значение витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количеств они регулируют реакции обмена веществ. Роль витаминов сходна ролью ферментов и гормонов. Целый ряд витаминов входит в состав - различных ферментов. При недостатке в организме витаминов развивается состояние, называемое гиповиталинозом. Заболевание, возникающее при отсутствии того или иного витамина, называется авитаминозом.

К настоящему времени  открыто более 20 веществ, которые  относят к витаминам. Обычно их обозначают буквами латинского алфавита А, В, С, Р, Е, К и др. К водорастворимым  относятся витамины группы В, С, РР и  др. Ряд витаминов являются жирорастворимыми.

Витамин А. При авитаминозе А задерживаются процессы роста организма, нарушается обмен веществ. Наблюдается также особое заболевание глаз, называемое ксерофтальмией (куриная слепота).

Витамин D называют противорахитическим витамином. Недостаток его приводит к расстройству фосфорного и кальциевого обмена. Эти минеральные вещества теряют способность откладываться в костях и в больших количествах удаляются из организма. Кости при этом размягчаются и искривляются. Нарушается развитие зубов, страдает нервная система. Весь этот комплекс расстройств характеризует на6людаемое у детей заболевание – рахит.

Витамины группы В. Недостаток или отсутствие витаминов группы В вызывает нарушение обмена веществ, расстройство функций центральной нервной системы. При этом наблюдается снижение сопротивляемости организма к инфекционным болезням. Витаминами бодрости, повышенной работоспособности и крепких нервов называют витамины группы В. Суточная норма витамина В для взрослого 2 – ; 6 мг, при систематической спортивной деятельности эта норма должна ' увеличиваться в 3 – 5 раз.

Витамин С называют противоцинготным. При недостатке его в пище (а больше всего его содержится в свежих фруктах и овощах) развивается специфическое заболевание – цинга, при которой кровоточит десны, а зубы расшатываются и выпадают, Развиваются физическая слабость, быстрая утомляемость, нервозность. Появляются одышка, различные кровоизлияния, наступает резкое похудание. В тяжелых случаях может наступить смерть.

Витамины влияют на обмен веществ, свертываемость крови, рост и  развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Особенно важна их роль в питании молодого организма и тех взрослых, чья деятельность связана с большими физическими нагрузками не производстве, в спорте. Повышенная потребность в витаминах может быть связана с особыми условиями среды обитания (высокая или низкая температура, разреженный воздух). Например, суточная  потребность витамина С для взрослых составляет в среднем 50 – 100 мг, для детей 35 – 50 мг, для тренирующихся спортсменов до 200 мг и более (им в целях повышения работоспособности даже рекомендуется принимать этот витамин на старте, а марафонцам – на дистанции). Витаминная недостаточность, как правило, сказывается в ранний весенний период, когда сразу после зимы организм ослаблен, а в пище мало витаминов и других биологически активных компонентов в связи с ограничением в рационе свежих овощей и фруктов.

Кроме описанных  здесь витаминов большое значение для жизнедеятельности организма  имеют фолиевая кислота, биотин, холин, витамин Е (фактор размножения) и витамин К. Все они достаточно широко распространены в природе и при нормальном питании потребность в них полностью удовлетворяется.

Если еще  учесть, что многие витамины организм использует для построения ферментов, участвующих в обмене веществ, то переоценить роль витаминизации в обеспечении жизнедеятельности организма невозможно, тем более при активной мышечной деятельности.

Обмен энергии Обмен веществ и энергии – это взаимосвязанные процессы, разделение которых связано лишь с удобством изучения. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. 3и счет перехода одних видов энергии в другие и поддерживаются все  жизненные функции организма. При этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное можно  проиллюстрировать на примере деятельности сердца. Сердце совершает огромную работу. Каждый час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за счет сокращения сердечной мышцы, в которой при этом протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном счете вся энергия переходит в тепловую, которая рассеивается в организме и от дается им в окружающее пространство. Аналогичные процессы идут в  каждом органе человеческого тела. И в каждом случае в конечном итоге химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую и рассеиваются во внешнюю среду: Количество энергии, расходуемое на выполнение физической работы определяют как коэффициент полезного действия (кпд). Его средняя величина – 20 – 25%, у спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира – 9,3, а 1 г углеводов – 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах, можно установить их калорийность, или энергетическую стоимость.

Мышечная деятельность, активный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со значительным расходом энергии. В некоторых  случаях он может достигать 5 000 ккал, а в дни интенсивных и объемных тренировок у спортсменов и того более. Такое увеличение энергозатрат необходимо учитывать при составлении пищевого рациона. Когда в пище присутствует большое количество белка, значительно удлиняется процесс ее, переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, так как излишки его начинают преобразовываться в жир. А представители некоторых видов спорта (например, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают энергию получать из растительной пищи (например, фруктовая пища связана с образованием быстрых углеводов).

Питательные вещества можно замещать, учитывая их калорическую ценность. Действительно, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен

(изодинамичен) 1 г белка, так как у них одинаковый калорический коэффициент (4,,1 ккал), а 1 г белка или углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Отсюда следует, что человек, суточный расход энергии которого 3 000 ккал, может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя в сутки 732 г углеводов. Но для организма важна не только общая калорийность пищи. Если человек достаточно долго потребляет только жиры или белки, или углеводы, в его организме возникают глубокие изменения в обмене веществ. При этом нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, наблюдается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты.

Для нормальной жизнедеятельности организма получать оптимальное количество полноценных  белков, жиров, минеральных солей и витаминов, которые содержатся в различных пищевых продуктах. Качество пищевых продуктов определяется и их физиологической ценностью. Наиболее ценными продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

  Люди разных профессий затрачивают при своей деятельности разное количество энергии. Например, занимающийся ителлектуальным трудом в день тратит менее 3000 больших калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии.

Многочисленные  исследования показали, что мужчине  среднего возраста, занимающемуся и  умственным, и физическим трудом в  те- чение 8 – 10 ч, необходимо потреблять в день 118 г белков, 56 г жиров, 500 г углеводов. В пересчете это составляет около 3 000 ккал. Для детей, людей пожилого возраста, для лиц занимающихся тяжелым физическим трудом, требуются индивидуальные, научно обоснованные нормы питания. Пищевой рацион составляется с учетом пола, возраста человека и характера его деятельности. Большое значение имеет режим питания. В зависимости от возраста, рода работы и других критериев устанавливается 3 – 6-разовое питание в сутки с определенным процентным содержанием пищи на каждый прием.

Таким образом, чтобы сохранять энергетический баланс, поддерживать нормальную массу тела, обеспечивать высокую работоспособность и профилактику различного рода патологических явлений в организме, необходимо при полноценном питании увеличить расход энергии за счет повышения двигательной активности, что существенно стимулирует обменные процессы.

Важнейшая физиологическая  «константа» организма – то минимальное  количество энергии, которое человек  расходует в состоянии полного  покоя. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного обмена.

Основной обмен  человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14 ч после последнего приема пищи; при температуре комфорта (20"С). Нарушение любого из этих условий приводит к отклонению обмена веществ в сторону повышения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

 Основной  обмен является индивидуальной  константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена значительно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние вызывает заметную интенсификацию обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. Если основной обмен взрослого человека равен 1700 – 1800 ккал, то рабочий обмен в 2 – 3 раза выше. Таким образом, основной обмен является исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена может быть важным диагностическим признаком переутомления, перенапряжения и недовосстановления или заболевания.

 Регуляция о6мена веществ. Русский физиолог И.П. Павлов (1849 – 1936) установил, что функциональное состояние нервной системы может изменять интенсивность обменных процессов. Способность нервной системы менять характер питания (трофики) тканей получила наименование трофической функции нервной системы.

 В дальнейшем  было установлено, что вегетативная  нервная система оказывает непосредственное  трофическое влияние на деятельность всех органов. Особое значение в регуляции обмена веществ имеет отдел промежуточного мозга – гипоталамус. Разрушение этого отдела центральной нервной системы ведет к целому ряду нарушений жирового, углеводного и других видов обмена. Гипоталамус регулирует деятельность важной железы внутренней секреции – гипофиза, который контролирует работу всех других желез внутренней секреции, а те, в свою очередь, выделяя гормоны, осуществляют тонкую гуморальную регуляцию обмена веществ на клеточном уровне. Различные гормоны (инсулин, адреналин, тироксин) направляют деятельность ферментных систем, которые регулируют обменные процессы в организме. Эта согласованная взаимосвязь осуществляется в результате взаимодействия нервной и гуморальной (жидкостной) систем регуляции.

 Для регуляции  основного обмена имеют существенное  значение условнорефлекторные факторы.  Например, у спортсменов основной  обмен оказывается несколько  повышенным в дни тренировочных  занятий и, особенно, соревнований. Вообще же спортивная тренировка, экономизируя химические процессы в организме, ведет к снижению основного обмена. Более ярко это проявляется у лиц, тренирующихся к длительной, умеренной по интенсивности, работе. Однако в ряде  случаев основной обмен оказывается у спортсменов повышенным и в дни отдыха. Это объясняется длительным (в течение нескольких суток) повышением интенсивности обменных процессов в связи с выполненной напряженной работой.