Metabolizam i fiziologija energije ukratko. Fiziologija metabolizma i energije. uravnoteženu ishranu. Opis prezentacije Fiziologija metabolizma i energije. Fiziologija termoregulacije na stakalcima

Metabolizam je jedno od glavnih vitalnih svojstava organizma. Metabolizam se sastoji od ulaska u organizam različitih supstanci iz spoljašnje sredine, njihove apsorpcije i promene u oslobađanju produkata raspadanja iz organizma.

Kao rezultat metabolizma, energija se pretvara. Potencijalna energija složenih organskih jedinjenja, kada se razbije, oslobađa se i u tijelu pretvara u toplinsku, mehaničku i električnu.

Pokazatelj intenziteta metabolizma i potrošnje energije tijela je određivanje toplinske energije koja se oslobađa u tijelu. Količina toplotne energije koju proizvodi tijelo može se odrediti direktnom i indirektnom kalorimetrijom. Određivanje brzine metabolizma upotrebom direktne kalorimetrije je teško. U fiziološkim i kliničkim studijama koristi se metoda indirektne kalorimetrije. Metoda indirektne kalorimetrije zasniva se na proučavanju potrošnje energije tijela prema količini apsorbiranog 0 2 i otpuštenog CO 2 (Douglas-Holdenova metoda). Energetski bilans tijelo se izračunava kao razlika između unesene energije i potrošnje energije. Energetski unos se određuje uzimanjem u obzir količine nutrijenata koji se unose dnevno i izračunavanjem kalorijske vrijednosti nutrijenata. Potrošnja energije (ukupni metabolizam)

sastoji se od bazalnog metabolizma, specifičnog dinamičkog djelovanja hrane (SDAP) i radnog povećanja bazalnog metabolizma. Početna vrijednost nivoa metaboličkih procesa je bazalni metabolizam. BX- ovo je potrošnja energije neophodna za održavanje vitalnih funkcija svih organa i tjelesne temperature. Bazalni metabolizam se utvrđuje ujutro, na prazan želudac (14-16 sati nakon posljednjeg obroka) u ležećem položaju uz pomoć posebnih instrumenata. Osoba pod ovim uslovima troši otprilike 1 kcal na 1 kg težine na sat.

Za muškarce srednjih godina (35 godina), bazalni metabolizam je oko 1700 - 1800 kcal. Bazalni metabolizam muškaraca je oko 10% veći nego kod žena. Količina bazalnog metabolizma zavisi od pola, starosti, težine i visine. U patologiji se bazalni metabolizam može značajno promijeniti prema gore ili prema dolje, posebno ako je poremećena aktivnost endokrinih žlijezda (štitnjača, hipofiza itd.). Kod hiperfunkcije štitne žlijezde bazalni metabolizam se može povećati i do 150%.

Fiziološki standardi ishrane u velikoj meri zavise od starosti, pola, visine, težine, klimatskih i geografskih uslova, kao i od vrste posla. Energetske potrebe odrasle populacije određuju se prema vrsti posla koji obavljaju. Po ovom osnovu cjelokupna odrasla populacija podijeljena je u 5 kategorija.

Čovjekova potreba za plastičnim materijalom pokrivena je samo ako prehrana sadrži sve hranjive tvari: bju. Adekvatan sadržaj proteina u ishrani je posebno važan, jer... to je glavni elastični materijal. Odnos između nutrijenata je 1:1:3,5. Ovaj omjer se održava u ishrani svih grupa stanovništva. Prilikom sastavljanja dijete morate se voditi sljedećim.

Metabolizam u organizmu. Plastična i energetska uloga nutrijenata

Stalna razmjena tvari i energije između tijela i okoline je neophodan uslov za njegovo

postojanje i odražava njihovo jedinstvo. Suština ove razmjene je da se hranjive tvari koje ulaze u tijelo nakon probavnih transformacija koriste kao plastični materijal. Energija koja se stvara tokom ovih transformacija nadoknađuje energetske troškove tijela. Sinteza složenih specifičnih supstanci organizma iz

Jednostavni spojevi koji se apsorbiraju u krv iz probavnog kanala naziva se asimilacija ili anabolizam. Ova dva procesa su neraskidivo povezana. “Asimilacija osigurava akumulaciju energije, a energija koja se oslobađa tijekom disimilacije je neophodna za sintezu tvari i katabolizam uz pomoć ATP-a i NADP-a Disimilacija se prenosi za procese asimilacije. Oni su dio ćelijskih membrana, ali se to obnavljanje odvija ne samo zahvaljujući bjelančevinama koje se stvaraju u tijelu Krajnji produkti razgradnje proteina su jedinjenja koja sadrže azot, kao što su urea, mokraćna kiselina, kreatinin Iz organizma sa metaboličkim produktima koji sadrže azot se nalazi oko 16 g azota. Ako je količina oslobođenog dušika jednaka količini koju tijelo apsorbira, dolazi do ravnoteže dušika. Ako postoji više unosa dušika nego izlaznog dušika, to se naziva pozitivnim balansom dušika. U tijelu dolazi do zadržavanja dušika. Pozitivan balans dušika uočava se tokom rasta tijela, tokom oporavka od teške bolesti praćene gubitkom težine i nakon dužeg gladovanja. Kada je količina dušika koju tijelo izluči veća od one koju unese, dolazi do negativnog balansa dušika. Njegova pojava se objašnjava razgradnjom vlastitih proteina u tijelu. Javlja se tokom posta, nedostatka esencijalnih aminokiselina u hrani, poremećene probave i apsorpcije proteina, te ozbiljnih bolesti. Količina proteina koja u potpunosti zadovoljava potrebe organizma naziva se proteinskim optimumom. Minimum, koji osigurava samo očuvanje ravnoteže dušika - proteinski minimum. SZO preporučuje unos proteina od najmanje 0,75 g po kg tjelesne težine dnevno. Energetska uloga proteina je relativno mala.

Tjelesne masti su trigliceridi, fosfolipidi i steroli. Imaju i određenu plastičnu ulogu, budući da su fosfolipidi, holesterol i masne kiseline dio ćelijskih membrana i organela. Njihova glavna uloga je energetska. Oksidacijom lipida oslobađa se najveća količina energije, tako da otprilike polovinu tjelesne potrošnje energije osiguravaju lipidi. Osim toga, oni su i akumulator energije u tijelu, jer se skladište u masnim depoima i koriste po potrebi. Depoi masti čine oko 15% tjelesne težine. Pokrivajući unutrašnje organe, masno tkivo obavlja i plastičnu funkciju. Na primjer, perinefrična mast pomaže u fiksiranju bubrega i zaštiti ih od mehaničkog stresa. Lipidi su izvori vode jer oksidacijom 100 g masti nastaje oko 100 g vode. Posebnu funkciju obavlja smeđa mast, smještena duž velikih krvnih žila. Polipeptid sadržan u njegovim masnim ćelijama inhibira ponovnu sintezu ATP-a na račun lipida. Kao rezultat toga, proizvodnja topline se naglo povećava. Esencijalne masne kiseline - linolna, linolenska i arahidonska - su od velikog značaja. Oni se ne formiraju u telu. Bez njih je nemoguća sinteza ćelijskih fosfolipida, stvaranje prostaglandina itd. U njihovom nedostatku, rast i razvoj tijela se usporava.

Ugljikohidrati uglavnom igraju energetsku ulogu jer služe kao glavni izvor energije za stanice.

Potrebe neurona podmiruju se isključivo glukozom. Ugljikohidrati se skladište kao glikogen u jetri

i mišiće. Ugljikohidrati imaju određeni plastični značaj. Glukoza je neophodna za stvaranje nukleotida

i sinteza nekih aminokiselina.

Metode mjerenja energetskog balansa tijela

Odnos između količine energije koja ulazi u tijelo hranom i energije koju tijelo oslobađa tokom

spoljašnje okruženje naziva se energetskim balansom organizma. Postoje 2 metode za određivanje dodijeljenih

tijelo energije.

1. Direktna kalorimetrija. Princip direktne kalorimetrije zasniva se na činjenici da se sve vrste energije u konačnici pretvaraju u toplinu. Stoga se direktnom kalorimetrijom utvrđuje količina topline koju tijelo oslobađa u okolinu u jedinici vremena. U tu svrhu koriste se posebne komore sa dobrom toplotnom izolacijom i sistemom cijevi za izmjenu topline u kojima voda cirkulira i zagrijava.

2. Indirektna kalorimetrija. Sastoji se u određivanju omjera oslobođenog ugljičnog dioksida i apsorbiranog kisika u jedinici vremena. One. potpuna analiza gasa. Ovaj odnos se naziva respiratorni koeficijent (RQ). US02 DK=-U02

Vrijednost respiratornog koeficijenta određena je supstancom koja se oksidira u stanicama tijela. Na primjer, u molekulu ugljikohidrata ima puno atoma kisika, pa u njihovu oksidaciju ulazi manje kisika, a respiratorni koeficijent im je 1. U molekulu lipida ima mnogo manje kisika, pa je respiratorni koeficijent prilikom njihove oksidacije 0,7. Respiratorni koeficijent proteina je 0,8. Kod mješovite prehrane njegova vrijednost je 0,85-0,9. Respiratorni kvocijent postaje veći od 1 tokom teškog fizičkog rada, acidoze, hiperventilacije i tjelesnog pretvaranja ugljikohidrata u masti. Dešava se da je manji od 0,7 kada se masti pretvaraju u ugljikohidrate. Na osnovu respiratornog koeficijenta izračunava se kalorijski ekvivalent kiseonika, tj. količina energije koju tijelo oslobađa pri konzumiranju 1 litre kisika. Njegova vrijednost također ovisi o prirodi oksidiranih tvari. Za ugljikohidrate je 5 kcal, proteine ​​4,5 kcal, masti 4,7 kcal. Indirektna kalorimetrija u ordinaciji se izvodi pomoću uređaja „Metatest-2“ i „Spirolite“.

Količina energije koja ulazi u tijelo određena je količinom i energetskom vrijednošću nutrijenata. Njihova energetska vrijednost određena je spaljivanjem u Berthelot bombi u atmosferi čistog kisika. Na ovaj način se dobija fizički kalorijski koeficijent. Za proteine ​​je 5,8 kcal/g, ugljikohidrate 4,1 kcal/g, masti 9,3 kcal/g. Za proračune se koristi fiziološki kalorijski koeficijent. Za ugljikohidrate i masti odgovara fizičkoj vrijednosti, a za proteine ​​iznosi 4,1 kcal/g. Njegova niža vrijednost za proteine ​​objašnjava se činjenicom da se u tijelu ne razgrađuju na ugljični dioksid i vodu, već na proizvode koji sadrže dušik. BX

Količina energije koju tijelo troši za obavljanje vitalnih funkcija naziva se bazalni metabolizam. To je utrošak energije za održavanje stalne tjelesne temperature, funkcionisanje unutrašnjih organa, nervnog sistema i žlijezda. Bazalni metabolizam se mjeri direktnim i indirektnim metodama kalorimetrije u osnovnim uslovima, tj. ležanje opuštenih mišića, na ugodnoj temperaturi, na prazan stomak. Prema zakonu o površini, koji su u 19. vijeku formulirali Rubner i Richet, veličina temelja je direktno proporcionalna površini tijela. To je zbog činjenice da se najveća količina energije troši na održavanje stalne tjelesne temperature. Osim toga, na količinu bazalnog metabolizma utiču spol, starost, uslovi okoline, ishrana, stanje endokrinih žlezda i nervnog sistema. Bazalni metabolizam muškaraca je 10% veći nego kod žena. Kod djece je njegova vrijednost u odnosu na tjelesnu težinu veća nego u odrasloj dobi, ali je kod starijih osoba, naprotiv, manja. U hladnoj klimi ili zimi se povećava i smanjuje ljeti. Kod hipertireoze se značajno povećava, a kod hipotireoze smanjuje. U prosjeku, bazalni metabolizam za muškarce je 1700 kcal/dan, a za žene 1550 kcal.

Opšti energetski metabolizam

Opšti energetski metabolizam je zbir bazalnog metabolizma, radnog prirasta i energije specifično dinamičkog delovanja hrane. Radni dobitak je utrošak energije za fizički i mentalni rad. Na osnovu prirode proizvodnih aktivnosti i potrošnje energije razlikuju se sljedeće grupe radnika:

1. Osobe mentalnog rada (nastavnici, studenti, ljekari, itd.). Njihova potrošnja energije je 2200-3300 kcal/dan.

2. Radnici angažovani na mehanizovanom radu (montažeri na pokretnoj traci). 2350-3500 kcal/dan.

3. Lica angažovana na delimično mehanizovanom radu (vozači). 2500-3700 kcal/dan. .

Oni koji se bave teškim nemehanizovanim radom (utovarivači). 2900-4200 kcal/dan. Posebno dinamičan efekat hrane je potrošnja energije za apsorpciju hranljivih materija. Ovaj efekat je najizraženiji kod proteina, manje kod masti i ugljenih hidrata. Konkretno, proteini povećavaju energetski metabolizam za 30%, a masti i ugljikohidrati za 15%. Fiziološke osnove ishrane.

Načini napajanja. IN U zavisnosti od starosti, pola, zanimanja, potrošnja proteina, masti i ugljenih hidrata treba da bude:

Rubner je u prošlom stoljeću formulisao zakon izodinamike, prema kojem se prehrambene tvari mogu mijenjati u svojoj energetskoj vrijednosti. Međutim, to je od relativnog značaja, jer se proteini koji imaju plastičnu ulogu ne mogu sintetizirati iz drugih supstanci. Isto važi i za esencijalne masne kiseline. Stoga je potrebna uravnotežena ishrana sa svim nutrijentima. Osim toga, potrebno je voditi računa o probavljivosti hrane. Ovo je odnos nutrijenata koji se apsorbuju i izlučuju izmetom. Životinjski proizvodi se najlakše probavljaju. Prema tome, životinjski proteini treba da čine najmanje 50% dnevne proteinske ishrane, a masti ne bi trebalo da prelaze 70% masti.

Pod ishranom podrazumevamo učestalost unosa hrane i distribuciju njenog kalorijskog sadržaja za svaki obrok. Uz tri obroka dnevno, doručak treba da čini 30% dnevnog unosa kalorija, ručak 50%, večera 20%. Uz fiziološkijih četiri obroka dnevno, doručak 30%, ručak 40%, popodnevna užina 10%, večera 20%. Razmak između doručka i ručka nije duži od 5 sati, a večera najmanje 3 sata prije spavanja. Vrijeme obroka treba biti konstantno.

Razmjena vode i minerala

Sadržaj vode u tijelu je u prosjeku 73%. Vodena ravnoteža tijela održava se izjednačavanjem potrošene i izlučene vode. Dnevna potreba za vodom je 20-40 ml/kg tjelesne težine. Oko 1200 ml vode dolazi sa tečnostima, 900 ml sa hranom, a 300 ml nastaje tokom oksidacije hranljivih materija. Minimalna količina vode je 1700 ml. Uz nedostatak vode dolazi do dehidracije i ako se njena količina u organizmu smanji za 20% dolazi do smrti. Višak vode je praćen intoksikacijom vodom sa stimulacijom centralnog nervnog sistema i konvulzijama.

Natrijum, kalijum, kalcijum, hlor neophodni su za normalno funkcionisanje svih ćelija, posebno obezbeđujući mehanizme za formiranje membranskog potencijala i akcionih potencijala. Dnevna potreba za natrijumom i kalijumom je 2-3 g, kalcijumom 0,8 g, hlorom 3-5 g. U kostima se nalazi velika količina kalcijuma. Osim toga, potreban je za zgrušavanje krvi i regulaciju staničnog metabolizma. Najveći dio fosfora je također koncentrisan u kostima. Istovremeno je dio membranskih fosfolipida i učestvuje u metaboličkim procesima. Dnevna potreba za njim je 0,8 g Najveći dio željeza sadržan je u hemoglobinu i mioglobinu. Osigurava vezivanje kisika. Fluor je dio zubne cakline. Sumpor u proteinima i vitaminima. Cink je komponenta brojnih enzima. Kobalt i bakar su neophodni za eritropoezu. Potreba za svim ovim mikroelementima kreće se od desetina do stotina mg dnevno.

Regulacija metabolizma i energije

Najviši nervni centri za regulaciju energetskog metabolizma i metabolizma nalaze se u hipotalamusu. Oni utiču na ove procese preko autonomnog nervnog sistema i hipotalamus-hipofiznog sistema. Simpatički odjel ANS-a stimulira procese disimilacije, parasimpatičke asimilacije. Sadrži i centre za regulaciju metabolizma vode i soli. Ali glavna uloga u regulaciji ovih osnovnih procesa pripada endokrinim žlijezdama. Konkretno, inzulin i glukagon reguliraju metabolizam ugljikohidrata i masti. Štaviše, insulin inhibira oslobađanje masti iz depoa. Adrenalni glukokortikoidi stimulišu razgradnju proteina. Somatotropin, naprotiv, pojačava sintezu proteina. Mineralokortikoidi natrijum kalij. Glavna uloga u regulaciji energetskog metabolizma pripada hormonima štitnjače. Oni to naglo pojačavaju. Oni su i glavni regulatori metabolizma proteina. Značajno povećava energetski metabolizam i adrenalin. Velika količina se oslobađa tokom posta.

TERMOREGULACIJA

Filogenetski, pojavile su se dvije vrste regulacije tjelesne temperature. Kod hladnokrvnih ili poikilotermnih organizama, brzina metabolizma je niska, a samim tim i proizvodnja toplote niska. Nisu u stanju da održavaju konstantnu tjelesnu temperaturu i ona ovisi o temperaturi okoline. Štetne promjene temperature kompenziraju se promjenama u ponašanju (hibernacija). Kod toplokrvnih životinja intenzitet metaboličkih procesa je vrlo visok i postoje posebni mehanizmi termoregulacije. Zbog toga imaju nivo aktivnosti nezavisan od temperature okoline. Izotermija osigurava visoku prilagodljivost toplokrvnih životinja. Kod ljudi dnevne temperaturne fluktuacije su 36,5-36,9°C. Najviša temperatura ljudskog tijela je u 16 sati. Najniže na 4 sata. njegovo tijelo je vrlo osjetljivo na promjene tjelesne temperature. Kada se spusti na 27-3 0°C, teško

oštećenje svih funkcija, a na 25° hladno dolazi do smrti (postoje izvještaji o očuvanju vitalnosti na 18° C). Za pacove smrtonosna temperatura je 12°C (specijalne metode 1°C). Kada tjelesna temperatura poraste do 40°, javljaju se i teški poremećaji. Na 42° može doći do toplotne smrti. Za ljude, temperaturna komforna zona je 18-20°. Postoje i heterotermna živa bića koja mogu privremeno sniziti svoju tjelesnu temperaturu (životinje u hiberniranju).

Termoregulacija je skup fizioloških procesa stvaranja i prijenosa topline koji osiguravaju održavanje normalne tjelesne temperature. Termoregulacija se zasniva na ravnoteži ovih procesa. Regulacija tjelesne temperature promjenom brzine metabolizma naziva se hemijska termoregulacija. Termogeneza pojačava nevoljnu mišićnu aktivnost u obliku drhtanja i dobrovoljne motoričke aktivnosti. Najaktivnije stvaranje topline događa se u mišićima koji rade. Sa teškim fizičkim radom povećava se za 500%. Formiranje topline se povećava s intenziviranjem metaboličkih procesa, to se naziva termogeneza bez drhtanja i osigurava se smeđom masnoćom. Njegove ćelije sadrže mnogo mitohondrija i poseban peptid koji stimuliše razgradnju lipida oslobađanjem toplote. One. razdvojeni su procesi oksidacije i fosforilacije.

Prijenos topline služi za oslobađanje viška proizvedene topline i naziva se fizička termoregulacija. >"0na se izvodi kroz toplotno zračenje, kroz koje se oslobađa 60% toplote, konvekcijom (15%),

toplotna provodljivost (3°/o), isparavanje vode sa površine tela i iz pluća (20%). Ravnoteža procesa stvaranja i prijenosa topline osiguravaju nervni i humoralni mehanizmi. Kada tjelesna temperatura odstupi od normalnih vrijednosti, pobuđuju se termoreceptori u koži, krvnim sudovima, unutrašnjim organima i gornjim disajnim putevima. Ovi receptori su procesi senzornih neurona, kao i tanka vlakna tipa C. U koži ima više hladnih receptora nego termalnih i nalaze se površnije. Nervni impulsi iz ovih neurona putuju kroz spinotalamičke puteve do hipotalamusa i moždane kore. Formira se osjećaj hladnoće ili topline. Centar termoregulacije nalazi se u stražnjem hipotalamusu i prepoptičnom području prednjeg hipotalamusa. Stražnji neuroni uglavnom obezbeđuju hemijsku termoregulaciju. Prednji fizički. U ovom centru postoje tri vrste neurona. Prvi su neuroni osjetljivi na temperaturu. Nalaze se u prepoptičnom području i reagiraju na promjene temperature krvi koja prolazi kroz mozak. Isti neuroni su prisutni u kičmenoj moždini i produženoj moždini. Druga grupa su interneuroni i primaju informacije od temperaturnih receptora i termoreceptorskih neurona. Ovi neuroni služe za održavanje postavljene tačke, tj. određene telesne temperature. Jedan dio ovih neurona prima informacije od hladnih, drugi od termalnih perifernih receptora i termoreceptorskih neurona. Treći tip neurona je eferentni. Smješteni su u stražnjem hipotalamusu i obezbjeđuju regulaciju mehanizama stvaranja topline. Centar termoregulacije svoj uticaj na efektorske mehanizme vrši preko simpatičkog i somatskog nervnog sistema i endokrinih žlezda. Pri porastu tjelesne temperature pobuđuju se termalni receptori kože, unutrašnjih organa, krvnih sudova i termoreceptorski neuroni hipotalamusa. Impulsi od njih putuju do interneurona, a zatim do efektorskih neurona. Efektorski neuroni su simpatički centri hipotalamusa. Kao rezultat njihove ekscitacije aktiviraju se simpatički živci koji šire krvne žile kože i potiču znojenje. Kada su receptori hladnoće pobuđeni, uočava se suprotna slika. Smanjuje se učestalost nervnih impulsa koji idu do krvnih žila kože i znojnih žlijezda, žile se sužavaju, a znojenje se inhibira. Istovremeno, krvni sudovi unutrašnjih organa se šire. Ako to ne dovede do obnove temperaturne homeostaze, aktiviraju se drugi mehanizmi. Prvo, simpatički nervni sistem pojačava kataboličke procese, a samim tim i proizvodnju toplote. Norepinefrin koji se oslobađa iz završetaka simpatičkih nerava stimulira procese lipolize. Smeđa mast u tome igra posebnu ulogu. Ovaj fenomen se naziva termogeneza bez drhtanja. Drugo, nervni impulsi počinju da putuju od neurona stražnjeg hipotalamusa do motoričkih centara srednjeg mozga i duguljaste moždine. Oni su uzbuđeni i aktiviraju a-motoneurone kičmene moždine. Nehotična mišićna aktivnost se javlja u obliku hladnog tremora. Treći način je jačanje dobrovoljne motoričke aktivnosti. Odgovarajuća promjena ponašanja, koju obezbjeđuje korteks, je od velike važnosti. Od humoralnih faktora najveći značaj imaju adrenalin, norepinefrin i tiroidni hormoni. Prva dva hormona uzrokuju kratkotrajno povećanje proizvodnje topline zbog povećane lipolize i glikolize. Pri prilagođavanju na dugotrajno hlađenje povećava se sinteza tiroksina i trijodtironina. Oni značajno povećavaju energetski metabolizam i proizvodnju topline povećavajući broj enzima u mitohondrijima.

Smanjenje tjelesne temperature naziva se hipotermija, a povećanje hipertermija. Hipotermija nastaje kada ste prehlađeni. Hipotermija tijela ili mozga klinički se koristi za produženje vitalnosti ljudskog tijela ili mozga tokom mjera reanimacije. Hipertermija nastaje tokom toplotnog udara, kada temperatura poraste na 40-41°. Jedno od kršenja mehanizama termoregulacije je groznica. Razvija se kao rezultat povećane proizvodnje topline i smanjenog prijenosa topline. Prijenos topline se smanjuje zbog sužavanja perifernih krvnih žila i smanjenog znojenja. Proizvodnja topline se povećava zbog djelovanja pirogena bakterija i leukocita, koji su lipopolisaharidi, na termoregulacijski centar hipotalamusa. Ovaj efekat je praćen grozničavim drhtanjem. Tokom perioda oporavka normalna temperatura se vraća zbog proširenja krvnih sudova u koži i obilnog znojenja.

FIZIOLOGIJA PROCESA IZLUČIVANJA

Funkcije bubrega. Mehanizmi stvaranja urina Bubrežni parenhim luči korteks i medulu. Strukturna jedinica bubrega je nefron. Svaki bubreg ima oko milion nefrona. Svaki nefron se sastoji od vaskularnog glomerula, koji se nalazi u kapsuli Shumlyansky-Bowman, i aferentne arteriole koja se približava kapilarima glomerula, a eferentna arteriola odlazi od nje eferentni glomeruli koji se nalaze u kortikalnom sloju klasifikovani su kao kortikalni, a u dubinama - jukstamedularni distalni zavijeni mokraćni kanal, koji se otvara u sabirni kanal Do formiranja urina dolazi kroz nekoliko mehanizama.

1. Glomerularna ultrafiltracija. Kapilarni glomerul koji se nalazi u šupljini kapsule sastoji se od 20-40 kapilarnih petlji. Filtracija se odvija kroz kapilarni endotelni sloj, bazalnu membranu i unutrašnji sloj epitela kapsule. Glavna uloga pripada bazalnoj membrani. To je mreža koju čine tanka kolagena vlakna koja djeluju kao molekularno sito. Ultrafiltracija se provodi zbog visokog krvnog pritiska u kapilarama glomerula - 70 - 80 mmHg. Njegova velika vrijednost je zbog razlike u promjeru aferentne i eferentne arteriole. Krvna plazma sa svim otopljenim tvarima male molekularne težine, uključujući proteine ​​male molekularne težine, filtrira se u šupljinu kapsule. U fiziološkim uslovima, veliki proteini i druge velike koloidne čestice plazme se ne filtriraju. Proteini koji ostaju u plazmi stvaraju onkotski pritisak od 25-30 mmHg, koji sprečava da se dio vode filtrira u šupljinu kapsule. Osim toga, otežava ga hidrostatički pritisak filtrata koji se nalazi u kapsuli od 10-20 mmHg. Stoga je brzina filtracije određena efektivnim tlakom filtracije. Obično je: Reff.=Rdk. -(Roem.- Rhidr.)= 70 - (25 + 10) = 35 mmHg. Brzina glomerularne filtracije je 110-120 ml/min. Dakle, dnevno se formira 180 litara filtrata ili primarnog urina. 2. Tubularna reapsorpcija. Sav nastali primarni urin ulazi u tubule i petlju Henlea, gdje se reapsorbira 178 litara vode i tvari otopljenih u njoj. Ne vraćaju se svi zajedno sa vodom u krv. Na osnovu sposobnosti da se reapsorbuju, sve supstance u primarnom urinu se dele u tri grupe:

1. Prag. Obično se potpuno reapsorbuju. To su glukoza i aminokiseline.

2. Niski prag. Djelomično reapsorbirano. Na primjer, urea.

3. Ne-prag. Ne resorbuju se. Kreatinin, sulfati. Posljednje 2 grupe stvaraju osmotski tlak i obezbjeđuju tubularnu diurezu, tj. zadržavanje određene količine mokraće u tubulima Reapsorpcija glukoze i aminokiselina događa se u proksimalnom savijenom tubulu i vrši se pomoću sistema za transport natrijuma. Oni se transportuju protiv gradijenta koncentracije. Kod dijabetes melitusa, nivo glukoze u krvi raste iznad praga izlučivanja i glukoza se pojavljuje u urinu. Kod bubrežnog dijabetesa, transportni sistem glukoze u tubularnom epitelu je poremećen i ona se izlučuje urinom, uprkos normalnim nivoima u krvi. Reapsorpcija drugih supstanci sa pragom i bez praga nastaje difuzijom. Obavezna reapsorpcija esencijalnih jona i vode javlja se u proksimalnom tubulu, Henleovoj petlji. Opciono u distalnom tubulu. Oni formiraju rotaciono-protivstrujni sistem, jer u njima dolazi do međusobne razmene jona. U proksimalnom tubulu i descendentnom ekstremitetu Henleove petlje dolazi do aktivnog transporta velikih količina jona natrijuma. Izvodi ga natrijum-kalijum ATPaza. Nakon natrijuma, velike količine vode se pasivno reapsorbiraju u međućelijski prostor. Zauzvrat, ova voda potiče dodatnu pasivnu reapsorpciju natrijuma u krv. Istovremeno, bikarbonatni anjoni se takođe reapsorbuju. U silaznom ekstremitetu petlje i distalnom tubulu reapsorbuje se relativno mala količina natrijuma, a zatim voda. U ovom dijelu nefrona, joni natrijuma se reapsorbuju kroz spregnutu izmjenu natrijum-proton i natrijum-kalijum. Joni hlora se ovdje prenose iz urina u tkivnu tekućinu koristeći aktivni transport hlora. Proteini male molekularne težine se reapsorbuju u proksimalnom zavijenom tubulu.

3. Tubularna sekrecija i izlučivanje. Javljaju se u proksimalnom dijelu tubula. To je transport u urin tvari iz krvi i epitelnih stanica tubula koje se ne mogu filtrirati. Aktivnu sekreciju vrše tri transportna sistema. Prvi prenosi organske kiseline, na primjer para-aminohipurnu kiselinu. Druga je organska osnova. Treći je etilendiamintetraacetat (EDTA). Izlučivanje slabih kiselina i baza odvija se nejonskom difuzijom. Ovo je njihov transfer u nerazdvojenom stanju. Da bi se izvršilo izlučivanje slabih kiselina, potrebno je da reakcija tubularnog urina bude alkalna, a da izlučivanje lužina bude kiselo. U ovim uslovima, oni su u nedisociranom stanju i brzina njihovog oslobađanja se povećava. Na taj način se izlučuju protoni i amonijum kationi. Dnevna diureza je 1,5-2 litre. Konačni urin ima blago kiselu reakciju sa pH = 5,0 - 7,0. Specifična težina od najmanje 1,018. Proteini ne više od 0,033 g/l. Nedostaju šećer, ketonska tijela, urobilin, bilirubin. Crvena krvna zrnca, leukociti, epitel su pojedinačne ćelije u vidnom polju. Kolumnarni epitel 1. Bakterije ne više od 50.000 po ml. Regulacija stvaranja urina.

Bubrezi imaju visoku sposobnost samoregulacije. Što je osmotski pritisak krvi niži, to su procesi filtracije izraženiji, a reapsorpcija slabija i obrnuto. Nervna regulacija se vrši preko simpatičkih nerava koji inerviraju bubrežne arteriole. Kada su pobuđene, eferentne arteriole se sužavaju, krvni pritisak u glomerularnim kapilarama, i kao rezultat, efektivni filtracioni pritisak raste, a glomerularna filtracija se ubrzava. Također, simpatički živci poboljšavaju reapsorpciju glukoze, natrijuma i vode. Humoralnu regulaciju vrši grupa faktora.

1. Antidiuretski hormon (ADH). Počinje se oslobađati iz stražnjeg režnja hipofize kada se osmotski tlak krvi poveća i osmoreceptorski neuroni hipotalamusa su pobuđeni. ADH stupa u interakciju s receptorima u epitelu sabirnih kanala, koji povećavaju sadržaj cikličkog adenozin monofosfata u njima, cAMP aktivira proteinske kinaze, koje povećavaju propusnost epitela distalnih tubula i sabirnih kanala za vodu. Kao rezultat, povećava se reapsorpcija vode i ona se pohranjuje u vaskularnom krevetu.

2. Aldosteron. Stimuliše aktivnost natrijum-kalijum ATPaze i stoga povećava reapsorpciju natrijuma, ali istovremeno i izlučivanje kalijuma i protona u tubulima. Kao rezultat, povećava se sadržaj kalija i protona u urinu. Sa nedostatkom adosterona, tijelo gubi natrijum i vodu.

3. Natriuretski hormon ili atriopeptid. Formira se uglavnom u lijevom atrijumu kada se istegne, kao iu prednjem režnju hipofize i hromafinskim stanicama nadbubrežne žlijezde. Poboljšava filtraciju i smanjuje reapsorpciju natrijuma. Kao rezultat, povećava se izlučivanje natrijuma i hlora putem bubrega i povećava dnevna diureza.

4. Paratiroidni hormon i kalcitonin. Paratiroidni hormon pojačava reapsorpciju kalcijuma, magnezijuma i smanjuje reapsorpciju fosfata. Kalcitonin smanjuje reapsorpciju ovih jona.

5. Renin-angiotenzin-aldosteron sistem. Renin je proteaza koju proizvode jukstaglomerularne stanice arteriola bubrega. Pod uticajem renina, angiotenzin I se odvaja od proteina krvne plazme a2-globulin-angiotenzin, zatim se pretvara u angiotenzin II. Ovo je najmoćniji vazokonstriktor. Stvaranje i oslobađanje renina u bubrezima uzrokovano je sljedećim faktorima:

a) Smanjen krvni pritisak.

b) Smanjenje volumena cirkulirajuće krvi.

c) stimulacijom simpatičkih nerava koji inerviraju sudove bubrega. Pod uticajem renina arteriole bubrega se sužavaju i smanjuje se propusnost zida kapilara glomerula. Kao rezultat, brzina filtracije se smanjuje. U isto vrijeme, angiotenzin II stimulira oslobađanje aldosterona od strane nadbubrežnih žlijezda. Aldosteron poboljšava tubularnu reapsorpciju natrijuma i reapsorpciju vode. U tijelu dolazi do zadržavanja vode i natrijuma. Djelovanje angiotenzina je praćeno povećanom sintezom antidiuretskog hormona hipofize. Povećanje količine vode i natrijum hlorida u vaskularnom krevetu, uz isti sadržaj proteina plazme, dovodi do oslobađanja vode u tkiva. Razvija se bubrežni edem. To se događa u pozadini visokog krvnog tlaka.

6. Kalikrein-kinin sistem. To je antagonist renin-angiotenzina. Sa smanjenjem bubrežnog protoka krvi, enzim kalikrein počinje da se proizvodi u epitelu distalnih tubula. Konvertuje kininogene neaktivnih proteina plazme u aktivne kinine. Posebno bradikinin. Kinini proširuju bubrežne žile, povećavaju brzinu glomerularne ultrafiltracije i smanjuju intenzitet procesa reapsorpcije. Povećava se diureza.

7. Prostaglandini. Sintetiziraju se u bubrežnoj meduli prostaglandin sintetazama i stimuliraju izlučivanje natrijuma i vode. Poremećaji izlučne funkcije bubrega javljaju se kod akutnog ili kroničnog zatajenja bubrega. U krvi se nakupljaju metabolički proizvodi koji sadrže dušik - mokraćna kiselina, urea, kreatinin. Sadržaj u njemu se povećava

smanjuje se kalij i natrij. Pojavljuje se acidoza. To se događa u pozadini povišenog krvnog tlaka, edema i smanjene dnevne diureze. Krajnji rezultat zatajenja bubrega je uremija. Jedna od njegovih manifestacija je prestanak stvaranja urina, anurija. Ne-ekskretorne funkcije bubrega:

1. Regulacija konstantnosti jonskog sastava i zapremine međućelijske tečnosti organizma. Osnovni mehanizam za regulaciju volumena krvi i međustanične tekućine je promjena sadržaja natrijuma. Kako se njena količina u krvi povećava, povećava se unos vode i dolazi do zadržavanja vode u tijelu. One. uočen je pozitivan bilans natrijuma i vode. U ovom slučaju se održava izotoničnost tjelesnih tekućina. Sa niskim sadržajem natrijum hlorida u ishrani preovlađuje izlučivanje natrijuma iz organizma, tj. postoji negativna ravnoteža natrijuma. Ali zahvaljujući bubrezima, uspostavlja se negativna ravnoteža vode i/ izlučivanje vode počinje da premašuje njenu potrošnju. U tim slučajevima se nakon 2-3 sedmice uspostavlja nova ravnoteža natrijum-voda. Ali izlučivanje natrijuma i vode putem bubrega bit će ili veće ili manje od prvobitnog. Sa povećanjem volumena cirkulirajuće krvi (CBV) ili hipervolemijom, povećava se arterijski i efektivni filtracijski tlak. Istovremeno, natriuretski hormon počinje da se oslobađa u atrijuma. Kao rezultat, povećava se izlučivanje natrijuma i vode putem bubrega. Sa smanjenjem volumena cirkulirajuće krvi ili hipovolemijom, krvni tlak opada, efektivni tlak filtracije se smanjuje i aktiviraju se brojni dodatni mehanizmi koji osiguravaju očuvanje natrijuma i vode u tijelu. U žilama jetre, bubrega, srca i karotidnih sinusa nalaze se periferni osmoreceptori, au hipotalamusu osmoreceptorski neuroni. Reaguju na promjene osmotskog tlaka krvi. Impulsi od njih idu do centra osmoregulacije, koji se nalazi u području supraoptičkih i paraventrikularnih jezgara. Aktivira se simpatički nervni sistem. Krvni sudovi, uključujući i bubrežne, sužavaju se. Istovremeno počinje stvaranje i oslobađanje antidiuretskog hormona od strane hipofize. Adrenalin i norepinefrin koji oslobađaju nadbubrežne žlijezde također sužavaju aferentne arteriole. Kao rezultat, filtracija u bubrezima se smanjuje, a reapsorpcija se povećava. Istovremeno se aktivira sistem renin-angiotenzin. U tom istom periodu razvija se osjećaj žeđi. Odnos jona natrijuma i kalija regulišu mineralokortikoidi, kalcijum i fosfor, parthormon i kalcitonin.

2. Učešće u regulaciji sistemskog krvnog pritiska. Ovu funkciju obavljaju tako što održavaju konstantan volumen cirkulirajuće krvi, kao i renin-angiotenzin i kalikrein-kinin sistem.

3. Održavanje acido-bazne ravnoteže. Kada se reakcija krvi prebaci na kiselu stranu, kiseli anioni i protoni se izlučuju u tubulima, ali se joni natrija i bikarbonat anioni istovremeno reapsorbuju. Kod alkaloze se izlučuju alkalni katjoni i bikarbonatni anioni.

Regulacija hematopoeze. Oni proizvode eritropoetin. To je kiseli glikoprotein koji se sastoji od proteina i heterosaharida. Proizvodnja eritropoetina je stimulirana niskom napetošću kisika u krvi.

Izlučivanje urina

Urin se neprestano proizvodi u bubrezima i teče kroz sabirne kanale u karlicu, a zatim kroz mokraćovode u mjehur. Brzina punjenja bešike je oko 50 ml/sat. Tokom ovog vremena, koje se naziva period punjenja, mokrenje je ili otežano ili nemoguće. Kada se u mjehuru nakupi 200-300 ml mokraće, javlja se refleks mokrenja. U zidu mokraćne bešike nalaze se receptori za istezanje. Oni su uzbuđeni i impulsi od njih putuju kroz aferentna vlakna parasimpatičkih nerava zdjelice do centra mokrenja. Nalazi se u 2-4 sakralna segmenta kičmene moždine. Impulsi putuju do talamusa, a zatim do korteksa. Javlja se nagon za mokrenjem i počinje period pražnjenja mjehura. Iz centra mokrenja, duž eferentnih parasimpatičkih karličnih nerava, impulsi počinju teći do glatkih mišića zida mjehura. One se skupljaju i povećava se pritisak u bešici. U dnu mokraćne bešike ovi mišići formiraju unutrašnji sfinkter. Zbog posebnog smjera glatkih mišićnih vlakana u njemu, njihova kontrakcija dovodi do pasivnog otvaranja sfinktera. Istovremeno se otvara vanjski urinarni sfinkter, formiran od prugastih mišića perineuma. Inerviraju ih grane pudendalnog živca. Bešika se prazni. Uz pomoć kore reguliše se početak i tok procesa mokrenja. Istovremeno, to se može posmatrati

psihogena urinarna inkontinencija. Kada se u mjehuru nakupi više od 500 ml mokraće, može doći do zaštitne reakcije nevoljnog mokrenja. Poremećaji, cistitis, retencija urina.

Metabolizam i energija su ukupnost hemijskih i fizičkih transformacija koje se dešavaju u živom organizmu i obezbeđuju njegovu vitalnu aktivnost u vezi sa spoljašnjim okruženjem.

Jedini izvor energije za tijelo je oksidacija organskih tvari koje se unose hranom. U procesu metabolizma, organska jedinjenja se pretvaraju u jednostavnija uz oslobađanje energije. Po količini topline koju tijelo oslobađa u vanjsku sredinu može se precizno odrediti energetski utrošak tijela. A kako je hrana izvor energije i plastičnih tvari, onda za normalno funkcioniranje svih procesa ishrana mora biti racionalna, tj. tačno zadovoljavaju potrebe organizma za plastičnim i energetskim materijama, mineralima, vitaminima, vodom. Ishrana treba da obezbedi normalno funkcionisanje organizma, njegove visoke performanse, dobro zdravlje, visoku otpornost na zarazne bolesti, pravilan rast i razvoj djetetovog organizma. Ove transformacije nutrijenata u tijelu čine metabolizam, koji se dijeli na metabolizam proteina, masti i ugljikohidrata.

Vjeverice- ovo su složena organska jedinjenja vitalna za organizam. Koriste se kao plastični materijal od kojeg se grade različite ćelije i tkiva tijela i kao izvor energije. Proteini su dio hemoglobina, enzima i hormona. Protein fibrinogen je neophodan za zgrušavanje krvi. Složeni proteini - nukleoproteini - su nosioci nasljedstva.

Proteini se neprestano razgrađuju u tijelu. Stare ćelije se uništavaju i stvaraju nove. Stoga je tijelu potrebna stalna opskrba proteinima iz hrane.

Proteini se u probavnom traktu razlažu na aminokiseline, koje se apsorbiraju u krv. Krvotokom ulaze u jetru, gdje se neki od njih podvrgavaju deaminaciji i transaminaciji. Ovi procesi osiguravaju sintezu nekih aminokiselina i proteina. Iz jetre aminokiseline ulaze u tjelesna tkiva, gdje se koriste za sintezu proteina. Višak proteina iz hrane pretvara se u ugljikohidrate. Krajnji proizvodi razgradnje proteina - urea, amonijak, mokraćna kiselina, kreatinin i drugi - izlučuju se iz organizma urinom i znojem.

Korištenje proteina u tijelu se procjenjuje prema ravnoteži dušika. Može se izračunati prema količini dušika izlučenog u urinu, znoju i izmetu.

Ugljikohidrati- glavni izvor energije u organizmu. Dolaze iz hrane, a sintetiziraju se i u samom tijelu iz proteina i masti. Oksidacijom 1 g ugljikohidrata oslobađa se 4,1 kcal topline. Za oksidaciju ugljikohidrata potrebno je manje kisika nego za oksidaciju masti. Ovo je važno tokom mišićnog rada, kada se povećava potreba organizma za kiseonikom.

Škrob sadržan u hrani razgrađuje se u probavnom kanalu u glukozu, koja se apsorbira u krv. Dio glukoze se koristi u tkivima, ali se većina pretvara u složeni ugljikohidrat - glikogen, koji se skladišti u mišićima i jetri. Ako je potrebno, uskladišteni glikogen se ponovo razgrađuje u glukozu i koristi tjelesna tkiva. Koncentracija glukoze u krvi služi kao pokazatelj svih faza metabolizma ugljikohidrata.

Masti hrana se u probavnom traktu razgrađuje na glicerol i masne kiseline, koje se apsorbiraju u limfu, a iz limfe ulaze u krv. Masti su plastični materijal - za formiranje tkivnih struktura, a ujedno su i izvor energije. Kada se oksidira 1 g masti, oslobađa se 9,1 kcal topline. Masti u jetri se mogu pretvoriti u glikogen i također se pohranjuju u depoima masti.

U organizam ulaze sa hranom minerali, koji su od velike fiziološke važnosti, jer su dio proteina, enzima, hormona, medijatora; održava pH krvi; učestvuju u aktivnosti nervnog sistema, mišićnoj kontrakciji, sekreciji, apsorpciji, procesima izlučivanja, hematopoezi, disanju itd. Minerali se izlučuju iz organizma izmetom, urinom i znojem. Stoga se njihov gubitak mora nadoknaditi unosom hrane.

Voda dio je svih tjelesnih tkiva i čini 70% tjelesne težine. Količina vode u tijelu održava se na strogo određenom nivou. Metabolizam vode osigurava blisku vezu između svih metaboličkih procesa u tijelu. Višak vode se izlučuje preko bubrega.

Neophodan za normalan metabolizam vitamini- organska jedinjenja sadržana u biljnim i životinjskim proizvodima. Uloga vitamina je raznolika: ubrzavaju biohemijske reakcije u organizmu, stupaju u interakciju sa hormonima i enzimima, povećavajući njihovu efikasnost, učestvuju u stvaranju probavnih enzima.

Energetski metabolizam se izražava u kilokalorijama (kcal) po jedinici vremena ili u SI sistemu u džulima (J). 1 J = 2,39 x 10 -4 kcal; 1 kcal = 4,19 kJ.

Postoje osnovni i opšti metabolizam. Osnovni metabolizam je minimalna potrošnja energije tijela neophodna za održavanje vitalnih funkcija. Bazalni metabolizam se određuje pod standardnim uslovima:

1) ujutro; 2) u mirovanju (u ležećem položaju); 3) na prazan stomak; 4) pod uslovima temperature i barometarskog komfora.

Normalne stope bazalnog metabolizma mjerene kod različitih zdravih subjekata će varirati. Ova varijabilnost je posljedica mogućih razlika u dobi, spolu, visini i tjelesnoj težini.

Radni metabolizam je potrošnja energije tijela tokom energične aktivnosti. Značajno je veći od bazalnog metabolizma, posebno pri mišićnom radu. Ovo povećanje troškova energije predstavlja povećanje rada.

U regulaciji metabolizma postoje tri nivoa: automatska regulacija na ćelijskom nivou, nervna i humoralna regulacija. Osnova automatske regulacije (samoregulacije) metabolizma je princip povratne sprege, tj. koncentracija supstanci u ćeliji reguliše pravac hemijskog procesa.

Nervna regulacija je prvenstveno povezana sa aktivnošću autonomnog nervnog sistema.

Humoralna regulacija je povezana s hormonima i biološki aktivnim tvarima koje aktiviraju ili inhibiraju djelovanje enzima.

Intenzitet metaboličkih procesa mjeri se količinom oslobođene topline - kalorimetrijski. Postoje metode direktne kalorimetrije, kada se direktno određuje količina oslobođene toplote, za koju je u 19. veku V.V. Pašutin je stvorio posebnu kalorimetrijsku komoru za ljude.

Indirektno mjerenje intenziteta metaboličkih procesa zasniva se na mjerenju količine kiseonika koju tijelo apsorbira. Količina toplote koja se oslobađa kada tijelo potroši 1 litar kisika naziva se kalorijski ekvivalent kisika.

Respiratorni koeficijent (ili omjer izmjene plućnih plinova) karakterizira vrstu korištenih nutrijenata (proteini, masti, ugljikohidrati). Ovaj indikator je određen omjerom volumena oslobođenog ugljičnog dioksida i volumena apsorbiranog kisika.

Respiratorni koeficijent (RK) = -----------

Prilikom oksidacije miješane hrane kod ljudi, DC = 0,85 – 0,9; za ugljene hidrate DC = 1,0; za proteine ​​DC = 0,8; za masti DC = 0,7.

Indirektna metoda i zatvoreni sistemi za mjerenje intenziteta metaboličkih procesa su najčešći.

Metabolički procesi povezani su sa proizvodnjom toplote. Temperatura organa i tkiva, kao i tijela u cjelini, ovisi o intenzitetu stvaranja topline i količini toplotnog gubitka.

Konstantnost tjelesne temperature osobe može se održati samo ako postoji ravnoteža između stvaranja topline i prijenosa topline iz cijelog organizma. Ljudsko tijelo I.P. Pavlov ga je podelio na ljusku i jezgro.

Školjka je poikilotermna, jer njegova temperatura varira u prilično širokom rasponu ovisno o temperaturi okoline i ovisi o individualnim karakteristikama. Školjka je odgovorna za funkcije toplinske izolacije i prijenosa topline.

Temperatura jezgre se normalno održava na konstantnom nivou.

Generiranje topline ili termogeneza se obično dijeli na kontraktilnu i nekontraktilnu.

Kontraktilna termogeneza je proizvodnja toplote tokom mišićne kontrakcije. Postoje: 1) termoregulatorni mišićni tonus - stalna tonička kontrakcija duboko ležećih mišića (u jezgri);

2) dobrovoljna mišićna aktivnost;

3) tremor mišića, 5 puta je efikasniji od dobrovoljne mišićne aktivnosti.

Nekontraktilna termogeneza nastaje zbog:

1) jačanje oksidativnih procesa u tkivima pod uticajem simpatičkog nervnog sistema, adrenalina, hormona štitne žlezde, uz povećanje protoka krvi u tkivima, jer povećava se protok kiseonika;

2) razdvajanje oksidacije i fosforilacije, kada se većina energije raspršuje (hormoni štitnjače, zmijski otrovi, bakterijski toksini).

Nekontraktilna termogeneza može biti bazična, kao rezultat bazalnog metabolizma, i regulirana - promjena topline pod utjecajem nervnih i humoralnih faktora.

Prijenos topline se vrši:

1) izvođenje;

2) prirodna i prinudna konvekcija;

3) zračenje (infracrveno zračenje);

4) isparavanje (prenos vlažne toplote), može biti neprimetno i opipljivo (jako znojenje).

Temperaturne fluktuacije percipiraju termoreceptori:

a) školjke (hladne i termičke);

b) jezgra, koja se mogu nalaziti u krvnim sudovima, mezenteriju, sluznici želuca, rektumu;

c) centralni termoreceptori su nervne ćelije intersticijskog mozga koje osjećaju temperaturu krvi.

Iz receptora informacije ulaze u centar termoregulacije preko somatskih i autonomnih nerava. Centar termoregulacije nalazi se u hipotalamusu.

CILJEVI ČASA.

Učenik mora znati: svrha metabolizma i energije; vrste metabolizma; klasifikacija metoda za mjerenje metaboličkih procesa; respiratorni kvocijent je normalan za različite vrste nutrijenata; kalorijski ekvivalent kiseonika; nivoi metaboličke regulacije; važnost konstantnosti unutrašnje temperature za tijelo; mehanizmi proizvodnje i prijenosa topline; mehanizme termoregulacije.

Učenik mora biti u stanju da: objasni principe određivanja troškova energije; izračunati odgovarajuće vrijednosti bazalnog metabolizma; biti u stanju koristiti tablice za određivanje odgovarajućih vrijednosti bazalnog metabolizma; objasni vrijednost respiratornog koeficijenta.

TEST KONTROLA POČETNOG NIVOA ZNANJA

1. Navedite glavne komponente termoregulacije tijela.

2. Kakav je značaj mišićnog sistema u termoregulaciji?

3. Kakav je značaj kardiovaskularnog sistema u termoregulaciji?

4. Kakav je značaj respiratornog sistema u termoregulaciji?

5. Šta je hipotermija?

6. Šta je hipertermija?

7. Šta je bazalni metabolizam?

8. Šta je opšta razmena?

9. Šta je radni dodatak?

GLAVNA PITANJA TEME

1. Koncept energetske ravnoteže tijela.

2. Osnovni metabolizam i njegovi determinirajući faktori.

3. Opća razmjena.

4. Metode za određivanje intenziteta metaboličkih procesa. Karakteristike metoda direktne i indirektne kalorimetrije.

5. Mehanizam proizvodnje toplote, njena regulacija.

6. Mehanizam prijenosa topline, njegova regulacija.

PRAKTIČNI RAD

Predstavljen u video formatu koji sadrži relevantne eksperimente.

Postoje plastični i energetski metabolizam. Studenti će učiti plastičnu razmjenu na svoju ruku, uzimajući u obzir njegove pune karakteristike u završenom kursu biohemije.

Razmjena energije.

Sunce je izvor besplatne energije za sva živa bića. Zelene biljke (autotrofi) fotosintezom stvaraju otprilike 10 10 tona nutrijenata tokom godine. Heterotrofi sami po sebi ne mogu da se "hrane" svetlošću. Dobijaju besplatnu energiju konzumirajući biljke ili dijelove tijela drugih životinja kao hranu. Probava osigurava da proizvodi hidrolize ugljikohidrata, proteina i masti, koji sadrže slobodnu energiju sunčeve svjetlosti, uđu u stanice.

U skladu sa podacima iz udžbenika V.O. Samoilova, glavni način na koji tijelo koristi slobodnu energiju nutrijenata je njihova biološka oksidacija. Javlja se na unutrašnjoj membrani mitohondrija, gdje su koncentrirani enzimi koji kataliziraju biološku oksidaciju povezanu s fosforilacijom (formiranje ATP-a iz ADP-a) - ćelijsko disanje. Sinteza ATP-a je praćena značajnim gubicima toplote, koji iznose polovinu sve toplotne energije koju telo oslobađa u uslovima bazalni metabolizam. Energiju pohranjenu ATP-om prilikom svoje sinteze tijelo koristi za obavljanje različitih vrsta (oblika) korisnog rada. Oslobađa se tokom hidrolize ATP-a i njihovom fosforilacijom se prenosi na različite komponente ćelije, a rad mišića nikako nije energetski najintenzivniji u životu čoveka. Ogroman utrošak besplatne energije za sinteza složenih biomolekula. Dakle, za sintezu jednog mola proteina potrebno je od 12.000 do 200.000 kJ slobodne energije. Shodno tome, od 1000 do 16 000 ATP molekula je uključeno u „sastavljanje“ jednog proteinskog molekula (uzimajući u obzir efikasnost procesa, koja iznosi oko 40%). Dakle, za formiranje jednog proteinskog molekula molekularne težine od 60 kDa potrebno je hidrolitičko cijepanje hiljadu i pol ATP molekula. Za sintetizaciju RNK molekula potrebno je oko 6000 ATP molekula. Za formiranje DNK potrebno je još više energije - 120.000.000 ATP molekula se troši na stvaranje 1 molekule DNK. Međutim, broj sintetiziranih proteinskih molekula je mnogo veći od broja nukleinskih kiselina, zbog raznolikosti njegovih funkcija i kontinuiranog brzog obnavljanja. Dakle, sinteza proteina u tijelu je energetski najzahtjevnija u odnosu na druge biosintetske procese (sa izuzetkom sinteze ATP-a). Masa ATP-a koju sintetiše odrasla osoba tokom jednog dana približno je jednaka masi njegovog tijela. Korisno je imati na umu da se tokom svakog sata života kod sisara, ćelijski stromalni proteini obnavljaju u prosjeku za 1%, a proteini enzima za 10%. Kod osobe težine 70 kg, oko 100 g proteina se obnavlja svakog sata.

Dakle, prvi oblik korisnog rada biološkog sistema je hemijski, koji obezbeđuje biosintezu. Još jedna važna “stavka” potrošnje besplatne energije u tijelu je održavanje fizičko-hemijskih gradijenata na ćelijskim membranama, tj. osmotski rad. U živoj ćeliji koncentracija jona i organskih supstanci je drugačija nego u međućelijskoj sredini, odnosno na ćelijskoj membrani postoje koncentracijski gradijenti. Razlika u koncentraciji jona i molekula dovodi do pojave drugih gradijenata: osmotskog, električnog, filtracijskog itd.

Obilje gradijenata je karakteristično za biološke sisteme kada umiru, gradijenti padaju i eliminišu se. Samo su živi organizmi sposobni održavati neravnotežno stanje svoje okoline, što se izražava gradijentima. Oni su potencijalni resurs koji osigurava da stanica izvrši svoj karakterističan posao u pravom trenutku: generiranje nervnog impulsa od strane neurona, kontrakcije mišićnih vlakana kako bi se osiguralo kretanje, transport tvari kroz ćelijske membrane u procesima apsorpcije, sekrecije, izlučivanja. , itd. Fizičko-hemijski gradijenti tijela su osnova njegove aktivnosti. On troši znatnu energiju na njihovo stvaranje i održavanje.

Važno je shvatiti da je gradijent, a ne samo razlika u vrijednostima datog fizičko-hemijskog parametra, ono što služi kao pokretačka snaga za mnoge životne procese, na primjer, transport tvari u tijelu. U svim jednadžbama koje izražavaju zakone procesa prijenosa tvari i energije, argumenti su gradijenti.

Prisustvo gradijenata uzrokuje kontinuirani prijenos tvari kroz ćelijske membrane (pasivni transport). Morao bi smanjiti veličinu gradijenata (da bi se izjednačile koncentracije i drugi fizičko-hemijski parametri). Međutim, u ćeliji koja normalno funkcionira, gradijenti na membrani se stabilno održavaju na određenom nivou zahvaljujući aktivnom transportu, koji se osigurava energijom visokoenergetskih spojeva. Efikasnost ovog procesa je oko 20-25%. Ista efikasnost je tipična za pretvaranje energije makroerga u elektro radovi, zbog bioelektrogeneza osigurava se transportom jona kroz biološku membranu, odnosno osmotskim procesima.

Konačno, tijelo stvara mehanički rad,što takođe zahteva hidrolizu ATP-a. Efikasnost mišićne kontrakcije i nemišićnih oblika motoričke aktivnosti obično nije veća od 20%.

Paralelno sa radom, tijelo pretvara slobodnu energiju hranjivih tvari u toplinu. Na kraju, sva energija koju tijelo primi hranom pretvara se u toplinu i u tom obliku predaje okolini. Uobičajeno je razlikovati nekoliko faza u ovoj proizvodnji topline. Prije svega, gubici topline su svojstveni biološkoj oksidaciji hranjivih tvari, tijekom koje se sintetizira ATP. Toplinska energija koja se oslobađa u ovom slučaju naziva se primarna toplota. Svo ostalo stvaranje toplote (prilikom sinteze makromolekula, održavanje gradijenata zbog aktivnog transporta supstanci, bioelektrogeneza, mišićne kontrakcije, drugi oblici motoričke aktivnosti, kao i trenje u mišićima, krvnim sudovima, zglobovima itd., pri razgradnji proteina i drugih makromolekula, tokom pasivnog transporta supstanci) tzv sekundarno, toplota.

Potrošnja energije (utrošak energije) organizma dijeli se na bazalni metabolizam i radni (dodatni) metabolizam.

Osnovni metabolizam odgovara minimalnoj potrošnji energije koja osigurava homeostazu organizma u standardnim uslovima. Mjeri se kod budne osobe, ujutro, u uslovima potpunog emocionalnog i fizičkog odmora, na ugodnoj temperaturi, na prazan želudac, u horizontalnom položaju tijela.

Bazalna metabolička energija troši se na sintezu ćelijskih struktura, održavanje stalne tjelesne temperature, aktivnost unutrašnjih organa, tonus skeletnih mišića i kontrakciju respiratornih mišića.

Intenzitet bazalnog metabolizma zavisi od starosti, pola, dužine tela i težine. Najviša bazalna brzina metabolizma na 1 kg tjelesne težine tipična je za djecu od 6 mjeseci, zatim postepeno opada i nakon puberteta se približava nivou odraslih. Nakon 40 godina, bazalni metabolizam osobe počinje postepeno opadati.

Polovina ukupne potrošnje energije bazalnog metabolizma javlja se u jetri i skeletnim mišićima. Kod žena, zbog manje relativne količine mišićnog tkiva u tijelu, bazalni metabolizam je niži nego kod muškaraca. Muški polni hormoni povećavaju bazalni metabolizam za 10-15% ženski polni hormoni nemaju ovaj efekat.

Približan standard za bazalni metabolizam odrasle osobe bio bi 4,2 kJ (1 kcal) na 1 kg tjelesne težine na sat Sa tjelesnom težinom od 70 kg, bazalni metabolizam čovjeka je 7100 kJ, ili 1700 kcal. .

Radna berza - To je sveukupnost osnovnog metabolizma i potrošnje energije tijela, osiguravajući njegovu vitalnu aktivnost u uslovima termoregulatornog, emocionalnog, nutritivnog i radnog stresa.

Termoregulatorno povećanje intenziteta metabolizma i energije razvija se u uslovima hlađenja i kod ljudi može dostići 300%.

Tokom emocija, povećanje potrošnje energije kod odrasle osobe obično iznosi 40-90% nivoa bazalnog metabolizma i povezano je uglavnom sa uključivanjem mišićnih reakcija - faznih i toničnih. Slušanje radio programa koji izazivaju emocionalne reakcije može povećati potrošnju energije za 50% kod djece, vrištanje može utrostručiti potrošnju energije.

Tokom spavanja, brzina metabolizma je 10-15% niža nego u budnom stanju, što je posledica opuštanja mišića, kao i smanjenja aktivnosti simpatičkog nervnog sistema, smanjenja proizvodnje hormona nadbubrežne žlezde i štitne žlezde, koji se povećavaju. katabolizam.

Specifično dinamičko djelovanje hrane predstavlja povećanje utroška energije povezanog s transformacijom nutrijenata u tijelu, uglavnom nakon njihove apsorpcije iz probavnog trakta. Prilikom konzumiranja miješane hrane, metabolizam se povećava za 5-10%; ugljikohidrati i masna hrana ga neznatno povećavaju - za oko 4%. Hrana bogata proteinima može povećati potrošnju energije za 30%, efekat obično traje 12-18 sati To je zbog činjenice da su metaboličke transformacije u tijelu proteina složene i zahtijevaju veći utrošak energije u odnosu na masnoće i ugljikohidrate. . To je možda razlog zašto ugljikohidrati i masti, kada se unose u višku, povećavaju tjelesnu težinu, dok proteini nemaju taj učinak.

Specifično dinamičko dejstvo hrane jedan je od mehanizama samoregulacije telesne težine čoveka. Dakle, prekomjernim unosom hrane, posebno bogate proteinima, dolazi do povećanja potrošnje energije, praćeno smanjenjem potrošnje energije. Stoga, da bi ispravili tjelesnu težinu, ljudi s prekomjernom težinom ne trebaju samo ograničiti unos kalorija, već i povećati potrošnju energije, na primjer, kroz vježbe mišića ili procedure hlađenja.

Radni metabolizam nadmašuje bazalni metabolizam, uglavnom zbog funkcija skeletnih mišića. Njihovom intenzivnom kontrakcijom potrošnja energije u mišićima može se povećati 100 puta, ukupna potrošnja energije uz učešće više od 1/3 skeletnih mišića u takvoj reakciji može porasti 50 puta za nekoliko sekundi.

Parametri energetskog metabolizma se mogu izračunati ili direktno mjeriti.

Dolazim Energija se određuje spaljivanjem uzorka prehrambenih supstanci (fizička kalorimetrija) ili izračunavanjem sadržaja proteina, masti i ugljikohidrata u prehrambenim proizvodima.

Fizička kalorimetrija izvedeno sagorevanjem supstanci u kalorimetru („kalorimetarska bomba”) od strane Berthelota. Zagrijavanjem vode koja se nalazi između zidova kalorimetra određuje se količina topline koja se oslobađa pri sagorijevanju tvari. Prema Hessovom zakonu, ukupni toplotni efekat hemijske reakcije zavisi od njenih početnih i konačnih proizvoda i ne zavisi od međufaza reakcije.

Stoga količina toplote koja se oslobađa kada se supstanca sagoreva izvan tela i tokom njene biološke oksidacije mora biti ista.

Određivanje energetskog unosa na osnovu kalorijskog sadržaja unesene hrane . Toplina oksidacije 1 g tvari u tijelu, odnosno kalorijski koeficijent nutrijenata, za ugljikohidrate i masti jednak je njihovom fizičkom sadržaju kalorija. Za ugljikohidrate, ova brojka je 4,1 kcal, ili 17,17 kJ, za masti - 9,3 kcal, ili 38,94 kJ. Dio hemijske energije proteina gubi se zajedno sa konačnim metaboličkim produktima (urea, mokraćna kiselina, kreatinin) koji imaju kaloričnu vrijednost. Dakle, fizički kalorijski sadržaj 1 g proteina (5,60-5,92 kcal) veći je od fiziološkog, koji iznosi 4,1 kcal, odnosno 17,17 kJ.

Nakon što se pomoću tabela odredi sadržaj proteina (B), masti (F) i ugljikohidrata (U) u uzetoj hrani (u gramima), izračunava se hemijska energija sadržana u njima (Q) (u kilokalorijama): Q = 4,1 x B + 9 ,3 x F + 4,1 x U. Dobijeni rezultat treba procijeniti prilagođen za asimilaciju, u prosjeku 90%.

Određivanje potrošnje energije (metaboličke brzine). Postoje direktne i indirektne metode za određivanje utroška energije, koje se smatraju vrstama fiziološke kalorimetrije.

Direktna kalorimetrija je prvi razvio A. Lavoisier i 1780. godine korišten za kontinuirano mjerenje topline koju stvara životinjski organizam pomoću biokalorimetra. Uređaj je bio zatvorena i termički izolirana komora u koju se dovodio kisik; ugljični dioksid i vodena para su se stalno apsorbirali. Toplina koju je životinja proizvodila u komori zagrijala je vodu koja je cirkulirala kroz cijevi. U zavisnosti od stepena zagrevanja vode i njene mase, procenjena je količina toplote koju telo oslobađa u jedinici vremena.

Indirektna kalorimetrija. Najjednostavnija opcija temelji se na određivanju količine kisika koju tijelo troši (nepotpuna analiza plina). U nekim slučajevima, za procjenu intenziteta metabolizma, određuje se volumen oslobođenog ugljičnog dioksida i volumen kisika koji tijelo troši (potpuna analiza plina).

Poznavajući količinu potrošenog kisika i oslobođenog ugljičnog dioksida, lako je izračunati potrošnju energije, budući da je respiratorni koeficijent (RQ) pokazatelj prirode tvari koje se oksidiraju u tijelu.

Respiratorni koeficijent - odnos zapremine oslobođenog CO 2 i zapremine utrošenog kiseonika (DK == Vco 2 /Vo 2,). DC vrijednost ovisi o vrsti tvari koje se oksidiraju. Tokom oksidacije glukoze je 1,0, masti - 0,7, proteina - 0,81. Ove razlike se objašnjavaju činjenicom da molekuli proteina i masti sadrže manje kisika i zahtijevaju više kisika za njihovo sagorijevanje. Iz istog razloga, kada se udio ugljikohidrata u ishrani poveća i oni se pretvore u masti, DC postaje veći od 1,0 i potrošnja kisika se smanjuje, jer se dio kisika glukoze ne koristi za sintezu masti. Uz normalnu (mešovitu) ishranu, DC se približava 0,82. Za vrijeme posta, zbog smanjenja metabolizma glukoze, oksidacija masti i proteina se povećava, a respiratorni koeficijent se može smanjiti na 0,7.

Kvantitativni odnos proteina, masti i ugljenih hidrata koji se unose hranom određuje, naravno, ne samo vrednost respiratornog koeficijenta, već i kalorijski ekvivalent kiseonika.

Kalorijski ekvivalent kiseonika - količina energije koju tijelo proizvodi kada unese 1 litar kisika.

Regulacija metabolizma je pod kontrolom hormona i nervnih centara.

Jedan od uvjerljivih eksperimentalnih dokaza o mogućnosti učešća centralnog nervnog sistema u regulaciji metabolizma i energije bio je eksperiment C. Bernarda (1849), tzv. "sugar shot": ubijanje igle u produženu moždinu psa na nivou dna četvrte komore dovelo je do povećanja koncentracije glukoze u krvnoj plazmi. G. Hess je 1925. godine dokazao učešće “ergotropnih” i “trofotropnih” zona hipotalamusa u složenim motoričkim i autonomnim reakcijama tijela, čija iritacija može dovesti do značajne prevlasti kataboličkih, odnosno anaboličkih metaboličkih reakcija. U istom dijelu mozga kasnije su pronađeni centri gladi, žeđi, kao i zasićenja hranom i pićem.

Limbički korteks moždanih hemisfera doprinosi vegetativnoj, uključujući metaboličku podršku emocionalnim reakcijama. Novi korteks može biti supstrat za razvoj najsuptilnijih, individualnih regulatornih mehanizama - uslovnih refleksa. Učenici I.P. Pavlova su uočili, posebno, povećanje potrošnje energije pod uticajem samo signala hlađenja, jela ili fizičke aktivnosti.

Federalna agencija za obrazovanje Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja Uljanovski državni tehnički univerzitet FIZIOLOGIJA RAZMJENE ENERGIJE METODOLOŠKA UPUTSTVA ZA LABORATORIJSKI RAD NA PREDMETU „FIZIOLOGIJA LJUDI” Sastavio O. E. FALOVA Ulyanovsk.7620 FALOVA Ulyanovsk 7620 50 Recenzent Doktor medicine nauka, prof. Potaturkina-Nesterova N.I. Fiziologija energetskog metabolizma: smjernice / komp. F50 O. E. Falova. – Uljanovsk: Državni tehnički univerzitet Uljanovsk, 2006. – 28 str. U metodološkom uputstvu za laboratorijski rad iz predmeta „Fiziologija čovjeka“ razmatraju se teorijske osnove fiziologije energetskog metabolizma tijela i metode za njegovo određivanje. Predstavljeni su potrebni materijali za savladavanje principa sastavljanja obroka hrane i procene energetske potrošnje organizma tokom različitih vrsta aktivnosti. Namijenjeno studentima specijalnosti 280202 „Inženjerstvo zaštite životne sredine“. UDK 612 (076) BBK 23.073ya7 Obrazovna publikacija FIZIOLOGIJA ENERGETSKOG METABOLIZMA Metodološka uputstva Sastavila Oksana Evgenievna FALOVA Urednik O. A. Firsova Potpisano za objavljivanje 06.04.2006. Format 60H84/16. Sito štampa. Offset papir. Uslovno pećnica l. 1.40. Tiraž 50 primjeraka. Naručite Državni tehnički univerzitet Uljanovsk, 432027, Uljanovsk, ul. Sjever Venets, 32. Štamparija Uljanovskog državnog tehničkog univerziteta, 432027, Uljanovsk, ul. Sjever Venets, 32. © Falova O. E., kompilacija, 2006. © Dizajn. UlSTU, 2006 2 SADRŽAJ Opće informacije o metabolizmu.................................. ........................................................ 4 Metode proučavanja razmjene energije.. ................................ ................ ................................. 8 Izvođenje laboratorijskih radova................. ................................................... .................................... 10 Tabele za bilježenje rezultata.......... ...................... ................................ ................... ... 15 Test pitanja................ ................................................................... .................................... 15 Bibliografska lista........... .............................................. ............ ........................ 16 Dodatak A ........................ ................................................ .. ......................................... 17 Dodatak B..... . ................................................... ........................................................ ........ 19 Dodatak B................................. ................................................... .................................... 21 Dodatak D................. ................................................. ........................................ 22 3 Opšte informacije o metabolizmu Svrha rada: naučiti odrediti i procijeniti potrošnju energije u različitim funkcionalnim stanjima. Sastavni dio svih bioloških sistema je razmjena tvari i energije između organizma i okoline. Metabolizam je proces metaboliziranja tvari koje ulaze u tijelo, zbog čega se iz tih tvari mogu formirati složenije ili, obrnuto, jednostavnije tvari. Drugim riječima, to je skup fizičkih, kemijskih i fizioloških procesa transformacije tvari i energije u ljudskom tijelu i razmjene između tijela i okoline. Supstance koje ulaze u organizam s hranom prolaze kroz promjene - metaboliziraju se, dijelom se pretvaraju u tvari samog tijela. To je proces asimilacije (ili anabolizma) koji osigurava plastične potrebe tijela, odnosno izgradnju novih struktura i obnavljanje stanica. Obrnuti proces, disimilacija (ili katabolizam), sastoji se od razgradnje tvari živog organizma uz oslobađanje energije koja osigurava energetske potrebe tijela. Procesi disimilacije i asimilacije su međusobno usko povezani, karakteriše ih visok stepen uređenosti, organizovani u vremenu i prostoru i čine integralni sistem. Potrebe tijela za plastičnim tvarima mogu se zadovoljiti minimalnim nivoom njihovog unosa hranom, što će uravnotežiti gubitak strukturnih proteina, masti i ugljikohidrata. Potrebe za ovim supstancama su strogo individualne. Metabolizam karakteriziraju sljedeći parametri: bazalni metabolizam, bazalna brzina metabolizma. Bazalna metabolička stopa (BM) se shvata kao minimalni nivo izdataka potreban za održavanje vitalnih funkcija organizma u uslovima relativnog potpunog fizičkog i emocionalnog odmora. Energetski troškovi bazalnog metabolizma obično se izražavaju u kilokalorijama po 1 satu (ili danu) i računaju se na 1 kg tjelesne težine po 1 m2 njegove površine. Za odraslu osobu prosječna vrijednost OO je 1 kcal/kg/sat, za muškarce – 1.700 kcal/dan, za žene – 1.500 kcal/dan, odnosno 10–15% manje nego za muškarce. Prije određivanja bazalnog metabolizma, osoba mora biti u stanju fizičkog i psihičkog odmora i ne uzimati nikakvu hranu 12-18 sati. Tada će do trenutka mjerenja gastrointestinalni trakt subjekta biti prazan. Količina utrošene energije (funkcija srca, cirkulacija krvi, disanje, održavanje stalne tjelesne temperature) naziva se bazalna brzina metabolizma. Ova vrijednost ovisi o spolu, dobi, tjelesnoj težini i zdravstvenom stanju pojedinca i korelira s omjerom površine tijela i njegovog volumena. Njemački fiziolog M. Rubner formulirao je zakon potrošnje energije: potrošnja energije je proporcionalna veličini površine tijela. Kada govorimo o metabolizmu, mislimo na metabolizam proteina, ugljikohidrata i lipida. Metabolizam proteina Metabolizam proteina je proces asimilacije (sinteze i razgradnje) jedinjenja proteina i aminokiselina koje sadrže azot od strane ćelija i tkiva tela. Proteini su u stanju kontinuirane izmjene i obnavljanja. Količina razgrađenog proteina jednaka je količini sintetiziranog. Sinteza proteina se odvija iz aminokiselina i polipeptida male molekularne težine, koji nastaju prilikom razgradnje proteina u probavnom sistemu i apsorbuju se u krv. Budući da se dušik u hrani nalazi uglavnom u proteinima (100 g proteina sadrži 16 g dušika), omjer proteina koji ulaze u tijelo i uništavaju se određuje vrijednošću ravnoteže dušika – omjera dušika koji se unese i oslobodi hranom. Ako unos dušika premašuje njegovo izlučivanje, tada se u tijelu javlja pozitivna ravnoteža dušika ili prevlast sinteze proteina nad razgradnjom. S negativnom ravnotežom dušika, razgradnja proteina prevladava nad sintezom. Regulacija metabolizma proteina povezana je s djelovanjem diencefalona, ​​hormona štitnjače - tiroksina i somatotropnog hormona hipofize. Biološka vrijednost proteina određena je prisustvom esencijalnih aminokiselina u njima, njihovim odnosom sa neesencijalnim, a određena je i probavljivošću gastrointestinalnih enzima. Postoje biološki potpuni i nekompletni proteini. Potpuni proteini sadrže sve esencijalne aminokiseline, dok nepotpuni proteini imaju manjak nekoliko esencijalnih aminokiselina. Izvori potpunih životinjskih proteina su mlijeko, mliječni proizvodi, jaja, meso, riba i jetra. Biološka vrijednost proteina biljnog porijekla je znatno niža. Ovi proteini dolaze uglavnom iz kruha i žitarica. Stopa potrošnje proteina je 55% ishrane ili 0,75 g/kg. Kod nedovoljnog unosa proteina razvija se gladovanje proteina, što se manifestuje povećanom osjetljivošću na infekcije, može doći do proteinskog gladovanja, ponekad do smrti. Metabolizam ugljikohidrata Najveći dio ugljikohidrata koji ulazi u tijelo koristi se za zadovoljavanje energetskih potreba tijela. Više od 55% energije dolazi iz ugljikohidrata. Glavni izvor ugljikohidrata su biljke koje sadrže do 80-90% ugljikohidrata. To je uglavnom skrob, ali i vlakna. Organizmu je potrebno 400–500 g ugljikohidrata dnevno, uključujući 350–400 g škroba, 50–100 g monosaharida i disaharida Konačni proizvod razgradnje ugljikohidrata su monosaharidi: glukoza, fruktoza, laktoza itd. Glukoza je izvor. energije za život moždanih ćelija, neophodne za sintezu aminokiselina i polisaharida. 6 Jedna od najčešćih bolesti povezanih s prekomjernom konzumacijom šećera je hipoglikemija. Preteča je dijabetes melitusa. Temelji se na abnormalnom funkcioniranju inzulinskog aparata: bolest je uzrokovana činjenicom da kao odgovor na brzu apsorpciju lako probavljivog proizvoda (saharoze) u krv, gušterača proizvodi višak inzulina, što uzrokuje hipoglikemijsko stanje. Stalno opterećenje inzulinskog aparata dovodi do poremećaja u njegovom radu. Bolest se manifestuje kao nervoza, glavobolja, nesanica, probavne smetnje, depresija i agresivno stanje. Metabolizam masti i lipida Normalno, kod ljudi mast čini 10-20%, a kod gojaznosti i do 50% ukupne telesne težine. Masti igraju plastičnu ulogu, neophodne su za izgradnju tkiva i koriste se kao izvor steroidnih hormona. Masti igraju energetsku ulogu - do 33% energije nastaje zbog njihove oksidacije. Osim toga, masti su izvor endogene vode: 100 g masti proizvodi 107 g vode. U tijelu se masnoća nalazi u 2 tipa: strukturna i rezervna. Rezervna mast se nalazi u potkožnom tkivu, u trbušnoj duplji, u blizini bubrega. Pretjerana ishrana i fizička neaktivnost dovode do povećanja rezervne masti. Jestiva mast može biti životinjskog ili biljnog porijekla. Životinjska mast je predstavljena trigliceridima, koji sadrže masne kiseline, poput stearinske kiseline. Biljne masti sadrže nezasićene masne kiseline (linolna, oleinska itd.). Biološka vrijednost dijetalnih masti određena je prisustvom esencijalnih masnih kiselina u njima, sposobnošću da se probavljaju i apsorbiraju u gastrointestinalnom traktu. Najvrednije masti su one koje sadrže linolnu i druge nezasićene masne kiseline. Sve prirodne masti 7 se lako probavljaju. Organizmu je dnevno potrebno 80–100 g masti, od čega 25–30 g biljnog ulja, 30–35 g putera. Kod nedovoljnog unosa masti u organizam smanjuju se imunološka svojstva, smanjuje se proizvodnja steroidnih hormona itd. Metode za proučavanje energetskog metabolizma Vrijednost OO se utvrđuje direktnim i indirektnim kalorimetrijskim metodama, izračunava se pomoću jednačina uzimajući u obzir spol, starost i težina. Kod direktne kalorimetrije, toplina koju proizvodi tijelo uzima se u obzir po jedinici vremena u posebnoj toplotnoizolacionoj komori - kalorimetru (slika 1). Rice. 1. Atwater-Benedict biokalorimetar (dijagram) Direktna kalorimetrija se zasniva na direktnom obračunu u biokalorimetrima količine toplote koju tijelo oslobađa. Biokalorimetar je zatvorena komora dobro izolirana od vanjskog okruženja. Voda cirkulira kroz cijevi u komori. Toplina koju proizvodi osoba ili životinja u komori zagrijava vodu koja kruži. Na osnovu količine tekuće vode i promjene njene temperature izračunava se količina toplote koju proizvodi tijelo. Istovremeno, O2 se dovodi u biokalorimetar, a višak CO2 i vodene pare se apsorbuju. Toplota koju proizvodi tijelo mjeri se pomoću termometra (1, 2) zagrijavanjem vode koja teče kroz cijevi u komori. Količina vode koja teče mjeri se u rezervoaru (3). Kroz prozor (4) se dovodi hrana i uklanja se izmet. Pomoću pumpe (5) iz komore se izvlači vazduh i vozi kroz rezervoare sa sumpornom kiselinom (6 i 8) da apsorbuje vodu i kroz rezervoar sa soda vapnom (7) da apsorbuje CO2. Kiseonik se dovodi u komoru iz cilindara (10) preko gasnog sata (11). Pritisak u komori se održava na konstantnom nivou pomoću posude sa gumenom membranom (9). Ova metoda je vrlo precizna, ali se zbog svoje glomaznosti i složenosti koristi samo u posebne svrhe. S obzirom da se stvaranje topline u tijelu zasniva na oksidativnim procesima, u kojima se troši kisik i stvara ugljični dioksid, moguće je koristiti indirektno indirektno određivanje stvaranja topline u tijelu njegovom izmjenom plinova (slika 2). Metoda se zasniva na pretpostavci da kada se 1 g prehrambenog proizvoda sagori u tijelu, apsorbira se ista količina kisika i oslobađa ista količina ugljičnog dioksida, topline i vode kao kada se ovaj proizvod sagori na zraku. Izračunava se respiratorni kvocijent (RR). Podrazumijeva se kao omjer zapremine oslobođenog CO2 i zapremine apsorbovanog O2. C6 H12 O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2 O + 675 kcal. Međutim, dobivena vrijednost se smatra približnom, jer se u tijelu ne događa potpuna oksidacija. 9 Fig. 2. Šeternikovljev respiratorni aparat (dijagram) K – komora; B – boca kiseonika; N – motor koji pumpa vazduh iz komore; Z – zavojnica za vazdušno hlađenje; Š – posuda napunjena alkalnom otopinom za apsorpciju ugljičnog dioksida; B – cilindar za apsorpciju vodene pare sa kalcijum hloridom; T – termometri. Na lijevoj strani je uređaj za automatsko dovođenje kisika u komoru i održavanje konstantnog pritiska u njoj. Izvođenje laboratorijskog rada 1. Određivanje vrijednosti odgovarajućeg bazalnog metabolizma pomoću formula i tabela. Cilj: izračunajte svoju „pravilnu“ stopu bazalnog metabolizma na dva načina: koristeći Harris-Benedictove tabele, znajući pol, težinu, godine, visinu; prema podacima o površini tijela. Bazalni metabolizam je potrošnja energije neophodna za održavanje vitalnih funkcija svih organa i tjelesne temperature. Bazalni metabolizam određuje se ujutro, na prazan želudac (14-16 sati nakon posljednjeg obroka) u ležećem položaju, na temperaturi okoline od 18-20°C (temperatura udobnosti) pomoću posebnih uređaja - metabolimetra ili Krogh spirometar. Pod ovim uslovima, osoba troši približno 1 kcal na 1 kg težine na sat. 10