Обмен веществ как основная функция организма человека

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I»

ГУМАНИТАРНО-ПРАВОВОЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ПЕДАГОГИКИ И

СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИХ НАУК

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Возрастная физиология и психофизиология»

Обмен веществ как основная функция организма человека

Выполнила:

студентка 1 курса

очной формы обучения

Сепкина Юлия Алексеевна

Проверил:

к.психол.н., доц. Алтухова Е.В.

ВОРОНЕЖ

2013

Оглавление

Введение 4

1. Изучение проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе6

1.1 Характеристика обмена веществ, как основной функции человека 6

1.2 Основные формы обмена веществ в организме человека

2. Обмен веществ как основная функция организма человека

2.1 Регуляция обмена веществ в организме человека

2.2 Профилактика и лечение нарушений обмена веществ

Заключение

Источники и литература

Приложения

Введение

Во всем мире все более актуальной становится проблема нарушения обмена веществ в организме человека. Ведь от его налаженной работы зависит снабжение наших клеток полезными веществами.

В основе обмена веществ лежат два взаимосвязанных противоположных процесса, протекающих одновременно, в результате которых происходит усвоение веществ, поступающих из окружающей среды и их биологическое превращение в потенциальную энергию (ассимиляция), а второй процесс, связанный с постоянным распадом веществ и выведение из организма продуктов распада (диссимиляция). Эти процессы согласованы между собой и образуют целостную систему, обеспечивающую нормальную функциональную жизнедеятельность организма человека.

Нарушение баланса между этими двумя процессами жизнедеятельности неизбежно приводит к расстройству обмена веществ в организме.

Нарушение обмена веществ могут иметь разные причины и проявляться по-разному. Самое известное нарушение обмена веществ - это ожирение, которое в свою очередь может вызывать множество заболеваний. Есть и другие, менее известные нарушения обмена веществ, которые имеют как приобретенный, так и наследственный характер.

Большое влияние на метаболизм оказывает и образ жизни человека: характер его питания, сбалансированность рациона, продолжительность сна, частота стрессовых ситуаций, которым подвергается человек, физическая активность.

Обмен веществ является основой жизнедеятельности организма человека.

Питательные вещества (белки, жиры и углеводы), поступающие во внутреннюю среду организма с пищей, расщепляются в пищеварительном тракте. Продукты расщепления переносятся кровью к клеткам и усваиваются ими. Кислород, проникающий из воздуха через лёгкие в кровь, принимает участие в процессе окисления, происходящем в клетках.

Вещества, образующие в результате биохимических реакций обмена веществ, выводятся из организма через лёгкие, почки, кожу.

Обмен веществ является источником энергии для всех жизненных процессов и функций организма. При расщеплении сложных органических веществ содержащаяся в них энергия превращается в другие виды энергии (биоэлектрическую, тепловую, механическую и др.).

Общая интенсивность обменных процессов в течение жизни меняется. Сразу после рождения человека скорость поступления в организм питательных веществ превышает скорость их распада. В возрасте от 25 до 60 лет в процессе обмена веществ наблюдается равновесие, при котором интенсивность процессов примерно равна. К старости в обменных процессах начинает преобладать диссимиляция, что приводит к снижению биосинтеза многих важнейших для жизнедеятельности организма веществ: ферментов, структурных белков, легко доступных для использования источников энергии.

Таким образом, обмен веществ заслуживает того, чтобы уделить ему самое пристальное внимание.

Большой вклад в изучении обмена веществ внесли следующие ученые: Н. Судаков [20], Р. Вагнер [2], У. Мак-Мюррей [12], И. Ващилова [22] и другие.

Основной целью данной курсовой работы является изучение обмена веществ, как одной из важных функций организма человека.

Объектом исследования являются основные функции организма человека.

Предметом исследования выступает обмен веществ как основная функция организма человека.

Достижение поставленной цели требует решения следующих взаимосвязанных задач:

изучить проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе;

раскрыть основные формы обмена веществ;

исследовать регуляцию обмена веществ;

предложить меры профилактики и лечений нарушений обмена веществ.

В процессе выполнения курсовой работы использовались следующие методы исследования: изучение и анализ литературы, классификация, сравнение, теоретический анализ и синтез, метод восхождения от абстрактного к конкретному.

1. Изучение проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе

1.1 Характеристика обмена веществ, как основной функции человека

Обмен веществ или метаболизм (от греч. МефбвплЮ -- «превращение, изменение») - лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Фридрих Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшим свойством является постоянный обмен веществ с окружающей внешней природой, с прекращением которого прекращается и жизнь [1]. Таким образом, обмен веществ - существеннейший и непременный признак жизни.

Все без исключения органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с другими органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. С помощью метода изотопных индикаторов установлено, что интенсивный обмен веществ происходит в любой живой клетке.

С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям (метаболизируются), в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции. В тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс - диссимиляция.

Вещества живого организма не остаются неизменными, а более или менее быстро расщепляются с выделением энергии; их замещают вновь ассимилированные соединения, а возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма. Химические процессы, протекающие в живых клетках, характеризуются высокой степенью упорядоченности: реакции распада и синтеза определённым образом организованы во времени и пространстве, согласованы между собой и образуют целостную, тончайше отрегулированную систему, сложившуюся в результате длительной эволюции.

Теснейшая взаимосвязь между процессами ассимиляции и диссимиляции проявляется в том, что последняя является не только источником энергии в организмах, но также источником исходных продуктов для синтетических реакций [20].

Необходимо отметить, что в основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность скоростей отдельных химических реакций, которая зависит от каталитического действия специфических белков - ферментов. Почти любое вещество, для того чтобы участвовать в обмене веществ, должно вступить во взаимодействие с ферментом. При этом оно будет изменяться с большой скоростью в совершенно определённом направлении.

Каждая ферментативная реакция является отдельным звеном в цепи тех превращений (метаболических путей), которые в совокупности составляют обмен веществ. Каталитическая активность ферментов изменяется в очень широких пределах и находится под контролем сложной и тонкой системы регуляций, обеспечивающих организму оптимальные условия жизнедеятельности при меняющихся условиях внешней среды.

Таким образом, закономерный порядок химических превращений зависит от состава и активности ферментного аппарата, настраивающегося в зависимости от потребностей организма.

На наш взгляд, для познания обмена веществ существенно изучение, как порядка отдельных химических превращений, так и тех непосредственных причин, которые определяют этот порядок.

Обмен веществ, складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план. Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование обмена веществ, шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира.

Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия. Эволюция живой природы сопровождалась изменениями структур и свойств биополимеров, а также энергетических механизмов, систем регуляции и координации обмена веществ.

Таким образом, обмен веществ, представляет собой сложный процесс превращения химических элементов в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом (Рис. 1.1.1.).

Рисунок 1.1.1. Схема обмена веществ

В живом организме постоянно расходуется энергия, причем не только во время физической и умственной работы, а даже при полном покое (сне).

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый - анаболизм, или ассимиляция, объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй - катаболизм, или диссимиляция, включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада.

Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах [12].

Белки, жиры, углеводы и другие высокомолекулярные соединения расщепляются в пищеварительном тракте на более простые низкомолекулярные вещества. Поступая в кровь и ткани, они подвергаются дальнейшим превращениям - аэробному окислению, окислительному фосфорилированию и др. В процессе этих превращений (наряду с окислением до СО2и Н2О) происходит использование продуктов окисления для синтеза аминокислот и других важных метаболитов. И так, аэробное окисление сочетает в себе элементы распада и синтеза и является связующим звеном в обмене белков, жиров, углеводов и других веществ.

Хотя обмен веществ, происходит непрерывно, видимая неизменность нашего тела вводила в заблуждение не только неискушенных в науке людей, но и некоторых ученых. Полагали, что в организме имеются два вида веществ, одни из которых идут на строительство тела, они неподвижны, статичны; другие же, используемые в качестве источника энергии, быстро перерабатываются.

Внедрение в биологические исследования меченых атомов позволило в экспериментах на животных установить, что во всех тканях и клетках обмен веществ, происходит непрерывно: никакой разницы между «строительными» и «энергетическими» молекулами не существует. В организме все молекулы равным образом участвуют в обмене веществ. В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков, ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 ч, а некоторые даже через несколько десятков минут.

Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное, разумеется, не означает, что жизнь сводится полностью к физико-химическим процессам. Живым организмам присущи свои особенности.

Н. Судаков считает, что с обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. И потому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы - механической (передвижение тела, сердечная деятельность); энергетической (создание разности потенциалов в тканях и клетках); химической (синтез веществ) и другой.

Первичным источником энергии для человека (как и для всего живого на Земле) служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи - растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зеленом пигменте растений - хлорофилле под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества - основа жизни.

Состав пищи сложен и разнообразен. В ней больше всего главных пищевых веществ, к которым относятся белки, жиры, углеводы. Содержатся в пище и минеральные элементы - кальций, фосфор, натрий и др., их называют макроэлементами в отличие от микроэлементов, содержащихся в ней в ничтожно малых количествах (медь, кобальт, йод, цинк, марганец, селен и др.). Есть в пище и вкусовые вещества, которые придают ей особые свойства.

Таким образом, под обменом веществ мы будем понимать ряд взаимосвязанных между собой химических реакций, происходящих в организме каждого живого существа, основной целью которого является поддержание жизнедеятельности, а также создание условий для выживания в постоянно изменяющейся окружающей среде.

1.2 Основные формы обмена веществ в организме человека

Белки - наиболее важная составная часть нашей пищи. Являясь основным строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей организма, они участвуют в образовании ферментов, гормонов и усвоении других пищевых веществ. Кроме того, с белками связано осуществление и других жизненно важных функций организма (рост, размножение) [2].

Последними исследованиями показано, что белки определяют иммунитет (невосприимчивость организма к инфекционным и другим заболеваниям). Поэтому на наш взгляд, вот почему не правы сторонники голодания и чистого вегетарианства.

В состав пищевых белков входит около двадцати аминокислот, причем восемь из них (триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин) не образуются в организме и являются незаменимыми аминокислотами.

В настоящее время считают наиболее дефицитными три аминокислоты: триптофан, лизин, метионин; поэтому особенно важно обеспечить их поступление в организм. Этих аминокислот в продуктах растительного происхождения, и особенно в злаковых, содержится очень мало. В продуктах животного происхождения их больше (в частности лизина). Эти белки не только сами хорошо усваиваются, но и способствуют усвоению белков растительного происхождения, что обеспечивает сбалансированность аминокислотного состава поступающей в организм пищи.

В этом отношении для обеспечения аминокислотного состава, необходимого организму, целесообразно использовать различные сочетания продуктов, взаимно дополняющих друг друга. Например, употребление пшеничного хлеба с молоком более рационально с биологической точки зрения, чем употребление одного хлеба.

Не всегда разнообразное питание обеспечивает сбалансированное поступление пищевых веществ в организм.

Замечено, если употреблять в избытке мясные продукты, способствующие повышенному содержанию незаменимых аминокислот, в организме могут наступить нарушения функции органов и систем. Будет страдать, прежде всего, пуриновый обмен и выделительная функция почек.

При сгорании 1 г белка в организме освобождается около 4 ккал энергии. Много белков животного происхождения содержат мясные, рыбные блюда (шницель мясной, бефстроганов, мясо отварное, рыба заливная и т.д.). Некоторые готовые блюда содержат оптимальное количество белков животного и растительного происхождения, например мясо, рыба с различными крупяными, овощными гарнирами. Особую ценность имеют белки рыбы. Они легко усваиваются организмом и по своим качествам не уступают белкам мяса и птицы. Кроме полноценного белка, рыба содержи витамины А и D, большое количество солей и микроэлементов (йод, цинк, фосфор и др.)

Исключительное значение имеют молоко и молочные продукты; ценность этих продуктов обусловлена благоприятным соотношением входящих в белки молока аминокислот, хорошей усвояемостью жира, молочного сахара, витаминов, минеральных солей и способностью связывать некоторые токсичные элементы и выводить их из организма. Поэтому не случайно с возрастом рекомендуется увеличить потребление молочных продуктов.

За 160 дней в организме происходит полная замена всех собственных белков. Средняя суточная потребность белка для служащего массой тела 70 кг составляет примерно 91 в сутки, или 1.3 /кг массы тела.

С увеличением интенсивности физического труда суточная потребность организма в белке может достигать 150 г и выше. Минимальная потребность белка составляет 0.7 г/кг нормальной массы тела.

Жиры заменимые продукты питания в обеспечении многообразных жизненных функций организма. Они являются подлинным концентратом энергии. Жиры - обширный класс органических веществ, ведущее их назначение - энергообеспечение организма. Хорошо известно, что молекулы жира обладают большой энергоемкостью по сравнению с углеводами.

Так, при сгорании (окислении) 1 г жира до конечных продуктов - воды и углекислого газа выделяется в 2 раза больше энергии, чем при окислении того же количества углеводов. Жиры являются аккумуляторами энергии, но сгорают они в пламени углеводов. Иными словами, чтобы жиры освободили энергию, необходимо достаточное количество углеводов и кислорода.

Хорошо известно, что длительное голодание легче переносят люди, имеющие толстую жировую прослойку. Велика роль жира как пластического материала и в сохранении теплового гомеостаза. Особое место здесь занимает подкожно-жировая клетчатка - скопление жировой ткани разной толщины под всей поверхностью кожи. Температура внутренних органов выше, чем температура кожи, подкожной клетчатки и мышц. Причем перепады температуры достаточно большие, температура лица может быть 18 C, кистей - 10, в то время как температура внутренних органов остается неизменной, равной 37 C. Это - результат теплового обмена организма за счет химических реакций, идущих с выделением тепла.

Основной вклад в производство тепла вносят печень, головной мозг, скелетные мышцы, а сохраняет тепло, не давая ему рассеиваться в пространстве, подкожно-жировая клетчатка (жир - плохой проводник тепла). Жировая ткань, будучи материалом рыхлым и мягким, «укутывает» хрупкие органы, предохраняй их от механических сотрясений и травм.

В организме жир в основном входит в состав различных органов и заполняет пространство между ними. Но есть орган, почти целиком состоящий из жира (или сала), который так и называется - сальник.

Жир наряду с белками используется в качестве пластического материала. Подробно разобраться в строении клетки и структуре мембран исследователям помог электронный микроскоп. Были обнаружены неизвестные ранее детали в морфологии клетки и ее компонентов, в том числе и мембран, что, в свою очередь, помогло установить их функции.

Прежде всего, подчеркнем, что клетка сохраняет свое «лицо» благодаря оболочке, разделяющей клетку и окружающую среду.

Оболочка - сложное образование, своего рода «бутерброд», составленный из двойного слоя липидов, расположенных между двумя слоями белков. Белки не создают сплошной пленки, часть молекул находится вне липидов, а некоторые белки внедряются в липидный слой и даже его пронизывают.

С физико-химической точки зрения мембрана представляет собой полупроницаемую перепонку, сито, избирательно пропускающее одни и задерживающее другие вещества. Во внеклеточной среде (тканевой жидкости, омывающей клетки) преобладает натрий, которого мало в самой клетке, а концентрация калия в клетке в 40 раз, магния в 15 раз выше, чем во внеклеточном пространстве.

Своеобразным пропуском для проникновения вещества сквозь мембрану в клетку служит способность вещества растворяться в липидах - жирорастворимые молекулы лучше проходят внутрь клетки, чем водорастворимые. В липидах растворяется и целая группа витаминов (A, D, E и др.). Вот почему морковь, содержащую большое количество необходимого для человека провитамина A (каротина), необходимо вводить с жирами (растительное масло, сметана).

Большая группа липидов - ненасыщенные жирные кислоты, которые, поступая в организм, способствуют нормальному обмену холестерина и этим предотвращают атеросклероз.

В настоящее время хорошо известно, что в клинике внутренних болезней при лечении атеросклероза с успехом используется подсолнечное, хлопковое, оливковое масло.

Ненасыщенные жирные кислоты входят и в структурную оболочку тканей и органов, придаю им бактерицидные свойства. Меньшее количество ненасыщенных жирных кислот содержится в жирах животного происхождения. Значение их также велико для организма. Из желудочно-кишечного тракта жиры попадают через лимфу в легкие, где откладываются в большом количестве, предохраняя организм от простудных заболеваний.

В народной медицине известно, что тугоплавкие жиры (барсучье, собачье сало), потребляемые человеком, излечивали ряд легочных недугов (туберкулез легких). Однако избыточное введение животных жиров (сливочное масло, свиное сало) способствует развитию атеросклероза, понижению вентиляции легких и возникновению простудных заболеваний.

Однако необходимо отметить, что избыточное введение в организм полиненасыщенных жирных кислот усиливает переокисление внутриклеточного жира, что повреждает мембраны и нарушает жизнедеятельность клеток. В день рекомендуется потреблять 25-30 г растительного масла и 50-60 г животных жиров.

Из ненасыщенных жирных кислот (в основном из арахидоновой) образуется большая группа биогенных веществ. Это - простагландины.

В последние годы изучением простагландинов занимаются во многих лабораториях мира. Объясняется такое пристальное внимание тем, что, по мнению некоторых ученых, открытие простагландинов знаменует новую эру в медицине, быть может, более важную, чем эра антибиотиков.

Свое название простагландины получили потому, что вначале их считали продуктом выделения предстательной железы (простаты). Первоначально было замечено, что мужская семенная жидкость активно воздействует на мышцы матки, попеременно вызывая ее сокращение и расслабление.

Кроме того, выделения простаты расширяют кровеносные сосуды, что особенно заинтересовало врачей в плане возможности лечения гипертонической болезни. Дальнейшие исследования показали, что сосудорасширяющим (спазмолитическим) эффектом обладают вытяжки из семенных пузырьков простаты не только человека, но и животных.

Простагландины широко распространены в живой природе, они образуются не только в предстательной железе, но и вырабатываются чуть ли не во всех тканях организма, правда, в меньших количествах. Они обнаружены в мозге, селезенке, почках, легких, желудке, кишечнике, мышцах и даже в радужной оболочке глаз. А совсем недавно (в 70-х годах) простагландины выделили из растений.

Учеными было доказано, что из арахидоновой кислоты (предшественника простагландинов) образуются два вещества. Одно из них получило название простациклин, а второе - тромбиксан. Первое усиливает свертываемость крови и выделение адреналина, способствует спазму сосудов, повышению уровня сахара, липидов в крови, второе тормозит эти процессы. Эти два вещества взаимно регулируют жизненно важные функции организма [3].

В растительных жирах содержатся линолевая и линоленовая полиненасыщенные жирные кислоты. В животных жирах их меньше, но важно то, что они являются поставщиками арахидоновой кислоты. Из таблицы следует, что наиболее богато полиненасыщенными жирными кислотами подсолнечное масло. В этом отношении оно в 4 раза превосходит оливковое. Из животных жиров наиболее ценным является свиной, содержащий все полиненасыщенные жирные кислоты.

Липиды служат исходным материалом для синтеза ряда гормонов в организме. Например, стерины (холестерин) являются сырьем, из которого в железах внутренней секреции образуются стероидные мужские и женские половые гормоны и гормоны коры надпочечников, химической основой которых является стероидное ядро.

Половые гормоны - мужские (андрогены) и женские (эстрогены) -определяют тип скелета, развитие мышечной системы, степень отложения жира и его распределение в организме, тембр голоса, оволосение, особенности поведения и другие характерные черты, отличающие мужчину от женщины.

Гормоны коры надпочечников регулируют жировой, белковый, углеводный, водно-солевой обмен, а также кровяное давление, деятельность центральной нервной системы, почек и другие физиологические функции организма.

Итак, жиры в умеренном количестве необходимы для нормальной жизнедеятельности организма: их дефицит ведет к серьезным нарушениям, а подчас и гибели организма.

Однако избыточное поступление жира с пищей, повышенное отложение его в подкожно-жировой клетчатке, в печени таят в себе немалую опасность для здоровья. Это своеобразная «бомба замедленного действия». Жиры начинают расщепляться в желудочно-кишечном тракте, но процесс этот длительный, так как жир находится в недоступном для ферментов состоянии: ведь для расщепления жира сначала необходимо раздробить его на мельчайшие шарики, то есть эмульгировать.

Эмульгируется жир в тонком кишечнике желчью и затем всасывается в лимфу. Отметим, что в незначительном количестве жир может всасываться и в цельном виде, нерасщепленным. В стенке кишки из продуктов расщепления пищевого жира образуются крупные капли, получившие название «хиломикроны». Они богаты триглицеридами, холестерином и содержат очень небольшое количество белков и фосфолипидов.

Русский ученый К. А. Тимирязев писал: «Давно замечено, что мы не обращаем внимания на самые замечательные факты только потому, что они слишком обыкновенны. Многим ли, действительно, приходит в голову, что ломоть хлеба, хорошо испеченного пшеничного хлеба... составляет одно из величайших изобретений человеческого ума».

Необходимыми компонентами для организма являются углеводы, которые попадают с растительной пищей, в том числе и с хлебом. Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров.

Для деятельности головного мозга единственным поставщиком энергии является глюкоза. Углеводы обнаруживаются во всех без исключения органах и тканях. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований, принимают участие в образовании многих важнейших веществ.

Углеводы обладают способностью накапливаться в организме в виде гликогена в печени и мышцах.

Углеводы в организме используются в основном как источник энергии. Обмен углеводов - это совокупность процессов их превращения в организме [2]. Он осуществляется в три фазы:

гидролитическое расщепление углеводов в пищеварительном аппарате и всасывание продуктов гидролиза в кровь;

превращение и использование всосавшихся из пищеварительного аппарата продуктов гидролиза углеводов в организме, сопровождающееся включением углеводов в структуры организма и освобождением энергии;

выделение конечных продуктов обмена углеводов из организма.

Превращение углеводов под действием ферментов начинается в ротовой полости, продолжается в желудке и происходит в основном в кишечнике. Углеводы всасываются главным образом в виде глюкозы в тонком кишечнике и поступают в кровь.

С кровью глюкоза поступает в печень, где частично задерживается, частично проходит с кровью дальше и достигает тканей всех органов.

Всосавшаяся глюкоза в основном используется как энергетический материал, так как возможности отложения ее в организме весьма ограничены. В печени, в мышцах и других органах глюкоза депонируется в виде гликогена. Часть глюкозы в печени превращается в жир и откладывается в жировых депо.

Во всех тканях, пройдя стадию депонирования, глюкоза используется как источник энергии, т.е. окисляется. Окисление глюкозы происходит как в аэробных, так и анаэробных условиях.

Вначале глюкоза активируется, превращается в пировиноградную кислоту. В аэробных условиях пировиноградная кислота окисляется в цикле Кребса до диоксида углерода и воды с образованием АТФ. При полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В анаэробных условиях пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту с образованием энергии.

Таким образом, из молекулы глюкозы при отсутствии кислорода образуется 2 молекулы АТФ. Затем в печени из молочной кислоты синтезируются глюкоза и гликоген. Если же на этапе молочной кислоты возникают аэробные условия, то она превращается в пировиноградную кислоту, которая уже окисляется в цикле Кребса.

Глюкоза используется для синтеза лактозы, липидов, глицерина, аминокислот, жирных кислот.

У жвачных животных углеводы кормов в большей части превращаются, сбраживаются в преджелудках до образования летучих жирных кислот: уксусной, пропионовой и масляной, которые всасываются в кровь. Затем в организме уксусная, пропионовая и масляная кислоты используются для образования липидов и кетоновых тел; пропионовая кислота - для синтеза глюкозы; уксусная, масляная и пропионовая кислоты окисляются в тканях органов с образованием АТФ, диоксида углерода и воды.

В крови человека и моногастричных животных обеспечивается концентрация глюкозы на уровне 1,0… 1,2 г/л, у полигастричных - 0,42…0,6 г/л.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Это обусловлено, прежде всего, необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внутренней среде организма и в клетках, а также значением сил осмоса для обмена и выведения из организма, как воды, так и минеральных ионов. Для поддержания осмотического давления важна концентрация всех растворенных в воде минеральных и органических ионов.

Осуществление ряда физиологических процессов, как, например, возбуждения, синаптической передачи, сокращения мышцы невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са+ и других минеральных ионов. Поскольку их синтез в организме не осуществляется, все они должны поступать в организм с пищей и питьем.

Данные о физиологической роли, суточной потребности и пищевых источниках минеральных ионов приведены в приложении 1. В этой же таблице представлены сведения о микроэлементах. К ним относят ту часть минеральных ионов, которые выполняют в организме ряд перечисленных в таблице функций, но суточная потребность в этих веществах невелик.

Термин витамины используется для характеристики группы разнородных по химической природе веществ, не синтезируемых или синтезируемых в недостаточных количествах в организме, но необходимых для нормального осуществления обмена веществ, роста, развития организма и поддержания здоровья. Эти вещества не являются непосредственными источниками энергии и не выполняют пластических функций. Витамины являются составными компонентами ферментных систем и играют роль катализаторов в обменных процессах [15].

Сведения об источниках витаминов, их суточной потребности для взрослого человека и значении в осуществлении физиологических функций приведены в табл.1 прил.2.

Основными источниками водорастворимых витаминов (группа В, витамин С) являются, как правило, продукты питания растительного происхождения и в меньшей мере продукты питания животного происхождения. Эти витамины легко всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь и лимфу.

Основными источниками жирорастворимых витаминов (витамины А, Д, Е и К) являются продукты животного происхождения. Для удовлетворения потребностей организма в витаминах имеет значение не только достаточное содержание в пищевом рационе богатых витаминами продуктов растительного и животного происхождения, но и нормальное осуществление процессов пищеварения и всасывания веществ в желудочно-кишечном тракте.

Так при нарушениях пищеварения в тонком кишечнике, связанных с недостаточным поступлением в 12-перстную кишку желчи или панкреатической липазы, может наблюдаться недостаточное всасывание из желудочно-кишечного тракта витаминов при их нормальном содержании в пище.

Витамины в продуктах питания могут содержаться в активной или неактивной форме (провитамины). Активация провитаминов происходит после их поступления в организм.

Важным источником образования и поступления в организм витаминов (К, В6) является микрофлора кишечника.

Длительное голодание, питание пищевыми продуктами, не содержащими или содержащими малое количество витаминов, употребление в пищу продуктов после их длительного хранения или неправильной переработки, нарушение пищеварительных функций могут приводить к недостаточному поступлению витаминов в организм (гиповитаминозу). Гиповитаминоз или полное прекращение поступления витамина в организм (авитаминоз) приводят к неспецифическим изменениям (снижение умственной и физической работоспособности), так и к специфическим изменениям организме, характерным для гипо- и авитаминоза конкретного витамина.

Избыточное поступление в организм витаминов может приводить к гипервитаминозу. При поступлении водорастворимых витаминов в дозах, превышающих суточную потребность, эти вещества могут быстро выводиться из организма. При этом каких-либо признаков гипервитаминоза не отмечается. Однако, установлено, что потребление больших количеств витамина В6 может сопровождаться нарушением функции периферической нервной системы. Гипервитаминоз К сопровождается нарушением функции желудочно-кишечного тракта и анемией. Изменения в организме, наблюдаемые при гипервитаминозах А, Д, РР приведены в табл. 1 прил. 1.

Следовательно, в обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы - белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль - белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат - четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду [24].

2. Обмен веществ как основная функция организма человека

обмен вещество углевод витамин

2.1 Регуляция обмена веществ в организме человека

Удивительная согласованность и слаженность процессов обмена веществ в живом организме достигается путём строгой и пластичной координации обмена веществ, как в клетках, так и в тканях и органах. Эта координация определяет для данного организма характер обмена веществ, сложившийся в процессе исторического развития, поддерживаемый и направляемый механизмами наследственности и взаимодействием организма с внешней средой [13].

Обычно у взрослого здорового человека устанавливается равновесие между суточной затратой веществ и энергии и поступлением питательных веществ. Тогда вес тела остается без изменений. Если поступления питательных веществ недостаточно для пополнения затрат, то организм начинает расходовать свои запасы. Это приводит к потере веса. При избытке поступающих в организм питательных веществ, по сравнению с расходами тела, равновесие также нарушается, и человек начинает прибавлять в весе.

Уровень обмена веществ может под влиянием тех или иных причин повышаться или понижаться. Например, при усиленной физической работе жизнедеятельность мышц повышается. Наблюдающееся одновременно усиление процессов диссимиляции вызывает увеличение, повышение процессов ассимиляции.

Известно, что если какие-либо мышцы тела усиленно работают, то они через некоторое время увеличиваются в объеме. Слабая работа мышц ведет к понижению обмена, а следовательно, и процессов ассимиляции, что приводит к уменьшению объема мышц. В растущем организме увеличивается количество клеток вследствие их размножения. Важную роль в обмене веществ играют витамины.

Регуляция всех процессов обмена веществ осуществляется в основном центральной нервной системой. Возбуждения, которые передаются работающему органу через нервную систему, оказывают большое влияние на процессы ассимиляции и диссимиляции.

Влияние нервной системы на обмен веществ было доказано при изучении влияния нерва, усиливающего деятельность сердца. При раздражении этого нерва наблюдается увеличение силы сокращения сердца без учащения его ритма. Это объясняется изменением интенсивности обмена веществ в сердечной мышце. Эта функция нервной системы названа трофической (от греческого слова «трофос» - пища), т. е. управляющей питанием, жизнедеятельностью органа, его обменом веществ. Учение о трофической функции нервной системы было в дальнейшем разработано советскими физиологами.

В лаборатории было изучено влияние коры головного мозга на обмен веществ. Была доказана зависимость обмена веществ от коры головного мозга. В одном из опытов было установлено, что при одной только мысли о физической работе обмен веществ повышался.

Регуляция обмена веществ на клеточном уровне осуществляется путём регуляции синтеза и активности ферментов. Синтез каждого фермента определяется соответствующим геном. Различные промежуточные продукты обмена веществ, действуя на определённый участок молекулы ДНК, в котором заключена информация о синтезе данного фермента, могут индуцировать (запускать, усиливать) или, наоборот, репрессировать (прекращать) его синтез.

Так, кишечная палочка при избытке изолейцина в питательной среде прекращает синтез этой аминокислоты. Избыток изолейцина действует двояким образом:

а) угнетает (ингибирует) активность фермента треониндегидратазы, катализирующего первый этап цепи реакций, ведущих к синтезу изолейцина, и

б) репрессирует синтез всех ферментов, необходимых для биосинтеза изолейцина (в т. ч. и треониндегидратазы).

Ингибирование треониндегидратазы осуществляется по принципу аллостерической регуляции активности ферментов.

Предложенная французскими учёными Ф. Жакобом и Ж. Моно теория генетической регуляции рассматривает репрессию и индукцию синтеза ферментов как две стороны одного и того же процесса. Различные репрессоры являются в клетке специализированными рецепторами, каждый из которых «настроен» на взаимодействие с определённым метаболитом, индуцирующим или репрессирующим синтез того или иного фермента.

Таким образом, в клетки, полинуклеотидных цепочках ДНК заключены «инструкции» для синтеза самых разнообразных ферментов, причём образование каждого из них может быть вызвано воздействием сигнального метаболита (индуктора) на соответствующий репрессор.

Важнейшую роль в регуляции обмена веществ и энергии в клетках играют белково-липидные биологические мембраны, окружающие протоплазму и находящиеся в ней ядро, митохондрии, пластиды и др. субклеточные структуры. Поступление различных веществ в клетку и выход их из неё регулируются проницаемостью биологических мембран [14].

Значительная часть ферментов связана с мембранами, в которые они как бы «вмонтированы». В результате взаимодействия того или иного фермента с липидами и др. компонентами мембраны конформация его молекулы, а, следовательно, и его свойства как катализатора будут иными, чем в гомогенном растворе, Это обстоятельство имеет огромное значение для регулирования ферментативных процессов и обмена веществ в целом.

Важнейшим средством, с помощью которого осуществляется регуляция обмена веществ в живых организмах, являются гормоны. Так, например, у животных при значительном понижении содержания caxapa в крови усиливается выделение адреналина, способствующего распаду гликогена и образованию глюкозы. При избытке сахара в крови усиливается секреция инсулина, который тормозит процесс расщепления гликогена в печени, вследствие чего в кровь поступает меньше глюкозы.

Важная роль в механизме действия гормонов принадлежит циклической аденозинмонофосфорной кислоте (цАМФ). У животных и человека гормональная регуляция обмена веществ тесно связана с координирующей деятельностью нервной системы [17].

Благодаря совокупности тесно связанных между собой биохимических реакций, составляющих обмен веществ осуществляется взаимодействие организма со средой, являющееся непременным условием жизни. Ф. Энгельс писал: «Из обмена веществ посредством питания и выделения... вытекают все прочие простейшие факторы жизни...».

Таким образом, развитие (онтогенез) и рост организмов, наследственность и изменчивость, раздражимость и высшая нервная деятельность - эти важнейшие проявления жизни могут быть поняты и подчинены воле человека на основе выяснения наследственно обусловленных закономерностей обмена веществ и сдвигов, происходящих в нём под влиянием меняющихся условий внешней среды (в пределах нормы реакции данного организма).

2.2 Профилактика и лечение нарушений обмена веществ

Нарушения обмена веществ лежат в основе всех функциональных и органических повреждений органов и тканей, ведущих к возникновению болезней. Происходящие при этом изменения в протекании химических реакций сопровождаются большими или меньшими сдвигами в энергетических процессах. Различают четыре уровня, на которых могут происходить нарушения обмена веществ:

1. молекулярный;

2. клеточный;

3. нарушение обмена веществ в органах и тканях;

4. целостный (всего организма).

Некоторые данные об уровнях нарушения обмена веществ, их характере, причинах и диагностике в табл.1 прил.3.

Нарушение обмена веществ и энергии на любом из этих уровней могут носить первичный или вторичный характер. Их реализация во всех случаях осуществляется на молекулярном уровне, изменение обмена веществ на котором и приводит к патологическим нарушениям функций организма.

При нарушении обмена веществ и энергии на клеточном уровне, прежде всего, повреждаются биологические мембраны, что влечёт за собой нарушение нормальных взаимоотношений клетки с окружающей средой, а также нарушение клеточного метаболизма. В результате нарушения процессов нормального распределения хромосомного материала, в ходе деления клеток, развиваются хромосомные болезни с тяжёлыми нарушениями обмена веществ и энергии. Расстройство метаболизма на уровне клеточных структур могут развиваться и в результате аутоиммунных процессов.

При нарушении обмена веществ на уровне внутренних органов нарушается их функции и страдает взаимосвязь между органами и окружающей средой, а также страдает адаптация организма к условиям внешней среды, и изменяется состав внутренней среды организма. Нарушается процесс равновесия анаболизма и катаболизма внутри органа.

На уровне целостного организма при нарушении обмена веществ, прежде всего, нарушается связь между органами и центральной нервной системой и между самими органами. Ослабляется или усиливается выработка определённых гормонов, что приводит к характерным расстройствам обмена веществ в организме. Крайняя форма нарушения обмена веществ это ожирение или крайнее истощение организма.

Нормальное протекание метаболизма на молекулярном уровне обусловлено гармоничным сочетанием процессов катаболизма и анаболизма. При нарушении катаболитических процессов, прежде всего, возникают энергетические трудности. Нарушается регенерация АТФ, а также поступление необходимых для биосинтетических процессов исходных субстратов анаболизма.

В свою очередь, первичное или опосредованное нарушение анаболитических процессов ведёт к нарушению воспроизведения функционально важных соединений - ферментов, гормонов и других биологически активных веществ. Повреждение различных звеньев метаболизма по своим последствиям неравнозначно.

В организме человека идёт постоянный обмен трёх основных компонентов живой природы - это белки, жиры, углеводы. Разрушение и синтез их происходит по строго определённому плану, индивидуальному для каждого компонента при участии большого количества различных ферментов. Эти процессы идут одновременно в каждой клеточке нашего организма. Нарушение обмена веществ, может происходить, как и у одного из этих компонентов (например, жиры), так и у нескольких. То есть, рассматривая только основные процессы обмена веществ можно выделить 6 видов нарушений обмена веществ [25]:

1. нарушение синтеза белков;

2. нарушение распада белков;

3. нарушение синтеза жиров;

4. нарушение распада жиров;

5. нарушение синтеза углеводов;

6. нарушение распада углеводов.

Причины этих проблем могут быть, как и внешние, так и внутренние. К внешним факторам можно отнести:

- недостаток незаменимых аминокислот, жирных кислот, микроэлементов и витаминов;

- изменение в количественном и качественном составе пищи, поступление чужеродных, токсичных веществ, проникновение в организм патогенных микроорганизмов и вирусов;

- несбалансированность белков, жиров и углеводов в пище;

- существенные сдвиги в концентрации кислорода или углекислого газа во вдыхаемом воздухе;

- появление в атмосфере угарного газа, окислов азота, других токсичных газов;

- попадание в организм ионов тяжёлых металлов или соединений мышьяка ведут к нарушению обмена веществ и энергии. Конечным объектом неблагоприятного воздействия всех вышеперечисленных факторов чаще всего являются ферменты.

К внутренним факторам относятся генетически обусловленные изменения синтеза ферментов, транспортных белков, иммунных белков, гормонов и других компонентов.

В результате генетически обусловленного блокирования какого-либо фермента или системы ферментов накапливаются их не превращённые субстраты - предшественники нарушения стадии метаболизма. Нарушение нормального синтеза некоторых особо важных функциональных белков (например, гемоглобина) ведёт к тяжёлой тканевой гипоксии, или к другим не менее опасным состояниям. Известно большое количество других молекулярных болезней причина возникновения, которых кроется в деятельности дефектного белка [4].

Так, недостаточное выделение ряда конечных продуктов белкового обмена вследствие некоторых заболеваний почек приводит к уремии. Сахарный диабет характеризуется недостаточным усвоением углеводов и нарушением их перехода в жир; при ожирении происходит избыточное превращение углеводов в жир; подагра связана с нарушением выделения из организма мочевой кислоты.

Избыточное выделение с мочой мочекислых, фосфорнокислых и щавелевокислых солей может привести к выпадению этих солей в осадок и к развитию почечнокаменной болезни. Накопление в крови и тканях ряда промежуточных продуктов обмена веществ (молочной, пировиноградной, ацетоуксусной кислот) наблюдается при нарушении окислительных процессов, расстройствах питания и авитаминозах; нарушение минерального обмена может привести к сдвигам кислотно-щелочного равновесия.

Расстройство обмена холестерина лежит в основе атеросклероза и некоторых видов желчнокаменной болезни. К серьёзным расстройствам обмена веществ, следует отнести нарушение усвоения белка при тиреотоксикозе, хроническом нагноении, некоторых инфекциях; нарушение усвоения воды при диабете несахарном, солей извести и фосфора при рахите, остеомаляции и других заболеваниях костной ткани, солей натрия - при аддисоновой болезни [23].

Диагностика обмена веществ и энергии базируется на результатах исследований компонентов крови, мочи и других биологических жидкостей. Суммарную оценку нарушений обмена веществ и энергии можно получить, определяя основной обмен, азотистый баланс, величину дыхательного коэффициента, сдвигов кислотно-щелочного равновесия и других параметров. Более детальную информацию дают исследования концентрации отдельных метаболитов, как нормальных, так и патологических обычно не образующихся или не присутствующих в биологических жидкостях в норме. Чтобы определить в каком органе произошло максимальное нарушение обмена веществ, а также глубину повреждений клеточных структур необходимо произвести специальные исследования сыворотки крови.

Основной путь профилактики нарушения обмена веществ это, прежде всего сбалансированное ежедневное питание. Питание, которое содержит микроэлементы, витамины, белки, жиры, углеводы. Правильно подобранный режим питания и отдыха, защита окружающей среды от проникновения в неё токсических веществ, профилактика и своевременное лечение инфекционных заболеваний, стрессовых ситуаций.

На наш взгляд, лечение нарушения обмена веществ - ответственный и зачастую очень сложный процесс. Генетически обусловленные метаболические заболевания требуют постоянного медицинского наблюдения и регулярной терапии. Приобретенные заболевания, как правило, можно остановить на ранних стадиях. При отсутствии своевременного медицинского вмешательства подобные заболевания могут иметь серьезные осложнения.

Основное внимание при лечении нарушений обмена следует уделять рациону и режиму питания. Необходимо снизить и в дальнейшем контролировать объем поступающих в пищу животных жиров и углеводов. Частое дробное питание позволяет уменьшить количество пищи, принимаемой единовременно, в результате чего постепенно можно добиться существенного снижения аппетита и уменьшения объема желудка.

Соблюдение режима сна также является важнейшим фактором в процессе предотвращения и лечения метаболических нарушений. Своевременное купирование стрессовых ситуаций и реабилитация после стрессовых воздействий на психику ведут к нормализации обмена веществ. Сбалансированные физические нагрузки в значительной степени повышают энергозатраты организма, что приводит к процессу утилизации избыточно накопленных жиров [3].

Таким образом, каждый из перечисленных факторов в отдельности играет значительную роль при лечении нарушений обмена веществ. Однако наилучших результатов удается достичь при соблюдении комплексных мер, включающих в себя своевременную профилактику в целях предотвращения нарушений и квалифицированное лечение в случае развившегося заболевания.

Заключение

В ходе выполненной работы были решены следующие задачи.

Во-первых, были изучены проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе.

Обмен веществ, представляет собой сложный процесс превращения химических элементов в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом.

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый - анаболизм, или ассимиляция, объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй - катаболизм, или диссимиляция, включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада.

Эти процессы согласованы между собой и образуют целостную систему, обеспечивающую нормальную функциональную жизнедеятельность организма человека. Нарушение баланса между этими двумя процессами жизнедеятельности неизбежно приводит к расстройству обмена веществ в организме.

Во-вторых, раскрыты основные формы обмена веществ.

В обменных процессах участвуют белки, углеводы, жиры, вода и минеральные соли. Важная роль в этих процессах принадлежит также витаминам.

Белки являются основным строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей организма, они участвуют в образовании ферментов, гормонов и усвоении других пищевых веществ. Кроме того, с белками связано осуществление и других жизненно важных функций организма (рост, размножение).