Обмен веществ и энергии. Питание.

 

Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой - неотъемлемое свойство живой материи. Процесс обмена заключается в непрерывном усвоении (ассимиляции или анаболизме) питательных веществ, накоплении энергии в клетках и одновременном разрушении (диссимиляции или катаболизме) сложных органических веществ, высвобождении энергии и ее превращении.

Одним из понятий, характеризующих обмен энергии в организме человека, является рабочий обмен. В него входит основной обмен, рабочая прибавка и специфически-динамическое действие пищи.

Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строгих стандартных условиях: в положении лежа при полном мышечном и эмоциональном покое, натощак, при температуре комфорта –(18-20^о С). Основной обмен зависит от возраста, пола, веса тела и роста. Рабочая прибавка - энергозатраты, связанные с движением и выполнением той или иной работы. Специфически-динамическое действие пищи - увеличение интенсивности обмена веществ и энергозатрат, связанных с приемом пищи, процессами пищеварения и всасывания. Оценка энергии, поступающей в организм с пищей, основана на расчетах количества энергии, выделяющейся при полном окислении пищевых продуктов (метод алиментарной калориметрии). Оценка энерготрат организма осуществляется с помощью метода непрямой (респираторной) калориметрии (полного и неполного газового анализа). Оценка энергии, рассеиваемой организмом в среду в виде тепла, может быть произведена методом прямой калориметрии.

Обмен веществ. Белки выполняют главным образом пластическую функцию, углеводы – основной источник энергии, жиры – энергетическую и пластическую. Превращения белков (дезаминирование), углеводов (гликогенез, гликогенолиз, гликонеогенез) и жиров происходят в печени. Азотистый коэффициент. Азотистое равновесие – приход азота равен расходу азота. Положительный азотистый баланс – приход азота больше расхода (рост, беременность, занятия спортом); отрицательный азотистый баланс – расход азота больше прихода (голодание, онкологические заболевания). Регуляция обмена веществ.Стимуляция симпатической нервной системы увеличивает диссимиляцию белков, жиров, углеводов. СТГ усиливает синтез белка, вызывает гипергликемию, жировую инфильтрацию печени. Инсулин стимулирует гликогенез, синтез белка, отложение жира в печени. Адреналин стимулирует гликогенолиз, вызывает жировую инфильтрацию печени. Глюкагон стимулирует гликогенолиз. Глюкокортикоиды и АКТГ – гликонеогенез (образование гликогена из белков и жиров), распад белка, отложение жира в депо. Тироксин и тиреотропный гормон -–распад белка повышение основного обмена, гликогенолиз, жировую инфильтрацию печени.

Занятие 1. Основной обмен.

Задача 1. Определение расхода энергии методом полного газового

анализа (Пр. стр. 212).

Задача 2. Расчет основного обмена по таблицам (Пр. стр. 208).

 

Занятие 2. Обмен белков, жиров и углеводов.

Задача 1. Составление пищевых рационов по таблицам

(см. Приложение 9. стр. 558).

 

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Химические превращения, протекающие в клетках организма в процессе обмена веществ, сопровождаются теплообразованием. Одновременно с образованием тепла в организме происходит и его отдача в окружающую среду. Одним из показателей теплообмена является температура тела. Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды (изотермия). Такие животные называются гомойотермными. Животные, температура тела которых изменяется в зависимости от температуры внешней среды, называются пойкилотермными. Постоянство температуры тела имеет для организма большое значение, так как обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды и обеспечивает температурные условия для оптимальной активности ферментов. Понятие об ядре и оболочке. Суточные ритмы изменения температуры тела.

Химическая терморегуляция. Наиболее интенсивное образование тепла происходит в мышцах. Значительную роль в теплообразовании играют печень и затем почки. Увеличение теплообразования, связанное с произвольной и непроизвольной (дрожь) мышечной активностью, называется сократительным термогенезом. Несократительный термогенез - механизм срочного теплообразования за счет высокой скорости окисления жирных кислот в бурой жировой ткани.

Физическая терморегуляция осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем излучения (радиации), теплопроведения, конвекции, испарения. При температуре окружающей среды равной или выше температуры тела человека испарение становится единственным способом отдачи тепла. При увеличении влажности воздуха испарение уменьшается. В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки вследствие малой теплопроводности жира. Одежда уменьшает теплоотдачу. Большое значение в терморегуляции имеют перераспределительные реакции крови. На холоде уменьшается количество крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, за счет их сужения, что ограничивает теплоотдачу; и увеличивается количество крови, проходящей через сосуды внутренних органов, что способствует сохранению в них тепла. К проявлениям физической терморегуляции относят изменения положения тела.

Главный центр терморегуляции находится в гипоталамусе. Главные гуморальные факторы терморегуляции: гормоны щитовидной железы и надпочечников (адреналин).

Гипертермия - состояние, при котором температура тела повышается выше 37^о С. Гипотермия - состояние, при котором температура тела снижается ниже 35^о С. Искусственная гипотермия с охлаждением тела до 24-28^о С применяется в хирургии при операциях на сердце и ЦНС. Эндогенные пирогены. Лихорадка.

Занятие 1. Температурный гомеостаз и механизмы его

поддержания.

Задача 1. Исследование температурной чувствительности

(Термоэстезиометрия) (Пр. стр. 396).

 

 

ФИЗИОЛОГИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ.

 

Выделение - это процесс освобождения организма от конечных продуктов обмена, токсичных и чужеродных веществ, избытка воды, солей, лекарственных препаратов.

К органам выделения относят почки, легкие, кожу (потовые и сальные железы), печень и желудочно-кишечный тракт. Главное назначение органов выделения - это поддержание постоянства внутренней среды организма. Органы выделения функционально взаимосвязаны между собой. При нарушении выделительной функции почек возрастает роль потовых желез и слизистой оболочки верхних дыхательных путей в удалении продуктов белкового обмена.

Основной орган выделения - почки. Структурно-функциональной единицей почки является нефрон, в котором происходит образование мочи. Мочеобразование осуществляется за счет трех последовательных процессов: клубочковой фильтрации, канальцевой реабсорбции и канальцевой секреции. В результате клубочковой фильтрации происходит образование первичной мочи. Состав первичной мочи обусловлен свойствами гломерулярного фильтра (эндотелиальные клетки капилляров, базальная мембрана, подоциты) и близок к плазме крови за исключением большей части белков. Количественной характеристикой процесса фильтрации является скорость клубочковой фильтрации, которая измеряется с помощью инулина или креатинина, и называется также коэффициентом очищения, или клиренсом. Клиренс показывает какой объем плазмы (мл) очистился целиком от данного вещества за 1 минуту.

Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в кровь и лимфу. Основное количество веществ (аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, ионы натрия, хлора и др.) реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона. В петле Генле и дистальных отделах нефрона всасываются вода и электролиты.

Канальцевая секреция - это транспорт веществ из крови в просвет канальцев (мочу). Секретируются некоторые ионы, например калия, органические кислоты (мочевая кислота), основания (холин, гуанидин), антибиотики (пенициллин), рентгеноконтрастные вещества (диодраст), парааминогиппуровая кислота (ПАГ).

Состав конечной мочи зависит от процессов фильтрации, реабсорбции и секреции. В конечной моче не должно быть форменных элементов крови, белка, глюкозы. Ионов калия, сульфатов, мочевины в конечной моче больше, чем в первичной.

В механизме концентрирования мочи большое значение имеет поворотно-противоточно-множительная система.

Кроме выделительной функции почки выполняют много других функций: регулируют объем внутрисосудистой, вне- и внутриклеточной жидкостей (волюмрегуляция); регулируют постоянство осмотического давления крови (осморегуляция); регулируют ионный баланс организма; участвуют в регуляции кислотно-основного состояния; продуцируют и выделяют в кровоток физиологически активные вещества: ренин, эритропоэтин, простагландины, брадикинины, урокиназу (инкреторная функция); участвуют в регуляции артериального давления, эритропоэза, гемостаза, обмене белков, липидов и углеводов; осуществляют защитную функцию.

Нейрогуморальная регуляция функции почки. Почка иннервируется симпатическими волокнами (их возбуждение приводит к увеличению реабсорбции воды, натрия, глюкозы) и парасимпатическими в составе блуждающего нерва (при стимуляции происходит усиление реабсорбции глюкозы и секреции органических кислот). Большее значение для почки имеет гуморальная регуляция. Гуморальная регуляция: Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин способствует реабсорбции воды в дистальных канальцах и собирательных трубках. Альдостерон активирует реабсорбцию натрия и секрецию калия в дистальных канальцах. Адреналин в небольших дозах суживает просвет выносящей артерии, повышает гидростатическое давление в почке и способствует фильтрации, в больших дозах вызывает спазм как приносящих, так и выносящих артериол нефрона и уменьшает диурез. Избыток тироксина и недостаток инсулина увеличивают дирез за счет повышения осмотического давления первичной мочи (осмотический диурез). Натрийуретический гормон усиливает выведение натрия с мочой. Паратгормон усиливает реабсорбцию кальция в дистальных извитых канальцах и собирательных трубках и выводит из организма фосфаты. Кальцитонин тормозит реабсорбцию кальция и фосфатов в почке и увеличивает их выделение с мочой. Ренин-ангиотензин-альдостероновая система (ренин превращает ангиотензиноген в ангиотензин I, который превращается в ангиотензин II; ангиотензин II суживает сосуды и стимулирует выброс альдостерона, который увеличивает реабсорбцию натрия, задерживает воду в организме, увеличивает объем плазмы, что приводит к повышению артериального давления).

 

Занятие 1. Органы выделения. Физиология почки. Состав мочи.

Роль различных отделов нефрона в образовании мочи.

Задача 1. Определение некоторых компонентов мочи с помощью

диагностических полосок (Пр. стр. 256).

 

Занятие 2. Семинар. Почка как орган гомеостаза.

Мочевой пузырь и мочеиспускание. Нейрогуморальная

регуляция функции почек. Методы изучения функции почек.

Демонстрация видеофильма.

 

ФИЗИОЛОГИЯ ПИЩЕВАРЕНИЯ.

 

Пищеварение - совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих обработку и превращение пищевых продуктов в простые химические соединения, способные усваиваться клетками организма. С пищей в организм человека поступают белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы, вода и минеральные вещества, участвующие в энергетическом и пластическом обменах.

Пищеварительный конвейер - последовательная цепь процессов, приводящая к расщеплению пищевых веществ до мономеров, способных всасываться. Эти процессы идут в определенной последовательности во всех отделах пищеварительного тракта. Органы пищеварительного аппарата: полость рта, глотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишки, печень с желчным пузырем, поджелудочная железа.

Различают внутриклеточное и внеклеточное типы пищеварения. А внеклеточное делят на дистантное (полостное) и контактное (пристеночное, или мембранное).

Желудочно-кишечный тракт выполняет следующие функции: двигательную, или моторную, секреторную, всасывательную, экскреторную, инкреторную.

В полости рта происходит механическая (измельчение, смачивание слюной, формирование пищевого комка) и начинается химическая (под действие ферментов слюны)обработка пищи. рН слюны = 5,8-7,4. Слюна содержит неорганические (гидрокарбонаты, фосфаты, сульфаты, катионы калия, натрия, кальция, магния) и органические (ферменты альфа-амилазу и мальтазу, расщепляющие углеводы до дисахаридов и моносахаридов; муцин, лизоцим) вещества. Кроме пищеварительной функции слюна выполняет и ряд других функций: экскреторную (выделение мочевины, мочевой кислоты, некоторых лекарственных веществ, солей ртути, свинца, алкоголя); защитную (лизоцим обладает бактерицидным действием; муцин нейтрализует кислоты и щелочи; иммуноглобулины защищают от патогенной микрофлоры) и трофическую (источник кальция, фосфора, цинка для эмали зубов).

Слюноотделение регулируется условно-рефлекторным путем (раздражение зрительных и обонятельных рецепторов на вид и запах пищи) и безусловно-рефлекторным путем (раздражение пищей механо-, термо- и хеморецепторов ротовой полости). Импульсы по афферентным волокнам V, VII, IX, X пар черепномозговых нервов поступают в центр слюноотделения продолговатого мозга, затем по парасимпатическим и симпатическим эфферентным нервам идут к слюнным железам. В результате раздражения парасимпатических секреторных нервов (медиатор ацетилхолин) выделяется большое количество жидкой слюны, богатой неорганическими веществами, а при раздражении симпатических нервов (медиатор норадреналин с адреналином)– небольшое количество густой слюны, богатой органическими веществами и слизью. Фармакологические вещества: пилокарпин (М-холиномиметик) усиливает, атропин (М-холинолитик) тормозит секрецию слюнных желез. Субстанция Р и углекислый газ усиливают слюноотделение.

В желудке пища подвергается дальнейшей механической и химической обработке. рН желудочного сока=1,5-1,8. Главным неорганическим компонентом желудочного сока является соляная кислота. Соляная кислота выполняет ряд функций: способствует денатурации и набуханию белков; активирует пепсиногены и превращает их в пепсины; создает кислую среду; обеспечивает антибактериальное действие желудочного сока; способствует эвакуации пищи из желудка, возбуждает панкреатическую секрецию. Основными ферментами желудочного сока являются протеолитические: пепсины, гастриксин, реннин (химозин), которые расщепляют белки до пептидов, т.е. альбумоз и пептонов. Желудочная липаза мало активна и расщепляет только эмульгированные жиры. В желудке продолжается гидролиз углеводов под влиянием ферментов слюны в пищевом комке. В желудочном соке содержится лизоцим, обладающий бактерицидными свойствами, и мукоиды, защищающие слизистую оболочку желудка от механических и химических раздражений и от самопереваривания, внутренний фактор кроветворения Касла, участвующий в эритропоэзе.

Процесс желудочного сокоотделения делят на несколько фаз: 1) сложнорефлекторную (мозговую) фазу, включающую условнорефлекторный (раздражение обонятельных, зрительных и слуховых рецепторов на запах, вид пищи, обстановку) и безусловнорефлекторный (раздражение пищей рецепторов полости рта, глотки, пищевода) механизмы; 2) желудочную фазу и 3) кишечную фазу. Продолжительность секреторного процесса, количество, переваривающая способность желудочного сока, его кислотность находятся в строгой зависимости от характера пищи и обеспечиваются нервными и гуморальными механизмами. Блуждающий нерв (медиатор ацетилхолин) усиливает секрецию и моторику желудка; симпатические нервы (медиатор норадреналин с адреналином) – тормозят. Гастрин, гистамин, мотиллин стимулируют секрецию и моторику желудка; соматостатин, ХЦК-ПЗ, гастрон, секретин – тормозят.

В тонкой кишке происходят основные процессы переваривания пищевых веществ, в котором принимают участие панкреатический, кишечный соки и желчь. С помощью ферментов, входящих в эти соки, происходит гидролиз белков, жиров и углеводов. В тонкой кишке различают 2 типа пищеварения: полостное и пристеночное. Вначале гидролиз пищевых веществ идет в полости тонкой кишки. Затем эти вещества в области мембран эпителия при помощи ферментов, фиксированных на его микроворсинках расщепляются до таких компонентов, которые здесь же и всасываются.

рН панкреатического сока равна 7,8-8,5. Среди неорганических веществ особенно много содержится бикарбонатов. Ферменты представлены протеолитическими (трипсин, химотрипсин, эластаза, карбоксипептидазы А и В), амилолитическими (альфа-амилаза) и липолитическими (липаза). Выделяют 3 фазы панкреатической секреции: сложнорефлекторную (мозговую), желудочную и кишечную. Блуждающий нерв (медиатор ацетилхолин) усиливает секрецию, симпатические нервы (норадреналин с адреналином) уменьшают секрецию, но увеличивают содержание в соке ферментов. Секретин стимулирует секрецию сока, богатого бикарбонатами и бедного ферментами. ХЦК-ПЗ вызывает секрецию панкреатического сока богатого ферментами. Стимулируют также секрецию бомбезин, инсулин, соли желчных кислот, тормозят – соматостатин, ГИП, глюкагон, кальцитонин.

рН кишечного сока от 7,2 до 9,0. В нем находится более 20 ферментов, обеспечивающих конечные стадии переваривания всех пищевых веществ: энтерокиназа, пептидазы, щелочная фосфатаза, нуклеаза, липаза, фосфолипаза, амилаза, лактаза, сахараза. В тонкой кишке различают несколько видов движений: ритмическая сегментация, маятникообразные, перистальтические, тонические. В регуляции секреции кишечного сока и моторики кишки преобладают местные механизмы, реализуемые местными рефлекторными дугами, ауэрбаховским и мейснеровским сплетениями. Блуждающий нерв (медиатор ацетилхолин) стимулирует секрецию и моторику, симпатические нервы (медиатор норадреналин и адреналин) – тормозят. Помимо нервных влияний существует миогенный механизм регуляции моторики (без участия нервной системы), обусловленный автоматией гладких мышц кишечника. Гормоны ж/к тракта ГИП, ВИП, мотилин стимулируют секрецию кишечного сока, соматостатин – тормозит.

Печень выполняет ряд функций: пищеварительную, барьерную, экскреторную, участие в обмене белков, жиров, углеводов, витаминов, участие в свертывании крови, инактивации ряда гормонов и биогенных аминов, биотрасформации лекарственных веществ и др.. Желчь образуется в печеночных клетках - гепатоцитах. Различают 2 процесса: желчеотделение (происходит непрерывно) и желчевыделение (во время приема пищи). К основным органическим веществам желчи относятся соли желчных кислот, желчные пигменты (билирубин и биливердин), холестерин, жирные кислоты. Различают печеночную и пузырную желчь. В желчном пузыре концентрация всех веществ выше, чем в печеночной. Желчь эмульгирует жиры, делая водорастворимыми жирные кислоты, способствует всасыванию триглицеридов, активирует липазу, стимулирует моторику тонкой кишки, инактивирует пепсины в двенадцатиперстной кишке, способствует всасыванию жирорастворимых витаминов, холестерина, аминокислот и солей кальция, стимулирует желчеобразование и желчевыделение. Выделяют три фазы желчевыделения: сложнорефлекторную, желудочную и кишечную. Блуждающий и диафрагмальный нервы (медиатор ацетилхолин) усиливают желчеобразование, симпатические нервы (медиатор норадреналин с адреналином)– тормозят. Блуждающий нерв стимулирует сокращения тела желчного пузыря и расслабляет сфинктер общего желчного протока -сфинктер Одди (желчь выделяется в двенадцатиперстную кишку), симпатические нервы расслабляют тело желчного пузыря и сокращают сфинктер Одди (желчь накапливается в желчном пузыре). Стимулируют желчеобразование сама желчь, гастрин, ХЦК-ПЗ, секретин. Стимулируют желчевыделение ХЦК-ПЗ, секретин, гастрин, гистамин, бомбезин, некоторые пищевые продукты (яичные желтки, молоко, мясо, жиры), фармакологический препарат сульфат магния. Тормозят желчевыделение глюкагон, кальцитонин, ВИП.

Роль толстой кишки в процессе переваривания пищи небольшая, так как пища почти полностью переваривается и всасывается в тонкой кишке за исключением клетчатки. В толстой кишке происходит концентрирование химуса путем всасывания воды, формирование каловых масс и удаление их из кишечника. Микрофлора толстой кишки осуществляет конечное разложение остатков неперевареных веществ, расщепляет волокна клетчатки, участвует в метаболизме липидов, желчных и жирных кислот, инактивирует ферменты (щелочную фосфатазу, трипсин, амилазу), сбраживает углеводы до молочной и уксусной кислот, синтезирует витамины К и группы В, подавляет размножение патогенных микробов.

Всасывание - это процесс транспорта переваренных пищевых веществ из полости желудочно-кишечного тракта в кровь, лимфу и межклеточное пространство. Основное всасывание продуктов гидролиза белков, жиров и углеводов происходит в тонкой кишке, благодаря большой всасывательной поверхности, которая создается за счет складок, ворсинок и микроворсинок. Всасывание веществ из желудка, тонкой и толстой кишки происходит сначала в портальную кровеносную систему, а затем в общий кровоток. В полости рта и в прямой кишке вещества всасываются непосредственно в кровь, минуя портальную кровеносную систему и кишечник. Свойство слизистой полости рта всасывать некоторые лекарственные вещества (валидол, нитроглицерин) прямо в кровь используется для их быстрого введения. На особенностях всасывания из прямой кишки основано действие питательных клизм. Механизмы всасывания: пассивный транспорт (диффузия, фильтрация, осмос), облегченная диффузия, активный транспорт (первичноактивный и вторичноактивный).

Методы изучения функций пищеварительного тракта. Хронические экспериментальные методы изучения секреторной функции: фистулы слюнных желез, желудка, тонкой кишки, печени; метод мнимого кормления (фистула желудка и эзофаготомия); изолированный желудочек по Гейденгайну, изолированный желудочек по Павлову. Методы изучения секреторной функции у человека: зондовые, эндоскопические, эндорадиозондирование; определение активности ферментов ж/к тракта в крови и моче. Методы изучения моторной функции: мастикациография, электрогастрография.

Пищевая мотивация. Физиологические основы голода и насыщения. Представление о пищевом центре. Латеральные ядра гипоталамуса - центр голода; вентромедиальные ядра - центр насыщения. Теории, объясняющие возникновение чувства голода: глюкостатическая, аминоацидостатическая, липостатическая, метаболическая, термостатическая, локальная.

 

Занятие 1. Двигательные функции пищеварительного тракта.

Задача 1. Регистрация сокращения кишки у лягушки (Пр. стр. 245).

 

Занятие 2. Секреторная функция органов пищеварительного тракта. Пищеварение в полости рта, желудке, кишечнике.

Задача 1. рН слюны

Задача 2. Изучение переваривающих свойств желудочного сока.

(Демонстрация) (Пр. стр. 240)

Задача 3. Влияние желчи на жиры. (Пр. стр. 244).

 

Занятие 3. Особенности всасывания различных веществ в отделах

пищеварительного тракта, его механизмы.

Задача 1. Исследование всасывания растворов различной концентрации

в тонкой кишке в остром опыте. (Пр. стр. 250) Видеофильм.

Задача 2. Влияние раздражения блуждающего нерва на моторику

кишечника. (Пр. стр. 250). Видеофильм.