Обмен веществ и энергии. Обмен белков, жиров и углеводов.

5.5.Обмен веществ и энергии. Обмен белков, жиров и углеводов.

Обмен веществ и энергии — основной признак, присущий всем живым существам. В организм человека постоянно поступают вещества из внешней среды. В частности, через пищеварительную систему поступают питательные вещества (белки, жиры, углеводы), витамины, вода и минеральные соли. Кислород воздуха проникает в кровь через легкие, частично — через кожу. С током крови вещества переносятся к клеткам и тканям. В цитоплазме и органеллах клеток организма происходят различные биохимические процессы, в ходе которых поступившие вещества преобразуются, расходуются с определенными целями (например, для получения энергии). Из них могут образовываться как полезные, так и вредные для организма продукты. Последние должны быть выведены во внешнюю среду. Выведение отработанных продуктов осуществляют почки, легкие, в меньшей степени кожа и органы желудочно-кишечного тракта.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность физиологических процессов, направленных на обеспечение организма необходимыми для его жизнедеятельности веществами, их превращение и использование для получения энергии и построения клеточных структур, и в конечном итоге на удаление во внешнюю среду ненужных продуктов происшедших реакций. В более узком смысле метаболизм — это пути превращений какого-либо вещества (или веществ) в организме (например, метаболизм глюкозы).

В организме постоянно происходят процессы синтеза и распада различных структур. В частности, в клетках образуются разнообразные вещества, используемые для построения клеточных мембран, органелл и их обновления. Синтез новых веществ протекает с затратой энергии и требует исходных материалов. Последние поступают в организм либо с пищей, либо образуются при распаде старых структур. Реакции, направленные на синтез новых молекул, называются анаболическими. Часть обмена веществ, которая включает все анаболические реакции, происходящие в организме, называется пластическим обменом (анаболизмом, ассимиляцией).

Для осуществления процессов пластического обмена необходима энергия. Она образуется в результате распада сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов) на более простые компоненты, вплоть до воды и углекислого газа. Реакции распада, сопровождающиеся выделением энергии, называются катаболическими. Все катаболические реакции составляют энергетический обмен (катаболизм, диссимиляцию). Все реакции пластического и энергетического обменов осуществляются с помощью биологических катализаторов — ферментов (энзимов).

Таким образом, метаболизм включает в себя два прямо противоположных процесса: анаболизм и катаболизм. Они взаимно переходят друг в друга, происходят в организме совместно в течение всей жизни. Преобладание одного из них приводит к соответствующим изменениям в обмене веществ. При повышенной ассимиляции организм растет, развивается. В случае преобладания реакций диссимиляции происходит активный распад структурных элементов клеток. Это ведет к истощению, старению человека. В детском возрасте пре­ обладают реакции пластического обмена. По мере старения организма увеличивается роль катаболических процессов, постепенно угнетается синтез новых веществ.

Виды обмена веществ

Основные вещества, поступающие в организм, — это вода и растворенные в ней минеральные соли, белки, жиры, углеводы и витамины. Каждое из этих веществ имеет определенное назначение для организма, для каждого из них характерны свои пути метаболизма. Таким образом, различают следующие виды обмена веществ: обмен воды и минеральных солей, обмен белков, обмен жиров и обмен углеводов. Витамины играют преимущественно роль катализаторов биохимических процессов, так как большинство из них входят в состав ферментов.

Обмен воды и минеральных солей. В различных тканях вода составляет от 10 (в жировой) до 90 % (кровь, лимфа). В среднем на ее долю приходится 65 —70 % массы тела.

В течение 1 сут в нормальных условиях человек потребляет обычно 1,5 —2,5 л воды. Такое же количество выводится почками с мочой, через кожу — с потом, через легкие — в виде водяных паров. Однако объем выделяемой почками воды зависит от окружающей температуры и может возрастать или уменьшаться в несколько раз.

Вода не может служить источником энергии для организма, но она выполняет ряд других жизненно важных функций:

1) является универсальным растворителем — практически все вещества клеток и внеклеточных структур растворены в воде, поэтому именно в ней происходят основные метаболические процессы;

2) обеспечивает поступление в организм растворенных в ней минеральных веществ и водорастворимых витаминов;

3) препятствует переохлаждению организма, так как обладает высокой теплоемкостью;

4) обеспечивает защиту организма от перегревания за счет испарения с поверхности кожи и слизистых оболочек;

5) включается в важнейшие биохимические процессы, образуется в их ходе.

Минеральные вещества также не являются источниками энергии. Они выполняют разнообразные функции. Из всех минеральных веществ наш организм наиболее богат натрием. Он содержится во внеклеточном пространстве и плазме крови в значительно больших количествах, чем в клетках. С ним связывают такой сложный процесс, как проведение импульсов в нервной системе. Натрий играет важную роль в процессах выделения. Он необходим для поддержания осмотического давления жидкостей организма. Избыточное гидростатическое давление на раствор, отделенный от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия через мембрану, называется осмотическим давлением.

Ионы калия в отличие от ионов натрия содержатся преимущественно в цитоплазме клеток. Калий также необходим организму для проведения нервных импульсов, нормальной работы сердечной мышцы.

Кальций и фосфор в больших количествах содержатся в костях; кальций, фосфор и фтор — в эмали зубов. Кальций также необходим для мышечного сокращения, синаптической передачи нервного импульса. Он является одним из факторов свертывающей системы крови. Железо входит в состав гемоглобина. При его недостатке возни­ кают железодефицитные анемии.

Анионы йода играют важную роль в гуморальной регуляции функций организма, так как они входят в состав гормонов щитовидной железы. Хлор является основным анионом внутри- и внеклеточной жидкостей организма. Он играет роль в процессах передачи нервного импульса, в синаптической передаче, в образовании соляной кислоты желудочного сока. Цинк, медь, магний, кобальт, железо входят в состав многих ферментов.

При недостатке поступления какого-либо из этих химических элементов возникают заболевания, сопровождающиеся тяжелыми нарушениями обмена веществ.

Обмен белков. Ф. Энгельс отметил, что «жизнь — есть способ существования белковых тел». Действительно, все живое на планете состоит из азотсодержащих соединений, являющихся структурной основой белков.

Белки состоят из аминокислот. В организме человека выделены 20 белокобразующих аминокислот, 10 из них являются заменимыми, а 10 незаменимыми. Заменимые аминокислоты могут быть синтезированы клетками организма из других аминокислот, незаменимые не могут синтезироваться из других веществ и должны в обязательном порядке поступать с пищей. Белки пищи, содержащие полный набор аминокислот, называются полноценными. Как правило, полноценные белки имеют животное происхождение. В неполноценном белке отсутствует хотя бы одна из незаменимых аминокислот. Долговременное отсутствие в рационе даже одной аминокислоты приводит к тяжелым заболеваниям.

В ротовой полости, глотке, пищеводе белки не подвергаются воз­ действию специфических ферментов. Переваривание белков начинается в желудке под действием пепсина, который расщепляет их на молекулы меньшего размера (полипептиды).

В тонкой кишке на полипептиды воздействуют ферменты кишечного и панкреатического соков (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, аминопептидаза). Они расщепляют белки до аминокислот, которые и всасываются в кровь в тонкой кишке. С током крови они проходят через печень, где гепатоциты синтезируют из части поступивших аминокислот белки крови, в том числе белки свертывающей системы. Далее аминокислоты поступают в общий кровоток и переносятся ко всем органам и тканям. В клетках они необходимы в первую очередь для построения собственных белков, специфичных для организма. Процесс синтеза белка происходит на рибосомах (полисомах) под действием различных ферментов. Генетическая информация о структуре белка организма записана на «матрице» — молекуле ДНК. После завершения синтеза первичной структуры белковой молекулы происходит образование вторичной, третичной структуры в комплексе Гольджи.

Обязательным компонентом молекул аминокислот является азот, поэтому определив количество азота, поступившего с пищей и удаленного из организма, можно охарактеризовать белковый обмен. В среднем человеческому организму в сутки необходимо 100— 110 г белка. Соотношение количества азота, поступившего в организм и удаленного из него, называют азотистым балансом. У взрослого человека в норме количество белка, поступившего в организм, равно количеству распавшегося. Это соотношение можно определить понятием азотистое равновесие. При азотистом равновесии количество азота, поступающего в организм с белками, соответствует количеству азота, выводимого из организма с мочевиной и другими веществами.

В детском возрасте в связи с процессами роста количество по­ ступающего белка превышает его распад, следовательно, организм ребенка потребляет азота больше, чем выделяет. Такой уровень белкового обмена наблюдается у больных в стадии выздоровления и в ряде других ситуаций. Это называется положительным азотистым балансом. В старческом возрасте, при длительном голодании и у ослабленных больных процессы распада белка преобладают над его поступлением — азот из организма выделяется в больших количествах, чем поступает. В этом случае имеет место отрицательный азотистый баланс, или азотистый дефицит.

В целом белки выполняют в организме следующие основные функции:

1) пластическую (они необходимы для построения клеточных мембран, органелл, внеклеточных структур);

2) ферментативную (все ферменты в природе — белки);

3) регуляторную (некоторые белки являются гормонами, напри­ мер инсулин; из определенных аминокислот в организме также могут быть синтезированы гормоны или медиаторы — адреналин, нор- адреналин, дофамин);

4) энергетическую — белки могут выступать в роли источников энергии: при расщеплении 1 г белка образуется 17,6 кДж энергии;

5) специфические функции (актин и миозин в мышечной ткани выполняют сократительную, фибриноген сыворотки крови — свертывающую, иммуноглобулины крови — защитную и т.д.).

Следует отметить, что белки не могут быть синтезированы из углеводов или жиров. В то же время при недостатке в организме жиров или углеводов они могут использоваться для синтеза этих веществ. Белки не депонируются в организме и при их дефиците происходит разрушение белков крови (например, антител) или белковых структур ряда органов и тканей. Освободившиеся при этом аминокислоты являются исходным материалом для обеспечения жизнедеятельности остальных клеток организма. В обычных условиях белки практически не служат источником обеспечения организма энергией, они участвуют преимущественно в пластическом обмене.

Конечный распад белков приводит к образованию воды, углекислого газа и аммиака, который затем преобразуется в мочевину.

На обмен белков влияют различные гуморальные факторы. Гормон роста (соматотропин), гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин) оказывают анаболическое действие на метаболизм белков. Глюкокортикоиды, глюкагон угнетают синтез белка в клетках, увеличивают скорость выведения азота из организма.

Обмен углеводов. Основным углеводом для организма человека является глюкоза. Углеводы поступают в организм в основном в виде полисахаридов (крахмала и гликогена) и дисахаридов (например, сахарозы). Под действием амилазы, содержащейся в слюне, а также кишечном и панкреатическом соках, из них образуются моносахариды (глюкоза, фруктоза и др.), которые всасываются в кишечнике. По воротной вене глюкоза поступает в печень. Здесь большая ее часть идет на образование гликогена — высокомолекулярного вещества, являющегося полимером глюкозы. По мере увеличения потребности организма в глюкозе от гликогена отщепляются остатки этого моносахарида. Они и переходят в кровь для доставки к органам и тканям. Гликоген образуется также в мышечной ткани и в небольшом количестве в других внутренних органах, за исключением головного мозга.

Поступление глюкозы в клетки регулирует гормон инсулин. Он увеличивает ее количество в клетках и уменьшает в плазме крови. Под действием инсулина происходит активный синтез гликогена. Таким образом, он отвечает за утилизацию глюкозы. К гормонам, увеличивающим количество свободной глюкозы в плазме крови, относятся адреналин, глюкагон и др. Нормальная концентрация это­ го моносахарида в крови — 4,2 —6,4 ммоль/л. Понижение уровня глюкозы ниже 4,2 ммоль/л называется гипогликемией. Наоборот, повышение ее уровня выше нормы — гипергликемией. У здоровых людей глюкоза с мочой не выделяется. Однако при увеличении ее концентрации в крови до 10 ммоль/л она появляется в моче, что наблюдается при сахарном диабете.

В клетках организма большая часть глюкозы идет на обеспечение энергетических потребностей. При распаде 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии. Конечные продукты выводятся через почки (Н20) и легкие (С02). Больше других органов в глюкозе нуждается головной мозг. Ее расщепление происходит путем гликолиза (анаэробное, бескислородное окисление) и в цикле лимонной кислоты (в цикле Кребса) — аэробном, кислородном окислении. При этом выделяет­ ся 2 и 36 молекул АТФ соответственно (всего — 38 молекул АТФ). Помимо функции энергообразования углеводы могут быть использованы организмом и для синтеза, например для образования гли­ копротеинов. При недостатке в организме жиров часть углеводов может расходоваться на их синтез. Однако для образования аминокислот они использоваться не могут. Наоборот, при недостатке в организме углеводов они могут быть синтезированы из жиров и бел­ ков.

В сутки человек должен потреблять 400—500 г углеводов. Таким образом, они являются основным компонентом в питании человека (по массе).

Обмен жиров. Жиры состоят из глицерина и высших карбоновых кислот. Они являются гидрофобными соединениями, т.е. плохо растворяются в воде. После обработки пищи в ротовой полости и желудке химус содержит их в виде крупных скоплений, капель. В таком состоянии они не могут быть подвержены действию ферментов пищеварительных соков. Желчные кислоты, содержащиеся в желчи, эмульгируют жиры, т. е. образуют из них более мелкие капли. После этого начинают действовать липазы кишечного и панкреатического соков. Они последовательно отщепляют от глицерина остатки жирных кислот. В результате образуются три молекулы высших карбоновых кислот и одна молекула глицерина. Они пере­ носятся из просвета кишечника в эпителий ворсинок тонкой кишки. Там образуются молекулы липидов, свойственные данному организму. После синтеза собственных, специфичных для организма, жиров они переходят из клеток эпителия преимущественно в лимфатический (млечный) капилляр ворсинки тонкой кишки. С током лимфы, минуя печень, липиды попадают в кровь и далее направляются ко всем клеткам и тканям. Наибольшее количество липидов содержится в жировой ткани (до 90 %). Основные запасы жира находятся в организме в подкожной жировой клетчатке и в клетчаточных пространствах брюшной полости.

Липиды выполняют в организме ряд важных функций:

1) являются компонентами клеточных структур (например, фосфолипиды мембран);

2) при их распаде до С02 и Н20 образуется большое количество энергии (1 г жиров дает 38,9 кДж энергии), при недостаточном питании жиры используются организмом как резерв энергии;

3) многие гормоны имеют липидную природу;

4) вместе с жирами в организм поступают некоторые витамины (A, D, Е, К);

5) жиры подкожной жировой клетчатки плохо проводят тепло и, следовательно, принимают участие в поддержании температурного гомеостаза организма.

Синтез липидов в организме стимулирует, например, инсулин. Распад жиров в клетках активируют гормоны мозгового вещества надпочечников (адреналин, норадреналин), гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин).

Следует отметить, что при избыточном потреблении жиров (в норме около 100 г в сутки) они накапливаются в депо и возникает ожирение, сопровождающееся тяжелыми нарушениями обмена веществ. Жиры играют огромную роль в образовании атеросклеротических бляшек. При высоком содержании липидов в плазме крови (особенно холестерина) они оседают на стенках сосудов. Образовавшиеся бляшки закупоривают сосуды, препятствуя нормальному кровотоку.

Избыточное потребление углеводов также может привести к этому состоянию, так как углеводы могут превращаться в жиры путем сложных биохимических превращений.

Жиры могут синтезироваться из углеводов и белков. В общем виде направления превращений питательных веществ можно представить следующей схемой:

Для нормального функционирования человеческого организма важное значение имеет не только поступление необходимого количества питательных веществ, но и их процентное соотношение. Наиболее адекватным считается соотношение белков, жиров и углеводов в пропорции 1:1:4.

Витамины

Витамины — биологически активные вещества, необходимые в малых количествах для процессов обмена веществ и поддержания нормальной жизнедеятельности организма. Термин «витамин» образуется от лат. vita — жизнь, амины — одна из групп химических веществ, имеющих в своем составе атом азота. Первые открытые витамины относились именно к этой химической группе. Однако впоследствии были обнаружены вещества, не относящиеся к аминам, но выполняющие в организме функцию витаминов.

Большинство витаминов необходимы для нормального протекания ферментативных процессов. Многие из них являются коферментами — веществами, которые соединяются с белковой молекулой фермента и делают ее способной к осуществлению своей функции. Для нормальной жизнедеятельности организму необходимы небольшие количества витаминов, измеряющиеся миллиграммами в сутки. Они поступают с пищей, некоторые их них вырабатываются бактериями в кишечнике, синтезируются в организме. Для того чтобы в пище сохранялось наибольшее количество витаминов, необходимо сокращать продолжительность ее термической обработки и обеспечивать надлежащее хранение. Необходимо отметить, что при контакте с металлами большинство витаминов инактивируется, что нужно учитывать при выборе посуды для хранения пищевых продуктов.

При поступлении в организм витаминов в количествах, не соответствующих потребностям человека, возникают заболевания, связанные с нарушениями обмена веществ. При их недостаточном поступлении возникают гиповитаминозы, что наблюдается достаточно часто в конце зимы и начале весны из-за уменьшения потребления свежих овощей и фруктов, которые богаты витаминами. Если в пище полностью отсутствуют необходимые витамины, то развиваются авитаминозы. Нарушения обмена веществ, связанные с избыточным поступлением витаминов, называются гипервитаминозами. Они встречаются очень редко. Для возникновения гипервитаминоза необходимо, чтобы количество какого-либо витамина превышало норму в тысячи раз. Такие состояния стали возможны благодаря развитию фармацевтической промышленности и связаны с неумеренным употреблением витаминов в виде различных препаратов.

Все витамины подразделяют на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые витамины поступают в организм с жирами пищи, без которых невозможно их всасывание. К ним относят витамины A, D, Е, К. Водорастворимые витамины — это витамины группы В, С.

Жирорастворимые витамины. Витамин А — ретинол, является составной частью зрительного пигмента родопсина. Помимо этого он оказывает влияние на регенерацию эпителия кожи, роговицы. При недостатке витамина возникает заболевание, называемое куриной слепотой. Оно заключается в нарушении сумеречного зрения, т.е. в утрате способности видеть в условиях слабого освещения. Позднее поражается эпителий кожи и роговицы глаза.

Ретинол содержится в виде провитамина А (каротина) в моркови, перце, шпинате и некоторых других растительных продуктах. В печени, яйцах, масле и молоке содержится собственно вита­ мин А. Суточная потребность в витамине составляет 2,5 мг.

Витамин D — кальциферол, антирахитический витамин, участвует в регуляции обмена кальция и фосфора в организме, влияет на нормальное развитие костной ткани. Недостаток кальциферола вызывает заболевание рахит, которым страдают преимущественно дети. Заболевание сопровождается размягчением и искривлением костей, нарушениями в работе нервной системы.

Витамин D содержится в рыбьем жире, яйцах, масле, молоке. Активные его формы могут образовываться в коже под действием ультрафиолетовых лучей солнечного света. Поэтому для излечения легких форм гиповитаминоза можно принимать солнечные ванны. Суточная потребность в витамине D составляет 2,5 мкг.

Витамин Е — токоферол, антистерильный витамин. Недостаток его у животных вызывает бесплодие. У человека он также отвечает за половую функцию. Установлено, что витамин Е препятствует старению, снижает интенсивность процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран (антиоксидантный эффект), уменьшает потребность клеток в кислороде, развивает у них устойчивость к повышенным концентрациям углекислого газа (антигипоксантный эф­ фект). Витамин содержится в злаках, маслах, зеленых овощах. Суточная потребность в витамине Е составляет 15 мг.

Витамин К — это группа веществ, получивших общее название — филлохиноны. Они необходимы для синтеза многих факторов свертывания крови. Недостаток витамина К вызывает нарушения в процессе образования тромба. Следовательно, при авитаминозах и гиповитаминозах часто возникают неожиданные кровотечения. Он содержится в овощах (шпинате, капусте и др.), печени и может быть синтезирован микрофлорой кишечника. Суточная потребность в витамине К составляет 1 мг.

Водорастворимые витамины. Витамин С — аскорбиновая кислота, противоцинготный витамин, участвует в образовании основного белка соединительной ткани — коллагена. Он необходим для укрепления стенок сосудов, формирования здоровой кожи, укрепляет мембраны клеток. Витамин С увеличивает устойчивость организма к инфекциям. При его недостатке возникает заболевание — цинга. У больных цингой поражаются кровеносные сосуды, стенка их значительно ослабевает, в результате часто возникают небольшие кровоизлияния, появляется кровоточивость десен; выпадают зубы. Снижается также сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, плохо заживают раны. Витамин содержится в свежих фруктах, ягодах и овощах. Особенно им богаты шиповник, черная смородина, клюква, цитрусовые. Суточная потребность в витамине С составляет 50—100 мг.

Витамин В1 — тиамин, антиневритный витамин, необходим для нормального функционирования ферментных систем, отвечающих за обмен углеводов и жиров. При недостатке витамина возни­ кает заболевание — бери-бери. Оно проявляется нарушением функционирования нервной системы, сердечно-сосудистой системы, органов желудочно-кишечного тракта. Витамин содержится в злаковых и бобовых культурах, печени, яйцах, пивных дрожжах.

Витамин В2 — рибофлавин, входит в состав ферментов, принимающих участие в обеспечении тканевого дыхания. При недостатке витамина возникают нарушения зрения, остановка роста (у детей), выпадение волос, воспаление слизистых оболочек, мышечная слабость. Витамин В2 содержится в зерновых и бобовых культурах, печени, яйцах, молоке, пивных дрожжах.

Витамин В3 — пантотеновая кислота, является составной частью кофермента А, который играет важную роль практически во всех процессах обмена веществ. Гиповитаминоз встречается крайне редко. Витамин имеется практически во всех растительных и животных продуктах.

Витамин В5 — никотиновая кислота, антипеллагрический витамин, витамин РР — необходим для синтеза ферментов, прини­ мающих участие в тканевом дыхании, окислительно-восстановительных реакциях, в белковом, жировом и углеводном обменах. Авитаминоз витамина РР — пеллагра, сопровождается воспалением кожи, нарушением функций центральной нервной системы и органов ЖКТ. Витамин содержится в мясе, печени, яйцах, рыбе, пивных дрожжах, в некоторых зерновых и бобовых культурах.

Витамин В6 — пиридоксин — используется организмом как ко- фермент многих энзимов белкового обмена. Витамин необходим для нормального процесса кроветворения. При авитаминозе возникают анемия, поражения кожи, нарушение функций центральной нервной системы. Витамин содержится в большинстве животных и растительных продуктов.

Витамин В8 — биотин, витамин Н — является коферментом многих энзимов, которые принимают участие в метаболизме углеводов и жирных кислот. Содержится в молоке, печени, синтезируется микрофлорой кишечника. Авитаминоз проявляется в первую очередь в виде поражений кожи.

Витамин В9 — фолиевая кислота, витамин Вс — участвует в синтезе пуриновых нуклеотидов и влияет на образование ДНК и РНК. При авитаминозе нарушается нормальное кроветворение, возникает анемия. Источниками витамина В9 являются печень, зелень,

он может синтезироваться микрофлорой кишечника.

Витамин В12 — цианкобаламин. Основная функция этого витамина — участие в кроветворении. Следует отметить, что всасывание витамина В12 возможно только после его соединения с внутренним фактором Кастла. Последний вырабатывается железами желудка. Поэтому дефицит цианкобаламина возникает вследствие двух причин: при недостаточном поступлении витамина с пищей или при недостаточной выработке внутреннего фактора Кастла (в результате оперативного удаления желудка или хронического гастрита). Дефицит витамина В12 приводит к злокачественной (пернициозной) анемии. При этом в крови появляются гигантские эритроциты, которые плохо переносят кислород. Витамин содержится в большинстве животных продуктов, особенно в печени. Суточная потребность в витаминах группы В составляет 20 — 25 мг.

Распад и окисление органических веществ в клетках

Для жизнедеятельности организма постоянно требуется энергия. Она образуется при распаде органических соединений — в основном углеводов и жиров, в меньшей степени — белков. Белки нужны организму человека для обеспечения анаболических процессов. Энергия выделяется при разрушении химических связей между атомами этих молекул. Частично она рассеивается в виде тепла, а частично запасается в виде АТФ (аденозинтрифосфат). Соотношение между рассеянной энергией и запасенной примерно 1:1.

В молекуле АТФ между остатками фосфорной кислоты имеются макроэргические связи, при разрыве которых выделяется большое количество энергии. Разрыв связей при гидролизе молекул АТФ осу­ ществляется последовательно до АДФ (аденозиндифосфата) и АМФ (аденозинмонофосфата). Энергия, запасенная в АТФ, может быть использована клетками организма по мере необходимости. Таким образом, АТФ — универсальный аккумулятор энергии в клетке.

Сущностью процесса образования АТФ является фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ. Одна­ ко для этого необходима энергия, которая образуется в результате распада сложных органических молекул и тканевого дыхания. В качестве примера можно рассмотреть образование АТФ при распаде одной молекулы глюкозы (С6Н1206). Полное расщепление глюкозы до углекислого газа и воды в клетке требует прохождения анаэробного (бескислородного) и аэробного (с участием кислорода) процессов ее окисления (рис. 10.1).

Гликолиз (анаэробное окисление). Происходит в цитоплазме клетки без участия кислорода. В последнее время установлено, что гликолиз может активно протекать с высокой скоростью и в аэроб-

Распад и окисление глюкозы в клетке

При гликолизе происходят последовательно 10 биохимических реакций, каждая из которых катализируется своим ферментом. При достаточном количестве кислорода в клетке конечным продуктом анаэробного окисления является пировиноградная кис­ лота (ПВК). При недостатке кислорода в клетке происходит еще одна, одиннадцатая, реакция гликолиза, в результате которой из ПВК образуется молочная кислота. В процессе 10 реакций гликолиза образуются две молекулы ПВК и две молекулы АТФ.

Дефицит кислорода наблюдается в клетках, например, в случае чрезмерной физической нагрузки. При этом в цитоплазме происходит активация гликолитических процессов и в большом количестве из глюкозы образуется молочная кислота (лактат). Это вещество не может быть использовано клеткой в дальнейшем и удаляется из нее. При значительном накоплении лактата возникают болезненные ощущения, связанные с закислением внутренней среды организма.

Аэробное окисление. ПВК поступает из цитоплазмы клетки в ми­ тохондрии, где происходит ее декарбоксилирование до уксусной кислоты, которая «сгорает» в цикле Кребса до углекислоты с освобождением протонов водорода. В дыхательной цепи протоны водорода соединяются с кислородом, образуя воду. При этом происходит синтез 36 молекул АТФ. Суммарная реакция распада глюкозы вы­ глядит следующим образом:

С6Н1206 + 602 -» 6С02 + 6Н20 + Q (энергия)

Тканевое дыхание. Так называют обмен газов, происходящий в клетках при биологическом окислении питательных веществ. В ходе окислительных процессов клетки выделяют конечный продукт метаболизма — углекислый газ и одновременно поглощают из кровеносных капилляров кислород. При этом атомы водорода, образующиеся при окислении глюкозы, переносятся на ферменты внутренней мембраны митохондрий. Это так называемая дыхательная транспортная цепь. Водород взаимодействует с кислородом, образуя воду. Ток протонов водорода характеризуется значительным выделением энергии, которая расходуется на синтез АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты. В результате этих реакций при окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. При этом недостаток кислорода лимитирует окислительные реакции значительно сильнее, чем неадекватное удаление углекислого газа.

Энергия, аккумулированная в АТФ, используется организмом для поддержания всех его функций, жизненных процессов:

1) синтеза новых органических веществ, свойственных организму (белков, жиров, углеводов, ДНК), образования новых клеточных структур и органелл;

2) осуществления основных жизненных процессов в клетке (митоза, транспорта веществ в клетку и др.);

3) поддержания температурного гомеостаза организма.

4) поддержания температурного гомеостаза организма.

Контрольные вопросы.

1.Дайте определение понятия «метаболизм».

2. Какие виды обмена веществ происходят в организме человека?

3. Какие функции в организме человека выполняет вода?

4. Каковы потребности человеческого организма в белках, жирах и уг леводах?

5. Перечислите функции белков.

6. Охарактеризуйте значение липидов для человека.

7. Что такое азотистый баланс? Перечислите его виды.

8. Как классифицируют витамины? Какую роль они играют в организме?

9. Дайте определение основного обмена.

10. Какую роль выполняет эндокринная система в регуляции обмена веществ?

Термины

Обмен веществ и энергии — основной признак, присущий всем живым существам.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность физиологических процессов, направленных на обеспечение организма необходимыми для его жизнедеятельности веществами.

Азотистый баланс положительный — состояние азотистого обмена, при котором вводимое с пищей количество азота превышает выводимое из организма;

Отрицательный азотистый баланс (состояние, при котором количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего) характеризуется избыточным выделением мочевины из организма.

Реакции распада, сопровождающиеся выделением энергии, называются катаболическими. Все катаболические реакции составляют энергетический обмен (катаболизм, диссимиляцию).

Для осуществления процессов пластического обмена необходима энергия. Она образуется в результате распада сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов) на более простые компоненты, вплоть до воды и углекислого газа.

фермент - биологических катализаторов .

Ситуационные задачи: (элемент задание)

Для закрепления теоретических знаний и овладения практическими навыками и умениями в условиях применения электронного образования и дистанционных образовательных технологий в учебном процессе предлагаем выполнить индивидуальное задание с целью формирования компетенций, предусмотренных ФГОС и рабочей программой дисциплины.

Задача 1.Кондитер столовой со стажем работы 15 лет, женщина, 45 лет, рост 165 см, большая любительница сладких и мучных блюд, в последние 2 года стала отмечать отложение жира в подкожной клетчатке преимущественно на животе, груди, шее, спине, в области таза, также одышку, быструю утомляемость, боли в области сердца. При росте 165 см в течение последних 2 лет масса тела увеличилась от 65 кг до 82 кг.

Ваше мнение о предполагаемом диагнозе и возможных последствиях этого заболевания.

Ответ: У женщины следует предположить ожирение II степени (тучность), причиной которого является нарушение обмена веществ, связанное, возможно с избыточным употреблением пищи, очень богатой углеводами и жирами. На это указывает увеличение массы тела примерно на 25% (от 65 до 82 кг) за последние 2 года. Нормально принято считать массу тела, примерно соответствующую цифрам роста в сантиметрах минус 100 (человек с ростом 165 см должен иметь массу тела около 65 кг). Избыток массы тела по отношению к так называемой идеальной (нормальной) массе на 10-20% является ожирением I степени, на 20-30% - II степени, на 30-50% и более – III степени.

При ожирении вследствие нарушения обмена веществ могут наблюдаться желчнокаменная, мочекаменная болезни, деформация суставов, атеросклероз. Вследствие атеросклероза венечных артерий сердца ухудшается кровообращение в миокарде, что ведёт к развитию ишемической болезни сердца: стенокардии, инфаркту миокарда, кардиосклерозу. Сердечно-сосудистые заболевания у больных ожирением возникают примерно в 2 раза чаще, чем у людей с нормальной массой тела.

Задача 5. У ребёнка со сниженным поступлением витамина D с пищевыми продуктами и недостаточным пребыванием на воздухе при солнечном свете стали наблюдаться судороги мышц, и появилась деформация костей нижних конечностей. Объясните причину появления судорог мышц и деформации костей.

Ответ: Сниженное поступление витамина D в организм ребёнка и недостаточное пребывание его на солнце приводит к нарушению всасывания ионов кальция из кишечника. Недостаток последнего способствует резкому повышению возбудимости центральной нервной системы, что служит причиной судорог. Кроме того, при недостатке витамина D нарушается окостенение и рост костей, наблюдается декальцификация и остеомаляция их с последующей деформацией.

Задача № 1.

Работник информационного центра в целях снижения веса решает перейти на питание растительной пищей.

Вопросы:

1. Как влияет употребление углеводов на величину общего обмена?

2. Чему равна суточная потребность человека в углеводах?

3. При каких состояниях у человека наблюдается положительный азотистый баланс?

4. Как называется количество тепла выделяемое при сгорании одного грамма пищевого вещества в организме?

5. Какое название носит закон.определяющий взаимозаменяемость отдельных питательных веществ в соответствии с их теплотворной способностью?

Ответы:

1. Увеличивается на 15%;

2. 400-500гр;

3. Рост организма, беременность, период выздоровления после тяжелого заболевания, Спортивные тренировки;

4. Калорическая ценность пищевого продукта;

5. Изодинамия питательных веществ.

Задача №2.

За полярным кругом местные жители питаются преимущественно пищей, содержащей мясные продукты (рыба, мясо).

Вопросы:

1. Как и на сколько изменяется основной обмен после приема белковой пищи

2. Чему равна суточная потребность белка у человека среднего возраста?

3. Какие гормоны усиливают распад белков в тканях?

4. Каким термином называют влияние приема пищи усиливающее обмен веществ и энергетические затраты?

5. Как изменяется в крови количество тироксина и адреналина при снижении температуры окружающей среды?

Ответы:

1. Увеличивается на 30%;

2. 80-130гр;

3. Глюкокортикоиды;

4. Специфически – динамическое действие пищи;

5. Повышается.

Задача №3.

Тучный человек просит врача составить пищевой рацион для организации рационального питания.

Вопросы:

1. Что необходимо знать для составления пищевого рациона?

2. Каким термином обозначают состав и количество продуктов питания необходимых человеку в сутки?

3. Как называется метод определения расхода энергии по количеству образовавшегося тепла в организме?

4. Чему равна суточная потребность в жирах человека среднего возраста?

5. Какому отделу ЦНС принадлежит ведущая роль в регуляции обмена веществ?

Ответы:

1. Род занятий, суточный расход энергии.пол, возраст, калорическая ценность продуктов;

2. Пищевой рацион;

3. Калориметрия;

4. 70-100гр;

5. Гипоталамус.

Задача №4.

При подготовки космонавтов к космическому полету определяют величину основного обмена.

Вопросы:

1. При каких условиях определяют основный обмен?

2. Какие показатели необходимо знать для расчета основного обмена методом полного газоанализа?

3. Как называется отношение объемов выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода?

4. Как называется количество тепла выделяемое при сгорании пищевого вещества в 1 л кислорода?

5. Объем какого газа необходимо знать, чтобы определить величину основного газообмена методом неполного газоанализа?

Ответы:

1. Физический и эмоциональный покой, в положении лежа, натощак, через сутки после приема белковой пищи, при температуре комфорта;

2. Количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа;

3. Дыхательный коэффициент;

4. Калорический эквивалент кислорода;

5. Поглощенного О₂.

Выбрать один правильный ответ:

1. Пластическим обменом (ассимиляцией) называют процессы:

   1. теплообмена между организмом и окружающей средой;

   2. высвобождения энергии в организме в результате разрыва химических связей молекул белков, жиров и углеводов;

   3. синтеза из продуктов расщепления поступивших в организм пищевых веществ нужных организму соединений и построения необходимых структур;

   4. передвижения пищевых веществ по пищеварительному каналу.

1. Энергетическим обменом (диссимиляцией) называют процессы:

   1. теплообмена между организмом и окружающей средой;

   2. высвобождения энергии в организме в результате разрыва химических связей молекул белков, жиров и углеводов;

   3. синтеза из продуктов расщепления поступивших в организм пищевых веществ нужных организму соединений и построения необходимых структур;

   4. передвижения пищевых веществ по пищеварительному каналу.

1. В клетках организма человека энергия высвобождается и накапливается в:

   1. рибосомах в виде белков;

   2. митохондриях в виде АТФ;

   3. цитоплазме клетки в виде РНК;

   4. ядре клетки в виде ДНК.

1. Переносчиком энергии в клетке является:

   1. АТФ;

   2. информационная РНК;

   3. комплекс Гольджи;

   4. транспортная.

1. В организме человека из органических веществ наиболее широкое применение имеют:

   1. жиры;

   2. углеводы;

   3. белки;

   4. витамины.

1. Специфичность белков заключается в:

   1. наборе химических элементов, составляющих молекулу белка;

   2. числе реакционных групп, входящих в молекулу белка;

   3. количестве содержащихся в молекуле незаменимых аминокислот;

   4. числе, разнообразии и последовательности расположения аминокислот в молекуле.

1. Полноценными называют белки:

   1. высвобождающие при окислении наибольшее количество энергии;

   2. содержащиеся в продуктах растительного происхождения;

   3. не содержащие всех аминокислот, необходимых для построения белков организма;

   4. содержащие все аминокислоты, необходимые для синтеза белков в организме.

1. При распаде белков образуется ядовитое вещество:

   1. аммиак;

   2. окись азота;

   3. мочевина;

   4. углекислый газ.

1. Аммиак в организме человека обезвреживается в:

   1. крови;

   2. лимфе;

   3. печени;

   4. кишечнике.

1. Обезвреживание аммиака в организме происходит путём превращения его главным образом в:

   1. азот;

   2. мочевину;

   3. окислы азота;

   4. азотную кислоту.

1. Взрослому человеку, не занятому тяжелой работой, требуется в сутки белка:

   1. 50-60 г;

   2. 80-100 г;

   3. 120-140 г;

   4. 160-200 г.

1. Углеводы всасываются в кровь в виде:

   1. полисахаридов;

   2. гликогена;

   3. дисахаридов;

   4. моносахаридов.

1. Углеводы откладываются в организме человека в запас в виде:

   1. крахмала;

   2. глюкозы;

   3. гликогена;

   4. глицерина.

1. Взрослому человеку, не занятому тяжелой работой, требуется в сутки углеводов:

   1. 150-200 г;

   2. 250-300 г;

   3. 350-400 г;

   4. 550-600 г.

1. Продукты расщепления жиров в ворсинках всасываются преимущественно в:

   1. артерии;

   2. кровеносные капилляры;

   3. лимфатические капилляры;

   4. вены.

1 – 3

2 – 2

3 – 2

4 – 1

5 – 3

6 – 4

7 – 4

8 – 1

9 – 3

10 – 2

11 – 2

12 – 4

13 – 3

14 – 3

15 – 3

16 – 80 – 100 г

17 – подкожной клетчаткой

18 – А, Д, Е, К

19 – растворителем

20 – 2,0 – 2,5 л

21 – фосфора и кальция

22 – железа

23 – Д

24 – А

25 – К

Дополнить:

1. Взрослому человеку, не занятому тяжелой работой, требуется в сутки жира от ____ до ____ г.

1. В организме человека больше всего жира откладывается в запас в ______ _______.

1. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины _________________.

1. Значение воды в организме человека в том, что она является хорошим __________.

1. Взрослому человеку при нормальных условиях необходимо в сутки воды в количестве __________ л.

1. Рост костей в организме человека зависит от обмена макроэлементов ________и _________ .

1. Образование гемоглобина тесно связано с обменом в организме микроэлемента____________ .

1. В коже человека под воздействием ультрафиолетовых лучей вырабатывается витамин ____________.

1. Из растительного пигмента каротина в организме человека образуется витамин __________.

1. При недостатке витамина _________ наблюдается нарушение свертываемости крови и подкожные кровоизлияния.

Закрепление

5.6.Обмен энергии и тепла. Терморегуляция организма

Основной обмен. Это минимальный уровень энерготрат, который необходим для поддержания жизненных функций организма в условиях полного физического и эмоционального покоя. Таким об­ разом, данный показатель характеризует количество энергии, необходимой только для функционирования внутренних органов (сердца, легких, почек, печени и др.) и поддержания необходимой температуры тела. Измеряется он в утренние часы с помощью специальных приборов — калориметров. Испытуемый должен находиться в лежачем положении. Измерение проводят натощак, при максимальном расслаблении мышц, при этом внешняя температура поддерживается на уровне 22 °С. Приборы фиксируют выделяемое организмом тепло. Это так называемый метод прямой калориметрии. Было установлено, что величина основного обмена для взрослого мужчины составляет примерно 4,2 кДж на 1 кг массы тела в час, т.е. 7200 кДж в сутки (для человека массой 72 кг). Величина основного обмена у женщин несколько ниже. Этот показатель уменьшается с возрастом.

На практике чаще используют метод непрямой калориметрии. Определяют объем легочной вентиляции, а затем количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода называют дыхательным коэффициентом. По величине последнего можно судить о характере окислительных процессов в организме.

Рассчитать основной обмен можно по таблицам. В этом случае определяют среднестатистический уровень основного обмена. Для вычисления необходимо знать рост, массу тела, возраст (прил. 2). Затем по формуле Рида вычисляют процент отклонения величины основного обмена от нормы. Для применения формулы необходимо знать артериальное давление и частоту пульса:О = 0,75(ЧП + 0,75ДП) - 72, где О — отклонение, %; Чп — частота пульса; Дп — пульсовое давление (разница между величиной систолического и диастолического АД).

Для упрощения расчетов по формуле Рида можно использовать специальную номограмму. Соединив линейкой значения частоты пульса и пульсового давления, в средней колонке находим величину процентного отклонения основного обмена от нормы. За­ тем, исходя из данных таблицы, проводят перерасчет уровня основного обмена на величину полученного процентного отклонения.

Интенсивность обменных процессов резко возрастает при физической нагрузке. При этом люди, занятые легким физическим тру­ дом, тратят 9200 кДж в сутки, средней степени — 12 000—15 000 кДж

Номограмма Рида в сутки, а тяжелым — 16000—18000 кДж в сутки. Следовательно, питание человека должно соответствовать энерготратам и полностью компенсировать их.

Обмен энергии между организмом и окружающей средой. Человек относится к гомойотермным (теплокровным) животным, т.е. он характеризуется поддержанием постоянной температуры тела с допустимыми небольшими ее колебаниями. Уровень обмена веществ теплокровных существ значительно выше холоднокровных. Поддержание постоянной температуры тела происходит за счет строгого баланса процессов образования тепла организмом человека (тепло­ продукция) и его обмена с внешней средой (теплоотдача). При этом образование тепла происходит в так называемом «ядре» человеческого организма, к которому относят внутренние органы и мышцы. Теплообмен обеспечивает «оболочка», которая включает кожу, слизистую оболочку полости рта и глотки, глазного яблока и дыхательных путей. Температура тела человека неравномерна в разных его участках. Так, в температурном «ядре» (внутренние органы) она, как правило, выше чем на поверхности кожи. Нормальной температурой в подмышечной впадине считаются значения 36,1—37,1 °С. Особая роль принадлежит внутренним средам организма, обеспечивающим теплообмен между ядром и оболочкой. Таким образом, терморегуляция обеспечивается следующими процессами: теплопродукцией (в «ядре»), теплообменом между «ядром» и «оболочкой» (обеспечивается преимущественно кровью и лимфой) и теплоотдачей во внешнюю среду.

Теплопродукция осуществляется, в основном, в результате реакций распада и окисления органических веществ. Примерно 50 % образующейся при этом энергии переходит в тепло без образования АТФ. Значительная часть образовавшегося АТФ также используется для поддержания установленной температуры тела. Большое количество тепла образуется в мышцах при совершении человеком физической работы. По образному выражению И. П. Павлова, мышцы выполняют роль «печки», согревающей организм. У новорожденных активная теплопродукция наблюдается также в бурой жировой тка­ ни. Тепло образуется и в результате сокращений гладких мышц внутренних органов.

Отдача тепла во внешнюю среду осуществляется несколькими способами: теплопроведение, конвекция, излучение и испарение. Излучение — способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела посредством инфракрасных волн. Глаз человека не может уловить этот вид электромагнитных волн. Однако существуют живые организмы, способные их различать (например, некоторые змеи). При температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 50 % из­ лучение может составить 40 —50 % всего отдаваемого тепла. Конвекция — способ отдачи тепла при контакте тела с движущимися потоками воздуха.

Теплопроведение — способ отдачи тепла через непосредственное соприкосновение тела человека с другими физически­ ми телами (например, одеждой).

Первые три механизма теплоотдачи становятся неэффективными при выравнивании температуры тела и температуры окружающей среды. В этих условиях основным способом отдачи тепла является испарение пота с поверхности кожи и влаги с поверхности слизистых оболочек. Количество испаряемой воды в условиях тяжелой физической работы и высокой температуры может доходить до 2 л/ч.

Основную роль в теплоотдаче играет кожа. При высоких температурах внешней среды сосуды кожи расширяются, кровь поступает в нее в значительно больших количествах, чем в условиях температурного комфорта (25 — 26 °С). Усиление кровотока через кожу увеличивает потоотделение и потерю организмом тепла. При понижении температуры внешней среды идет перераспределение кровотока во внутренние органы. При этом сосуды кожи суживаются, кровоток в коже и соответственно испарение уменьшаются. Следовательно, уменьшается и выделение тепла из организма.

При охлаждении происходит сокращение гладких мышечных клеток, образующих мышцу, поднимающую волос. Стержень волоса приподнимается, и происходит выделение тепла. В то же время эта мышца вызывает некоторое сжатие кожи и лежащих в ее верхних слоях кровеносных сосудов. Возникает «гусиная кожа». Эти процессы сопровождаются снижением теплоотдачи.

Терморегуляция.

Центр терморегуляции находится в гипоталамусе (промежуточном мозге). По проводящим путям к нему поступают импульсы от терморецепторов — специализированных нервных окончаний, способных воспринимать изменения температуры раз­ личных участков тела человека. Термочувствительные клетки цент­ ра терморегуляции способны различать разницу температуры в 0,01 °С. Регуляция теплообмена осуществляется центром терморегуляции посредством воздействия на эндокринную и вегетативную системы. Увеличение теплопродукции наблюдается в результате возрастания окислительных процессов (активируются катаболические процессы) и повышения мышечной активности. Это происходит через возбуждение соматических нервных волокон. Под влиянием гормонов и нервных импульсов изменяется деятельность сердца и со­ судов, что приводит к адекватным изменениям в теплообмене между «ядром» и «оболочкой», а также в теплообмене с внешней средой. Аналогичным способом регулируются процессы удаления тепла из

«оболочки» во внешнюю среду путем конвекции, излучения, тепло- проведения и испарения.

Регуляция обмена веществ

Обмен веществ и энергии — свойство всех клеток и тканей организма. Следовательно, регуляция обмена веществ подразумевает регуляцию множества функций организма (дыхания, пищеварения, кровообращения, выделения и др.). Значительную роль в регуляции обмена веществ играет нервная система, в частности гипоталамус. Этот отдел головного мозга включает в себя ряд важных центров: голода и насыщения, жажды, терморегуляции. Эти центры реализуют свои функции через вегетативную нервную систему. Кроме того, гипоталамус и расположенный рядом с ним гипофиз координируют работу практически всех желез внутренней секреции.

Эндокринная система оказывает решающее влияние на регуляцию обмена веществ и энергии. Гормоны воздействуют на скорость биохимических превращений непосредственно в клетке. Совокупность их действия на отдельные клетки вызывает изменения в функционировании всего организма. Приведем лишь некоторые примеры влияния гормонов на обмен веществ. Соматотропный гормон гипофиза оказывает выраженное анаболическое действие, ускоряет синтез пластических веществ, следовательно, ускоряет рост. Катехоламины мозгового вещества надпочечников усиливают окислительные процессы, энергообразование. Тироксин и трийодтиронин (гормоны щитовидной железы) стимулируют синтез белка из аминокислот и в то же время активируют разрушение жиров и углеводов.

Контрольные вопросы

1. Обмен энергии и тепла.

2. Терморегуляция.

3. Регуляция обмена веществ

Задание на знание терминов

Терморегуля́ция — способность живых организмов поддерживать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды значительно отличается.

Термогенез — это процесс производства тепла в организмах. 

Гипертермия – нарушение теплового баланса организма, характеризующееся повышением температуры тела выше нормальных значений.

гипертермия – нерегулируемое повышение температуры тела, в котором пирогенные цитокины непосредственного участия не принимают, а жаропонижающие средства при этом оказываются неэффективными.

Тестовые задания

1.Температура тела человека при измерении в подмышечной впадине в течение суток минимальна в:

А. 0 – 2 часа

В. 3 – 4 часа

С. 12 – 14 часов

Д. 16 – 18 часов

Е. 21 – 23 часа

1. Температура тела человека при изменении в подмышечной впадине в течение суток максимальна в:

А. 0 – 2 часа

В. 3 – 4 часа

С. 12 – 14 часов

Д. 16 – 18 часов

Е. 21 – 23 часа

1. Амплитуда суточных колебаний температуры тела человека при изменении в подмышечной впадине в среднем составляет:

А. 0˚С

В. 0,1˚С

С. 1,0˚С

Д. 2,0˚С

Е. 3,0˚С

1. При термометрии наиболее высокий показатель температуры тела человека наблюдается при измерении:

А. Подъязычной температуры

В. Подмышечной температуры

С. Ректальной температуры

Д. Температуры наружного слухового прохода уха

Е. Температуры кожи лба

1. За усредненную температуру ядра человека принимают температуру:

А. Крови правого предсердия

В. Крови левого желудочка сердца

С. Ткани печени

Д. Ректальную

Е. В подмышечной впадине

1. Указать значение температуры комфорта воздуха для легко одетого человека при 50% относительной влажности воздуха и равенства температур воздуха и стен помещения:

А. 15 - 18˚С

В. 18 – 20˚С

С. 21 – 23˚С

Д. 23 – 26˚С

Е. 36 – 37˚С

1. При пребывании человека в условиях температурного комфорта:

А. Теплопродукция осуществляется на высоком уровне

В. Теплопродукция минимальна

С. Теплопродукция не осуществляется

Д. Теплоотдача осуществляется на высоком уровне

Е. Теплоотдача не осуществляется

1. Ведущей структурой мозга, регулирующей теплопродукцию, является:

А. Продолговатый мозг

В. Гипоталамус

С. Передний отдел гипоталамуса

Д. Задний отдел гипоталамуса

Е. Кора больших полушарий мозга

1. Температура комфорта воды при помещении человека в воду по сравнению с температурой комфорта воздуха:

А. Температура комфорта воды выше температуры комфорта воздуха

В. Температура комфорта воды ниже температуры комфорта воздуха

С. Температура комфорта воды равна температуры комфорта воздуха

Д. Зависит от продолжительности пребывания человека в воде

Е. Температура комфорта воды и воздуха не могут быть сравнимы

1. Ведущей структурой мозга, регулирующей теплоотдачу, является:

А. Продолговатый мозг

В. Гипоталамус

С. Передний отдел гипоталамуса

Д. Задний отдел гипоталамуса

Е. Кора больших полушарий мозга

1. Интенсивность теплопродукции у человека, находящейся в условиях, когда температура окружающей среды ниже температуры его тела:

А. Не изменяется

В. Повышается

С. Понижается

Д. Не изменяется, а затем повышается

Е. Понижается, а затем возвращается к прежнему уровню

1. Теплоотдача у человека, находящегося в условиях низкой температуры окружающей среды, осуществляется преимущественно за счет:

А. Конвекции

В. Излучения

С. Теплопроводности

Д. Испарения

Е. Не осуществляется

13.Теплоотдача у человека, находящегося в условиях низкой температуры окружающей среды, может осуществляться:

А. Конвекцией, излучением, испарением и теплопроводностью

В. Конвекцией, излучением и теплопроводностью

С. Конвекцией, излучением и испарением

Д. Конвекцией и излучением

Е. Не может осуществляться

1. В условиях низкой температуры окружающей среды интенсивность теплоотдачи у тучного человека по сравнению с худым:

А. Одинакова

В. Ниже

С. Выше

Д. Сначала выше, а затем ниже

Е. Сначала ниже, а затем выше

1. В условиях низкой температуры окружающей среды у человека наблюдается:

А. Увеличение интенсивности метаболизма

В. Усиление сократительной активности скелетных мышц

С. Расщепление бурого жира

Д. Сосудодвигательные реакции

Е. Все вышеперечисленное верно

1. Искусственную гипотермию у человека в медицинской практике применяют для:

А. Уменьшения потребности тканей в О₂

В. Уменьшения степени гипоксии

С. Снижения интенсивности метаболизма

Д. Уменьшения потребления О₂

Е. Все вышеперечисленное верно

1. После введения атропина у человека:

А. Блокируется увеличение интенсивности метаболизма

В. Блокируется сократительная активность скелетных мышц

С. Блокируется расщепление бурого жира

Д. Подавляется сосудодвигательные реакции

Е. Подавляется потоотделение

1. Уровень теплоотдачи у человека находящегося в состоянии глубокого наркоза с применением миорелаксантов и ганглиоблокаторов:

А. Не изменяется

В. Повышается

С. Понижается

Д. Не изменяется, а затем повышается

Е. Понижается, а затем возвращается к прежнему уровню

1. Теплоотдача человека, находящегося в условиях повышенной температуры окружающей среды, преимущественно осуществляется:

А. Конвекцией, излучением, испарением и теплопроводностью

В. Конвекцией, излучением и испарением

С. Конвекцией и испарением

Д. Испарением

Е. Конвекцией

20.Интенсивность теплопродукции у человека, находящегося в условиях, когда температура окружающей среды выше температуры его тела:

А. Понижается

В. Не изменяется

С. Повышается

Д. Равна нулю

Е. Понижается, а затем возвращается к прежнему уровню

Ситуационные задачи: (элемент задание)

Для закрепления теоретических знаний и овладения практическими навыками и умениями в условиях применения электронного образования и дистанционных образовательных технологий в учебном процессе предлагаем выполнить индивидуальное задание с целью формирования компетенций, предусмотренных ФГОС и рабочей программой дисциплины. 

Задача 2. Температура воздуха +38⁰С. На пляже борются с перегреванием разными способами: один лежит, свернувшись калачиком, другой находится в воде при той же температуре, третий завернулся в мокрую простыню, четвёртый стоит. Какой способ наиболее эффективный?

Ответ: Пути отдачи тепла организмом – конвекция, радиация, испарение, кондуктивность. При температуре 38⁰С основную роль играет испарение. Следовательно, наиболее эффективно будет охлаждаться третий.

Задача 3. Почему человек находящийся на морозе в состоянии алкогольного опьянения, особенно подвержен угрозе замерзания?

Ответ: Алкоголь вызывает расширение сосудов кожи, что создаёт субъективное ощущение тепла, несмотря на действие холода. Потому пьяный человек распахивает шубу, его теплоотдача резко усиливается, но ощущение тепла сохраняется. Таким образом, алкоголь извращает обратную связь в системе терморегуляции.

Задача 4. Почему в нейлоновой рубашке жара переносится значительно тяжелее, чем в хлопчатобумажной?

Ответ: Нейлоновая ткань очень плохо пропускает воздух и водяные пары, поэтому пододежный слой воздуха быстро нагревается до температуры тела. Выделяющийся пот испаряется в то же пространство, и оно быстро насыщается водяными парами, что препятствует дальнейшему испарению пота. Всё это нарушает теплоотдачу конвекцией и испарением.

Задача 6.Известно, что при одной и той же температуре воздуха человек быстрее зябнет в слякотную погоду, чем в сухую. Объясните этот факт с позиции терморегуляции. Назовите основные способы теплоотдачи.

Ответ: В «слякотную» погоду воздух содержит много паров воды, поэтому обладает большей теплопроводностью по сравнению с сухим воздухом. Во влажной атмосфере отдача тепла происходит быстрее, чем в сухой, в результате чего человек зябнет. Основные способы теплоотдачи – теплоизлучение, теплопроведение, конвекция, испарение при потто отделении.

Задача 7. У человека в холодную погоду наблюдается резкое побледнение кожных покровов. В жаркое время года, наоборот, имеет место гиперемия кожных покровов, особенно, в области лица. Как изменяется просвет кожных сосудов у человека в условиях воздействия низкой и высокой температур окружающей среды? С какой функцией кожных сосудов связано это явление?

Ответ: При низкой температуре окружающей среды просвет кожных сосудов уменьшается, при высокой – увеличивается. Изменение просвета сосудов кожи связано с их основной терморегуляторной функцией.

Задача 1. В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. С чем это связано?

Задача 2. При низкой температуре окружающей среды (15С и ниже) видимого потоотделения не происходит. Каким путем происходит теплоотдача?

Задача 3. При температуре воздуха 18 -22С теплоотдача и теплоизлучение уменьшается, однако же потеря тепла организмом наблюдается. За счет чего?

Ответы:

26 – с потом теряется большое количество минеральных солей.

27 – За счет теплопроведения и теплоизлучения.

28 – за счет испарения влаги с поверхности кожи (потоотделения).

29 – Витамины B12, А.

30 – образованием иммунных тел в организме человека при пересадке органов или внедрении инфекционного начала.

Закрепление

По горизонтали:

1. Резкое снижение температуры тела при лихорадке, способное привести к нарушению деятельности органов и систем

2. Механизм поддержания температуры тела в относительном постоянстве

3. Защитно-приспособительная реакция организма на действие пирогенных веществ

4. Перегревание организма

По вертикали:

1. Приспособительная реакция организма на повреждение тканей

2. Измерение температуры тела

3. Переохлаждение организма

4. Вещества, вызывающие лихорадку

5. Нарушение механизмов терморегуляции, проявляющееся симптоматически

6. Постепенное снижение температуры тела.