Обмен белков, жиров (липидов), углеводов, обмен воды и минеральных веществ в организме человека. Особенности обмена жиров, белков и углеводов в зависимости от типов питания
Обмен веществ начинается с поступления питательных веществ в желудочно-кишечный тракт и воздуха в легкие.
Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы расщепления белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящие в различных отделах желудочно-кишечного тракта, а также всасывание этих веществ в кровь и лимфу.
Вторым этапом обмена являются транспорт питательных веществ и кислорода кровью к тканям и те сложные химические превращения веществ, которые происходят в клетках. В них одновременно осуществляются расщепление питательных веществ до конечных продуктов метаболизма, синтез ферментов, гормонов, составных частей цитоплазмы. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процессов синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.
Третьим этапом является удаление конечных продуктов распада из клеток, их транспорт и выделение почками, легкими, потовыми железами и кишечником.
Превращение белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и воды происходит в тесном взаимодействии друг с другом. В метаболизме каждого из них имеются свои особенности, а физиологическое значение их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать отдельно.
Обмен белков
Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.
Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е. подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются - теряют группу Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 и Н2О.
Скорость распада и обновления белков организма различна - от нескольких
минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося
распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма
человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение
организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки
из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е.
масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075
г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).
Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.
Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.
Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 - 90 г белка в сутки. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.
Обмен жиров (липидов)
Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот. Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными (содержащими одну и более двойных связей). Липиды играют в организме энергетическую и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10 - 20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.
В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль играют нейтральные жиры - триглицериды, а пластическую осуществляют фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов, являются предшественниками стероидных гормонов, желчных кислот и простагландинов.
Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические сосуды поступают в кровоток. Под действием липопротеидлипазы эндотелия капилляров главный компонент хиломикронов - нейтральные триглицериды - расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных кислот может связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные кислоты поступают в жировые клетки и превращаются в триглицериды. Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами, подвергаются эндоцитозу и разрушаются в лизосомах.
В печени формируются липопротеиды для транспорта синтезированных в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень низкой и липопротеиды низкой плотности, которые транспортируют из печени к другим тканям триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности захватываются из крови клетками тканей с помощью липопротеидных рецепторов, эндоцитируются, высвобождают для нужд клеток холестерин и разрушаются в лизосомах. В случае избыточного накопления в крови липопротеидов низкой плотности, они захватываются макрофагами и другими лейкоцитами. Эти клетки, накапливая метаболически низкоактивные эфиры холестерина, становятся одними из компонентов атеросклеротических бляшек сосудов.
Липопротеиды высокой плотности транспортируют избыточный холестерин и его эфиры из тканей в печень, где они превращается в желчные кислоты, которые выводятся из организма. Кроме того, липопротеиды высокой плотности используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках.
Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с пищей. Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в организм незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая юность пищевых липидов определяется наличием в них незаменимыx жирных кислот и их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93 - 98%, говяжий - на 80 - 94%, подсолнечное масло - на 86- 90%, маргарин - на 94-98%.
Обмен углеводов
Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются промежуточные продукты - пентозы, которые входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает углеводы главным образом в виде растительного полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).
Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в резервную форму ее хранения - гликоген. Количество гликогена может составлять у взрослого человека 150-200 г. В случае ограничения потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь.
В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержание концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена в печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза - синтеза глюкозы из лактата или аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400-500 г углеводов, из которых обычно 350 - 400 г составляет крахмал, а 50 - 100 r - моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.
Обмен воды и минеральных веществ
Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 73,2±3% от массы тела. Водный баланс в организме поддерживается за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм. Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200 мл), с пищей (~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных процессов (эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится в составе мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения с поверхности кожи и дыхательных путей (~900 мл).
Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом поступлении NaCI потребности в воде меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность в воде, которая необходима для экскреции осмотически активных веществ (мочевины и минеральных ионов). Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики.
Недостаток в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых организма, приводит к водной интоксикации. В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться мышечными судорогами.
Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны, что обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в клетках. Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения, синоптической передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+ и других минеральных ионов. Все они должны поступать в организм с пищей.
6 Используя знании по биологии, приготовьте три сообщения на тему «Обмен белков (жиров, углеводов) в организме человека, его нарушения и предупреждение их».Белки являются наиболее сложными веществами организма и основой протоплазмы клеток. Белки в организме не могут образовываться ни из жиров, ни из углеводов, ни из каких-либо других веществ. В их состав входят азот, углерод, водород, кислород, а в некоторые - сера и другие химические элементы в крайне незначительных количествах. Аминокислоты являются простейшими структурными элементами («кирпичиками»), из которых состоят молекулы белков клеток, тканей и органов человека. Они представляют собой органические вещества со щелочными и кислотными свойствами. Исследование строения различных белков позволило установить, что в их состав входит до 25 разных аминокислот. Ученые различных стран ведут работы по искусственному синтезу белка. В этом отношении уже имеются некоторые достижения. Белки характеризуются большой специфичностью. Они отличаются друг от друга составом и способом соединения между собой отдельных аминокислот, а также наличием в молекуле других составных частей, таких, как фосфорная кислота, углеводные и липоидные (жироподобные) группы и др. Каждый белок обладает характерными, только ему принадлежащими свойствами. Например, сокращения мышц связаны с особыми свойствами белков миозина и актина, входящих в состав мускулатуры человеческого тела. Белковый пигмент крови - гемоглобин - является переносчиком кислорода. Все ферменты, благодаря которым происходит пищеварение, представляют собой белковые вещества различной природы. Сложное белковое строение имеют некоторые гормоны.
Знание состава тех или иных белков организма, а также белков пищи позволяет точно выяснить потребность человеческого организма в различных аминокислотах. Таким образом, можно правильно определять белковую ценность продуктов питания и, подбирая продукты, активно вмешиваться в обмен белков человеческого организма. Установлено, что наиболее ценными по своему аминокислотному составу являются
белки животного происхождения, т. е. белки мяса, молока и яиц. Из 100 граммов животных белков, принимаемых с пищей, усваиваются 80-90%.
В этих белках имеются незаменимые аминокислоты, те, которые в человеческом организме не образуются и отсутствуют в белках растительных продуктов питания. Советские ученые считают, что из 25 известных аминокислот 12 являются незаменимыми и все они обязательно должны вводиться с пищей. Если в составе пищи отсутствует какая-либо одна из незаменимых аминокислот, то образование белков организма - синтез их - нарушается. Это приводит к потере веса, а в молодом организме - к задержке роста. К числу незаменимых аминокислот относятся треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин, тирозин и цистин. Последние четыре аминокислоты хотя и могут образовываться из других аминокислот, однако в незначительном количестве и они также должны вводиться с пищей.
Белки растительного происхождения (хлеба, гороха, фасоли и др.) отличаются более низкой биологической ценностью. В белках растительного происхождения недостает то одних, то других аминокислот, однако при определенном сочетании растительных продуктов организм может получать ценные для него белки.
Как же протекает обмен белков в организме? Для ответа на этот вопрос в первую очередь необходимо проследить за судьбой аминокислот, всосавшихся из кишечника в кровь. Аминокислоты по воротной вене попадают в печень. В этом органе из части их синтезируются более сложные вещества - полипептиды. Из печени аминокислоты и полипептиды разносятся с кровью по всему организму и вступают в соединение с белками различных клеток, занимая место использованных аминокислот. Важнейшими конечными продуктами распада белка в организме являются аммиак, мочевина и мочевая кислота. Аммиак образуется при так называемом дезаминировании аминокислот, т. е. при отщеплении от них аминной группы, о которой говорилось выше. В печени аммиак частично превращается в мочевину. Мочевая кислота, как полагают, поступаете кровь прямо из тканей, являясь продуктом распада сложных белков - нуклеопротеидов. Все продукты распада белка выводятся из организма с мочой и с потом.
Белковый обмен в организме происходит постоянно, причем о его интенсивности с известным приближением можно судить по обмену азота, являющегося главным составным элементом белковой молекулы.
Определив количество азота, введенного с пищей, и количество азота, выделенного из организма с мочой и калом за сутки, можно установить так называемый азотистый баланс.
Если количество вводимого и выделяемого азота одинаково, то налицо азотистое равновесие. Когда количество вводимого с пищей азота больше выделяющегося, имеет место положительный азотистый баланс. Он свидетельствует о преобладании в организме процессов ассимиляции (образования) белка над процессами его разрушения (диссимиляции).
Это чаще бывает у детей и свидетельствует о нормальном развитии. Положительный азотистый баланс характерен также для периода выздоровления взрослых людей после инфекционной болезни. Преобладание выделяемого азота над вводимым вызывает отрицательный азотистый баланс. В этом случае процессы разрушения белка преобладают над процессами образования его. Все это наблюдается при голодании или при инфекционных заболеваниях.
Белковый обмен в организме подвержен сложной регуляции, в которой принимают участие центральная нервная система и железы внутренней секреции. Из гормональных веществ гормон щитовидной железы (тироксин) и гормоны коры надпочечника (глюкокортикоиды) способствуют усилению процессов диссимиляции, распада белков, а гормон поджелудочной железы (инсулин) и соматотропный гормон передней доли гипофиза (гормон роста) усиливают процессы образования (ассимиляции) белковых тел в организме.
Если человек длительно питается продуктами, содержащими мало белка, то у него возникает тяжелое заболевание, так называемая алиментарная дистрофия, или голодание. У заболевших появляются отеки на ногах, руках и лице, скапливается жидкость в полости живота, возникает понос, отмечаются психические расстройства. Кроме общих явлений белковой недостаточности, могут возникнуть специфические расстройства, обусловленные отсутствием в пище какой-либо определенной аминокислоты.
Например, при отсутствии триптофана развивается помутнение хрусталика глаза (катаракта). Если недостает цистина, то возникает задержка роста волос; отсутствие гистидина ведет к малокровию, а аргинина к задержке роста и т. д.
Для того чтобы обеспечить человека всеми необходимыми аминокислотами, нужно включать в суточный рацион питания возможно больше разнообразных продуктов. Разнообразить ежедневное меню следует для того, чтобы восполнять недостаток тех или иных аминокислот. Углеводы - вещества, распространенные главным образом в растительном мире. Они состоят из углерода, водорода и кислорода. В углеводах атом углерода соединен с молекулой воды. Существуют простые и сложные углеводы; простые углеводы называются иначе моносахаридами (monos - по-гречески один), а сложные углеводы - полисахаридами (poly - много). В пищеварительном тракте под влиянием соответствующих ферментов полисахариды распадаются на моносахариды.
Основная роль углеводов в организме заключается в их энергетических свойствах. Они являются основным источником, из которого органы и ткани человека получают энергию для производства движений, образования тепла, деятельности органов кровообращения и дыхания, различных окислительных процессов, т. е. всего того, что может быть определено одним словом «жизнедеятельность». 75% необходимой человеку энергии дают углеводы. В организме углеводы могут образовываться из жиров и белков.
Нормальная жизнедеятельность организма осуществляется при условии более или менее постоянного содержания сахара в крови, колеблющегося в пределах 80-120 мг в 100 г крови. Весь сахар, всосавшийся в кишечнике, поступает по кровеносным сосудам прежде всего в печень, которая обладает способностью задерживать излишки сахара, превращать его в животный крахмал, или гликоген, и откладывать в запас. Установлено, что в человеческой печени содержится примерно 150 граммов запасного гликогена, который расходуется организмом, снова превращаясь в сахар, если количество его в крови становится ниже нормы.
Сахар крови усиленно расходуется организмом при физической работе, умственном напряжении и др. В этих случаях необходимо употреблять повышенное количество сахара в растворенном виде. Он быстро всасывается в кровь и восполняет возникающий дефицит в организме. Крахмал, содержащийся в хлебе и крупах, не так быстро восполняет недостаток сахара в крови, ибо медленно переваривается и образующийся из него
сахар поступает в кровь из кишечника небольшими порциями. Снижение сахара в крови ниже 40 мг на 100 г крови вызывает болезненное состояние организма, выражающееся в слабости, головокружении, чувстве голода и т. д. Такое состояние называется гипогликемией. Оно легко устраняется, если вышить стакан сладкого чая.
При введении с пищей больших количеств углеводов и особенно сахара уровень сахара в крови может быстро повыситься. Объясняется это тем, что печень в этом случае не успевает перерабатывать весь сахар в гликоген и в общий круг кровообращения поступает повышенное количество сахара. Возникает так называемая пищевая гипергликемия с повышением сахара в крови до 150 - 180 мг на 100 г крови. При этом сахар начинает выводиться из организма почками. Выделение сахара с мочой называется глюкозурией и является своего рода целесообразной реакцией организма. Здоровые люди должны помнить, что не следует за один прием употреблять больше 100 граммов сахара. Некоторое количество сахара может откладываться в виде гликогена в мышцах и нервных клетках, но этот гликоген используется в случае надобности только той тканью, в которой отложен.
Сахар потребляется мышцами при работе, причем в это время мышечная ткань не только использует сахар крови, но и гликоген, находящийся в самих мышечных волокнах. Гликоген мышц распадается и из него образуется сахар, который используется для производства мышечной работы. Окисление сахара при этом доходит до стадии молочной кислоты. В условиях нормального кровообращения образовавшаяся во время мышечной работы молочная кислота частично окисляется, а частично превращается снова в гликоген.
При избыточном углеводном питании сахар переходит в организме в жир. При недостаточном углеводном питании углеводы, наоборот, могут образоваться из жира. Регулируется углеводный обмен нервной системой преимущественно через железы внутренней секреции, главным образом через поджелудочную железу и надпочечники. Мозговое вещество надпочечников выделяет адреналин, поступающий в кровь. Адреналин, циркулируя в крови, вызывает повышенное превращение гликогена печени в сахар, что приводит к поднятию уровня сахара в крови. А гипергликемия, как это точно установлено учеными, повышает выработку инсулина поджелудочной железой.
Инсулин способствует превращению сахара в гликоген и помогает использованию его тканями организма, в связи с чем уровень сахара в крови снижается. Однако в регуляции углеводного обмена принимают участие и другие эндокринные железы, тесно связанные с деятельностью центральной нервной системы.
Под влиянием возбуждения головного мозга гипофиз выделяет так называемый гормон роста, который препятствует использованию сахара крови печенью, в связи с чем возникнет гипергликемия. Если указать, что в регуляции углеводного обмена принимают участие еще гормоны коркового вещества надпочечников, то станет ясно, насколько сложно углеводный обмен регулируется центральной нервной системой через железы внутренней секреции.
Жиры, так же как и углеводы, являются «горючим», или энергетическим, материалом, необходимым для обеспечения жизнедеятельности организма. В одном грамме жира содержится в два раза больше потенциальной (скрытой) энергии, чем в одном грамме углеводов. Жиры, распавшиеся в тонком кишечнике на глицерин и жирные кислоты, проходят через эпителиальные клетки тонких кишок, только растворившись в желчных кислотах, содержащихся в желчи. В стенке тонких кишок происходит освобождение желчных кислот от сложных соединений с жирными кислотами, а затем жирные кислоты, соединяясь с всосавшимся глицерином, вновь превращаются в жир.
По лимфатическим сосудам брыжейки, собирающимся в общий грудной лимфатический проток, жир поступает в левую подключичную вену. В легких жир частично подвергается окислению, затем поступает в большой круг кровообращения и откладывается в жировых депо. Ими в организме считаются: подкожная жировая клетчатка, сальник, околопочечная клетчатка, область таза, средостение и др. Жировая клетчатка выполняет роль запасного материала, способствует укреплению внутренних органов и теплоизоляции организма. При нормальном питании жировая ткань составляет примерно 16% веса тела.
Жиры и жироподобные вещества, или липоиды, являются, кроме того, необходимой составной частью клеток; они входят в протоплазму и принимают участие в образований клеточных оболочек. Липоиды входят также в состав нервной ткани.
Недостаток жиров в пище ведет к нарушению деятельности центральной нервной системы, функций половых желез, снижает сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям жизни и к инфекциям. Животные, в пище которых отсутствуют жиры, теряют способность к воспроизводству потомства.
Состав пищевых жиров неодинаков, различно и их биологическое значение для организма.
Следует выделить так называемые ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав преимущественно жиров растительного происхождения. Ненасыщенные жирные кислоты укрепляют тончайшие оболочки клеток. Наибольшими целебными свойствами обладают линолевая, линоленовая и арахидоновая ненасыщенные кислоты. Первые две содержатся в льняном и конопляном масле, линоленовой кислоты также много в подсолнечном, а арахидоновой - в свином сале и в яичном желтке. Систематический недостаток этих кислот в питании людей понижает сопротивляемость организма к различного рода вредным воздействиям, ведет к развитию сердечно-сосудистых заболеваний, в частности атеросклероза. Жиры человеческого тела находятся в состоянии подвижного равновесия, их количество то уменьшается, то увеличивается. Так, например, при усиленной мышечной работе часть жира из жировой ткани переходит в другие ткани и путем сложных химических реакций окисляется, или, как говорят, «сгорает».
Окислению жира непосредственно в самой жировой ткани способствует наличие в ней особых ферментов - липазы и дегидрогеназы. Под влиянием тканевой липазы жир в тканях расщепляется на глицерин и высшие жирные кислоты.
В дальнейшем происходит процесс окисления жирных кислот до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма.
Жировой обмен, так же как и другие виды обмена, регулируется центральной нервной системой непосредственно и через эндокринные железы - гипофиз, островковый аппарат поджелудочной железы, надпочечники, щитовидную и половые железы.
Известно, например, что большинство людей во время душевных переживаний худеет и, наоборот, полнеет в периоды благополучной и спокойной жизни. Это, в частности, подтверждает выдающийся советский психиатр Ю. В. Каннабих: он заметил, что при психическом
заболевании - циклотимии, которое характеризуется сменой состояний, в периоды тоски, подавленного настроения, больные худеют; когда же угнетенное состояние сменяется повышенным, веселым настроением, радужным восприятием всего окружающего, они полнеют.
Гормон островкового аппарата поджелудочной железы - инсулин способствует отложению жира в подкожной жировой клетчатке и в других жировых депо. При избытке инсулина использование жира тормозится, а углеводы интенсивно переходят в жир.
Почти аналогично инсулину действуют гормоны коркового вещества надпочечника: они способствуют переходу углеводов в жир и отложению его в жировой ткани.
Наоборот, усиленная продукция гормонов гипофиза щитовидной железы и половых желез усиливает сгорание жира и препятствует переходу углеводов в жир.
Кроме белков, углеводов и жиров, необходимыми веществами для жизнедеятельности организма являются минеральные соли, вода и витамины.
Печень, являясь центральным органом метаболизма, участвует в поддержании метаболического гомеостаза и способна осуществлять взаимодействие реакций обмена белков, жиров и углеводов.
Местами "соединения" обмена углеводов и белков является пировиноградная кислота, щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая кислоты из ЦТК, способных в реакциях трансаминирования превращаться, соответственно, в аланин, аспартат и глутамат. Аналогично протекает процесс превращения аминокислот в кетокислоты.
С обменом липидов углеводы связаны еще более тесно:
- образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН используются для синтеза жирных кислот и холестерола,
- глицеральдегидфосфат , также образуемый в пентозофосфатном пути, включается в гликолиз и превращается в диоксиацетонфосфат,
- глицерол-3-фосфат , образуемый из диоксиацетонфосфата гликолиза, направляется для синтеза триацилглицеролов. Также для этой цели может быть использован глицеральдегид-3-фосфат, синтезированный в этапе структурных перестроек пентозофосфатного пути,
- "глюкозный" и "аминокислотный" ацетил-SКоА способен участвовать в синтезе жирных кислот и холестерола.
Углеводный обмен
В гепатоцитах активно протекают процессы углеводного обмена. Благодаря синтезу и распаду гликогена печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови. Активный синтез гликогена происходит после приема пищи, когда концентрация глюкозы в крови воротной вены достигает 20 ммоль/л. Запасы гликогена в печени составляют от 30 до 100 г. При кратковременном голодании происходит гликогенолиз , в случае длительного голодания основным источником глюкозы крови является глюконеогенез из аминокислот и глицерина.
Печень осуществляет взаимопревращение сахаров , т.е. превращение гексоз (фруктозы, галактозы) в глюкозу.
Активные реакции пентозофосфатного пути обеспечивают наработку НАДФН , необходимого для микросомального окисления и синтеза жирных кислот и холестерола из глюкозы.
Липидный обмен
Если во время приема пищи в печень поступает избыток глюкозы, который не используется для синтеза гликогена и других синтезов, то она превращается в липиды – холестерол и триацилглицеролы. Поскольку запасать ТАГ печень не может, то их удаление происходит при помощи липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП ). Холестерол используется, в первую очередь, для синтеза желчных кислот , также он включается в состав липопротеинов низкой плотности (ЛПНП ) и ЛПОНП .
При определенных условиях – голодание, длительная мышечная нагрузка, сахарный диабет I типа, богатая жирами диета – в печени активируется синтез кетоновых тел , используемых большинством тканей как альтернативный источник энергии.
Белковый обмен
Больше половины синтезируемого за сутки в организме белка приходится на печень. Скорость обновления всех белков печени составляет 7 суток, тогда как в других органах эта величина соответствует 17 суткам и более. К ним относятся не только белки собственно гепатоцитов, но и идущие на "экспорт" – альбумины , многие глобулины , ферменты крови , а также фибриноген и факторы свертывания крови.
Аминокислоты подвергаются катаболическим реакциям с трансаминированием и дезаминированием, декарбоксилированию с образованием биогенных аминов. Происходят реакции синтеза холина и креатина благодаря переносу метильной группы от аденозилметионина. В печени идет утилизация избыточного азота и включение его в состав мочевины .
Реакции синтеза мочевины теснейшим образом связаны с циклом трикарбоновых кислот.
Тесное взаимодействие синтеза мочевины и ЦТК
Пигментный обмен
Участие печени в пигментном обмене заключается в превращении гидрофобного билирубина в гидрофильную форму и секреция его в желчь.
Пигментный обмен, в свою очередь, играет важную роль в обмене железа в организме – в гепатоцитах находится железосодержащий белок ферритин.
Оценка метаболической функции
В клинической практике существуют приемы оценки той или иной функции:
Участие в углеводном обмене оценивается:
- по концентрации глюкозы крови,
- по крутизне кривой теста толерантности к глюкозе ,
- по "сахарной" кривой после нагрузки галактозой ,
- по величине гипергликемии после введения гормонов (например, адреналина).
Роль в липидном обмене рассматривается:
- по уровню в крови триацилглицеролов , холестерола , ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП,
- по коэффициенту атерогенности .
Белковый обмен оценивается:
- по концентрации общего белка и его фракций в сыворотке крови,
- по показателям коагулограммы ,
- по уровню мочевины в крови и моче,
- по активности ферментов АСТ и АЛТ, ЛДГ-4,5, щелочной фосфатазы, глутаматдегидрогеназы.
Пигментный обмен оценивается:
- по концентрации общего и прямого билирубина в сыворотке крови.
Белок занимает одно из самых важных мест среди всех органических элементов живой клетки. Он составляет почти половину клеточной массы. В организме человека происходит постоянный обмен белков, которые поступают вместе с продуктами питания. В пищеварительном тракте осуществляется до аминокислот. Последние проникают в кровь и, пройдя через клетки и сосуды печени, попадают в ткани внутренних органов, где снова синтезируются в специфические для данного органа белки.
Белковый обмен
Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна организм не может нормально жить и функционировать.
Этапы белкового обмена
Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы первый из которых характеризуется углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.
Для человеческого организма очень важно поступление полноценных белков, ведь только из них могут синтезироваться специфические вещества. Особую роль обмен белков играет в детском организме. Ведь ему необходимо большое количество новых клеток для роста. При недостаточном поступлении белков человеческий организм перестаёт расти, а его клетки обновляются намного медленней. К полноценным относятся животные белки. Из них особую ценность представляют белки рыбы, мяса, молока, яиц и других подобных продуктов питания. Неполноценные же преимущественно содержатся в растениях, поэтому рацион питания необходимо составлять так, чтобы удовлетворить все потребности своего организма. При переизбытке белков их излишек распадается. Это позволяет организму поддерживать необходимое Обмен белков очень важен для жизнедеятельности человека. При его нарушении организм начинает расходовать белок своих же тканей, что ведёт к серьёзным проблемам со здоровьем. Поэтому следует беречь себя и серьёзно подходить к выбору пищи.
Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти ре-акции и другие проявления жизнедеятельности – метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть – для функциониро-вания этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:
Анаболизм (ассимиляция) – химический процесс, при котором простые вещества объеди-няются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм - диссимиляция – расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущ-ность обмена веществ – поступление в организм веществ, их усвоение, использование и вы-деление продуктов обмена. Функции метаболизма:
· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энер-гии органических веществ
· превращение этих веществ в строительные блоки
· сборка клеточных компонентов из этих блоков
· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для вы-полнения функций
Обмен белков – совокупность процессов превращения белков в организме, включая об-мен аминокислот. Белки – основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность – 100 – 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):
· заменимые – могут образовываться из других в организме
· незаменимые – не могут синтезироваться в организме и должны
поступать с пищей - валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин Этапы белкового обмена:
1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот
2. всасывание аминокислот в кровь
3. превращение аминокислот в свойственные данному организму
4. биосинтез белков из этих кислот
5. расщепление и использование белков
6. образование продуктов расщепления аминокислот Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной
вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остает-ся в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.
Период обновления белка у человека – 80 дней. Если с пищей поступает большое коли-чество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) – дезаминирова-ние. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая по-ступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные бел-ки, а белки клеток. Это состояние очень опасно – белковое голодание – страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки – мясо, рыба и морепродукты, растительные – соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового об-мена.
Обмен жиров – совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры - энерге-тический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и ма-лом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) – 30% всей массы тела. Ос-новная масса жиров – нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах – 100 гр.
Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны посту-пать с пищей – это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидо-новая, гамма – аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма – аминомасля-ная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит ре-гулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.
Этапы жирового обмена:
1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жир-ных кислот
2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника
3. транспорт липопротеидов кровью
4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран
5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки
6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров
7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды
При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или от-кладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества – фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и
цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холе-стерин. Норма его в плазме – 3,11 – 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной сис-темы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При пато-логии он приводит к атеросклерозу.
Обмен углеводов – совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы – ис-точник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образо-вания депо (гликоген). Суточная потребность – 500 гр.
Этапы углеводного обмена:
1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов
2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике
3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование
4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь
5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды
Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь
– в печень поворотной вене – глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени – гликогенез. Глюкоза – постоянная составляющая часть крови (80 – 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови – гипергликемия, уменьшение – гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% - кому.
Процесс распада гликогена в печени до глюкозы – гликогенолиз. Процесс биосинтеза угле-водов из продуктов распада жиров и белков – гликонеогенез. Процесс расщепления углево-дов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот – гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.
