2 курс / Нормальная физиология / ФИЗИОЛОГИЯ_ОБМЕНА_ВЕЩЕСТВ_И_ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ
.pdf−связываются с рецепторами, способствуя захвату липопротеидов тканями.
Важнейшими апопротеинами, формирующими основу гидрофильной оболочки, являются:
−апопротеин В100, входящий в состав ЛПОНП, ЛППП, ЛПНП;
−апопротеин В48, входящий в состав хиломикронов;
−апопротеин А1, входящий в состав ЛПВП.
Таким образом, все липопротеиды можно разделить на 3 группы:
−апопротеин-В48-содержащие липопротеиды;
−апопротеин-В100-содержащие липопротеиды;
−апопротеин-А1-содержащие липопротеиды.
В транспорте липидов принимают участие три основные липазы, которые гидролизуют липиды до жирных кислот и глицерина.
•Липопротеидлипаза. Локализуется на поверхности эндотелия сосудов жировой ткани и мышц, обеспечивает захват этими тканями жирных кислот и глицерина из липопротеидов.
•Триацилглицероллипаза. Локализуется на поверхности эндотелия
сосудов печени, обеспечивает захват гепатоцитами жирных кислот и глицерина из липопротеидов.
• Гормон-чувствительная липаза. Локализуется в клетках жиро-
вой ткани, обеспечивает мобилизацию из этих клеток жирных кислот (липолиз), служит мишенью основных гормонов, регулирующих обмен липидов.
Транспорт липидов (рис.11).
1. Транспорт экзогенных липидов обеспечивается хиломикронами (апопротеин-В48-содержащими липопротеидами):
−в ЖКТ образуются хиломикроны, поступающие в кровь;
−проходя через жировую и мышечную ткани, хиломикроны частично отдают триглицериды, превращаясь в остаточные компоненты хиломикронов, относительно богатые экзогенным холестерином;
−в печени остаточные компоненты хиломикронов с участием триацилглицероллипазы окончательно освобождаются от триглицеридов, разрушаются, а их холестерин используется для синтеза желчных кислот.
41
Рис. 11. Транспорт липидов. А. Система транспорта эндогенных липидов. Б. Система транспорта эндогенных липидов. В. Система обратного транспорта холестерина. ЛПВП
– липопротеиды высокой плотности; ЛПНП - липопротеиды низкой плотности; ЛПЛ – липопротеидлипаза; ЛПОНП – липопротеиды очень низкой плотности; ЛППП – липопротеиды промежуточной плотности; ОК ХМ – остаточные компоненты хиломикронов; ТГЛ - триацилглицероллипаза; ХМ – хиломикроны
2.Система транспорта эндогенных липидов обеспечивается ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП, т. е. апопротени-100-содержащими липопротеидами:
− в печени образуются ЛПОНП, поступающие в кровь; − проходя через жировую и мышечную ткани, содержащие липо-
протеидлипазу, ЛПОНП частично отдают триглицериды, превращаясь сначала в липопротеиды, все более бедные липопротеидами и богатые холестерином (сначала в ЛППП, а затем в ЛПНП);
− обедненные триглицеридами апопротеин-100-содеражщие липопротеиды (ЛППП и ЛПНП) захватываются печенью и разрушаются, а их холестерин используется для синтеза желчных кислот. ЛПНП могут захватываться и тканями, поставляя в них холестерин.
3.Система обратного транспорта холестерина обеспечивается ЛПВП, т. е. апопротеин-А1-содержащими липопротеидами:
− ЛПВП представляют собой частицы, образованные почти исключительно апопротеинами (в основном А1) и фосфолипидами, ко-
42
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
торые, проходя через ткани, захватывают холестерин, присутствующий в сосудах;
− встречаясь в крови с апопротеин-В1-содержищими липопротеидами, ЛПВП отдают им холестерин, который переносится в печень и выводится в виде желчных кислот.
4.Транспорт жирных кислот проще:
−в жировой ткани под действием гормон-чувствительной липазы происходит липолиз – триглицериды распадаются до жирных кислот и глицерина;
−жирные кислоты переносятся кровью в основном в соединении с альбумином (поэтому термин «свободные жирные кислоты» не совсем точен), без образования характерных для липопротеидов частиц;
−концентрация жирных кислот в крови составляет около 2% от общей концентрации липидов, основная часть переносится в виде липопротеидов, но из-за быстрого кругооборота свободные жирные кислоты могут обеспечить работу тканей в условиях покоя и небольшой нагрузки.
Регуляция обмена липидов
Регуляция обмена липидов, как и углеводов, направлена на изменение путей превращений липидов: расхода и депонирования, перехода на преимущественное использование липидов или углеводов, взаимных превращений субстратов. Кроме того, важным направлением регуляции липидного обмена является поддержание массы жировой ткани.
Метаболические факторы
Избыток углеводов тормозит распад липидов и приводит к переходу на преимущественное использование углеводов как основного источника энергии. Недостаток углеводов, наоборот, приводит на преимущественное использование липидов.
Гормоны Адреналин стимулирует липолиз для мобилизации жирных кислот
как энергетического субстрата в условиях острого стресса. Глюкокортикоиды стимулируют липолиз и глюконеогенез из ли-
пидов для выработки глюкозы, необходимой в условиях хронического стресса (например, при длительном голодании).
СТГ стимулирует липолиз, переводя энергетический обмен на преимущественное использование липидов.
43
Тиреоидные гормоны стимулируют липолиз в результате общего повышения интенсивности обменных процессов.
Инсулин способствует депонированию энергии в виде липидов за счет:
−торможения липолиза;
−торможения глюконеогенеза из липидов;
−усиливая липогенез из углеводов.
Таким образом, основное влияние гормонов, регулирующих липидный обмен, проявляется в изменении интенсивности липолиза, т. е. мишенью является гормон-чувствительная липаза, причем только инсулин его тормозит.
Поддержание массы жировой ткани
Масса жировой ткани, как главного энергетического депо организма, не должна быть меньше определенного уровня. Особенно это важно для женщин, т. к. у них должны быть достаточные запасы энергии для вынашивания и вскармливания. За поддержание массы жировой ткани отвечает гормон лептин, который:
−вырабатывается липоцитами, заполненными жиром (чем больше масса жира, тем больше вырабатывается лептина);
−действует на гипоталамус, подавляя чувство голода.
При снижении массы жировой ткани уменьшается выработка лептина, чувство голода обостряется и в результате повышенного потребления пищи масса жировой ткани восстанавливается.
Таким образом, существуют две системы регуляции пищевого по-
ведения.
•Кратковременная, при которой основным фактором регуляции служит концентрация глюкозы в крови. Эта система определяет количество потребляемой за один прием пищи и интервалы между приемами, т. е. является системой регуляции голода и насыщения.
•Долговременная, при которой роль фактора регуляции выполняет масса жировой ткани. Эта система регулирует количество запасов энергии в организме, т. е. является регулятором аппетита.
Полагают, что чрезмерное потребление жиров вызывает повыше-
ние содержания холестерина в крови – гиперхолестеринемию (выше 220 мг/100 мл плазмы), которая сочетается с высокой частотой развития атеросклероза, инфаркта и инсульта. Однако между содержанием холестерина в крови и потреблением жира существуют более сложные взаимоотношения. В среднем человек потребляет ежедневно около 750
44
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
мг холестерина (главным образом, с яйцами, животными жирами, жирным мясом). В толстом кишечнике холестерин всасывается в ограниченном количестве, а в печени его образуется около 1 г в день в зависимости от уровня его потребления. Даже в условиях диеты, полностью лишенной холестерина, его уровень в крови падает лишь на 20%). Насыщенные жирные кислоты способствуют повышению содержания холестерина в крови, а ненасыщенные – снижению.
Минимальные потребности в жирах определяются тем, что организму необходимы незаменимые жирные кислоты, и тем, что витамины всасываются в присутствии жиров. Исходя из этого, в рацион должно входить ежедневно не менее 10г жиров, содержащих незаменимые жирные кислоты, общее же количество жиров должно составить 25–35 % от общего числа калорий. Потребность в жирах повышается при тяжелой физической работе.
Нуклеиновые кислоты
Конечными продуктами переваривания нуклеиновых кислот, способными всасываться, являются пуриновые и пиримидиновые основания, фосфат и пентозы.
Переваривание нуклеиновых кислот также протекает в два этапа:
–в полости тонкой кишки под действием панкреатических нуклеаз нуклеиновые кислоты расщепляются до нуклеотидов;
–в процессе пристеночного пищеварения под действием нуклеотидаз нуклеотиды расщепляются до фосфата и нуклеозидов, которые, в свою очередь, под действием нуклеозидаз расщепляются до пентоз и оснований.
Витамины – это органические компоненты пищи, необходимые в
небольших количествах для нормальной жизнедеятельности. Несмотря на название, не все они относятся к группе аминов.
В 1880 году русский ученый Николай Лунин попытался вырастить мышей на «воссозданном» молоке – эмульсии, содержащей молочный белок, жир, сахар – лактозу и соли в тех концентрациях, в каких все эти вещества содержатся в натуральном продукте. Питавшиеся этой смесью мышата не росли, отказывались от еды и, в конце концов, погибали. Лунин предположил, что в натуральном молоке содержится какое-то вещество или вещества, концентрация которых слишком мала, чтобы их можно было обнаружить с помощью химического анали-
45
за, но которые абсолютно необходимы для нормального развития организма.
Позднее голландский врач Христиан Эйкман, работающий в тюрьме в столице Индонезии, опубликовал свои исследования болезни бе- ри-бери. Эта болезнь, вызывающая сердечную недостаточность, потерю чувствительности, параличи конечностей, психические расстройства и другие нарушения, была широко распространена во многих странах Восточной и Юго-Восточной Азии. Эйкман заметил, что симптомы, сходные с признаками бери-бери, часто проявляются у кур, единственным источником корма для которых были отходы тюремной пищи – в основном рис. Любознательный врач стал расспрашивать коллег из других тюрем и выяснил, что в образцовых тюрьмах, где заключенных кормили очищенным рисом, заболеваемость бери-бери была в 300 раз выше, чем там, где из экономии узникам скармливали рис, недоочищенный от шелухи. Эйкман настоял, чтобы заболевших кормили нешлифованным рисом, и это их спасло.
Статья с наблюдениями Эйкмана несколько лет спустя заинтересовала польского физиолога Казимира Функа. В опытах на голубях он подтвердил выводы Эйкмана, но не согласился с их объяснением о том, что очистка риса делает его ядовитым. Функ предположил, что очистка лишает рис какого-то вещества, содержащегося в шелухе, и попытался его получить. В 1911 году он выделил кристаллы органического соединения, содержащего аминогруппу, добавление которого в пищу исцеляло заболевших бери-бери. Он назвал это вещество витамином – «амином жизни». Вещество, открытое Функом, сегодня известно как витамин В1, или тиамин.
Витамины выполняют высокоспецифические функции в обменных процессах. Часто они входят в состав ферментов или оказывают сложное действие на те или иные процессы и системы (так, витамин С влияет на соединительную ткань) (табл.3).
Эти органические соединения, необходимые для человека и животных, синтезируются в организме в недостаточных количествах либо вовсе не вырабатываются, и необходимо постоянно потреблять продукты, их содержащие. В полноценном рационе они присутствуют в самых разнообразных количествах либо в готовом виде, либо как предшественники (провитамины). Хорошо известными примерами являются β-каротин, или провитамин А, и витамин D3, который может
46
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
синтезироваться из провитамина 7-дегидрохолестерола, продукта промежуточного метаболизма, при воздействии солнечного света на кожу.
Витамины не играют роли в продукции энергии или в поддержании структуры тела, но выполняют главным образом каталитические или регуляторные функции. В соответствии с их растворимостью витамины делятся на две группы.
•Жирорастворимые витамины: витамин А (ретинол и др.), вита-
мин D (эогокальциферол, витамин D2, или холекальциферол, витамин D3), витамин Е и витамин К (фитонадион, или витамин К1, менахинон, или витамин К2).
•Водорастворимые витамины: витамин С (аскорбиновая кисло-
та), витамин В1 (тиамин), витамин В2 (рибофлавин), ниацин (витамин РР, антипеллагрический фактор), пантотеновая кислота, витамин В
(пиридоксин и др.), фолиевая кислота, витамин В12 (цианкобаламин и др.), инозитол, биотин. Инозитол (компонент лецитина) иногда относят к группе витаминов В, хотя его количество, синтезируемое в организме, существенно выше, чем поступающее с пищей.
Организм не создает запасов водорастворимых витаминов для обеспечения физиологических потребностей. Эти витамины циркулируют в крови и используются по мере необходимости в клеточных реакциях. Жирорастворимые витамины содержатся в основном в жирных продуктах и могут поступать в организм в достаточных количествах, если не нарушены процессы переваривания и всасывания жиров. Жиры могут откладываться в печени и жировой ткани.
По своим функциям витамины разделяются на две главные группы.
•Витамины комплексов В и К являются компонентами коферментов, катализирующих метаболизм белков, жиров и углеводов. Участвуя в фундаментальных процессах промежуточного обмена, эти витамины необходимы для каждой живой клетки.
•Витамины А, D, Е и С появились на более поздних этапах эволюции, когда более важным становится поддержание специфических функций каждого органа. Витамины этой группы – высокоспециализированные активные соединения, ассоциированные с определенными системами клеток и тканей. Зависимость от этих витаминов выявлена только у более развитых групп беспозвоночных, а обязательная потребность в витамине D обнаружена лишь у позвоночных животных
47
Таблица 3
Суточная потребность в витаминах и их основные источники (* -синтезируются мик-
рофлорой кишечника)
|
Витамин |
Суточная по- |
Основные источники |
|
|
требность |
|
С |
(аскорбиновая |
50–100 мг |
Перец, укроп, зеленый лук, томаты, |
кислота) |
|
капуста, лимоны, земляника, черная |
|
|
|
|
смородина, шиповник; |
В1 (тиамин) |
1,4–2,4 мг |
Зерновые и бобовые, печень, почки, |
|
|
|
|
сердце |
|
|
|
|
В2 (рибофлавин) |
2–3 мг |
Зерновые и бобовые, печень, почки, |
|
|
|
|
мясо, молоко, яйца |
|
|
|
|
РР |
(никотиновая |
14–15 мг |
Говядина, печень, почки, сердце, |
кислота) |
|
рыба – лосось, сельдь |
|
|
|
|
|
В3 |
(пантотеновая |
10 мг |
Бобовые и зерновые, картофель, |
кислота) |
|
печень, яйца, рыба – лосось, семга и |
|
|
|
|
др. |
В6 (пиридоксин)* |
1,5–3 мг |
Зерновые и бобовые, говядина, пе- |
|
|
|
|
чень, свинина, баранина, рыба – ту- |
|
|
|
нец, треска, лосось и др. |
Вс (фолиевая кисло- |
400 мкг |
Салат, капуста, шпинат, томаты, |
|
та)* |
|
|
морковь, пшеница, рожь, печень, поч- |
|
|
|
ки, говядина, яйца. |
В12 (цианкобаламин) |
3 мкг |
Печень рыб, печень и почки рога- |
|
|
|
|
того скота. |
|
|
|
|
Н (биотин) |
150–200 мкг |
Горох, соя, цветная капуста, грибы, |
|
|
|
|
пшеница, яичный желток, печень, |
|
|
|
почки. |
А (ретинол) |
1,5 мг (5000 МЕ) |
Животные жиры, мясо, рыба, яйца, |
|
|
|
|
молоко |
|
|
|
|
D (кальциферолы) |
2,5 мкг (100 МЕ) |
Печень рыб, икра, мясо жирных |
|
|
|
|
рыб, печень млекопитающих и птиц, |
|
|
|
яйца |
Е (токоферолы) |
10–12 мг |
Растительные масла, зеленые ли- |
|
|
|
|
стья овощей, яйца |
|
|
|
|
К (филлохиноны)* |
0,2–0,3 мг |
Шпинат, капуста, томаты, печень. |
|
|
|
|
|
48
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
На потребность человека в витаминах влияют пол, возраст и физическое состояние (беременность, физические нагрузки, рацион). Недостаточность витаминов (гиповитаминозы) может быть вызвана такими причинами, как недостаток пищи, неправильное питание (однообразная пища, например, в старости, при алкоголизме, постоянное употребление «фастфуда»), либо нарушением всасывания в желудочнокишечном тракте. Применение лекарственных средств, нарушающих, например, бактериальную флору тонкой кишки, может сопровождаться гиповитаминозом вследствие прекращения синтеза витаминов бактериями (это касается, в частности, витаминов В12 и К).
Гиповитаминозами обусловлены следующие серьѐзные заболевания: цинга (дефицит витамина С), бери-бери (дефицит витамина В1), пеллагра (дефицит ниацина), рахит (дефицит витамина D). Кроме того, дефицит витамина А ведет к ночной (куриной) слепоте, дефицит витамина В12 – к пернициозной анемии, в дефицит витамина К – к нарушению свертываемости крови.
Токсичность вследствие передозировки витаминов (гипервитаминозы) возникают, как правило, при чрезмерном потреблении жирорастворимых витаминов А и D. Однако встречаются случаи передозировки и других витаминов. Тем не менее, гипервитаминозы, вызванные избытком водорастворимых витаминов, редки, т. к. избыточные их количества быстро выводятся с мочой.
Подробнее о химической природе и функциях витаминов см. Приложение 1.
Минеральные вещества (макро- и микроэлементы)
Биологические функции минералов в организме разнообразны. Они участвуют в образовании, сохранении структуры и постоянном обновлении костей и зубов, в активации ферментов. Они отвечают за проведение импульсов в нервной системе, деятельность мышц, поддержание ионного состава жидкостей организме, регуляции водного баланса. Минеральные вещества нужны для поддержания постоянного осмотического давления, рН крови и других функций организма.
В соответствии с их содержанием в организме минеральные вещества классифицируются как макроэлементы (>50 мг/кг массы тела) и микроэлементы (<50 мг/кг массы тела). Рекомендуемое суточное потребление микроэлементов составляет менее 100 мг/день. Исключением служит железо: хотя оно присутствует в организме в высоких кон-
49
центрациях и считается макроэлементом, его рекомендуемое ежедневное потребление находится на уровне потребления микроэлементов. Это обусловлено тем, что железо подвергается достаточно эффективной рециклизации, а не выведению из организма. Общая масса всех микроэлементов в организме составляет 8–9 г. К ним относятся хром, железо, фтор, германий, йод, кобальт, медь, марганец, молибден, никель, селен, кремний, ванадий, цинк и олово. Роль некоторых микроэлементов, также присутствующих в крови (таких как алюминий, мышьяк, барий, золото, рубидий), не вполне понятна.
Адекватное потребление должно быть обеспечено прежде всего для железа и йода. Особенно важны функции железа, который находится в организме в наиболее значимых количествах (4–5 г) по сравнению с другими микроэлементами, являясь компонентом гемоглобина и миоглобина. Суточное потребление железа составляет 10 мг для мужчин и 15 мг для женщин. Йод входит в состав молекулы гормона щитовидной железы тироксина и содержится в достаточном количестве в морской рыбе, йодированной поваренной соли и питьевой воде. Суточная потребность в йоде составляет 0,18–0,2 мг. Фтор при его регулярном потреблении, хотя и не является жизненно важным компонентом, способствует реминерализации зубов. Остальные микроэлементы являются прежде всего компонентами важных ферментов.
Кальций, магний, фосфор, натрий, калий и сера относятся к макроэлементам. Самым высоким содержанием в организме отличается кальций – 1,5 кг (99% в костях, 1% в тканях).
В организме содержатся также вещества, не выполняющие какиелибо функции – алюминий, бор, серебро, теллур, и также вредные, ядовитые вещества – сурьма, мышьяк, кадмий, свинец, ртуть и таллий.
Потребность в минеральных веществах зависит от возраста и физиологического состояния. Так, потребность в кальции возрастает в период роста и формирования костей (т. е. в период беременности и у детей). Богаты кальцием молоко и молочные продукты. Потребность в железе и йоде также повышена в период беременности и у детей.
Минимальная суточная потребность в поваренной соли – хлориде натрия – составляет около 1 г. Потребление же соли европейцами превышает эту величину почти в 10 раз. Избыток NaCl выводится почками.
При передозировке почти всех микроэлементов возникают нарушения тех или иных функций. Особенно опасен в этом отношении
50
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/