Основной обмен

Интенсивность процессов метаболизма в состоянии покоя и при условиях, требующих от организма повышенной активности, резко отличаются. В состоянии покоя организму необходимо строго определенное количество энергии для поддержания процессов жизнедеятельности. Под основным обменом понимается количество энергии, необходимое организму натощак (через 12-18 часов после последнего приема пищи) при температуре окружающей среды 16-18⁰С. У взрослого человека средней массы тела и роста основной обмен составляет 1100-1700 ккал/сут., а в расчете на 1 м² поверхности тела – около 900 ккал/сут. Энергетические затраты организма в состоянии покоя идут на поддержание уровня метаболизма, необходимого для работы дыхательной мускулатуры, сердца, мышечного тонуса, почек, печени и т.д., а также поддержание температуры тела.

Обмен белков

Среди органических веществ клетки белки стоят на первом месте как по количеству (10-12% от общей массы клетки), так и по значению. Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры (с молекулярной массой от 6000 до 1 млн. и выше), мономерами которых являются аминокислоты. Живыми организмами используется 20 аминокислот, хотя их существует значительно больше.

По составу различают простые белки (протеины) и сложные (протеиды). Протеины состоят лишь из аминокислот, в то время как в состав протеидов входят белок и небелковая часть, которая называется простетической группой. Различают следующие формы простых белков – альбумины, глобулины, большое число которых находится в плазме крови, а также гистоны, которые связаны с нуклеиновыми кислотами в ядре. Склеропротеины – кератин волос, кожи, коллаген сухожилий и межклеточного вещества костной ткани, эластин связок. К протеидам относят – гликопротеиды, простетическая группа которых представлена углеводами и их производными (муцин – компонент слюны), нуклеопротеиды – простетической группой являются нуклеиновые кислоты (в составе хромосом, рибосом). К хромопротеидам относят гемоглобин, миоглобин. Белковая молекула может состоять из нескольких полипептидных цепей. По структуре белки могут быть фибриллярными и глобулярными.

По функциональному значению аминокислот, входящих в состав белка, их различают на незаменимые и заменимые аминокислоты. Незаменимыми называются такие, которые не образуются в организме. При отсутствии их в пище возникают патологические изменения. Примером незаменимых аминокислот у человека являются – лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, триптофан и др. Например, триптофан необходим для протекания беременности. Заменимые аминокислоты могут образовываться из других аминокислот.

В процессе расщепления белка образуются следующие азотистые продукты распада, выделяемые с мочой, фекалиями и потом – аммиак, мочевина и мочевая кислота. К продуктам распада белков относят также креатин и креатинин, выделяемые мочой. Таким образом, в процессе распада белка образуется азот.

Обмен углеводов

Углеводами называются вещества с общей формулой С_п(Н₂О)_т, где п и т имеют разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, в состав их молекул входят несколько гидроксильных групп. Химические свойства углеводов определяются именно этими группами. Альдегиды легко окисляются и поэтому являются сильными восстановителями.

Углеводы делятся на три основные класса – моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды – это простые сахара. Их общая формула (СН₂О)_п, где п = 3-9. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза) и гептозы. Моносахариды важны как источник энергии, и используются для построения дисахаридов и полисахаридов. Дисахариды образуются в результате соединения двух моносахаридов, чаще гексоз. Связь между двумя моносахаридами называется гликозидной связью. Она обычно образуется между первым и четвертым углеродными атомами соседних моносахаридов. Этот процесс может повторяться, в результате чего образуются молекулы полисахаридов. Среди дисахаридов наиболее широко распространены мальтоза, лактоза, сахароза. Полисахариды образуются в результате соединения большого числа молекул моносахаридов (гексоз). Наибольшее биологическое значение имеют такие полисахариды как гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин.

Обмен липидов

К ним относят простые, сложные липиды, стероиды и пигменты. К простым липидам относят воска. Это – сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов. Сложные липиды это такие вещества, которые кроме спирта и кислот имеют в своем составе и другие соединения, например. Гликолипиды. К стероидам относят половые гормоны (эстроген, прогестерон, тестостерон), аденокортикотропные гормоны(альдостерон, кортикостерон, кортизол), желчные кислоты, витамин D.

Витамины

Витамины – биологически активные вещества, синтезирующиеся в организме или поступающие с пищей, которые в малых количествах необходимы для нормального обмена веществ и жизнедеятельности организма.

Витамины – довольно простые органические соединения. По своей химической структуре они весьма различны. Они не могут синтезироваться организмом в достаточном количестве и поэтому должны поступать с пищей. Витамины абсолютно необходимы для нормального протекания метаболических процессов. Недостаточное поступление их в организм ведет к нарушению обмена веществ. При недостатке витамина возникает гиповитаминоз или авитаминоз, а при избытке гипервитаминоз. Гиповитаминоз или авитаминоз возникает при недостаточном их поступлении в организм или при нарушении всасывания веществ в кишечнике, при различных патологических процессах, или, если потребность в них повышается при беременности, росте.

Выделяют две основные группы витаминов: водорастворимые и жирорастворимые.

Водорастворимые витамины

Водорастворимые витамины легко растворяются в воде, к ним относят витамин С – аскорбиновая кислота, витамины группы В: тиамин – витамин В₁, витамин В₆ (пиродоксин), витамин В₂ – рибофлавин, витамин В₁₂ - кобаламин, витамин РР – ниацин и др.

Витамин С содержится в томатах, капусте, лимонах, апельсинах, черной смородине, перце, укропе, моркови, свекле, фасоли, картофеле. Аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных процессах и активизирует расщепление белков.

Авитаминоз витамина С ведет к заболеванию, которое называется цингой. Оно проявляется в возникновении кровоизлияний в мышцах, коже, суставах, кровоточивостью и разрыхлением десен, расшатыванием и выпадением зубов. Это связано со снижением образования коллагена из проколлагена. Сосуды теряют эластические свойства, становятся более проницаемыми и ломкими. В ходе заболевания усиливается общая слабость, истощение. Понижается сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям.

Витамин В₁. Большое его количество находится в дрожжах, проростках пшеницы, овсяной муке, грецких орехах, говяжьей печени, яичном желтке, бобах, почках, сердце. Витамин В₁ участвует в химических реакциях тканевого обмена.

При авитаминозе возникает заболевание бери-бери. Главным признаком этого заболевания являются признаки полиневрита, т.е. воспалительные изменения нервных волокон. Происходит нарушение чувствительности, параличи. Морфологически обнаруживается дегенерация нервных волокон, миелиновых оболочек, задних столбов спинного мозга, дистрофические изменения в сердце, нарушается образование медиатора – ацетилхолина. Одновременно развивается гипофункция эндокринных желез, замедляется биосинтез белков.

Витамин В₁₂. Основным источником витамина являются мясо, молоко, яйца, рыба, сыр. Витамин В₁₂ участвует в синтезе нуклеиновых кислот.

При авитаминозе возникает злокачественная анемия. Это может быть связано с недостатком витамина в пище, нарушением всасывания в кишечнике, повышением расходования при беременности, нарушением депонирования витамина при поражении печени.

Жирорастворимые витамины

К ним относятся витамины А, Д, К, Е.

Витамин А (ретинол) содержится в жире печени трески, палтуса, печени крупного рогатого скота, в молоке и молочных продуктах, моркови, шпинате, абрикосах, крапиве.

Образуется витамин А из В-каротина – пигмента, который окрашивает морковь в оранжевый цвет. Он расщепляется надвое, и образует витамин.

При авитаминозе витамина А уменьшается содержание родопсина в фоторецепторах сетчатки – палочках. При недостатке витамина развивается куриная слепота, т.е. человек не может видеть в темноте в связи с тем, что функция палочек заключается в видении в сумеречном свете. Также при авитаминозе возникают изменения эпителиальной ткани. Кожа становится сухой, развивается сухость роговицы, ороговение эпителия, конъюнктивы глаза, помутнение и расплавление роговой оболочки. Происходят изменения эпителия дыхательных путей, почек, кишечника. Это может быть причиной возникновения пневмоний, циститов.

Витамин Д (эргокальцеферол). Источниками витамина Д являются рыбий жир, желток яйца, печень трески, молоко, маргарин.

Витамин Д образуется в коже под воздействием ультрафиолетовой радиации солнечного света. Он необходим для всасывания кальция в кишечнике и фиксации его в костной ткани, следовательно, для процессов костеобразования. В связи с чем в крови снижается количество кальция, а также фосфора, т.к. кальций связывает фосфор в кишечнике. Таким образом, витамин Д необходим для кальциево-фосфорного обмена в организме.

При недостатке витамина Д в пище у детей развивается заболевание, называемое рахитом. Рахит проявляется в искривлении костей ног, деформации Костей нижних конечностей, грудной клетки, поздним зарастанием родничков у детей. При рахите нарушается синтез лимонной кислоты, которая необходима для нормального использования кальция в костной ткани. Это является одним из основных механизмов нарушения обмена веществ при рахите.

Сердечно-сосудистая система

Движение крови по сосудам обеспечивается работой сердца. Благодаря кровообращению ко всем тканям и органам поступает кислород, питательные вещества, гормоны, а из организма выводятся продукты распада веществ. Сердечно-сосудистая система включает сердце, артерии, вены и капилляры.

Строение и работа сердца

Спереди сердце прилежит к грудине и реберным хрящам, с боков окружено легкими, снизу находится диафрагма, а сзади – пищевод. Сердце представляет собой полый мышечный орган, состоящий из двух предсердий и двух желудочков, его длина – 9-14 см. Левая и правая части сердца разделены перегородкой. Между предсердиями и желудочками имеются отверстия, которые закрываются клапанами. Они состоят из створок, которые открываются только в полость желудочков, и соединены со стенкой желудочков сухожильными нитями, препятствующими их открыванию в полость предсердия. В левой половине сердца клапан образован двумя створками и называется двустворчатым. Между правым предсердием и правым желудочком находится трехстворчатый клапан. В стенке желудочков сердца имеются отверстия, ведущие в сосуды, отходящие от сердца, - аорту и легочную артерию. В месте выхода аорты из левого желудочка и легочной артерии из правого желудочка располагаются полулунные клапаны. Свободный край полулунных клапанов обращен в просвет сосудов. Они пропускают кровь из сердца в сосуды и препятствуют ее обратному току. Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий в желудочки, а из желудочков – в аорту и легочную артерию.

Работа сердца

Работа сердца зависит от двигательной активности организма. В покое количество выбрасываемой желудочком крови в минуту составляет около 5 л крови – это минутный объем крови. Если разделить эту величину на число сокращений сердца в минуту, то получим систолический объем кровотока. При частоте сердечных сокращений 70-75 в минуту он равен 60-70мл. При физических нагрузках частота сердечных сокращений может увеличиваться до 150 в минуту, а систолический объем – до 150 мл. При тяжелой физической работе минутный объем может достигать 30 литров в минуту.

Сердечный цикл

Период, охватывающий полное сокращение (систола) и расслабление (диастола) сердца, называется сердечным циклом. Продолжительность его при 75 сокращениях сердца в минуту равна 0,8 секунды. Эта цифра получается путем деления 1 минуты на измеренное за это время число сердечных сокращений.

Сердечный цикл начинается систолой предсердий, которая продолжается 0,1 секунды. Желудочки находятся в состоянии диастолы. В это время кровь движется из предсердий в желудочки. Продолжительность диастолы предсердий – 0,7 секунды. В это время кровь поступает из вен в предсердия. Одновременно с диастолой предсердий наступает систола желудочков, которая продолжается 0,3 секунды. Давление в желудочках повышается, и кровь поступает в аорту и легочную артерию. Затем наступает диастола желудочков, продолжающаяся 0,5 секунды. Завершается это общим расслаблением и предсердия, и желудочков, т.е. наступлением общей паузы в работе сердца.

Таким образом, сердечный цикл состоит из трех фаз: систолы предсердия (0,1 сек.), систолы желудочка (0,3 сек.) и общей паузы (0,4 сек.).

Однонаправленному движению крови из предсердий в желудочки способствует строение клапанов сердца. Во время систолы предсердий, т.к. давление в них становится больше, чем давление в желудочках, открываются как двустворчатые, так и трехстворчатые клапаны. В это время желудочки находятся в состоянии диастолы, и давление в них меньше, чем давление в аорте и легочных артериях. Это ведет к закрытию полулунных клапанов. Далее начинается диастола предсердий и систола желудочков. Давление в желудочках становится большим, чем давление в предсердиях, в аорте и легочной артерии. В связи с этим створчатые клапаны закрываются, препятствуя обратному току крови из желудочков в предсердия, а полулунные клапаны открываются, способствуя выбрасыванию крови.

Строение стенки сердца

Стенка сердца образована поперечно-полосатой мускулатурой и состоит из трех слоев: эндокарда, миокарда, эпикарда.

Эндокард – внутренняя оболочка сердца – выстилает поверхность полостей сердца. С кровью соприкасается однослойный эпителий – эндотелий. Эндокард состоит из соединительной ткани, покрытой эндотелием. Эндокард образует предсердно-желудочковые клапаны, а также клапаны аорта и легочных артерий. На внутренней поверхности желудочков находятся мышечные тяжи – сосочковые мышцы. От их верхушек начинаются тонкие сухожильные хорды, которые другим концом прикрепляются к нижнему краю створок створчатых клапанов. При сокращении мускулатуры желудочка свободные края створок смыкаются и удерживаются в таком положении сухожильными хордами и сокращениями сосочковых мышц, не пропуская кровь обратно в предсердия.

Миокард – мышечный слой. Это самая толстая и мощная в функциональном отношении часть стенки сердца. Мышечный слой предсердий тоньше, чем мышечный слой желудочков. Стенка левого желудочка толще, чем правого. Это объясняется тем, что требуется большая сила для проталкивания крови по большому кругу кровообращения, т.к. длина его значительно больше, чем малого круга кровообращения.

Эпикард непосредственно покрывает сердце.

Сердце покрыто перикардом, который изолирует его от окружающих органов, а серозная жидкость между его листками уменьшает трение при сердечных сокращениях. Эпикард срастается с перикардом.

Функциональные особенности миокарда

В состав сердечной поперечнополосатой мышцы входят типичные сократительные мышечные волокна и атипичные сердечные миоциты, формирующие так называемую проводящую систему.

Сердечная мышца характеризуется высоким уровнем кислородного окисления, поэтому она чрезвычайно чувствительна к недостатку кислорода. Ткань сердца работает только за счет аэробного окисления. В связи с этим в клетках миокарда наблюдается большое количество митохондрий, основной функцией которых является синтез АТФ.

Мышечные клетки взрослого организма не делятся и не способны к регенерации. Компенсаторные приспособления мышцы сердца при гибели клеток и при длительной повышенной нагрузке происходят только за счет увеличения внутриклеточных структур неповрежденных клеток, их гипертрофии.

Кровоснабжение миокарда осуществляется двумя коронарными артериями. Правая коронарная (венечная) артерия снабжает большую часть правого желудочка, некоторые отделы перегородки и заднюю стенку левого желудочка. Левая коронарная (венечная) артерия снабжает кровью стенку левого желудочка, большую часть межжелудочковой перегородки, а также стенку левого предсердия.

Повышенная потребность сердца в кислороде удовлетворяется, главным образом, за счет увеличения скорости коронарного кровотока. Недостаток кислорода ведет к расширению коронарных сосудов. В патологических случаях недостаток коронарного кровотока и, следовательно, кислорода, поступающего к миокарду, ведет к коронарной недостаточности. Внезапное прекращение коронарного кровотока (ишемия) уже через несколько минут приводит к тяжелым нарушениям деятельности сердца. Такие изменения происходят в связи с прекращением поступления кислорода (аноксия). Если аноксия продолжается более 30 минут, наблюдаются необратимые структурные изменения миокарда.

Сердечная мышца обладает следующими свойствами: возбудимостью, сократимостью, проводимостью и автоматией.

Возбудимость – это способность ткани отвечать на раздражение возбуждением. Сократимость – способность сокращаться при возбуждении, вызванном каким-либо раздражителем. Под проводимостью понимается возможность прохождения возбуждения по ткани. Если сердце удалить из организма и поместить его в физиологический раствор, то оно будет продолжать сокращаться. Это свойство сердца называется автоматией.

Проводящая система сердца

Наибольшей способностью к автоматии обладает область в месте впадения полых вен в правое предсердие. Здесь находится синусо-предсердный (синоатриальный) узел. Он также называется водителем ритма первого порядка. Ритм сердечных сокращений задают лишь несколько клеток синоатриального узла. Возбуждение, возникающее со строгой периодичностью, распространяется по предсердию и достигает второго предсердно-желудочкового (атриовентрикулярного) узла, который располагается в верхних отделах межжелудочковой перегородки. Его называют водителем ритма второго порядка. От атриовентрикулярного узла импульсы по пучку Гисса переходят на желудочки.

Синусно-предсердный узел, предсердно-желудочковый и пучки Гиса относятся к проводящей системе сердца. По ней скорость прохождения возбуждения быстрее, чем по мышцам сердца, и составляет 1-4 м/с.

Электрокардиограмма

Процесс прохождения возбуждения по сердцу можно регистрировать на электрокардиограмме. На электрокардиограмме в каждом сердечном цикле различают зубцы P, Q, R, S и Т (рис. 3). Зубец Р отражает возбуждение предсердий. Комплекс зубцов Q, R, S, Т отражает возбуждение желудочков. Интервал от начала зубца Р до начала зубца Q отражает время прохождения возбуждения по предсердию. Время от начала зубца Q до окончания зубца Т почти полностью совпадает с систолой желудочков. Изменение амплитуды зубцов, их последовательность, наложение зубцов друг на друга и другие показатели тонко отражают состояние сердечной мышцы.

R

T

P

Q S

Рис. 3. Электрокардиограмма.

Регуляция деятельности сердца

Регуляция работы сердца осуществляется как нервными, так и гуморальными путями.

Нервную регуляцию работы сердца осуществляет вегетативная нервная система. Она может изменять частоту сокращений сердца, влиять на возбудимость сердечной мышцы, изменять силу сокращений. Замедление частоты сокращений сердца называется брадикардией, а учащение – тахикардией.

Парасимпатическая иннервация представлена блуждающими нервами, а симпатическая – волокнами симпатической нервной системы. Парасимпатические волокна блуждающих нервов берут начало в продолговатом мозге и дают ветви к сердцу.

Парасимпатические и симпатические нервы действуют на сердце согласованно. Во время сна усиливается влияние блуждающих нервов, и деятельность сердца замедляется. Влияние симпатических нервов в это время ослабевает.

На работу сердца значительное влияние оказывают концентрации ионов кальция и калия в крови, некоторые гормоны. Гормон надпочечников адреналин вызывает эффект, аналогичный действию симпатической нервной системы. При чрезмерных физических нагрузках, а также при психических нагрузках в кровь поступают большие количества адреналина.