Управляющие и рабочие системы организма

Разделение центральной нервной системы на различные отделы, или области, обусловлено различиями, как в их структурной организации, так и в обособленности некоторых нейрофизиологических механизмов, связанных с осуществлением той или иной функции организма. Разделение работы ЦНС на афферентные и эфферентные механизмы, позволяет рассматривать их в соответствии с восприятием и анализом действующих раздражителей или с организацией произвольных и непроизвольных двигательных актов. Эфферентные функции ЦНС также связаны с регуляцией деятельности внутренних органов. Наиболее сложная деятельность ЦНС связана с осуществлением ее интегративных функций, необходимых для формирования целостных поведенческих актов организма. В системную организацию поведения каждая структура ЦНС вносит свой специфический вклад, который определяется частными особенностями ее динамической организации.

В основу классификации положены морфологический и функциональный критерий. По локализации в структурах нервной системы различают корковые, подкорковые и спинальные центры.  

На функциональной основе центры нервной системы разделяют по регулируемой функции (например, сосудодвигательный центр, центр теплообразования, дыхательный центр и др.) или по афферентному восприятию (например, центры зрения, слуха, обоняния и др.).

Выделяют также центры нервной системы, которые формируют мотивационные состояния организма, являясь пейсмекерами мотивационных возбуждений (центры голода, жажды, насыщения и др.).

Существуют центры нервной системы, которые на основе интеграции возбуждений формируют целостные реакции организма (центры глотания, чиханья, дефекации, половой центр и др.).

Интегративная деятельность спинного мозга  связана со структурной организацией его сегментов. В пределах каждого сегмента спинного мозга возможна интеграция простейших двигательных реакций.

Миотатический рефлекс — одна из простых реакций на растяжение мышцы, осуществляемая на уровне спинного мозга. Реакция растяжения является основой регуляции длины мышцы, изменение которой возникает при поднятии груза или при сокращении мышцы антагониста.

Сухожильные рефлексы — в противоположность реакции на растяжение мышцы способствуют быстрому ее расслаблению. Они защищают ее от повреждения при сильных сокращениях и участвуют в регуляции напряжения в мышце.

Стабилизируя подвижные звенья скелета, миотатические и сухожильные рефлексы создают основу для осуществления непроизвольных и произвольных движений.

Защитные рефлексы спинного мозга — возникают при раздражении кожной поверхности повреждающими раздражителями. В этом случае при раздражении рецепторов кожи происходит отдергивание конечности, или сгибательный рефлекс.

Спинальные двигательные центры находятся под контролирующим влиянием вышележащих отделов ЦНС.

Она проявляется в многочисленных реакциях, эффекторами в которых являются как   мышцы, так и железы.

В продолговатом мозге находятся ядра IX, X, XI и XII пар черепных нервов. С участием этих ядер осуществляются   врожденные пищевые реакции, как сосание, глотание, жевание. На уровне продолговатого мозга формируются защитные реакции — чихание, кашель, рвота, глотание, мигание, слезоотделение. На уровне продолговатого мозга осуществляется функционирование дыхательного и сердечнососудистого центров.

Основные интегративные функции среднего мозга связаны с организацией двигательных актов.

Сторожевые реакции, или старт – реакции -  легкая  их степень   у человека выражается вздрагиванием при неожиданном звуке или прикосновении; при более сильных неожиданных раздражителях человек вскрикивает, а иногда даже бежит. Старт - реакции обеспечивают мгновенную мобилизацию всего организма к активной деятельности при возникновении опасности. Часто такие реакции служат проявлением панического состояния человека.

Тонические реакции   связаны с перераспределением тонуса различных групп мышц. Тонические реакции возникают при изменении положения тела или отдельных частей (например, головы) в пространстве. Они предотвращают нарушение равновесия тела или восстанавливают уже нарушенное равновесие.

Реакции установки тела – это совокупность тонических реакций.  Они делятся на две группы: статические и  статокинетические.

Статические реакции возникают при изменении положения тела, не связанном с его перемещением в пространстве. Статокинетические реакции проявляются в перераспределении тонуса скелетных мышц, обеспечивающих сохранение равновесия тела человека при угловых и линейных ускорениях активного или пассивного перемещения его в пространстве (ходьба, бег, прыжки, трудовые, спортивные, танцевальные движения).

Восприятие направления и силы прямолинейного и криволинейного ускорения осуществляется с помощью рецепторов внутреннего уха. Сигналы, поступающие в средний мозг от вестибулорецепторов, вызывают вращательные реакции глаз, головы, конечностей, туловища.

Статокинетические реакции связаны с возникновением линейного ускорения при вертикальном движении тела вверх или вниз и проявляются в сгибании и последующем разгибании головы, туловища, конечностей.

Ретикулярная формация

Ретикулярная формация — расположена в стволовой части мозга. Она осуществляет восходящие активирующие генерализованные влияния на кору большого мозга. Происходит изменение электрической активности головного мозга — переход организма от состояния сна к бодрствованию. Генерализованное активирующее влияние ретикулярной формации является условием поддержания бодрствующего состояния мозга. Лишение коры большого мозга источника возбуждающей энергии, каковым является ретикулярная формация, приводит к переходу головного мозга в недеятельное состояние, характерного для состояния сна.

 Восходящие активирующие влияния ретикулярной формации на кору головного мозга имеют специфический характер и включены в нейрофизиологические механизмы формирования конкретной мотивации — пищевой, половой, оборонительной и др.

Функциональная активность ретикулярной формации обеспечивается и гуморальными факторами. Такие гуморальные регуляторы как адреналин и СО₂ являются мощными возбудителями ретикулярной формации. Нейроны ретикулярной формации содержат моноамины: норадреналин, серотонин и дофамин.

Ретикулярная формация имеет тесные функциональные и анатомические связи с гипоталамусом, таламусом, продолговатым мозгом и другими отделами головного мозга, поэтому все наиболее общие функции организма, такие как терморегуляция, пищевые и болевые реакции, регуляция постоянства внутренней среды организма, сон и бодрствование, находятся в функциональной зависимости от свойств ретикулярной формации ствола мозга.

Структуры ЦНС, обеспечивающие регуляцию деятельности внутренних органов, поддерживающие постоянство внутренней среды организма и формирующие мотивационные состояния организма, объединяются понятием «висцеральный мозг». Он включает гипоталамус и лимбические образования ЦНС.

 

Гипоталамус

Гипоталамус является структурой ЦНС, осуществляющей сложную интеграцию и приспособление функций различных внутренних органов к целостной деятельности организма. Гипоталамус объединяет и связывает в единое целое механизмы гуморальной и нервной регуляции.

Под контролем гипоталамуса находятся такие железы внутренней секреции, как гипофиз, щитовидная, половые железы, надпочечники и др.   

Регуляция специфических функций гипофиза осуществляется путем выделения гипоталамическими нейронами гормонов, поступающих в гипофиз. Это приводит к изменению функций эндокринных желез, секрет которых попадает в кровь и в свою очередь может действовать на гипоталамус (обратная связь).

Передняя область гипоталамуса принимает непосредственное участие в выделении половых гормонов, что  и оказывает стимулирующее влияние на половое развитие организма.  

Под контролем гипоталамических центров находятся такие взаимодействующие  функции организма, как поддержание постоянства температуры тела, углеводный, жировой и водный обмены организма, регуляция давления крови, регуляция половых функций и функций желудочно-кишечного тракта и др.

В зависимости от выполняемых функций в гипоталамусе выделяют две зоны.

Первая зона — динамогенная, занимает среднюю и заднюю часть гипоталамуса. При ее возбуждении наблюдаются расширение зрачка, повышение кровяного давления, активация дыхания, повышение двигательной возбудимости, т.е. проявления симпатических влияний вегетативной нервной системы.

Второй зоной является трофогенная, находящаяся в преоптической зоне гипоталамуса. Возбуждение ее проявляется в сужении зрачка, снижении кровяного давления, урежении дыхания, рвоте, дефекации, мочеиспускании, слюноотделении, т.е. симптомах, характерных для влияний парасимпатической нервной системы.

В гипоталамусе располагаются центры голода, насыщения, жажды и др. Получая афферентные потоки возбуждений от интерорецепторов (осморецепторов, хеморецепторов, терморецепторов и т.д.), интегрируют их с гуморальными влияниями на нервные клетки гипоталамуса, эти центры формируют соответствующие мотивационные состояния организма.

Гипоталамус относится также к гипногенным структурам ЦНС, которые в функциональном взаимодействии обеспечивают смену сна и бодрствования.

Лимбическая система

Лимбическая система представляет собой совокупность образований, относящихся к древней коре  и подкорковым структурам. Она является  высшим интегративным центром регуляции вегетативных функций организма. От нее импульсы возбуждения направляются   к вегетативным центрам гипоталамуса, к гипофизу и симпатической и парасимпатической вегетативной нервной системе. Таким образом, лимбическая система включается в механизмы поддержания постоянства внутренней среды организма и регуляции вегетативных функций. Благодаря своим связям лимбическая система может влиять на функциональное состояние скелетных мышц.

Лимбическая система принимает непосредственное участие в формировании эмоционально окрашенных форм поведения, особенно врожденного характера.

Интегративная деятельность мозжечка и базальных ядер

Интегративные функции мозжечка связаны главным образом с организацией двигательных актов и регуляцией вегетативных функций.

При осуществлении двигательного акта перемещающиеся части тела испытывают влияние инерционных сил, что нарушает плавность и точность выполняемого движения. Коррекция движения осуществляется структурами мозжечка, обеспечивающими взаимную координацию позных и целенаправленных движений, а также коррекцию выполняемого движения.

Особенно большое значение мозжечок имеет для построения быстрых целенаправленных баллистических движений (например, бросание мяча в цель, прыжок через препятствие). В таких случаях коррекция по ходу выполнения движения невозможна из-за малых временных параметров, и баллистическое движение будет выполнено только по заранее заготовленной программе. Она формируется в полушариях мозжечка на основе импульсации, поступающей от всех областей коры большого мозга и фиксируется в мозжечке.

Таким образом, в течение всей жизни человека в мозжечке непрерывно формируются двигательные программы с сохранением информации, позволяющей сформировать необходимый комплекс двигательных импульсов, под действием которых будет выполнено необходимое баллистическое движение.

Связь мозжечка с высшими вегетативными центрами и с некоторыми железами внутренней секреции обеспечивает его участие в регуляции вегетативных функций. Мозжечок оказывает стабилизирующее влияние на деятельность пищеварительного тракта, дыхание деятельность сердца и тонус сосудов, терморегуляцию, обмен веществ.

Базальные ядра анализируют и осуществляют сложные формы врожденного поведения, участвуют в механизмах кратковременной памяти, а также в регуляции цикла бодрствования — сон.

Интегративная деятельность таламуса

Таламус, или зрительный бугор, являясь частью межуточного мозга, служит связующим звеном между низшими образованиями ствола мозга и корой большого мозга.

Интегративная деятельность коры большого мозга

В коре большого мозга различают пять долей: лобную, теменную, затылочную, височную и островковую доли. Одним из общих механизмов функционирования нейронов различных областей коры мозга является механизм конвергенции возбуждений к отдельным нервным клеткам.

Различают мультисенсорную конвергенцию, которая проявляется в реакции отдельных нервных клеток на несколько предъявляемых раздражителей (звуковой, световой, соматосенсорный раздражитель и др.).

Сенсорно-биологическая конвергенция связана с различными биологическими состояниями организма (боль, голод и др.).

Интегративная деятельность корковых нейронов обеспечивает системные процессы формирования целенаправленного поведения.

Среди ассоциативных областей коры большого мозга лобные доли играют главную роль в выработке стратегии поведения. Выбор стратегии поведения особенно нагляден в ситуациях, когда необходим быстрый переход от одних поведенческих актов к другим. Чем продолжительнее такой переход, тем менее эффективно функционирование лобных долей коры большого мозга.      Исследование активности нейронов этой области показало, что изменение активности в большей степени отражает структуру поведенческого акта, связанную с моментом выбора цели механизмами внимания и кратковременной памяти. Передний отдел лобной доли принимает участие в формировании личностных качеств и творческих процессов.

В затылочно-теменных областях коры большого мозга осуществляются высший анализ и интеграция соматосенсорных, вкусовых и зрительных сигналов. Обширные зоны височной коры включаются в механизмы долговременной памяти.

У большинства людей доминирующим является левое полушарие, которое обеспечивает функцию речи, контроль над действием правой руки, вербальное, логическое мышление. Такой человек тяготеет к теории, имеет большой запас слов, ему присущи целеустремленность, повышенная двигательная активность, способность предвидеть события.

Правое полушарие головного мозга специализировано для восприятия формы и пространства и участвует в интуитивном мышлении. Доминирование правого полушария проявляется у человека в конкретных видах деятельности, в способности тонко чувствовать и переживать.

Физиологические свойства вегетативной нервной системы

Симпатическая нервная система оказывает генерализованное действие. Она участвует в формировании таких целостных состояний, как агрессия, стресс, болевые реакции, мобилизует организм на борьбу и бегство, активное взаимодействие с окружающим миром.

 Эти явления наиболее отчетливо прослеживаются при эмоциональных реакциях. Она оказывает активирующее влияние на функции иннервируемых органов: усиливает катаболические реакции, силу и частоту сокращений сердца, повышает артериальное давление, улучшает оксигенацию тканей, увеличивает содержание глюкозы в крови, скорость проведения возбуждения в скелетных мышцах и их тонус, расширяет бронхи, увеличивает объем легочной вентиляции, расширяет зрачки, увеличивает выработку гомонов надпочечниками. При этом снижается тонус пищеварительного тракта, ослабляются процессы всасывания и ферментации в кишечнике.

 Парасимпатическая нервная система действует более направленно и локально, оказывает ограниченное воздействие в пределах иннервируемого органа.

 Парасимпатическая нервная система оказывает успокаивающее, расслабляющее действие на большинство функций организма -  снижается возбудимость ЦНС и миокарда, уменьшаются интенсивность метаболизма, сила и частота сердечных сокращений, кровяное давление, объем легочной вентиляции, температура тела; увеличивается секреция инсулина, снижается количество глюкозы в крови. При этом усиливается моторная, секреторная и всасывательная функция желудочно-кишечного тракта. Она доминирует в формировании сна и субъективного психологического чувства удовлетворения.

Двойственность влияния вегетативной нервной системы на внутренние органы поддерживается вторичными влияниями гормонов-антагонистов желез внутренней секреции.

Лекция 5

Основы жизнедеятельности

 Обмен веществ и энергии составляет основу жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи.

 В процессе обмена питательные вещества превращаются в собственные компоненты тканей и конечные продукты метаболизма. При этих превращениях поглощается и высвобождается энергия.

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом. Он  измеряется количеством выделяющегося тепла. Например, при окислении 1 моль глюкозы (180 г) выделяется 686 ккал тепла.

Выделившаяся, в результате химических реакций в организме, энергия используется в дыхательном обмене клеток, преобразуется в другие полезные биологические формы — электрическую, осмотическую, механическую.     Основная часть энергия выделяется в виде тепла.

Выделившиеся в результате химических реакций в организме энергия используется в дыхательном обмене клеток, преобразуется в другие биологически полезные формы — электрическую, осмотическую, механическую. Основная часть энергии выделяется в виде тепла.

Химическая работа обеспечивает обмен белков, жиров и углеводов, рост и размножение клеток, синтез и передачу наследственной информации. Осмотическая работа способствует трансмембранному переносу веществ (натрия, калия, хлора, кальция и др.); накоплению в клетке и выведению продуктов метаболизма; поддержанию постоянства состава клеточной и тканевой жидкости.

Электрическая работа поддерживает разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны, вследствие чего клетка реагирует на воздействия внешней и внутренней среды процессом возбуждения, одним из проявлений которого является трансмембранный электрический ток (потенциал действия).

Механическая работа определяет разные формы движения — от потоков цитоплазмы в клетке и трепетания ресничек эпителия в кишечнике, до согласованного сокращения различных групп мышц в сложных двигательных актах.

Питательные вещества для человека являются единственным источником энергии. Пластическая роль питательных веществ состоит в том, что из них после химических превращений образуются собственные структурные компоненты клеток и тканей.

Процесс обмена веществ подчиняется всеобщему закону сохранения материи: при всех явлениях природы видоизменяется только форма вещества, количество же его остается постоянным.

Условно в процессе обмена веществ можно выделить три этапа.

Первый этап — ферментативное расщепление питательных веществ и всасывание их в кровь, лимфу.

Второй этап — транспорт питательных веществ жидкими средами организма к тканям и клеточный метаболизм.

Третий этап — выведение конечных продуктов.

 Промежуточный обмен - это совокупность химических превращений переваренных питательных веществ с момента поступления их в кровь до начала выделения конечных продуктов из организма.

Промежуточный обмен состоит: из катаболизма и анаболизма.

Катаболизм  - это ферментативное расщепление в процессе окислительных реакций крупных органических молекул на более простые, в результате чего выделяется заключенная в них энергия. Часть этой энергии накапливается в виде АТФ и используется для выполнения биологически полезных форм работы (например, мышечного сокращения).

 Анаболизм - это ферментативный синтез из простых органических молекул крупномолекулярных клеточных компонентов — полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, липидов. Анаболические реакции протекают с использованием энергии и обеспечивают обновление, рост и регенерацию тканей.

Клеточный метаболизм

Все клетки организма имеют примерно одинаковый набор неорганических и органических веществ. Вода является той общей средой, в которой находятся все компоненты протекающих в клетке химических реакций.   Молекулы кислорода и углекислого газа участвуют в реакциях биологического окисления, ионы натрия, калия, хлора определяют электрические свойства клеток, нерастворимые соли (кальций) придают структурам устойчивость и пластичность.

Минеральный обмен

Процессы всасывания, усвоения, распределения, превращения и выделения из организма неорганических соединений составляют в совокупности минеральный обмен.

Основными источниками минеральных веществ являются пищевые продукты — мясо, молоко, черный хлеб, бобовые, овощи. Соли должны составлять 4% сухой массы пищи. Основными физиологически активными являются ионы натрия, калия, кальция, магния. В состав жидких сред входят также ионы железа, марганца, цинка, кобальта, йода и др.

В организме здорового человека массой тела около 70 кг содержится 150—170 г натрия, 3200—3150 ммоль калия.

 Физиологическая роль калиячрезвычайно высока, он участвует во всех видах обмена веществ, особенно белков и углеводов;  в синтезе АТФ, и поэтому влияет на сократимость. Недостаток его вызывает атонию скелетных мышц; избыток — повышение тонуса, а очень высокое содержание парализует мышцу;

Калий необходим в синтезе ацетилхолина и он влияет на синоптическую передачу возбуждения; вызывает расширение сосудов; обеспечивает клетке способность к возбуждению.

Нормальное содержание кальция в плазме 2,1—2,6 ммоль/л. Кальций принимает активное участие в процессах возбуждения, синоптической передаче, мышечном сокращении, участвует в окислении жиров и углеводов, в свертывании крови, формирует структурную основу костного скелета.

Главная роль в регуляции равновесия между кальцием плазмы и кальцием костей принадлежит гормону околощитовидных желез  паратирину.

Суточная потребность в магнии 150—450 мг. При недостатке магния наблюдаются мышечная слабость, в том числе и сердечной мышцы, угнетение дыхания.

Общее содержание хлора в организме 2000 м/моль. Он является вторым после натрия внеклеточным анионом. Участвует в процессах возбуждения и торможения, в синоптической передаче, в образовании соляной кислоты желудочного сока.

Биологическая роль углеводов для человека определяется, прежде всего, его энергетической ценностью. Процессы превращения углеводов обеспечивают 60% суммарного энергообмена.

При окислении 1 г углеводов выделяется 4 ккал тепла. Углеводы используются либо как прямой источник химической энергии (глюкозо-6-фосфат), либо как энергетический резерв (гликоген). Основные углеводы — сахара, крахмал, клетчатка — содержатся в растительной пище, суточная потребность в которой взрослого человека составляет около 500 г (минимальная потребность - 100—150 г в сутки).

Мышечная ткань, особенно при активной работе, извлекает из крови значительное количество глюкозы. В мышцах из глюкозы синтезируется гликоген. Распад гликогена (гликолиз) является одним из источников энергии мышечного сокращения.

Мозг не имеет депо гликогена, поэтому он нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Углеводы – единственный источник, за счёт которого в норме покрываются энергетические расходы мозга. Ткань мозга поглощает около 70% глюкозы, выделяемой печенью.

Около 70% углеводов пищи окисляется в тканях до воды и двуокиси углерода; 25% глюкозы крови превращается в жир; из2—5% в печени и в мышцах путем гликогенеза синтезируется гликоген.

Уровень глюкозы в крови регулируется гормонами — инсулином, глюкагоном, адреналином, соматотропином и кортизолом.

Суммарное количество жиров в организме человека составляет 10—20% массы тела.

Суточная потребность 70—80 г. Жиры, поступившие в пищеварительный тракт, распадаются на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в лимфатические сосуды, а оттуда поступают в кровь. В процессе окисления жирные кислоты превращаются в ацетилкоэнзим А, при помощи которого осуществляется связь углеводного и жирового обменов. Уровень жирных кислот в организме регулируется как отложением их в жировой ткани, так и высвобождением из нее.

Жиры, весьма неоднородные в химическом отношении выполняют следующие функции.

 Нейтральные жиры пищи являются важнейшим источником энергии. При окислении 1 г вещества выделяется максимальное по сравнению с окислением белков и углеводов количество энергии — 9,0 ккал. За счет окисления нейтральных жиров образуется 50% всей энергии в организме. Жиры, депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы — от механических повреждений.

 Увеличение массы тела на 20—25% против нормы считается предельно допустимой физиологической границей.

Фосфо - и гликолипиды входят в состав всех клеток, особенно нервных. Фосфолипиды синтезируются в печени и в кишечной стенке.

Бурый жир представлен особой жировой тканью, располагающейся в области шеи и верхней части спины у новорожденных и грудных детей. В небольшом количестве бурый жир имеется и взрослого человека. Продукция тепла бурым жиром (на единицу массы его ткани) в 20 и более раз превышает таковую обычной жировой ткани. Несмотря на минимальное содержание бурого жира, в нем может генерироваться 1/3 всего образующегося в организме тепла. Бурому жиру принадлежит важная роль в адаптации организма к низким температурам. Следует отметить, что бурый жир является также источником эндогенной воды.

Высшие жирные кислоты являются основным продуктом гидролиза липидов в кишечнике. Суточная потребность в них составляет 10—12 г. Линолевая и линоленовая кислоты содержатся в растительных жирах, арахидоновая — только в животных. Они необходимы для построения и сохранения липопротеидных клеточных мембран, для синтеза простагландинов и половых гормонов.

Дефицит незаменимых жирных кислот в пище приводит к замедлению роста и развития организма, снижению репродуктивной функции и различным поражениям кожи.

Регуляция расщепления и накопления жиров  осуществляется гормонами надпочечников (адреналин) и поджелудочной железы (инсулин), которые усиливают липолиз, активируют фазу катаболизма. Хронический стресс, сопровождаемый напряжением симпатико-адреналовой системы, приводит к истощению жировых депо и потере массы тела. Напротив, дефицит инсулина, например, при сахарном диабете, сочетается с ожирением.

Незаменимые сложные жиры — фосфатиды и стерины. Ими поддерживается постоянство состава цитоплазмы нервных клеток, синтезируются половые гормоны и гормоны коркового вещества надпочечников, некоторые витамины (например, витамин Д).

Функции белков в организме многообразны. Пластическое или структурное значение белков состоит в том, что они входят в состав всех клеток и межтканевых структур, а также обеспечивают рост и развитие организма за счет процессов биосинтеза.

Каталитическая, или ферментативная, активность белков регулирует скорость биохимических реакций, определяет все стороны обмена веществ и образования энергии не только из самих протеинов, но и из углеводов и жиров.

Защитная функция заключается в образовании иммунных белков — антител. Белки способны связывать токсины и яды, обеспечивают свертываемость крови (гемостаз).

Транспортнаяфункция — перенос кислорода и двуокиси углерода эритроцитным белком — гемоглобином; связывание и перенос некоторых ионов (железо, медь, водород), лекарственных веществ, токсинов.

Энергетическая роль белков определяется их способностью освобождать при окислении энергию: 1 г белка аккумулирует 4 ккал.

 По степени важности пластическая роль белков в метаболизме превосходит их собственную энергетическую, а также пластическую роль других питательных веществ. Особенно велика потребность в белке в периоды роста, беременности, выздоровления после тяжелых заболеваний.

Для поддержания азотистого равновесия в организме требуется как минимум 30—45 г животного белка в сутки — физиологический минимум белка.

Белки органов и тканей нуждаются в постоянном обновлении. Около 400 г белка из 6 кг, составляющих белковый «фонд» организма, ежедневно подвергается катаболизму и должно быть возмещено эквивалентным количеством вновь образованных белков в анаболической фазе белкового обмена.

Минимальное количество белка, постоянно распадающегося в организме называется коэффициентом изнашивания Рубнера. Потеря белка у человека массой 70 кг равна 23 г/сут. Поступление в организме белка в меньшем количестве ведет к отрицательному азотистому балансу, не удовлетворяющему пластические и энергетические потребности организма.

Для полного удовлетворения потребности организма в белке в сутки человек должен получить 80—100 г белка, в том числе 30 г животного происхождения, а при физических нагрузках—130-150 г. Эти количества в среднем соответствуют физиологическому оптимуму белка — 1 г на 1 кг массы тела.

Гормональная регуляция обмена белков обеспечивает динамическое равновесие их синтеза и распада.

Анаболизм белков контролируется гормонами аденогипофиза (соматотропином), поджелудочной железы (инсулином), мужских половых желез (андрогенами). Усиление анаболической фазы метаболизма белков при избытке этих гормонов выражается в усиленном росте, увеличении массы тела. В ряде случаев, например, в период полового созревания, эти явления имеют физиологический характер. В других случаях (например, при опухоли гипофиза) могут развиться гигантизм и другие гиперпластические процессы. Недостаток анаболических гормонов (например, соматотропина) вызывает задержку роста у детей.

Катаболизм белков регулируется гормонами щитовидной железы (тироксином, трийодтиронином), коркового (глюкокортикоидами) и мозгового (адреналином) вещества надпочечников. Избыток этих гормонов усиливает распад белков в тканях, что сопровождается истощением и отрицательным азотистым балансом. Недостаток гормонов, например, щитовидной железы сопровождается ожирением.

Большое значение для здоровой жизнедеятельности имеют витамины. Это органические низкомолекулярные соединения, поступающие с пищей или синтезируемые в самом организме. Витамины не являются пластическим материалом и не участвуют непосредственно в энергетическом обмене. Вместе с тем, функции их многообразны, а недостаток, или избыток приводит к серьезным нарушениям метаболизма.

Обмен энергии

В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики — взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы.

С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарным неравновесным системам. Это означает, что:

1) они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией;

2) способны в течение определенного времени удерживать свои основные параметры и под влиянием внешней среды переходить из одного стационарного состояния в другое в пределах колебаний жизненно важных констант, допустимых для сохранения жизни;

3) благодаря наличию в организме множества градиентов и потенциалов создаются условия для неравновесного распределения вещества и энергия между живыми системами и окружающей средой.

Принцип устойчивого неравновесия живых систем гласит:

 «Живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии».

Законы термодинамики

Первый закон термодинамики — закон сохранения и превращения энергии (Ломоносов М.В., 1748):

«Энергия не исчезает и не творится вновь, а только переходит из одной формы в другую: механическая работа, кинетическая энергия и теплота могут превращаться друг в друга».

Второй закон термодинамики (Больцман, 1880) гласит:

 «Если любой вид энергии можно трансформировать в эквивалентное количество тепла, то в случае обратного превращения полная трансформация невозможна».

Свободная энергия способна к превращениям и к совершению полезной работы. Связанная энергия составляет ту «непроизводительную» часть, которая не переходит в другие формы и рассеивается в виде тепла, характеризуя меру термодинамической неупорядоченности системы, называемую энтропией.

Имеется коэффициент полезного действия живой клетки определяется:

 

КПД =	^Внешняя работа	× 100
	^Вырабатываемая энергия

Вследствие энтропии КПД живых организмов всегда очень низок. При мышечном сокращении, например, 80% энергии теряются в виде теплоты и только 20% превращаются в механическую работу.

Теплоту, выделяемую организмом, условно делят на два типа. Первичная теплота постоянно высвобождается в ходе клеточного метаболизма, вне зависимости от того, совершается внешняя работа или нет. Ее количество является показателем интенсивности основного обмена, обеспечивающего функционирование жизненно важных органов.

Вторичная теплота выделяется при совершении организмом любой работы за счет резерва аккумулированной энергии АТФ, образующегося в результате метаболических превращений питательных веществ.

В физиологических условиях оба вида теплоты находятся в относительном равновесии. Первичная теплота непрерывно рассеивается в окружающую среду, даже если температура среды превышает температуру тела. При переохлаждении количество первичной теплоты обеспечивается за счет увеличения доли вторичной теплоты вследствие усиления двигательной активности, и особенно при появлении непроизвольной дрожи (дрожательный термокинез).

В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом используют внесистемные единицы — калорию (кал) и килокалорию (ккал). Калория — количество энергии (тепла), необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1⁰С.

Основной обмен — минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращение, дыхание, выделение, поддержание температуры тела, функционирование жизненно важных нервных центров мозга, постоянную секрецию эндокринных желез.

Печень потребляет 27% энергии основного обмена, мозг — 19%, мышцы — 18%, почки — 10%, сердце — 7%, остальные органы и ткани — 19%.

Любая работа — физическая или умственная, а также прием пищи, колебания температуры окружающей среды и другие внешние и внутренние факторы, изменяющие уровень обменных процессов влекут за собой увеличение энергозатрат.

Зависимость интенсивности основного обмена от площади поверхности тела была показана немецким физиологом Рубнером для различных животных (кривая «мышь — слон»). Согласно этому правилу, интенсивность основного обмена тесно связана с размерами поверхности тела: у теплокровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1 м² поверхности рассеивается одинаковое количество тепла.

Таким образом, закон поверхности тела гласит:

«Энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны площади поверхности тела».

С возрастом величина основного обмена неуклонно снижается. Средняя величина основного обмена у здорового человека равна 1 ккал (кг. ч).

Общий расход энергии человеком зависит от состояния организма и мышечной деятельности. Мышечная работа сопряжена со значительными затратами энергии и увеличением теплопродукции. У спокойно лежащего человека теплопродукция составляет 35 ккал. Если человек слегка приподнимается и облокачивается на спинку кровати — теплопродукция увеличивае