Усвоение питательных веществ

Работа желудочно-кишечного тракта регулируется нервной системой. В свою очередь, рецепторы, расположенные в большинстве органов пищеварения, передают по нервным волокнам информацию, необходимую для дальнейшего управления процессом усвоения пищи. На синтез пищеварительных ферментов и их транспортировку оказывают влияние различные гормоны.

В норме все реакции, происходящие в организме, согласованы и определяются его физиологическим состоянием и потребностями. Так, например, объем мышечной массы определяет количество калорий, которое организм сжигает в состоянии покоя. При нарушениях обмена веществ, происходящих вследствие различных заболеваний, старения организма, неправильного питания и образа жизни, этот отлаженный механизм дает сбои, вследствие чего возникают различные проблемы, и образуется так называемый порочный круг. К таким проблемам относится, в частности, ожирение, следствием которого являются нарушения в работе сердечно-сосудистой системы.

Регуляция обмена веществ происходит при участии трех важнейших систем — нервной, эндокринной и сосудистой.

Нервная система принимает и обрабатывает импульсы, поступающие от рецепторов и свидетельствующие о том или ином физиологическом состоянии организма (недостаточность кислорода, голод, жажда, боль), и передает соответствующие команды другим органам.

Сосудистая система выполняет транспортную функцию, то есть служит для переноса всех химических соединений в организме. По содержанию в крови тех или иных веществ можно судить о состоянии здоровья человека, поэтому анализ крови помогает с высокой точностью диагностировать различные нарушения в работе организма.

Эндокринная система оказывает влияние на различные функции организма и обеспечивает оптимальное соотношение синтеза и распада компонентов тканей.

Углеводы

Углеводы — группа органических веществ, по сути представляющих собой различные соединения углерода и воды, чем и объясняется их название. Они обеспечивают организм энергией и служат ему запасами питательных веществ. Углеводы подразделяются на простые, или моносахариды, и сложные — ди-, три- и полисахариды. Основным источником энергии для нашего организма служат моносахариды.

Главный моносахарид — глюкоза (от греч. glykys — сладкий). Недостаток глюкозы в организме вызывает ацидоз. Избыток — диабет. Норма содержания в крови — 0,1%.

Основным дисахаридом в организме человека является сахароза. Именно этот элемент является главной составляющей обычного сахара, который мы употребляем в пищу. Еще один распространенный дисахарид — лактоза (молочный сахар). Лактоза входит в состав грудного молока и является источником энергии для новорожденных. Содержание лактозы в женском молоке — 7 г на 100 мл, в коровьем и козьем молоке — 4,5 г на 100 мл.

Основной источник полисахаридов для человека — это крахмал, образующийся в растениях в процессе фотосинтеза.

Конечным продуктом распада пищевого крахмала является глюкоза. Другой важный полисахарид — целлюлоза. Для нашего организма целлюлоза, содержащаяся в пищевых продуктах, является источником пищевых волокон, которые не перевариваются, но также выполняют в процессе пищеварения очень важную роль, защищая кишечник от воздействия токсинов.

Белки

Белки (протеины) — это природные органические вещества, молекулы которых имеют вид длинных цепей, состоящих из аминокислот, соединенных пептидными связями.

Соединения аминокислот называются полипептидами, а уже полипептиды, в свою очередь соединяясь друг с другом, образуют сложные молекулы белков.

В состав белков входят углерод, водород, кислород, азот, сера и иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота (другие питательные вещества азота не содержат).

Белки являются основными и самыми сложными по своему составу веществами, получаемыми человеком с пищей. В желудочно-кишечном тракте пищевые белки расщепляются на аминокислоты, которые организм человека использует для синтеза собственных белков.

Соединяясь друг с другом или с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, белки образуют различные структуры, в которых осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Белковая пища не может быть заменена никакими другими питательными веществами, поскольку синтез белков, необходимых организму, возможен в нем только из аминокислот. Дефицит белка в питании приводит к ухудшению иммунитета, возникновению различных нарушений в работе сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем.

В зависимости от пространственной структуры все белки делятся на два больших класса: фибриллярные (они используются природой как структурный материал) и глобулярные — ферменты, антитела, некоторые гормоны и др.

Ферменты, или энзимы, действуют в организме как катализаторы реакций синтеза (анаболические ферменты) и распада (катаболические ферменты). Ферменты обладают специфичностью действия, то есть способны влиять только на строго определенные субстраты. Многим ферментам для эффективной работы требуются небелковые компоненты, называемые кофакторами. В процессе пищеварения ферменты разрушают полученные белки до аминокислот, которые используются организмом при синтезе других белков или подвергаются распаду для получения энергии.

Многие гормоны также являются белками, полипептидами или аминокислотами. Один из наиболее известных белков-гормонов — инсулин. Гормоны выполняют в организме регуляторную функцию. Более подробно о механизме действия гормонов будет рассказано в разделе, посвященном функциям эндокринной системы. Белок крови — гемоглобин — выполняет в организме транспортную функцию, существуют также белки с защитными, рецепторными и многими другими свойствами. В отдельную группу выделяют нейропептиды, ответственные за основные психические процессы.

В состав многих белков помимо пептидных цепей входят и неаминокислотные фрагменты. По этому критерию белки делят на простые, содержащие только аминокислотные цепи, и сложные (протеиды), содержащие неаминокислотные фрагменты.

Сложные белки подразделяются на гликопротеиды, содержащие углеводные остатки (к ним относятся, в частности, иммуноглобулины); липопротеиды, связанные с липидами; а также металлопротеиды, нуклеопротеиды, фосфопротеиды и т. д.

В рамках данной книги, посвященной холестерину, более подробно из всех этих соединений мы рассмотрим только липопротеиды — комплексные соединения различных белков с жирами. Белки в составе липопротеидов называют апобелками. О видах и функциях липопротеидов мы поговорим чуть позже.

Жиры

Жиры, или липиды (от греч. lipas — жир) представляют собой эфиры трехатомного спирта (как правило, глицерина) и высокомолекулярных карбоновых (жирных) кислот. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие компоненты. Жиры — это ценные питательные вещества, способные в небольшом количестве обеспечить организм энергией. Средняя потребность человека в жирах — 80—100 г в сутки.

Структурными компонентами большинства липидов являются так называемые жирные кислоты. Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасыщенные. Наиболее часто в состав липидов входят насыщенные пальмитиновая, стеариновая и ненасыщенные олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты.

В составе живых организмов чаще всего встречаются нейтральные жиры, или триацилглицерины (синоним — триглицериды). Глицерин — это многоатомный спирт. В сочетании с тремя жирными кислотами глицерин образует триглицериды.

Часть липидов связывается в организме с белками и углеводами, образуя разнообразные по сложности и прочности соединения. Как уже было сказано выше, соединения различных жиров с белками называются липопротеидами (синоним — липопротеины). Они представляют собой твердые шарообразные образования. В форме липопротеидов липиды с кровью и лимфой транспортируются к отдельным органам.

Жиры и жироподобные вещества подразделяются на простые липиды (не содержащие азота, фосфора и серы), воски (входящие в состав липидов сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных кислот и высокомолекулярных одноатомных спиртов), фосфолипиды (имеющие в своем составе фосфорную кислоту), липопротеиды (соединения с белками), гликолипиды (соединения с глюкозой или галактозой), а также стероиды.

Стероиды представляют собой особую группу липидов, включающую стерины (от греч. stereos — твердый), витамины группы D, желчные (холевые) кислоты и различные гормоны.

Основным стерином животных и человека является холестерин. По своему химическому составу стерины — это полициклические спирты. Они используются организмом для выработки женских половых гормонов эстрогенов и прогестерона, мужского полового гормона тестостерона, а также играют важную роль в деятельности синапсов головного мозга и иммунной системы, включая защиту от рака.

Таким образом, холестерин относится к классу липидов (жиров) из группы стеринов, являясь при этом ненасыщенным жирорастворимым спиртом. Химическая формула холестерина — С₂₇Н₄₆О. Большая часть холестерина в тканях животных присутствует в виде эфиров жирных кислот.

Функции эндокринной системы

Эндокринные клетки содержатся практически во всех тканях организма. Они производят биологически активные вещества — гормоны (от греч. hormao — двигаю, возбуждаю), которые влияют на обмен веществ и работу как отдельных органов и систем, так и всего организма в целом. Регуляция метаболизма осуществляется под действием различных гормонов, вырабатываемых органами эндокринной системы.

Эндокринная система состоит из:

• эндокринных желез — органов, вырабатывающих гормоны (щитовидная железа, надпочечники, эпифиз, гипофиз и др.);

• гормонпродуцирующих частей органов, совмещающих как эндокринные, так и другие функции (гипоталамус, поджелудочная железа, тимус и др.);

• одиночных клеток, расположенных в различных органах (клеток диффузной эндокринной системы).

Некоторые эндокринные функции выполняют также печень, почки, желудок, кишечник, селезенка. Клетки эндокринных желез выделяют гормоны непосредственно в кровь либо — через межклеточное пространство — в соседние клетки. В этом заключается отличие желез внутренней секреции, или эндокринных (от греч. endon — внутрь и krino — выделяю) от желез экзокринных, которые выделяют свой секрет в протоки, выходящие на наружную поверхность тела (слюнные железы, потовые, железы желудка, легких).

С током крови гормоны разносятся по всему организму и оказывают влияние на деятельность всех органов.

В отличие от многих других систем нашего организма, «полномочия» которых строго разграничены, эндокринная система выполняет различные функции. Она играет ключевую роль в выполнении таких важных задач, как переваривание пищи, размножение и гомеостаз (поддержание оптимального состояния организма в изменяющихся условиях внешней среды), регулирует рост и развитие.

Соответственно, имеет место и обратная связь: причиной изменения нормального гормонального баланса в организме вполне может оказаться неправильное питание, недостаток двигательной активности, инфекция или стресс.

Железы внутренней секреции

Как уже было сказано выше, эндокринные железы, или железы внутренней секреции, не имеют выводных протоков: продукты их секреции попадают непосредственно в кровь, лимфу или в соседние клетки. Поэтому все эндокринные железы имеют богатое кровоснабжение.

Гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции, осуществляют химическую регуляцию деятельности всего организма и оказывают выраженный эффект в минимальных количествах. Регуляция количества гормонов в организме и их воздействие на различные системы и органы происходит очень быстро — не даром гормональные препараты являются одними из самых сильнодействующих средств, которыми располагает современная медицина.

Основные железы эндокринной системы — это гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа, околощитовидные железы, поджелудочная железа, надпочечники, эпифиз и половые железы (у мужчин — яички, у женщин — яичники).

Центральное звено эндокринной системы составляют гипоталамус, эпифиз и гипофиз.

Главным центром, регулирующим производство гормонов эндокринными железами и выброс их в кровь, является гипоталамус, расположенный в головном мозге. Он получает информацию из центральной нервной системы и переключает ее на гипофиз.

Гипофиз регулирует секрецию всех зависимых от него эндокринных органов, представляющих собой периферическое звено эндокринной системы (щитовидная железа, кора надпочечников, яички и яичники).

К периферическому звену эндокринной системы относятся также паращитовидные железы, некоторые клетки островков поджелудочной железы, гормонпродуцирующие клетки других органов.

В свою очередь, гормоны эндокринных желез оказывают обратное действие на гипоталамо-гипофизарную систему. Многое во взаимодействии этих систем остается еще не изученным, и исследователи интенсивно занимаются этими вопросами.

Механизм действия гормонов

Гормоны были открыты в 1902 году. Согласно определению большинства специалистов, это органические химические соединения, вырабатываемые определенными железами и клетками и оказывающие сложное и многогранное воздействие на клетки-мишени. (Мишенями клетки делает наличие специфического белка-рецептора, определяющего их чувствительность к данному гормону.) У одного гормона может быть несколько мишеней, и вызываемые им физиологические изменения сказываются на целом ряде функций организма. Иногда гормоны действуют совместно: эффект одного из них зависит от присутствия какого-либо другого.

Гормональный баланс организма влияет на остроту мышления и физическую подвижность, определяет наши телосложение и рост, тональность голоса, половое влечение и поведение. Благодаря эндокринной системе человек может приспосабливаться к сильным температурным колебаниям, излишку или недостатку пищи, физическим и эмоциональным стрессам.

Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами практически всех биологических процессов, происходящих в организме. В настоящее время известно более 80 различных гормонов. Большинство из них не может откладываться или запасаться в организме, поэтому продукция гормонов осуществляется постоянно. Количество биологически активных веществ, производимых железами внутренней секреции, зависит от возраста, психического и физического состояния человека, а также от времени суток и воздействий окружающей среды.

Увеличение или уменьшение выработки гормонов относительно нормы, а также изменение чувствительности гормональных рецепторов и нарушение транспорта гормонов приводит к различным заболеваниям, изучением и лечением которых занимается эндокринология.

Главным фактором, регулирующим уровень того или иного гормона в крови, является скорость его поступления в кровоток. Иногда продукция гормонов контролируется субстратом, уровень которого они регулируют. В большинстве случаев на продукцию гормона влияет не один, а несколько стимулов, хотя какому-то из них принадлежит ведущая роль. Зачастую гормоны оказываются факторами, тормозящими по принципу обратной связи свою собственную продукцию. Как уже было отмечено выше, на уровень выработки в организме того или иного гормона оказывают влияние все его системы.

Здоровый организм — это прежде всего строгий гормональный баланс, без излишеств и недостатков. Нарушения этого баланса проявляются по-разному.

Недостаток гормона в организме может быть вызван гипофункцией эндокринной железы, новообразованиями, инфекциями, травмами, инфарктами, аутоиммунными процессами. Большое значение имеет фактор наследственности. Избыток гормона возникает при гиперфункции эндокринной железы; вследствие продукции гормонов другими тканями (обычно при злокачественном перерождении); при усилении производства гормона тканями из его предшественника. Иногда избыток гормона наблюдается при гормональной терапии.

Бывает и так, что ткани организма не реагируют должным образом на нормальное или повышенное количество гормона в крови. В этом случае говорят о резистентности (невосприимчивости) тканей к гормону. Среди основных причин этой патологии можно назвать наследственность, дефекты тканевых рецепторов и появление антител к гормонам.

Симптомами эндокринных заболеваний являются изменения веса, аппетита, температуры тела, артериального давления, внешнего вида, сексуального влечения. Кроме того, для эндокринологических больных характерны резкие перемены настроения, быстрая утомляемость, сонливость или бессонница; постоянная жажда, чувство жара или ознобы, кожный зуд; частые позывы к мочеиспусканию, желудочно-кишечные расстройства или запоры. Некоторые пациенты сталкиваются с дрожанием (тремором) пальцев рук, избыточной потливостью. Существуют болезни, поражающие сразу многие эндокринные органы. Это делает диагностику и лечение эндокринных заболеваний еще более сложными.