5 Превращение энергии в процессе обмена в-в.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энер­гии: потенциальная энергия сложных органических соединений, посту­пивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электриче­скую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов кле­ток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.

Теплообразование в организме имеет двухфазный характер. При окис­лении белков, жиров и углеводов одна часть энергии используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту. Теплота, выделяющаяся не­посредственно при окислении питательных веществ, получила название первичной теплоты.

Аккумулированная в АТФ энергия используется в дальнейшем для механической работы, химических, транс­портных, электрических процессов и в конечном счете тоже превращается в теплоту, обозначаемую вторичной теплотой.

Для определения энергообразования в организме используют прямую калориметрию, непрямую калориметрию и исследование валового обмена. Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биока­лориметрах количества тепла, выделенного организмом. Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагре­вает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и измене­нию ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла. Калориметры градиентного типа выполняются в форме костюма.

Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О₂ и выделенного СО₂ с последующим расчетом теплопродукции организма. Наиболее распространен способ Дугласа—Холдейна, при котором в тече­ние 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепрони­цаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследу­емый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О₂ и СО₂.

Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение объема выде­ленного СО2 к объему поглощенного О₂. ДК различен при окислении бел­ков, жиров и углеводов.

Длительное (на протяжении суток) опред-е газообмена дает возмоджность не только рассчитать теплопродукцию, но решить вопрос о том, за счет окис-я каких пит в-в шло теплообр-е.

6Основной обмен, его вел-на и факторы ее определяющие.

Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зави­сят от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндо­кринных желез, нервной системы и внутренних органов — печени, почек, пищеварительного тракта и др.), а также от условий внешней среды (тем­пература, барометрическое давление, влажность воздуха и его состав, воз­действие лучистой энергии и др.). Энерготраты организма в таких стандартных условиях получили название основного обмена. Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием Минимального необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем — дыхательных мышц, сердца, почек, печени.

Для определения основного обмена обследуемый должен находиться: 1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мус­кулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение; 2) натощак, т.е. через 12—16 ч после приема пищи; 3) при внешней температуре «комфорта» (18—20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары. Основной обмен определяют в состоянии бодрствования.

Для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У женщин той же массы он примерно на 10 % ниже.

Согласно формуле Дрейера, суточная вел-на основного об. в ккал(Н) сост-ет: Н=W/K*A, где W – масса тела,г; А – возраст чел-ка; К – конст,равная для муж 0,1015, а для жен – 0,1129.

Если пересчитать интенсивность осн об на 1 кг массы тела, то у людей с разной массой тела и ростом она весьма различна. Если же произвести перерасчет интенсивности осн об на 1 ь2 повер-сти тела, полученные у разн жив и людей вел-ны разл-ся не столь резко. Согласно правилу повер-ти тела, затраты энергии теплокров-х жив пропорциональны вел-не повер-ти тела. Об относительности правила поверхности свидетельствует тот факт, что у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела интенсивность об­мена веществ может значительно различаться. Уровень окислительных процессов определяется не столько теплоотдачей с поверхности тела, ско­лько теплопродукцией, зависящей от биологических особенностей вида животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью нервной, эндокринной и других систем. После приема пищи интенсивность обмена веществ и энергетические затраты организма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена.

Влияние приема пищи, усиливающее обмен веществ и энергетические затраты, получило название специфического дина­мического действия пищи. При белковой пище оно наиболее велико.

Терморегуляция

149) Температура тела чел-ка, понятие об изотермии.

Постоянство температуры тела, и особенно жизненно важных органов, — обязательное условие жизни для человека и теплокровных животных. Для человека и теплокровных животных снижение или повышение тем- пературы тела хотя бы на I °С означает резкое снижение уровня здоровья и работоспособности. Нормальной температурой тела для человека приня-то считать температуру при ее измерении в подмышечной впадине в пре­делах 36—37 °С. Регулируя гомеостаз по параметру температуры тела, организм исполь­зует для поддержания изотермии практически все системы и органы. Так, например, кровь, лимфа, тканевая жидкость выполняют функцию тепло­носителей. Кровь между наружными покровами и внутренними органами, что меняет уровень теплоотдачи. Сокраще­ния мышц увеличивают теплообразование. Потоотделение и дыхание спо­собствуют испарению жидкости с поверхности тела и дыхательных путей. По типу терморегуляции различают гомойотермных, пойкилотермных, гетеротермных животных и животных с переходной формой регуляции температуры тела. Животных, температура тела которых поддерживается на постоянном уровне, называют гомойотермными, или теплокровными. Пойкилотермными, или холоднокровными(полностью зависит от погодных условий, времени года). Переходная форма терморегуля­ции. Температура тела этих животных зависит от температуры среды оби­тания, но всегда превышает ее на 10—12 °С. Гетеротермные, либо зимнеспящие или летнеспящие.

В теле человека принято различать «ядро», температура которого сохра­няется достаточно постоянной, и «оболочку», температура которой сущест­венно колеблется в зависимости от температуры внешней среды. При этом область «ядра» сильно уменьшается при низкой внешней температуре и, наоборот, увеличивается при относительно высокой темпе­ратуре окружающей среды. Поэтому справедливо говорить о том, что изо-J термия присуща главным образом внутренним органам и головному мозгу. Поверхность же тела и конечности, температура которых может изменять-! ся в зависимости от температуры окружающей среды, имеют различную температуру в зависимости от удаленности от «ядра» и степени защищенности одеждой. Температура тела у взрослого чел-ка в теч-ии суток не ост-ся постоянной и колебл-ся в пределах 0,5-0,7 С, в отдел-х случаях – 1С.

150) Роль хим-й терморег-ии.

У чел-ка усил-е теплообр-я наступает вседствие увелич-я интенсивности об в-в. В условиях снижения температуры тела на несколько десятых градуса теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в неподвижном состоянии. Рецепторы, воспринимающие холодовое раздра­жение, рефлекторно возбуждают мышцы, которые при этом непроизволь­но сокращаются с небольшой амплитудой, но с высокой частотой, что внешне проявляется в виде дрожи (озноб). При этом значительно увели­чивается уровень обмена веществ, потребление О2 и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение теплообразования до 200 %. Образование тепла в организме за счет тонуса, дрожи или сокращений мышц называют сократительным термогенезом. Однако уровень теплообразования в организме гомойотермных живот­ных зависит не только от мышечной активности, но и от величины основ­ного обмена, а также его увеличения в связи с приемом пищи (специфи­ческое динамическое действие пищи).

151) Роль физ-й терморег-ии.

Наряду с процессами выработки тепла в организме постоянно происхо­дит его отдача. Она осуществлятся за счет теплопроведения, конвекции, теплоизлучения, испарения. Кроме этого, некоторое количество тепла расходуется на нагревание пищи (до 14 %) и теряется с экскрементами (до 1%). Чем ниже температура окружающей.среды, тем интенсивнее теплоотдача. На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, су­живаются. При этом большее количество крови поступает в сосуды брюш Интенсивность теплоотдачи определяется не только соотношением температуры кожи и окружающей среды. Она зависит и от некоторых дру­гих факторов. У животных не последнюю роль играет толщина слоя под­кожного жира, шерстяной покров и подшерсток, густеющий в зиму, а у человека — одежда. Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препят­ствует и тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеж­дой и кожей, так как воздух — плохой проводник тепла. Теплопроведение — отдача тепла путем прямого контакта кожи с другими телами и предметами. Чем выше температура тела по отношению к темпе­ратуре предметов, с которыми кожа соприкасается, тем интенсивнее тепло­отдача теплопроведением.

Конвекция — перенос тепла движущейся средой (воздух, вода). Приле­гающий к коже слой воздуха нагревается до температуры тела и затем, как более легкий, замещается более плотным холодным воздухом. Теплоизлучение. Этот путь теплоотдачи называют также радиационным излучением, или радиацией. Если человек находится в помещении, где имеются холодные предметы большой теплоемкости (холодные стены, ка­менные колонны, металлические сейфы, холодильники, холодные окна и др.), его тело без всякого контакта или соприкосновения с этими предме­тами излучает в их направлении тепловые лучи инфракрасного диапазона.

Испарение. Организм теряет тепло при испарении с поверхности кожи или слизистых оболочек воды или пота. Потоотделение без испарения не эффективно, так как не способствует отдаче тепла. Только та часть пота, кот испар-ся с поверх-сти кожи, имеет реальное значение для теплоотдачи.

152) Нервные и гуморальные мех-мы регуляции изотермии.

Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства темпе­ратуры тела, представляют собой сложные рефлекторные акты, которые возникают в ответ на раздражение терморецепторов. Одни из них расположены на периферии: в кожных покровах тела, сли­зистых оболочках рта, верхних дыхательных путей, желудка и прямой кишки, стенках подкожных вен, желчном и мочевом пузыре, матке и на­ружных половых органах; другие — в ЦНС: гипоталамусе, среднем и спин­ном мозге, коре большого мозга. Наибольшее количество периферических рецепторов в расчете на единицу поверхности находится в коже лица; зна­чительно меньше на туловище, еще меньше на нижних конечностях. Часть из них (тепловые рецепторы) воспринимает тепло, другая часть (холодо-вые рецепторы) — холод. Только в коже около 30 тыс. тепловых и около-250 тыс. холодовых рецепторов. Тепловые рецепторы функционируют в диапазоне 20—50 °С, холодовые — 10—41 °С.

При температуре 45 °С холодовые рецепторы вновь активируются,. Этот феномен объясняет парадоксальное ощущение холода в первые секунды при погружении руки в горячую воду. При температуре более 50 °С и хо­лодовые, и тепловые рецепторы повреждаются. При температуре 47—48 °С возбуждаются болевые рецепторы, что объясняет появление болевых ощу­щений. Другая группа терморецепторов, расположенных в ЦНС и прежде всего в гипоталамусе, реагирует на изменение температуры крови, притекающей к нервным центрам. В гипоталамусе различают 3 группы нейронов, принимающих участие в формировании терморегуляторных реакций. У первой группы очень высока чувствительность к местным изменениям температур, зависящих от темпе­ратуры крови, омывающей гипоталамус. Вторая группа нейронов реагиру­ет на импульсацию от периферических терморецепторов, заложенных в коже и других органах и тканях. Третья группа нейронов гипоталамуса ин­тегрирует все сигналы от термочувствительных структур и участвует в вы­работке терморегуляционных реакций.

При изучении роли различных участков гипоталамуса в терморегуляции обнаружены ядра, изменяющие процесс теплообразования, и ядра, влияю­щие на теплоотдачу. Физическая терморегуляция (теплоотдача) контроли­руется передним отделом гипоталамуса Химическая терморегуляция (теплообразование) контролируется задним отделом гипоталамуса, который считают центром теплообразования. Ретикулярная формация среднего и спинного мозга также принимает участие в терморегуляции.

Выделение

153) Значение процесса выдел-я для организма.

Процесс выделения имеет важнейшее значение для гомеостаза. Органы выделения обеспечивают освобождение организма от конечных продук­тов обмена, которые уже не могут быть использованы, чужеродных и токсичных веществ, а также от избытка воды, солей и органических сое­динений, поступивших с пищей или образовавшихся в результате обме­на веществ (метаболизм). В процессе выделения у человека участвуют почки, легкие, кожа, пищеварительный тракт.

Органы выделения. Основное назначение органов выделения состоит в поддержании постоянства состава и объема жидкостей внутренней среды организма, прежде всего крови.

Почки удаляют избыток воды, неорганических и органических веществ, конечные продукты обмена и чужеродные вещества.

Легкие выводят из организма СО2, воду, некоторые летучие вещества, например пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опь­янении.

Слюнные и желудочные железы выделяют тяжелые металлы, ряд лекар­ственных препаратов (морфий, хинин, салицилаты) и чужеродных органи­ческих соединений.

Экскреторную функцию выполняет печень, удаляя из крови ряд про­дуктов азотистого обмена.

Поджелудочная железа и кишечные железы экскретируют тяжелые ме­таллы, лекарственные вещества.

Железы кожи играют существенную роль в выделении. Потовые железы выводят с потом из организма воду и соли, некоторые органические веще­ства, в частности мочевину, а при напряженной мышечной работе — мо­лочную кислоту. Продукты выделения сальных и молочных желез — кожное сало и молоко имеют самостоятельное физиологическое значение — моло­ко как продукт питания для новорожденных, а кожное сало — для смазыва­ния кожи.

Почки выполняют ряд гомеостатических функций в организме человека и высших животных.

1)Участие в регуляции объема крови и внеклеточной жидкости (волюморе-гуляция).

2)Регуляция концентрации осмотически активных веществ в крови и дру­гих жидкостях тела (осморегуляция).

3)Регуляция ионного состава сыворотки крови и ионного баланса организ­ма (ионная регуляция).

4)Участие в регуляции кислотно-основного состояния (стабилизация рН

крови).

5)Участие в регуляции артериального давления, эритропоэза, свертыва­ния крови, модуляции действия гормонов благодаря образованию и вы делению в кровь биологически активных веществ (инкреторная функ­ция).

6)Участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функ­ция).

7)Выделение из организма конечных продуктов азотистого обмена и чуже­родных веществ, избытка органических веществ (глюкоза, аминокисло­ты и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в процессе пищева­рения и метаболизма (экскреторная функция).

Почка является гомеостатическим органом, участвующим в под­держании постоянства основных физико-химических констант жидкостей внутренней среды, в циркуляторном гомеостазе, стабилизации содержания обмена различных органических веществ в крови.

Следует разграничить два понятия — функции почки, т.е. физиологиче­скую роль почек в организме, и процессы, обеспечивающие выполнение этих функций почек. К последним относятся: 1) ультрафильтрация крови в клубочках, 2) реабсорбция и 3) секреция веществ в канальцах, 4) синтез новых соединений, в том числе и биологически активных веществ.

Различные методы, с помощью которых определяют объем и состав вы­деляющейся мочи, оцениваются характер работы клеток почечных каналь­цев, изменения в составе крови, оттекающей от почки. Современные представления о функции почки во многом основаны на данных применения методов микропункции и микроперфузии отдель­ных почечных канальцев. В настоящее время с помощью методов микропункции, микроперфузии, микроэлектродной техники исследуют роль каждого из отделов нефрона в мочеобразовании. Применение микроэлектродов и ультрамикроанализа жидкости, извлеченной микропипеткой, позволя­ет изучать механизм транспорта веществ через мембраны клеток ка­нальцев. При исследовании функции почек человека и животных используют метод «очищения» (клиренс): сопоставление концентрации определенных веществ в крови и моче позволяет рассчитать величины основных про­цессов, лежащих в основе мочеобразования.