обмен веществ

1. УП ОП 02. Анатомия и физиология человека Обмен веществ

2022г.

2. Цель и задачи лекции

Цель: ознакомиться с основными понятиями процессами обмена
веществ и энергии в организме человека.
Задачи – рассмотреть следующие вопросы:
• Понятия «обмен веществ » и «метаболизм»
• Анаболизм и катаболизм
• Обмен и функции воды и минеральных солей
• Обмен и функции белков
• Обмен и функции углеводов
• Обмен и функции жиров
• Важнейшие витамины и их функции
• Обмен веществ в клетке, анаэробное и аэробное окисление.
• Обмен энергии - «основной обмен» и терморегуляция.
• Регуляция обмена веществ

3. Основные понятия

• Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это
совокупность физиологических процессов,
направленных на обеспечение организма
необходимыми для жизнедеятельности веществами,
их превращение , использование для получения
энергии и построения клеточных структур, а также
удаление во внешнюю среду ненужных продуктов.
• Метаболизм – пути превращения какого-либо
вещества в организме (например, метаболизм
глюкозы).
• В обмен веществ включены все структуры и
системы организма!

4. Анаболизм и катаболизм

• Анаболизм (пластический обмен) совокупность реакций биосинтеза (белков,
липидов, полисахаридов), протекающих с
затратами энергии и обеспечивающих клетку
структурным материалом.
• Катаболизм (энергетический обмен) - это
совокупность реакций расщепления и
окисления сложных органических веществ,
обеспечивающих клетку энергией
(образование АТФ).

5. Обмен веществ и энергии в клетке

Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это
пути превращения каких-либо веществ в клетке.
Три этапа:
• поступление веществ в клетку
• использование этих веществ клеткой
• выделение конечных продуктов обмена в
окружающую среду
Две стороны:
Пластический обмен (анаболизм)
Энергетический обмен (катаболизм)

6. Химический состав клетки

Сложные вещества (% от массы):
• Вода – 70%
• Неорганические ионы (К+, Na+, Ca22+, Cl- и
др.) – 1%
• Белки – 18%
• ДНК и РНК – 1,5%
• Липиды (жиры) – 5%
• Полисахариды – 2%
• Низкомолекулярные продукты обмена веществ
(аммиак, углекислый газ) – 2,5%

7. Виды обмена веществ

• Обмен воды (1,5 – 2,5 л в сутки, цитоплазма клеток и
межклеточная жидкость)
• Обмен минеральных солей (тесно связан с обменом
воды) – важнейшие микроэлементы К, Na, Fe, Ca, Mg,
Zn, P, I, Cl и др.
• Обмен белков (лизосомы, рибосомы, ЭПС, аппарат
Гольджи, при участии многих ферментов) –
пластический обмен.
• Обмен углеводов ( лизосомы, ЭПС, аппарат Гольджи,
митохондрии) – энергетический обмен
• Обмен жиров (лизосомы, ЭПС, аппарат Гольджи,
митохондрии) - энергетический и пластический обмен.

8. Строение клетки

9. Распад и окисление органических веществ (катаболизм)

• Гликолиз (расщепление глюкозы) –
анаэробное окисление (без кислорода),
происходит в цитоплазме клетки. Конечный
продукт – пировиноградная кислота
(пируват) или молочная кислота + 2
молекулы АТФ.
• Аэробное окисление – пируват поступает в
митохондрии и там окисляется до
углекислого газа и воды + 36 молекул АТФ.

10. Тканевое дыхание

• Тканевое (внутреннее) дыхание – обмен газов О2 и
СО2, происходящий в клетках при биологическом
окислении питательных веществ. Главную роль в
тканевом дыхании играют ферменты внутренней
мембраны митохондрий, участвующие в аэробном
окислении глюкозы.
В клетку кислород поступает в
связанном состоянии, для этого
задействуется фермент
цитохромоксидаза, который
доставляет кислород в митохондрии.
Если цитохромоксидаза заблокирована,
то кислород не может попасть в
клетку и ее митохондрии (например,
при отравлениях цианидами).

11. Расход энергии в клетке

• Синтез новых органических веществ
• Расщепление запасных питательных веществ
• Активный транспорт веществ через мембранные
каналы
• Митоз (мейоз)
• Поддержание температурного гомеостаза
(выработка тепла: 50% энергии всех реакций
рассеивается в виде тепла)

12. Взаимосвязь обмена веществ и функций организма

• Обмен воды – разные ткани содержат разное количество
воды: жировая клетчатка -10%, кровь и лимфа 90%.
• Жиры являются источником эндогенной воды (при
расщеплении жиров образуется вода)
• Суточный обмен воды – 1,5-2 литра (в среднем)
• Обмен воды тесно связан с минеральным обменом –
усиленный обмен воды может спровоцировать недостаток
микроэлементов (электролитов) и сопутствующие
неврологические и сердечно - сосудистые нарушения.
• Обезвоживание - при потере 10% воды
(от физиологического объема) начинаются болезненные
нарушения; потеря 20-25% воды является смертельной.

13. Обмен минеральных веществ

• Натрий (Na+) - основной ион межтканевой жидкости:
поддержанияе осмотического давления жидких сред организма,
проведение нервных импульсов и др.
• Калий (К+ )- основной ион внутриклеточной жидкости:
проведение нервных импульсов, сокращения сердечной мышцы и
др.
• Кальций и фосфор (Са2+ и НРO42-) – кости, зубы, мышечные
сокращения, синаптическая передача нервных импульсов, система
свертывания крови и др.
• Железо (Fe2+,Fe3+) – гемоглобин и др. железосодержащие белки.
При недостатке железа развивается железодфицитная анемия.
• Йод (I-) – входит в состав гормонов щитовидной железы, участвует
в регуляции большинства обменных процессов.
• Хлор и бикарбонат ион (Cl – и НСО3 - ) - основные анионы
организма.
• Zn, Cu, Mg, Co – входят в состав многих ферментов

14. Обмен белков

• Все белки организма состоят из 20 белокобразующих
аминокислот, 10 из них являются незаменимыми!
• Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в
организме; незаменимые должны поступать с пищей.
• Полноценные белки пищи – содержат полный набор
белокобразующих аминокислот (животные белки)
• Неполноценные белки пищи – отсутствует хотя бы одна из
незаменимых аминокислот (растительные белки).
• Долговременное отсутствие в рационе даже одной незаменимой
аминокислоты приводит к тяжелым заболеваниям!
• При некоторых заболеваниях количество незаменимых
аминокислот может увеличиваться.

15. Азотистый баланс

• Азотистый баланс – соотношение азота поступившего в
организм (белки) и удаленного из него (мочевина),
характеризует обмен белков.
• Азотистое равновесие – поступление=выведению,
характерно для здорового взрослого человека.
• Положительный азотистый баланс – поступление >
выведение, дети, после длительного голодания,
восстановление после болезни.
• Отрицательный азотистый баланс – поступление <
выведение, длительное голодание, болезнь, старческий
возраст.
Суточная норма: 100 -110 г белка.

16. Функции белков

Пластическая – построение структур клеток.
Ферментативная – все ферменты в природе –белки.
Регуляторная – многие гормоны являются белками.
Энергетическая – расщепление 1 г белка дает 17,6кДж энергии.
Специфические функции различных специализированных белков (
например, актин и миозин, иммунноглобулины, белки системы
свертывания и сисстемы комплемента и т.п.)
Белки не могут депонироваться в организме, при их дефиците
происходит разрушение белков крови (например, антител) или
белковых структур клеток.
Конечный распад белков приводит к образованию углекислого газа,
воды и аммиака (СО2, Н2О и NH3). Аммиак токсичен и в печени
метаболизируется до мочевины, выводится в основном почками. При
распаде нуклеиновых кислот образуется мочевая кислота.

17. Обмен углеводов

• Глюкоза – основной углевод для организма человека.
Используется для энергетических нужд ( расщепление 1
г глюкозы = 17,6 кДж энергии); синтез гликопротеинов.
Депонируется в организме в виде гликогена
преимущественно в печени и мышцах.
• Источники глюкозы – овощи, фрукты, злаки крахмал, гликоген, дисахариды (сахароза, мальтоза) и
моносахариды (глюкоза, фруктоза). При недостатке
углеводов в пище они могут быть синтезированы из
белков и жиров.
• Регуляция метаболизма глюкозы – гормоны
поджелудочной железы инсулин, глюкагон.
Суточная норма: 400-500 г углеводов.

18. Обмен жиров

• Жиры (липиды) состоят из глицерина и высших карбоновых
кислот (пальмитиновой, стеариновой, миристиновой и др.)
Депонируются в подкожной жировой клетчатке и в брюшине
(нутряной жир). При недостатке жиров в пище могут
синтезироваться организмом из белков и углеводов.
• Расщепление пищевых жиров и синтез собственных
липидов происходит в тонком кишечнике.
• Всасываются преимущественно в лимфатические сосуды
(«млечные сосуды») и минуя систему воротной вены и печень,
поступают в кровь из лимфы.
• Синтез липидов регулируется гормонами: усиливает
секрецию - инсулином (поджелудочная железа); усиливают
распад жиров в клетках - адреналин и норадреналин (мозговой
слой надпочечников), тироксин и трийодтиронин (щитовидная
железа).

19. Незаменимые жирные кислоты

• Незаменимые жирные кислоты –
принимают значительное участие в
метаболизме, но не могут быть
синтезированы организмом – олеиновая,
арахидоновая, линолевая и линоленовая
кислоты и др. (ненасыщенные жирные
кислоты - омега-3, омега-6 и омега-9).
препятствуют развитию атеросклероза,
улучшают кровообращение, уменьшают
воспалительные процессы.

20. Функции липидов

• Анаболизм - основной компонент всех клеточных
мембран.
• Катаболизм – расщепление 1 г жиров = 38,9 кДж
энергии, используются при недостатке
гликогенового запаса.
• Многие гормоны имеют липидную природу
(стероидные гормоны имеют в своей основе
холестерин)
• Поддержание температурного гомеостаза –
подкожная жировая клетчатка.
Усвоение жирорастворимых витаминов (A, D, E, K)
• Суточная норма – 100 г жиров

21. Три главные ветви обмена веществ

Белки
Углеводы
Жиры
Рекомендуемое соотношение белков,
жиров и углеводов в пище – 1 : 1: 4

22. ВИТАМИНЫ

• Витамины - биологически активные вещества,
необходимые в малых количествах для обмена
веществ и поддержания нормальной
жизнедеятельности организма.
• Большинство витаминов являются
коферментами – соединяются с ферментами и
необходимы для нормальной работы
соответствующих ферментативных систем.
• Жирорастворимые: А, Д, Е, К
• Водорастворимые: С, В1, В2, В3, В5 (витамин РР,
никотиновая кислота), В6, В8, В9, В12

23. Обмен энергии

• Основной обмен – это минимальный уровень
энерготрат, необходимый для поддержания
жизненных функций организма в условиях
полного физического и эмоционального покоя.
• Основной обмен включает энерготраты,
необходимые для работы внутренних органов
(сердца, легких, печени, почек и др), а также
для поддержания температуры тела.

24. Калориметрия

• Калориметрия – совокупность методов измерения теплоты,
выделяющейся или поглощаемой при протекании различных
физических и психических процессов. Различают методы
прямой и непрямой калориметрии.
• Калориметр – прибор для измерения интенсивности обменных
процессов, фиксирует выделяемое организмом тепло (прямая
калориметрия)
• Измерения основного обмена проводят утром натощак при
максимальном расслаблении мышц и внешней температуре 22˚С.
Основной обмен = 4,2 кДж/кг в час
7200 кДж в сутки для человека массой 72 кг
1 кДж=238,85 кал
• У женщин показатель основного обмена, как правило ниже,
чем у мужчин, с возрастом показатель падает ( у детей
интенсивность обменных процессов выше, чем у стариков).

25. Дыхательный коэффициент

• Методы непрямой калориметрии – определяют объем
легочной вентиляции, объемы поглощенного кислорода и
выделенного углекислого газа .
• Дыхательный коэффициент:
Кд = СО2/О2
где Кд – дыхательный коэффициент, СО2 – выделенный
углекислый газ, О2 – поглощенный кислород.
Дыхательный коэффициент показывает интенсивность
окислительно-восстановительных процессов.

26. Таблицы расчета уровня основного обмена

Для расчета уровня основного обмена можно
использовать специальные таблицы, в которых
приведены среднестатистические показатели
основного обмена для мужчин и женщин в
зависимости от веса, роста и возраста.
• Формула Рида – используется для корректировки
табличных значений основного обмена (необходимо
знать артериальное давление и частоту пульса):
О= 0,75(Чп + 0,75Дп)-72
где О – отклонение в %, Чп – частота пульса, Дп –
пульсовое давление (разница между систолическим
и диастолическим АД)

27. Тепловой обмен

• Поддержание постоянной температуры тела
происходит за счет поддержания баланса процессов
образования тепла (теплопродукция) и его обмена с
внешней средой (теплоотдача).
• Образование тепла происходит в «ядре» организма
(внутренние органы и мышцы) за счет окислительновосстановительных реакций ( 50% энергии всех реакций
различных клеток организма рассеивается в виде тепла).
• Основной вклад в процессы теплообразования вносят
скелетные и гладкие мышцы, а также расщепление
бурой жировой ткани!
• Теплоотдача - обеспечивается «оболочкой» организма
(кожа + слизистые дыхательных путей).

28. Виды теплоотдачи

• Излучение – инфракрасные (тепловые) волны – 40-50% всего
отдаваемого тепла(при температуре 20˚С ).
• Конвекция – отдача тепла при контакте с потоками
движущегося воздуха.
• Теплопроведение – отдача тепла через непосредственное
соприкосновение тела с другими физическими телами.
• Испарение пота с поверхности кожи (и влаги с поверхности
слизистых оболочек увеличивает теплоотдачу.
• Сокращение гладких мышц кожи поднимающих волосы
(«гусиная кожа») сужает поры кожи и снижает теплоотдачу.
В условиях тяжелой физической нагрузки и высокой
температуре внешней среды пот может выделяться в
количестве до 2 л/час.

29. Терморегуляция

• Центр терморегуляции в гипоталамусе (промежуточный мозг)
– воздействует на эндокринную и вегетативную нервную
системы, которые усиливают или тормозят катаболические
процессы в клетках организма .
• Термочувствительные клетки центра терморегуляции
способны различать разницу температуры в 0,01˚С!
• Терморецепторы расположены в разных участках тела,
включая кожу и внутренние органы.
• В терморегуляции важнейшую роль играют сокращения
скелетных и гладких мышц, изменения тонуса
поверхностных и глубоких кровеносных сосудов,
расщепление бурой жировой ткани, потоотделение.

30. Регуляция обмена веществ

Гипоталамус – главный орган регуляции внутренней среды
организма, включает в себя центры голода и насыщения, жажды,
терморегуляции. Гипоталамус реализует свое влияние через
вегетативную нервную систему и через эндокринную систему.
• Симпатическая нервная система - активизирует ресурсы
организма.
• Парасимпатическая нервная система - восстанавливает
потраченные ресурсы.
Важнейшие гормоны:
• Соматотропный гормон гипофиза – усиливает анаболизм.
• Катехоламины (гормоны коры надпочечников) – усиливают
катаболизм .
• Тироксин и трийодимронин (гормоны щитовидной железы) –
стимулируют синтез белка из аминокислот и активизируют
расщепление жиров и углеводов.

31. Обобщение

• Какие процессы подразумевает обмен веществ?
• Что такое анаболизм и катаболизм?
• Что такое анаэробное и аэробное окисление, где происходят
эти процессы?
• Какую роль играют вода и минералы?
• Какие минералы наиболее важны для нормального
функционирования организма?
• Какие особенности метаболизма характерны для белков, жиров
и углеводов?
• Назовите основные витамины и их функции.
• То такое основной обмен и как он может быть измерен?
• Назовите основные процессы теплового обмена.
• Как регулируется обмен веществ?