Обмен воды и минеральных веществ.

Человеческий организм на 60 % состоит из воды. Жировая ткань содержит 20% воды(от ее массы), кости -25, печень -70, скелетные мышцы-75, кровь-80, и мозг-85 %

       Для нормальной жизнедеятельности организма, который живет в условиях меняющиеся среды, очень важно постоянство внутренней среды организма. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость и лимфа, состоящие в основном из воды,. белков и минеральных солей. Вода и минеральные соли не служат питательные веществами или источниками энергии, но без них не могут протекать обменные процессы. Вода – хороший растворитель. Только в жидкой среде протекают окислительные - восстановительные процессы и другие реакции обмена. Жидкость участвует в транспортировке некоторых газов, перенося их либо в растворенном состоянии, либо в виде солей. Вода входит в состав пищеварительных соков, участвует в удалении из организма продукта обмена, среди которых содержатся и токсические вещества, а также в терморегуляции.

           Без воды человек может прожить не более 7-10 дней, тогда как без пищи- 30-40 дней. Удаляется вода вместе с мочой через почки (1700мл),с потом через кожу (500 мл) и с воздухом,. Выдыхаемым через легкие (300 мл).

Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным балансом. Если количество потребляемой воды меньше количества выделяемой, то наблюдаются различного рода расстройства функционального состояния организма, так как, входя в состав тканей, вода

 

является одним из структурных компонентов тела и обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ.

Вода поступает в организм человека в «чистом виде» и в составе различных продуктов, с которыми он тоже получает необходимые ему элементы. Суточная потребность человека в воде составляет 2,0 – 2,5 л, в калии 2,7 – 5,9 г, в натрии – 4 – 5 г, в кальции – 0,5 г, в магнии – 70 – 80 мг, в железе – 10 – 15 мг, в марганце – до 100 мг, в хлоре – 2 – 4 г, в йоде – 100 – 150 мг.

Обмен воды и электролитов в организме имеет сложную нервно-гуморальную регуляцию. Наиболее подвержены регуляторным воздействиям вода и тесно связанный с ней в метаболизме натрий. Сложная рефлекторная цепь регуляции водно-электролитного обмена начинается с четырех рецепторов, которые сигнализируют об изменении количества воды в организме. Во-первых, с рецепторов слизистой рта, подсыхание которой вызывает чувство жажды. Однако это ощущение проходит при смачивании слизистой, хотя вода в организм при этом не поступает. Поэтому данный вид жажды называется ложной жаждой. Во-вторых, сигналы о необходимости восполнить запасы воды в организме или прекратить её потребление идут от барорецепторов слизистой желудка. Раздувание желудка ведет к исчезновению, а спадение его стенок – наоборот, к возникновению чувства жажды. Поскольку жажда, возникающая в этом случае, связана не с изменением содержания воды в организме, а с изменением тонуса желудочной стенки, она также является ложной. В-третьих, участие в регуляции видно – электролитного обмена принимают осморецепторы тканей, которые сигнализируют об изменениях осмотического давления в тканях. Чувство жажды при раздражении осморецепторов является истинной жаждой. И, наконец, в-четвертых, регуляцию водно-электролитного обмена осуществляют волюм-рецепторы сосудистого русла, реагирующие на изменение объема циркулирующей в сосудистой системе крови.

В регуляции водно-солевого обмена принимают участие и дистантные рецепторы (зрительный, слуховой), обеспечивающие условнорефлекторный компонент регуляции. Импульсы со всех указанных групп рецепторов идут в гипотоламус, Где расположен центр водорегуляции. Отсюда поступают «команды» на эффекторы, выводящие воду из организма.

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический). В регуляции электролитного обмена участвуют и другие гормоны коры надпочечников – минералокортикоиды. При их недостатке нарушается обмен калия, Вследствие чего может развиваться мышечная адинамия и ряд других серьезных нарушений. Обмен кальция и фосфора регулируется паратгормоном – секретом паращитовидных желез, который стабилизирует

уровень этих элементов.

 

Под его воздействием кальций связывается с белками его выведение из организма резко тормозится. На водно-электролитный обмен оказывает влияние и адреналин, с которым связано уменьшение диуреза, т.е. уменьшение выведения воды из организма. Важна при этом также роль вегетативных центров, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов и ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4-5 % массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, зав счет которых поддерживается постоянства осмотического давления,.. реакция крови и тканевой жидкости.

Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда в пище их содержится достаточно. Например, большинству людей приходится добавлять хлористый натрий (поваренную соль) в пищу по 10-12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может привести к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция и фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70% всего фосфора и 99% кальция, имеющихся в организме.

Нормальный рост и развитие организма зависят от поступления достаточного количества натрия. Ионы хлора идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы Na и Cl участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения.

В состав гемоглобина – переносчика O₂ и СО₂ – входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведет к тяжелому заболеванию – малокровию. Йод является важной составной частью гормона щитовидной железы – тироксина, который принимает участие в регуляции обмен веществ. Калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения и связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют также кальций (Cа), магний (Mg), медь (Сu), сера (S), цинк (Zn), бром (Br), фтор (F).

Обмен энергии. Процессы обмена веществ и энергии тесно взаимосвязаны, их разделение связано лишь с удобством изучения. В отдельности на один из этих процессов не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие поддерживаются все жизненные функции организма, при этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии,

 

поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное можно проиллюстрировать на примере деятельности сердца. Сердце совершает огромную работу. Каждый час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за счет сокращения сердечной мышцы, в которой при этом протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном счете вся энергия преобразуется в тепловую энергию. Аналогичные процессы происходят и в каждом органе человеческого тела. В конечном итоге химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую энергию и рассеиваются во внешнюю среду.

Количество энергии, расходуемой на выполнение физической работы, определяют как коэффициент полезного действия (КПД). Его средняя величина – 20 – 25%. У спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 г белка при окислении выделяет 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах, можно установить их калорийность, или энергетическую стоимость.

Мышечная деятельность, активный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со значительным расходом энергии. В некоторых случаях он может достигать 5000 ккал, а во время интенсивных тренировок у спортсменов и того более. Такое увеличение энергозатрат необходимо учитывать при составлении пищевого рациона. Когда в пище присутствует большое количество белка, значительно удлиняется процесс ее переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, так как его излишки преобразовываются в жир. Представители некоторых видов спорта (например, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают получать энергию из растительной пищи.

Питательные вещества можно замещать, учитывая их энергетическую ценность. Действительно, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен (изодинамичен) 1 г белка, так как у них одинаковый калорический коэффициент (4,1 ккал), а 1 г белка или углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Отсюда следует, что человек, суточный расход энергии которого 3000 ккал, может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя в сутки 732 г углеводов. Но для организма важна не только общая калорийность пищи. Если человек довольно долго потребляет только жиры, или только белки, или только углеводы, у него происходят изменения в обмене веществ. При этом нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, наблюдается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты обмена.

 

   

 

Для нормальной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, которые содержится в различных пищевых продуктах. Качество пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее ценными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди разных профессий затрачивают при своей деятельности разное количество энергии. Например, человек, занимающийся интеллектуальным трудом, в день тратит менее 3000 калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии.

Важнейшая физиологическая " константа" организма-то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Она называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного обмена.

Основной обмен человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14 ч после последнего приема пищи; при температуре комфорта (20 С) Нарушение любого из этих условий приводит к отклонению обмена веществ в сторону повышения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

Основной обмен является индивидуальной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена значительно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние вызывает заметную интенсификацию обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. Если основной обмен взрослого человека равен 1700-1800 ккал, то рабочий обмен в 2-3 раза выше. Таким образом, основной обмен является исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена может свидетельствовать о переутомлении, перенапряжении, недовосстановлении или заболевании.

 

 

Нервная система

 

Нервная система в целом состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического (нервы, отходящие от головного и спинного мозга и расположенные на периферии нервные узлы) отделов.

 

Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса.

Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека - мышления, памяти, разумного поведения в обществе, восприятия окружающего мира, познания законов природы и общества и т. д. Таким образом, вся деятельность человека, как биологическая, так и социальная, осуществляется благодаря реализации взаимоотношений организма и среды по принципу рефлекса.

Спинной мозг. Спинной мозг располагается спинномозговом канале, образованном дужками и телами позвонков. Его длина у взрослого человека в пределах 41-45 см, а толщина составляет 1 см. Первый шейный позвонок является верхней границей спинного мозга, а второй поясничный позвонок служит его нижней границей.

Спинной мозг делится на пять отделов, имеющих определенное количество сегментов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. На поперечном разрезе лабораторного препарата легко различают серое и белое вещество мозга. Серое вещество состоит из скопления тел нервных клеток (нейронов), периферические отростки которых в составе спинномозговых нервов достигают различных рецепторов кожи, мышц, сухожилий, слизистых оболочек. В структуре белого вещества располагаются восходящие чувствительные волокна, связывающие все органы и ткани тела (кроме головы) с головным мозгом, а также двигательные волокна, идущие от головного мозга к двигательным клеткам спинного мозга.

Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. В различных отделах спинного мозга находятся мотонейроны (двигательные нервные клетки), иннервирующие мышцы верхних конечностей, спины, груди, живота, нижних конечностей. В крестцовом отделе располагаются центры дефекации, мочеиспускания и половой деятельности. Важной функцией мотонейронов является постоянное обеспечение необходимого тонуса мышц, благодаря которому все рефлекторные двигательные акты осуществляются мягко и плавно. Тонус центров нервной системы. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции. Всевозможные травмы и заболевания спинного мозга могут привести к расстройству болевой, температурной чувствительности, нарушению структуры сложных произвольных движений, мышечного тонуса и т.д.

Головной мозг. Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Он имеет два полушария и

состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отделов.

Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела, а его функции трудно переоценить. Так, например, такое образование заднего мозга, как продолговатый мозг, является местом расположения важнейших рефлекторных центров (дыхательного, пищевого, регулирующих кровообращение, потоотделение). Поражение этого отдела головного мозга вызывает мгновенную гибель. Необходимо отметить, что кора больших полушарий головного мозга является наиболее молодым в филогенетическом отношении отделом мозга. В процессе эволюции это образование мозга приобрело существенные структурные и функциональные особенности и стало высшим отделом центральной нервной системы, формирующим деятельность организма как единого целого в его взаимоотношениях с окружающей средой.

Охарактеризуем еще некоторые анатомо-физиологические особенности головного мозга человека. Известно, что головной мозг человека весит в среднем 1400 г. Связь между весом мозга и весом тела человека, по данным различных авторов, сравнительно невелика.

Как известно, основным источником энергии, необходимой для функционирования нервных элементов, является процесс окисления глюкозы. Однако в мозгу нет запасов углеводов и тем самым более кислорода, поэтому нормальный обмен веществ в нем целиком зависит от постоянной доставки энергетических веществ с кровью. Это первая особенность.

Второй особенностью является большой объем потребления. Составляя всего около 2% веса тела человека, мозг поглощает 18-25% потребляемого всем организмом кислорода. Им используется 60-70% глюкозы, образуемой печенью, что составляет в сутки 115 г. мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Мозговая ткань потребляет кислорода в 5 раз больше, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Ухудшение кровоснабжения головного мозга может быть связано с гиподинамией (малоподвижным образом жизни). При хронически малоподвижном образе жизни могут возникать различные расстройства в состоянии здоровья, наиболее часты жалобы на головную боль различной локации, интенсивности и продолжительности, головокружение, слабость, пониженную умственную работоспособность, ухудшение памяти, раздражительность. Поэтому умеренная двигательная активность так важна для поддержания высокой работоспособности мозга (например, в экзаменационную сессию).

Другие отделы нервной системы. Нервная система условно подразделяется на два больших отдела – соматическую и вегетативную нервную системы. Соматическая нервная система осуществляет преимущественно функции связи организма с внешней средой, обеспечивая чувствительность (посредством рецепторов) и движения за счет поперечно - полосатой мускулатуры.

 

 

Вегетативная нервная система оказывает влияние на деятельность внутренних органов, обеспечивающих процессы обмена веществ, дыхания, кровоснабжения, пищеварения, выделения и др.

Системы тесно связаны между собой, при этом вегетативная нервная система обладает определенной долей самостоятельности и, как правило, не зависит от произвольной деятельности человека.

Основной формой деятельности нервной системы является рефлекс – ответная реакция организма на раздражения, поступающие из внешней или внутренней среды. Это реакция осуществляется при участии центрального отдела нервной системы.

Вегетативная нервная система - специализированный отдел единой нервной системы – регулируется, в частности, корой больших полушарий. В отличие от соматической нервной системы, иннервирующей произвольную (скелетную) мускулатуру и обеспечивающей общую чувствительность тела и других органов чувств, вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов, обеспечивающих функции систем дыхания, кровообращения, выделения, размножения, желез внутренней секреции и т. д.

Вегетативная нервная система подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы. Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, половых и т. д.; регуляция обмена веществ, термообразования, участие в формировании эмоциональных реакций (страх, гнев, радость) – все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной системы под контролем со стороны высшего отдела центральной нервной системы. Экспериментально показано, что их влияние носит антагонистический характер, но согласованный в регуляции важнейших функций организма они действуют согласовано.

Рецепторы и анализаторы. Главным условием нормального существования организма является его способность быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Эта способность реализуется за счет наличия специальных образований - рецепторов. Рецепторы, обладая строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражители (звук, температуру, свет, давление и т. д.) в нервные импульсы, которые по нервным волокнам передаются в центральную нервную систему. Рецепторы человека делятся на две основные группы: экстеро (внешние) и интеро (внутренние) рецепторы. Каждый такой рецептор является составной частью анализирующей системы, в которую поступают импульсы и которая называется анализатором.

Анализатор состоит из трех отделов - рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозгу. Высший отдел анализатора - корковый. К основным анализаторам относятся:

 

кожный (отвечает за тактильную, болевую, тепловую, холодовую чувствительность); двигательный (рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках возбуждаются под влиянием давления и растяжения); вестибулярный (воспринимающий положение тела в пространстве); зрительный (воспринимает свет и цвет); слуховой (воспринимающий звук); обонятельный (воспринимающий запах); вкусовой (воспринимающий вкус), висцеральный (отвечающий за состояние ряда внутренних органов).