چه موادی را بدن انسان با محیط مبادله می کند. فیزیولوژی گوارش انسان، خون و متابولیسم در بدن. تأثیر شرایط مختلف بر متابولیسم بدن انسان

متابولیسم و ​​انرژی مجموعه ای از فرآیندهای تبدیل ماده و انرژی است که در موجودات زنده رخ می دهد و مبادله ماده و انرژی بین بدن و محیط است. مبادله ماده و انرژی اساس حیات است و یکی از مهم ترین ویژگی های ماده زنده است که زنده را از غیر زنده متمایز می کند. در فرآیند متابولیسم، موادی که وارد بدن شده اند، از طریق تغییرات شیمیایی، به مواد بافتی خود یا به محصولات نهایی که از بدن دفع می شوند، تبدیل می شوند. در طی این دگرگونی های شیمیایی، انرژی آزاد شده و جذب می شود.

متابولیسم یا متابولیسم فرآیندی بسیار یکپارچه و هدفمند است که سیستم های آنزیمی زیادی را در بر می گیرد و با پیچیده ترین مقررات در سطوح مختلف فراهم می شود.

در همه موجودات (از جمله انسان) متابولیسم سلولی 4 عملکرد خاص اصلی را انجام می دهد.

1. استخراج انرژی از محیط و تبدیل آن به انرژی ترکیبات پرانرژی به میزانی که تمام نیازهای انرژی سلول و کل ارگانیسم را تامین کند.

2. تشکیل از مواد برون زا (یا تهیه به شکل نهایی) ترکیبات میانی که پیش ساز اجزای ماکرومولکولی در سلول هستند.

3. سنتز پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، لیپیدها و سایر اجزای سلولی از این پیش سازها.

4. سنتز و تخریب مولکولهای زیستی ویژه - تشکیل و پوسیدگی آنها با انجام عملکردهای مختلف خاص یک سلول معین مرتبط است.

از دیدگاه ترمودینامیک، موجودات زنده سیستم های باز هستند، زیرا آنها انرژی و ماده را با محیط مبادله می کنند و در عین حال هر دو را تغییر می دهند. هنگامی که برای مدت معینی مشاهده می شود، تغییرات خاصی در ترکیب شیمیایی بدن ایجاد نمی شود. اما این بدان معنا نیست که مواد شیمیایی تشکیل دهنده بدن دچار تغییری نمی شوند. برعکس، آنها به طور مداوم و کاملاً فشرده به روز می شوند. زیرا سرعت انتقال ماده و انرژی از محیط به ارگانیسم دقیقاً با سرعت انتقال از ارگانیسم به محیط متعادل می شود.

تأثیر شرایط مختلف بر متابولیسم بدن انسان

شدت متابولیسم با کل انرژی مصرفی تخمین زده می شود و بسته به شرایط مختلف و اول از همه، کار فیزیکی می تواند متفاوت باشد. با این حال، حتی در حالت استراحت کامل، متابولیسم و ​​انرژی متوقف نمی شود و مقدار مشخصی انرژی برای اطمینان از عملکرد مداوم اندام های داخلی، حفظ تون عضلانی و غیره مصرف می شود.

در مردان جوان، متابولیسم پایه 1300 - 1600 کیلو کالری در روز است. در زنان، میزان متابولیسم پایه 6 تا 8 درصد کمتر از مردان است. با افزایش سن (شروع از 5 سالگی)، میزان متابولیسم پایه به طور پیوسته کاهش می یابد. با افزایش دمای بدن به میزان 1 درجه، ارزش متابولیسم پایه 13٪ افزایش می یابد. افزایش شدت متابولیسم نیز زمانی مشاهده می شود که دمای محیط به زیر ناحیه آسایش می رسد. این یک فرآیند سازگاری است که با نیاز به حفظ دمای ثابت بدن همراه است.

تأثیر اصلی بر میزان متابولیسم و ​​انرژی توسط کار فیزیکی اعمال می شود. متابولیسم در هنگام فعالیت بدنی شدید از نظر مصرف انرژی می تواند 10 برابر بیشتر از متابولیسم اصلی و در دوره های بسیار کوتاه (مثلاً شنا در مسافت های کوتاه) حتی 100 برابر باشد.

متابولیسم متوسط ​​در بدن انسان

به مجموع دگرگونی های شیمیایی موادی که از لحظه ورود مواد مغذی هضم شده به جریان خون تا زمانی که محصولات نهایی متابولیسم از بدن دفع می شوند در بدن رخ می دهد، متابولیسم میانی (متابولیسم) نامیده می شود. متابولیسم میانی را می توان به دو فرآیند تقسیم کرد: کاتابولیسم (تجزیه) و آنابولیسم (همگون سازی). کاتابولیسم- این شکاف آنزیمی مولکول های آلی نسبتاً بزرگ است که در ارگانیسم های بالاتر معمولاً با روش های اکسیداتیو انجام می شود. کاتابولیسم با آزاد شدن انرژی موجود در ساختارهای پیچیده مولکول های آلی بزرگ و ذخیره آن در قالب پیوندهای فسفات ATP همراه است. آنابولیسمیک سنتز آنزیمی از ترکیبات ساده تر از اجزای سلولی مولکولی بزرگ، مانند پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، لیپیدها و همچنین برخی از پیش سازهای آنها است. فرآیندهای آنابولیک با مصرف انرژی پیش می روند. کاتابولیسم و ​​آنابولیسم به طور همزمان در سلول ها رخ می دهند و به طور جدایی ناپذیری با یکدیگر مرتبط هستند. در اصل، آنها را باید نه به عنوان دو فرآیند جداگانه، بلکه به عنوان دو طرف یک فرآیند کلی در نظر گرفت - متابولیسم، که در آن تبدیل مواد به شدت با تبدیل انرژی در هم تنیده است.

بررسی دقیق تر مسیرهای متابولیک نشان می دهد که تجزیه مواد مغذی ضروری در سلول یک سری واکنش های آنزیمی متوالی است که سه مرحله اصلی کاتابولیسم را تشکیل می دهد. در مرحله اول، مولکول های آلی بزرگ به بلوک های ساختاری خاص خود تجزیه می شوند. بنابراین پلی ساکاریدها به هگزوز یا پنتوز، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، اسیدهای نوکلئیک به نوکلئوتید، لیپیدها به اسیدهای چرب، گلیسرول و سایر مواد تجزیه می شوند. همه این واکنش ها عمدتاً از طریق مسیر هیدرولیتیک انجام می شود و مقدار انرژی آزاد شده در این مرحله بسیار کم است - کمتر از 1٪. در مرحله دوم کاتابولیسم، مولکول های ساده تری نیز تشکیل می شوند و تعداد انواع آنها به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بسیار مهم است که در مرحله دوم محصولاتی تشکیل شود که برای متابولیسم مواد مختلف مشترک هستند. این محصولات ترکیبات کلیدی هستند که به عنوان ایستگاه های کلیدی مسیرهای متابولیک مختلف را به هم متصل می کنند. محصولات تشکیل شده در مرحله دوم کاتابولیسم وارد مرحله سوم کاتابولیسم می شوند که به اکسیداسیون پایانی معروف است. در این مرحله تمام محصولات در نهایت به مونوکسید کربن و آب اکسید می شوند. تقریباً تمام انرژی در مراحل دوم و سوم کاتابولیسم آزاد می شود.

فرآیند آنابولیسم نیز سه مرحله را طی می کند. مواد اولیه برای آن همان محصولاتی هستند که در مرحله سوم کاتابولیسم دچار دگرگونی می شوند. یعنی مرحله سوم کاتابولیسم در عین حال اولین مرحله اولیه آنابولیسم است. به نظر می رسد واکنش هایی که در این مرحله اتفاق می افتد عملکردی دوگانه دارند. آنها از یک طرف در مراحل نهایی کاتابولیسم شرکت می کنند و از طرف دیگر برای فرآیندهای آنابولیک نیز خدمت می کنند و مواد پیش ساز را برای مراحل بعدی آنابولیسم تامین می کنند. به عنوان مثال در این مرحله سنتز پروتئین آغاز می شود.

واکنش های کاتابولیک و آنابولیک به طور همزمان اتفاق می افتد، اما در قسمت های مختلف سلول. به عنوان مثال، اکسیداسیون اسیدهای چرب توسط مجموعه ای از آنزیم های موضعی در میتوکندری انجام می شود، در حالی که سنتز اسیدهای چرب توسط سیستم دیگری از آنزیم های موضعی در سیتوزول کاتالیز می شود. به دلیل محلی سازی متفاوت است که فرآیندهای کاتابولیک و آنابولیک در سلول می توانند به طور همزمان انجام شوند.

تنظیم متابولیسم و ​​انرژی

متابولیسم سلولی با ثبات بالا و در عین حال تنوع قابل توجه مشخص می شود. هر دوی این ویژگی ها سازگاری مداوم سلول ها و موجودات را با شرایط محیطی و درونی متغیر تضمین می کند. بنابراین میزان کاتابولیسم در سلول بر اساس نیاز سلول به انرژی در هر لحظه مشخص می شود. به طور مشابه، سرعت بیوسنتز اجزای سلولی بر اساس نیازهای لحظه ای تعیین می شود. به عنوان مثال، یک سلول، اسیدهای آمینه را دقیقاً با سرعتی سنتز می کند که برای اطمینان از اینکه می تواند حداقل پروتئین مورد نیاز خود را تشکیل دهد، کافی است. چنین کارایی و انعطاف پذیری متابولیسم تنها در صورتی امکان پذیر است که مکانیسم های به اندازه کافی ظریف و حساس برای تنظیم آن وجود داشته باشد. تنظیم متابولیسم در سطوح مختلف با افزایش تدریجی پیچیدگی انجام می شود.

ساده ترین نوع تنظیم بر تمام پارامترهای اصلی تأثیر می گذارد که بر سرعت واکنش های آنزیمی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، غلبه محیط اسیدی یا قلیایی در بافت ها (محیط pH). تجمع محصولات واکنش اسیدی می تواند محیط pH را فراتر از حالت بهینه برای یک آنزیم معین تغییر دهد و در نتیجه روند را کاهش دهد.

سطح بعدی تنظیم فرآیندهای متابولیک پیچیده مربوط به غلظت مواد ضروری در سلول است. اگر غلظت هر ماده لازم در سلول در حد کافی باشد، سنتز این ماده تا لحظه ای که غلظت آن به زیر سطح معینی کاهش یابد متوقف می شود. بنابراین، ترکیب شیمیایی خاصی از سلول حفظ می شود.

سومین سطح تنظیم، کنترل ژنتیکی است که میزان سنتز آنزیم را تعیین می کند، که می تواند بسیار متفاوت باشد. تنظیم در سطح ژن می تواند منجر به افزایش یا کاهش غلظت آنزیم های خاص شود، به تغییر در انواع آنزیم ها، القا یا سرکوب یک گروه کامل از آنزیم ها می تواند به طور همزمان رخ دهد. تنظیم ژنتیکی بسیار خاص، مقرون به صرفه است و فرصت های زیادی را برای کنترل متابولیک فراهم می کند. با این حال، در اکثریت قریب به اتفاق فعال شدن ژن، این روند کند است. به طور معمول، زمان مورد نیاز برای تأثیر محسوس بر غلظت آنزیم‌ها توسط القاکننده یا سرکوبگر، بر حسب ساعت اندازه‌گیری می‌شود. بنابراین، این شکل از مقررات برای موارد فوری نامناسب است.

در حیوانات بالاتر و در انسان، دو سطح دیگر وجود دارد، دو مکانیسم برای تنظیم متابولیسم و ​​انرژی، که از این نظر تفاوت دارند که متابولیسمی را که در اندام‌ها و بافت‌های مختلف انجام می‌شود به هم متصل می‌کنند و بنابراین آن را برای انجام عملکردهایی هدایت می‌کنند که انجام نمی‌دهند. ذاتی سلول های فردی و کل بدن است. اول از همه، این مکانیسم سیستم غدد درون ریز است. هورمون های تولید شده توسط غدد درون ریز برای تحریک یا سرکوب برخی فرآیندهای متابولیک در سایر بافت ها یا اندام ها عمل می کنند. به عنوان مثال، زمانی که لوزالمعده شروع به تولید انسولین کمتری می کند، گلوکز کمتری وارد سلول ها می شود و این به نوبه خود منجر به تغییر در تعدادی از فرآیندهای درگیر در متابولیسم می شود.

بالاترین سطح تنظیم، کامل ترین شکل آن، تنظیم عصبی است. سیستم عصبی، به ویژه بخش های مرکزی آن، بالاترین عملکردهای یکپارچه را در بدن انجام می دهند. سیستم عصبی مرکزی با دریافت سیگنال‌ها از محیط و اندام‌های داخلی، آنها را تبدیل می‌کند و تکانه‌هایی را به اندام‌هایی می‌فرستد که نرخ متابولیک را تغییر می‌دهند که در آن لحظه برای انجام یک عملکرد خاص ضروری است. در اغلب موارد، سیستم عصبی نقش تنظیمی خود را از طریق غدد درون ریز انجام می دهد و باعث افزایش یا سرکوب جریان هورمون ها در خون می شود. تأثیر احساسات بر متابولیسم به خوبی شناخته شده است، به عنوان مثال، افزایش قبل از شروع شاخص های متابولیک و انرژی در ورزشکاران. در همه موارد، عملکرد تنظیم کننده سیستم عصبی بر متابولیسم و ​​انرژی بسیار مفید است و همیشه به سمت مؤثرترین سازگاری ارگانیسم با شرایط متغیر است.

از مطالب گفته شده می توان نتیجه گرفت که برای حفظ متابولیسم طبیعی در بدن، مجموعه ای از اقدامات لازم است.

1. استراحت روزانه کامل

3. رژیم غذایی متعادل

4. اقداماتی برای پاکسازی بدن.

مقالات اضافی با اطلاعات مفید

اطلاعات اولیه در مورد متابولیسم مواد معدنی در انسان

مواد معدنی یکی از اجزای اصلی غذای مورد نیاز روزانه یک فرد است. عدم تعادل مواد معدنی می تواند به عنوان انگیزه ای برای ایجاد تعداد زیادی از بیماری های مزمن باشد.

اختلالات احتمالی در متابولیسم انسان

تغذیه روزانه با کیفیت بالا برای یک فرد مهم است، اما باید در نظر داشت که برای بدن مهم نیست که چه می خورید، بلکه مهم این است که در نهایت به هر سلولی می رسد.

ارگانیسم یک سیستم بیولوژیکی از بیوسفر است

هر موجود زنده ای است ارگانیسم، که با مجموعه ای از خواص خاص که فقط در ماده زنده ذاتی هستند - سازمان سلولی و متابولیسم - با طبیعت بی جان متفاوت است.

از دیدگاه مدرن، ارگانیسم یک سیستم اطلاعات انرژی خودسازمانده است که با حفظ حالت تعادل ناپایدار بر آنتروپی غلبه می کند (به بخش 9.2 مراجعه کنید).

مطالعه رابطه و تعامل در سیستم "ارگانیسم-محیط" به این درک منجر شد که موجودات زنده ای که در سیاره ما ساکن هستند به تنهایی وجود ندارند. آنها کاملاً به محیط وابسته هستند و دائماً تأثیرات آن را تجربه می کنند. هر موجود زنده با موفقیت در یک زیستگاه خاص زنده می ماند و تولید مثل می کند که با محدوده نسبتاً باریکی از دما، بارندگی، شرایط خاک و غیره مشخص می شود.

در نتیجه، بخشی از طبیعت که موجودات زنده را احاطه کرده و تأثیر مستقیم یا غیرمستقیم بر آنها دارد، آنهاست. زیستگاه.ارگانیسم ها از آن همه چیز لازم برای زندگی را دریافت می کنند و محصولات متابولیک را به آن دفع می کنند. زیستگاه هر موجودی متشکل از عناصر بسیاری با طبیعت معدنی و آلی و عناصر معرفی شده توسط انسان و فعالیت های تولیدی اوست. در عین حال، برخی از عناصر ممکن است تا حدی یا کاملاً نسبت به بدن بی تفاوت باشند، برخی دیگر ضروری هستند و برخی دیگر تأثیر منفی دارند.

شرایط زندگییا شرایط وجود، مجموعه ای از عناصر محیطی است که برای ارگانیسم لازم است، که با آنها در وحدت ناگسستنی است و بدون آنها نمی تواند وجود داشته باشد.

هموستاز -خود نوسازی و حفظ ثبات محیط داخلی بدن.

موجودات زنده با حرکت، واکنش پذیری، رشد، تکامل، تولید مثل و وراثت و همچنین سازگاری مشخص می شوند. در متابولیسم یا متابولیسم، تعدادی واکنش شیمیایی در بدن اتفاق می افتد (مثلاً در طول تنفس یا فتوسنتز).

ارگانیسم هایی مانند باکتری ها قادر به ایجاد ترکیبات آلی به هزینه اجزای معدنی - ترکیبات نیتروژن یا گوگرد هستند. چنین فرآیندی نامیده می شود شیمی سنتز

متابولیسم در بدن فقط با مشارکت مواد پروتئینی درشت مولکولی خاص اتفاق می افتد - آنزیم هابه عنوان کاتالیزور عمل می کند. در تنظیم فرآیند متابولیسم در بدن، آنزیم ها کمک می کنند ویتامین ها و هورمون هاآنها با هم هماهنگی شیمیایی کلی فرآیند متابولیک را انجام می دهند. فرآیندهای متابولیک در کل مسیر رشد فردی ارگانیسم - انتوژنز ادامه می یابد.

آنتوژنز -مجموعه ای از دگرگونی های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متوالی که بدن در طول دوره زندگی متحمل می شود.

زیستگاه یک موجود زنده- مجموعه ای از شرایط دائماً در حال تغییر زندگی او. موجودات زمینی بر سه زیستگاه اصلی تسلط دارند: و خاک، همراه با سنگ های بخش نزدیک به سطح لیتوسفر.

تامین انرژی فعالیت نیروی کار.

انرژی مورد نیاز یک فرد برای زندگی در فرآیند تجزیه ردوکس کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها و سایر ترکیبات آلی موجود در غذا در بدن او آزاد می شود.

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی در بدن انسان نامیده می شود متابولیسم. برای توصیف متابولیسم کل انرژی، از مفاهیم متابولیسم پایه و متابولیسم در فعالیت های مختلف استفاده می شود.

BX با ارزش هزینه های انرژی در حالت استراحت کامل عضلانی در شرایط استاندارد (در دمای محیط راحت، 12-16 ساعت پس از غذا خوردن در وضعیت خوابیده به پشت) مشخص می شود. مصرف انرژی برای فرآیندهای زندگی در این شرایط برای یک فرد با وزن 75 کیلوگرم 87.5 وات است.

سطح مصرف انرژی با روش کالریمتری غیرمستقیم، یعنی تجزیه و تحلیل گاز کامل (حجم مصرف اکسیژن و دی اکسید کربن آزاد شده در نظر گرفته می شود) تعیین می شود. با افزایش شدت زایمان، مصرف اکسیژن و مقدار انرژی مصرفی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

پارامترهای اصلی که فرآیند تبادل حرارت بین یک فرد و محیط را تضمین می کند، پارامترهای میکروکلیم است. در شرایط طبیعی، دمای محیط از - 88 تا + 60 درجه سانتیگراد متغیر است. تحرک هوا - از 0 تا 100 متر بر ثانیه؛ رطوبت نسبی - از 10 تا 100٪ و فشار اتمسفر - از 680 تا 810 میلی متر جیوه. هنر

یکی از شاخص های جدایی ناپذیر از وضعیت حرارتی بدن میانگین دمای بدن حدود 36.5 0 C است. اندام ها می توانند + 43 ° C، حداقل + 25 ° C باشد. رژیم دمایی پوست نقش عمده ای در انتقال حرارت دارد. میانگین دمای پوست زیر لباس 30...34 درجه سانتی گراد است. در شرایط نامطلوب هواشناسی در قسمت های خاصی از بدن، می تواند تا 20 درجه سانتیگراد کاهش یابد و گاهی اوقات حتی کمتر.

رفاه حرارتی معمولیزمانی اتفاق می‌افتد که آزاد شدن گرمای یک فرد به طور کامل توسط محیط درک شود. در صورتی که تولید گرمای بدن نتواند به طور کامل به محیط منتقل شود , افزایش دمای اندام های داخلی وجود دارد. در شرایطی که محیط، گرمای بیشتری نسبت به بازتولید آن توسط شخص درک می کند , بدن خنک می شود

رسانایی گرمایی انتقال حرارت ناشی از حرکت تصادفی (حرارتی) ریزذرات (اتم ها، مولکول ها یا الکترون ها) است که در تماس مستقیم با یکدیگر هستند. همرفت به انتقال گرما در اثر حرکت و اختلاط حجم های ماکروسکوپی گاز یا مایع می گویند. تابش حرارتی - این فرآیند انتشار نوسانات الکترومغناطیسی با طول موج های مختلف، به دلیل حرکت حرارتی اتم ها یا مولکول های یک جسم تابشی است. در شرایط واقعی، گرما نه با هیچ یک از روش های فوق، بلکه به روش ترکیبی منتقل می شود.

تحمل یک فرد برای دما بستگی به رطوبت و سرعت هوای اطراف دارد. هر چه رطوبت نسبی بیشتر باشد، عرق کمتری در واحد زمان تبخیر می شود و بدن سریعتر گرم می شود.

همراه با تغییر در پارامترهای ریزاقلیم، رفاه حرارتی فرد نیز تغییر می کند. فرآیندهای تنظیم انتشار گرما برای حفظ دمای ثابت بدن انسان نامیده می شود تنظیم حرارت. این به شما امکان می دهد دمای اندام های داخلی را نزدیک به 36.5 درجه سانتیگراد ثابت نگه دارید. فرآیندهای تنظیم انتشار گرما عمدتاً به سه روش انجام می شود: بیوشیمیایی. با تغییر شدت گردش خون و شدت تعریق.

تنظیم حرارت با روش های بیوشیمیایی برای تغییر شدت فرآیندهای اکسیداتیو در بدن است. به عنوان مثال، لرزش عضلانی که هنگام سرد شدن شدید بدن رخ می دهد، باعث افزایش انتشار گرما تا 125 ... 200 ژول بر ثانیه می شود.

تنظیم حرارت با تغییر شدت گردش خون، توانایی بدن برای تنظیم جریان خون (که در این مورد یک خنک کننده است) از اندام های داخلی به سطح بدن با تنگ کردن یا انبساط عروق خونی است.

تنظیم حرارت با تغییر شدت تعریق، تغییر فرآیند انتقال حرارت در اثر تبخیر است. تنظیم حرارت بدن به طور همزمان به هر وسیله ای انجام می شود.