В организме человека непрерывно протекают водный, минеральный (солевой), белковый, жировой и углеводный обмены.
Энергетические запасы непрерывно уменьшаются в процессе жизнедеятельности организма и пополняются за счет пищи. Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом.
Количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека. Для составления норм питания необходимо учитывать запас энергии в питательных веществах, их энергетическую ценность.
Совокупность ферментативных химических реакций в организме называется обменом веществ (метаболизмом):
Белковый обмен направлен на использование и преобразование аминокислот белков в организме человека. Организму нужны не белки пищи, сами по себе, а содержащиеся в них аминокислоты. При переваривании пищи съеденные белки распадаются на аминокислоты, которые всасываются в кровь и из крови поступают в каждую клетку организма. Здесь они частично идут на строительство собственных белков, а частично сжигаются для получения АТФ.
Уровень содержания аминокислот в крови регулирует печень. В печени происходит разложение излишка аминокислот. Из образовавшегося аммиака синтезируется мочевина, которая затем выводится почками и кожей. Остатки аминокислот используются как энергетический материал и преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген. В клетках белки распадаютс я до углекислого газа, воды, мочевины, мочевой кислоты и др. Они выводятся из организма.
Углеводный обмен – совокупность процессов преобразования и использования углеводов.
Углеводы являются основным источником энергии в организме. При расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии. Часть глюкозы попадает в печень, где превращается в гликоген. Другая часть превращается в жиры. Основная часть глюкозы окисляется до диоксида углерода и воды. Гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения.
Уровень глюкозы в крови регулируется гормонами, в том числе инсулином. При недостатке инсулина уровень глюкозы повышается, что ведет к сахарному диабету. Инсулин тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени. Другой гормон поджелудочной железы – глюкагон способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая ее содержание в крови.
1 г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем 1 г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и даже получить АТФ без окисления за счет гликолиза.
Обмен жиров – совокупность процессов преобразования и использования липидов.
Жиры содержат незаменимые жирные кислоты. При распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Жирные кислоты всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. С током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки. Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники. Липиды могут откладываться на тканях некоторых органов и на стенках кровеносных сосудов. Окончательными продуктами окисления жиров являются диоксид углерода и вода. В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.
Водно-солевой обмен. В клетках организма человека около 72% воды, 28% входит в состав крови, лимфы, внеклеточной жидкости.
Вода выполняет функции:
транспортную
выделительную
теплорегуляционную
является средой для протекания химических реакций
определяет физические свойства клетки.
Потребность в воде у взрослого человека составляет 2—3 л в сутки. Нормальный водный обмен предполагает равновесие между количеством поглощенной и выделенной воды. Вода поступает в организм с пищей, с жидкостями (вода, соки и т.д.). В клетках образуется метаболическая вода, как продукт окисления органических соединений. Вода выводится из организма с потом, мочой, в виде водяного пара, через кишечник. Потребность в воде (жажда) вызывает возбуждение питьевого центра в гипоталамусе. Удовлетворение жажды тормозит этот центр.
Солевой обмен – необходимая составная часть общего обмена веществ. Ежедневно организм нуждается в солях кальция, натрия, калия, хлора, фосфора, железа и других элементов. Соли участвуют в поддержании рН внутренней среды организма, процессах возбудимости нервной и мышечной тканей.
Витамины, их роль в организме.
Для нормального протекания биохимических процессов нужны небольшие количества необходимых для организма веществ, которые организм не может синтезировать самостоятельно – витаминов.
Витамины были открыты русским врачом Н.И. Луниным. Это низкомолекулярные соединения различной химической природы. Они как незаменимые компоненты входят в состав активных центров многих ферментов и участвуют в реакциях биокатализа, в регуляции многих биохимических и физиологических процессов. Витамины способствуют укреплению здоровья, увеличивают сопротивляемость организма простудным и инфекционным заболеваниям, повышают работоспособность.
При недостатке витаминов или при подавлении их действия, например антибиотиками, развиваются гиповитаминозы (недостаток) и авитаминозы (отсутствие).
Наибольшее значение имеют жирорастворимые витамины: А — для развития организма и нормального зрения, D — для формирования скелета (при его недостатке — рахит), К — для нормального свертывания крови. Эти витамины содержатся в мясе, рыбе, печени, масле, молоке, яйцах, моркови, капусте.
Не менее важную физиологическую роль играют водорастворимые витамины: С усиливает иммунные процессы, сопротивляемость организма к инфекциям, В, необходим для нормальной деятельности нервной системы, В2 — для тканевого дыхания, В6 — для нормальной функции нервной системы, кожи, органов кроветворения, РР — для нормальной нервно-психической деятельности, фолиевая кислота и витамин В12 — для кроветворения. Много этих витаминов в фруктах и овощах.
Основные витамины:
А – влияет на рост, развитие, зрение. Поступает в организм с животными жирами, мясными продуктами, яйцами. При гиповитаминозе наступает куриная слепота.
Б – регулирует обмен кальция и фосфора. При гиповитаминозе развивается рахит.
Е – при гиповитаминозе ослабляется половая функция, развивается дистрофия скелетных мышц.
К – при гиповитаминозе снижается свертываемость крови.
В1 – участвует в обмене белков, жиров и углеводов, в проведении нервного импульса. Гиповитаминоз связан с понижением двигательной активности.
В2 (рибофлавин) – участвует в клеточном дыхании. Гиповитаминоз вызывает помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки рта.
В6 – участвует в обмене веществ, при гиповитаминозе возникают заболевания кожи, судороги, анемия.
В12 – при гиповитаминозе возникает анемия. Участвует в белковом обмене.
РР (никотиновая кислота) – участвует в клеточном дыхании, работе пищеварительной системы. При гиповитаминозе развивается пеллагра (понос, судороги, анемия).
С (аскорбиновая кислота) – участвует в окислительно-восстановительных процессах, повышает устойчивость к инфекциям. При гиповитаминозе развивается болезнь десен – цинга, поражаются стенки кровеносных сосудов.
Тематические задания
А1. Энергия из питательных веществ выделяется в процессе
1) синтеза белков, жиров и углеводов
2) окисления белков, жиров и углеводов
3) действия гормонов на питательные вещества
4) действия витаминов на питательные вещества
А2. Все реакции обмена веществ идут с непременным участием
1) ферментов
2) кислорода
3) гормонов
4) витаминов
А3. Инсулин
1) регулирует уровень глюкозы в крови
2) расщепляет гликоген
3) активирует действие ферментов
4) превращает крахмал в глюкозу
А4. В печени происходит
1) синтез инсулина
3) расщепление жиров
2) образование гликогена
4) окисление глюкозы
А5. Наибольшее количество АТФ содержится в
1) костной ткани
3) плазме крови
2) кожном эпидермисе
4) мышечной ткани
А6. Центр жажды находится в
1) продолговатом мозге
2) коре мозга
3) мозжечке
4) гипоталамусе
А7. Авитаминоз Б приводит к
1) куриной слепоте
3) детскому рахиту
2) нервным расстройствам
4) базедовой болезни
А8. Какой набор продуктов содержит наибольшее количество витамина С
1) горох, картофель, рис
2) свинина, макароны, гречка
3) клюква, шиповник, капуста
4) рыба, манка, свекла
А9. Витамин С ускоряет
1) распад белков
3) накопление запасов жира
2) синтез белков
4) синтез гликогена
А10. Недостаток солей кальция может сказаться на процессах
1)проведения нервных импульсов
2)функциях эритроцитов
3)функциях поджелудочной железы
4)свертывании крови
А11. При нарушениях процессов выведения продуктов обмена веществ, в организме накапливаются
1) аминокислоты
3) избыток углеводов
2) мочевина или аммиак
4) нуклеиновые кислоты
В1. Какие процессы происходят при обмене белков
1) синтез гликогена
2) распад глюкозы
3) образование и всасывание аминокислот в кровь
4) образование азотосодержащих продуктов распада
5) образование углекислого газа и воды
6) синтез глицерина и жирных кислот
В2. Установите последовательность процессов энергетического обмена белков в организме человека
A) распад белков на пептиды
Б) образование углекислого газа и воды
B) всасывание аминокислот в кровь
Г) образование аминокислот
Д) синтез белков в клетках
Нервная система. Общий план строения. Функции
Нервная система контролирует, координирует и регулирует согласованную работу всех систем органов, связь организма с внешней средой, поддержание постоянства состава его внутренней среды.
Нервная система делится на:
центральную (образована головным и спинным мозгом)
периферическую (состоит из черепно-мозговых и спинномозговых нервов с их корешками, ветвями и нервными окончаниями, а также нервными узлами или ганглиями):
часть периферической нервной системы, иннервирующая скелетную мускулатуру, называется соматической нервной системой
другая часть периферической нервной системы, отвечающая за иннервацию внутренних органов, кровеносной и эндокринной систем, регуляцию обменных процессов называется вегетативной или автономной нервной системой:
парасимпатическая
симпатическая.
Структурно-функциональной единицей нервной системы является нервная клетка – нейрон (его основными свойствами являются возбудимость и проводимость); состоит из:
Тела
Отростков
длинный единичный отросток, предающий нервный импульс от тела нейрона к другим нервным клеткам, называется аксон. Аксоны, объединяясь в пучки, образуют нервы.
короткие отростки, по которым импульс проводится к телу нейрона, называются дендритами. Их может быть один или несколько.
Нейроны связаны между собой синапсами – пространством между соседними клетками, в котором осуществляется химическая передача нервного импульса с одного нейрона на другой.
Синапсы могут возникать между:
аксоном одного нейрона и телом другого,
аксонами и дендритами соседних нейронов,
одноименными отростками нейронов.
Импульсы в синапсах передаются с помощью нейромедиаторов – биологически активных веществ – норадреналина, ацетилхолина и др. Молекулы медиаторов в результате взаимодействия с клеточной мембраной меняют ее проницаемость для ионов Са2 + , К + и Сl-. Это приводит к возбуждению нейрона. Распространение возбуждения связано с таким свойством нервной ткани, как проводимость. Существуют синапсы, которые тормозят передачу нервного импульса.
В зависимости от выполняемой ими функции выделяют следующие типы нейронов:
– чувствительные или рецепторные, тела которых лежат вне ЦНС. Они передают импульс от рецепторов в ЦНС;
– вставочные, осуществляющие передачу возбуждения с чувствительного на исполнительный нейрон. Эти нейроны лежат в пределах ЦНС;
– исполнительные или двигательные, тела которых находятся в ЦНС или в симпатических и парасимпатических узлах. Они обеспечивают передачу импульсов от ЦНС к рабочим органам.
Нервная регуляция осуществляется рефлекторно.
Рефлекс –это ответная реакция организма на раздражение, происходящая при участии нервной системы.
Нервный импульс, возникший при раздражении, проходит определенный путь, называемый рефлекторной дугой.
Простейшая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов – чувствительного и двигательного. Большинство рефлекторных дуг состоит из нескольких нейронов.
Рефлекторная дуга чаще всего состоит из следующих звеньев:
рецептор – нервное окончание, воспринимающее раздражение. Находятся в органах, мышцах, коже и т.д.
чувствительный нейрон, передающий импульс в ЦНС
вставочный нейрон, лежащий в ЦНС (головном или спинном мозге)
исполнительный (двигательный) нейрон, передающий импульс к исполнительному органу или железе.
Соматические рефлекторные дуги осуществляют двигательные рефлексы. Вегетативные рефлекторные дуги координируют работу внутренних органов.
Рефлекторная реакция заключается не только в возбуждении, но и в торможении, т.е. в задержке или ослаблении возникшего возбуждения. Взаимосвязь возбуждения и торможения обеспечивают согласованную работу организма.
В ответ на раздражение нервная ткань приходит в состояние возбуждения — процесс, вызывающий или усиливающий деятельность органа.
Проводимость — свойство нервной ткани передавать возбуждение.
Скорость проведения возбуждения составляет от 0,5 до 100 м/с и зависит от типа нервного волокна. С максимальной скоростью возбуждение передается по чувствительным волокнам, берущим начало в мышцах, и по двигательным волокнам скелетных мышц. Чувствительные волокна, проводящие ощущения прикосновения и давления (от кожи), обладают меньшей проводимостью: скорость импульса составляет 50 м/с. По волокнам, передающим сигнал боли, возбуждение идет со скоростью 1 м/с.
Возбуждение проводится по нервным волокнам изолированно и не переходит с одного волокна на другое, чему препятствуют миелиновые оболочки, покрывающие нервные волокна. В основе возбуждения лежит процесс изменения концентрации анионов и катионов по обе стороны мембраны нервной клетки (и ее отростков) — развитие электрохимического потенциала.
Прохождение нервных импульсов.
Основная функция нейрона состоит в распространении и интегрировании кодированной информации. Элементарным проявлением этой активности служит возбуждение. Большая часть свойств нейрона осуществляется благодаря особому составу мембраны нервной клетки. Обычный двойной липидный слой образован в своей внешней части сфинголипидами, которые, в особенности сульфатиды, обладают способностью создавать кольцевое окружение функциональных белковых агрегатов (например, Na+, К+-АТРазы) и облегчать избирательный транспорт ионов через мембрану. В случае нейрона работа этого белка приводит к следующему распределению ионов между внутри- и внеклеточным пространством.
Неравномерное распределение ионов создает трансмембранный потенциал покоя (примерно —70 мВ) — это трансмембранная разность потенциалов между цитоплазмой и внеклеточным раствором, когда нейрон не проводит нервный импульс.
Na+, К+-АТРаза — «ионный насос», локализованный в мембране, обеспечивает неравенство концентрации ионов — активный транспорт ионов против градиента концентрации: закачивание К+ в клетку и выкачивание Na+ из клетки. Этот процесс сопровождается затратой энергии. Расщепление одной молекулы АТФ достаточно для одновременного транспорта двух ионов К+ и трех ионов Na+.
При нервной активности преобладающие внутри клетки ионы К+, имеют тенденцию пассивно диффундировать из нейрона, а ионы Na+, преобладающие вне клетки — поступать внутрь нейрона. При действии на клетку раздражителя возбуждение нерва временно вызывает резкое возрастание проницаемости мембраны нервной клетки для ионов К+ и Na+, которые получают возможность перемещаться по градиенту концентрации. При этом поток ионов Na+ в клетку превышает поток ионов К+ наружу, что приводит к возникновению потенциала действия.
Изменение проницаемости мембраны происходит в результате изменения заряда и конформации белковых молекул, образующих отдельные каналы для транспорта Na+ и К+.
Исходная отрицательная величина потенциала покоя (-70 мВ) меняется на положительную (от +50 до 170 мВ). Это происходит потому, что избыток ионов Na+ проникает через мембрану снаружи внутрь клетки, а избыток ионов К+ с небольшим запозданием по другому каналу переходит в обратном направлении. Изменение отношения их концентраций приводит к изменению знака потенциала. Величина потенциала равна алгебраической сумме потенциала покоя и потенциала, образованного движением двух ионов: +70 мВ (или 50 мВ) — (-70 мВ) = 140 мВ (или 120 мВ).
Потенциал действия сохраняется примерно 10 мс, из которых 1—2 мс приходятся на соответствующий пиковый потенциал, после чего происходит восстановление исходного состояния в результате активного транспорта Na+ и К+.
Электрический ток, генерируемый потенциалом, направлен через тело нейрона к периферийному участку, который сохраняет исходную проницаемость, далее через мембрану и обратно вдоль ее внешней поверхности. Так вызывается изменение проницаемости соседнего участка и происходит передача импульса вдоль нейрона. В результате возбуждение передается к синапсу.
Деятельность нервной системы носит рефлекторный характер. Рефлекс — закономерная ответная реакция организма на изменения внешней или внутренней среды, осуществляемая центральной нервной системой в ответ на раздражение рецепторов. Рефлекторные реакции многообразны: сужение зрачка при ярком свете, выделение слюны при попадании пищи и рот и др.
Рецепторы — нервные окончания, воспринимающие информацию об изменениях, происходящих во внешней и внутренней среде. Любое раздражение (механическое, световое, звуковое, химическое, электрическое, температурное), воспринимаемое рецептором, преобразуется (трансформируется) в процесс возбуждения. Возбуждение передается по чувствительным, центростремительным нервным волокнам в центральную нервную систему, где происходит срочный процесс переработки импульсов. Отсюда импульсы направляются по волокнам центробежных нейронов к исполнительным органам, реализующим ответную реакцию — соответствующий приспособительный акт.
Рефлекторная дуга — путь, по которому проходят нервные импульсы (нервное возбуждение) от рецепторов к исполнительному (рабочему) органу при осуществлении рефлекса; включает пять отделов:
• рецепторы, воспринимающие раздражение;
• чувствительные, центростремительные (афферентные) нервы, передающие возбуждение к центральной нервной системе;
• вставочные нейроны, передающие возбуждение с чувствительных нейронов на исполнительные двигательные нейроны;
• двигательные, центробежные (эфферентные) нервы, проводящие нервные импульсы (возбуждение) от центральной нервной системы на периферию к рабочему органу;
• исполнительный рабочий орган, реагирующий на полученное раздражение, деятельность которого изменяется в результате рефлекса.
Для осуществления любого рефлекса необходима целостность всех звеньев рефлекторной дуги.
Схема рефлекторной дуги соматического (а) и вегетативного (б) рефлексов:
1 — рецептор; 2 — чувствительный нерв; 3 — спинной мозг; 4 — двигательный нерв; 5 — рабочий орган (мышца; железа); 6 — преганглионарное нервное волокно; 7 — постганглионарное нервное волокно; 8 — вегетативный ганглий; 9 — чувствительный ганглий; 10 — ганглий двигательного нейрона; 11 — ганглий симпатического нейрона (в боковом роге)
Между центральной нервной системой и рабочими органами существуют прямые и обратные связи, лежащие в основе процессов саморегуляции функций в организме.
В осуществлении любого рефлекторного акта участвуют процесс возбуждения, вызывающий или усиливающий определенную деятельность, и процесс торможения, выключающий те нервные центры, которые могли бы мешать осуществлению этой деятельности организма.
Процесс торможения противоположен возбуждению: он прекращает деятельность, ослабляет или препятствует ее возникновению.
Возбуждение в одних центрах нервной системы сопровождается торможением в других: нервные импульсы, поступающие в ЦНС, могут задерживать те или иные рефлексы.
Явление центрального торможения было открыто в 1862 г. И.М. Сеченовым.
Взаимодействие процессов возбуждения и торможения лежит в основе нервной деятельности, регуляции и координации функций в организме. Например, во время ходьбы чередуется сокращение мышц — сгибателей и разгибателей: при возбуждении центра сгибания импульсы следуют к мышцам-сгибателям, одновременно с этим центр разгибания тормозится и не посылает импульсы к мышцам-разгибателям, вследствие чего последние расслабляются, и наоборот.
Таким образом, оба процесса — возбуждение и торможение — взаимосвязаны, что обеспечивает согласованную деятельность органов и всего организма в целом.
Тематические задания
А1. В основе нервной регуляции лежит
1) электрохимическая передача сигнала
2) химическая передача сигнала
3) механическое распространение сигнала
4) химическая и механическая передача сигнала
А2. Центральная нервная система состоит из
1) головного мозга
3) головного, спинного мозга и нервов
2) спинного мозга
4) головного и спинного мозга
А3. Элементарной единицей нервной ткани является
1) нефрон
2) аксон
3) нейрон
4) дендрит
А4. Место передачи нервного импульса с нейрона на нейрон называется
1) телом нейрона
3) нервным узлом
2) нервным синапсом
4) вставочным нейроном
А5. При возбуждении вкусовых рецепторов начинает выделяться слюна. Эта реакция называется
1) инстинкт
2) привычка
3) рефлекс
4) навык
А6. Вегетативная нервная система регулирует деятельность
1) дыхательных мышц
3) сердечной мышцы
2) мышц лица
4) мышц конечностей
А7. Какой участок рефлекторной дуги передает сигнал вставочному нейрону
1) чувствительный нейрон
3) рецептор
2) двигательный нейрон
4) рабочий орган
А8. Рецептор раздражается сигналом, поступившим от
1) чувствительного нейрона
2) вставочного нейрона
3) двигательного нейрона
4) внешнего или внутреннего раздражителя
А9. Длинные отростки нейронов объединяются в
1) нервные волокна
3) серое вещество мозга
2) рефлекторные дуги
4) глиальные клетки
А10. Медиатор обеспечивает передачу возбуждения в виде
1) электрического сигнала
2) механического раздражения
3) химического сигнала
4) звукового сигнала
А11. Во время обеда у автомобилиста сработала автосигнализация. Что из перечисленного может произойти в этот момент в коре мозга головного этого человека
1) возбуждение в зрительном центре
2) торможение в пищеварительном центре
3) возбуждение в пищеварительном центре
4) торможение в слуховом центре
А12. При ожоге возбуждение возникает
1) в телах исполнительных нейронов
2) в рецепторах
3) в любом участке нервной ткани
4) во вставочных нейронах
А13. Функция вставочных нейронов спинного мозга заключается в
1) восприятии раздражения
2) проведении импульсов от рецепторов к ЦНС
3) проведении импульсов от ЦНС к органам
4) проведении импульсов внутри ЦНС
В1. Выберите звенья рефлекторной дуги, передающие импульс от органа в ЦНС
1) двигательный нейрон
2) рецептор
3) чувствительный нейрон
4) вставочный нейрон
5) двигательный нейрон
6) нервный центр
В2. Каковы функции рецепторов?
1) восприятие раздражения из внешней среды
2) проведение импульса из спинного мозга в головной
3) анализ раздражения в коре мозга
4) преобразование раздражения в нервный импульс
5) проведение импульса по нерву
6) прием сигнала от внутренних органов