Занятие № 11 Типовые нарушения энергетического и белкового обмена.
Основной обмен как показатель энергетического обмена.
Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения питательных веществ в организме с высвобождением энергии. В обмене веществ выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса – анаболизм и катаболизм. Анаболизм -совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клеток, органов и тканей из поглощенных питательных веществ. Катаболизм – совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного катаболизма поступающих с пищей белков, жиров и углеводов.
Главная общая энергетическая характеристика жизнедеятельности организма – основной обмен. Основной обмен (ОО) – не какой-то отдельный вид обмена веществ, наряду с липидным, белковым, углеводным и водно-солевым. Это всего лишь лабораторный показатель, характеризующий сумму энерготрат организма в определенных стандартных условиях, приближенных к наиболее экономичному режиму жизнедеятельности.
Основной обмен — это энергозатраты организма в состоянии полного покоя, обеспечивающие функции всех органов и систем и поддержание температуры тела.
Стандартные условия измерения основного обмена:
· в состоянии полного мышечного и психического покоя
· натощак, т.е. через 12-18 ч после последнего приема пищи
· в горизонтальном положении
· при температуре комфорта (18-210 С)
Только, если эти условия обеспечены, полученную величину можно трактовать как основной обмен. Средняя величина OO у взрослого здорового 45-летнего мужчины, вес которого 70 килограмм, составит примерно 1785 ккал тепла за сутки на все тело. Для женщины того же возраста и веса должный средний основной обмен – около 1679 ккал на все тело за сутки.
Традиционно считается, что основной обмен обеспечивает уровень максимально экономичного функционирования организма при сохранении базовых анаболических процессов и функциональной готовности. Вклад в ОО вносят сердечная деятельность, перистальтика кишечника, работа системы дыхания, поддержание всех электрических процессов в клетках, терморегуляция, энергорассеяние, сопровождающее анаболизм, и т.п.
Но основной вклад в основной обмен принадлежит деятельности градиентсоздающих систем клеток – электрохимическая работа. Каждая клетка имеет плазматическую мембрану и, пока живет, даже при глубоком покое, на мембране поддерживается калий-натриевый градиент, потенциал покоя, а в ряде постоянно функционирующих клеток – генерируются потенциалы действия. Работа только одного фермента – натрий-калиевой АТФ-азы, присутствующей во всех клетках, отвечает за 30% энергозатрат организма при полном покое. Если с деятельностью натрий-калиевого насоса связана такая значительная составляющая основного обмена, то, вполне понятно, что те регуляторы, которые сильно влияют на активность данного энзима, и будут наиболее мощно изменять ОО. Увеличение основного обмена при гиперфункции щитовидной железы, как и снижение при гипотиреозе, связаны с тем, что тиреоидные гормоны – самые сильные из всех известных активаторов работы калий-натриевой АТФ-азы практически во всех тканях, особенно – в печени, скелетных мышцах, почках, жировой ткани. При гипертиреозе основной обмен остается повышенным и во сне и даже после приема морфия. При полном атиреозе степень падения основного обмена не превышает 35-40%. Вероятно, этой величиной и измеряется тиреоидзависимый вклад в общую величину минимальных энергозатрат организма.
Температура комфорта существенна, так как и охлаждение и перегревание организма требуют расхода энергии на температурную адаптацию и представляют стресс, а стрессорные гормоны увеличивают энерготраты.
Прием пищи вызывает увеличение термогенеза организма. Оно начинается примерно через 15-30 мин., достигает максимума через 3-6 ч. и продолжается около 12 ч.
Этот феномен ранее называли СДД – специфическое динамическое действие пищи, а теперь чаще именуют ТИД (теплопродукция индуцированная диетой). По современным представлениям, ее механизм комплексный. Он включает постоянный компонент, примерно одинаковый для всех пищевых веществ и обусловленный активацией деятельности ЖКТ и энергозатратами на абсорбцию пищи. Вместе с тем, у него есть также и переменный компонент, связанный с природой пищевых веществ и обусловленный их действием как сигналов и их ролью в качестве субстратов.
Наивысшее СДД присуще белкам. При их употреблении энергозатраты возрастают на 30-40% против величины основного обмена. СДД для углеводов составляет 5-6%, а для жиров – 2-2,5% основного обмена, что связано, прежде всего, с дезаминированием глюкогенных аминокислот и наступающей вследствие этого активацией энергообразования. Белок не запасается, избыток аминокислот переаминируется, а безазотистые остатки идут на образование энергии, внося свой вклад в термогенное действие белка.
Расчет основного обмена осуществляется на кг массы тела или на м2 поверхности тела. Правило Рубнера: чем больше отношение поверхности тела к массе, тем выше основной обмен, так как тем интенсивнее тепловое рассеяние.
У взрослого человека основной обмен на м2 составляет в сутки порядка 900 ккал. (около 37 ккал/м2 в час). К факторам, влияющим на ОО, относят возраст, пол, конституцию, состояние здоровья.
Влияние возраста требует учитывать эффект «энергии роста» и повышенные в раннем возрасте затраты на терморегуляцию. Так, основной обмен новорожденных в первые дни после рождения составляет 27 ккал/ м2 в час, к 6-ти месяцам он достигает уровня взрослых, а в период 1-3 года – абсолютного онтогенетического максимума (60-65 ккал/м2 в час). Затем, до возраста 12-15 лет, отмечается медленное снижение, некоторый пубертатный прирост и дальнейшее установление взрослого уровня к 20 годам.
Влияние пола выражается в том, что ОО у женщин во всех возрастах на 6-10% ниже, чем у мужчин. Беременность прогрессивно увеличивает основной обмен, кастрация самцов и самок его понижает. Более низкий основной обмен у женщин свидетельствует, что реактивность женского организма позволяет ему достигать при равных условиях более экономичных режимов функционирования, и связывает это с наличием более широкого выбора адаптационных программ в женских клетках, по сравнению с гемизиготными по Х-хромосоме мужскими. Таким образом, с биоэнергетической точки зрения, один из полов призван развивать большую форсированную мощность, а другой – реализовать более эффективные способы утилизации энергии. Это объяснение подчеркивает большее энергетическое совершенство женщин, тем более, что ряд важных для энергетического обмена ферментов кодируется именно в Х-хромосоме.
Очевидно, что основной обмен зависит от состояния здоровья. Общая закономерность состоит в следующем; что при подавляющем большинстве болезней основной обмен возрастает. Особенно сильно он растет при гипертиреозе и существенно увеличен при гиперкортицизме.
Вместе с тем, в отдельных ситуациях, при нарушении самих механизмов энергообразования и термогенеза возможно и понижение основного обмена.
ОО снижается при гипотиреозе и при гипокортицизме из-за инактивации калий-натриевых АТФ-аз. Выраженным стимулирующим действием на основной обмен обладает адреналин, причем этот эффект особенно проявляется в условиях холода. Инсулин обладает противоположным влиянием; он ослабляет мышечную дрожь и теплопродукцию, увеличивая сопряжение окисления и фосфорилирования. Половые гормоны – тестостерон и прогестерон - активизируют свободное окисление и способствуют высвобождению энергии. При гипофункции половых желез (кастрация, недоразвитие, климакс) интенсивность энергетических процессов снижается, что сопровождается снижением основного обмена и нередко ожирением.
Повышение ОО может наблюдаться при усилении сердечной деятельности и дыхания, при анемиях. В начальной стадии развития сердечной недостаточности возрастание основного обмена составляет 30-50%. В патогенезе этих явлений участвует гипоксия, которая вызывает компенсаторное усиление работы органов дыхания и кровообращения. Образующаяся при этом молочная кислота частично окисляется с дополнительными затратами кислорода. Гиперкапния также возбуждает дыхание и усиливает сердечную деятельность с увеличением ОО. Повышение его при лихорадке объясняется разобщением окисления и фосфорилирования. При голодании основной обмен снижается в связи с переходом организма на экономное расходование энергии.