5. Обмен жиров
Роль и кругооборот жиров в организме. Содержание жиров весьма значительно и доходит до 10—30% от всей массы тела. Оно варьирует у людей в значительных пределах в зависимости от характера питания, двигательной активности, возраста, пола и конституциональных особенностей.
Большая часть жиров в организме находится в жировой ткани (жировое депо). Они образуют большой запас энергии. Жирные кислоты, а также глицерин, освобождаемые из депонированного жира при его расщеплении, используются в энергетических процессах как субстрат окисления. Депонированные жиры находят широкое применение как источник энергии при мышечной деятельности и недостаточном питании. Если вследствие голодания вес тела снижается у подопытных животных на 33%, то объем жировой ткани уменьшается на 98%.
Кроме значения в энергетическом обеспечении, жирам принадлежит также пластическая роль. Они входят как важные компоненты в состав цитоплазмы. Особо важная роль жиров в строении клеточных мембран. Количество цитоплазматического жира постоянно и существенно не изменяется даже при голодании.
Жировая ткань принимает участие в фиксации внутренних органов и защищает их от механических и термических воздействий.
Организм получает необходимые жиры в составе пищи или путем синтеза их из углеводов. Жиры пищи расщепляются в пищеварительном тракте до глицерина и жирных кислот. Из них снова синтезируются в клетках кишечной стенки жиры, специфичные для данного типа животного. Образовавшийся жир, а также жир, всосавшийся в эмульгированном виде без предварительного гидролиза, поступает главным образом в лимфатические сосуды и далее через грудной лимфатический проток в циркуляцию. Около 30% жира поступает из клеток кишечной стенки непосредственно в кровоток. В крови транспорт жира осуществляется глобулинами. Печень задерживает жиры крови возвращает их в кровоток лишь через несколько часов. С помощью крови жиры и свободные жирные кислоты передаются в клетки разных тканей для энергетических и пластических целей, а также в жировую ткань для обновления депонированных жиров. В окислительных процессах свободные жирные кислоты и глицерин расщепляются до образования воды и углекислого газа.
Жиры как источник энергии при мышечной работе. При окислении жиров освобождается больше энергии, чем при окислении равного количества углеводов. Поскольку в составе молекулы жира меньше кислорода, чем в молекуле углеводов, то окисление жиров требует более значительных затрат кислорода по сравнению с окислением углеводов. Таким образом, применение жиров в качестве субстратов окисления целесообразно в условиях, при которых легко можно обеспечить достаточное снабжение тканей кислородом (например, при длительной работе умеренной мощности, во время восстановительной периода и т. д.).
Использование свободных жирных кислот как источника энергии работающими мышцами зависит от многих факторов. Чем больше освобождается из жировой ткани и чем выше их концентрация в крови, тем больше их расходуется в мышцах в качестве субстрата окисления. Высокая концентрация молочной кислоты и интенсивно протекающее расщепление углеводов (гликолиз) тормозят использование свободных жирных кислот. Вследствие этого при работе большой мощности использование свободных жирных кислот мышцами невелико. Хорошие возможности для использования свободных жирных кислот создаются при длительных упражнениях умеренной мощности, так как накопление молочной кислоты отсутствует, а интенсивность окисления углеводов снижается в связи с уменьшением их запасов. Использование жиров достигает при длительной мышечной работе 60—90% от общих затрат источников энергии. Во время мышечной работы снижается уровень собственных триглицеридов мышечной ткани, что указывает на их использование в энергетических процессах.
6. ОБМЕН ВОДЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Роль и кругооборот воды в организме. Количество воды в организме составляет две трети общей массы тела. Она находится как составная часть во всех тканях и клетках. Подавляющее большинство биохимических реакций в организме протекает при непосредственном участии воды. Она делает возможным транспорт многих необходимых субстратов и продуктов распада в организме. Вода, входящая в состав пота, позволяет удалять из организма излишнее количество тепла.
Вода в организме распределяется между внутриклеточным и внеклеточным пространствами. Внутриклеточное пространство составляет объем воды, находящейся внутри всех клеток тела. Оно составляет 70% от общего количества воды в организме. Внеклеточное пространство состоит из двух частей: внутрисосудистого и межклеточного. Плазма крови, наполняющая внутрисосудистое пространство составляет 25% от всей внеклеточной жидкости.
Недостаточное снабжение организма водой приводит к опасным нарушениям обменных процессов. Потеря веса тела на 20% при лишении воды влечет за собой смерть. Необходимое количество воды поступает в организм в составе жидких продуктов пищи (в среднем 0,7—0,8 л в сутки), в составе других продуктов пищи (0,6—0,7 л), за счет выпитой воды (0,8—0,9 л) и воды, образующейся в результате окислительных процессов (0,3—0,4 л). Организм теряет в сутки в среднем 1,6 л воды с мочой, 0,4—0,6 л с потом 0,3—0,4л с выдыхаемым воздухом и 0,1—0,2л с калом. Таким образом, баланс воды составляет 2,4—2,8 л в сутки. Вода, содержащаяся в пище, и выпитая вода всасывается в главным образом в тонком кишечнике. В толстом кишечнике всасывается в кровь дополнительно та порция воды (0,8 л), .которая оказалась в кишечнике в составе пищеварительных соков. В печени возможно кратковременное депонирование небольшого количества воды. Распределение воды между внутрисосудистым и межклеточным пространствами определяется онкотическим давлением, составляемым белками плазмы крови. Если недостаточное питание приводит к снижению количества белков плазмы крови, то усиливается перемещение воды в ткани, появляются отеки.
Минеральные вещества в организме. В составе тканей тела большое количество разных минеральных солей. В сухом остатке человеческого тела кальций составляет 3,45%, сера — 1,60%, фосфор — 1,58%, натрий — 0,05%, калий — 0,55%, хлор — 0,45% и магний — 0,10 В микроколичествах имеется еще железо, медь, марганец, кобальт, фтор, кремний, бром, алюминий и мышьяк. Их содержание в тканях не превышает 10-3% их называют микроэлементами. Перечисленные элементы находятся в организме или в виде ионов, или в составе разных соединений, в том числе в комплексных соединениях с органическими веществами.
Минеральные соединения определяют осмотическое давление жидкостей организма. От ионного состава тканей и клеток зависят стабильность коллоидных соединений и активность ферментов.
Возбудимость клеток тканей организма зависит от соотношения между концентрациями разных ионов (натрия, калия, хлора и др.) Для осуществления мышечного сокращения важное значение имеют ионы кальция и магния. Активная реакция среды определяется концентрацией ионов водорода. Появлению ацидоза (снижению рН) способствует высокая концентрация фосфора, серы и хлора, алкалозу (увеличению рН)) — высокая концентрация натрия, калия, кальция и магния. Минеральные соединения принимают непосредственное участие в буферных системах.
Минеральные вещества имеют также важное пластическое значение. Кальций, фосфор и магний являются важным строительным материалом для костной ткани. Сера входит в состав аминокислот и биологически активных веществ. Йод является функциональным элементом в составе гормона щитовидной железы, а железо — в составе гемоглобина. Железо, цинк, и кобальт содержатся в некоторых изоферментах и витаминах. Необходимые минеральные вещества организм получает из пищи и питьевой воды. Они всасываются в кровь в тонком кишечнике. Дальнейшее распределение их между плазмой крови и межклеточной жидкостью, а также между вне- и внутриклеточным пространствами определяется в основном осмотическим давлением. Однако клеточная мембрана неодинаково пропускает разные ионы. В связи с этим в клетках концентрация ионов калия выше, а концентрация натрия
меньше, чем в межклеточной жидкости. Благодаря этому создаются ионные градиенты, способствующие перемещению ионов при возникновении возбуждения. Обратное движение ионов необходимо совершить против градиента, т. е. в направлении среды более высокой концентрации. Это осуществляется с помощью специальных ионных насосов.
Минеральные вещества выводятся из организма в составе мочи, пота и кала
.
Обмен воды и минеральных веществ при мышечной работе. Баланс воды в организме подвергается во время мышечной работы противоположным воздействиям. В результате усиленных окислительных процессов образуются дополнительные порции воды. В то же время для удаления излишнего тепла усиливается потоотделение, обусловливающее большие потери воды. В некоторой мере увеличивается потеря воды в виде водяных паров с выдыхаемым воздухом в результате усиленного дыхания.
При длительной напряженной мышечной работе потери воды могут доходить до 3—6 л и значительно превышать ее продукцию. В результате общее количество, воды в организме уменьшается, возникает опасность дегидратации (обезвоживания) организма. Если потеря воды составляет 2—4% от массы тела, то она становится фактором, снижающим физическую работоспособность. Поэтому замещение потерянного количества воды во время работы имеет важное значение.
С потом теряется не только вода, а также значительное количество минеральных солей, хотя их концентрация в поте ниже, чем в плазме крови. Значительная потеря натрия обусловливает снижение концентрации этого катиона в межклеточной жидкости и тем самым уменьшение ионного градиента по натрию. Другое дело в отношении потери калия. При расщеплении гликогена и тканевых белков освобождаются дополнительные количества ионов калия. Поэтому во время длительной работы возникает угроза уменьшения ионного градиента по калию вследствие увеличения его концентрации в межмышечной жидкости. В этой связи потеря этого иона с потом имеет некоторое положительное значение. Однако усиленное выведение ионов может в конце концов привести к их недостатку не только во внеклеточном, а также и во внутриклеточном пространстве. Падение содержания калия в клетках приводит к потере функциональной способности клетки. Таким образом, при очень длительной мышечной работе важно не только замещение потерянной воды, а также и ионов. При замещении только воды концентрация ионов еще больше снижается, так как увеличивается количество жидкости, в которой ионы растворены.