Psicologia

Miglioramento e regolazione dei processi metabolici generali. Regolazione del metabolismo e dell'energia

La composizione qualitativa e quantitativa delle razioni alimentari deve soddisfare il fabbisogno dell’organismo di sostanze dalle quali le sue cellule e i suoi tessuti possono sintetizzare le proprie strutture necessarie per i processi vitali, le reazioni adattative e protettive. Il materiale di partenza per la creazione del tessuto vivente e il suo costante rinnovamento, nonché l'unica fonte di energia per l'uomo e gli animali, sono sostanze organiche e inorganiche che entrano nell'organismo insieme al cibo. Il cibo è una miscela complessa di sostanze organiche e inorganiche ottenute dal corpo dall'ambiente e utilizzate per costruire e rinnovare i tessuti, mantenere le funzioni vitali e ricostituire l'energia spesa. Equivalente energetico del cibo In quanto individui biologici, gli esseri umani sono eterotrofi che ottengono energia consumando alimenti animali e vegetali. Contiene nutrienti già pronti: proteine, grassi, carboidrati, minerali, acqua e vitamine. La quantità di energia rilasciata durante l'ossidazione di qualsiasi composto non dipende dal numero di stadi intermedi della sua decomposizione, ad es. se è stato bruciato o ossidato durante i processi catabolici. La quantità di energia nel cibo è determinata in un calorimetro a bomba, una camera chiusa immersa in un bagno d'acqua. Un campione accuratamente pesato viene posto in questa camera piena di ossigeno puro (O 2) e dato alle fiamme. La quantità di energia rilasciata è determinata dal cambiamento di temperatura dell'acqua che circonda la camera. Durante l'ossidazione: 1,1 g di carboidrati rilascia 17,17 kJ (4,1 kcal); 2. 1 g di grasso rilascia 38,96 kJ (9,3 kcal); 3. 1 g di proteine rilascia 22,61 kJ (5,4 kcal). Le proteine non sono completamente ossidate nel corpo. I gruppi amminici vengono scissi dalla molecola proteica ed escreti nelle urine sotto forma di urea. Pertanto, quando le proteine vengono bruciate in una bomba calorimetrica, viene rilasciata più energia rispetto a quando vengono ossidate nel corpo. Quando le proteine vengono bruciate in una bomba calorimetrica, vengono rilasciati 22,61 kJ/g (5,4 kcal/g) e quando vengono ossidate nel corpo, vengono rilasciati 17,17 kJ/g (4,1 kcal/g). La differenza deriva dall'energia rilasciata quando l'urea viene bruciata. Immagazzinare energia sotto forma di grasso è il modo più economico per immagazzinare energia nel corpo per lungo tempo. Per mantenere i processi vitali, le reazioni adattative e protettive, la nutrizione deve fornire non solo l'energia, ma anche i bisogni plastici dell'organismo. Con il cibo, il corpo riceve le sostanze necessarie per la biosintesi e il rinnovamento delle strutture biologiche. L'energia dei nutrienti che entrano nel corpo viene convertita e utilizzata per sintetizzare componenti delle membrane cellulari e degli organelli cellulari, per eseguire lavoro meccanico, chimico, osmotico ed elettrico. Il valore biologico ed energetico dei prodotti alimentari è determinato dal contenuto di nutrienti in essi contenuti: proteine, grassi, carboidrati, sali minerali, acidi organici, acqua, sostanze aromatiche e aromatizzanti. Le proprietà dei nutrienti come la loro digeribilità e assimilabilità sono importanti. Il fabbisogno di sostanze plastiche del corpo può essere soddisfatto dal livello minimo di consumo alimentare, che bilancerà la perdita di proteine strutturali, lipidi e carboidrati mantenendo l'equilibrio energetico. Questi bisogni sono individuali e dipendono da fattori quali l’età della persona, lo stato di salute, l’intensità e il tipo di lavoro. Principi di compilazione delle razioni alimentari La nutrizione deve soddisfare il fabbisogno del corpo di sostanze plastiche ed energia, sali minerali, vitamine e acqua, garantire il normale funzionamento, buona salute, alte prestazioni, resistenza alle infezioni, crescita e sviluppo del corpo. Basato sul concetto di alimentazione razionale ed equilibrata sviluppato da A.A. Pokrovsky e altri scienziati, quando si compila una dieta (cioè la quantità e la composizione dei prodotti alimentari necessari a una persona al giorno), si dovrebbero osservare una serie di principi: 1. Il contenuto calorico della dieta deve corrispondere al dispendio energetico di il corpo in tutti i tipi di attività della vita. 2. È necessario tenere conto del valore nutrizionale degli alimenti. La dieta dovrebbe contenere la quantità ottimale di proteine, grassi e carboidrati, minerali, vitamine e acqua per un dato individuo o gruppo professionale. 3. È necessario mantenere un equilibrio nella quantità di proteine, grassi, carboidrati e minerali nella dieta. 4. È importante distribuire correttamente il contenuto calorico della dieta tra i singoli pasti durante la giornata in conformità con i bioritmi, il regime e la natura del lavoro e di altre attività. 5. L'uso di metodi di lavorazione tecnologica che garantiscano la rimozione di sostanze nocive che non causino una diminuzione del valore biologico degli alimenti e inoltre non consentano la formazione di prodotti tossici. 6. Garantire le qualità organolettiche degli alimenti, facilitandone la digestione e l'assorbimento. 7. La presenza di fibre alimentari nella dieta, che aiuta a rimuovere i prodotti di degradazione tossici dal corpo.

Il sistema nervoso regola i processi metabolici, energetici e termici del corpo. Ciò è stato dimostrato per la prima volta negli esperimenti di Claude Bernard e I.P. Pavlov. A metà del secolo scorso, Claude Bernard, dopo aver iniettato un ago nel fondo del quarto ventricolo del midollo allungato di un coniglio, scoprì un forte aumento dei livelli di zucchero nel sangue e la sua comparsa nelle urine. Questa esperienza è stata chiamata "la dose di zucchero". Successivamente, è stato dimostrato che una “iniezione di zucchero” interrompe non solo i carboidrati, ma anche altri tipi di metabolismo. Sotto l'influenza di questo intervento negli animali, la temperatura del fegato, dei muscoli e dell'intestino diminuisce, aumenta l'intensità del metabolismo proteico, che è accompagnato da una maggiore escrezione di azoto nelle urine.

I. P. Pavlov ha dimostrato in esperimenti su animali che quando il nervo amplificatore è irritato, le prestazioni del cuore aumentano. Secondo lui ciò è dovuto all'influenza trofica del sistema nervoso sul metabolismo del muscolo cardiaco. Attualmente questi dati sono stati confermati sperimentalmente. In particolare, si è riscontrato che quando il nervo di rinforzo viene irritato, la quantità di proteine contrattili nel muscolo cardiaco aumenta e il metabolismo dell'ATP aumenta. È stato anche dimostrato che l'irritazione dei nervi simpatici stimola la degradazione del glicogeno nel fegato e che i nervi parasimpatici ne stimolano la formazione.

Successivamente è stata stabilita la possibilità di cambiamenti riflessi condizionati nel livello del metabolismo. Se combini ripetutamente l'assunzione di zucchero da parte di una persona con l'attivazione simultanea di un metronomo, dopo un po 'di tempo l'uso isolato del segnale condizionato porta ad un aumento della glicemia. Il meccanismo riflesso condizionato dei cambiamenti nel metabolismo e nell'energia è osservato negli esseri umani negli stati pre-avvio e pre-lavorativo. Gli atleti prima dell'inizio di una competizione e un lavoratore prima del lavoro sperimentano un aumento del metabolismo e della temperatura corporea, un aumento del consumo di ossigeno e il rilascio di anidride carbonica. È possibile indurre cambiamenti riflessi condizionati nel metabolismo, nei processi energetici e termici nelle persone e in risposta a uno stimolo verbale.

L'influenza del sistema nervoso sui processi metabolici ed energetici nel corpo è mediata in diversi modi:

1) influenza diretta del sistema nervoso (attraverso l'ipotalamo, nervi efferenti) su tessuti e organi;

2) influenza indiretta del sistema nervoso attraverso la ghiandola pituitaria e il suo ormone della crescita;

3) influenza indiretta del sistema nervoso attraverso gli ormoni tropici dell'ipofisi e delle ghiandole endocrine periferiche;

4) influenza diretta del sistema nervoso (ipotalamo) sull'attività delle ghiandole endocrine e attraverso di esse sui processi metabolici nei tessuti e negli organi.

Il dipartimento principale del sistema nervoso centrale, che regola tutti i tipi di processi metabolici ed energetici, è l'ipotalamo. Nell'ipotalamo si trovano gruppi di nuclei che regolano il metabolismo di carboidrati, grassi, proteine, acqua e sali, nonché lo scambio di calore e il consumo di cibo.

Come già accennato, le ghiandole endocrine hanno un effetto pronunciato sui processi metabolici e sulla generazione di calore. Pertanto, gli ormoni tiroidei in determinate dosi, l'ormone della crescita della ghiandola pituitaria, l'insulina, gli ormoni sessuali (androgeni) migliorano i processi sintetici nel corpo, soprattutto in relazione alle proteine (effetto anabolico degli ormoni). Gli ormoni della corteccia surrenale e della tiroide in grandi quantità aumentano il catabolismo, cioè la scomposizione delle proteine.

Il corpo dimostra chiaramente l'influenza strettamente interconnessa dei sistemi nervoso ed endocrino sui processi metabolici ed energetici. Pertanto, la stimolazione del sistema nervoso simpatico non solo ha un effetto stimolante diretto sui processi metabolici, ma aumenta anche il rilascio di ormoni tiroidei e surrenali (tiroxina e adrenalina) nel sangue. Grazie a ciò, il metabolismo e l’energia vengono ulteriormente migliorati. Inoltre, questi stessi ormoni aumentano il tono del sistema nervoso simpatico. Cambiamenti significativi nel metabolismo e nello scambio di calore si verificano quando nel corpo mancano gli ormoni delle ghiandole endocrine. Pertanto, una carenza di tiroxina porta ad una diminuzione del metabolismo basale. Ciò è dovuto ad una diminuzione del consumo di ossigeno da parte dei tessuti e ad una diminuzione della generazione di calore. Di conseguenza, la temperatura corporea diminuisce.

Gli ormoni delle ghiandole endocrine sono coinvolti nella regolazione del metabolismo e dell'energia, modificando la permeabilità delle membrane cellulari (insulina), attivando i sistemi enzimatici dell'organismo (adrenalina, glucagone, ecc.) e influenzando la loro biosintesi (glucocorticoidi).

Pertanto, la regolazione del metabolismo e dell’energia viene effettuata dai sistemi nervoso ed endocrino, che garantiscono l’adattamento del corpo alle mutevoli condizioni del suo ambiente.

Domande di controllo

1. Come si chiama trasferimento di calore?

2. Quali animali sono chiamati poichilotermi e omeotermi?

3. A causa di quali processi viene generato calore nel corpo?

4. Quali sono le normali variazioni della temperatura corporea umana?

5. Cos'è la termoregolazione chimica? Quali sono i suoi meccanismi?

6. Cos'è la termoregolazione fisica? Quali sono i suoi meccanismi?

7. Cos'è l'ipertermia? Cos'è l'ipotermia?

8. Come cambia la termoregolazione durante l'attività fisica?

9. Come cambia la termoregolazione al variare della temperatura esterna?

10. Dove si trovano i termorecettori?

11. Dove sono ubicati i centri di termoregolazione?

12. Come viene effettuata la regolazione nervosa dello scambio termico?

13. Come vengono regolati il metabolismo e l'energia nel corpo?

1. Di quanti gradi si riscalderà il corpo umano (massa 70 kg) se

privarlo del trasferimento di calore per 1 ora?

2. Quanto calore emette la pelle umana quando evaporano 0,5 litri di sudore?

Il metabolismo e l'energia implicano un complesso di reazioni biochimiche complesse, che possono essere piuttosto difficili da comprendere per una persona comune. Questo articolo ti aiuterà a capire quali processi avvengono nel corpo con i composti necessari che consumiamo con il cibo e cosa influenza il nostro metabolismo.

Lo scambio energetico e il metabolismo procedono secondo lo schema generale:

ingresso di sostanze nel corpo, sua trasformazione e assorbimento;
uso nel corpo;
rimozione o stoccaggio delle eccedenze.

Tutti i processi metabolici sono divisi in 2 tipi:

L'assimilazione (metabolismo plastico, anabolismo) è la formazione di composti specifici dell'organismo dalle sostanze che vi entrano.
La dissimilazione è il processo di decomposizione di composti organici complessi in composti più semplici, dai quali si formeranno poi nuove sostanze speciali. Le reazioni di dissimilazione avvengono con rilascio di energia, pertanto la combinazione di questo tipo di processi è anche chiamata scambio energetico o catabolismo.

Questi processi sono opposti tra loro, ma sono strettamente correlati. Scorrono continuamente, garantendo le normali attività della vita. Il sistema nervoso è responsabile della regolazione del metabolismo e dell’energia. Il dipartimento principale del sistema nervoso centrale, che controlla tutti i tipi di metabolismo, è l'ipotalamo.

Tipi principali

A seconda delle forme dei composti che subiscono la trasformazione nel corpo, si distinguono diversi tipi di metabolismo. Ognuno di loro ha le sue specifiche.

Scoiattoli

Le proteine o peptidi sono polimeri formati da amminoacidi.

Svolge molte funzioni vitali:

strutturale (presente nella struttura delle cellule dei tessuti che compongono il corpo umano);
enzimatico (gli enzimi sono proteine coinvolte in quasi tutti i processi biochimici);
motore (l'interazione dei peptidi di actina e miosina garantisce tutti i movimenti);
energetico (decomporre, rilasciare energia);
protettivo (proteine - le immunoglobuline sono coinvolte nella formazione dell'immunità);
partecipare alla regolazione dell'equilibrio salino;
trasporto (fornire la consegna di gas, sostanze biologicamente attive, medicinali, ecc.).

Una volta nel corpo con il cibo, le proteine si scompongono in aminoacidi, dai quali vengono poi sintetizzati nuovi peptidi caratteristici del corpo. Con un basso apporto di proteine dal cibo, l’organismo può produrre 10 dei 20 aminoacidi essenziali, mentre il resto è essenziale.

Fasi del metabolismo delle proteine:

apporto proteico dal cibo;
degradazione dei peptidi in amminoacidi nel tratto gastrointestinale;
movimento di quest'ultimo al fegato;
distribuzione degli aminoacidi nei tessuti;
biosintesi di peptidi specifici;
rimozione degli amminoacidi inutilizzati dal corpo sotto forma di sali.

Grassi

I tipi di metabolismo ed energia nel corpo umano includono il metabolismo dei grassi. I grassi sono composti di glicerolo e acidi grassi. Per molto tempo si è creduto che il loro utilizzo non fosse necessario al corretto funzionamento dell'organismo. Tuttavia, alcuni tipi di tali sostanze contengono componenti antisclerotici significativi.

I grassi, essendo un'importante fonte di energia, aiutano a preservare le proteine nell'organismo, che iniziano ad essere utilizzate per ottenerla quando mancano carboidrati e lipidi. I grassi sono necessari per l'assorbimento delle vitamine A, E, D. I lipidi sono contenuti anche nel citoplasma e nella parete cellulare.

Il valore biologico dei grassi è determinato dal tipo di acidi grassi con cui si sono formati. Questi acidi possono essere di due tipi:

Quelli saturi, che non hanno doppi legami nella loro struttura, sono considerati i più dannosi, poiché il consumo eccessivo di cibi ricchi di questo tipo di acido può causare aterosclerosi, obesità e altre malattie. Presente nel burro, nella panna, nel latte, nelle carni grasse.
Insaturi: benefico per il corpo. Questi includono gli acidi Omega-3, -6 e -9. Aiutano a rafforzare il sistema immunitario, ripristinare i livelli ormonali, prevenire la deposizione di colesterolo e migliorare l'aspetto di pelle, unghie e capelli. Le fonti di tali composti sono oli di varie piante e olio di pesce.

Fasi del metabolismo lipidico:

assunzione di grassi nel corpo;
degradazione nel tratto gastrointestinale in glicerolo e acidi grassi;
formazione di lipoproteine nel fegato e nell'intestino tenue;
trasporto delle lipoproteine nei tessuti;
formazione di lipidi cellulari specifici.

Il grasso in eccesso si deposita sotto la pelle o attorno agli organi interni.

Carboidrati

I carboidrati o gli zuccheri sono la principale fonte di energia nel corpo.

Processi del metabolismo dei carboidrati:

conversione dei carboidrati nel tratto gastrointestinale in zuccheri semplici, che vengono poi assorbiti;
convertire il glucosio in glicogeno, immagazzinarlo nel fegato e nei muscoli o utilizzarlo per la produzione di energia;
conversione del glicogeno in glucosio da parte del fegato se i livelli di zucchero nel sangue diminuiscono;
creazione di glucosio da componenti non carboidrati;
conversione del glucosio in acidi grassi;
decomposizione dell'ossigeno del glucosio in anidride carbonica e acqua.

In caso di consumo eccessivo di alimenti ricchi di glucosio, i carboidrati vengono convertiti in lipidi. Si depositano sotto la pelle e possono essere utilizzati per trasformare ulteriormente l'energia nelle cellule.

L'importanza dell'acqua e dei sali minerali

Il metabolismo del sale marino è un complesso di processi di assunzione, applicazione e rimozione di acqua e minerali. La maggior parte del fluido entra nel corpo dall'esterno. E viene anche rilasciato in piccole quantità nel corpo durante la decomposizione dei nutrienti.

Funzioni dell'acqua nel corpo:

strutturale (una componente necessaria di tutti i tessuti);
dissoluzione e trasporto di sostanze;
garantendo molte reazioni biochimiche;
un componente essenziale dei fluidi biologici;
garantisce la costanza dell'equilibrio salino e partecipa alla termoregolazione.

Il fluido viene rimosso dal corpo attraverso i polmoni, le ghiandole sudoripare, il sistema urinario e l'intestino.

I sali minerali ottenuti dagli alimenti possono essere suddivisi in macro e microelementi. I primi includono minerali contenuti in quantità significative: magnesio, calcio, sodio, fosforo e altri. I microelementi sono necessari all'organismo in quantità molto piccole. Questi includono ferro, manganese, zinco, iodio e altri elementi.

Una carenza di minerali può influenzare negativamente il funzionamento di vari sistemi del corpo. Pertanto, con una carenza di magnesio e potassio, si osservano interruzioni nel funzionamento del sistema nervoso centrale e dei muscoli (incluso il miocardio). Una carenza di calcio e fosforo può influire sulla resistenza ossea e una carenza di iodio può influire sulla funzione tiroidea. Le violazioni dell'equilibrio salino possono causare urolitiasi.

Vitamine

Le vitamine sono un ampio gruppo di composti semplici necessari per il pieno funzionamento di tutti i sistemi del corpo.

Le vitamine si dividono in 2 gruppi:

idrosolubili (vitamine del gruppo B, vitamina C e PP), che non si accumulano nell'organismo;
liposolubile (A, D, E), avente una proprietà di accumulo simile.

Alcuni composti (vitamina B12, acido folico) sono prodotti dalla microflora intestinale. Molte vitamine fanno parte di vari enzimi, senza i quali i processi biochimici non possono essere eseguiti.

Fasi del metabolismo vitaminico:

assunzione dal cibo;
spostamento in un luogo di accumulo o smaltimento;
trasformazione in un coenzima (un componente di un enzima di origine non proteica);
una combinazione di coenzima e apoenzima (la parte proteica dell'enzima).

Se c'è una carenza di vitamine si sviluppa un'ipovitaminosi; se c'è un eccesso si sviluppa un'ipervitaminosi.

Scambio energetico

Il metabolismo energetico (catabolismo) è un complesso di reazioni di scomposizione di nutrienti complessi in nutrienti più semplici con rilascio di energia, senza il quale la crescita e lo sviluppo, il movimento e altre manifestazioni della vita sono impossibili. L'energia risultante viene immagazzinata sotto forma di ATP (una fonte di energia universale negli organismi viventi), che si trova in tutte le cellule.

La quantità di energia rilasciata dopo aver mangiato un alimento è chiamata valore energetico. Questo indicatore è misurato in kilocalorie (kcal).

Lo scambio energetico avviene in più fasi:

Preparatorio. Implica la scomposizione dei nutrienti complessi nel tratto gastrointestinale in quelli più semplici.
La fermentazione anossica è la trasformazione del glucosio senza la partecipazione di ossigeno. Il processo avviene nel citoplasma delle cellule. I prodotti finali di questa fase sono 2 molecole di ATP, acqua e acido piruvico.
Stadio di ossigeno o aerobico. Si svolge nei mitocondri (organelli cellulari speciali), mentre l'acido piruvico si decompone con la partecipazione dell'ossigeno, formando 36 molecole di ATP.

Termoregolazione

La termoregolazione è la capacità di un organismo vivente di mantenere una temperatura corporea costante, che è un importante indicatore dello scambio di calore. Affinché questo indicatore sia stabile, è necessario mantenere l’uguaglianza tra trasferimento di calore e produzione di calore.

La produzione di calore è il rilascio di calore nel corpo. La sua fonte sono i tessuti in cui si verificano reazioni che rilasciano energia. Pertanto, il fegato svolge un ruolo importante nella termoregolazione, poiché in esso vengono eseguiti molti processi biochimici.

Il trasferimento di calore o la regolazione fisica può avvenire in tre modi:

conduzione del calore – trasferimento del calore all'ambiente e agli oggetti a contatto con la pelle;
radiazione termica: il trasferimento di calore all'aria e agli oggetti circostanti mediante l'emissione di raggi infrarossi (termici);
L'evaporazione è il trasferimento di calore attraverso l'evaporazione dell'umidità attraverso il sudore o durante la respirazione.

Cosa influenza il processo metabolico

Il metabolismo di ciascun organismo specifico ha le sue caratteristiche. Il tasso metabolico è determinato da diversi fattori:

genere (di solito negli uomini i processi metabolici procedono un po' più velocemente che nelle donne);
fattore genetico;
proporzione della massa muscolare (le persone con muscoli sviluppati richiedono più energia per far lavorare i muscoli, quindi i processi che si verificano procederanno più velocemente);
età (il tasso metabolico diminuisce nel corso degli anni);
sfondo ormonale.

La nutrizione ha un enorme impatto sul processo metabolico. Sia la dieta che l'assunzione di cibo sono importanti qui. Per il corretto funzionamento del corpo, è necessaria la quantità ottimale di proteine, grassi, carboidrati, vitamine, minerali e liquidi consumati. È importante ricordare che è meglio mangiare poco a poco, ma spesso, poiché le lunghe pause tra i pasti contribuiscono a rallentare il metabolismo e quindi possono portare all'obesità.

Durante la vita, il livello del metabolismo è costantemente soggetto a fluttuazioni significative, fornendo le migliori condizioni per svolgere le funzioni adattative del corpo.

L'esatta corrispondenza dei cambiamenti metabolici con le esigenze del corpo si ottiene attraverso processi regolatori molto sottili. In questo caso, la regolazione del metabolismo mira principalmente a modificare l'intensità dei processi di assimilazione e dissimilazione nelle cellule e nei tessuti del corpo quando svolgono funzioni specializzate, come la secrezione, le contrazioni muscolari, l'eccitazione nervosa, così come durante la loro crescita e riproduzione. La regolamentazione di questi processi viene effettuata secondo il principio di autoregolamentazione. Il momento decisivo in questa attività è sempre il livello del metabolismo all'interno del corpo che fornisce le condizioni ottimali per la sua vita. In tutti i casi in cui questo livello del metabolismo, importante per il funzionamento del corpo, cambia per un motivo o per l'altro, si sviluppa un'intera catena di un'ampia varietà di processi volti al suo ripristino. Prima di tutto, vengono mobilitate le riserve speciali dell'organismo. Quindi, quando queste riserve sono minacciate di esaurimento completo, vengono attivati i meccanismi per il consumo delle sostanze necessarie dall'ambiente esterno. Se le sostanze necessarie non vengono fornite dall'ambiente esterno per un lungo periodo, le cellule passano a una modalità di funzionamento più economica (riducendo la perdita di calore fino allo sviluppo di uno stato anabiotico).

Esistono diversi livelli di regolazione metabolica nel corpo. La regolazione del metabolismo avviene direttamente nelle cellule e nei tessuti del corpo. Qui il livello del metabolismo che garantisce le loro funzioni plastiche è determinato principalmente dall'apparato genetico delle cellule. Allo stesso tempo, come hanno dimostrato gli studi di F. Z. Meyerson et al., l'apparato genetico di una cellula, da cui dipende il livello del suo metabolismo, non è conservativo, ma, di regola, può cambiare con cambiamenti nell'intensità della la sua attività specializzata.

D'altra parte, la regolazione del metabolismo intracellulare viene effettuata anche a causa dei cambiamenti nelle cellule e nei tessuti del contenuto di varie sostanze coinvolte nelle loro funzioni vitali (acqua, glucosio, grassi, proteine, ossigeno, vitamine, ecc.). Pertanto, con una diminuzione dell'apporto di ossigeno alle cellule, in esse si sviluppano immediatamente processi di degradazione anaerobica dei carboidrati; Con una mancanza di carboidrati, i corpi chetonici si accumulano. Anche l'accumulo di acido lattico nei tessuti (spesso durante una maggiore attività muscolare) provoca disturbi nel loro normale funzionamento. È stato stabilito che alcuni prodotti del metabolismo intermedio (acidi succinico, fumarico, creatina, ADP, ecc.) Hanno la capacità di aumentare l'intensità dei processi ossidativi.

Anche i fattori fisici (temperatura, radiazioni, ecc.) possono avere un impatto significativo sul livello del metabolismo nei tessuti. Possono accelerare il metabolismo o, al contrario, ridurlo drasticamente fino allo sviluppo di uno stato di animazione sospesa (vedi).

Nonostante il livello del metabolismo nei tessuti sia estremamente ben regolato a livello cellulare e molecolare, i cambiamenti nel metabolismo nell'interesse dell'intero organismo avvengono solo sulla base della regolazione umorale e nervosa.

Numerosi ormoni hanno un effetto distinto sul metabolismo dell'intero organismo. Ad esempio, l’ormone tiroideo tiroxina aumenta il metabolismo delle proteine. L'ormone somatotropo della ghiandola pituitaria favorisce la crescita dei tessuti, l'adrenalina (ormone surrenale) e l'insulina (ormone pancreatico) influenzano il metabolismo dei carboidrati. Il metabolismo dei grassi è influenzato dagli ormoni della ghiandola pituitaria, delle gonadi, della tiroide, delle ghiandole surrenali e del pancreas.

La regolazione nervosa del metabolismo viene effettuata principalmente dal sistema nervoso autonomo attraverso la sua influenza sia sulle ghiandole endocrine che direttamente sul metabolismo in alcuni organi (il cosiddetto effetto trofico). Tali influssi furono dimostrati per la prima volta da Heidenhain (V. R. N. Heidenhain) sulle ghiandole salivari, poi da I. P. Pavlov sul cuore e da Ginetsinsky sui muscoli striati (fenomeno Orbeli-Ginetsinsky). L'effetto nervoso sul metabolismo dei carboidrati fu scoperto per la prima volta da Bernard (S. Bernard) con un'iniezione nel fondo del quarto ventricolo (iniezione di zucchero). Con questa iniezione, la quantità di glucosio nel sangue aumenta notevolmente. Con alcune lesioni del tronco encefalico, il metabolismo delle proteine e l'escrezione di azoto nelle urine aumentano.

Centri nervosi che influenzano il metabolismo sono stati trovati nella regione ipotalamica (vedi Ipotalamo). Quando l'ipotalamo è danneggiato, molti autori hanno osservato l'obesità negli animali. Inoltre, l'ipotalamo contiene un centro che regola l'apporto di nutrienti dall'ambiente esterno. È qui che viene effettuata una "valutazione" costante della quantità di nutrienti che entrano nel corpo in base al livello del metabolismo e viene regolato anche il livello del dispendio energetico in relazione alle sue varie attività.

Con le lesioni dell'ipotalamo si osservano complessi disturbi della regolazione metabolica, che si manifestano in cambiamenti nell'assunzione di cibo, nell'attività muscolare, nel metabolismo basale, nell'interruzione della funzione dei meccanismi di deposito, ecc. In questo caso, si osservano spesso tali disturbi patologici in cui l'intensità del metabolismo all'interno del corpo cessa di corrispondere alla quantità prelevata dalle sostanze esterne. Di conseguenza, si sviluppano malattie come la cachessia e l'obesità.

È importante sottolineare che i meccanismi ipotalamici garantiscono già la regolazione del metabolismo prima degli eventi reali (P.K. Anokhin). Pertanto, i centri dell'ipotalamo determinano una significativa diminuzione del consumo di nutrienti molto prima che l'intero apporto di nutrienti nel corpo sia esaurito. E, al contrario, questi stessi centri provocano una forte accelerazione del metabolismo durante l'assunzione di cibo, quando i nutrienti non hanno ancora avuto il tempo di entrare nel sangue. I cambiamenti nel metabolismo che superano l'attività successiva sono espressi più chiaramente nell'attività adattativa olistica del corpo. È già effettuato da meccanismi regolatori della corteccia cerebrale. Un esempio di tali cambiamenti nel metabolismo che anticipano gli eventi successivi è l'aumento del metabolismo prima della partenza negli atleti, così come i cambiamenti nel metabolismo nei ferrovieri scoperti dalla ricerca della scuola di K. M. Bykov che accelerano il movimento del treno. Tutti questi cambiamenti nel metabolismo e nell'energia si sviluppano attraverso ripetute ripetizioni di determinate situazioni e si formano sulla base del meccanismo di un riflesso condizionato (vedi).

La regolazione del metabolismo e dell'energia comprende la regolazione dello scambio di sostanze ed energia del corpo con l'ambiente e la regolazione del metabolismo nel corpo stesso.

La regolazione dello scambio di nutrienti tra il corpo e l'ambiente è discussa nel capitolo 9.

Le questioni relative alla regolazione del metabolismo del sale marino sono descritte nel capitolo 12. La regolazione dello scambio di calore del corpo con l'ambiente, come forma finale di trasformazione di tutti i tipi di energia, è discussa nel capitolo 11.

Pertanto, qui vengono presentate le questioni generali sulla regolazione neuroumorale del metabolismo e dell'energia nel corpo e, principalmente, la regolazione del metabolismo dell'intero organismo.

L'obiettivo finale della regolazione del metabolismo e dell'energia è soddisfare, in base al livello di attività funzionale, i bisogni dell'intero organismo, dei suoi organi, tessuti e singole cellule di energia e varie sostanze plastiche. In un organismo completo c'è sempre la necessità di coordinare i bisogni metabolici generali dell'organismo con i bisogni della cellula dell'organo e del tessuto. Tale coordinamento si ottiene attraverso la distribuzione tra organi e tessuti delle sostanze provenienti dall'ambiente e la ridistribuzione tra loro delle sostanze sintetizzate all'interno dell'organismo.

Il metabolismo che avviene all'interno del corpo non è direttamente correlato all'ambiente. Nutrienti,

Prima che possano entrare nei processi metabolici, devono essere ottenuti dal cibo nel tratto gastrointestinale in forma molecolare. L'ossigeno necessario per l'ossidazione biologica deve essere liberato dall'aria nei polmoni, ceduto al sangue, legato all'emoglobina e trasportato dal sangue ai tessuti. I muscoli scheletrici, essendo uno dei più potenti consumatori di energia del corpo, servono anche il metabolismo e l'energia, garantendo la ricerca, l'assunzione e l'elaborazione del cibo. Il sistema escretore è direttamente correlato al metabolismo e all'energia. Pertanto, la regolazione del metabolismo e dell'energia è una regolazione multiparametrica, che comprende sistemi di regolazione per molte funzioni corporee (ad esempio respirazione, circolazione sanguigna, escrezione, scambio di calore, ecc.).

Il ruolo del centro nella regolazione del metabolismo e dell'energia è svolto da ipotalamo. Ciò è dovuto al fatto che l'ipotalamo contiene nuclei e centri nervosi direttamente correlati alla regolazione della fame e della sazietà, allo scambio di calore e all'osmoregolazione. Nell'ipotalamo sono stati identificati neuroni polisensoriali che rispondono con cambiamenti dell'attività funzionale ai cambiamenti nella concentrazione di glucosio, ioni idrogeno, temperatura corporea, pressione osmotica, cioè. le costanti omeostatiche più importanti dell'ambiente interno del corpo. Nei nuclei dell'ipotalamo viene analizzato lo stato dell'ambiente interno del corpo e vengono generati segnali di controllo che, attraverso sistemi efferenti, adattano il corso del metabolismo alle esigenze del corpo.

Viene utilizzato come collegamento nel sistema di regolazione metabolica efferente. comprensivo E divisioni parasimpatiche sistema nervoso autonomo. I mediatori rilasciati dalle loro terminazioni nervose hanno un effetto diretto o indiretto sulla funzione e sul metabolismo dei tessuti. Sotto l'influenza controllante dell'ipotalamo si trova e viene utilizzato come sistema efferente per la regolazione del metabolismo e dell'energia - sistema endocrino. Gli ormoni dell'ipotalamo, dell'ipofisi e di altre ghiandole endocrine hanno un effetto diretto sulla crescita, la riproduzione, la differenziazione, lo sviluppo e altre funzioni delle cellule. Gli ormoni contribuiscono a mantenere il livello richiesto di sostanze come glucosio, acidi grassi liberi e ioni minerali nel sangue (vedi capitolo 5).

Metabolismo (anabolismo e catabolismo), acquisizione di energia immagazzinata nei legami macroergici dell'ATP, esecuzione di vari tipi di lavoro utilizzando l'energia metabolica: questi sono, di regola, processi che si verificano all'interno della cellula. Pertanto l'effettore più importante attraverso il quale è possibile esercitare un effetto regolatore sul metabolismo e sull'energia è cellula organi e tessuti. La regolazione metabolica implica influenzare la velocità delle reazioni biochimiche che si verificano nelle cellule.

Gli effetti più comuni delle influenze regolatorie sulla cellula sono cambiamenti nell'attività catalitica degli enzimi e nella loro concentrazione, nell'affinità dell'enzima e del substrato, nelle proprietà del microambiente,

In cui funzionano gli enzimi. La regolazione dell'attività enzimatica può essere effettuata in vari modi. La "messa a punto" dell'attività catalitica degli enzimi si ottiene attraverso l'influenza di sostanze - modulatori, che spesso sono i metaboliti stessi. In questo modo viene effettuata la regolazione delle singole parti delle trasformazioni metaboliche. In questo caso, il modulatore può esercitare il suo effetto su uno o più tessuti del corpo.

Il metabolismo cellulare nel suo insieme è impossibile senza l'integrazione di molte trasformazioni biochimiche e la possibilità stessa della sua attuazione è determinata dall'energia e dal potenziale redox della cellula. Questa integrazione complessiva del metabolismo si ottiene principalmente attraverso adenilati, partecipando alla regolazione di eventuali trasformazioni metaboliche della cellula.

L'integrazione del metabolismo delle proteine, dei grassi e dei carboidrati della cellula avviene attraverso fonti energetiche comuni. Infatti, durante la biosintesi di qualsiasi composto organico semplice e complesso, di molecole molecolari e di strutture supramolecolari, viene utilizzato come fonte energetica generale l'ATP, che fornisce energia per i processi di fosforilazione, oppure NAD H, NADP H, che forniscono energia per la riduzione dei processi ossidativi composti. Pertanto, se in una cellula viene effettuata la sintesi (anabolismo) di determinate sostanze, ciò può avvenire a causa del dispendio di energia chimica da una delle comuni fonti mobili (ATP, NADH, NADP-H), che si formano durante il catabolismo di altre sostanze (vedi Fig. 10.1).

Tutti i processi anabolizzanti e altri che richiedono consumo di energia competono per la riserva energetica totale della cellula, ottenuta attraverso il catabolismo e essendo la forza trainante di varie trasformazioni. Ad esempio, l'implementazione della funzione glucostatica del fegato, basata sulla capacità del fegato di sintetizzare il glucosio dal lattato e dagli aminoacidi (gluconeogenesi), incompatibile con la sintesi simultanea di grassi e proteine. La gluconeogenesi è accompagnata dalla scomposizione delle proteine e dei grassi nel fegato e dall'ossidazione degli acidi grassi risultanti, che porta al rilascio dell'energia necessaria per la sintesi di ATP e NADH, che a loro volta sono necessari per la gluconeogenesi.

Un'altra manifestazione dell'integrazione delle trasformazioni metaboliche di proteine, grassi e carboidrati è l'esistenza predecessori comuni E intermedi comuni metabolismo. Questo è il fondo generale del carbonio, il prodotto intermedio generale del metabolismo: acetil-CoA e altre sostanze. Le vie finali più importanti delle trasformazioni che collegano i processi metabolici nelle varie fasi sono il ciclo dell'acido citrico e le reazioni della catena respiratoria che si verificano nei mitocondri. Pertanto, il ciclo dell'acido citrico è la principale fonte di CO 2 per le successive reazioni di gluconeogenesi, sintesi di acidi grassi e urea.

Uno dei meccanismi per coordinare i bisogni metabolici generali del corpo con i bisogni della cellula è nervoso E

influenze ormonali sugli enzimi chiave. Gli aspetti caratteristici di questi enzimi sono: posizione all'inizio della via metabolica a cui appartiene l'enzima; vicinanza della posizione o associazione con il suo substrato; rispondendo non solo all'azione dei regolatori metabolici intracellulari, ma anche alle influenze nervose e ormonali extracellulari.

Esempi di enzimi chiave sono glicogeno fosforilasi, fosfofruttochinasi, lipasi. Il loro ruolo nei processi di regolazione metabolica è visibile, in particolare, nella preparazione del corpo alla “lotta o alla fuga”. Quando in queste condizioni il livello di adrenalina nel sangue aumenta a 10 -9 M, si lega agli adrenorecettori della membrana plasmatica e attiva l'adenilato ciclasi, che catalizza la conversione dell'ATP in AMP ciclico. Quest'ultimo attiva la glicogeno fosforilasi, che migliora notevolmente la degradazione del glicogeno nel fegato.

Il processo di glicogenolisi nei muscoli può essere attivato contemporaneamente dal sistema nervoso e dalle catecolamine. Questo effetto si ottiene attraverso il rilascio di ioni Ca++, il suo legame con la calmodulina, che è una subunità della fosforilasi, che si attiva e porta alla mobilitazione del glicogeno. Il meccanismo nervoso di mobilizzazione del glicogeno avviene attraverso un minor numero di stadi intermedi rispetto a quello ormonale. Questo raggiunge la sua velocità.

La soddisfazione del fabbisogno energetico del corpo accelerando i processi intracellulari di degradazione dei trigliceridi nel tessuto adiposo si ottiene attivando la lipasi sensibile agli ormoni. L'aumento dell'attività di questo enzima (adrenalina, norepinefrina, glucagone) porta alla mobilitazione degli acidi grassi liberi, che costituiscono il principale substrato energetico per l'ossidazione nei muscoli durante il lavoro intenso e prolungato.

La transizione di organi e tessuti da un livello di attività funzionale a un altro è sempre accompagnata da corrispondenti cambiamenti nella loro trofismo. Ad esempio, con una contrazione riflessa dei muscoli scheletrici, il sistema nervoso svolge non solo un effetto scatenante, ma anche trofico aumentando il flusso sanguigno locale e il tasso metabolico in essi. Un aumento della forza delle contrazioni miocardiche sotto l'influenza del sistema nervoso simpatico è assicurato da un aumento simultaneo del flusso sanguigno coronarico e del metabolismo nel muscolo cardiaco. L'influenza del sistema nervoso sul trofismo dei muscoli scheletrici è evidenziata dal fatto che la denervazione muscolare porta ad una graduale atrofia delle fibre muscolari. Il ruolo più importante nell'attuazione della funzione trofica del sistema nervoso è svolto dal suo dipartimento simpatico. Attraverso il sistema simpatico-surrenale non si ottiene solo l'attivazione del metabolismo e dell'energia nella cellula, ma si creano anche condizioni aggiuntive per accelerare il metabolismo. Noradrenalina e adrenalina, il cui rilascio nel flusso sanguigno aumenta quando il sistema nervoso simpatico è eccitato,

Provocano un aumento della profondità della respirazione, espandono i muscoli dei bronchi, che favoriscono l'apporto di ossigeno al sangue. L'adrenalina, avendo un effetto inotropo e cronotropo positivo sul cuore, aumenta il volume minuto del sangue e aumenta la pressione sanguigna sistolica. Come risultato dell'attivazione della respirazione e della circolazione sanguigna, aumenta l'apporto di ossigeno ai tessuti.

Uno degli indicatori integrali dell'ambiente interno, che riflette il metabolismo di carboidrati, proteine e grassi nel corpo, è la concentrazione nel sangue glucosio. Il glucosio non è solo un substrato energetico necessario per la sintesi di grassi e proteine, ma anche una fonte della loro sintesi. Nel fegato avviene la nuova formazione di carboidrati da acidi grassi e aminoacidi.

Il normale funzionamento delle cellule del sistema nervoso e dei muscoli, per i quali il glucosio è il substrato energetico più importante, è possibile a condizione che l'afflusso di glucosio verso di loro soddisfi il loro fabbisogno energetico. Ciò si ottiene quando una persona contiene in media 1 g (0,8-1,2 g) di glucosio per litro di sangue (Fig. 10.3.).

Quando il contenuto di glucosio in un litro di sangue scende a un livello inferiore a 0,5 g, a causa del digiuno o di un sovradosaggio di insulina, si verifica una mancanza di apporto energetico alle cellule cerebrali. La violazione delle loro funzioni si manifesta con aumento della frequenza cardiaca, debolezza muscolare e tremori, vertigini, aumento della sudorazione e sensazione di fame. Con un'ulteriore diminuzione della concentrazione di glucosio nel sangue, questa condizione, chiamata ipoglicemia, può andare a coma ipoglicemico caratterizzato da depressione delle funzioni cerebrali fino alla perdita di coscienza. L'introduzione di glucosio nel sangue, l'assunzione di saccarosio e l'iniezione di glucagone prevengono o indeboliscono queste manifestazioni di ipoglicemia.

Aumento a breve termine dei livelli di glucosio nel sangue (iperglicemia) non rappresenta un pericolo per la vita, ma può portare ad un aumento della pressione osmotica del sangue.

In condizioni normali, il sangue dell'intero corpo contiene circa 5 g di glucosio. Con un apporto alimentare medio giornaliero di 430 g di carboidrati da parte di un adulto impegnato in un lavoro fisico in condizioni di relativo riposo, i tessuti consumano circa 0,3 g di glucosio ogni minuto. Allo stesso tempo, le riserve di glucosio nel sangue circolante sono sufficienti a nutrire i tessuti per 3-5 minuti e senza il suo rifornimento, ipoglicemia. Il consumo di glucosio aumenta durante lo stress fisico e psicoemotivo. Poiché l'assunzione periodica (più volte al giorno) di carboidrati con il cibo non garantisce un flusso costante e uniforme di glucosio dall'intestino al sangue, l'organismo dispone di meccanismi che reintegrano la perdita di glucosio dal sangue in quantità equivalenti al suo consumo da parte del corpo. tessuti. Meccanismi con una diversa direzione d'azione assicurano, in condizioni normali, la conversione del glucosio in una forma immagazzinata - glicogeno. Ad un livello superiore a 1,8 g per litro di sangue, viene escreto dal corpo nelle urine.

Il glucosio in eccesso assorbito dall'intestino nel sangue della vena porta viene assorbito dagli epatociti. Quando la concentrazione in essi aumenta

Riso. 10.3 Sistema di regolazione della glicemia (Spiegazioni nel testo)

Il metabolismo del glucosio attiva gli enzimi del metabolismo dei carboidrati nel fegato, convertendo il glucosio in glicogeno. In risposta all’aumento dei livelli di zucchero nel sangue che scorre attraverso il pancreas, aumenta l’attività secretoria IN-cellule degli isolotti di Langerhans. Nel sangue viene rilasciata una quantità maggiore di insulina, l'unico ormone che ha un forte effetto di riduzione della concentrazione di zucchero nel sangue. Sotto l'influenza dell'insulina, aumenta la permeabilità al glucosio delle membrane plasmatiche delle cellule del tessuto adiposo muscolare. L'insulina attiva i processi di conversione del glucosio in glicogeno nel fegato e nei muscoli, ne migliora l'assorbimento e l'assimilazione da parte dei muscoli scheletrici, lisci e cardiaci. Sotto l'influenza dell'insulina, i grassi vengono sintetizzati dal glucosio nelle cellule del tessuto adiposo. Allo stesso tempo, l’insulina rilasciata in grandi quantità inibisce la degradazione del glicogeno epatico e la gluconeogenesi.

Il livello di glucosio nel sangue viene valutato dai glucorecettori dell'ipotalamo anteriore e dai suoi neuroni polisensoriali. In risposta ad un aumento dei livelli di glucosio nel sangue al di sopra del “set point” (>1,2 g/l), aumenta l’attività dei neuroni ipotalamici che, attraverso l’influenza del sistema nervoso parasimpatico sul pancreas, aumentano la secrezione di insulina.

Quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono, diminuisce il suo assorbimento da parte degli epatociti. L'attività secretoria diminuisce nel pancreas IN-cellule, la secrezione di insulina diminuisce. I processi di conversione del glucosio in glicogeno nel fegato e nei muscoli vengono inibiti e l'assorbimento e l'assimilazione del glucosio da parte dei muscoli scheletrici e lisci e delle cellule adipose viene ridotto. Con la partecipazione di questi meccanismi, viene rallentata o impedita un'ulteriore diminuzione dei livelli di glucosio nel sangue, che potrebbe portare allo sviluppo di ipoglicemia.

Quando la concentrazione di glucosio nel sangue diminuisce, il tono del sistema nervoso simpatico aumenta. Sotto la sua influenza, aumenta la secrezione di adrenalina e noradrenalina nel midollo surrenale. L'adrenalina, stimolando la degradazione del glicogeno nel fegato e nei muscoli, provoca un aumento della concentrazione di zucchero nel sangue. Grazie a questa proprietà, l'adrenalina è il più importante antagonista dell'insulina tra gli altri ormoni nel sistema di regolazione dello zucchero nel sangue. Ad esempio, la norepinefrina ha una debole capacità di aumentare i livelli di glucosio nel sangue.

Sotto l'influenza del sistema nervoso simpatico, viene stimolata la produzione di glucagone da parte delle cellule A del pancreas, che attiva la degradazione del glicogeno epatico, stimola la gluconeogenesi e porta ad un aumento dei livelli di glucosio nel sangue.

Una diminuzione della concentrazione di glucosio nel sangue, che è uno dei substrati energetici più importanti per l'organismo, provoca lo sviluppo dello stress. In risposta a una diminuzione dei livelli di zucchero nel sangue, i neuroni glucorecettori dell'ipotalamo, attraverso il rilascio di ormoni, stimolano la ghiandola pituitaria a secernere l'ormone della crescita e l'ormone adrenocorticotropo nel sangue. Sotto l'influenza dell'ormone della crescita, la permeabilità delle membrane cellulari al glucosio diminuisce e il glucosio aumenta.

Coneogenesi, viene attivata la secrezione di glucagone, con conseguente aumento dei livelli di zucchero nel sangue. L'ormone della crescita ha effetti anabolici sul metabolismo delle proteine e dei grassi. Sotto la sua influenza, il contenuto proteico aumenta, la quantità di azoto escreto diminuisce e aumenta la concentrazione di acidi grassi liberi nel plasma.

I glucocorticoidi secreti sotto l'influenza dell'ormone adrenocorticotropo nella corteccia surrenale attivano gli enzimi della gluconeogenesi nel fegato e quindi contribuiscono ad un aumento della glicemia. Allo stesso tempo, sotto l'influenza dei glucocorticoidi, l'incorporazione degli aminoacidi nelle proteine diminuisce e aumenta la velocità di escrezione di azoto dal corpo. I glucocorticoidi aumentano l’efficienza della lipolisi nel tessuto adiposo e la mobilitazione degli acidi grassi liberi nel sangue.

La regolazione del metabolismo e dell'energia nell'intero organismo è sotto controllo sistema nervoso e le sue parti superiori. Ciò è evidenziato dai fatti dei cambiamenti riflessi condizionati nel tasso metabolico negli atleti nello stato di pre-partenza, nei lavoratori prima di iniziare un lavoro fisico pesante, nei subacquei prima dell'immersione in acqua. In questi casi, aumenta la velocità del consumo di ossigeno da parte del corpo, aumenta il volume minuto della respirazione, aumenta il volume minuto del flusso sanguigno e aumenta lo scambio energetico.

Una sensazione che si sviluppa quando i livelli ematici di glucosio, acidi grassi liberi e aminoacidi diminuiscono. fame determina una risposta comportamentale finalizzata alla ricerca e al consumo di cibo e al rifornimento di nutrienti nell'organismo.