Организм как единая саморазвивающаяся и саморегулирующаяся биологическая система

Обмен воды и минеральных  веществ Человеческий организм на 60% состоит из воды. Жировая ткань содержит 20% воды (от ее массы), кости – 25, печень – 70, скелетные мышцы – 75, кровь – 80, мозг – 85%. Для нормальной жизнедеятельности организма, который живет в условиях меняющейся среды, очень важно постоянство внутренней, среды организма. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы. Вода – хороший растворитель. Только в жидкой среде протекают окислительно-восстановительные процессы и другие реакции обмена, Жидкость участвует в транспортировке некоторых газов; перенося их либо в растворенном состоянии, либо в виде солей. Вода входит в состав пищеварительных соков, участвует в удалении из организма продуктов обмена, среди которых содержатся и токсические вещества, а также в терморегуляции.

Без воды человек может  прожить не более 7 – 10 дней, тогда  как без пищи – 30 – 40 дней. Удаляется  вода вместе с мочой через почки (1700 мл), потом через кожу (500 мл) и  с воздухом, выдыхаемым через легкие (300 мл).

Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным 6алансом. Если количество потребляемой воды меньше количества выделяемой, то в организме человека могут наблюдаться  различного рода расстройства его функционального  состояния, так как, входя в состав тканей, вода является одним из структурных  компонентов тела, находится в  виде солевых растворов и обусловливает  тесную связь водного обмена с  обменом минеральных веществ.

Обмен воды и электролитов, по существу, представляет собой единое целое, поскольку биохимические  реакции протекают в водных средах, а многие коллоиды являются сильно гидратированными, т.е. соединенными физико-химическими  связями с молекулами воды.

Вода поступает в организм человека в «чистом виде» и  в состав различных продуктов, с  которыми он тоже получает необходимые  элементы. Суточная потребность человека в воде составляет 2,0 – 2,5 Суточная потребность  человеческого организма в некоторых  микроэлементах следующая: калия 2,7 – 5,9 г, натрия – 4 – 5 г, кальция 0,5 г, магния – 70 – 80 мг, железа – 10 – 15 мг, марганца – до 100 м хлора – 2 – 4 г, йода – 100 – 150 мг.

Обмен воды и электролитов в организме имеет сложную  нервно-гуморальную регуляцию. Наиболее подвержены регуляторным воздейсвиям  вода и тесно связанный с нею  в метаболизме натрий. Сложнрефлекторная  цепь регуляции водно-электролитного обмена начинается с четырех рецепторов, которые сигнализируют об изменении  количества воды в организме. Во-первых, это рецепторы слизистой рта  подсыхание которой вызывает чувство  жажды. Однако это ощущение проходит при смачивании слизистой, хотя вода в организм при этом не поступает. Поэтому данный вид жажды называется ложной жаждой. Во-вторых, сигналы о необходимости восполнить запасы воды в организме или прекратить ее потребление идут от барорецепторов слизистой желудка. Раздувание желудка ведет к исчезновению чувства жажды, а спадение его стенок – наоборот, к возникновению. Поскольку жажда, возникающая в этом случае, связана не с изменением содержания воды в организме, а с изменением тонуса желудочной стенки, она также ложная. Третью группу нервных окончаний, принимающих участие в регуляции водно-электролитного обмена, составляют осморецепторы тканей, которые сигнализируют об изменениях осмотичесого давления в тканях. Чувство жажды при раздражении осморецепоров – это вид жажды истинный. И наконец, четвертая группа рецепоров – волюм-рецепторы сосудистого русла, реагирующие на изменение объема циркулирующей в сосудистой системе крови.

 В регуляции водно-солевого  обмена принимают участие и  дистантные рецепторы (зрительный, слуховой), обеспечивающие условнорефлекторный  компонент регуляции. Импульсы  со всех указанных групп рецепторов  идут в гипоталамус, где расположен  центр водорегуляции. Отсюда поступают  «команды» на эффекторы, выводящие  воду из организма. 

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический).

В регуляции электролитного обмена играют роль и другие гормоны ' еры надпочечников, объединяемые одним  названием минералокоршикоиды. При  их недостатке нарушается обмен калия, развивается гипокалиемия (т.е. понижение  содержания калия и в организме  в целом), вследствие чего возникает  мышечная адинамия и ряд других, серьезных нарушений. Обмен кальция  и фосфора регулируется паратгормоном  – секретом паращитовидных желез, который  стабилиирует уровень этих элементов  в организме благодаря тому, что  под воздействием кальций связывается  с белками и его выведение  из организма резко тормозится. Наконец, на водно-электролитный обмен оказывает  влияние и адреналин, который, спазмируя клубочковые сосуды почек, снижает величину фильтрационного давления и ведет к уменьшению диуреза, т.е. к уменьшению выведения воды из организма, важна роль и вегетативных нервов, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры  белков, гормонов, ферментов. Общее  количество всех минеральных веществ  в организме составляет приблизительно 4 – 5% массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при  условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых поддерживается постоянство  осмотического давления, реакция  крови и тканевой жидкости; они  участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения и т.д.

Основную часть минеральных  веществ человек получает с пищей  и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей  приходится добавлять, например, хлористый  натрий (NaCl – поваренная соль) в пищу по 10 – 12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция и фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70% всего фосфора и 99% кальция, имеющихся в организме.

Нормальный рост и развитие организма зависят от поступления  достаточного количества Nа. Ионы Сl идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы Nа и Сl участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения. В состав гемоглобина – переносчика О₂ и СО₂ – входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведет к тяжелому заболеванию – малокровию. Йод является важной составной частью гормон щитовидной железы – тироксина, который принимает участие в регуляции обмена веществ, а калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения, связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют также кальций (Са), магний (Мg), медь (Сu), сера (S) цинк (Zn), бром (Вr), фтор (Р).

Витамины и их роль в  обмене веществ Эксперименты показывают, что даже при достаточном содержании в пище белке жиров и углеводов, при оптимальном потреблении воды и минеральных солей в организме могут развиваться тяжелейшие расстройства и заболевания так как для нормального протекания физиологических процессов н обходимы еще и витамины (лат. vita – жизнь). Значение витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количеств они регулируют реакции обмена веществ. Роль витаминов сходна ролью ферментов и гормонов. Целый ряд витаминов входит в состав - различных ферментов. При недостатке в организме витаминов развивается состояние, называемое гиповиталинозом. Заболевание, возникающее при отсутствии того или иного витамина, называется авитаминозом.

К настоящему времени открыто  более 20 веществ, которые относят  к витаминам. Обычно их обозначают буквами  латинского алфавита А, В, С, Р, Е, К и  др. К водорастворимым относятся  витамины группы В, С, РР и др. Ряд  витаминов являются жирорастворимыми.

Витамин А. При авитаминозе А задерживаются процессы роста организма, нарушается обмен веществ. Наблюдается также особое заболевание глаз, называемое ксерофтальмией (куриная слепота).

Витамин D называют противорахитическим витамином. Недостаток его приводит к расстройству фосфорного и кальциевого обмена. Эти минеральные вещества теряют способность откладываться в костях и в больших количествах удаляются из организма. Кости при этом размягчаются и искривляются. Нарушается развитие зубов, страдает нервная система. Весь этот комплекс расстройств характеризует на6людаемое у детей заболевание – рахит.

Витамины группы В. Недостаток или отсутствие витаминов группы В вызывает нарушение обмена веществ, расстройство функций центральной нервной системы. При этом наблюдается снижение сопротивляемости организма к инфекционным болезням. Витаминами бодрости, повышенной работоспособности и крепких нервов называют витамины группы В. Суточная норма витамина В для взрослого 2 – ; 6 мг, при систематической спортивной деятельности эта норма должна ' увеличиваться в 3 – 5 раз.

Витамин С называют противоцинготным. При недостатке его в пище (а больше всего его содержится в свежих фруктах и овощах) развивается специфическое заболевание – цинга, при которой кровоточит десны, а зубы расшатываются и выпадают, Развиваются физическая слабость, быстрая утомляемость, нервозность. Появляются одышка, различные кровоизлияния, наступает резкое похудание. В тяжелых случаях может наступить смерть.

Витамины влияют на обмен  веществ, свертываемость крови, рост и  развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Особенно важна их роль в питании молодого организма и тех взрослых, чья  деятельность связана с большими физическими нагрузками не производстве, в спорте. Повышенная потребность  в витаминах может быть связана  с особыми условиями среды  обитания (высокая или низкая температура, разреженный воздух). Например, суточная  потребность витамина С для взрослых составляет в среднем 50 – 100 мг, для  детей 35 – 50 мг, для тренирующихся  спортсменов до 200 мг и более (им в  целях повышения работоспособности  даже рекомендуется принимать этот витамин на старте, а марафонцам – на дистанции). Витаминная недостаточность, как правило, сказывается в ранний весенний период, когда сразу после  зимы организм ослаблен, а в пище мало витаминов и других биологически активных компонентов в связи  с ограничением в рационе свежих овощей и фруктов.

Кроме описанных здесь  витаминов большое значение для  жизнедеятельности организма имеют  фолиевая кислота, биотин, холин, витамин Е (фактор размножения) и витамин К. Все они достаточно широко распространены в природе и при нормальном питании потребность в них полностью удовлетворяется.

Если еще учесть, что  многие витамины организм использует для построения ферментов, участвующих в обмене веществ, то переоценить роль витаминизации в обеспечении жизнедеятельности организма невозможно, тем более при активной мышечной деятельности.

Обмен энергии Обмен веществ и энергии – это взаимосвязанные процессы, разделение которых связано лишь с удобством изучения. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. 3и счет перехода одних видов энергии в другие и поддерживаются все жизненные функции организма. При этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное можно проиллюстрировать  на примере деятельности сердца. Сердце совершает огромную работу. Каждый час оно выбрасывает в аорту  около 300 л крови. Эта работа совершается  за счет сокращения сердечной мышцы, в которой при этом протекают  интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии  обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном счете вся  энергия переходит в тепловую, которая рассеивается в организме  и от дается им в окружающее пространство. Аналогичные процессы идут в  каждом органе человеческого тела. И в  каждом случае в конечном итоге химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в  тепловую и рассеиваются во внешнюю  среду: Количество энергии, расходуемое  на выполнение физической работы определяют как коэффициент полезного действия (кпд). Его средняя величина – 20 – 25%, у спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира – 9,3, а 1 г углеводов  – 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров  и углеводов в пищевых продуктах, можно установить их калорийность, или энергетическую стоимость.

Мышечная деятельность, активный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со значительным расходом энергии. В некоторых случаях  он может достигать 5 000 ккал, а в  дни интенсивных и объемных тренировок у спортсменов и того более. Такое увеличение энергозатрат необходимо учитывать при составлении пищевого рациона. Когда в пище присутствует большое количество белка, значительно удлиняется процесс ее, переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, так как излишки его начинают преобразовываться в жир. А представители некоторых видов спорта (например, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают энергию получать из растительной пищи (например, фруктовая пища связана с образованием быстрых углеводов).

Питательные вещества можно  замещать, учитывая их калорическую ценность. Действительно, с энергетической точки  зрения 1 г углевода эквивалентен

(изодинамичен) 1 г белка,  так как у них одинаковый  калорический коэффициент (4,,1 ккал), а 1 г белка или углевода  эквивалентен 0,44 г жира (калорический  коэффициент жира 9,3 ккал). Отсюда  следует, что человек, суточный  расход энергии которого 3 000 ккал, может полностью удовлетворить  энергетические нужды организма,  потребляя в сутки 732 г углеводов.  Но для организма важна не  только общая калорийность пищи. Если человек достаточно долго  потребляет только жиры или  белки, или углеводы, в его организме  возникают глубокие изменения  в обмене веществ. При этом  нарушаются пластические процессы  в протоплазме клеток, наблюдается  сдвиг азотистого равновесия, образуются  и накапливаются токсические  продукты.

Для нормальной жизнедеятельности  организма получать оптимальное  количество полноценных белков, жиров, минеральных солей и витаминов, которые содержатся в различных  пищевых продуктах. Качество пищевых  продуктов определяется и их физиологической  ценностью. Наиболее ценными продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

  Люди разных профессий затрачивают при своей деятельности разное количество энергии. Например, занимающийся ителлектуальным трудом в день тратит менее 3000 больших калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии.

Многочисленные исследования показали, что мужчине среднего возраста, занимающемуся и умственным, и  физическим трудом в те- чение 8 – 10 ч, необходимо потреблять в день 118 г  белков, 56 г жиров, 500 г углеводов. В пересчете это составляет около 3 000 ккал. Для детей, людей пожилого возраста, для лиц занимающихся тяжелым  физическим трудом, требуются индивидуальные, научно обоснованные нормы питания. Пищевой рацион составляется с учетом пола, возраста человека и характера  его деятельности. Большое значение имеет режим питания. В зависимости  от возраста, рода работы и других критериев  устанавливается 3 – 6-разовое питание  в сутки с определенным процентным содержанием пищи на каждый прием.

Таким образом, чтобы сохранять  энергетический баланс, поддерживать нормальную массу тела, обеспечивать высокую работоспособность и  профилактику различного рода патологических явлений в организме, необходимо при полноценном питании увеличить  расход энергии за счет повышения  двигательной активности, что существенно  стимулирует обменные процессы.

Важнейшая физиологическая  «константа» организма – то минимальное  количество энергии, которое человек  расходует в состоянии полного  покоя. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного  обмена.