Какие конечные продукты обмена образуются у человека
Продукты метаболизма выводятся с мочой, фекалиями, выдыхаемым воздухом и потом. Специфические вещества задерживаются или удаляются из организма в той степени, в какой это необходимо для поддержания гомеостаза, при этом вместе со шлаковыми продуктами распада выводятся потенциально полезные вещества. Небольшие количества этих веществ выводятся из организма в виде кишечных газов, волос, ногтей, десквамированного эпителия кожи, кожного сала, ушной серы, слизи из полости носа и влагалища, слюны, слез, семенной жидкости и менструальных выделений. Уровни потерь этих веществ опубликованы в работах.
Моча
Моча образуется на стадии ультрафильтрации плазмы крови. Вода плазмы и молекулы растворенных в ней веществ величиной не более диаметра очень малых молекул протеина «проталкиваются» через поры клубочковых капилляров и поступают в каналец нефрона. При прохождении гломерулярного фильтрата по канальцам нефрона ряд веществ всасывается обратно в кровь (глюкоза, аминокислоты, вода), тогда как другие (мочевая кислота и аммиак) активно выделяются канальцевым аппаратом нефрона и поступают в первичную мочу.
Основной смысл образования мочи заключается в постоянном удалении из крови мочевины и других азотистых продуктов метаболического распада. Другая, не менее важная функция включает регуляцию водносолевого баланса для поддержания осмотического и кислотно-щелочного равновесия в тканевых жидкостях организма. В моче содержится также множество других компонентов, таких, как гормоны и конечные продукты
гормонального обмена. Измерение суточного уровня их экскреции позволяет получить чрезвычайно ценную информацию о физиологических механизмах регуляции организма человека в космическом полете.
Хотя моча является очень сложным по своему составу метаболитом, ее основные компоненты, в смысле веса, составляют вода (от 400 мл до нескольких литров), мочевина (30—50 г) и неорганические ионы (10—20 г). При полноценном суточном рационе энергетическая ценность мочи равна 8,6 ккал на 1 г азота.
Экскрименты
Каловые массы состоят из переваренных и непереваренных компонентов суточного пищевого рациона, из веществ, выделяемых в желудочно-кишечном тракте, остатков пищеварительных соков, желчи и клеток слизистой, живых и мертвых микроорганизмов и продуктов их метаболизма. Вес сухого остатка каловых масс в известной степени определяется количеством потребленных пищевых продуктов. Однако в большей мере вес как твердых веществ, так и жидких компонентов фекалий определяется составом пищи. Вес жидких компонентов фекальных масс и содержание в них летучих жирных кислот бывают намного больше при обычном суточном рационе с богатым содержанием углеводов, чем при рационе, богатом жировыми или белковыми пищевыми продуктами. Однако это различие связано скорее с наличием неусвояемых углеводов растительного происхождения, чем с наличием углеводов как таковых.
Вес жидких компонентов кала, по данным одного исследования, при суточном рационе, не содержащем клетчатки, составлял 86 ± ± 25 г в сутки при величине сухого остатка в 15 ± 2 г. При пищевом рационе с более высоким содержанием неперевариваемых веществ (большей частью высушенных и переработанных пищевых продуктов) аналогичные показатели составили 138±17г и 41± ± 5 г в сутки т. е. соответствовали уровню, характерному для человека, находящегося на обычном суточном рационе. Если человек потребляет легкоусвояемые пищевые вещества, то основным компонентом фекальных масс становится вода (100 г) с содержанием 1—1,5 г азота, 4—5 г липидов, 2—3 г солей и очень небольшого количества витаминов и других органических веществ. В обычных условиях энергетическая ценность высушенных органических компонентов фекалпй удивительно одинакова, она составляет в среднем 6,2 ккал на 1 г.
Кишечные газы
Другим продуктом метаболизма, который необходимо учитывать, являются кишечные газы. Они образуются из четырех источников: из воздуха, «проглоченного» при приеме пищи; газов, диффундирующих из крови в просвет желудочно-кишечного тракта; пищеварительных соков с большим содержанием бикарбонатов и из газов, которые продуцируются желудочно-кишечными микроорганизмами (углекислота, метан и водород). Эти газы проникают через слизистую оболочку тонкого кишечника. Значительная часть их уносится кровеносным руслом и выводится через легкие с выдыхаемым воздухом. Однако если кишечные бактерии чрезмерно активны, то большая часть газов выводится через кишечник. В среднем от 7 до 10 л газа в сутки поступает в тонкий кишечник или образуется в нем, но обычно лишь около 0,5 л удаляется через задний проход.
Выделения с поверхности тела
Рост клеток кожных покровов организма человека продолжается в течение всего периода его жизнедеятельности довольно равномерно, но у разных лиц с различной скоростью. Эти ткани почти целиком состоят из белка, но суммарная величина потерь белка этим путем невелика. Ряд азотсодержащих и органических веществ, а также микроэлементов теряется в процессе неощутимой перспирации и еще больше при интенсивном потовыделении. Отмечается значительное потребление кислорода и образование углекислоты в потовыделительных участках кожных покровов. Некоторое количество углекислоты выделяется с потом (в противоположность диффузии из поверхностно находящихся кровяных клеток), а кислород может непосредственно поглощаться эпителиальным покровом кожи. Эти газовые компоненты не учитываются при измерении энерготрат косвенными способами в процессе работы.
В замкнутой воздушной прослойке, прилегающей к телу человека, определяются и другие микропримеси, вероятно, выводимые из легких, кожи или желудочно-кишечного тракта. Некоторые из них являются веществами бактериального происхождения, другие — продуктами метаболизма организма человека. Уровни экскреции этих веществ (ацетон, бутанол, окись углорода, этиловый спирт, сероводород и другие) составляют величину менее 5 мг в сутки.
Материальный баланс
Как свидетельствуют результаты прямой калориметрии с окислением в бомбе, моча и фекалии содержат обычно около 9% поглощенной энергии. Углерод и водород, за исключением указанных выше небольших количеств, участвуют в процессах метаболизма и выводятся из организма в виде углекислого газа и воды. Ориентировочный материальный баланс для рационов различного состава можно рассчитать на основе данных, приведенных в табл. 6. Эти данные весьма приблизительны, поскольку они основаны на питании особыми формами пищевых продуктов, набор продуктов и экскреции упрощены, а минеральные вещества не учитываются. Приведенные величины свидетельствуют, однако, о том, что в зависимости от состава пищи меняется экскретируемое вещество, в котором сохраняется потенциальная энергия. Это весьма важное соображение необходимо учитывать при использовании системы регенерации кислорода, в которой переработке подвергается углекислый газ, а не твердые вещества мочи и фекальных масс.
Таблица 6. Упрощенный и приблизительный баланс веществ при метаболизме по белкам, жирам, углеводам
При условии использования рационов с низким содержанием белка лишь небольшие количества кислорода будут изолироваться в отходах. Однако на каждые 100 г белка в рационе, как следует из данных табл. 6, в моче и фекалиях будет задерживаться 8% кислорода в отличие от менее чем 1% из соответствующего количества углеводов или жиров (рисунок). Во всех случаях примерно 70% кислорода будет находиться в углекислом газе, но при потреблении углеводов или жиров около 30% кислорода экскретируется в виде легко восстанавливаемой метаболической воды, а при потреблении белков — только 22%. Кроме того, углеводы пищи могут явиться полезным резервом кислорода, поскольку они обеспечивают почти 30% необходимого кислорода, тогда как белки дают 14%, а жиры менее 4%.
Приблизительный баланс кислорода, углерода и водорода при обмене веществ у человека (углерод и водород поступают только с пищей)
I — белки, II — углеводы, III — жиры;
1 — поступление кислорода,
2, 3, 4 — выделение кислорода, углерода и водорода соответственно
При белковом питании около 11% углерода и 28% водорода выводится в виде мочевины с мочой и потом примерно по 10% углерода и водорода — с фекалиями, со слущенным эпителием кожи и волосами. Образование мочи является также основным путем экскреции некоторых минеральных веществ, например натрия и хлора; многие другие минеральные вещества, например кальций, фосфор, магний, калий, цинк, выводятся как с мочой, так и с фекалиями, а некоторые, например железо, — почти целиком с фекалиями. Следовательно, система питания должна подбираться в строгом соответствии с системой переработки отходов и регенерации.
Скачать реферат:
У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
Источник
Обмен веществ и энергии, или метаболизм — это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме.
Обмен веществ и энергией представляет собой основу жизнедеятельности и принадлежит к критериям живого.
Нет ни одного процесса в живом организме, который бы шел без участия метаболизма, так как в основе любого физиологического процесса лежат физические и химические преобразования.
В процессе метаболизма, поступившие в организм вещества, путём химических изменений превращаются в собственные вещества тканей или в конечные продукты которые выводятся из организма. При этих химических превращениях освобождается и поглощается энергия.
Все химические реакции, проходящие в организме, являются ферментативными.
В организме осуществляется нервно-гуморальная регуляция метаболизма.
В организме динамически уравновешены пластический и энергетический обмен, входящие в состав метаболизма:
пластический обмен = анаболизм = ассимиляция — биосинтеза органических веществ, компонентов клеток и тканей;
энергетический обмен = катаболизм = диссимиляция — расщепление сложных молекул и компонентов клеток.
Рис. Метаболизм
Преобладание анаболических процессов обеспечивает рост, накопление массы тела, преобладание же катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, уменьшению массы тела. При катаболизме происходит превращение химической энергии соединений, освобождаемой при их расщеплении, в тепловую, механическую и, частично, в электрическую энергию.
ФУНКЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Получение энергии для функционирования организма;
Получение строительного материала для роста и восстановления организма: синтез белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов из полученных с пищей веществ;
Запасание питательных веществ на “черный день”;
Выведение продуктов метаболизма.
скорость обмена веществ
Скорость переноса веществ и энергии из среды в организм точно уравновешивается скоростью переноса из организма в среду. Интенсивность обмена веществ оценивают по общему расходу энергии, и она может меняться в зависимости от многих условий и в первую очередь от физической работы. Однако и в состоянии полного покоя обмен веществ и энергии не прекращается, и для обеспечения непрерывного функционирования внутренних органов, поддержания тонуса мышц и прочее расходуется некоторое количество энергии.
У молодых мужчин основной обмен веществ составляет 1300 — 1600 килокалорий (кКал) в сутки.
У женщин величина основного обмена 1100 — 1400 кКал.
Факторы, влияющие на скорость метаболизма
физическая нагрузка: при интенсивной физической нагрузки расход энергии (катаболизм) по сравнению со средними энергозатратами может увеличиться в 10 раз, а в очень короткие периоды (например, плавание на короткие дистанции) даже в 100 раз;
возраст: начиная с 5 лет величина основного обмена веществ неуклонно снижается;
температура: с повышением температуры тела на 1 градус величина основного обмена веществ возрастает на 13%; возрастание интенсивности обмена веществ наблюдается так же при снижении температуры окружающей среды ниже зоны комфорта. Это адаптационный процесс, связанный с необходимостью поддерживать постоянную температуру тела.
незаменимые вещества
Не все вещества, необходимые для построения собственных сложных веществ, организм человека может синтезировать сам. Существуют так называемые незаменимые вещества.
Незаменимые аминокислоты. Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, человек может образовывать только 12, остальные 8 должны поступать с пищей. Для людей незаменимыми аминокислотами являются лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан.
Полиненасыщенные жирные кислоты. Клетки человека не способны образовывать более одной двойной связи в жирных кислотах, поэтому они должны поступать с пищей.
Витамины. Эти вещества нужны в очень небольших количествах (мкг или мг). Большинство из них участвуют в образовании ферментов; при их недостатке развиваются специфические заболевания — гиповитаминозы.
Источник
Образовавшиеся при распаде пищи конечные продукты метаболизма либо выводятся через покровы тела и стенки трахей (CO2), либо абсорбируются в задней кишке (H2O), либо удаляются с остатками непереваренной пищи — экскрементами (мочевина, мочевая кислота, аммиак и др.).
При гидролизе нуклеиновых кислот образуются углеводы, фосфорная кислота и обогащённые азотом пуриновые (аденин, гуанин) или пиримидиновые (цитозин, тимин) основания. В свою очередь, пуриновые основания, подвергаясь окислению и дезаминированию, дают начало мочевой кислоте и её производным: аллантоину, аллантоиновой кислоте, мочевине и аммиаку, которые выводятся из организма. Пиримидиновые основания, хотя и способны преобразовываться в мочевину и аммиак, обычно вновь вовлекаются в метаболические процессы.
При гидролизе белков образуются аминокислоты и некоторые из них — чаще всего богатые азотом аргинин и гистидин — входят в состав экскрементов (в весьма малых количествах). Обычно они используются в синтезе пуриновых оснований, образуя наряду с ними мочевину. Таким образом, конечные продукты метаболизма азотсодержащих соединений формируются при окислении пуринов или синтезируются из аминокислот (рис. 100).
Рисунок 100. Конечные продукты обмена азотсодержащих соединений и их превращения у насекомых (по Gillot, 1980)
Большинство наземных насекомых выделяют азот в виде слаборастворимых и нетоксичных для организма мочевой кислоты, аллантоина и аллантоиновой кислоты. Они удаляются вместе с обезвоженными экскрементами; при этом возможные потери влаги сводятся к минимуму. Водорастворимые и токсичные даже в малых концентрациях мочевина и аммиак требуют для выведения очень больших количеств воды. Не случайно, что именно эти соединения являются конечными продуктами метаболизма у водных форм. Прежде чем поступить в заднюю кишку, в формирующиеся здесь экскременты, все эти метаболиты накапливаются в гемолимфе и извлекаются из неё специализированными органами выделения — мальпигиевыми сосудами.
Мальпигиевы сосуды представляют собой длинные и тонкие трубочки, впадающие в кишечник на уровне пилорического отдела (см. рис. 81). Вместе с задней кишкой они обеспечивают экскрецию азотсодержащих метаболитов и постоянство ионного баланса гемолимфы. Лишь у ногохвосток, некоторых двухвосток и тлей они не развиты.
Рисунок 81. Схема кишечного тракта насекомых (по Шванвичу, 1949):
1 — слюнные железы; 2 — глотка; 3 — пищевод; 4 — зоб; 5 — провентрикулус; 6 — кардиальный клапан; 7 — перитрофическая мембрана; 8 — мальпигиев сосуд; 9, 10 — соответственно пилорический и ректальный клапаны; 11 — анус
Стенки сосудов образованы однослойным эпителием и мышечными волокнами. Оплетённые трахеями, но лишённые нервов, они способны только к миогенным червеобразным движениям. У щетино-хвосток, уховёрток и трипсов мальпигиевы сосуды не имеют мышц и пассивно колеблются в токах гемолимфы.
В простейшем случае, например у прямокрылых, мальпигиевы сосуды однообразны по всей длине и лишь насасывают плазму с содержащимися в ней экскретами (рис. 101). Далее эта «первичная моча» проникает в полость задней кишки и подвергается здесь реабсорбции. Все метаболически ценные вещества (H2O, Cl-, Na+, K+ и др.) возвращаются в гемолимфу, а экскреты выводятся из организма. Сравнительно малая эффективность работы таких сосудов компенсируется их громадным числом (до 250 и более).
Рисунок 101. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов палочника (по Тыщенко, 1976):
1 — мальпигиевы сосуды; 2 — ампула; 3 — средняя кишка; 4 — задняя кишка
Сходным образом функционируют малочисленные (4–8) мальпигиевы сосуды некоторых жуков, однако их свободные концы врастают в стенку задней кишки. Высасывая из её полости воду, они энергично проводят первичную мочу, но не способны к её реабсорбции. У многих клопов происходит дифференциация отделов и эпителия сосудов и соответственно распределение функций по их длине. В дистальном отделе эпителиальные клетки несут плотный рабдориум и содействуют образованию первичной мочи. Переходя в проксимальный отдел, клетки которого снабжены рыхлым рабдориумом, она подвергается реабсорбции, и, таким образом, этот отдел принимает на себя функции задней кишки прямокрылых (рис. 102).
Рисунок 102. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов клопа Rhodnius prolixus St. (по Тыщенко, 1976):
1 — задняя кишка; 2 — средняя кишка; 3 — мальпигиевы сосуды
Ещё большей сложностью строения отличаются мальпигиевы сосуды двукрылых. Наряду с дистальным и проксимальным отделами в них выделяются промежуточный и медиальный отделы. В дистальном происходит насасывание мочевой кислоты и её солей, а также ионов Ca2+, тогда как в промежуточном и медиальном — воды. В проксимальком отделе реабсорбируются метаболически ценные продукты. У гусениц многих бабочек свойства сосудов, отмеченные у клопов и двукрылых, сочетаются с криптонефрией (рис. 103).
Рисунок 103. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов гусеницы бабочки Corcyra cephalonica (по Тыщенко, 1976):
1 — средняя кишка; 2 — тонкая кишка; 3 — ампула мальпигиева сосуда; 4 — прямая кишка
Заполняющая мальпигиевы сосуды жидкость изотонична гемолимфе, но отличается от неё по набору ионов. В частности, у палочника Carausius morosus Вr. ионы K+ преобладают внутри сосуда, а ионы Na+ — снаружи. Нарушение ионного баланса проявляется в разности потенциалов и возникновении электрохимического градиента.
Ионы K+ активно транспортируются внутрь и, по-видимому, переносят молекулы воды вопреки градиенту диффузии. Несколько по-иному работают мальпигиевы сосуды кровососущего клопа Rhodnius prolixus St. В них активно проникают ионы K+ и Na+, транспортирующие воду. Экскреты, поступающие в ихдистальные отделы в виде мочекислых солей натрия и калия, оказываются в слабощелочной среде (рН 7,2), но, продвигаясь проксимально, встречают слабокислую реакцию (рН 6,6) жидкости. В этих условиях Na+ и K+ освобождаются, а мочевая кислота кристаллизуется и выпадает в осадок (см. рис. 102).
Активность экскреции у Rhodnius prolixus St. существенно повышается (в 1 000 раз) под влиянием диуретического гормона, секретируемого в грудных ганглиях. Однако его выведение в гемолимфу происходит только при возбуждении рецепторов растяжения брюшка, что наблюдается всякий раз при насасывании крови. У саранчи Schistocerca gregaria Forsk. диуретический гормон стимулирует абсорбцию в мальпигиевых сосудах и тормозит реабсорбцию в ректальных железах задней кишки. У таракана Periplaneta americana L. наряду с диуретическим выделяется антидиуретический гормон.
Кроме мальпигиевых сосудов функции экскреции конечных продуктов метаболизма азота выполняют лабиальные железы Collembola, Thysanura и некоторых крылатых насекомых. У шелкопряда Hyalophora cecropia L. лабиальные шёлкоотделительные железы гусениц преобразуются в имагинальные органы, регулирующие водообмен и выделение экскретов. Продуцируемая придаточными половыми железами самцов некоторых тараканов мочевая кислота используется для покрытия сперматофоров и таким образом выводится из организма. Вместе с тем азотсодержащие метаболиты часто вообще не выводятся наружу, а, накапливаясь в уратных клетках жирового тела, в нефроцитах и в кутикуле, исключаются из процессов обмена веществ.
Согласованность и совершенство рассмотренных процессов метаболизма обеспечивают экономное расходование воды и энергетических субстратов, не допуская потерь сколько-нибудь ценных метаболитов. В этом отношении насекомые не уступают млекопитающим животным, несмотря на то что малые размеры тела определяют для них ряд ограничений. Однако ключевые пути метаболизма у тех и других принципиально сходны.
Источник