Регуляція обміну речовин. Терморегуляція

Обмін речовин являє собою єдність двох процесів: асиміляції і дисиміляції. Асиміляція супроводжується посиленням дисиміляцій них процесів, які в свою чергу підготовляють організм до асиміляційних. Процеси асиміляції і дисиміляції тісно пов’язані між собою, але нерівні.

Наприклад, в період росту організму більше себе проявляє процес асиміляції.

Управління обміном вуглеводів

Вуглеводи в організмі являються основним джерелом енергії. Приводячи в дію механізми регуляції вмісту цукру в крові, являється його концентрація в плазмі (вміст цукру в крові в нормі становить 80 – 120 мг / %). Підтримання постійного вмісту цукру у крові не є кінцевою метою регуляції, а засобом досягнення основної мети – доставки до клітин організму цукру. В системі регуляції вмісту цукру у крові, при відхиленні від заданого регулюючого параметру відбувається вплив на той же параметр. Цей вплив проявляється у місці вимірювання через деякий час.

Вплив вищих центрів регуляції вуглеводного обміну в гіпоталамусі відбувається через симпатичну нервову систему. Від центра регуляції вуглеводного обміну у проміжному мозку нервові шляхи проходять у вигляді нервів симпатичної системи до мозкової речовини наднирників і у вигляді парасимпатичних нервів до підшлункової залози, спричиняючи виділення гормонів. Адреналін, при збудженні симпатичної нервової системи, діє на печінку і викликає мобілізацію глікогену.

Таким чином, нервові сигнали перемінюються у гуморальні. Далі дія продовжується - до регулюючих органів передаються управляючі сигнали гуморальним шляхом.

У підшлунковій залозі гормони, які беруть участь у вуглеводному обміні, виділяються клітинами острівців Лангенгарса. Одні клітини при цьому виділяють інсулін, другі – секретують глюкагон. У мозкові речовини наднирників виділяться адреналін –гормон, який викликає підвищений вміст цукру в крові. Гормони кори наднирників – глюкокортикоїди – дію протилежну інсуліну. Гормон щитовидної залози – тироксин – підвищує дію вуглеводного обміну.

Регулюючими органами служать:

– печінка – депо вуглеводів;

– м’язи – як головні споживачі;

– нирки – як пропускний клапан великої кількості цукру;

– всі клітини організму.

Збільшення кількості цукру у крові зумовлено:

– всмоктуванням глюкози у кишечнику;

– глікогенолізом – розпадом глікогену;

– утворенням цукру із білків та жирів.

Зменшення кількості цукру у крові приводить;

– розпад глюкози, гліколіз у тканинах;

– утворення глікогену із глюкози;

– утворення жирів із глюкози.

Регуляція вуглеводів являє собою багатоконтрольну систему.

Керуючими діями у системі служать сигнали центральної нервової системи, перш за все кора великих півкуль, яка міняє дію центра регуляції цукру у проміжному мозку і гіпоталамусі.

В ендокринному механізмі зменшуючим ефектом кількості цукру у крові є декілька гормонів, які виділяються різними залозами.

Організм легко переносить тимчасове підвищення вмісту цукру у крові, в той же час реагує переходом в коматозний стан при короткочасному його зниженні.

Управління обміном білків, жирів і неорганічних речовин

Білки у живому організмі виконують двояку функцію: пластичну та енергетичну. Пластична роль білків зумовлюється тим, що вони використовуються для утворення різних клітинних структур; енергетичне значення білків полягає в тому, що вони постачають організму енергію, при їх же розщепленні. Про кількість поступивши в організм білків можна судити по величині азотистого балансу.

Показником порушення обміну білка в організмі служить позитивний чи негативний азотистий баланс.

В регуляції білкового обміну беруть участь нервові та гуморальні впливи: область мозку, де міститься гіпоталамус стимулює виділення у кров гормонів щитовидної залози – тироксину і соматотропного гормону.

Фізіологічна роль ліпідів в організмі пояснюється тим, що вони входять в склад клітинних структур і є необхідними для утворення нових клітин.

Вплив гіпоталамуса на жировий обмін може виконуватись шляхом зміни секреції гіпофіза, щитовидної залози.

Однією з необхідних умов стійкості внутрішнього середовища організму являється зберігання стійкості осматичного тиску крові і тканинної рідини, що визначається концентрацією мінеральних солей. Неорганічні речовини беруть участь у регуляції кислотно – основної рівноваги, і у збереженні стійкості реакції середовища, PH крові і тканин. Кожна із мінеральних солей виконує певну роль в організмі.

Основна модель регуляції обміну заліза у клітинах

В основу моделі покладений факт існування двох метаболічних шляхів для депонування і мобілізації іонів заліза. Депонування заліза у формі ферритина каналізується при участі кисню апоферетином, який позбавлений заліза, а мобілізація його приводиться в дію ферридуктазою, яка може бути зв’язана з мембраною. В моделі трактується, що іон заліза, який поступає в клітину з трансферином, встановлюється на мембрані, проходить у клітину, де окисляється до Fe3+ , з наступним утворенням ферритину. Іони заліза звільняються із феритину у вигляді Fe2+ . Така внутрішня клітинна мобілізація заліза може служити витоком заліза для синтезу гема і негемованих залізовмісних ферментів. Таким чином залізо на своєму шляху до гему повинно перейти через ферритин. Однак, якщо потреби у залізі великі, то Fe2+, який входить у клітину може прямо використовуватися для синтезу гема, минаючи стадію ферритина. Це регуляція метаболізму заліза застосовується для пояснення регуляції заліза в еритроцитах, клітинах селезінки. Залізо ферритина використовується у клітині для синтезу всіх залізовмісних білків.

Математичний аналіз системи регуляції рівня кальцію в плазмі

Відхилення концентрації кальцію, кальцитоніна і паратгормона від зазначених норм можуть бути описані системою лінійних рівнянь. Розв’язки цих рівнянь показують, що паратгормон прискорює накопичення кальцію в плазмі, а кальцитонін – виділення кальцію з плазми. В свою чергу кальцій стимулює над хід в плазму кальцитоніну і виділення з нього паратгормона.

Вода у процесах регуляції вегетативних функцій організму відіграє важливу роль, як необхідний компонент всіх живих клітин і тканин, і як середовище для окисно – відновних реакцій, які протікають в організмі. При звичайній температурі і вологості внутрішнього середовища добовий водний баланс дорослої людини становить в середньому 2,2 – 2,8 л.

Регуляція виділення води і солей з організму відбувається шляхом нервових і гуморальних впливів на нирки і потові залози. На водний обмін великий вплив мають гормони задньої долі гіпофізу – вазопресин і гормони кори наднирників – мінералокортикоїди. Вазопресин понижує виділення води нирками, а мінероалокортикоїди викликають затримку натрію в організмі, збільшуючи тим самим кількість тканинної рідини, одночасно підвищуючи виділення калію з організму. Нервовий центр регуляції водного обміну знаходиться у проміжному мозку – гіпоталамусі. Тут знаходяться спеціальні осморецепторні нервові клітини, які є чутливі до зміни концентрації електролітів. Збудження цих клітин рефлекторно, приводить до стабілізації вмісту води в організмі.

В системі водної регуляції виділяються три головні відділи: внутрісудинний, внутріклітинний, інтерстиціальний.

Інформаційна схема системи водної регуляції. (По Корсону 1970 рік ).

ЦНС

Прибори для

нейрогіпофіз

гіпоталамус

Вимірювання

температури

Терморегуляція

Біохімічні реакції, які лежать в основі метаболізму, дуже чутливі до температури; при зниженні температури швидкість основних біохімічних процесів може впасти нижче рівня, необхідного для життєдіяльності організму. Разом з тим значні коливання температури можуть порушити метаболізм. Тому поява теплокровності була великим досягненням в еволюції тваринного світу.

Баланс тепла в організмі

У холоднокровних організмів температура тіла міняється із зміною температури зовнішнього середовища, для них характерна пасивна система терморегуляції. У теплокровних тварин в процесі еволюції виробилась активна система терморегуляції, яка забезпечує велику незалежність процесів метаболізму організму від зміни температури зовнішнього середовища. Вищі тварини, в тому числі і людина, володіють здатністю підтримувати температуру тіла в певних рамках, незалежно від зміни зовнішнього середовища.

Сталість температури тіла зумовлюється процесами теплопродукції і тепловіддачі. Теплорегуляція заключається в управлінні окислюючими реакціями в різних органах. Механізм тепловіддачі складається із кількох процесів:

– зміна величини поверхності тіла;

– зміна кровообігу у судинах шкіри;

– зміни у диханні;

– зміни розташування волосяного покриву тіла.

Регуляційним параметром терморегуляції являється температура внутрішніх частин тіла, яка у людей становить 370 С. Поверхневі частини тіла (шкіра, кінцівки) мають більш менш перемінну температуру.

Регулюючими діями являються зміни теплопродукції і тепловіддачі. В теплопродукції – це зміна в процесах окислення у м’язах при потрясінні, та зміна процесів окислення у внутрішніх органах. Мінімальна теплопродукція за добу при повному м’язевому спокої в умовах основного обміну становить 1600 – 1800 Дж.

Механізм терморегуляції у дрібних тварин в певній мірі залежить від судинних пристосувальних реакцій. Привисокій температурі навколишнього середовища тепловіддача відбувається шляхом випаровування поту з поверхні тіла, а у деяких тварин (наприклад, у собаки) – випаровування води із рота. Кількість виділеного тепла залежить від кількості випаровуваної води. Зміна інтенсивності кровообігу у судинах шкіри представляє собою найважливішу регулюючу дію у системі регуляції.

Збереження тепла в організмі забезпечується звуженням поверхневих кровоносних судин і звуженням волосяних ділянок шкіри. Інтенсивність метаболізму і зв’язана з ним температура зростають за рахунок м’язової роботи.

Загальна блок – схема системи терморегуляції

Нерв холодний центр

тепловий рецептор

потік тепла

Дихання

серцевинне хмаринки

тепло тепла

Система регуляції температури забезпечує безперервність температури внутрішніх органів тіла при термічних діях.

Якщо температура крові піднімається, то після пере обробки аферентної імпульсації від терморецепторів в центрах терморегуляції виникає ряд команд, які мають ціль сконцентрувати вплив супротивляючого сигналу. В результаті цих дій, відбувається розширення кровоносних судин шкіри, посилюється потовиділення і знижується теплопродукція. При зниженні температури крові виникають дії супротивного характеру: судини звужуються, тепловіддача знижується, разом з тим підвищується теплопродуктивність. При охолодженні організму ззовні збуджуються рецептори шкіри – холодові рецептори, у результаті чого виникає звуження кровоносних судин і одночасне збільшення теплопродукції. При зовнішньому нагріванні тіла з допомогою теплових рецепторів шкіри рефлекторно наступає розширення кровоносних судин і посилене потовиділення. Розміщення терморецепторів на зовнішньому шкіряному покриві забезпечує введення у регулятор попереджувального “сигналу по незгоді”. В результаті механізм регуляції приводиться в дію до початку зміни температури тіла. При цьому несподіване охолодження приводить до підвищення температури замість очікуваного ефекту охолодження тіла організму.

Підвищення температури під час м’язевої діяльності при захворюваннях різного роду не значить, що система терморегуляції вийшла з ладу в результаті перевищення допустимого діапазону величин, вона відображає перебудову системи регуляції на підтримання підвищеного заданого параметру. Спочатку захворювання запального характеру виникають симптоми пониження температури навколишнього середовища. В результаті наступає посилення теплоутворення і зменшення тепловіддачі, температура тіла підвищується , порушується тепловий баланс.

Параліч центра теплорегуляції має місце при штучній гіпотермії , яка застосовується у медицині для штучного пониження температури тіла нижче від норми. Відмінність цієї дії від стану зимової сплячки заключається в тому, що у тварин, які впадають у зимову сплячку, система терморегуляції не перестає діяти , а перебудовується на підтримку дуже низького значення температури.

Регуляція температури тіла відбувається головним чином вегетативною нервовою системою. Рефлекторна дуга терморегуляції забезпечує ефективну імпульсацію від термочутливих рецепторних утворів на поверхні шкіри, переробку сигналів в центрах терморегуляції, які локалізуються у проміжному мозку.

Функцію центрального регулятора в системі терморегуляції виконує гіпоталамус з двома центрами:

– центром теплоутворення;

– центром тепловіддачі.

Гіпоталамус виконує нервову регуляцію функцій потових залоз, вихідний сигнал регулює інтенсивність потовиділення. В центрі тепловіддачі використовується інформація від внутрішніх терморецепторів, тут же і генеруються сигнали, які керують тепловіддачею.

Основним механізмом збільшення тепловіддачі являється потовиділення. Збільшення тепловіддачі наступає при розширенні судин, яке приводить до підвищення температури шкіри. Центр теплоутворення генерує сигнали, які управляють обміном у м’язах, використовуючи інформацію, отриману від поверхневих шкірних і внутрішніх центральних терморецепторів.