ОБМЯНА НА ВЕЩЕСТВАТА

Обмяната на веществата (метаболизмът) представлява едно от основните свойства на живата материя. Тя включва сложни биохимични реакции, свързани с:

• усвояване на приетите отвън разнообразни хранителни вещества, изграждане на нови тъкани и възстановяване на съществуващите - процес на асимилация (анаболизъм);

• разграждане на сложните вещества и превръщането им в по-прости, съпроводено с освобождаване на енергия - процес на дисимилация (катаболизъм). Тази енергия е необходима за осъществяване на физиологичните процеси както в покой, така и при извършване на някаква дейност. 

С други думи, асимилацията и дисимилацията са две страни на един и същи процес, осигуряващ възможността живата материя да се самообновява. И тъй като те са свързани съответно с поглъщане или освобождаване на енергия, се говори за обмяна на веществата и енергията. 

Обмяната на веществата и енергията се регулира по нервен и по хуморален път - чрез еферентни импулси, идващи от нервни центрове, разположени в различни структури на ЦНС и чрез жлезите с вътрешна секреция - хипофиза, щитовидна, надбъбречни и полови. Тя може да се повлиява и условнорефлекторно. 

Физическите натоварвания, в зависимост от тяхната продължителност и интензивност, както и от вида на упражнявания спорт, влияят в различна степен върху обмяна на веществата и енергията, която е важно звено в поддържането на процесите на хомеостаза. 

Хранителните органични вещества, които снабдяват организма както с пластичен (строителен), така и с енергиен материал, са белтъци, въглехидрати и мазнини. Необходими са още вода, минерални соли, различни микроелементи и витамини. 

ОБМЯНА НА БЕЛТЪЦИТЕ

Белтъците (протеини) са съставени от аминокиселини. Тяхната функция е двояка:

• пластична - клетките и тъканите на организма са изградени предимно от тях; те влизат в състава на скелетните мускули, на различните хормони и ензими, на хемоглобина и плазмата на кръвта, на антителата и др.;

• енергетична - при окисляване на 1 g белтъци в организма се освобождават 16,7 kJ (4,0 kcal). 

Белтъците се приемат чрез хранителните продукти от животински и растителен произход. По-богати на белтъци, съдържащи необходимите аминокиселини, са храните от животински произход: месо, риба, яйца, мляко и млечни продукти. По-бедни на белтъци са хлябът и картофите, а най-ниско е тяхното съдържание в растителните храни - зеленчуци и плодове. 

Белтъците са два вида:

• пълноценни белтъци, съдържащи всички необходими за организма аминокиселини;

• непълноценни белтъци, съставени само от някои от нужните (незаменими) аминокиселини. 

Организмът е в състояние да синтезира някои от аминокиселините или да ги замени с други. Съществуват обаче 8 аминокиселини - т.нар. незаменими (валин, лизин, левцин, изолевцин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин), които той не е в състояние да синтезира и затова трябва да бъдат доставяни чрез храната. Липсата им води до смущения в обмяната на веществата, респ. в развитието на индивида. 

Нуждата от белтъци за възрастния индивид е около 100 g за денонощие (1 - 1,5 g/kg телесна маса). За белтъчен минимум се приемат 1 g/kg телесна маса, а за белтъчен оптимум - около 120 g дневно. При физически натоварвания се изискват до 2-2,5 g/kg телесна маса. Особено важно е да се осигури достатъчно количество белтъци на подрастващи и спортуващи деца. 

Достигнали до червата, белтъците се разграждат до аминокиселини, които чрез кръвта се транспортират до черния дроб. В него се извършва превръщане на една аминокиселина в други (трансаминиране). Образуват се собствени белтъци и ензими със специфичен състав на аминокиселините. Част от аминокиселините от черния дроб се пренасят чрез кръвта до всички клетки и тъкани и участват във формирането на клетъчните аминокиселини, както и в синтезирането на тъканните белтъци и ензими. 

При разграждане на белтъците до аминокиселини се наблюдава и т.нар. дезаминиране (отделяне на аминната група) на аминокиселините, при което безазотният остатък може да се окисли до Н2О и СО2 или (при излишък) да се превърне във въглехидрати (гликоген) или мазнини (мастни киселини). Приема се, че обратният процес - превръщане на мазнини и въглехидрати в белтъци - не е осъществим. 

Крайните продукти при разграждането на белтъците, освен Н2О и СО2, са и азотсъдържащите вещества: амоняк (който в черния дроб се превръща в урея, отделяща се чрез урината), креатин, креатинин и др. Те се отстраняват предимно чрез урината и в по-малка степен чрез потта и сумарно се определят като остатъчен азот. За 24 часа средно се отделя около 15g азот. 

Азотен баланс

Тъй като белтъчните храни съдържат азот то по неговото количество се съди и за белтъчната обмяна на организма. Азотен баланс е съотношение между количество на приетия с белтъчната храна азот и това на отделения от организма. Ако с храната се приема азот в по-голямо количество, отколкото се отделя настъпва положителен азотен баланс. Той се наблюдава при подрастващи, при занимаващи се със спорт и води до хипертрофия на мускулите (щангисти, боксьори, борци, гимнастици), както и до възстановяване след боледуване (настъпват интензивни градивни процеси). Ако обаче отделеният азот е повече от приетия, настъпва т.нар. отрицателен азотен баланс, установен при гладуващи хора, както и при някои заболявания. Когато приетият азот е равен на отделения, се говори за азотно равновесие. 

Регулация на белтъчната обмяна

Регулацията на белтъците се извършва по нервен и хуморален път:

• нервната регулация е свързана с хипоталамуса, в който се намират центрове, чието активиране води до усилено разграждане на белтъци и съответно до появата на азот в урината;

• хуморалната регулация се осъществява от хормоните на хипофизата, щитовидната жлеза и половите жлези, които усилват белтъчния синтез, а също и от хормоните на надбъбречните жлези - глюкокортикоидите, които обратно - способстват за разграждането на белтъците до гликоген. 

ОБМЯНА НА ВЪГЛЕХИДРАТИТЕ

Въглехидратите са изградени от въглерод, водород и кислород. Те са три основни вида: монозахариди (глюкоза, фруктоза и др.), дизахариди (захароза и др.) и полизахариди (гликоген, скорбяла, глюкозаминогликани и др.). 

Въглехидратите влизат в състава на клетъчната протоплазма, участват в образуването на нови клетки; включват се в еластичната тъкан на хрущялите, в секрета на жлезите и на слизестите повърхности, както и в състава на слюнката. 

Основна функция на въглехидратите е енергийна. При окисляването на въглехидрати в организма се отделят 16,7 kJ (4,1 kcal) при което се използва значително по-малко кислород отколкото за разграждане на същото количество мазнини и белтъци. Този факт е особено важен по време на физически натоварвания, при които нуждата от кислород е голяма и той е недостатъчен. 

Основен източник на въглехидрати е храната от растителен произход - плодовите доставят глюкоза, фруктоза и захароза, а картофите и зърнестите храни - предимно скорбяла. Сравнително малко въглехидрати се приемат с хранителните вещества от животински произход. 

Освен чрез храната, внесена отвън, значително количество въглехидрати се синтезира и от продукти, получени при разграждането на аминокиселини и мазнини. 

Нуждата от въглехидрати за 24 часа е като големият дял от тях се приема под формата на глюкоза, захароза и скорбяла. 

След разграждане на въглехидратите в червата предимно - глюкоза, малка част от нея се отнася чрез кръвта директно до всички тъкани в организма. 

Голяма част от приетата глюкоза обаче достига до черния дроб и мускулите. В черния дроб от нея се синтезира гликоген под влияние на хормона инсулин (отделящ се от задстомашната жлеза). Гликогенът се натрупва в черния дроб в количество около 90 - 120 g. Ако концентрацията на глюкозата в кръвта се понижи под нормални стойности, се наблюдава увеличаване на отделянето на хормоните глюкагон (от задстомашната жлеза) и адреналин (от надбъбречните жлези), при което се усилва разграждането на гликогена до глюкоза. Следователно, от една страна инсулинът, а от друга - глюкагонът и адреналинът, упражняват антагонистично влияние и по този начин поддържат сравнително постоянно нивото на глюкозата в кръвта. 

Част от глюкозата, попаднала в мускулите, също се синтезира до гликоген. 

Общият запас от гликоген в организма е около 350 g. Най-голямо е съдържанието му в черния дроб (около 8% от чернодробната маса) и в скелетните мускули (не повече от 2% от масата им). 

Налице е непрекъсната обмяна на глюкоза между кръвта, черния дроб, мускулите и останалите органи. 

Нормалната стойност на глюкоза в кръвта е 3,5 - 5,5 mmol/l (60 - 100 mg%). При недостатъчен прием на въглехидрати и при продължителна физическа работа количеството на глюкозата в кръвта може да спадне значително под нормата. Настъпва състояние на хипогликемия, което се изразява в чувство на глад, мускулна слабост, причерняване пред очите, смущения в зрението, нарушения във функциите на нервната система и др. При понижаване на нивото на глюкозата под 3,33 - 2,22 mmol/l (60 - 40 mg%) може да се получи хипогликемичен шок със загуба на съзнанието и гърчове. Обратно - повишаването на глюкозата в кръвта над 6,6 mmol/l (120 mg%) предизвиква състояние на хипергликемия. Ако тя е по-продължителна, се получава дехидратация на клетките със съответните неблагоприятни последствия. Обикновено по-често се получават временни хипергликемии, които не нанасят поражения върху нервната система и не са така опасни както хипогликемиите. След обилно приемане на въглехидрати (150 - 200 g захар) черният дроб не е в състояние да превърне достатъчно бързо глюкозата в гликоген и се получава хранителна (алиментарна) хипергликемия. Тогава излишъкът от глюкоза се отделя от кръвта чрез бъбреците в урината и се получава глюкозурия. 

Разграждането на въглехидратите (гликолизата) се извършва по анаеробен и аеробен път. При анаеробното разграждане се образува млечна киселина, от която в черния дроб се синтезира отново гликоген. При това се освобождава около 712 J (170 cal) от 1 g глюкоза. При аеробното разграждане глюкозата достига до крайните продукти - H2О и СО2, като от всеки грам глюкоза се освобождава по-голямо количество енергия - 4000 cal. 

Регулация на въглехидратната обмяна

Нервната регулация на обмяната на въглехидратите се осъществява от нервни центрове, разположени в продълговатия мозък (убождане в дъното на IV мозъчно стомахче - т.нар. "захарно убождане" на Клод Бернар, предизвиква хипергликемия и глюкозурия) и в междинния мозък (хипоталамуса). Наблюдавани са и условнорефлекторни промени във въглехидратната обмяна при емоционални състояния: по време на изпит, преди отговорни състезания и др. 

Хуморалната регулация на обмяната на въглехидратите е свързана с действието на хормоните на надбъбречните жлези и задстомашната жлеза (панкреаса). Адреналинът, отделян от сърцевината на надбъбречните жлези и глюкагонът, отделян от островната част на панкреаса, усилват гликогенолизата (разграждането на глюкоза) в черния дроб и в мускулите и увеличават концентрацията на глюкоза в кръвта. Другият хормон на панкреаса - инсулинът, има противоположно действие - той активира синтеза на гликоген в чернодробните клетки и способства за натрупването му. Понижаване на количеството инсулин причинява т.нар. захарна болест (диабет) с появата на хипергликемия и глюкозурия. 

Във въглехидратната регулация участват още глюкокортикидите - хормони на надбъбречните жлези, соматотропният хормон на хипофизата и тироксинът на щитовидната жлеза, които имат адреналиноподобно действие. 

ОБМЯНА НА ЛИПИДИТЕ

Към групата на липидите спадат:

• свободни мастни киселини;

• триацилглицероли (триглицериди, мазнини);

• фосфолипиди (лецитин, кефалин и др.);

• стероли (свободен и естерифициран холестерол). 

Липидите осъществяват двояка функция - пластична и енергетична. 

Като пластичен материал липидите влизат в състава на обвивката на клетката, на протоплазмата и на ядрото. При излишък те се натрупват в мастните клетки под кожата, около бъбреците, в черния дроб, в мускулите и в други органи. Подкожните мазнини са лош проводник на топлината и предпазват организма от изстудяване. Освен това, когато са в умерено количество, те поддържат органите в коремната кухина в определено (фиксирано) положение, предпазват нерви, кръвоносни съдове и вътрешни органи от притискане и травми. Разтварят и някои витамини (но самите те са неразтворими) и възпрепятстват изсъхването на кожата, тъй като се съдържат в секрета на потните жлези. 

Липидите се използват и като източник на енергия - при окисляване на 1 g мазнини в организма се освобождават 37,6 kJ - 9,0 kсаl, но разграждането им е свързано с нуждата от повече кислород в сравнение с този на белтъци и особено на въглехидрати. Затова мазнините се използват като енергиен източник при по-продължителни физически натоварвания (когато са намалели въглехидратните резерви) и при ниска околна температура.

Обмяната на липидите е свързана с тази на въглехидратите и белтъците. При излишък на белтъци и особено на въглехидрати, те се превръщат в мазнини, които се натрупват в органите и в мастните депа на организма. 

Мазнините в организма нормално са 10 - 12% от телесната маса. При затлъстяване обаче могат да достигнат до 40 - 50%. 

Липидите се намират предимно в животинските продукти - месо, мляко и млечни произведения, риба, яйца и др., а също и в ядковите растения (орехи, фъстъци и др.). В зависимост от количеството им те могат да бъдат видими (масло, мас) или скрити (месо, колбаси). Изключването им от храната предизвиква тежки разстройства в обмяната на организма, особено ако липсват незаменимите мастни киселини (линолева, линоленова, арахидонова и др.), които той не е в състояние да синтезира.

Дневно са необходими около 70-100 g мазнини. 

Постъпвайки в храносмилателната система, мазнините се разграждат до глицерол и мастни киселини, като при това се освобождава и съответно количество енергия. По-голямата част от разградените мазнини постъпват в лимфните съдове и чрез тях в кръвта а по-малка - непосредствено в кръвта. Щом достигнат до клетките на мастните депа, от тях се синтезират характерните за всеки орган и тъкан мазнини. По-нататъшното разграждане на мастните киселини минава през междинни продукти, за да се получи накрая Н2О и СО2. 

В стената на чревния тракт и в черния дроб от глицерол, мастни киселини и активираната оцетна киселина се образуват фосфолипиди и стероли. Фосфолипидите са свързани с дейността на мозъка и мускулите. По време на физическа работа те се увеличават, а при настъпване на умора образуването им намалява. Стеролите се намират в организма най-често под формата на холестерол, образувал се предимно в черния дроб. Те са предшественици за синтеза на стероидните хормони. 

Регулация на липидната обмяна

Обмяната на липидите се регулира по два механизма: нервен и хуморален. 

Нервната регулация се осъществява чрез хипоталамуса. Активирането на ядра в предната му част предизвиква затлъстяване, а на ядра в задната му част - отслабване. Активирането на висшите центрове на симпатикуса в хипоталамуса усилва обмяната на мазнините, а на парасимпатикуса я потиска.

Хуморалната регулация се извършва чрез някои жлези с вътрешна секреция. Например хипофункцията на предния дял на хипофизата, на щитовидната жлеза и на половите жлези предизвиква усилено отлагане на мазнини в тъканите и напълняване. Инсулинът стимулира образуването на мазнини от въглехидрати, но намаляването и липсата му причиняват усилено разграждане на мазнини. 

От голямо значение е смущението в обмяната на стеролите, главно на холестерола - повишените му стойности над 5,7 mmol/l (220 mg%) могат да доведат до атеросклероза и други болестни промени.