Механизм образования мочи

Физиологические основы составления пищевых рационов

Качественный и количественный состав пищевых рационов должен обеспечивать потребность организма в веществах, из которых в его клетках и тканях могут синтезироваться собственные структуры, необходимые для процессов жизнедеятельности, приспособительных и защитных реакций.
Исходным материалом для создания живой ткани и её постоянного обновления, а также единственным источником энергии для человека и животных являются органические и неорганические вещества, поступающие в организм вместе с пищей.

Пища – сложная смесь органических и неорганических веществ, получаемых организмом из окружающей среды и используемых для построения и возобновления тканей, поддержания жизнедеятельности и восполнения расходуемой энергии.

Энергетический эквивалент пищи

Как биологическая особь человек относится к гетеротрофам, которые получают энергию, потребляя животную и растительную пищу. Она содержит готовые питательные вещества – белки, жиры, углеводы, минеральные элементы, воду и витамины. Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от количества промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорели ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов.

Запас энергии в пище определяется в калориметрической бомбе – замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым кислородом (О₂) и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.
При окислении:

1. 1 г углеводов выделяется 17,17 кДж (4,1 ккал);

2. 1 г жира выделяется 38,96 кДж (9,3 ккал);

3. 1 г белка выделяется 22,61 кДж (5,4 ккал).

Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме. При сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а при окислении в организме – 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины. Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме.

Для поддержания процессов жизнедеятельности, приспособительных и защитных реакций питание должно обеспечивать не только энергетические, но и пластические потребности организма.

С пищей организм получает вещества, необходимые для биосинтеза, обновления биологических структур. Энергия поступающих в организм питательных веществ преобразуется и используется для синтеза компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения механической, химической, осмотической и электрической работы. Биологическая и энергетическая ценность пищевых продуктов определяется содержанием в них питательных веществ: белков, жиров, углеводов, минеральных солей, органических кислот, воды, ароматических и вкусовых веществ. Важное значение имеют такие свойства питательных веществ, как их перевариваемость и усвояемость. Потребность организма в пластических веществах может быть удовлетворена тем минимальным уровнем их потребления с пищей, который будет уравновешивать потери структурных белков, липидов и углеводов при поддержании энергетического баланса. Эти потребности индивидуальны и зависят от таких факторов, как возраст человека, состояние здоровья, интенсивность и виды труда.

94 Энергетический обмен организма. Рабочий обмен, методы исследования.

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Растения аккумулируют солнечную энергию в органических веществах при фотосинтезе. В процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и энергия химических связей освобождается. Частично она рассеивается в виде тепла, а частично запасается в молекулах АТФ. У животных энергетический обмен протекает в три этапа.

Первый этап — подготовительный.Пища поступает в организм животных и человека в виде сложных высокомолекулярных соединений. Прежде чем поступить в клетки и ткани, эти вещества должны разрушиться до низкомолекулярных, более доступных для клеточного усвоения веществ.

На первом этапе происходит гидролитическое расщепление органических веществ, идущее при участии воды. Оно протекает под действием ферментов в пищеварительном тракте многоклеточных животных, в пищеварительных вакуолях одноклеточных, а на клеточном уровне — в лизосомах.

Реакции подготовительного этапа:

белки + Н₂0 -> аминокислоты + Q;

жиры + Н₂0 -> глицерин + высшие жирные кислоты + Q;

полисахариды -> глюкоза + Q.

У млекопитающих и человека белки расщепляются до аминокислот в желудке и в двенадцатиперстной кишке под действием ферментов — пептидгидролаз (пепсина, трипсина, хемотрипсина). Расщепление полисахаридов начинается в ротовой полости под действием фермента птиалина, а далее продолжается в двенадцатиперстной кишке под действием амилазы. Там же расщепляются и жиры под действием липазы. Вся энергия, выделяющаяся при этом, рассеивается в виде тепла.

Образующиеся низкомолекулярные вещества поступают в кровь и доставляются ко всем органам и клеткам. В клетках они поступают в лизосому или непосредственно в цитоплазму. Если расщепление происходит на клеточном уровне в лизосомах, то вещество сразу же поступает в цитоплазму. На этом этапе происходит подготовка веществ к внутриклеточному расщеплению.

Второй этап— бескислородное окисление.Второй этап осуществляется на клеточном уровне при отсутствии кислорода. Он протекает в цитоплазме клетки. Рассмотрим расщепление глюкозы, как одного из ключевых веществ обмена в клетке. Все остальные органические вещества (жирные кислоты, глицерин, аминокислоты) на разных этапах втягиваются в процессы ее превращения.

Бескислородное расщепление глюкозы называется гликолизом. Глюкоза претерпевает ряд последовательных превращений (рис. 16). Вначале она преобразуется во фруктозу, фосфорилируется — активируется двумя молекулами АТФ и превращается во фруктозо-дифосфат. Далее молекула шестиатомного углевода распадается на два трехуглеродных соединения — две молекулы глицерофосфата (триозы). После ряда реакций они окисляются, теряя по два атома водорода, и превращаются в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). В результате этих реакций синтезируются четыре молекулы АТФ. Так как первоначально на активацию глюкозы было затрачено две молекулы АТФ, то общий итог составляет 2АТФ. Таким образом, выделяющаяся при расщеплении глюкозы энергия частично запасается в двух молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Четыре атома водорода, которые были сняты при окислении глицерофосфата, соединяются с переносчиком водорода НАД⁺ (никотинамид-динуклеотидфосфат). Это такой же переносчик водорода, как и НАДФ⁺, но участвует в реакциях энергетического обмена.

93 Основной обмен, факторы, его определяющие.

В организме интенсивность обменных процессов в разных условиях существования во многих органах находится на уровне, который отличается от состояния готовности. Так, в дыхательных мышцах, сердце, печени, почках, ЦНС, эндокринных железах процессы обмена всегда должны превышать уровень, необходимый для самоподдержания их структур. Эти органы выполняют работу даже в условиях абсолютного покоя, поскольку от их функций зависит жизнеспособность организма. Поэтому указанные органы постоянно находятся в активном состоянии. Другие органы (скелетные мышцы, органы пищеварения) в течение более или менее длительного времени могут быть в состоянии готовности без особого вреда для организма. Суммарная интенсивность обменных процессов, определенная в условиях покоя, характеризует так называемый основной обмен.
Для определения уровня основного обмена необходимо соблюдать следующие условия: исследование проводить утром натощак в состоянии физического и психического покоя, в положении лежа, в условиях температурного комфорта (25-26 ° С). При этом учитываются те основные факторы, которые могут влиять на интенсивность обменных процессов.
Даже при строгом соблюдении условий определения основного обмена показатели его отличаются у разных людей. Прежде всего это обусловлено разницей по возрасту, роста, массы тела, пола, а также активности механизмов регуляции обмена веществ. За основу может быть взята величина, равная 1 ккал / (кг • ч), или 42 кДж / (кг • ч).
Около 50% основного обмена приходится на энергопотребление печенью и скелетными мышцами. Во время сна при минимальном тонусе скелетных мышц обмен веществ становится ниже уровня основного обмена. При голодании, когда функциональная активность печени снижена, основной обмен также уменьшается.
Интенсивность основного обмена в течение суток колеблется? утром он постепенно повышается, а в ночное время снижается.
В связи с различной массой тела лучше определить удельную величину основного обмена на 1 кг массы тела. Было отмечено, что не только люди, но и животные находятся гораздо ближе друг к другу по Энергообразование в пересчете на единицу массы тела, а на единицу его поверхности. Предложено правило, согласно которому уровень обменных процессов пропорциональна поверхности тела, то есть той части, в которой происходит теплоотдача.
При некоторых заболеваниях, особенно обусловленных нарушением функции щитовидной железы, уровень основного обмена меняется. При гиперфункции он повышается, а при гипофункции - понижается

Факторы влияющие на величину основного обмена:

• возраст;
• рост;
• масса тела;
• пол человека.

Самый интенсивный основной обмен отмечается у детей (у новорожденных – 53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни – 42 ккал/кг в сутки).
Средние величины основного обмена у взрослых здоровых мужчин составляют 1300–1600 ккал/сут, у женщин эти величины на 10% ниже. Это связано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела.
С возрастом величина основного обмена неуклонно снижается. Средняя величина основного обмена у здорового человека приблизительно 1 ккал/(кг×ч).

92. Механизм образования первичной и вторичной мочи, участие в них процессов фильтрации, реабсорбции, секреции и экскреции.Нервно-гуморальные механизмы регуляции мочеобразования.

Механизм образования мочи

В почках человека насчитывается 1,2 млн нефронов. Нефрон состоит из нескольких частей, различающихся морфологически и функционально: клубочка (гломерула), проксимального ка­нальца, петли Генле, дистального канальца и собирательной трубочки. Ежесуточно гломерулы фильтруют 180 л приносимой плазмой крови. В клубочках происходит ультрафильтрация плазмы крови, в результате чего образуется первичная моча.

В первичную мочу поступают молекулы с молекулярной массой до 60000 Да, т.е. белка в ней практически нет. О фильтрационной способности почек судят на основании величины кли­ренса (очищения) того и иного соединения — количеству мл плазмы, способной полностью осво­бодится от данного вещества при прохождении его через почку (подробнее в курсе физиологии).

Почечные канальцы осуществляют резорбцию и секрецию веществ. Эта функция для разных соединений различна и зависит от каждого отрезка канальца.

В проксимальных канальцах в результате всасывания воды и растворённых в ней ионов Na+, К+, Cl^- HCO₃^-. начинается концентрация первичной мочи. Всасывание воды происходит пассивно вслед за активно транспортируемым натрием. Клетки проксимальных канальцев реабсорбируют также из первичной мочи глюкозу, аминокислоты, витамины.

В дистальных канальцах происходит дополнительная реабсорбция Na+. Всасывание воды здесь происходит независимо от ионов натрия. В просвет канальцев секретируются ионы К+, NH4+, H+ (заметим, что К+, в отличие от Na+, может не только реабсорбироваться, но и секретиро-ваться). В процессе секреции калий из межклеточной жидкости поступает через базальную плаз­матическую мембрану в клетку канальца за счёт работы «К⁺-№⁺-насоса», а затем пассивно, путём диффузии, выделяется в просвет канальца нефрона через апикальную клеточную мембрану.

В медуллярном отрезке собирательных трубочек идёт окончательное концентрирование мочи. Лишь 1% жидкости, профильтрованной почками, превращается в мочу. В собирательных трубочках вода реабсорбируется через встроенные аквопорины II (водные транспортные каналы) под действием вазопрессина. Ежесуточное количество конечной (или вторичной) мочи, обладаю­щей многократно более высокой осмотической активностью, чем первичная, составляет в среднем 1,5 л.

91 Почка, особенности строения и кровоснабжения

Почки являются основным органом выделения. Они выполняют в организме много функций. Одни из них прямо или косвенно связаны с процессами выделения, другие - не имеют такой связи.

Выделительная, или экскреторная, функция. Почки удаляет из организма избыток воды, неорганических и органических веществ, продукты азотистого обмена и чужеродные вещества: мочевину, мочевую кислоту, креатинин, аммиак, лекарственные препараты.
Регуляция водного баланса и соответственно объема крови, вне- и внутриклеточной жидкости (волюморегуляция) за счет изменения объема выводимой с мочой воды.
Регуляция постоянства осмотического давления жидкостей внутренней среды путем изменения количества выводимых осмотически активных веществ: солей, мочевины, глюкозы (осморегуляция).
Регуляция ионного состава жидкостей внутренней среды и ионного баланса организма путем избирательного изменения экскреции ионов с мочой (ионная регуляция).
Регуляция кислотно-основного состояния путем экскреции водородных ионов, нелетучих кислот и оснований.
Образование и выделение в кровоток физиологически активных веществ: ренина, эритропоэтина, активной формы витамина D, простагландинов, брадикининов, урокиназы (инкреторная функция).
Регуляция уровня артериального давления путем внутренней секреции ренина, веществ депрессорного действия, экскреции натрия и воды, изменения объема циркулирующей крови.
Регуляция эритропоэза путем внутренней секреции гуморального регулятора эритрона - эритропоэтина.
Регуляция гемостаза путем образования гуморальных регуляторов свертывания крови и фибринолиза - урокиназы, тромбопластина, тромбоксана, а также участия в обмене физиологического антикоагулянта гепарина.
Участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функция).
Защитная функция: удаление из внутренней среды организма чужеродных, часто токсических веществ.
Следует учитывать, что при различных патологических состояниях выделение лекарств через почки иногда существенно нарушается, что может приводить к значительным изменениям переносимости фармакологических препаратов, вызывая серьезные побочные эффекты вплоть до отравлений.

Строение нефрона

Основной структурно-функциональной единицей почки является нефрон, в котором происходит образование мочи. В зрелой почке человека содержится около 1 - 1,3 мл нефронов.
Нефрон состоит из нескольких последовательно соединенных отделов (рис.1)

Начинается нефрон с почечного (мальпигиева) тельца, которое содержит клубочек кровеносных капилляров. Снаружи клубочки покрыты двухслойной капсулой Шумлянского - Боумена.

Внутренняя поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками. Наружный, или париетальный, листок капсулы состоит из базальной мембраны, покрытой кубическими эпителиальными клетками, переходящими в эпителий канальцев. Между двумя листками капсулы, расположенными в виде чаши, имеется щель или полость капсулы, переходящая в просвет проксимального отдела канальцев.
Проксимальный отдел канальцев начинается извитой частью, которая переходит в прямую часть канальца. Клетки проксимального отдела имеют щеточную каемку из микроворсинок, обращенных в просвет канальца.

Затем следует тонкая нисходящая часть петли Генле,
стенка которой покрыта плоскими эпителиальными клетками. Нисходящий отдел петли опускается в мозговое вещество почки, поворачивает на 180° и переходит в восходящую часть петли нефрона.
Дистальный отдел канальцев состоит из восходящей части петли Генле и может иметь тонкую и всегда включает толстую восходящую часть. Этот отдел поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где начинается дистальный извитой каналец.

Схема строения нефрона (по Смиту):

1 - клубочек; 2 - проксимальный извитой каналец; 3 - нисходящая часть петли нефрона; 4 - восходящая часть петли нефрона; 5 - дистальный извитой каналец; б - собирательная трубка. В кружочках дана схема строения эпителия в различных частях нефрона

Этот отдел канальца располагается в коре почки и обязательно соприкасается с полюсом клубочка между приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна.

Дистальные извитые канальцы через короткий связующий отдел впадают в коре почек в собирательные трубочки. Собирательные трубочки опускаются из коркового вещества почки в глубь мозгового вещества, сливаются в выводные протоки и открываются в полости почечной лоханки. Почечные лоханки открываются в мочеточники, которые впадают в мочевой пузырь.
По особенностям локализации клубочков в коре почек, строения канальцев и особенностям кровоснабжения различают 3 типа нефронов: суперфициальные (поверхностные), интракортикальные и юкстамедуллярные.

Кровоснабжение почек

Отличительной особенностью кровоснабжения почек является то, что кровь используется не только для трофики органа, но и для образования мочи. Почки получают кровь из коротких почечных артерий, которые отходят от брюшного отдела аорты. В почке артерия делится на большое количество мелких сосудов-артериол, приносящих кровь к клубочку. Приносящая (афферентная) артериола входит в клубочек и распадается на капилляры, которые, сливаясь, образуют выносящую (эфферентную) артериолу. Диаметр приносящей артериолы почти в 2 раза больше, чем выносящей, что создает условия для поддержания необходимого артериального давления (70 мм рт.ст.) в клубочке. Мышечная стенка у приносящей артериолы выражена лучше, чем у выносящей. Это дает возможность регуляции просвета приносящей артериолы. Выносящая артериола вновь распадается на сеть капилляров вокруг проксимальных и дистальных канальцев. Артериальные капилляры переходят в венозные, которые, сливаясь в вены, отдают кровь в нижнюю полую вену. Капилляры клубочков выполняют только функцию мочеобразования. Особенностью кровоснабжения юкстамедуллярного нефрона является то, что эфферентная артериола не распадается на околоканальцевую капиллярную сеть, а образует прямые сосуды, которые вместе с петлей Генле спускаются в мозговое вещество почки и участвуют в осмотическом концентрировании мочи.
Через сосуды почки в 1 мин проходит около 1/4 объема крови, выбрасываемого сердцем в аорту. Почечный кровоток условно делят на корковый и мозговой. Максимальная скорость кровотока приходится на корковое вещество (область, содержащую клубочки и проксимальные канальцы) и составляет 4-5 мл/мин на 1 г ткани,
что является самым высоким уровнем органного кровотока. Благодаря особенностям кровоснабжения почки давление крови в капиллярах сосудистого клубочка выше, чем в капиллярах других областей тела, что необходимо для поддержания нормального уровня клубочковой фильтрации. Процесс мочеобразования требует создания постоянных условий кровотока. Это обеспечивается механизмами ауторегуляции. При повышении давления в приносящей артериоле ее гладкие мышцы сокращаются, уменьшается количество поступающей крови в капилляры и происходит снижение в них давления. При падении системного давления приносящие артериолы, напротив, расширяются. Клубочковые капилляры также чувствительны к ангиотензину II, простагландинам, брадикининам, вазопрессину. Благодаря указанным механизмам кровоток в почках остается постоянным при изменении системного артериального давления в пределах 100-150 мм рт. ст. Однако при ряде стрессовых ситуаций (кровопотеря, эмоциональный стресс и т.д.) кровоток в почках может уменьшаться.

НЕФРОН

(от греч. nephros — почка), основная структурно-функц. единица почек позвоночных. Совокупность Н. (у человека в обеих почках их ок. 2 млн.) обеспечивает мочеобразование и др. функции почек. Различают бесклубочковые Н. (у нек-рых рыб), состоящие из клеток одного типа, и клубочковые (у др. позвоночных), состоящие из клеток, специализир. для выполнения осн. процессов мочеобразования — фильтрации, реабсорбции и секреции. У зародышей в состав Н. входят нефростомы. У всех позвоночных Н. имеет проксимальный сегмент и у большинства (кроме неск. видов костистых рыб) — дистальный. У птиц и млекопитающих в связи с формированием мозгового вещества почек имеется новая структура Н.— петля Генле. Клубочковый Н. начинается боуменовой капсулой, покрывающей сосудистый клубочек, вместе с к-рым она составляет мальпигиево тельце. Далее он продолжается различающимися по структуре и функции канальцами, обеспечивающими образование и продвижение мочи, изливающейся по собират. трубкам в систему выводных протоков и далее в почечную лоханку. Эпителий париетального листка капсулы переходит в шейку Н., снабжённую у низших позвоночных ресничками. У высших позвоночных эпителий капсулы обычно переходит в проксимальный каналец (гл. отдел Н.), состоящий из 2—3 частей; его отличит. особенность — наличие щёточной каёмки, клетки богаты пиноцитозными вакуолями, митохондриями, в них хорошо развит аппарат Гольджи. Следующий отдел Н.— соединительный (у пойкилотермных позвоночных) или петля Генле (у гомойотермных позвоночных). Соединит, каналец и тонкий, изгибающийся на 180°, отдел петли образованы плоскими клетками с небольшим кол-вом органоидов. Дистальный сегмент Н. включает у птиц и млекопитающих толстый восходящий отдел петли Генле, дистальный извитой каналец и связующий отдел; у пойкилотермных позвоночных (при отсутствии петли Генле) в его состав входят только два последних канальца. Особенность клеток дистального сегмента — наличие в них многочисл. митохондрий и выраженная складчатость мембраны основания. Связующие отделы неск. Н. соединяются с собират. трубкой. Каждый отдел Н. имеет отличающиеся от др. отделов ультраструктуру и функцию, неодинакова и их роль в процессе мочеобра-зования. В любой клетке Н. функционально и биохимически отличаются свойства плазматич. мембран, обращенных в просвет Н. и в сторону межклеточного вещества. Зоны клеточных контактов в разных отделах Н. также обладают неодинаковыми свойствами, что весьма существенно для мочеобразования. Так, зона плотного контакта в проксимальном сегменте у млекопитающих хорошо проницаема для воды и ряда электролитов, в дистальном сегменте эта зона почти непроницаема для этих веществ. При действии антидиуретич. гормона увеличивается кол-во и агрегация частиц в лю-минальной плазматич. мембране, возрастает расстояние между клетками собират. трубок и повышается реабсорбция воды.

90 Выделение, его значение, участие в нем различных органов, значение потовых желез.