تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة يشمل تنظيم تبادل الجسم للمواد والطاقة مع البيئة وتنظيم عملية التمثيل الغذائي في الجسم نفسه.

تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو تنظيم متعدد المعلمات يتضمن أنظمة تنظيمية للعديد من وظائف الجسم (على سبيل المثال، التنفس، الدورة الدموية، الإفراز، تبادل الحرارة، وما إلى ذلك).

يلعب دور المركز في تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة عن طريق منطقة ما تحت المهاد. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن منطقة ما تحت المهاد تحتوي على نوى ومراكز عصبية ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتنظيم الجوع والشبع والتبادل الحراري والتنظيم التناضحي. في منطقة ما تحت المهاد، تم تحديد الخلايا العصبية متعددة الحواس التي تستجيب مع التحولات في النشاط الوظيفي للتغيرات في تركيز الجلوكوز، أيونات الهيدروجين، ودرجة حرارة الجسم، والضغط الاسموزي، أي. أهم الثوابت الاستتبابية للبيئة الداخلية للجسم. في نوى منطقة ما تحت المهاد، يتم تحليل حالة البيئة الداخلية للجسم ويتم إنشاء إشارات التحكم، والتي من خلال الأنظمة الصادرة تتكيف مع مسار عملية التمثيل الغذائي لاحتياجات الجسم.

تحت التأثير المسيطر لمنطقة ما تحت المهاد، يقع نظام الغدد الصماء ويستخدم كنظام صادر لتنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة. الهرمونات من منطقة ما تحت المهاد والغدة النخامية والغدد الصماء الأخرى لها تأثير مباشر على نمو الخلايا وتكاثرها وتمايزها وتطورها ووظائفها الأخرى. تشارك الهرمونات في الحفاظ على المستوى المطلوب من المواد مثل الجلوكوز والأحماض الدهنية الحرة والأيونات المعدنية في الدم.

التبادل الحراري

يتم تحويل طاقة العناصر الغذائية المنطلقة في الجسم أثناء الأكسدة البيولوجية إلى حرارة، والتي تؤدي عند تراكمها في الأنسجة إلى زيادة درجة حرارة الجسم. يزداد معدل الأكسدة البيولوجية مع زيادة درجة الحرارة. كلما زادت كثافة عمليات التمثيل الغذائي، زاد توليد الحرارة في الجسم. لكن على الرغم من هذا الترابط بين العمليات الأيضية وتوليد الحرارة، إلا أنه لا يحدث تسارع ذاتي في عملية الأيض وارتفاع في درجة حرارة الجسم. ويفسر ذلك حقيقة أن الزيادة في درجة حرارة الجسم فوق مستوى درجة الحرارة المحيطة تكون مصحوبة بزيادة في نقل الحرارة، وبالتالي الحد من تأثير درجة الحرارة على عمليات التمثيل الغذائي.

تنقسم الكائنات الحية إلى كائنات حية متجانسة الحرارة (ذوات الدم الحار) ومتفاعلة الحرارة (ذوات الدم البارد) اعتمادًا على معدل العمليات الأيضية والقدرة على الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للجسم ومستوى النشاط في نطاق واسع من التغيرات في درجة حرارة البيئة.

تتميز الكائنات الحرارية (البشر والثدييات) بدرجة حرارة الجسم المحددة عند مستوى معين والقدرة على الحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة في حدود ± 2 درجة مئوية، على الرغم من التغيرات في درجة الحرارة الخارجية. وتتميز عن الكائنات الحية المتغيرة الحرارة، المتشابهة في الكتلة ودرجة حرارة الجسم، بمستوى أعلى عدة مرات من استقلاب الطاقة. تتميز الكائنات ذات الدم الحار بمستوى نشاط مستقل نسبيًا عن التغيرات في درجة حرارة البيئة. إن ذوات الحرارة المنزلية (البشر والحيوانات) هي أيضًا ماصة للحرارة، حيث يتم تحديد درجة حرارة الجسم من خلال شدة توليد الحرارة بسبب عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث داخل الجسم.

الكائنات الحية ذات الدم البارد (Poikilothermic) غير قادرة على الحفاظ على مستوى ثابت وثابت من درجة حرارة الجسم عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة. وتتميز بانخفاض مستوى استقلاب الطاقة مقارنة بالكائنات ذات الدم الدافئ. تعتمد شدة تحولات الطاقة ومستوى نشاط الكائنات ذات الدم البارد على درجة حرارة بيئتها.

الشرط الرئيسي للحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة، بما في ذلك درجة حرارة جسم الإنسان، هو تحقيق توازن مستقر لإنتاج الحرارة ونقل الحرارة.

text_fields

Arrow_upward

في تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هناك:

1. تنظيم تبادل المواد والطاقة بين الجسم والبيئة

2. تنظيم عملية التمثيل الغذائي في الجسم نفسه.

تمت مناقشة تنظيم تبادل العناصر الغذائية في الجسم مع البيئة.

تم وصف قضايا تنظيم استقلاب الماء والملح في.

تمت مناقشة تنظيم تبادل حرارة الجسم مع البيئة، باعتباره الشكل النهائي للتحول لجميع أنواع الطاقة، في هذا المقال.

لذلك، يتم هنا عرض القضايا العامة المتعلقة بالتنظيم العصبي الهرموني لعملية التمثيل الغذائي والطاقة في الجسم، وبشكل أساسي، تنظيم عملية التمثيل الغذائي للكائن الحي بأكمله.

الهدف النهائي لتنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو تلبية احتياجات الكائن الحي بأكمله وأعضائه وأنسجته وخلاياه الفردية من الطاقة والمواد البلاستيكية المختلفة بما يتوافق مع مستوى النشاط الوظيفي. في الكائن الحي الكامل، هناك دائمًا حاجة لتنسيق الاحتياجات الأيضية العامة للجسم مع احتياجات خلية العضو والأنسجة. ويتحقق هذا التنسيق من خلال توزيع المواد القادمة من البيئة بين الأعضاء والأنسجة، وإعادة توزيع المواد المصنعة داخل الجسم فيما بينها.

لا يرتبط التمثيل الغذائي الذي يحدث داخل الجسم ارتباطًا مباشرًا بالبيئة. يجب الحصول على العناصر الغذائية من الطعام الموجود في الجهاز الهضمي في شكل جزيئي قبل أن تتمكن من الدخول في عمليات التمثيل الغذائي. يجب إطلاق الأكسجين اللازم للأكسدة البيولوجية من الهواء في الرئتين، وتوصيله إلى الدم، ويرتبط بالهيموجلوبين وينقله الدم إلى الأنسجة. العضلات الهيكلية، كونها واحدة من أقوى مستهلكي الطاقة في الجسم، تخدم أيضًا عملية التمثيل الغذائي والطاقة، مما يضمن البحث عن الطعام وتناوله ومعالجته. يرتبط نظام الإخراج مباشرة بالتمثيل الغذائي والطاقة. وبالتالي، فإن تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو تنظيم متعدد المعلمات، يتضمن أنظمة تنظيمية للعديد من وظائف الجسم (على سبيل المثال، التنفس، الدورة الدموية، الإفراز، تبادل الحرارة، وما إلى ذلك).

منطقة ما تحت المهاد هي مركز تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة

text_fields

Arrow_upward

يلعب دور المركز في تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة com.hypo المهاد.ويرجع ذلك إلى حقيقة أن منطقة ما تحت المهاد تحتوي على نوى ومراكز عصبية ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتنظيم الجوع والشبع والتبادل الحراري والتنظيم التناضحي. في منطقة ما تحت المهاد، تم تحديد الخلايا العصبية متعددة الحواس التي تستجيب مع التحولات في النشاط الوظيفي للتغيرات في تركيز الجلوكوز، أيونات الهيدروجين، ودرجة حرارة الجسم، والضغط الاسموزي، أي. أهم الثوابت الاستتبابية للبيئة الداخلية للجسم. في نوى منطقة ما تحت المهاد، يتم تحليل حالة البيئة الداخلية للجسم ويتم إنشاء إشارات التحكم، والتي من خلال الأنظمة الصادرة تتكيف مع مسار عملية التمثيل الغذائي لاحتياجات الجسم.

روابط لنظام تنظيم التمثيل الغذائي الصادر

text_fields

Arrow_upward

يتم استخدامه كحلقات في نظام تنظيم التمثيل الغذائي الصادر. وديو أقسام السمبتاويالجهاز العصبي اللاإرادي. للوسطاء الذين تطلقهم نهاياتهم العصبية تأثير مباشر أو غير مباشر على وظيفة الأنسجة واستقلابها. تحت تأثير السيطرة على منطقة ما تحت المهاد يقع ويستخدم كنظام فعال لتنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة - نظام الغدد الصماء.الهرمونات من منطقة ما تحت المهاد والغدة النخامية والغدد الصماء الأخرى لها تأثير مباشر على نمو الخلايا وتكاثرها وتمايزها وتطورها ووظائفها الأخرى. تشارك الهرمونات في الحفاظ على المستوى المطلوب من المواد مثل الجلوكوز والأحماض الدهنية الحرة والأيونات المعدنية في الدم ().

تعتبر الخلية أهم المستجيب الذي يمكن من خلاله ممارسة تأثير تنظيمي على عملية التمثيل الغذائي والطاقة

text_fields

Arrow_upward

التمثيل الغذائي (الأيض والتقويض)، والحصول على الطاقة المخزنة في روابط ATP الكلية، وأداء أنواع مختلفة من العمل باستخدام الطاقة الأيضية - هذه، كقاعدة عامة، عمليات تحدث داخل الخلية. ولذلك فإن المؤثر الأهم الذي يمكن من خلاله ممارسة تأثير تنظيمي على عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو خليةالأعضاء والأنسجة. يتضمن التنظيم الأيضي التأثير على معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الخلايا.

التأثيرات الأكثر شيوعًا للتأثيرات التنظيمية على الخلية هي التغييرات:

1. النشاط التحفيزي للإنزيمات وتركيزها،

2. الانتماءات من الانزيم والركيزة،

3. خصائص البيئة الدقيقة التي تعمل فيها الإنزيمات.

يمكن تنظيم نشاط الإنزيم بطرق مختلفة. يتم تحقيق "الضبط الدقيق" للنشاط التحفيزي للإنزيمات من خلال تأثير المواد - مؤثرات،والتي غالبا ما تكون المستقلبات نفسها. بهذه الطريقة، يتم تنظيم الأجزاء الفردية من التحولات الأيضية. في هذه الحالة، يمكن للمغير أن يمارس تأثيره على أنسجة فردية أو متعددة في الجسم.

استقلاب الخلية ككل مستحيل بدون تكامل العديد من التحولات البيوكيميائية، وتتحدد إمكانية تنفيذها من خلال طاقة الخلية وإمكانات الأكسدة والاختزال. يتم تحقيق هذا التكامل الشامل لعملية التمثيل الغذائي بشكل رئيسي من خلال الأدينيلات,المشاركة في تنظيم أي تحولات أيضية للخلية.

يتم دمج عملية التمثيل الغذائي للبروتينات والدهون والكربوهيدرات في الخلية من خلال مصادر الطاقة المشتركة. في الواقع، أثناء التخليق الحيوي لأي مركبات عضوية بسيطة ومعقدة، والجزيئات الجزيئية والهياكل فوق الجزيئية، يتم استخدام ATP كمصدر طاقة عام، والذي يوفر الطاقة لعمليات الفسفرة، أو NAD-H، NADP-H، الذي يوفر الطاقة من أجل الاختزال. من المركبات المؤكسدة. وبالتالي، إذا تم تنفيذ تخليق (استقلاب) مواد معينة في الخلية، فقد يحدث ذلك بسبب إنفاق الطاقة الكيميائية من أحد المصادر المتنقلة الشائعة (ATP، NAD-H، NADP-H)، والتي تتشكل أثناء تقويض المواد الأخرى (انظر الشكل .10.1).

الشكل 10.1. مخطط الكتل الوظيفية الرئيسية لاستقلاب الخلية

تتنافس جميع العمليات البنائية وغيرها من العمليات التي تتطلب استهلاك الطاقة على احتياطي الطاقة الإجمالي للخلية، والذي يتم الحصول عليه من خلال عملية الهدم وكونها القوة الدافعة وراء التحولات المختلفة. على سبيل المثال، تنفيذ وظيفة الجلوكوز في الكبد، بناءً على قدرة الكبد على تصنيع الجلوكوز من اللاكتات والأحماض الأمينية (استحداث السكر)،غير متوافق مع التوليف المتزامن للدهون والبروتينات. يصاحب تخليق السكر تحلل البروتينات والدهون في الكبد وأكسدة الأحماض الدهنية الناتجة، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة اللازمة لتخليق ATP وNAD-H، والتي بدورها مطلوبة لتكوين السكر.

مظهر آخر لتكامل التحولات الأيضية للبروتينات والدهون والكربوهيدرات هو الوجود أسلاف مشتركةو وسيطة مشتركةالاسْتِقْلاب. هذا هو الصندوق العام للكربون، المنتج الوسيط العام لاستقلاب الأسيتيل CoA والمواد الأخرى. أهم المسارات النهائية للتحولات التي تربط العمليات الأيضية في مراحل مختلفة هي دورة حمض الستريك وتفاعلات السلسلة التنفسية التي تحدث في الميتوكوندريا. وبالتالي، فإن دورة حمض الستريك هي المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون للتفاعلات اللاحقة لتكوين الجلوكوز، وتخليق الأحماض الدهنية واليوريا.

آلية تنسيق الاحتياجات الأيضية العامة للجسم مع احتياجات الخلية

text_fields

Arrow_upward

إحدى آليات تنسيق الاحتياجات الأيضية العامة للجسم مع احتياجات الخلية هي متوتروالتأثيرات الهرمونية على الإنزيمات الرئيسية.

السمات المميزة للإنزيمات الرئيسية هي:

1. الموضع في بداية المسار الأيضي الذي ينتمي إليه الإنزيم؛

2. قرب الموقع أو الارتباط بالركيزة.

3. الاستجابة ليس فقط لعمل منظمات التمثيل الغذائي داخل الخلايا، ولكن أيضًا للتأثيرات العصبية والهرمونية خارج الخلية.

ومن أمثلة الإنزيمات الرئيسية فسفوريلاز الجليكوجين، فسفوفركتوكيناز، الليباز. ويتجلى دورها في عمليات تنظيم التمثيل الغذائي، ولا سيما في إعداد الجسم "للقتال أو الهروب". عندما يرتفع مستوى الأدرينالين في الدم إلى 10 -9 م في ظل هذه الظروف، فإنه يرتبط بالمستقبلات الكظرية في غشاء البلازما وينشط محلقة الأدينيلات، التي تحفز تحويل ATP إلى AMP دوري. هذا الأخير ينشط فسفوريلاز الجليكوجين، مما يعزز بشكل كبير انهيار الجليكوجين في الكبد.

يمكن تنشيط عملية تحلل الجليكوجين في العضلات في وقت واحد عن طريق الجهاز العصبي والكاتيكولامينات. يتم تحقيق هذا التأثير من خلال إطلاق أيونات Ca ++، التي ترتبط بالهيمودولين، وهو وحدة فرعية من الفسفوريلاز، الذي يتم تنشيطه ويؤدي إلى تعبئة الجليكوجين. تحدث الآلية العصبية لتعبئة الجليكوجين خلال مراحل وسيطة أقل من المرحلة الهرمونية. وهذا يحقق سرعته.

يتم تحقيق تلبية احتياجات الجسم من الطاقة عن طريق تسريع العمليات داخل الخلايا لتحلل الدهون الثلاثية في الأنسجة الدهنية عن طريق تنشيط الليباز الحساس للهرمونات. تؤدي زيادة نشاط هذا الإنزيم (الأدرينالين والنورادرينالين والجلوكاجون) إلى تعبئة الأحماض الدهنية الحرة، وهي الركيزة الأساسية للطاقة للأكسدة في العضلات أثناء العمل المكثف والمطول.

إن انتقال الأعضاء والأنسجة من مستوى واحد من النشاط الوظيفي إلى مستوى آخر يكون مصحوبًا دائمًا بالتغيرات المقابلة في نشاطهاالجوائز.على سبيل المثال، مع الانقباض المنعكس للعضلات الهيكلية، لا يؤدي الجهاز العصبي تأثيرًا مثيرًا فحسب، بل يؤدي أيضًا تأثيرًا غذائيًا عن طريق زيادة تدفق الدم المحلي ومعدل الأيض فيها. يتم ضمان زيادة قوة تقلصات عضلة القلب تحت تأثير الجهاز العصبي الودي من خلال زيادة متزامنة في تدفق الدم التاجي والتمثيل الغذائي في عضلة القلب. يتجلى تأثير الجهاز العصبي على كأس العضلات الهيكلية في حقيقة أن إزالة التعصيب العضلي يؤدي إلى ضمور تدريجي لألياف العضلات. الدور الأكثر أهمية في تنفيذ الوظيفة الغذائية للجهاز العصبي يلعبه قسمه الودي. من خلال الجهاز الودي الكظري، لا يتم تنشيط عملية التمثيل الغذائي والطاقة في الخلية فحسب، بل يتم إنشاء ظروف إضافية لتسريع عملية التمثيل الغذائي. النوربينفرين والأدرينالين، الذي يزداد إطلاقه في مجرى الدم عندما يكون الجهاز العصبي الودي متحمسًا، يسبب زيادة في عمق التنفس، ويوسع عضلات القصبات الهوائية، مما يساهم في توصيل الأكسجين إلى الدم. يعمل الأدرينالين، الذي له تأثير إيجابي على التقلص العضلي والإيقاعي على القلب، على زيادة حجم الدم الدقيق وزيادة ضغط الدم الانقباضي. ونتيجة لتنشيط التنفس والدورة الدموية، يزداد وصول الأكسجين إلى الأنسجة.

تركيز الجلوكوز في الدم كأحد المؤشرات الأساسية للبيئة الداخلية، حيث يعكس عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتينات والدهون في الجسم

text_fields

Arrow_upward

أحد المؤشرات الأساسية للبيئة الداخلية، التي تعكس عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتينات والدهون في الجسم، هو تركيزها في الدم.الجلوكوزالجلوكوز ليس فقط ركيزة طاقة ضرورية لتخليق الدهون والبروتينات، ولكنه أيضًا مصدر لتخليقها. يحدث تكوين جديد للكربوهيدرات من الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية في الكبد.

الأداء الطبيعي لخلايا الجهاز العصبي والعضلات، والتي يعتبر الجلوكوز هو الركيزة الأكثر أهمية للطاقة، ممكن بشرط أن يلبي تدفق الجلوكوز إليها احتياجاتها من الطاقة. ويتحقق ذلك عندما يحتوي الشخص على متوسط 1 جرام (0.8-1.2 جرام) من الجلوكوز لكل لتر من الدم (الشكل 10.3).

أرز. 10.3 نظام تنظيم نسبة الجلوكوز في الدم

عندما ينخفض محتوى الجلوكوز في لتر من الدم إلى مستوى أقل من 0.5 جرام، بسبب الصيام أو جرعة زائدة من الأنسولين، يحدث نقص في إمدادات الطاقة إلى خلايا الدماغ. يتجلى انتهاك وظائفهم في زيادة معدل ضربات القلب وضعف العضلات والرعشة والدوخة وزيادة التعرق والشعور بالجوع. مع مزيد من الانخفاض في تركيز الجلوكوز في الدم، تسمى هذه الحالة نقص سكر الدم،تستطيع ان تذهب الى غيبوبة نقص السكر في الدميتميز باكتئاب وظائف المخ حتى فقدان الوعي. إن إدخال الجلوكوز إلى الدم وتناول السكروز وحقن الجلوكاجون يمنع أو يضعف مظاهر نقص السكر في الدم.

زيادة قصيرة المدى في مستويات الجلوكوز في الدم (ارتفاع السكر في الدم)لا يشكل تهديدا للحياة، ولكن يمكن أن يؤدي إلى زيادة في الضغط الأسموزي للدم.

في الظروف العادية، يحتوي دم الجسم بأكمله على حوالي 5 جرام من الجلوكوز. مع متوسط استهلاك غذائي يومي يبلغ 430 جرامًا من الكربوهيدرات من قبل شخص بالغ يشارك في عمل بدني في ظل ظروف الراحة النسبية، تستهلك الأنسجة حوالي 0.3 جرام من الجلوكوز كل دقيقة. وفي الوقت نفسه فإن احتياطيات الجلوكوز في الدم تكفي لتغذية الأنسجة لمدة 3-5 دقائق ودون تجديدها، نقص سكر الدم.يزداد استهلاك الجلوكوز أثناء الإجهاد الجسدي والنفسي والعاطفي. نظرًا لأن تناول الكربوهيدرات بشكل دوري (عدة مرات يوميًا) مع الطعام لا يضمن تدفقًا ثابتًا وموحدًا للجلوكوز من الأمعاء إلى الدم، فإن الجسم لديه آليات تعوض فقدان الجلوكوز من الدم بكميات تعادل استهلاكه عن طريق مناديل. آليات ذات اتجاه مختلف للعمل تضمن، في ظل الظروف العادية، تحويل الجلوكوز إلى شكل مخزن - الجليكوجين.عند مستوى أكثر من 1.8 جرام لكل لتر من الدم، يتم إخراجه من الجسم عن طريق البول.

يتم امتصاص الجلوكوز الزائد الممتص من الأمعاء إلى دم الوريد البابي بواسطة خلايا الكبد. عندما يزيد تركيز الجلوكوز فيها، يتم تنشيط إنزيمات استقلاب الكربوهيدرات في الكبد، وتحويل الجلوكوز إلى جليكوجين. استجابة لزيادة مستويات السكر في الدم المتدفق عبر البنكرياس، يزداد النشاط الإفرازي في- خلايا جزر لانجرهانس . يتم إطلاق كمية أكبر من الأنسولين في الدم - وهو الهرمون الوحيد الذي له تأثير مخفض حاد على تركيز السكر في الدم. تحت تأثير الأنسولين، تزداد نفاذية الجلوكوز في أغشية البلازما لخلايا الأنسجة الدهنية العضلية. ينشط الأنسولين عمليات تحويل الجلوكوز إلى جليكوجين في الكبد والعضلات، ويحسن امتصاصه واستيعابه بواسطة العضلات الهيكلية والملساء والقلبية. تحت تأثير الأنسولين، يتم تصنيع الدهون من الجلوكوز في خلايا الأنسجة الدهنية. في الوقت نفسه، يمنع الأنسولين المنطلق بكميات كبيرة انهيار الجليكوجين في الكبد وتوليد السكر.

يتم تقييم مستوى السكر في الدم عن طريق مستقبلات السكر في منطقة ما تحت المهاد الأمامي، وكذلك الخلايا العصبية متعددة الحواس. استجابة لزيادة مستويات الجلوكوز في الدم فوق "نقطة التحديد" (> 1.2 جم / لتر)، يزداد نشاط الخلايا العصبية تحت المهاد، والتي، من خلال تأثير الجهاز العصبي السمبتاوي على البنكرياس، تزيد من إفراز الأنسولين.

عندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم، ينخفض امتصاصه من قبل خلايا الكبد. يتناقص النشاط الإفرازي في البنكرياس في- الخلايا، فيقل إفراز الأنسولين. يتم تثبيط عمليات تحويل الجلوكوز إلى جليكوجين في الكبد والعضلات، كما يتم تقليل امتصاص واستيعاب الجلوكوز بواسطة العضلات الهيكلية والملساء والخلايا الدهنية. بمشاركة هذه الآليات، يتم إبطاء أو منع حدوث انخفاض إضافي في مستويات السكر في الدم، مما قد يؤدي إلى تطور نقص السكر في الدم.

عندما ينخفض تركيز الجلوكوز في الدم، تزداد نغمة الجهاز العصبي الودي. تحت تأثيره، يزداد إفراز الأدرينالين والنورادرينالين في لب الغدة الكظرية. يؤدي الأدرينالين، الذي يحفز تكسير الجليكوجين في الكبد والعضلات، إلى زيادة تركيز السكر في الدم. وبسبب هذه الخاصية، يعد الأدرينالين أهم مضادات الأنسولين بين الهرمونات الأخرى في نظام تنظيم نسبة السكر في الدم. على سبيل المثال، يمتلك النورإبينفرين قدرة ضعيفة على زيادة مستويات الجلوكوز في الدم.

تحت تأثير الجهاز العصبي الودي، يتم تحفيز إنتاج الجلوكاجون بواسطة خلايا البنكرياس، مما ينشط انهيار الجليكوجين في الكبد، ويحفز تكوين السكر في الدم ويؤدي إلى زيادة مستويات الجلوكوز في الدم.

يؤدي انخفاض تركيز الجلوكوز في الدم، وهو أحد أهم ركائز الطاقة للجسم، إلى تطور التوتر. استجابة لانخفاض مستويات السكر في الدم، تقوم الخلايا العصبية لمستقبلات السكر في منطقة ما تحت المهاد، من خلال إطلاق الهرمونات، بتحفيز الغدة النخامية لإفراز هرمون النمو والهرمون الموجه لقشر الكظر في الدم. تحت تأثير هرمون النمو، تنخفض نفاذية أغشية الخلايا للجلوكوز، ويزيد تكوين السكر، وينشط إفراز الجلوكاجون، مما يؤدي إلى زيادة مستويات السكر في الدم. هرمون النمو له آثار الابتنائية على استقلاب البروتينات والدهون. تحت تأثيره، يزداد محتوى البروتين، وتقل كمية النيتروجين المفرز، ويزداد تركيز الأحماض الدهنية الحرة في البلازما.

تُفرز الجلوكورتيكويدات تحت تأثير هرمون قشر الكظر في قشرة الغدة الكظرية، وتقوم بتنشيط إنزيمات تكوين السكر في الكبد وبالتالي تساهم في زيادة نسبة السكر في الدم. في الوقت نفسه، تحت تأثير الجلايكورتيكويدات، يتناقص دمج الأحماض الأمينية في البروتينات ويزداد معدل إفراز النيتروجين من الجسم. تزيد الجلايكورتيكويد من كفاءة تحلل الدهون في الأنسجة الدهنية وتعبئة الأحماض الدهنية الحرة في الدم.

تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة في الجسم كله تحت السيطرةالجهاز العصبي وأجزائه العليا. يتضح هذا من خلال حقائق التغيرات المنعكسة المشروطة في معدل التمثيل الغذائي لدى الرياضيين في حالة ما قبل البدء، لدى العمال قبل بدء العمل البدني الثقيل، لدى الغواصين قبل الانغماس في الماء. وفي هذه الحالات يزداد معدل استهلاك الجسم للأكسجين، ويزداد حجم التنفس الدقيق، ويزداد حجم تدفق الدم الدقيق، ويزداد تبادل الطاقة.

شعور يتطور عندما تنخفض مستويات الجلوكوز والأحماض الدهنية الحرة والأحماض الأمينية في الدم. جوعيحدد الاستجابة السلوكية التي تهدف إلى البحث عن الطعام وتناوله وتجديد العناصر الغذائية في الجسم.

خلال الحياة، يخضع مستوى التمثيل الغذائي باستمرار لتقلبات كبيرة، مما يوفر أفضل الظروف لأداء الوظائف التكيفية للجسم.

يتم تحقيق المراسلات الدقيقة للتغيرات الأيضية مع احتياجات الجسم من خلال عمليات تنظيمية دقيقة للغاية. في هذه الحالة، يهدف تنظيم عملية التمثيل الغذائي بشكل أساسي إلى تغيير شدة عمليات الاستيعاب والتشتت في خلايا وأنسجة الجسم عندما تؤدي وظائف متخصصة، مثل الإفراز، وتقلصات العضلات، والإثارة العصبية، وكذلك أثناء نموهم وتكاثرهم. يتم تنظيم هذه العمليات وفقًا لمبدأ التنظيم الذاتي. إن اللحظة الحاسمة في هذا النشاط هي دائمًا مستوى التمثيل الغذائي داخل الجسم الذي يوفر الظروف المثالية لحياته. في جميع الحالات، عندما يتغير هذا المستوى من عملية التمثيل الغذائي، وهو أمر مهم لعمل الجسم، لسبب أو لآخر، فإن سلسلة كاملة من العمليات الأكثر تنوعًا تتطور بهدف استعادتها. بادئ ذي بدء، يتم تعبئة احتياطيات الجسم الخاصة. وبعد ذلك، عندما تصبح هذه الاحتياطيات مهددة بالاستنزاف الكامل، يتم تفعيل آليات استهلاك المواد الضرورية من البيئة الخارجية. إذا لم يتم توفير المواد اللازمة من البيئة الخارجية لفترة طويلة، فإن الخلايا تتحول إلى وضع تشغيل أكثر اقتصادا (تقليل فقدان الحرارة حتى تطور الحالة اللاحيوية).

هناك عدة مستويات من تنظيم التمثيل الغذائي في الجسم. يحدث تنظيم عملية التمثيل الغذائي مباشرة في خلايا وأنسجة الجسم. هنا، يتم تحديد مستوى التمثيل الغذائي الذي يضمن وظائفها البلاستيكية بشكل أساسي من خلال الجهاز الوراثي للخلايا. في الوقت نفسه، كما أظهرت الدراسات التي أجراها F. Z. Meyerson وآخرون، فإن الجهاز الجيني للخلية، والذي يعتمد عليه مستوى التمثيل الغذائي، ليس محافظًا، ولكنه، كقاعدة عامة، يمكن أن يتغير مع التغيرات في شدة نشاطها المتخصص .

من ناحية أخرى، يتم تنظيم عملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا أيضًا بسبب التغيرات في محتوى الخلايا والأنسجة من المواد المختلفة المشاركة في وظائفها الحيوية (الماء والجلوكوز والدهون والبروتينات والأكسجين والفيتامينات وما إلى ذلك). وهكذا، مع انخفاض في إمدادات الأكسجين للخلايا، تتطور على الفور عمليات التحلل اللاهوائي للكربوهيدرات؛ مع نقص الكربوهيدرات، تتراكم أجسام الكيتون. يؤدي تراكم حمض اللاكتيك في الأنسجة (غالبًا أثناء زيادة نشاط العضلات) إلى حدوث اضطرابات في عملها الطبيعي. لقد ثبت أن بعض منتجات التمثيل الغذائي المتوسط (أحماض السكسينيك، الفوماريك، الكرياتين، ADP، وما إلى ذلك) لديها القدرة على زيادة شدة العمليات المؤكسدة.

يمكن أيضًا أن يكون للعوامل الفيزيائية (درجة الحرارة والإشعاع وما إلى ذلك) تأثير كبير على مستوى التمثيل الغذائي في الأنسجة. يمكنهم تسريع عملية التمثيل الغذائي أو، على العكس من ذلك، تقليله بشكل حاد حتى تتطور حالة الرسوم المتحركة المعلقة (انظر).

على الرغم من أن مستوى التمثيل الغذائي في الأنسجة يتم تنظيمه بشكل جيد للغاية على المستوى الخلوي والجزيئي، فإن التغيرات في التمثيل الغذائي لصالح الكائن الحي بأكمله تحدث فقط على أساس التنظيم الخلطي والعصبي.

هناك عدد من الهرمونات لها تأثير واضح على عملية التمثيل الغذائي للكائن الحي بأكمله. على سبيل المثال، هرمون الغدة الدرقية هرمون الغدة الدرقية يزيد من استقلاب البروتين. يعزز الهرمون الموجه جسديًا للغدة النخامية نمو الأنسجة، ويؤثر الأدرينالين (هرمون الغدة الكظرية) والأنسولين (هرمون البنكرياس) على استقلاب الكربوهيدرات. يتأثر استقلاب الدهون بهرمونات الغدة النخامية والغدد التناسلية والغدة الدرقية والغدد الكظرية والبنكرياس.

يتم التنظيم العصبي لعملية التمثيل الغذائي في المقام الأول عن طريق الجهاز العصبي اللاإرادي من خلال تأثيره على كل من الغدد الصماء وبشكل مباشر على عملية التمثيل الغذائي في بعض الأعضاء (ما يسمى بالتأثير الغذائي). تم إظهار هذه التأثيرات لأول مرة بواسطة هايدنهاين (V. R. N. Heidenhain) على الغدة اللعابية، وبعد ذلك بواسطة آي. بي. بافلوف على القلب، وجينيتسينسكي على العضلات المخططة (ظاهرة أوربيلي-جينيتسينسكي). تم اكتشاف التأثير العصبي على استقلاب الكربوهيدرات لأول مرة بواسطة برنارد (س. برنارد) عن طريق الحقن في الجزء السفلي من البطين الرابع (حقن السكر). مع هذا الحقن، تزداد كمية الجلوكوز في الدم بشكل حاد. في بعض إصابات جذع الدماغ، يزداد استقلاب البروتين وإفراز النيتروجين في البول.

تم العثور على المراكز العصبية التي تؤثر على عملية التمثيل الغذائي في منطقة ما تحت المهاد (انظر منطقة ما تحت المهاد). عندما يتضرر منطقة ما تحت المهاد، لاحظ العديد من المؤلفين السمنة لدى الحيوانات. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي منطقة ما تحت المهاد على مركز ينظم إمداد العناصر الغذائية من البيئة الخارجية. وهنا يتم إجراء "تقييم" مستمر لكمية العناصر الغذائية التي تدخل الجسم وفقًا لمستوى التمثيل الغذائي، كما يتم تنظيم مستوى إنفاق الطاقة فيما يتعلق بأنشطته المختلفة.

مع آفات منطقة ما تحت المهاد، لوحظت اضطرابات تنظيم التمثيل الغذائي المعقدة، والتي تتجلى في التغيرات في تناول الطعام، ونشاط العضلات، والتمثيل الغذائي الأساسي، وتعطيل وظيفة آليات الإيداع، وما إلى ذلك. في هذه الحالة، غالبا ما يتم ملاحظة مثل هذه الاضطرابات المرضية التي تتوقف شدة التمثيل الغذائي داخل الجسم عن التوافق مع الكمية المأخوذة من المواد الخارجية. ونتيجة لذلك، تتطور أمراض مثل الدنف والسمنة.

من المهم التأكيد على أن آليات ما تحت المهاد تضمن بالفعل تنظيم عملية التمثيل الغذائي قبل الأحداث الحقيقية (P.K. Anokhin). وبالتالي، فإن مراكز منطقة ما تحت المهاد تحدد انخفاضًا كبيرًا في استهلاك العناصر الغذائية قبل وقت طويل من استنفاد كامل مخزون العناصر الغذائية في الجسم. وعلى العكس من ذلك، فإن هذه المراكز نفسها تسبب تسارعا حادا في عملية التمثيل الغذائي أثناء تناول الطعام، عندما لم يكن لدى العناصر الغذائية وقتا لدخول الدم. يتم التعبير بشكل واضح عن التغييرات في عملية التمثيل الغذائي التي تفوق النشاط اللاحق في النشاط التكيفي الشامل للجسم. يتم تنفيذه بالفعل من خلال الآليات التنظيمية للقشرة الدماغية. مثال على هذه التغييرات في عملية التمثيل الغذائي التي تسبق الأحداث اللاحقة هو الزيادة قبل البدء في عملية التمثيل الغذائي لدى الرياضيين، وكذلك التغييرات في عملية التمثيل الغذائي لدى عمال السكك الحديدية التي اكتشفها بحث من مدرسة K. M. Bykov والتي تقدم حركة القطار. تتطور كل هذه التغييرات في عملية التمثيل الغذائي والطاقة من خلال التكرار المتكرر لمواقف معينة وتتشكل على أساس آلية المنعكس المشروط (انظر).

جدول محتويات موضوع "تنظيم التمثيل الغذائي والطاقة. التغذية العقلانية. التمثيل الغذائي الأساسي. درجة حرارة الجسم وتنظيمها.":
1. إنفاق طاقة الجسم في ظل ظروف النشاط البدني. معدل النشاط البدني. زيادة العمل.

3. تركيز الجلوكوز في الدم. مخطط لتنظيم تركيز الجلوكوز. نقص سكر الدم. غيبوبة نقص السكر في الدم. جوع.
4. التغذية. القاعدة الغذائية. نسبة البروتينات والدهون والكربوهيدرات. قيمة الطاقة. محتوى السعرات الحرارية.
5. النظام الغذائي للحوامل والمرضعات. الحصص الغذائية للطفل. توزيع الحصة اليومية . الألياف الغذائية.
6. التغذية العقلانية كعامل في الحفاظ على الصحة وتعزيزها. نمط حياة صحي. نظام الوجبة.
7. درجة حرارة الجسم وتنظيمها. الحرارة المنزلية. بويكيلوثيرميك. متساوي الحرارة. الكائنات مغايرة الحرارة.
8. درجة حرارة الجسم الطبيعية. نواة حرارية. قذيفة Poikilothermic. درجة حرارة الراحة. درجة حرارة جسم الإنسان.
9. إنتاج الحرارة. الحرارة الأولية. التنظيم الحراري الداخلي. الحرارة الثانوية. التوليد الحراري التعاقدي. التوليد الحراري غير الانقباضي.
10. تبديد الحرارة. إشعاع. توصيل الحرارة. الحمل الحراري. تبخر.

يعرض هذا الفصل قضايا عامة التنظيم العصبي الهرموني لعملية التمثيل الغذائي والطاقةفي الجسم، وبشكل رئيسي، تنظيم عملية التمثيل الغذائي. الهدف الأسمى من تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو تلبية احتياجات الجسم وأعضائه وأنسجته وخلاياه الفردية من الطاقة والمواد المختلفة بما يتوافق مع مستوى النشاط الوظيفي. في الكائن الحي الكامل، هناك دائمًا حاجة لتنسيق الاحتياجات الأيضية العامة مع احتياجات خلية العضو أو النسيج. ويتحقق هذا التنسيق من خلال توزيع المواد القادمة من البيئة والتي يتم تصنيعها داخل الجسم بين الأعضاء والأنسجة.

الاسْتِقْلابالتدفق داخل الجسم لا يرتبط مباشرة بالبيئة. يجب الحصول على العناصر الغذائية من الطعام الموجود في الجهاز الهضمي في شكل جزيئي قبل أن تتمكن من الدخول في عمليات التمثيل الغذائي. يجب الحصول على الأكسجين اللازم للأكسدة البيولوجية من الهواء الموجود في الرئتين، ونقله إلى الدم، وارتباطه بالهيموجلوبين ونقله عن طريق الدم إلى الأنسجة. العضلات الهيكلية، كونها واحدة من أقوى مستهلكي الطاقة في الجسم، تخدم أيضًا عملية التمثيل الغذائي والطاقة، مما يضمن البحث عن الطعام وتناوله ومعالجته. يرتبط نظام الإخراج مباشرة بالتمثيل الغذائي والطاقة. وبالتالي، فإن تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة هو متعدد المعالم، بما في ذلك الأنظمة التنظيمية للعديد من وظائف الجسم (على سبيل المثال، التنفس، الدورة الدموية، الإفراز، تبادل الحرارة، وما إلى ذلك).

دور المركز في تنظيم عملية التمثيل الغذائيويتم لعب الطاقة بواسطة نوى منطقة ما تحت المهاد. ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتوليد مشاعر الجوع والشبع والتبادل الحراري والتنظيم التناضحي. يحتوي منطقة ما تحت المهاد على خلايا عصبية متعددة الحواس تستجيب للتغيرات في تركيز الجلوكوز وأيونات الهيدروجين ودرجة حرارة الجسم والضغط الاسموزي، أي أهم ثوابت التوازن في البيئة الداخلية للجسم. في نوى منطقة ما تحت المهاد، يتم تحليل حالة البيئة الداخلية ويتم إنشاء إشارات التحكم، والتي من خلال الأنظمة الصادرة تتكيف مع مسار عملية التمثيل الغذائي لاحتياجات الجسم.

مثل روابط نظام تنظيم التمثيل الغذائي الصادريتم استخدام الأقسام الودية والباراسمبثاوية للجهاز العصبي اللاإرادي. للوسطاء الذين تطلقهم نهاياتهم العصبية تأثير مباشر أو غير مباشر على وظيفة الأنسجة واستقلابها. تحت التأثير المسيطر لمنطقة ما تحت المهاد، يقع نظام الغدد الصماء ويستخدم كنظام صادر لتنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة. الهرمونات من منطقة ما تحت المهاد والغدة النخامية والغدد الصماء الأخرى لها تأثير مباشر على نمو الخلايا وتكاثرها وتمايزها وتطورها ووظائفها الأخرى. تشارك الهرمونات في الحفاظ على المستوى المطلوب من المواد مثل الجلوكوز والأحماض الدهنية الحرة والمعادن في الدم.

الطاقة الكيميائية للعناصر الغذائيةيستخدم لإعادة تركيب ATP، والقيام بجميع أنواع العمل والعمليات التي تحدث داخل الخلية. ولذلك فإن أهم المؤثر الذي يتم من خلاله التأثير التنظيمي على عملية التمثيل الغذائي والطاقة هي خلايا الأعضاء والأنسجة. يتضمن التنظيم الأيضي التأثير على معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الخلايا.

الآثار الأكثر شيوعا للتأثيرات التنظيميةتحدث على الخلية تغيرات في النشاط التحفيزي للإنزيمات وتركيزها، وتقارب الإنزيم والركيزة، وخصائص البيئة الدقيقة التي تعمل فيها الإنزيمات. يمكن تنظيم نشاط الإنزيم بطرق مختلفة. يتم تحقيق "الضبط الدقيق" للنشاط التحفيزي للإنزيمات من خلال تأثير المواد - مؤثرات، والتي غالبا ما تكون المستقلبات نفسها.

استقلاب الخلية ككل أمر مستحيلدون تكامل العديد من التحولات البيوكيميائية. يتم ضمان هذا التكامل بشكل أساسي بمساعدة الأدينيلات، التي تشارك في تنظيم أي تحولات أيضية للخلية.

تكامل استقلاب البروتينويتم تنفيذ الدهون والكربوهيدرات في الخلية من خلال مصادر الطاقة المشتركة. في التخليق الحيوي لأي مركبات عضوية بسيطة ومعقدة، والجزيئات الكبيرة والهياكل فوق الجزيئية، يتم استخدام ATP كمصدر طاقة عام، والذي يوفر الطاقة لعمليات الفسفرة، أو NAD H، NADP H، الذي يوفر الطاقة لتقليل المركبات المؤكسدة من المركبات الأخرى. مواد. تتنافس جميع العمليات البنائية التي تتطلب استهلاك الطاقة على احتياطي الطاقة الإجمالي للخلية الذي يتم الحصول عليه من خلال عملية الهدم. على سبيل المثال، عندما يقوم الكبد بتصنيع الجلوكوز من اللاكتات والأحماض الأمينية (استحداث السكر)، فإنه لا يستطيع تصنيع الدهون والبروتينات في وقت واحد. يصاحب تخليق السكر تحلل البروتينات والدهون في الكبد وأكسدة الأحماض الدهنية الناتجة، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة اللازمة لتخليق ATP وNADH، الضروري لتكوين السكر.

مظهر آخر من مظاهر التكامل التحولات الأيضية للبروتيناتوالدهون والكربوهيدرات في الخلية هو وجود سلائف مشتركة ومنتجات استقلابية وسيطة شائعة. الوسيط الأيضي الشائع هو أسيتيل CoA. وأهم المسارات النهائية لتحول المواد في الخلية هي دورة حمض الستريك وتفاعلات السلسلة التنفسية التي تحدث في الميتوكوندريا. تعد دورة حمض الستريك المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون للتفاعلات اللاحقة لتكوين الجلوكوز، وتخليق الأحماض الدهنية واليوريا.

إحدى آليات التنسيق الاحتياجات الأيضية العامة للجسممع احتياجات الخلية هي التأثيرات العصبية والهرمونية على الإنزيمات الرئيسية. السمات المميزة لهذه الإنزيمات هي: وضعها في بداية المسار الأيضي الذي ينتمي إليه الإنزيم؛ قرب الموقع أو الارتباط مع الركيزة؛ الاستجابة ليس فقط لعمل منظمات التمثيل الغذائي داخل الخلايا، ولكن أيضًا للتأثيرات العصبية والهرمونية خارج الخلية.

أمثلة على الانزيمات الرئيسيةهي الجليكوجين فسفوريلاز، فسفوفركتوكيناز، الليباز. ويتجلى دورها في عمليات تنظيم التمثيل الغذائي، ولا سيما في إعداد الجسم "للقتال أو الهروب". عندما يرتفع مستوى الأدرينالين في الدم إلى 10-9 م في ظل هذه الظروف، فإنه يرتبط بالمستقبلات الكظرية في غشاء البلازما وينشط محلقة الأدينيلات، التي تحفز تحويل ATP إلى AMP دوري. هذا الأخير ينشط فسفوريلاز الجليكوجين، مما يعزز بشكل كبير انهيار الجليكوجين في الكبد.

عملية تحلل الجليكوجين في العضلاتيمكن تنشيطه في وقت واحد عن طريق الجهاز العصبي والكاتيكولامينات. ويتحقق هذا التأثير بمشاركة أيونات Ca2+، التي ترتبط بالهيمودولين، وهو وحدة فرعية من الفسفوريلاز. يتم تنشيطه ويؤدي إلى تعبئة الجليكوجين. تحدث الآلية العصبية لتعبئة الجليكوجين خلال مراحل وسيطة أقل من المرحلة الهرمونية. وهذا يحقق سرعته.

إشباع احتياجات الجسم من الطاقةمن خلال تسريع العمليات داخل الخلايا، يتم تحقيق تحلل الدهون الثلاثية في الأنسجة الدهنية عن طريق تنشيط الليباز الحساس للهرمونات. تؤدي زيادة نشاط هذا الإنزيم (الأدرينالين والنورادرينالين والجلوكاجون) إلى تعبئة الأحماض الدهنية الحرة، وهي الركيزة الأساسية للطاقة للأكسدة في العضلات أثناء العمل المكثف والمطول.

إن انتقال الأعضاء والأنسجة من مستوى واحد من النشاط الوظيفي إلى مستوى آخر يكون مصحوبًا دائمًا بالتغيرات المقابلة في نشاطها الكأس (تَغذِيَة). على سبيل المثال، مع الانكماش المنعكس للعضلات الهيكلية، لا يؤدي الجهاز العصبي تأثيرًا مثيرًا فحسب، بل أيضًا تأثيرًا غذائيًا عن طريق زيادة تدفق الدم المحلي ومعدل الأيض فيها. يتم ضمان زيادة قوة تقلصات عضلة القلب تحت تأثير الجهاز العصبي الودي من خلال زيادة متزامنة في تدفق الدم التاجي والتمثيل الغذائي في عضلة القلب. يتجلى تأثير الجهاز العصبي على كأس العضلات الهيكلية في حقيقة أن إزالة التعصيب العضلي يؤدي إلى ضمور تدريجي لألياف العضلات. الدور الأكثر أهمية في تنفيذ الوظيفة الغذائية للجهاز العصبي يلعبه قسمه الودي. من خلال نظام الغدة الكظرية الودي، لا يتم فقط تنشيط عملية التمثيل الغذائي والطاقة في الخلية.

النوربينفرين والأدرينالين، الذي يزداد إطلاقه في مجرى الدم عندما يكون الجهاز العصبي الودي متحمسًا، مما يؤدي إلى زيادة عمق التنفس، ويوسع عضلات القصبات الهوائية، مما يساهم في توصيل الأكسجين إلى الدم. يعمل الأدرينالين، الذي له تأثير إيجابي على التقلص العضلي والإيقاعي على القلب، على زيادة حجم الدم الدقيق وزيادة ضغط الدم الانقباضي. ونتيجة لتنشيط التنفس والدورة الدموية، يزداد وصول الأكسجين إلى الأنسجة.

لوحظت تغيرات منعكسة مشروطة في عملية التمثيل الغذائي والطاقة لدى البشر في حالات ما قبل البدء وما قبل العمل. يعاني الرياضيون قبل بدء المنافسة والعامل قبل العمل من زيادة في التمثيل الغذائي ودرجة حرارة الجسم وزيادة في استهلاك الأكسجين وإطلاق ثاني أكسيد الكربون. من الممكن إحداث تغييرات منعكسة مشروطة في عملية التمثيل الغذائي والطاقة والعمليات الحرارية لدى الأشخاص استجابةً لمحفز لفظي.

يتم تأثير الجهاز العصبي على عمليات التمثيل الغذائي والطاقة في الجسم بعدة طرق:

التأثير المباشر للجهاز العصبي (من خلال منطقة ما تحت المهاد والأعصاب الصادرة) على الأنسجة والأعضاء.

التأثير غير المباشر على الجهاز العصبي من خلال الغدة النخامية (السوماتوتروبين)؛

التأثير غير المباشر على الجهاز العصبي من خلال الهرمونات الاستوائية للغدة النخامية والغدد الصماء الطرفية.

التأثير المباشر للجهاز العصبي (تحت المهاد) على نشاط الغدد الصماء ومن خلالها على عمليات التمثيل الغذائي في الأنسجة والأعضاء.

القسم الرئيسي للجهاز العصبي المركزي، الذي ينظم جميع أنواع عمليات التمثيل الغذائي والطاقة، هو تحت المهاد.له تأثير واضح على عمليات التمثيل الغذائي وتوليد الحرارة الغدد الداخليةإفراز. تعمل هرمونات قشرة الغدة الكظرية والغدة الدرقية بكميات كبيرة على زيادة عملية الهدم، أي انهيار البروتينات.

يُظهر الجسم بوضوح التأثير المترابط الوثيق للجهاز العصبي والغدد الصماء على عمليات التمثيل الغذائي والطاقة. وبالتالي، فإن إثارة الجهاز العصبي الودي ليس فقط له تأثير محفز مباشر على عمليات التمثيل الغذائي، ولكن أيضا يزيد من إفراز هرمونات الغدة الدرقية والغدة الكظرية (ثيروكسين والأدرينالين). ونتيجة لهذا، يتم تعزيز عملية التمثيل الغذائي والطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه الهرمونات نفسها على زيادة نبرة الجهاز العصبي الودي. تحدث تغييرات كبيرة في عملية التمثيل الغذائي والتبادل الحراري عندما يكون هناك نقص في هرمونات الغدة الصماء في الجسم. على سبيل المثال، يؤدي نقص هرمون الغدة الدرقية إلى انخفاض في عملية التمثيل الغذائي الأساسي. ويرجع ذلك إلى انخفاض استهلاك الأنسجة للأكسجين وانخفاض توليد الحرارة. ونتيجة لذلك، تنخفض درجة حرارة الجسم.

تشارك هرمونات الغدد الصماء في تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة، وتغيير نفاذية أغشية الخلايا (الأنسولين)، وتنشيط أنظمة إنزيمات الجسم (الأدرينالين، الجلوكاجون، وما إلى ذلك) والتأثير على تخليقها الحيوي (الجلوكوكورتيكويدات).

وبالتالي، يتم تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة عن طريق الجهاز العصبي والغدد الصماء، مما يضمن تكيف الجسم مع الظروف المتغيرة لبيئته.

الدور البيولوجي للبروتينات

البروتين، كونه أهم عنصر في التغذية، وتوفير احتياجات الجسم من البلاستيك والطاقة، يسمى بحق البروتين، ويظهر دوره الأول في التغذية. من الصعب المبالغة في تقدير دور البروتينات في تغذية الإنسان. الحياة نفسها هي إحدى طرق وجود الأجسام البروتينية. الدور البيولوجي للبروتينات

يمكن تصنيف البروتين على أنه عنصر غذائي حيوي، وبدونه تكون الحياة ونمو وتطور الجسم مستحيلة. إن كفاية البروتين في النظام الغذائي وجودته العالية تجعل من الممكن تهيئة الظروف المثلى للبيئة الداخلية للعمل الطبيعي للجسم وتطوره وأدائه العالي. البروتين هو المكون الرئيسي للنظام الغذائي، ويحدد طبيعة التغذية. على خلفية المستوى العالي من البروتين، يلاحظ المظهر الأكثر اكتمالا للخصائص البيولوجية للمكونات الغذائية الأخرى في الجسم. توفر البروتينات البنية والوظائف التحفيزية للإنزيمات والهرمونات، وتؤدي وظائف وقائية، وتشارك في تكوين العديد من الهياكل المهمة ذات الطبيعة البروتينية: الأجسام المناعية، والجلوبيولينات المحددة، وبروتين الدم المناسب، الذي يلعب دورًا معروفًا في تكوين البروتينات. المناعة الطبيعية، تشارك في تكوين بروتينات الأنسجة، مثل الميوسين والأكتين، التي توفر انقباضات العضلات، والجلوبين، وهو جزء من هيموجلوبين خلايا الدم الحمراء ويقوم بأهم وظيفة التنفس. البروتين الذي يشكل اللون الأرجواني البصري (رودوبسين) في شبكية العين يضمن الإدراك الطبيعي للضوء، وما إلى ذلك.

تجدر الإشارة إلى أن البروتينات تحدد نشاط العديد من المواد النشطة بيولوجيا: الفيتامينات، وكذلك الدهون الفوسفاتية، المسؤولة عن استقلاب الكوليسترول. تحدد البروتينات نشاط تلك الفيتامينات، التي يتم تركيبها الداخلي من الأحماض الأمينية. على سبيل المثال، من التربتوفان - فيتامين PP (حمض النيكوتينيك)، يرتبط استقلاب الميثيونين بتوليف فيتامين يو (ميثيل ميثيونين - سلفونيوم). لقد ثبت أن نقص البروتين يمكن أن يؤدي إلى نقص فيتامين C والبيوفلافونويد (فيتامين P). يؤدي انتهاك تخليق الكولين (مجموعة من المواد الشبيهة بالفيتامينات) في الكبد إلى تسلل الدهون إلى الكبد.

أثناء النشاط البدني المكثف، وكذلك عند عدم تناول كمية كافية من الدهون والكربوهيدرات، تشارك البروتينات في استقلاب الطاقة في الجسم.

تحدد بروتينات النظام الغذائي حالات مثل الحثل الغذائي والسغل وكواشيوركور. كواشيوركور تعني "الطفل المفطوم". ويصيب الأطفال الذين يتم فطامهم ونقلهم إلى نظام غذائي يحتوي على الكربوهيدرات مع نقص حاد في البروتين الحيواني. يسبب مرض كواشيوركور تغيرات دستورية مستمرة لا رجعة فيها وتغيرات في الشخصية.

العواقب الأكثر خطورة على الصحة، وغالبًا ما تكون مدى الحياة، يخلفها هذا النوع من سوء التغذية، مثل الحثل الغذائي، والذي يحدث غالبًا مع توازن طاقة سلبي، عندما لا تشمل عمليات الطاقة المواد الكيميائية الغذائية المزودة بالغذاء فحسب، بل تشمل أيضًا المواد الغذائية الخاصة بها. ‎بروتينات الجسم الهيكلية. في الحثل الغذائي، يتم تمييز الأشكال الوذمية وغير الوذمية مع أو بدون أعراض نقص الفيتامينات.

قد يبدو أن الأمراض الغذائية تحدث فقط عندما لا يكون هناك كمية كافية من البروتين في الجسم. هذا ليس صحيحا تماما! مع الإفراط في تناول البروتين، يعاني الأطفال في الأشهر الثلاثة الأولى من الحياة من أعراض الجفاف وارتفاع الحرارة والحماض الأيضي، مما يزيد بشكل حاد من الحمل على الكلى. ويحدث هذا عادة عند استخدام تركيبات الحليب غير المعدلة وأنواع الحليب غير المتوافقة مع البشر أثناء الرضاعة الصناعية.

يمكن أن تظهر الاضطرابات الأيضية في الجسم أيضًا عندما يكون تكوين الأحماض الأمينية للبروتينات الواردة غير متوازن.

الأحماض الأمينية الأساسية والقابلة للاستبدال، معناها والحاجة إليها

حاليًا، هناك 80 حمضًا أمينيًا معروفًا، وأهمها في التغذية هي الثلاثين التي توجد غالبًا في الأطعمة والتي يستهلكها الإنسان في أغلب الأحيان. وتشمل هذه ما يلي.

1. الأحماض الأمينية الأليفاتية:

أ) الأحماض الكربوكسيلية أحادية الأمين – جليكاين، ألانين، آيزوليوسين، ليوسين، فالين؛

ب) أحماض أوكيمون أمينو كربوكسيليك - سيرين، ثريونين؛

ج) الأحماض أحادية الأمين ثنائي الكربوكسيل – حمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك.

د) أميدات الأحماض أحادية الأمين ثنائي الكربوكسيل - الأسباراجين والجلوتامين.

ه) أحماض ديامينومونوكربوكسيل - أرجينين، ليسين؛

2. الأحماض الأمينية العطرية: الفينيل ألانين، التيروزين.

3. الأحماض الأمينية الحلقية غير المتجانسة: التربتوفان، الهستيدين، البرولين، الهيدروكسي برولين.

والأهم في التغذية هي الأحماض الأمينية الأساسية التي لا يمكن تصنيعها في الجسم وتأتي فقط من الخارج - مع الطعام. وتشمل هذه 8 أحماض أمينية: ميثيونين، ليسين، تريبتوفان، ثريونين، فينيل ألانين، فالين، ليوسين، آيزوليوسين. تشمل هذه المجموعة أيضًا الأحماض الأمينية التي لا يتم تصنيعها في جسم الطفل أو يتم تصنيعها بكميات غير كافية. بادئ ذي بدء، هو الهستيدين. موضوع المناقشة هو أيضًا مسألة لا غنى عنها للجليسين والسيستين في مرحلة الطفولة وكذلك الجليسين والتيروزين عند الأطفال المبتسرين. يتم تحديد النشاط البيولوجي لهرمونات ACTH والأنسولين وكذلك الإنزيم المساعد A والجلوتاثيون من خلال وجود مجموعات السيستين SH في تركيبها. عند الأطفال حديثي الولادة، بسبب نقص السيستيناز، يكون انتقال الميثيونين إلى السيستين محدودًا. في الجسم البالغ، يتشكل التيروزين بسهولة من الفينيل ألانين، ويتشكل السيستين بسهولة من الميثيونين، لكن لا توجد إمكانية استبدال عكسية. وبالتالي، يمكننا أن نفترض أن عدد الأحماض الأمينية الأساسية هو 11-12.

يعتبر البروتين الوارد كاملاً إذا كان يحتوي على جميع الأحماض الأمينية الأساسية في حالة متوازنة. تشبه هذه البروتينات في تركيبها الكيميائي بروتينات الحليب واللحوم والأسماك والبيض التي تبلغ نسبة هضمها حوالي 90٪. لا تحتوي البروتينات ذات الأصل النباتي (الدقيق والحبوب والبقوليات) على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية الأساسية وبالتالي تصنف على أنها غير كاملة. على وجه الخصوص، أنها تحتوي على كميات غير كافية من اللايسين. تبلغ نسبة امتصاص هذه البروتينات حسب بعض البيانات 60٪.

لدراسة القيمة البيولوجية للبروتينات، يتم استخدام مجموعتين من الأساليب: البيولوجية والكيميائية. وتعتمد العوامل البيولوجية على تقييم معدل النمو ودرجة استخدام الجسم للبروتينات الغذائية. هذه الأساليب كثيفة العمالة ومكلفة.

تتيح لك الطريقة الكيميائية للكروماتوغرافيا العمودية تحديد محتوى الأحماض الأمينية في البروتينات الغذائية بسرعة وموضوعية. بناءً على هذه البيانات، يتم تحديد القيمة البيولوجية للبروتينات من خلال مقارنة تركيبة الأحماض الأمينية للبروتين الذي تتم دراسته بمقياس الأحماض الأمينية المرجعي للبروتين المثالي الافتراضي أو ملفات تعريف الأحماض الأمينية للبروتينات القياسية عالية الجودة. تسمى هذه التقنية المنهجية بالحمض الأميني SCOR = نسبة كمية AA في ملجم في 1 جم من البروتين قيد الدراسة إلى كمية AA في ملجم في 1 جم من البروتين المثالي، مضروبة في 100٪.

البروتينات ذات الأصل الحيواني لها أكبر قيمة بيولوجية، في حين أن البروتينات ذات الأصل النباتي محدودة في عدد من الأحماض الأمينية الأساسية، في المقام الأول الليسين، وفي القمح والأرز، وكذلك في الثريونين. تختلف بروتينات حليب البقر عن بروتينات الثدي في نقص الأحماض الأمينية التي تحتوي على الكبريت (ميثيونين، سيستين). ووفقا لمنظمة الصحة العالمية، فإن البروتين الموجود في حليب الأم والبيض قريب من "البروتين المثالي".

من المؤشرات المهمة على جودة البروتين الغذائي أيضًا درجة قابليته للهضم. وفقًا لدرجة الهضم بواسطة الإنزيمات المحللة للبروتين، يتم ترتيب البروتينات الغذائية على النحو التالي:

1) بروتينات الأسماك والحليب.

2) بروتينات اللحوم.

3) بروتينات الخبز والحبوب.

يتم امتصاص بروتينات السمك بشكل أفضل بسبب عدم وجود بروتين النسيج الضام في تركيبتها. يتم تقييم قيمة البروتين في اللحوم من خلال النسبة بين التربتوفان والهيدروكسي برولين. وبالنسبة للحوم عالية الجودة، تبلغ هذه النسبة 5.8.

يلعب كل حمض أميني من المجموعة الأساسية دورًا محددًا. نقصها أو فائضها يؤدي إلى أي تغييرات في الجسم.

الدور البيولوجي للأحماض الأمينية الأساسية

يلعب الهستيدين دورًا مهمًا في تكوين الهيموجلوبين في الدم. يؤدي نقص الهستيدين إلى انخفاض مستويات الهيموجلوبين في الدم. أثناء عملية نزع الكربوكسيل، يتحول الهيستيدين إلى الهيستامين، وهي مادة لها أهمية كبيرة في توسيع جدار الأوعية الدموية ونفاذيتها، مما يؤثر على إفراز العصارة الهضمية في المعدة. يؤدي نقص الهستيدين وكذلك فائضه إلى إضعاف النشاط المنعكس المشروط.

فالين – الدور الفسيولوجي لهذا NAC ليس واضحا بما فيه الكفاية. مع عدم كفاية المدخول، تعاني حيوانات المختبر من اضطرابات التنسيق الحركي وفرط الحساسية.

يعد آيزوليوسين، إلى جانب الليوسين، جزءًا من جميع بروتينات الجسم (باستثناء الهيموجلوبين). تحتوي بلازما الدم على 0.89 ملغم من الأيسولوسين. يؤدي غياب الأيسولوسين في الغذاء إلى توازن النيتروجين السلبي، مما يبطئ عمليات النمو والتطور.

الليسين هو أحد أهم الأحماض الأمينية الأساسية. وهو جزء من ثالوث الأحماض الأمينية، والذي يؤخذ بعين الاعتبار بشكل خاص عند تحديد القيمة الغذائية الإجمالية: التربتوفان، والليسين، والميثيونين. النسبة المثالية لهذه الأحماض الأمينية هي: 1: 3: 2 أو 1: 3: 3 إذا تناولت الميثيونين + السيستين (الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت). يؤدي نقص اللايسين في الطعام إلى ضعف الدورة الدموية وانخفاض عدد خلايا الدم الحمراء وانخفاض نسبة الهيموجلوبين فيها. ويلاحظ أيضًا عدم توازن النيتروجين، وهزال العضلات، واضطرابات تكلس العظام. ويحدث عدد من التغييرات أيضًا في الكبد والرئتين. الحاجة إلى اللايسين هي 3-5 جرام يوميًا. تم العثور على اللايسين بكميات كبيرة في الجبن واللحوم والأسماك.

يلعب الميثيونين دورًا مهمًا في عمليات المثيلة ونقل الميثيل. هذا هو المتبرع الرئيسي لمجموعات الميثيل، التي يستخدمها الجسم لتخليق الكولين (فيتامين ب). الميثيونين هو مادة مؤثرة للدهون. فهو يؤثر على استقلاب الدهون والدهون الفوسفاتية في الكبد، وبالتالي يلعب دورا هاما في الوقاية من تصلب الشرايين وعلاجه. تم العثور على علاقة بين الميثيونين واستقلاب فيتامين ب 12 وحمض الفوليك، مما يحفز فصل مجموعات ميثيونين ميثيل، وبالتالي ضمان تخليق الكولين في الجسم. للميثيونين أهمية كبيرة لوظيفة الغدة الكظرية وهو ضروري لتخليق الأدرينالين. يبلغ الاحتياج اليومي للميثيونين حوالي 3 جرام، وينبغي اعتبار المصدر الرئيسي للميثيونين هو الحليب ومنتجات الألبان: 100 جرام من الكازين يحتوي على 3 جرام من الميثيونين.

التربتوفان، مثل الثريونين، هو عامل نمو ويحافظ على توازن النيتروجين. يشارك في تكوين بروتينات مصل اللبن والهيموجلوبين. التربتوفان ضروري لتخليق حمض النيكوتينيك. لقد ثبت أنه من 50 ملغ من التربتوفان يتكون حوالي 1 ملغ من النياسين، وبالتالي يمكن تناول 1 ملغ من النياسين أو 60 ملغ من التربتوفان كمكافئ نياسين واحد. متوسط الاحتياجات اليومية للنياسين هو 14-28 مكافئ النياسين، ولكل سعر حراري متوازن - 6.6 مكافئ النياسين. وتبلغ حاجة الجسم للتريبتوفان 1 جرام يوميا. يتم توزيع التربتوفان بشكل غير متساو في الأطعمة. على سبيل المثال، 100 جرام من اللحم يعادل محتوى التربتوفان 500 مل من الحليب. من المنتجات النباتية، من الضروري تسليط الضوء على البقوليات. يوجد القليل جدًا من التربتوفان في الذرة، لذلك في المناطق التي تعتبر فيها الذرة مصدرًا تقليديًا للتغذية، يجب إجراء فحوصات وقائية لتحديد إمدادات الجسم من فيتامين PP.

يرتبط الفينيل ألانين بوظيفة الغدة الدرقية والغدة الكظرية. وهو يوفر النواة اللازمة لتخليق هرمون الغدة الدرقية، وهو الحمض الأميني الرئيسي الذي يشكل بروتين الغدة الدرقية. يمكن تصنيع التيروزين ثم الأدرينالين من الفينيل ألانين. ومع ذلك، لا يحدث تخليق عكسي من التيروزين-فينيل ألانين.

تم تطوير معايير توازن NAC مع مراعاة البيانات العمرية. للبالغين (جم/يوم): تريبتوفان - 1، ليوسين 4-6، آيزوليوسين 3-4، فالين 3-4، ثريونين 2-3، ليسين 3-5، ميثيونين 2-4، فينيل ألانين 2-4، هيستيدين 1. ،5-2.

الأحماض الأمينية غير الأساسية

يتم تلبية حاجة الجسم للأحماض الأمينية غير الأساسية بشكل رئيسي من خلال التوليف الداخلي، أو إعادة الاستخدام. بسبب إعادة الاستخدام، يتم تشكيل ثلثي بروتينات الجسم. الاحتياجات اليومية التقريبية للشخص البالغ من الأحماض الأمينية الأساسية الأساسية هي كما يلي (جم / يوم): أرجينين – 6، سيستين – 2-3، تيروزين – 3-4، ألانين – 3، سيرين – 3، حمض الجلوتاميك – 16، حمض الأسبريك – 6، البرولين – 5، الجلوكوكول (الجليسين) – 3.

تؤدي الأحماض الأمينية غير الأساسية وظائف مهمة جدًا في الجسم، وبعضها (أرجينين، سيستين، تيروزين، حمض الجلوتاميك) يلعب دورًا فسيولوجيًا لا يقل عن الأحماض الأمينية الأساسية.

بعض جوانب استخدام الأحماض الأمينية غير الأساسية في صناعة الأغذية، مثل حمض الجلوتاميك، مثيرة للاهتمام. ويوجد بكميات كبيرة فقط في الأطعمة الطازجة. أثناء تخزين الطعام أو حفظه، يتم تدمير حمض الجلوتاميك الموجود فيه ويفقد الطعام رائحته وطعمه المميز. في الصناعة، يتم استخدام ملح الصوديوم لحمض الجلوتاميك في كثير من الأحيان. في اليابان، يُطلق على مادة MSG اسم "شعار Ajino" - جوهر المذاق. يتم رش المنتجات الغذائية بمحلول 1.5-5٪ من الغلوتامات أحادية الصوديوم، وتحتفظ برائحة النضارة لفترة طويلة. وبما أن الغلوتامات أحادية الصوديوم لها خصائص مضادة للأكسدة، فيمكن تخزين المنتجات الغذائية لفترات أطول.

تعتمد الحاجة إلى البروتينات على العمر والجنس وطبيعة العمل والخصائص المناخية والوطنية وما إلى ذلك. وقد أثبتت الأبحاث أن توازن النيتروجين في جسم الشخص البالغ يتم الحفاظ عليه من خلال استهلاك ما لا يقل عن 55-60 جرامًا من البروتين، لكن هذه القيمة لا لا تأخذ في الاعتبار المواقف العصيبة والمرض والنشاط البدني المكثف. وفي هذا الصدد، فإن متطلبات البروتين المثالية للشخص البالغ في بلدنا هي 90-100 جم/اليوم. في الوقت نفسه، في النظام الغذائي، يجب أن يوفر البروتين ما متوسطه 11-13٪ من إجمالي قيمة الطاقة، ومن حيث النسبة المئوية، يجب أن يكون البروتين الحيواني 55٪ على الأقل.

وضع العلماء الأمريكيون والسويديون معايير دنيا للغاية لاستهلاك البروتين بناءً على التحلل الداخلي لبروتينات الأنسجة أثناء الأنظمة الغذائية الخالية من البروتين: 20-25 جم / يوم. ومع ذلك، فإن مثل هذه المعايير، عند استخدامها بشكل مستمر، لا تلبي احتياجات جسم الإنسان ولا تضمن الأداء الطبيعي، لأنه أثناء انهيار بروتينات الأنسجة، لا يمكن للأحماض الأمينية الناتجة، والتي تستخدم لاحقًا لإعادة تكوين البروتين، توفير البروتين المناسب. استبدال البروتين الحيواني المزود بالغذاء مما يؤدي إلى توازن النيتروجين السلبي.

تبلغ متطلبات الطاقة للأشخاص في المجموعة الأولى لكثافة العمل (مجموعة العمل العقلي) 2500 سعرة حرارية. 13% من هذه القيمة 325 سعرة حرارية. وبالتالي، فإن متطلبات البروتين للطلاب تبلغ حوالي 80 جم (325 سعرة حرارية: 4 سعرة حرارية = 81.25 جم) من البروتين.

عند الأطفال، يتم تحديد الحاجة إلى البروتينات حسب معايير العمر. تزداد كمية البروتين بسبب غلبة العمليات البلاستيكية في الجسم لكل 1 كجم من وزن الجسم. في المتوسط، تبلغ هذه القيمة 4 جم / كجم للأطفال من عمر 1 إلى 3 سنوات، و3.5 -4 جم / كجم للأطفال من سن 3 إلى 7 سنوات، و3 جم / كجم للأطفال من سن 8 إلى 10 سنوات والأطفال فوق 11 عامًا. العمر - 2.5-2 جم/كجم، بينما في المتوسط لدى البالغين 1.2-1.5 جم/كجم يوميًا.

المواد المواضيعية: