Презентация на тему «Обмен веществ и энергии в организме человека»

Слайд 1. Обмен веществ и энергии в организме человека

• Как поступившие с пищей вещества превращаются в строительный материал и энергию для жизни клеток

Доклад: Тема нашей презентации — обмен веществ и энергии в организме человека. Это тот фундамент, на котором держится жизнь каждой клетки: без непрерывного притока веществ и превращения энергии организм существовать не может. Мы разберём, как пища превращается в строительный материал и в энергию, и почему нарушения этих процессов приводят к болезням.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Ключевые понятия
• Ассимиляция и диссимиляция
• Этапы обмена веществ
• АТФ — энергетическая валюта клетки
• Этапы энергетического обмена
• Митохондрии — станции клеточной энергии
• Обмен белков
• Обмен углеводов
• Обмен жиров
• Водно-солевой обмен
• Витамины: классификация
• Минеральные вещества
• Энергетическая ценность питательных веществ
• Основной обмен
• Суточный расход энергии
• Регуляция обмена веществ
• Учёные, раскрывшие законы обмена веществ
• Нарушения обмена веществ
• Обмен веществ и физическая активность
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Работа построена от общих понятий к частностям. Сначала мы определим, что такое метаболизм и из каких этапов он складывается, затем рассмотрим энергетическую сторону обмена и роль митохондрий. Далее последовательно разберём обмен белков, углеводов, жиров, воды, витаминов и минеральных веществ, а завершим вопросами энергетического баланса, регуляции, нарушений обмена и роли физической активности.

Слайд 3. Введение

• Обмен веществ — главное свойство живого: организм непрерывно обменивается с внешней средой веществом и энергией, и прекращение этого обмена означает смерть.
• За сутки взрослый человек расходует 2100–4500 ккал и обновляет количество АТФ, сопоставимое с массой собственного тела.
• Знание закономерностей метаболизма лежит в основе науки о питании, спортивной физиологии, диетологии и лечения сахарного диабета, ожирения, подагры.
• По данным Всемирной организации здравоохранения избыточную массу тела имеет более 1,9 млрд взрослых, поэтому тема имеет прямое практическое значение.

Доклад: Обмен веществ — это главный признак живого организма: он непрерывно получает вещества и энергию извне и возвращает во внешнюю среду конечные продукты. За сутки человек расходует от двух до четырёх с половиной тысяч килокалорий, а количество образующейся и распадающейся АТФ сопоставимо с массой его тела. Практическая значимость темы очевидна: на закономерностях метаболизма строятся диетология, спортивная физиология и лечение самых массовых заболеваний.

Слайд 4. Ключевые понятия

• Метаболизм — совокупность всех химических превращений веществ и энергии в организме от поступления пищи до выведения конечных продуктов.
• Анаболизм — реакции синтеза сложных веществ из простых, идущие с затратой энергии (пластический обмен).
• Катаболизм — реакции распада сложных веществ до простых с высвобождением энергии (энергетический обмен).
• Метаболит — промежуточное вещество, образующееся на отдельной стадии превращения (пировиноградная кислота, ацетилкофермент А).
• Гомеостаз — постоянство внутренней среды, которое поддерживается точным согласованием синтеза и распада.

Доклад: Чтобы говорить об обмене веществ строго, нужно договориться о терминах. Метаболизм объединяет два противоположно направленных процесса: анаболизм, то есть синтез с затратой энергии, и катаболизм — распад с её выделением. Промежуточные продукты этих превращений называют метаболитами, а согласованность синтеза и распада обеспечивает гомеостаз — постоянство внутренней среды организма.

Слайд 5. Ассимиляция и диссимиляция

• Две стороны единого процесса протекают в организме одновременно и неразрывно: то, что распадается в одних клетках, служит материалом для синтеза в других. Соотношение между ними определяет рост, сохранение массы или истощение организма.
• Синтез белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот из поступивших мономеров
• Идёт с поглощением энергии АТФ
• Преобладает у детей, подростков, при беременности и восстановлении после травм
• Итог — рост массы тела, обновление тканей, накопление запасов гликогена и жира
• Расщепление сложных молекул до углекислого газа, воды, мочевины
• Освобождает энергию, часть которой запасается в АТФ, часть рассеивается теплом
• Преобладает в пожилом возрасте, при голодании, тяжёлой болезни, чрезмерных нагрузках
• Итог — обеспечение работы мышц, нервных клеток, синтетических процессов

Доклад: Ассимиляция и диссимиляция неразделимы: для синтеза белка нужна энергия, которая берётся от распада других веществ. У ребёнка и подростка преобладает ассимиляция, поэтому организм растёт; при голодании, тяжёлой болезни или чрезмерных нагрузках берёт верх диссимиляция, и масса тела снижается. У здорового взрослого человека эти процессы уравновешены, что и позволяет годами сохранять постоянство состава тела.

Слайд 6. Этапы обмена веществ

• Обмен веществ разворачивается в единой цепочке: снаружи внутрь и снова наружу.
• Выпадение любого звена — от нарушения всасывания до почечной недостаточности — расстраивает весь метаболизм.
• Пищеварение — расщепление белков, жиров и углеводов пищи до аминокислот, глицерина, жирных кислот и глюкозы
• Всасывание и транспорт — переход мономеров в кровь и лимфу, доставка их кровью ко всем клеткам тела
• Внутриклеточный обмен — синтез собственных веществ и окисление части мономеров с выделением энергии
• Выведение — удаление углекислого газа лёгкими, мочевины и солей почками, воды почками и кожей

Доклад: Путь любого вещества в организме укладывается в четыре последовательных звена. Сначала пища расщепляется до простых мономеров, затем они всасываются и разносятся кровью, потом внутри клеток идут синтез и окисление, и наконец конечные продукты удаляются лёгкими, почками и кожей. Выпадение любого звена — от нарушения всасывания в кишечнике до почечной недостаточности — расстраивает весь обмен веществ.

Слайд 7. АТФ — энергетическая валюта клетки

• АТФ + Н₂О → АДФ + Ф + 40 кДж
• АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, универсальный переносчик энергии во всех клетках
• АДФ — аденозиндифосфорная кислота, продукт отщепления одного остатка фосфорной кислоты
• Ф — остаток фосфорной кислоты, отделяемый по макроэргической связи
• 40 кДж — энергия одной макроэргической связи в расчёте на моль вещества

Доклад: АТФ — аденозинтрифосфорная кислота — служит универсальным посредником в передаче энергии. При отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты разрывается макроэргическая связь и высвобождается около сорока килоджоулей на моль. Именно эту энергию используют сокращающаяся мышца, работающий нейрон и синтезирующая белок рибосома, поэтому АТФ справедливо называют энергетической валютой клетки.

Слайд 8. Этапы энергетического обмена

• Полное окисление одной молекулы глюкозы даёт 38 молекул АТФ.
• Кислородный этап в 18 раз производительнее бескислородного, поэтому дыхание для человека жизненно необходимо.
• При нехватке кислорода в работающей мышце накапливается молочная кислота и возникает утомление.
• Подготовительный — расщепление полимеров пищи до мономеров в пищеварительном тракте и лизосомах; энергия целиком рассеивается в виде тепла
• Бескислородный (гликолиз) — распад глюкозы в цитоплазме до пировиноградной и молочной кислоты с выходом 2 молекул АТФ
• Кислородный — окисление в митохондриях через цикл трикарбоновых кислот и дыхательную цепь, ещё 36 молекул АТФ

Доклад: Энергетический обмен идёт в три этапа. На подготовительном полимеры расщепляются до мономеров, и вся энергия рассеивается теплом. На бескислородном этапе глюкоза распадается в цитоплазме с выходом всего двух молекул АТФ. Основной вклад даёт кислородный этап в митохондриях: цикл трикарбоновых кислот и дыхательная цепь добавляют ещё тридцать шесть молекул, доводя итог до тридцати восьми.

Слайд 9. Митохондрии — станции клеточной энергии

• Митохондрия ограничена двумя мембранами; внутренняя образует складки-кристы, увеличивающие рабочую поверхность в десятки раз.
• На кристах расположены ферменты дыхательной цепи и АТФ-синтаза, собирающая АТФ за счёт переноса протонов.
• В клетке сердечной мышцы насчитывается до 5000 митохондрий, а в малоактивных клетках кожи — лишь несколько десятков.
• Митохондрии имеют собственную кольцевую ДНК и наследуются по материнской линии, что доказывает их симбиотическое происхождение.

Доклад: Митохондрия — двумембранная органелла, внутренняя мембрана которой образует складки-кристы. На кристах размещаются ферменты дыхательной цепи и фермент, собирающий АТФ за счёт потока протонов. Число митохондрий прямо отражает энергетические запросы клетки: в кардиомиоците их тысячи, а в малоактивных клетках — единицы. Собственная кольцевая ДНК и наследование по материнской линии указывают на симбиотическое происхождение этих органелл.

Слайд 10. Обмен белков

• Белки пищи расщепляются до 20 аминокислот, 8 из которых незаменимы для взрослого человека и должны поступать извне.
• Из всосавшихся аминокислот клетки строят собственные белки: ферменты, гормоны, гемоглобин, антитела, сократительные волокна.
• Суточная потребность взрослого составляет 0,8–1,2 г белка на килограмм массы тела, у спортсменов силовых видов — до 1,6 г.
• Избыток аминокислот дезаминируется в печени: аммиак превращается в мочевину, которая выводится почками с мочой.

Доклад: Белки пищи распадаются до двадцати аминокислот, восемь из которых взрослый организм не синтезирует и обязан получать с пищей. Из всосавшихся аминокислот строятся собственные белки: ферменты, гормоны, антитела, гемоглобин, сократительные волокна мышц. Взрослому человеку требуется около грамма белка на килограмм массы тела, а избыток аминокислот превращается в печени в мочевину и выводится почками.

Слайд 11. Обмен углеводов

• Крахмал и сахароза пищи расщепляются ферментами до глюкозы, фруктозы и галактозы и всасываются в тонкой кишке.
• Глюкоза поступает в воротную вену и печень, где её концентрация в крови удерживается на уровне 3,3–5,5 ммоль/л.
• Избыток запасается в виде гликогена: около 100 г в печени и до 400 г в скелетных мышцах.
• При падении уровня сахара гликоген печени распадается (гликогенолиз) и подпитывает кровь глюкозой.
• При длительном голодании включается глюконеогенез — синтез глюкозы из аминокислот, глицерина и молочной кислоты.

Доклад: Углеводы — главный и самый доступный источник энергии. Крахмал и сахароза расщепляются до глюкозы, которая всасывается в тонкой кишке и удерживается в крови в узких границах от трёх и трёх до пяти и пяти миллимоль на литр. Избыток запасается гликогеном печени и мышц, а при падении сахара гликоген распадается; при длительном голодании включается синтез глюкозы из аминокислот и глицерина.

Слайд 12. Обмен жиров

• Жиры расщепляются желчью и липазой до глицерина и жирных кислот, всасываются в лимфу и разносятся по телу.
• Один грамм жира при окислении даёт 9,3 ккал — вдвое больше, чем белки и углеводы, поэтому жир служит основным запасом энергии.
• Линолевая и линоленовая кислоты незаменимы: организм их не синтезирует, а получает из растительных масел и жирной рыбы.
• Холестерин — не только пищевой компонент, но и сырьё для синтеза желчных кислот, витамина D и половых гормонов.

Доклад: Жиры расщепляются желчью и липазой до глицерина и жирных кислот и всасываются в лимфатические сосуды. Один грамм жира даёт девять и три десятых килокалории — вдвое больше белков и углеводов, поэтому именно жир служит основным энергетическим депо организма. Линолевая и линоленовая кислоты незаменимы и поступают только с растительными маслами и жирной рыбой, а холестерин необходим для синтеза желчных кислот и гормонов.

Слайд 13. Водно-солевой обмен

• Суточная потребность в воде — 2–2,5 л с учётом жидкости пищи.
• Около 300 мл воды образуется в самом организме при окислении питательных веществ.
• Вода выводится почками (1,5 л), лёгкими и кожей (около 0,9 л), кишечником (0,1 л).
• Осмотическое давление внутренней среды поддерживают ионы натрия, калия и хлора.
• Потеря 10% воды опасна для жизни, потеря 20% приводит к гибели.
• 60% — доля воды в массе тела взрослого человека

Доклад: Вода составляет около шестидесяти процентов массы тела взрослого человека и служит средой для всех химических реакций. Суточная потребность в ней — два-два с половиной литра, причём около трёхсот миллилитров образуется в самом организме при окислении питательных веществ. Ионы натрия, калия и хлора удерживают осмотическое давление, а потеря десятой части воды уже опасна для жизни.

Слайд 14. Витамины: классификация

• Витамины — низкомолекулярные вещества, не дающие энергии, но необходимые как составные части ферментов. По способности растворяться их делят на две группы, от чего зависит и способ хранения в организме.
• А — зрение, кожа
• D — обмен кальция
• Е — защита мембран
• К — свёртывание крови
• Запасаются в печени
• С — прочность сосудов
• В₁ — работа нервов
• В₆ — обмен белков
• В₁₂ — кроветворение
• Впрок не запасаются

Доклад: Витамины не дают энергии и не служат строительным материалом, но входят в состав ферментов, без которых обмен веществ невозможен. Жирорастворимые витамины А, D, Е и К запасаются в печени, поэтому их избыток может оказаться токсичным. Водорастворимые витамины С и группы В впрок не откладываются и должны поступать с пищей ежедневно.

Слайд 15. Минеральные вещества

• Макроэлементы нужны в количестве сотен миллиграммов, микроэлементы — в тысячных долях грамма.
• Недостаток даже одного элемента вызывает специфическое заболевание: анемию, эндемический зоб, остеопороз.

Доклад: Минеральные вещества делят на макроэлементы, потребность в которых измеряется сотнями миллиграммов, и микроэлементы, нужные в тысячных долях грамма. Как видно из таблицы, каждый элемент выполняет собственную незаменимую задачу: кальций укрепляет кости, железо переносит кислород, йод входит в состав гормонов щитовидной железы. Недостаток даже одного из них вызывает конкретное заболевание — анемию, эндемический зоб или остеопороз.

Слайд 16. Энергетическая ценность питательных веществ

• Энергию измеряют сжиганием вещества в калориметрической бомбе и пересчётом на усвояемую часть.
• Жиры вдвое энергоёмче белков и углеводов, поэтому именно их избыток быстрее всего откладывается в запас.

Доклад: Энергетическую ценность продуктов определяют сжиганием вещества в калориметрической бомбе с поправкой на усвояемость. График показывает: белки и углеводы дают примерно по четыре килокалории на грамм, тогда как жиры — более девяти. Именно поэтому избыток жирной пищи быстрее всего приводит к накоплению жировой ткани, а расчёт рациона всегда начинается с этих величин.

Слайд 17. Основной обмен

• Основной обмен — минимальные затраты энергии в покое натощак при температуре комфорта, необходимые только для поддержания жизни.
• 1700 ккал — Мужчина 70 кг — Средний основной обмен за сутки
• 1400 ккал — Женщина 60 кг — Основной обмен ниже из-за меньшей мышечной массы
• 1 ккал — На 1 кг за час — Усреднённая интенсивность основного обмена
• 60–70% — Доля в сутках — Часть суточных энергозатрат при умеренной активности

Доклад: Основным обменом называют минимальный расход энергии в покое натощак при комфортной температуре — то, что организм тратит только на поддержание жизни. У мужчины массой семьдесят килограммов он составляет около тысячи семисот килокалорий, у женщины — примерно тысячу четыреста. В среднем это одна килокалория на килограмм массы за час, а в общих суточных затратах основной обмен занимает от шестидесяти до семидесяти процентов.

Слайд 18. Суточный расход энергии

• Если приход энергии превышает расход, излишек откладывается в жировой ткани.
• При хроническом недостатке энергии организм расходует собственные белки мышц.
• Гигиенические нормы делят взрослое население на пять групп по интенсивности труда.
• Основной обмен — расход на дыхание, кровообращение, работу почек и печени в покое
• Специфически-динамическое действие пищи — 10–15% энергии, уходящие на переваривание и усвоение
• Рабочая прибавка — затраты на мышечную работу, от 500 ккал у служащего до 2500 ккал у шахтёра
• Суточный расход энергии — величина, с которой должна совпадать калорийность рациона

Доклад: Суточный расход энергии складывается из трёх слагаемых: основного обмена, специфически-динамического действия пищи и рабочей прибавки на мышечную деятельность. Именно с этой суммой должна совпадать калорийность рациона. Если приход энергии стойко превышает расход, излишек откладывается в жировой ткани; при хроническом дефиците организм начинает расходовать собственные белки мышц.

Слайд 19. Регуляция обмена веществ

• Согласованность тысяч реакций обеспечивают два взаимосвязанных механизма. Нервная система задаёт быстрые команды, гуморальная — длительный фон, а объединяет их гипоталамус.
• Центры голода и насыщения в гипоталамусе
• Симпатические влияния усиливают распад запасов
• Парасимпатические — способствуют накоплению и пищеварению
• Центр терморегуляции меняет теплопродукцию
• Инсулин снижает уровень глюкозы и запускает синтез гликогена
• Глюкагон и адреналин повышают уровень глюкозы в крови
• Тироксин ускоряет окислительные процессы во всех тканях
• Соматотропин усиливает синтез белка, кортизол — его распад

Доклад: Согласованность тысяч биохимических реакций обеспечивают два механизма. Нервная регуляция работает быстро: центры голода и насыщения в гипоталамусе, симпатические влияния, усиливающие распад запасов, и парасимпатические, способствующие накоплению. Гуморальная регуляция задаёт длительный фон: инсулин снижает уровень глюкозы, глюкагон и адреналин его повышают, тироксин ускоряет окисление во всех тканях.

Слайд 20. Учёные, раскрывшие законы обмена веществ

• Антуан Лоран Лавуазье, 1743–1794, Доказал, что дыхание животных есть медленное окисление, и связал его с выделением тепла
• Виктор Васильевич Пашутин, 1845–1901, Основоположник отечественной патологической физиологии, изучал обмен веществ и создал калориметрическую камеру для человека
• Михаил Николаевич Шатерников, 1870–1939, Разработал первые российские физиологические нормы питания и метод непрямой калориметрии
• Ханс Адольф Кребс, 1900–1981, Открыл цикл трикарбоновых кислот — центральное звено окисления веществ, лауреат Нобелевской премии 1953 года

Доклад: Современные представления об обмене веществ складывались более двух столетий. Лавуазье доказал, что дыхание есть медленное окисление, и связал его с выделением тепла. Пашутин ввёл в отечественную науку понятие основного обмена и построил калориметрическую камеру, а Шатерников разработал первые российские нормы питания. Ханс Кребс открыл цикл трикарбоновых кислот — центральное звено окисления, за что получил Нобелевскую премию.

Слайд 21. Нарушения обмена веществ

• 30 — Ожирение — Индекс массы тела 30 и выше: приход энергии стойко превышает расход
• II — Сахарный диабет 2 типа — Клетки теряют чувствительность к инсулину, глюкоза не усваивается тканями
• У — Подагра — Соли мочевой кислоты откладываются в суставах при нарушении обмена белков
• D — Рахит — Недостаток витамина D нарушает обмен кальция и фосфора в растущих костях

Доклад: Нарушения обмена веществ входят в число самых распространённых болезней современного человека. Ожирение диагностируют при индексе массы тела тридцать и выше, оно развивается при стойком превышении прихода энергии над расходом. Сахарный диабет второго типа связан с потерей чувствительности клеток к инсулину, подагра — с накоплением солей мочевой кислоты, а рахит — с нехваткой витамина D в растущем организме.

Слайд 22. Обмен веществ и физическая активность

• При беге средней интенсивности расход энергии возрастает в 8–10 раз по сравнению с покоем.
• Первые минуты работы обеспечиваются запасами АТФ и креатинфосфата, затем включаются гликолиз и окисление жиров.
• Регулярные аэробные нагрузки увеличивают число митохондрий в мышцах и долю жиров в энергообеспечении.
• После нагрузки сохраняется повышенное потребление кислорода, поэтому расход энергии остаётся высоким ещё несколько часов.

Доклад: Физическая нагрузка — самый действенный способ управлять обменом веществ. При беге средней интенсивности расход энергии возрастает в восемь-десять раз по сравнению с покоем. Первые минуты работы обеспечивают запасы АТФ и креатинфосфата, затем подключаются гликолиз и окисление жиров. Регулярные аэробные тренировки увеличивают число митохондрий в мышцах, а после нагрузки расход энергии остаётся повышенным ещё несколько часов.

Слайд 23. Выводы

• Обмен веществ объединяет противоположные процессы синтеза и распада, а их равновесие определяет состояние здоровья.
• Универсальным посредником в передаче энергии служит АТФ, а главной площадкой её образования — митохондрии.
• Белки, жиры, углеводы, вода, минеральные вещества и витамины выполняют разные, но взаимозависимые задачи в метаболизме.
• Соответствие калорийности рациона суточному расходу энергии — основа профилактики ожирения и сахарного диабета.
• Управление обменом веществ достигается сочетанием рационального питания, двигательной активности и режима дня.

Доклад: Подведём итоги. Обмен веществ объединяет противоположные процессы синтеза и распада, и именно их равновесие определяет состояние здоровья. Универсальным переносчиком энергии служит АТФ, а главной площадкой её образования — митохондрии. Соответствие калорийности рациона суточному расходу энергии вместе с достаточной двигательной активностью остаётся основой профилактики ожирения и сахарного диабета.

Слайд 24. Список литературы

• Агаджанян, Н. А. Нормальная физиология : учебник / Н. А. Агаджанян, В. М. Смирнов. — Москва : Медицинское информационное агентство, 2009. — 520 с.
• Ермолаев, Ю. А. Возрастная физиология : учебник / Ю. А. Ермолаев. — Москва : Высшая школа, 2001. — 384 с.
• Кольман, Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман, К.-Г. Рём. — Москва : Лаборатория знаний, 2019. — 512 с.
• Покровский, В. М. Физиология человека : учебник / под редакцией В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — Москва : Медицина, 2007. — 656 с.
• Северин, Е. С. Биохимия : учебник / под редакцией Е. С. Северина. — Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2016. — 768 с.

Доклад: При подготовке работы использованы классические учебники по нормальной физиологии и биохимии, а также руководства по возрастной физиологии. Все источники приведены в алфавитном порядке и оформлены по действующему стандарту библиографического описания. Эти издания рекомендуются для самостоятельного углублённого изучения темы.

Слайд 25. Спасибо за внимание!

Доклад: На этом доклад завершён. Благодарю за внимание и готов ответить на вопросы по любому из рассмотренных разделов обмена веществ и энергии.