Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Гроші — мідь, одяг — це тлін, а здоров'я — справжній скарб.

Народна мудрість

§ 32. НЕЙРОГУМОРАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

Основні поняття й ключові терміни: Регуляція обміну речовин та енергії.

Пригадайте! Що таке обмін речовин і перетворення енергії?

Поміркуйте!

Хто по-справжньому щирий з нами, відданий нам і любить нас, хто приносить радість і дарує теплоту, рятує від самотності і заліковує душевні рани? Ну, звичайно ж, наші тварини, наші вдячні й вірні друзі, у яких всім нам варто багато чого повчитися. Ось лише декілька наукових фактів про позитивний вплив домашніх тварин на людину: знижують вірогідність проявів алергії, підвищують самооцінку, зміцнюють імунітет, позбавляють від негативних емоцій тощо. А ще які чинники впливають на організм людини та її обмін речовин?

ЗМІСТ

Які чинники впливають на процеси метаболізму в організмі людини?

Чинники регуляції метаболізму визначають інтенсивність процесів надходження, перетворення й видалення речовин та енергії. Їх поділяють на статичні й динамічні, зовнішні й внутрішні.

Чинники регуляції метаболізму, що не піддаються корекції з боку людини, називаються статичними. Це спадковість, стать, тип статури тіла, вік, нервові й ендокринні впливи регуляторних систем. Так, з віком інтенсивність обміну знижується на 7—10 % кожні десять років, досягаючи в старості свого мінімуму, а простуда чи травми активізують обмінні процеси. Обмін речовин у чоловіків у середньому на 10—20 % вищий, ніж у жінок, оскільки у них відсоткова частка м'язів є більшою відносно маси тіла. Високий рівень обміну речовин у дитячому віці пояснюється високою активністю процесів, посиленим ростом тканин. У похилому віці поряд із зниженням вмісту води, кількості й активності клітин знижується й м'язова активність.

В іншу групу об'єднують чинники, вплив яких людина може змінювати. Їх назвали динамічними. Це раціон і режим харчування, маса тіла, психоемоційний стан, сон, фізична активність, хронічні хвороби. Важливим є вплив на обмін речовин загальної кількості й складу їжі. Разом із генетичними чинниками та способом життя саме їжа визначає стан здоров'я кожної конкретної людини. Недарма існують приказки «Ми є те, що ми їмо», «Свою хворобу шукай на дні своєї тарілки». Приймання їжі підвищує інтенсивність обміну речовин, що триває протягом 5—6 год. Такий вплив їжі на рівень обміну речовин та енергії називається специфічною динамічною дією їжі. Механізм такої дії їжі більшість дослідників пояснюють впливом на клітини продуктів розпаду й проміжного обміну, активізацією перистальтики кишечнику і посиленням роботи травних залоз.

На метаболізм впливають зовнішні й внутрішні чинники. Так, тривалий вплив на організм людини низької температури підвищує обмін речовин (зі зниженням температури повітря на 10 °С рівень обміну підвищується на 2,5 %). Добові та сезонні зміни в природі визначають спадкову ритмічність процесів обміну речовин. Так, підвищення інтенсивності обміну речовин спостерігається навесні та раннім літом, а зниження — пізньої осені й узимку. Під час відпочинку обмін речовин знижується на 13 % (за рахунок розслаблення скелетних м'язів). На рівень обміну впливають й такі внутрішні чинники, як гормони та участь енергетичних систем у забезпеченні клітин енергією. Це фосфатна система АТФ (забезпечення енергією на час, менший за 30 с), гліколізна (анаеробна) (від 30 с до 3 хв) та аеробна (на час, більший за 3 хв) системи.

Отже, на метаболізм впливають статичні й динамічні, зовнішні та внутрішні чинники; їхня взаємодія визначає особливості обміну речовин у кожної людини.

Як регулюється метаболізм в організмі людини?

Регуляція обміну речовин та енергії — сукупність рівнево організованих біохімічних й фізіологічних процесів, що здійснюють пристосування обміну речовин й енергії до потреб організму. На молекулярному рівні організації організму людини відбувається генетична регуляція, що визначає синтез ферментів. Регуляція на рівні генів веде до збільшення чи зменшення концентрації тих чи інших ферментів шляхом впливу на активність ферментних генів регуляторних білків-індукторів чи репресорів. Цей тип регуляції обміну речовин вирізняється високою специфічністю, але сам процес відбувається повільно (зазвичай годинами).

Клітинна регуляція ґрунтується на особливостях взаємодії ферменту і субстрату. За наявності субстрату клітина синтезує фермент, за відсутності — припиняє синтез. Окрім того, активність ферментів у клітинах залежить від умов, в яких діє фермент, а саме від рН середовища, температури, концентрації як ферменту, так і субстрату. Наприклад, накопичення кислих продуктів реакції може сповільнити швидкість біокаталітичної реакції.

Гуморальна регуляція обміну речовин на рівні організму полягає в дії гормонів на активність ферменту або на діяльність тканин та органів. Наприклад, тиреотропний гормон гіпофіза впливає на щитоподібну залозу, яка може секретувати більше чи менше тироксину, що веде до прискорення чи сповільнення обміну речовин. Гуморальна регуляція обміну речовин має повільну регулювальну дію, і її прояви підпорядковані нервовій системі. Регулювальна дія гормонів є різнобічною і може бути реалізована через активацію й пригнічення ферментів, біосинтезу білків, зміну проникності клітинних мембран тощо. Гормони беруть важливу участь як у терміновій регуляції, так і у тривалій регуляції (адаптації) обміну речовин до умов середовища, кількості та якості вживаної їжі, регуляції надходження і засвоєння кількості рідини та електролітів в організмі. Після реалізації своїх функцій відбувається руйнування гормонів. Невелика частина залишків гормональних продуктів може знову ресинтезуватись у гормони, але більша їх частина піддається незворотному катаболізму. Видалення гормонів та їхніх метаболітів здійснюється переважно із сечею й жовчю.

Найвищим рівнем регуляції обміну речовин в організмі людини є нервова регуляція. Контроль за обміном речовин й перетворенням енергії належить до інтегративних процесів, що регулюються гіпоталамусом. Крім центрів голоду, ситості й спраги, центрів, що регулюють обмін білків, вуглеводів, ліпідів, водно-сольовий обмін, у гіпоталамусі розміщений і центр терморегуляції. Вони поєднані в один інтегративний центр, який регулює усі ці процеси. Найчастіше нервова система свою регуляторну функцію здійснює через ендокринну систему. Яскравим прикладом цього зв'язку є вплив емоцій на обмін речовин. Нервова регуляція обміну речовин перебуває також під контролем кори великого мозку, тому людина може свідомо й швидко впливати на процеси харчування й чинники, від яких залежить обмін речовин. Така регулювальна дія кори головного мозку називається кортикальною регуляцією.

Нервова регуляція обміну речовин здійснюється трьома шляхами: 1) виділенням нейромедіаторів — біологічно активних речовини, за допомогою яких передаються імпульси з нейронів через синапси (наприклад, серотонін, адреналін, гістамін, ацетилхолін); 2) зміною концентрації йонів, що активують або сповільнюють дію ферментів; 3) за допомогою впливів на ендокринні залози (наприклад, дія гіпоталамаса через гіпофіз на ендокринні залози) (іл. 79).

Іл. 79. Гіпоталамо-гіпофізарна система регуляції

Умовні позначки гормонів гіпофіза:

АКТГ — адренокортикотропний гормон

ТТГ — тиреотропний гормон

АДГ — антидіуретичний гормон

ЛГ — лютеїнізуючий гормон

ФСГ — фолікостимулюючий гормон

Отже, регуляція обміну речовин в організмі людини здійснюється на різних рівнях його організації.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Регуляція обміну речовин в організмі людини

Організм людини має такі рівні організації, як молекулярний, клітинний, рівень органів, системний, організмовий. Наведіть приклади фізичних, хімічних чи фізіологічних процесів обміну речовин, що відбуваються на кожному із цих рівнів організації організму людини. Заповніть у робочому зошиті таблицю та сформулюйте висновок.

Рівень організації

Приклади процесів обміну речовин

Молекулярний

Клітинний

Рівень органів

Системний

Організмовий

Біологія + Фізика. Закон поверхні тіла

Макс Рубнер (1854—1932) — німецький фізіолог, сформулював закон поверхні тіла, який відображає залежність між інтенсивністю обміну речовин та площею тіла. В основі цього закону лежить суто фізичне явище видалення внутрішньої теплової енергії будь-якого тіла через його поверхню. В чому сутність закону поверхні тіла? Які фізичні процеси забезпечують тепловіддачу в організмі людини?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Спорт. Обмін речовин і біг

Як показали дослідження, інтенсивність обміну речовин у спринтерів у забігах на 100 м становить 22 кВт, а в марафонців (на 42 км 195 м) — 1,6 кВт, що майже в 13 разів менше (іл. 80). Визначте й поясніть: 1) який чинник впливає на обмін речовин у цьому прикладі; 2) чому чим довшою є дистанція бігу, тим нижчим є рівень метаболізму в бігуна; 3) чому тіло спринтера мускулисте, а марафонця — навпаки.

Іл. 80. Марафонський бігун і спринтер

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке чинники обміну речовин? 2. Назвіть групи чинників, що впливають на обмін речовин. 3. Наведіть приклади зовнішніх й внутрішніх чинників обміну речовин. 4. Що таке регуляція обміну речовин? 5. Назвіть основні типи регуляції обміну речовин та енергії. 6. Наведіть приклади нервової й гуморальної регуляції обміну речовин.

7—9

7. Які чинники впливають на обмін речовин й перетворення енергії в організмі людини? 8. Як регулюється обмін речовин в організмі людини? 9. Як відбувається нервова й гуморальна регуляція обміну речовин?

10—12

10. Які фізичні, хімічні та фізіологічні процеси становлять основу обміну речовин, енергії та інформації?