Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии — совокупность химических и физических превращений, происходящих в клетках и тканях живого организма и обеспечивающих его жизнеспособность.

Сущность обмена веществ или метаболизма заключается в последовательном потреблении организмом из внешней среды различных веществ, усвоении, использовании, накоплении и потери веществ и энергии в течение жизни, позволяющие организму самосохраняться, расти, развиваться, адаптироваться к окружающей среде и самовоспроизводиться.

Обменные процессы протекают в виде последовательных фаз:

1) извлечение энергии из органических веществ, попавших в организм с пищей;

2) превращение продуктов расщепления пищевых веществ в «строительные блоки» для синтеза веществ, специфических для организма;

3) синтез белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других элементов клетки;

4) синтез и разрушение тех биологически активных молекул, которые необходимы для осуществления специфических функций организма.

Назначение обмена веществ и энергии

во-первых, в обеспечении пластических нужд организма, то есть в доставке организму химических веществ, необходимых для построения его структурных элементов и восстановления распадающихся в организме и теряемых из организма веществ;

во-вторых, в обеспечении всех жизненных функций организма энергией.

Выделяют

  • основной обмен (происходящий при полном покое)
  • промежуточный обмен (совокупность химических превращений с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь до выделения продуктов обмена из организма).

Обмен веществ делится на два взаимосвязанных и одновременно протекающих в клетке процесса —

  1. ассимиляцию (анаболизм)
  2. диссимиляцию (катаболизм).

При анаболизме происходит биосинтез сложных веществ из более простых молекул-предшественников. При этом каждая клетка синтезирует характерные для нее белки, жиры, углеводы и другие соединения.

При катаболизме происходит расщепление крупных органических молекул до простых соединений с одновременным выделением энергии, которая запасается, главным образом, в виде АТФ.

Катаболизм относят к энергетическому обмену, обеспечивающему доставку к клеткам энергии, необходимой для жизнедеятельности.

В течение жизни наблюдаются разные количественные соотношения процессов ассимиляции и диссимиляции:

–в растущем организме преобладает ассимиляция; примерно в возрасте от 22—25 лет до 60 лет устанавливается относительное равновесие анаболизма и катаболизма;

–после 60 лет процессы диссимиляции несколько превышают процессы ассимиляции, что сопровождается изменениями функциональных возможностей различных систем организма.

Основные этапы обмена веществ и их значение

Основными веществами, необходимыми для жизнедеятельности организма являются белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины и вода.

Процессы обмена этих веществ имеют свои характерные особенности. Но на ряду с этим существуют общие закономерности, позволяющие выделить три этапа обмена веществ:

1) переработку пищевых продуктов в органах пищеварения,

2) межуточный обмен веществ,

3) образование конечных продуктов метаболизма.

Первый этап — это последовательное расщепление химических компонентов пищи в желудочно-кишечном тракте до низкомолекулярных структур и всасывание образовавшихся простых химических продуктов в кровь или лимфу.

Расщепление белков, жиров и углеводов происходит под влиянием специфических ферментов.

 

— белки расщепляются пептидами до аминокислот,

— жиры — липазами до глицерина и жирных кислот,

— сложные углеводы — амилазами до моносахаридов.

Энергетическая ценность первого этапа обмена веществ незначительна и состоит главным образом в переводе питательных веществ в простейшие формы, которые могут в дальнейшем служить энергетическим источником. Этими формами являются аминокислоты (около 20), три гексозы (глюкоза, фруктоза и галактоза), пентоза, некоторые более редкие сахара, глицерин и жирные кислоты. Они легко всасываются в кровь и лимфу, разносятся током крови к печени и периферическим тканям, где подвергаются дальнейшим превращениям.

 

 

 

 

 

Второй этап обмена веществ объединяет превращения аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот.

Процесс межуточного обмена веществ приводит к образованию немногих ключевых соединений, которые обуславливают перекрестную взаимосвязь между отдельными путями обмена веществ, а также между процессами синтеза и распада; образно их называют метаболическим котлом, или общим котлом обмена веществ

Процессы межуточного обмена веществ приводят к синтезу видоспецифических белков, жиров и углеводов и их комплексов — нуклеопротеидов, фосфолипидов и др., то есть к образованию составных частей организма.

Наряду с этим процессы межуточного обмена служат основным источником энергии. При межуточных превращениях углеводов, жиров и белков освободившаяся энергия превращается в энергию особых химических соединений, так называемых макроэргами, то есть соединений, в которых накапливается много энергии.

В организме человека функцию макроэргов выполняют различные фосфорные соединения, главным образом аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Именно в АТФ аккумулируется 60—70% всей энергии, освобождающейся при межуточном обмене питательных веществ. И лишь 30—40% энергии, выделяющейся при окислении белков, жиров и углеводов, превращается в тепловую энергию и выделяется из организма во внешнюю среду в процессе теплоотдачи.

Третий этап обмена заключается в образовании и выделении конечных продуктов обмена.

Азотосодержащие продукты выделяются с мочой (главным образом), калом и в небольших количествах через кожу.

Углерод выделяется главным образом в виде СО2 через легкие и частично с мочой и калом.

Выделение водорода происходит преимущественно в виде воды через легкие и кожу, а также с мочой и калом.

Таким же путем экскретируются минеральные соединения.

 

Механизм сокращения мышц

Основные свойства мышц

Возбудимость – способность в ответ на действие раздражителя приходить в состояние возбуждения, в активное состояние;

Проводимость – способность проводить волну возбуждения вдоль всего мышечного волокна в обе стороны;

Сократимостьспособность сокращаться или изменять напряжение при возбуждении.

Сократимость является основным свойством мышечной ткани и высшим проявлением возникшего в мышце процесса возбуждения.

Выделяют 2 вида мышечного сокращения: изотоническое и изометрическое

— при изометрическом сокращении мышца сокращена, но движения не происходит, длина ее не изменяется, работа мышцы носит статический характер (стояние, сидение).;

В чистом виде изотонического сокращения почти не бывает, так как сокращение отдельных мышц или их групп обычно связано с изменением их напряжения.

— при изотоническом сокращении мышцы происходит движение, длина ее изменяется, работа носит динамический характер.

Однако большинство двигательных актов являются промежуточными формами между изотонической и изометрической деятельностью.

Механизм сокращения

В основе мышечного сокращения лежит перемещение нитей актина относительно нитей миозина.

Нити актина двигаются, как по туннелю, между миозиновыми фибриллами.

Такое вклинивание актиновых нитей между миозиновыми приводит к уменьшению длины мышцы (изотоническое сокращение).

При изометрическом сокращении одни саркомеры сокращаются, другие растягиваются, что обеспечивает отсутствие изменения длины волокна.

В процессе скольжения нитей каждый мостик может сцепиться с одним актиновым участком, продвинуть нить актина на какое-то расстояние, затем отсоединиться от него и войти в контакт со следующим мостиком.

 

При действии однократного раздражителя на двигательный нерв (непрямое раздражение) или непосредственно на мышцу (прямое раздражение), мышца совершает одно сокращение и вновь расслабляется.

Сокращение под влиянием одного импульса носит название одиночного сокращения.

Время от начала раздражения до начала сокращения называют скрытным или латентным периодом. Он в скелетных мышцах человека длится тысячные доли секунды.

Продолжительность латентного времени зависит от силы раздражителя: чем сильнее раздражитель, тем при равных условиях короче латентный период.

В естественных условиях одиночного сокращения скелетных мышц не наблюдается, так как к ним нервные импульсы или волны возбуждения поступают по двигательным нервам из центральной нервной системы. В ответ на этот поток импульсов мышца отвечает более длительным сокращением, которое называется тетаническим, или тетанусом.

У человека тетаническое сокращение скелетной мышцы вызывается потоком нервных импульсов с частотой не менее 30, а обычно 50—70 в 1 с при произвольном сокращении, а при напряжении — 5—25. Наиболее благоприятный ритм нервных импульсов, вызывающий у человека максимальное тетаническое сокращение скелетной мышцы, колеблется от 100 до 200 в 1 с. Самое быстрое движение продолжается больше 0,1 с, а непрерывное сокращение мышц рук, ног и туловища может длиться в течение многих минут.

Анатомия мышц

В организме человека аппарат движения представлен костями, их соединениями и скелетными поперечно­-полосатыми мышцами.

Только мышцы являются тем живым звеном в динамической цепи движения, которое, действуя на костные рычаги, изменяет положение тела человека или его частей.

Мышца, musculus, как орган имеет специфическую форму, определенную конструкцию и выполняет присущую только ей функцию.

1 — лобное брюшко затылочно-лобной мышцы; 2 — височная мышца; 3 — круговая мышца глаза; 4 — большая скуловая мышца; 5 — круговая мышца рта; 6 — жевательная мышца; 7 — мышца, опускающая угол рта; 8 — подбородочная мышца; 9 — грудино-ключично-сосцевидная мышца; 10 — грудино-подъязычная мышца; 11 — трапециевидная мышца; 12 — локтевой разгибатель запястья; 13 — разгибатель мизинца; 14 — разгибатель пальцев; 15 — локтевой сгибатель запястья; 16 — локтевая мышца; 17 — дельтовидная мышца; 18 — большая грудная мышца; 19 — передняя зубчатая мышца; 20 — трехглавая мышца плеча; 21 — двуглавая мышца плеча; 22 — плечевая мышца; 23 — плечелучевая мышца; 24 — длинный лучевой разгибатель запястья; 25 — лучевой сгибатель кисти; 26 — короткий лучевой разгибатель запястья; 27 — длинная мышца, отводящая большой палец кисти; 28 — короткий разгибатель большого пальца кисти; 29 — прямая мышца живота; 30 — наружная косая мышца живота; 31 — пирамидальная мышца живота; 32 — мышца, натягивающая широкую фасцию бедра; 33 — подвздошно-поясничная мышца; 34 — гребешковая мышца; 35 — длинная приводящая мышца; 36 — портняжная мышца; 37 — тонкая мышца; 38 — самая длинная прямая мышца бедра; 39 — латеральная широкая мышца бедра; 40 — медиальная широкая мышца бедра; 41 — икроножная мышца; 42 — камбаловидная мышца; 43 — передняя большеберцовая мышца; 44 — длинный разгибатель пальцев; 45 — длинный сгибатель пальцев; 46 — сухожилие длинного разгибателя пальцев; 47 — мышца, приводящая большой палец стопы.

1-затылочное брюшко затылочно-лобной мышцы; 2-трапециевидная мышца; 3-дельтовидная мышца; 4-трёхглавая мышца плеча; 5-двуглавая мышца плеча; 6-круглый пронатор; 7 и 23-плечелучевая мышца; 8-лучевой сгибатель запястья; 9-длинная ладонная мышца; 10-локтевой сгибатель запястья; 11-поверхностный сгибатель пальцев; 12 и 16-полуперепончатая мышца; 13-полусухожильная мышца; 14-тонкая мышца; 15-двуглавая мышца бедра; 17-икроножная мышца; 18-камбаловидная мышца; 19-короткая мышца, отводящая большой палец; 20-большая ягодичная мышца; 21-средняя ягодичная мышца; 22-наружная косая мышца живота; 24-широчайшая мышца спины; 25-передняя зубчатая мышца; 26-большая круглая мышца; 27-малая круглая мышца; 28-подостная мышца; 29-грудиноключично-сосцевидная мышца; 30-ременная мышца головы; 31-жевательная мышца; 32-полуостистая мышца; 33-височная мышца

Функции мышц

  1. Скелетные мышцы построены из поперечно-полосатой мышечной ткани и поэтому способны к произвольным сокращениям.
  2. Обеспечивают сохранение поз и положений тела.
  3. Участвуют в движениях тела.
  4. Обеспечивают дыхательные и глотательные движения
  5. Защищают расположенные под ними внутренние органы и идущие между ними сосуды и нервы от внешних воздействий;
  6. При сокращении мышц выделяется тепловая энергия, поэтому они участвуют в поддержании постоянства температуры тела.
  7. Сокращение мышц передает душевное состояние человека в виде мимики и пантомимики.
  8. Наличие в мышцах специфических нервных окончаний позволяет считать их компонентом двигательной анализаторной (сенсорной) системы.

Кости и их соединения

 

 

Скелет, skeleton (от греч. skeletos — высохший, высушенный), представляет собой совокупность костей, образующих в теле человека твердый остов, обеспечивающий выполнение ряда важнейших функций

 

 

 

Функции скелета

Опорная функция.

Кости поддерживают прикрепляющиеся к ним мягкие ткани (мышцы, фасции), участвуют в образовании стенок полостей, в которых помещаются внутренние органы.

 

 

Функции рычагов.

Кости скелета выполняют функции длинных и коротких рычагов, приводимых в движение мышцами. В результате части тела обладают способностью к передвижению.

 

Защита органов.

Скелет образует вместилища для жизненно важных органов, защищает их от внешних воздействий.

Минеральный обмен.

Кости содержат значительное количество минеральных солей (кальция, фосфора, магния) и других элементов, которые участвуют в минеральном обмене.

Участие в кроветворении.

 

Костный мозг, находящийся в костях, участвует в образовании форменных элементов крови.

 

Введение в анатомию (основные понятия)

Анатомия человека — это наука о происхождении и развитии, формах и строении человеческого организма.

Анатомия изучает:

  • внешние формы тела человека и его частей, отдельных органов, их конструкцию, микроскопическое строение
  • происхождение человека
  • основные этапы развития человека в процессе эволюции
  • формирование человеческого организма в условиях внешней среды
  • особенностей строения тела и отдельных органов в различные возрастные периоды

Для целей нашего Курса, рассмотрим основные понятия, которые помогут нам изучить механизмы работы мышц, органов, костей и суставов человека.

Схема осей и плоскостей в теле человека.

1 — вертикальная (продольная) ось;

2 — фронтальная плоскость;

3 — горизонтальная плоскость;

4 — поперечная ось;

5 — сагиттальная ось;

6 — сагиттальная плоскость.

 

 

 

Исходное положение – человек стоит, ноги вместе, ладони обращены вперед.

Сагиттальная плоскость отделяет правую половину тела (правый — dexter) от левой (левый — sinister).

Фронтальная плоскость (от лат. irons — лоб) – отделяющая переднюю часть тела (передний — anterior) от задней (задний — posterior). Эта плоскость по своему направлению соответствует плоскости лба.

Горизонтальная плоскость ориентирована перпендикулярно двум предыдущим и отделяет нижележащие отделы тела (нижний — inferior) от вышележащих (верхний — superior).

Положение органов и частей тела

– medidlis — медиальный, если орган (органы) лежат ближе к срединной плоскости;

– lateralls— латеральный (боковой), если орган расположен дальше от срединной плоскости;

– intermedius — промежуточный, если орган лежит между двумя соседними образованиями;

 

 

– internus — внутренний (лежащий внутри);

 

– externus — наружный (лежащий cнаружи), когда говорят об органах, лежащих внутри плоскости (или части тела) или вне ее;

 

– superficidlis — поверхностный (лежащий на поверхности) для определения положения органов, расположенных на различной глубине.

– profundus — глубокий (лежащий глубже)

 

 

 

Термины для описания верхней и нижней конечностей

Проксимальный «proximdlis» — (ближайший к туловищу) – для обозначения начала конечности, той части, которая находится ближе к туловищу.

Дистальный «distdlis» — удаленный от туловища участок конечности.

Ткани и органы

КЛЕТКА— это элементарная частица живого организма.

ТКАНЬ — это исторически сложившаяся общность клеток и внеклеточного вещества, объединенных единством происхождения, строения и функций.

В организме человека выделяют 4 типа тканей:

  • эпителиальную
  • соединительную
  • мышечную
  • нервную

Эпителиальная ткань, или эпителий, представляет собой пласт клеток, лежащих на базальной мембране, под которой   расположена   рыхлая   волокнистая    соединительная    ткань.    Эти клетки   покрывают   поверхность   тела (кожу), выстилают слизистые оболочки, отделяя организм от внешней среды и выполняя покровную и защитную функции; образуют рабочую (железистую)  ткань желез внешней и внутренней секреции.

Соединительная ткань очень разнообразна по строению и функциям.

Для нее характерно наличие клеток и межклеточного вещества, состоящего из коллагеновых, эластических, ретикулярных волокон и основного вещества. Различают собственно соединительную ткань, хрящевую и костную.

 

Мышечная ткань осуществляет двигательные процессы в организме животных и человека. Она обладает специальными сократительными струк­турами — миофибриллами. Различают два вида мышечной ткани: неисчерченную (гладкую) и исчерченную (поперечно-полосатую — скелетную и сердечную).

 

Нервная ткань состоит из нервных клеток, отличающихся особыми строением и функцией, и нейроглии, которая осуществляет опорную, трофическую, защитную и разграничительную функции. Нервные клетки и нейроглия образуют морфологически и функционально единую нервную систему.

 

ОРГАН — это часть тела, имеющая определенную форму, отличающаяся особой конструкцией, занимающая определенное место в организме и выполняющая характерную функцию.

Органы, выполняющие единую функцию и имеющие общее происхождение, составляют систему органов.

Основы обучения двигательным навыкам

В процессе физического воспитания занимающихся обучают различным двигательным действиям в целях развития способности управлять своими движениями, а также в целях познания закономерностей движений своего тела.

При овладении техникой какого-либо двигательного действия вначале возникает умение его выполнять, затем, по мере дальнейшего углубления и совершенствования, умение постепенно переходит в навык.

Под двигательным умением понимается такая степень владения двигательным действием, которая характеризуется сознательным управлением движением, неустойчивостью к действию сбивающих факторов и нестабильностью итогов.

Двигательный навык — это оптимальная степень владения техникой действия, характеризующаяся автоматизированным (т.е. при минимальном контроле со стороны сознания) управлением движениями, высокой прочностью и надежностью исполнения.

Эффективность процесса обучения, продолжительность перехода от умения до уровня навыка зависят от:
1) двигательной одаренности (врожденные способности) и двигательного опыта обучающегося (чем богаче двигательный опыт, тем быстрее образуются новые движения);
2) возраста обучающегося (дети осваивают движения быстрее, чем взрослые);
3) координационной сложности двигательного действия (чем сложнее техника движения, тем длительнее процесс обучения);
4) профессионального мастерства преподавателя;
5) уровня мотивации, сознательности, активности обучающегося и др.