ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА

Первый этап. Пищеварительный этап начинается уже в желудке: воздействие липаз на эмульгированный жир (липиды молока). Основные пищеварительные процессы, обеспечивающие использование пищевых жиров, осуществляются в тонком кишеч­нике. Под влиянием желчных кислот происходит эмульгирование, благодаря этому они становятся доступны липазам. В результате ферментативного расщепления триглицериды корма распадаются на глицерин и жирные кислоты. Желчные кислоты, образуя с жир­ными кислотами водорастворимые комплексы (холеинаты), дела­ют возможным проникновение последних в клетки кишечного эпителия, где могут ресинтезироваться триглицериды или образо­вываться фосфолипиды. Ресинтезированные в кишечной стенке триглицериды и хиломикроны (частицы эмульгированного жира диаметром 0,5 мкм) поступают в лимфатические сосуды ворсинок кишечника, которые сливаются в грудной лимфатический про­ток. Грудной лимфатический проток, сливаясь с задней полой ве­ной, обеспечивает поступление хиломикрон в малый круг крово­обращения, где они и задерживаются в ткани легкого. В легких хиломикроны постепенно подвергаются действию липаз: состав­ляющие их ингредиенты используются в метаболизме как самого легкого, так и всего организма. Кроме хиломикрон в кровоток по­ступают жирные кислоты, которые через воротную вену достига­ют печени и участвуют в метаболических реакциях.

Особенность пищеварительного этапа липидного обмена у жвачных состоит в том, что жиры корма — триглицериды, фосфа-тиды, эфиры холестерина и широко представленные в зеленых кормах моно- и дигалактозилглицериды быстро расщепляются микроорганизмами рубца, а высвобождающиеся глицерин и га­лактоза сбраживаются до летучих жирных кислот, которые всасы­ваются в рубце. Возможен также и синтез микробиальных липи-дов Рубцовыми микроорганизмами (бактериями и инфузориями), которые включают в состав собственных липидов пальмитино­вую, стеариновую и олеиновую кислоты.

Второй этап. Промежуточный обмен липидов происхо­дит в печени, жировой ткани и клетках различных органов, при­чем он тесно связан с углеводным обменом. При нормальном питании в организме депонируется от 10 до 20 % жира в качест­ве резервуара энергии и структурного компонента тела. Жировая ткань — это не просто депо жира, в ней постоянно происходят ин-

тенсивные процессы обмена в виде отложения жира в форме три-глицерида (липогенез) и распада триглицеридов с освобождени­ем неэтерифицированных жирных кислот (липолиз). Располага­ясь вокруг кровеносных сосудов и пропуская через себя вещества, с избытком поступающие из пищеварительного тракта и легко диффундирующие из сосудов, жировая ткань поглощает трудно-хранимые и высокогидрируемые соединения (ацетат, бета-окси-бутират), превращая их в легкохранимые и почти безводные жир­ные кислоты и триглицериды. Они могут храниться неограничен­ное время и в неограниченном количестве, а при необходимости использоваться как резервная энергия. Объем жировой ткани оп­ределяется не количеством клеток, а их размерами. В зависимости от наполненности жиром различают веретенообразные клетки, не содержащие жира, и мелковакуолистые, наполненные жиром, — адипоциты. Капли триглицерида в цитоплазме адипоцита могут быть весьма большого размера, вплоть до того, что жир оттесняет цитоплазматические структуры на периферию и клетка приобре­тает «перстневидную» форму. Освобождение жирных кислот и их окисление используются организмом для покрытия энергетичес­ких расходов. В печени образуются и кетоновые тела (ацетоуксус-ная и Р-оксимасляная кислоты, ацетон), служащие источником энергии, но при нарушении межуточного обмена липидов воз­можно повышение уровня кетоновых тел (гиперкетонемия) и вы­деление их с мочой (кетонурия).

Третий этап. Конечными продуктами липидного обмена являются диоксид углерода и вода, так как под действием липаз нейтральные жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, а уж затем освобождается углерод. Продукты неполного окисления жиров, кетоновые тела, могут наряду с участием в энергетическом метаболизме и использованием в качестве предшественников мо­лока выводиться из организма почками и легкими.

РЕГУЛЯЦИЯ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА

Процесс отложения жира и его мобилизации из жировых депо с последующим использованием в тканях осуществляется по прин­ципу саморегуляции. Повышенный уровень глюкозы в крови за­держивает распад триглицеридов и активирует их синтез, напротив, при снижении ее концентрации усиливается расщепление жиров и в кровь поступают неэтерифицированные жирные кислоты. Син­тез — мобилизационный цикл в жировых депо организма коор­динируется физиологическим состоянием животного, характером кормления и регулируется нейроэндокринной системой.

В соответствии с учением И. П. Павлова пищевой центр, от­ветственный за поглощение пищи, извлечение из нее питательных веществ, их использование и запасание, представляет собой функ-

циональное объединение клеток, располагающихся в различ­ных отделах головного мозга, коре больших полушарий, под­корковых структурах и стволовой части мозга. Взаимодействие между этими группами нейронов обеспечивает адекватную ре­акцию на различные метаболические ситуации и формирование пищевых мотиваций.

Особую роль играют нейроны заднего гипоталамуса в вентро-латеральных и вентромедиальных ядрах. Разрушение вентролате-ральньгх ядер приводит к афагии — потере аппетита, отказу от пи­щи вплоть до смерти от истощения. Разрушение вентромедиальных ядер, напротив, вызывает длительное пищевое возбуждение. Жи­вотные поедают необычно большие количества пищи, у них разви­вается ожирение, которое обусловлено не только повышенным по­ступлением метаболитов углеводно-жирового обмена, но и усилен­ным переходом углеводов в жиры. Прямое нервное влияние на процессы липидного обмена проявляется во взаимоисключающем воздействии симпатического и парасимпатического отделов вегета­тивной нервной системы: импульсы, передаваемые по симпатичес­ким нервам, тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад (липолиз). Повышение тонуса парасимпатического отдела способ­ствует депонированию жира даже в условиях голодания. Так, при перерезке чревного (симпатического) нерва в околопочечной клет­чатке сохраняется больше жира на денервированной стороне. На­ряду с симпатическими нервами выраженным жиромобилизующим влиянием обладают гормоны мозгового вещества надпочечника — адреналин и норадреналин.

Под действием соматотропного гормона процессы клеточной пролиферации сопровождаются значительными энергетически­ми затратами: в период роста интенсивно расходуются запасен­ные, депонированные вещества за счет интенсификации липоли-за. Аналогичным действием обладает и гормон щитовидной же­лезы тироксин: при гипертиреозе наблюдается значительное ис­худание, а при гипофункции гипофиза и щитовидной железы развивается ожирение. Адренокортикотропный гормон (АКТГ) влияет опосредованно: воздействуя на синтез и выделение глюко-кортикоидов, он способствует повышению содержания глюкозы в крови за счет мобилизации внутриклеточных запасов в ходе глюконеогенеза.

Утилизации углеводов за счет их поглощения клеткой и отло­жения в виде гликогена и триглицеридов способствует инсулин. Аналогичным действием обладает и пролактин — гормон перед­ней доли гипофиза. Нервные и гормональные факторы постоянно взаимодействуют, обеспечивая соответствие между процессами мобилизации и депонирования жира, но при нарушении механиз­мов контроля быстро наступают патологические изменения — ожирение или исхудание. Ожирение прежде всего связано с из­лишним, превышающим энергетические траты организма, поступ-

лением пищи (алиментарное) либо с недостаточным использова­нием жира как источника энергии при понижении мышечной на­грузки организма или дефиците жиромобилизующих гормонов. Ожирение может быть вызвано усиленным переходом углеводов в жиры, как следствие избыточной продукции инсулина и пролак-тина, или наследственной аномалией обмена веществ. Истощение развивается при недостаточном поступлении пищи, когда приход питательных веществ не покрывает энергетические траты орга­низма, либо оно является следствием длительного жиромобилизу-ющего действия симпатического отдела вегетативной нервной си­стемы или соответствующих гормонов.

ОБМЕН ВОДЫ

Биологическое значение воды как универсального растворите­ля исключительно высоко. Количество воды в организме живот­ных составляет около 65 % массы тела, недостаток поступления воды вызывает особо тяжелые нарушения жизнедеятельности, вплоть до смерти. Все биохимические реакции в организме идут в водных растворах. Сложные вещества, составляющие основу жи­вого вещества, могут синтезироваться только в водных растворах. Благодаря поляризации молекулы воды обеспечивается ее взаимо­действие с другими заряженными молекулами. В процессах гидра­тации степень растворимости электролитов и неэлектролитов за­висит от соотношения полярных (гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) групп в их молекулах.

Вода необходима для обеспечения процессов пищеварения, ана­лиза вкусовых качеств корма, растворения, размягчения, создания оптимальных условий для функционирования ферментативных си­стем и среды обитания симбионтных организмов. В водной фазе происходит всасывание питательных веществ и удаление из орга­низма конечных продуктов обмена. Вода составляет основу внутри­клеточного обмена. Внутри клеток заключено 71 % всех водных за­пасов организма. Внеклеточная вода находится внутри сосудистого русла (в крови, лимфе и спинномозговой жидкости приходится на воду 10 %) и в межклеточном пространстве (19 %). Циркуляция в организме воды, содержащей физиологически активные вещества, обеспечивает интегративные функции эндокринной системы.

В организме животных активно используются термические свой­ства воды. Ее высокая теплоемкость в процессе регуляции темпе­ратуры тела позволяет принимать и отдавать большое количество теплоты. У воды один из высоких показателей парообразования (544 кДж/г). Переход воды в мономолекулярное состояние требует больших затрат тепловой энергии, поэтому испарение небольших количеств воды обеспечивает большую теплоотдачу, что является одним из наиболее важных механизмов терморегуляции.

29 — 3389

Обмен воды тесно связан с обменом электролитов, поэтому комплекс должен рассматриваться как единая система. Значение электролитов в обмене веществ определяется прежде всего их осмо­тической активностью и способностью участвовать в электрохими­ческих процессах генерации мембранного потенциала и потециала действия основных процессов, определяющих проведение воз­буждения и объединение тканей и органов организма в единое це­лое. Электролиты избирательно распределяются во внутриклеточ­ной и внеклеточной воде. В результате деятельности специальных транспортных систем, селективных каналов и молекулярных насо­сов создается неравновесное распределение ионов: во внеклеточ­ной среде преобладают катионы натрия, а внутри клеток — калия. Различно и распределение анионов: в плазме и тканевой жидкости представлен в основном хлор, а внутри клеток — фосфат. В плазме крови, тканевой и внутриклеточной жидкостях практически урав­новешено суммарное содержание анионов и катионов, что обеспе­чивает их электронейтральность и постоянство рН.

Обладая высокой осмотической активностью, электролиты ак­тивно участвуют в процессах водного обмена. Для биологических мембран (оболочка клеток, стенки капилляров) характерна полу­проницаемость, т. е. они проницаемы для воды и непроницаемы для крупных молекул (белков, полисахаридов и некоторых катио­нов). При повышении осмотического давления вода легко прони­кает через этот участок и происходит выравнивание концентраций осмотически активных веществ. Поскольку в нормальных условиях осмомолярность биологических жидкостей равна, количество воды во внеклеточной жидкости и внутри клеток поддерживается в опре­деленных пределах. Если концентрация электролитов во внекле­точной жидкости увеличивается, происходит переход внутрикле­точной воды во внеклеточную фазу, а при повышении внутрикле­точных концентраций вода стремится в клетку (табл. 11.2).

11.2. Концентрация электролитов в жидкостях организма, мэкв/л

Катионы

Анионы

НСО3 27 30 10

С1-103 16 -

Продолжение

РО|~ 2 ­ _100

SO;^2-1 _

Органические 6 _ 4

кислоты

Белки 16 _ 65

Итого155 46189

Жизнеобеспечение организма возможно только при постоян­ном водообмене между кровью и тканевой жидкостью, благодаря чему сохраняются объем циркулирующей жидкости, концентрация в ней химических веществ и форменных элементов крови. Основ­ной обмен между кровью и тканевой жидкостью происходит в ка­пиллярах. В их артериальной части соотношение гидростатичес­кого и онкотического давления таково, что под влиянием высоко­го гидростатического давления происходит переход безбелковой части плазмы в межклеточное пространство. По мере продвиже­ния крови по капиллярам гидростатическое давление снижается, а онкотическое повышается, так как за счет выхода части плазмы кровь сгущается и концентрация альбуминов повышается. Таким образом, в венозной части капилляра онкотическое давление в просвете сосуда преобладает над гидростатическим и вода стре­мится вернуться из ткани в кровь.

Наряду с циркуляцией жидкости в системе кровь — ткань необ­ходимо поступление ее извне с питьем и пищей для формирования пищеварительных соков, всасывания питательных веществ и выве­дения конечных продуктов обмена. Сама вода тоже в ряде мета­болических реакций является конечным продуктом обмена: при окислении 100 г белков образуется 41 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл, а 100 г жира — 107 мл воды. В среднем в процессе метаболиз­ма образуется до 12 % всего объема циркулирующей в организме воды. В естественных условиях количество поступающей в орга­низм и выделяющейся воды уравновешивается, однако в реальных условиях жизнедеятельности в зависимости от климатических фак­торов, температуры тела, активности мышечной деятельности, со­става кормов водное равновесие может колебаться.

В водном обмене существенную роль играют легкие, кожа, же­лудочно-кишечный тракт и почки. Из организма через легкие вода удаляется в виде водяного пара, причем потери соответ­ствуют интенсивности дыхания и температуре тела. При усилен­ной мышечной нагрузке, специфическом возбуждении дыхатель­ного центра или лихорадке парообразование многократно возрас-

тает. Кожа участвует в удалении воды из организма. Выделяясь в виде пота, вода охлаждает поверхность тела. Интенсивность испарения зависит от разности температур поверхности тела и окружающей среды: при повышенной температуре окружающей среды снижение температуры тела происходит за счет испарения секрета потовых желез. В желудочно-кишечный тракт вода по­ступает с питьем и пищей и выводится с каловыми массами. Ос­новное участие пищеварительного тракта в водном обмене за­ключается в образовании пищеварительных соков — слюны, же­лудочного, кишечного, поджелудочного соков, которые в несколь­ко раз превышают объем циркулирующей крови. В процессе всасывания вода в основном возвращается в кровеносное русло, но при нарушении всасывательной функции кишечника орга­низм теряет много воды и растворенных в ней электролитов. Основным органом, осуществляющим регуляцию водно-электро­литного состава внутренних сред организма, служат почки. В поч­ках структурно-функциональные единицы — нефроны обеспечи­вают ультрафильтрацию безбелковой части плазмы (первичной мочи) и реабсорбцию воды, ионов и Сахаров с образованием де­финитивной мочи (см. гл. 8).

Регуляция водного обмена.В регуляции водного обмена участву­ют два гормона: альдостерон (гормон коры надпочечника) и вазо-прессин (антидиуретический гормон нейрогипофиза). Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия и выведение калия, а антидиурети­ческий гормон — воды. В условиях отрицательного водного балан­са при обезвоживании организма, вызванном либо недостаточным поступлением воды, либо избыточным ее выведением (обильное потоотделение, длительное усиленное дыхание, большая потеря крови, рвота, понос), уменьшение количества циркулирующей крови сказывается на деятельности юкстагломерулярного аппара­та почки. Понижение давления в этом отделе нефрона вызывает секрецию ренина — фермента, взаимодействующего с сс-2-глобу-лином плазмы крови (ангиотензин I), который превращается в ан-гиотензин II. Под влиянием ангиотензина II происходит сужение мелких артериальных сосудов, что, естественно, приводит к повы­шению артериального давления. Вместе с этим стимулируется се­креция альдостерона, усиливающего обратное всасывание натрия и воды, что сохраняет воду в организме.

При дегидратации следующим компенсаторным механизмом служит гипоталамическая рецепция осмотической активности крови и ликвора, заполняющих желудочки мозга. Гиперосмия возбуждает активность нейросекреторных нейронов супраопти-ческого и паравентрикулярного ядер гипоталамуса, что приводит к увеличению выделения в кровь антидиуретического гормона вазопрессина. Надо отметить, при резком падении кровяного дав­ления (при кровопотере и т. п.) рефлекторно повышается продук­ция и выброс в кровоток вазопрессина, что приводит к усилению

реабсорбции воды в канальцевом отделе нефрона, и ее выведение с мочой значительно снижается. В совокупности раздражение осморецепторов гипоталамической области и соответствующие межнейронные взаимоотношения в коре и подкорковых структу­рах, объединенных в питьевой или водный центр, обусловливают возникновение чувства жажды.

Таким образом, при дегидратации организма в условиях отри­цательного водного баланса взаимодействуют два нейрогормо-нальных механизма — секреция вазопрессина и альдостерона, при­чем АДГ выделяется при повышении осмотического давления межклеточной жидкости, а секреция альдостерона происходит при уменьшении объема циркулирующей крови. Компенсаторное влия­ние АДГ и альдостерона не беспредельно. При высоком содержа­нии солей в крови (гиперсолемии) возникает осмотический гра­диент между внутриклеточной и внеклеточными жидкостями, вода из клеток уходит во внеклеточную жидкость, и в результате возникает дегидратация клеток, при которой начинается распад белка и клеточных структур, что несовместимо с жизнью.

Возрастание объема внеклеточной жидкости и циркулирующей крови служит сигналом для срабатывания специализированных ре­цепторов объема крови — волюморецепторов. Адекватное раздраже­ние вызывает поступление в кровоток значительных количеств изо­тонической жидкости (физиологического раствора). Увеличенный приток крови к сердцу и растяжение стенок предсердия приводят к развитию волюморегулирующего рефлекса: из клеток предсердия в кровь поступает атриальный натрийуреттеский пептид, увеличива­ющий выделение почками ионов Na⁺, за которыми по осмотичес­кому градиенту следует и вода. Вместе с этим с волюморецепторов левого предсердия, которые активируются при повышении внутри-сосудистого давления, информация поступает в ЦНС по афферент­ным волокнам блуждающего нерва и тормозит секрецию АДГ, что приводит к стимуляции мочеотделения. Стимуляция волюморецеп­торов рефлекторно изменяет и характер воздействия симпатичес­кой нервной системы на почку — снижается реабсорбция натрия и воды в канальцах. Одновременно растяжение приносящей арте-риолы, вызванное повышением внутрисосудистого давления, при­водит к изменению работы юкстагломерулярного аппарата, в ре­зультате этого снижается продукция ангиотензинов I и II, умень­шается поступление в кровь альдостерона.

МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН

Физиологическое значение минеральных веществ заключается в том, что они являются обязательными структурными компонен­тами всех органов и тканей организма. Они входят в состав слож­ных белков — металлопротеидов, содержащих в качестве состав-

ной части атомы металлов (Fe, Mg, Си, Zn, Mn, V, Mo и др.). Ме-таллопротеиды выполняют исключительно важные и разнообраз­ные функции в живых организмах в качестве транспортных сис­тем (Fe-содержащие трансферрин и ферритин, Си-содержащий церулоплазмин) и в роли металлоферментов (Cu-содержащие ок-сидазы, например тирозиназа, Zn-содержащие карбоангидраза и карбоксипептидаза, Мо-содержащая ксантиоксидаза и др.). Как осмотически активные, минеральные вещества, особенно натрий, обеспечивают поддержание осмотического давления биологичес­ких жидкостей во внутриклеточной и внеклеточной среде.

За счет связывания воды минеральные вещества активно участ­вуют в сохранении водного баланса организма. Находясь в составе буферных систем, они активно участвуют в создании и поддержа­нии кислотно-щелочного равновесия; натрий определяет щелоч­ной резерв крови, концентрацию бикарбонатов плазмы. На кле­точном уровне происходит постоянный обмен электролитами между внутриклеточным и внеклеточным пространством, причем распределение ионов в возбудимых тканях обеспечивает генера­цию биопотенциалов (мембранного потенциала и потенциала действия), а в невозбудимых тканях является компонентом транс­портных систем.

Поступление минеральных веществ в организм происходит с пи­щей и водой, что в ряде случаев при сложившейся геохимической ситуации может стать причиной дефицита или избытка некоторых элементов и вызвать нарушения обмена веществ. Минеральные ве­щества в составе корма только после растворения и приобретения ими ионизированной формы становятся доступными транспорт­ным системам и могут всасываться в кишечнике. В дальнейшем в составе внутриклеточной и внеклеточной жидкости они могут либо оставаться в ионизированном состоянии, либо входить в структуру тех или иных соединений. В ходе обмена веществ минеральные ве­щества выводятся из организма с мочой, калом и потом.

В зависимости от концентрации в крови различают:

макроэлементы — вещества, содержащиеся в концен­трации мг/100 мл или ммоль/л: натрий, калий, кальций, фосфор, магний, сера, хлор, железо;

микроэлементы — вещества, содержащиеся в концен­трации мкг/100 мл или мкмоль/л: кобальт, медь, марганец, цинк, йод, фтор, селен, стронций и др.