فسيولوجيا الهضم البشري والدم والتمثيل الغذائي في الجسم.

التمثيل الغذائي والطاقة عبارة عن مجموعة من عمليات تحول المواد والطاقة التي تحدث في الكائنات الحية وتبادل المواد والطاقة بين الكائن الحي والبيئة. استقلاب المواد والطاقة هو أساس الحياة وهو من أهم علامات المادة الحية، وهو ما يميز الحية عن غير الحية. أثناء عملية التمثيل الغذائي، تتحول المواد التي تدخل الجسم من خلال التغيرات الكيميائية إلى مواد الأنسجة نفسها أو إلى منتجات نهائية تفرز من الجسم. خلال هذه التحولات الكيميائية، يتم إطلاق الطاقة وامتصاصها.

التمثيل الغذائي أو التمثيل الغذائي هو عملية متكاملة ومستهدفة للغاية تشارك فيها العديد من الأنظمة الأنزيمية والتي يتم ضمانها من خلال تنظيم معقد للغاية على مستويات مختلفة.

في جميع الكائنات الحية (وفي البشر أيضًا)، يؤدي التمثيل الغذائي الخلوي 4 وظائف محددة رئيسية.

1. استخلاص الطاقة من البيئة وتحويلها إلى طاقة من مركبات عالية الطاقة بكميات كافية لتلبية كافة احتياجات الخلية والجسم كله من الطاقة.

2. التكوين من مواد خارجية (أو إنتاج في شكل نهائي) للمركبات الوسيطة التي تعتبر سلائف للمكونات الجزيئية الكبيرة في الخلية.

3. تخليق البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون والمكونات الخلوية الأخرى من هذه السلائف.

4. تخليق وتدمير الجزيئات الحيوية الخاصة - التكوين والانهيار، والتي ترتبط بأداء وظائف محددة مختلفة لخلية معينة.

من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، تعد الكائنات الحية أنظمة مفتوحة، لأنها تتبادل الطاقة والمادة مع البيئة، وفي نفس الوقت تحول كليهما. عند ملاحظتها على مدى فترة زمنية معينة، لا تحدث تغييرات معينة في التركيب الكيميائي للجسم. لكن هذا لا يعني أن المواد الكيميائية التي يتكون منها الجسم لا تخضع لأية تغييرات. على العكس من ذلك، يتم تحديثها باستمرار وبشكل مكثف للغاية. وذلك لأن معدل نقل المواد والطاقة من البيئة إلى الجسم يتوازن تمامًا مع معدل نقل المواد والطاقة من الجسم إلى البيئة.

تأثير الظروف المختلفة على عملية التمثيل الغذائي في جسم الإنسان

يتم تقييم كثافة التمثيل الغذائي من خلال إجمالي استهلاك الطاقة، ويمكن أن تختلف تبعًا للعديد من الظروف، وبشكل أساسي حسب العمل البدني. ومع ذلك، حتى في حالة الراحة الكاملة، لا يتوقف التمثيل الغذائي والطاقة، ولضمان استمرار عمل الأعضاء الداخلية، والحفاظ على قوة العضلات، وما إلى ذلك، يتم استهلاك كمية معينة من الطاقة.

عند الشباب، يبلغ معدل التمثيل الغذائي الأساسي 1300-1600 سعرة حرارية في اليوم. عند النساء، يكون معدل الأيض الأساسي أقل بنسبة 6-8٪ منه عند الرجال. مع تقدم العمر (بدءًا من 5 سنوات)، ينخفض ​​معدل الأيض الأساسي بشكل مطرد. مع زيادة درجة حرارة الجسم بمقدار درجة واحدة، تزداد قيمة التمثيل الغذائي الأساسي بنسبة 13٪. ويلاحظ أيضًا زيادة في معدل الأيض عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة إلى ما دون منطقة الراحة. هذه عملية تكيف مرتبطة بالحاجة إلى الحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة.

يتم التأثير الرئيسي على كمية التمثيل الغذائي والطاقة من خلال العمل البدني. يمكن أن يكون التمثيل الغذائي أثناء النشاط البدني المكثف من حيث استهلاك الطاقة أعلى بعشر مرات من التمثيل الغذائي الرئيسي، وفي فترات قصيرة جدًا (على سبيل المثال، السباحة لمسافات قصيرة) حتى 100 مرة.

عملية التمثيل الغذائي المتوسطة في جسم الإنسان

تسمى مجموعة التحولات الكيميائية للمواد التي تحدث في الجسم منذ لحظة دخول المواد الغذائية المهضومة إلى الدم وحتى إطلاق المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي من الجسم عملية التمثيل الغذائي المتوسط ​​(الأيض). يمكن تقسيم عملية التمثيل الغذائي المتوسط ​​إلى عمليتين: الهدم (الاستبعاد) والابتناء (الاستيعاب). الهدم- هذا هو الانهيار الأنزيمي للجزيئات العضوية الكبيرة نسبيًا، والذي يتم إجراؤه في الكائنات العليا، كقاعدة عامة، عن طريق الأكسدة. يصاحب عملية الهدم إطلاق الطاقة الموجودة في الهياكل المعقدة للجزيئات العضوية الكبيرة وتخزينها على شكل روابط فوسفاتية من ATP. بناءهو تخليق إنزيمي من مركبات أبسط من مكونات خلوية جزيئية كبيرة، مثل السكريات والأحماض النووية والبروتينات والدهون، بالإضافة إلى بعض سلائفها. تحدث عمليات الابتنائية مع استهلاك الطاقة. يحدث التقويض والبناء في وقت واحد في الخلايا ويرتبطان ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض. في الأساس، لا ينبغي اعتبارهما عمليتين منفصلتين، ولكن كجانبين لعملية عامة واحدة - التمثيل الغذائي، حيث يتشابك تحويل المواد بشكل وثيق مع تحويل الطاقة.

يُظهر الفحص الأكثر تفصيلاً للمسارات الأيضية أن انهيار العناصر الغذائية الأساسية في الخلية هو عبارة عن سلسلة من التفاعلات الأنزيمية المتسلسلة التي تشكل المراحل الرئيسية الثلاث للتقويض. في المرحلة الأولى، تتحلل الجزيئات العضوية الكبيرة إلى كتل هيكلية محددة مكونة لها. وهكذا، تتحلل السكريات إلى سداسي أو بنتوز، والبروتينات إلى أحماض أمينية، والأحماض النووية إلى نيوكليوتيدات، والدهون إلى أحماض دهنية، وجلسرين ومواد أخرى. تتم كل هذه التفاعلات بشكل مائي بشكل أساسي وتكون كمية الطاقة المنطلقة في هذه المرحلة صغيرة جدًا - أقل من 1٪. في المرحلة الثانية من الهدم، يتم تشكيل جزيئات أبسط، ويتم تقليل عدد أنواعها بشكل كبير. من المهم جدًا أن يتم في المرحلة الثانية تكوين منتجات مشتركة في عملية التمثيل الغذائي للمواد المختلفة. تمثل هذه المنتجات مركبات رئيسية تعمل كمحطات رئيسية تربط المسارات الأيضية المختلفة. تدخل المنتجات المتكونة في المرحلة الثانية من عملية الهدم إلى المرحلة الثالثة من عملية الهدم، والتي تعرف بالأكسدة النهائية. خلال هذه المرحلة، تتم أكسدة جميع المنتجات في النهاية إلى أول أكسيد الكربون والماء. يتم إطلاق كل الطاقة تقريبًا في المرحلتين الثانية والثالثة من عملية الهدم.

تمر عملية الابتناء أيضًا بثلاث مراحل. المواد الأولية لها هي نفس المنتجات التي تخضع للتحولات في المرحلة الثالثة من عملية الهدم. أي أن المرحلة الثالثة من عملية الهدم هي في نفس الوقت المرحلة الأولية الأولى من عملية البناء. التفاعلات التي تحدث في هذه المرحلة تؤدي وظيفة مزدوجة. من ناحية، فإنها تشارك في المراحل النهائية من عملية الهدم، ومن ناحية أخرى، فإنها تعمل أيضًا على عمليات الابتنائية، حيث توفر المواد الأولية للمراحل اللاحقة من عملية البناء. في هذه المرحلة، على سبيل المثال، يبدأ تخليق البروتين.

تحدث التفاعلات التقويضية والبنائية في وقت واحد، ولكن في أجزاء مختلفة من الخلية. على سبيل المثال، يتم إجراء أكسدة الأحماض الدهنية باستخدام مجموعة من الإنزيمات المترجمة في الميتوكوندريا، في حين يتم تحفيز تخليق الأحماض الدهنية بواسطة نظام إنزيم آخر متمركز في العصارة الخلوية. بسبب التوطين المختلف يمكن أن تحدث عمليات التقويض والابتنائية في الخلية في وقت واحد.

تنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة

يتميز التمثيل الغذائي الخلوي باستقرار عالي وفي نفس الوقت تقلب كبير. تضمن هاتان الخاصيتان التكيف المستمر للخلايا والكائنات الحية مع الظروف البيئية والداخلية المتغيرة. وبالتالي، فإن معدل الهدم في الخلية يحدد حاجة الخلية للطاقة في أي لحظة معينة. وبنفس الطريقة، يتم تحديد معدل التخليق الحيوي للمكونات الخلوية حسب احتياجات لحظة معينة. فالخلية، على سبيل المثال، تقوم بتصنيع الأحماض الأمينية بمعدل دقيق يكفي لضمان تكوين الحد الأدنى من البروتين الذي تحتاجه. مثل هذا الاقتصاد والمرونة في عملية التمثيل الغذائي لا يمكن تحقيقه إلا في حالة وجود آليات دقيقة وحساسة بما فيه الكفاية لتنظيمه. يحدث التنظيم الأيضي على مستويات مختلفة من التعقيد المتزايد تدريجياً.

يؤثر أبسط نوع من التنظيم على جميع العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التفاعلات الأنزيمية. على سبيل المثال، غلبة البيئة الحمضية أو القلوية في الأنسجة (بيئة الرقم الهيدروجيني). يمكن أن يؤدي تراكم منتجات التفاعل الحمضي إلى تحويل بيئة الأس الهيدروجيني إلى ما هو أبعد من الحالة المثالية لإنزيم معين وبالتالي تثبيط العملية.

المستوى التالي من تنظيم العمليات الأيضية المعقدة يتعلق بتركيز المواد الضرورية في الخلية. إذا كان تركيز أي مادة ضرورية في الخلية عند مستوى كاف، فإن تخليق هذه المادة يتوقف حتى اللحظة التي ينخفض ​​فيها التركيز عن مستوى معين. وبالتالي، يتم الحفاظ على التركيب الكيميائي معين للخلية.

المستوى الثالث من التنظيم هو التحكم الوراثي، الذي يحدد معدل تخليق الإنزيم، والذي يمكن أن يختلف بشكل كبير. يمكن أن يؤدي التنظيم على مستوى الجينات إلى زيادة أو نقصان في تركيز بعض الإنزيمات، وإلى تغيير في أنواع الإنزيمات، ويمكن أن يحدث تحريض أو تثبيط مجموعة كاملة من الإنزيمات في وقت واحد. التنظيم الجيني محدد للغاية، وفعال من حيث التكلفة، ويوفر فرصًا كبيرة للتحكم في التمثيل الغذائي. ومع ذلك، فإن الغالبية العظمى من تنشيط الجينات هي عملية بطيئة. عادةً، يتم قياس الوقت اللازم للمحفز أو المثبط للتأثير بشكل ملحوظ على تركيزات الإنزيم بالساعات. ولذلك فإن هذا الشكل من التنظيم غير مناسب للحالات العاجلة.

في الحيوانات العليا والبشر، هناك مستويان آخران، آليتان لتنظيم عملية التمثيل الغذائي والطاقة، تختلفان في أنهما تربطان عملية التمثيل الغذائي التي تحدث في الأعضاء والأنسجة المختلفة، وبالتالي توجيهها وتكييفها لأداء وظائف متأصلة في غير الفرد الخلايا، والجسم بأكمله. هذه الآلية هي في المقام الأول نظام الغدد الصماء. تعمل الهرمونات التي تنتجها الغدد الصماء على تحفيز أو قمع بعض العمليات الأيضية في الأنسجة أو الأعضاء الأخرى. على سبيل المثال، عندما يبدأ البنكرياس في إنتاج كمية أقل من الأنسولين، يدخل كمية أقل من الجلوكوز إلى الخلايا، وهذا بدوره يؤدي إلى تغييرات في عدد من العمليات المشاركة في عملية التمثيل الغذائي.

أعلى مستوى من التنظيم، وأكمل أشكاله، هو التنظيم العصبي. يقوم الجهاز العصبي، وخاصة أجزائه المركزية، بأعلى الوظائف التكاملية في الجسم. من خلال تلقي الإشارات من البيئة ومن الأعضاء الداخلية، يقوم الجهاز العصبي المركزي بتحويلها وإرسال نبضات إلى تلك الأعضاء التي تغير معدل التمثيل الغذائي الذي يكون فيه ضروريًا حاليًا لأداء وظيفة معينة. في أغلب الأحيان، يقوم الجهاز العصبي بدوره التنظيمي من خلال الغدد الصماء، مما يزيد أو يثبط تدفق الهرمونات إلى الدم. إن تأثير العواطف على عملية التمثيل الغذائي معروف جيدًا، على سبيل المثال، الزيادة في مستويات التمثيل الغذائي والطاقة لدى الرياضيين قبل السباق. في جميع الحالات، يكون التأثير التنظيمي للجهاز العصبي على عملية التمثيل الغذائي والطاقة مفيدًا جدًا ويهدف دائمًا إلى التكيف الأكثر فعالية للجسم مع الظروف المتغيرة.

مما سبق يمكننا أن نستنتج أنه من أجل الحفاظ على التمثيل الغذائي الطبيعي في الجسم، من الضروري اتخاذ مجموعة من التدابير.

1. الراحة اليومية الكاملة

3. نظام غذائي متوازن

4. تدابير تطهير الجسم.

مقالات إضافية تحتوي على معلومات مفيدة

معلومات أساسية عن استقلاب المعادن في البشر

المعادن هي أحد المكونات الرئيسية للطعام الذي يحتاجه الإنسان كل يوم. يمكن أن يكون عدم توازن المعادن بمثابة قوة دافعة لتطوير عدد كبير من الأمراض المزمنة.

الاضطرابات المحتملة في عملية التمثيل الغذائي البشري

تعتبر التغذية اليومية عالية الجودة مهمة بالنسبة للإنسان، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه ليس من المهم بالنسبة للجسم ما تأكله، ولكن المهم هو ما يذهب في النهاية إلى كل خلية.

الكائن الحي - النظام البيولوجي للمحيط الحيوي

أي كائن حي هو جسمتختلف عن الطبيعة غير الحية بمجموعة من الخصائص المحددة المتأصلة فقط في المادة الحية - التنظيم الخلوي والتمثيل الغذائي.

من وجهة نظر حديثة، الجسم عبارة عن نظام معلومات طاقة ذاتي التنظيم يتغلب على الإنتروبيا (انظر القسم 9.2) من خلال الحفاظ على حالة من التوازن غير المستقر.

أدت دراسة العلاقة والتفاعل في نظام "الكائن الحي والبيئة" إلى فهم أن الكائنات الحية التي تعيش على كوكبنا لا توجد بمفردها. إنهم يعتمدون بشكل كامل على البيئة ويتأثرون بها باستمرار. ينجح كل كائن حي في البقاء على قيد الحياة والتكاثر في بيئة محددة تتميز بنطاق ضيق نسبيًا من درجات الحرارة، وهطول الأمطار، وظروف التربة، وما إلى ذلك.

ولذلك فإن الجزء من الطبيعة الذي يحيط بالكائنات الحية والذي له تأثير مباشر أو غير مباشر عليها هو كائناتها موطن.منه تتلقى الكائنات الحية كل ما تحتاجه للحياة وتفرز فيه منتجات التمثيل الغذائي. يتكون موطن كل كائن حي من العديد من العناصر ذات الطبيعة غير العضوية والعضوية والعناصر التي أدخلها الإنسان وأنشطته الإنتاجية. علاوة على ذلك، فإن بعض العناصر قد تكون غير مبالية بالجسم جزئيا أو كليا، والبعض الآخر ضروري، والبعض الآخر له تأثير سلبي.

الظروف المعيشية، أو شروط الوجود، هي مجموعة من العناصر البيئية الضرورية للكائن الحي، والتي يكون في وحدة لا تنفصم وبدونها لا يمكن أن يوجد.

التوازن -التجديد الذاتي والحفاظ على ثبات البيئة الداخلية للجسم.

تتميز الكائنات الحية بالحركة والتفاعل والنمو والتطور والتكاثر والوراثة وكذلك التكيف. أثناء عملية التمثيل الغذائي، أو الاسْتِقْلاب، يحدث عدد من التفاعلات الكيميائية في الجسم (على سبيل المثال، أثناء التنفس أو عملية التمثيل الضوئي).

الكائنات الحية مثل البكتيريا قادرة على تكوين مركبات عضوية على حساب المكونات غير العضوية - مركبات النيتروجين أو الكبريت. هذه العملية تسمى التركيب الكيميائي.

يحدث التمثيل الغذائي في الجسم فقط بمشاركة مواد بروتينية جزيئية خاصة - الانزيمات، بمثابة المحفزات. تساعد الإنزيمات على تنظيم عملية التمثيل الغذائي في الجسم الفيتامينات والهرمونات.يقومون معًا بالتنسيق الكيميائي الشامل لعملية التمثيل الغذائي. تحدث العمليات الأيضية طوال مسار التطور الفردي للكائن الحي - النشوء.

النشأة -مجموعة من التحولات المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية المتعاقبة التي يمر بها الكائن الحي طوال فترة حياته.

موطن الكائن الحي- مجموعة من ظروف حياته المتغيرة باستمرار. لقد أتقنت الكائنات الحية الأرضية ثلاثة موائل رئيسية: والتربة، جنبًا إلى جنب مع صخور الجزء القريب من السطح من الغلاف الصخري.

لكي يعمل الجسم بشكل طبيعي، يحتاج إلى مواد بلاستيكية وطاقة. تدخل هذه المواد الجسم مع الطعام. لكن الأملاح المعدنية والماء والفيتامينات فقط هي التي يمتصها الإنسان بالشكل الذي توجد به في الطعام. تدخل البروتينات والدهون والكربوهيدرات إلى الجسم على شكل مجمعات معقدة، ومن أجل أن يتم امتصاصها وهضمها، يلزم إجراء معالجة فيزيائية وكيميائية معقدة للطعام. في هذه الحالة، يجب أن تفقد المكونات الغذائية خصوصيتها، وإلا فسيتم قبولها من قبل الجهاز المناعي كمواد غريبة. يخدم الجهاز الهضمي هذه الأغراض.

الهضم

الهضم عبارة عن مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية والفسيولوجية التي تضمن معالجة وتحويل المنتجات الغذائية إلى مركبات كيميائية بسيطة يمكن أن تمتصها خلايا الجسم. تحدث هذه العمليات في تسلسل معين في جميع أجزاء الجهاز الهضمي (تجويف الفم والبلعوم والمريء والمعدة والأمعاء الدقيقة والغليظة بمشاركة الكبد والمرارة والبنكرياس)، وهو ما توفره الآليات التنظيمية على مختلف المستويات. تسمى السلسلة المتسلسلة من العمليات التي تؤدي إلى تحلل العناصر الغذائية إلى مونومرات يمكن امتصاصها بالناقل الهضمي. اعتمادًا على أصل الإنزيمات المحللة، ينقسم الهضم إلى ثلاثة أنواع: جوهرية، ومتعايشة، ومتحللة ذاتيًا. يتم الهضم السليم عن طريق الإنزيمات التي يتم تصنيعها بواسطة غدد البشر أو الحيوانات. يحدث الهضم التكافلي تحت تأثير الإنزيمات التي يتم تصنيعها بواسطة الكائنات الحية الدقيقة (الكائنات الحية الدقيقة) في الجهاز الهضمي. هذه هي الطريقة التي يتم بها هضم الألياف الغذائية في الأمعاء الغليظة. يتم الهضم التلقائي تحت تأثير الإنزيمات الموجودة في الطعام المستهلك. يحتوي حليب الأم على إنزيمات ضرورية لتخثره. اعتمادًا على موقع عملية التحلل المائي للمغذيات، يتم التمييز بين الهضم داخل الخلايا وخارجها. الهضم داخل الخلايا هو عملية التحلل المائي للمواد داخل الخلية بواسطة الإنزيمات الخلوية (الليزوزومية). تدخل المواد إلى الخلية عن طريق البلعمة والاحتساء. الهضم داخل الخلايا هو سمة من سمات الأوليات. في البشر، يحدث الهضم داخل الخلايا في الكريات البيض وخلايا نظام المنسجات اللمفاوية. في الحيوانات العليا والبشر، يحدث الهضم خارج الخلية.

ينقسم الهضم خارج الخلية إلى بعيد (تجويف) وملامس (جداري أو غشاء). تتم عملية الهضم (التجويف) البعيد بمساعدة إنزيمات الإفرازات الهضمية في تجاويف الجهاز الهضمي على مسافة من مكان تكوين هذه الإنزيمات. يحدث الهضم التلامسي (الجداري أو الغشائي) (A. M. Ugolev) في الأمعاء الدقيقة في منطقة الجليكوكليكس، على سطح الزغيبات الدقيقة بمشاركة الإنزيمات المثبتة على غشاء الخلية وينتهي بالامتصاص - نقل العناصر الغذائية عبر الخلية المعوية إلى الدم أو الليمفاوية.

فسيولوجيا الكلى

في عملية نشاط الحياة في جسم الإنسان، يتم تشكيل كميات كبيرة من المنتجات الأيضية التي لم تعد تستخدمها الخلايا ويجب إزالتها من الجسم. بالإضافة إلى ذلك، يجب تخليص الجسم من المواد السامة والغريبة، ومن الماء الزائد والأملاح والأدوية. في بعض الأحيان تسبق عمليات الإفراز تحييد المواد السامة، على سبيل المثال في الكبد. وبالتالي، فإن المواد مثل الفينول، الإندول، السكاتول، عند دمجها مع أحماض الجلوكورونيك والكبريتيك، تتحول إلى مواد أقل ضررًا. تسمى الأعضاء التي تؤدي وظائف الإخراج مطرح أو مطرح. وتشمل هذه الكلى والرئتين والجلد والكبد والجهاز الهضمي. الغرض الرئيسي من أعضاء الإخراج هو الحفاظ على بيئة داخلية ثابتة للجسم. أعضاء الإخراج مترابطة وظيفيا. يؤدي التحول في الحالة الوظيفية لأحد هذه الأعضاء إلى تغيير نشاط العضو الآخر. على سبيل المثال، عندما يتم إفراز السوائل الزائدة عبر الجلد عند درجات حرارة عالية، ينخفض ​​حجم إدرار البول. انتهاك عمليات الإفراز يؤدي حتما إلى ظهور التحولات المرضية في التوازن، بما في ذلك وفاة الكائن الحي.

الرئتين والجهاز التنفسي العلوي

تقوم الرئتان والجهاز التنفسي العلوي بإزالة ثاني أكسيد الكربون والماء من الجسم. بالإضافة إلى ذلك، يتم إطلاق معظم المواد العطرية عبر الرئتين، مثل أبخرة الأثير والكلوروفورم أثناء التخدير، وزيوت فيوسيل أثناء التسمم بالكحول. عندما تضعف وظيفة إفراز الكلى، يبدأ إطلاق اليوريا من خلال الغشاء المخاطي للجهاز التنفسي العلوي، والذي يتحلل، مما يحدد رائحة الأمونيا المقابلة من الفم. الغشاء المخاطي للجهاز التنفسي العلوي قادر على إطلاق اليود من الدم.

يزيل الكبد والجهاز الهضمي من الجسم مع الصفراء عددًا من المنتجات النهائية لاستقلاب الهيموجلوبين والبورفيرينات الأخرى على شكل أصباغ صفراوية، والمنتجات النهائية لاستقلاب الكولسترول على شكل أحماض صفراوية. كجزء من الصفراء، يتم أيضًا إخراج الأدوية (المضادات الحيوية)، والبرومسولفالين، والفينولروت، والمانيتول، والإينولين، وما إلى ذلك من الجسم. وبعض الأدوية والمواد السامة (المورفين، الكينين، الساليسيلات، الزئبق، اليود)، وكذلك الأصباغ المستخدمة لتشخيص أمراض المعدة (أزرق الميثيلين، أو الكونجوروت).

يقوم الجلد بوظيفته الإخراجية بسبب نشاط الغدد العرقية، وبدرجة أقل، الغدد الدهنية. تزيل الغدد العرقية الماء واليوريا وحمض اليوريك والكرياتينين وحامض اللبنيك والأملاح المعدنية القلوية وخاصة الصوديوم والمواد العضوية والأحماض الدهنية المتطايرة والعناصر النزرة والببسينوجين والأميليز والفوسفاتيز القلوي. ويزداد دور الغدد العرقية في إزالة منتجات التمثيل الغذائي للبروتين في أمراض الكلى، وخاصة في الفشل الكلوي الحاد. مع إفراز الغدد الدهنية، يتم إطلاق الأحماض الدهنية الحرة وغير القابلة للتصبن، والمنتجات الأيضية للهرمونات الجنسية، من الجسم.

فسيولوجيا الدم

يشكل الدم والليمف والأنسجة والعمود الفقري والجنب والمفاصل والسوائل الأخرى البيئة الداخلية للجسم. تتميز البيئة الداخلية بالثبات النسبي لتكوينها وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، مما يخلق الظروف المثالية للعمل الطبيعي لخلايا الجسم. تمت صياغة مفهوم ثبات البيئة الداخلية للجسم لأول مرة منذ أكثر من 100 عام على يد عالم وظائف الأعضاء كلود برنارد. وتوصل إلى استنتاج مفاده أن "ثبات البيئة الداخلية للكائن الحي هو شرط للوجود المستقل"، أي حياة خالية من التقلبات الحادة في البيئة الخارجية. في عام 1929، صاغ والتر كانون مصطلح الاستتباب. يُفهم التوازن حاليًا على أنه الثبات الديناميكي للبيئة الداخلية للجسم والآليات التنظيمية التي تضمن هذه الحالة. الدور الرئيسي في الحفاظ على التوازن ينتمي إلى الدم. في عام 1939، ابتكر جي إف لانج فكرة عن نظام الدم، حيث شمل الدم المحيطي المنتشر عبر الأوعية، والأعضاء المكونة للدم والمكونة للدم، بالإضافة إلى الجهاز العصبي الهرموني التنظيمي.

التمثيل الغذائي والطاقة

في الكائنات الحية، أي عملية تكون مصحوبة بنقل الطاقة. يتم تعريف الطاقة على أنها القدرة على القيام بالعمل. يسمى فرع خاص من الفيزياء يدرس خصائص وتحولات الطاقة في الأنظمة المختلفة بالديناميكا الحرارية. يُفهم النظام الديناميكي الحراري على أنه مجموعة من الكائنات المعزولة بشكل مشروط عن الفضاء المحيط.

تنقسم الأنظمة الديناميكية الحرارية إلى معزولة ومغلقة ومفتوحة. الأنظمة المعزولة هي تلك التي لا تتغير طاقتها وكتلتها، أي أنها لا تتبادل المادة ولا الطاقة مع البيئة. تتبادل الأنظمة المغلقة الطاقة، ولكن ليس المادة، مع البيئة، لذا تظل كتلتها ثابتة.

الأنظمة المفتوحة هي الأنظمة التي تتبادل المادة والطاقة مع البيئة. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، تنتمي الكائنات الحية إلى أنظمة مفتوحة، لأن الشرط الرئيسي لوجودها هو التبادل المستمر للمواد والطاقة. تعتمد عمليات الحياة على تفاعلات الذرات والجزيئات، التي تحدث وفق نفس القوانين الأساسية التي تحكم نفس التفاعلات خارج الجسم.

وبحسب القانون الأول للديناميكا الحرارية فإن الطاقة لا تختفي ولا تظهر مرة أخرى، بل تنتقل من شكل إلى آخر فقط.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن كل الطاقة تتحول في النهاية إلى طاقة حرارية، ويصبح تنظيم المادة مضطربًا تمامًا. في شكل أكثر صرامة، تمت صياغة هذا القانون على النحو التالي: لا يمكن إلا أن تزداد إنتروبيا النظام المغلق، ولا يمكن إلا أن تنخفض كمية الطاقة المفيدة (أي تلك التي يمكن من خلالها إنجاز العمل) داخل النظام. يشير الإنتروبيا إلى درجة اضطراب النظام.

إن الاتجاه الحتمي لزيادة الإنتروبيا، المصحوب بالتحول الحتمي بنفس القدر للطاقة الكيميائية المفيدة إلى طاقة حرارية عديمة الفائدة، يجبر الأنظمة الحية على التقاط المزيد والمزيد من أجزاء الطاقة (الغذاء) من أجل الحفاظ على حالتها الهيكلية والوظيفية. وفي الواقع فإن القدرة على استخلاص الطاقة المفيدة من البيئة هي إحدى الخصائص الرئيسية التي تميز الأنظمة الحية عن الأنظمة غير الحية، أي أن التمثيل الغذائي المستمر للمادة والطاقة هو أحد الخصائص الرئيسية للكائنات الحية. ولمواجهة الزيادة في الإنتروبيا والحفاظ على هيكلها ووظائفها، يجب أن تتلقى الكائنات الحية الطاقة في شكل يمكن الوصول إليه من البيئة وإعادة كمية مكافئة من الطاقة إلى البيئة في شكل أقل ملاءمة لمزيد من الاستخدام.

التمثيل الغذائي والطاقة عبارة عن مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية والفسيولوجية لتحويل المواد والطاقة في الكائنات الحية، وكذلك تبادل المواد والطاقة بين الجسم والبيئة. يتكون التمثيل الغذائي في الكائنات الحية من تناول مواد مختلفة من البيئة الخارجية وتحويلها واستخدامها في العمليات الحيوية وإطلاق منتجات الاضمحلال الناتجة في البيئة.

جميع تحولات المادة والطاقة التي تحدث في الجسم متحدة باسم شائع - التمثيل الغذائي (الأيض). على المستوى الخلوي، تحدث هذه التحولات من خلال تسلسلات معقدة من التفاعلات تسمى المسارات الأيضية ويمكن أن تشمل الآلاف من التفاعلات المختلفة. لا تحدث هذه التفاعلات بطريقة فوضوية، بل بتسلسل محدد بدقة ويتم تنظيمها بواسطة العديد من الآليات الجينية والكيميائية. يمكن تقسيم عملية التمثيل الغذائي إلى عمليتين مترابطتين ولكن متعددي الاتجاهات: عملية التمثيل الغذائي (الاستيعاب) والتقويض (الاستبعاد).

الابتنائية عبارة عن مجموعة من عمليات التخليق الحيوي للمواد العضوية (مكونات الخلية والهياكل الأخرى للأعضاء والأنسجة). فهو يضمن النمو والتطور وتجديد الهياكل البيولوجية، فضلا عن تراكم الطاقة (توليف العناصر الكبيرة). تتكون عملية الابتنائية من التعديل الكيميائي وإعادة ترتيب الجزيئات التي يوفرها الغذاء إلى جزيئات بيولوجية أخرى أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، إدراج الأحماض الأمينية في البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة الخلية وفقا للتعليمات الواردة في المادة الوراثية لخلية معينة.

الهدم عبارة عن مجموعة من عمليات تحطيم الجزيئات المعقدة إلى مواد أبسط، باستخدام بعضها كركائز للتخليق الحيوي وتكسير الجزء الآخر إلى منتجات أيضية نهائية مع تكوين الطاقة. تشمل المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي الماء (حوالي 350 مل يوميًا عند البشر)، وثاني أكسيد الكربون (حوالي 230 مل / دقيقة)، وأول أكسيد الكربون (0.007 مل / دقيقة)، واليوريا (حوالي 30 جم / يوم)، بالإضافة إلى مواد أخرى تحتوي على النيتروجين (حوالي 6 جم / يوم).

تستخرج عملية الهدم الطاقة الكيميائية من الجزيئات الموجودة في الطعام وتستخدم هذه الطاقة لتوفير الوظائف الضرورية. على سبيل المثال، تكوين الأحماض الأمينية الحرة نتيجة تحلل البروتينات المزودة بالغذاء وما يتبع ذلك من أكسدة هذه الأحماض الأمينية في الخلية مع تكوين ثاني أكسيد الكربون وH2O، والذي يصاحبه إطلاق الطاقة.

تكون عمليات الابتنائية والتقويض في حالة توازن ديناميكي في الجسم. غلبة العمليات الابتنائية على تقويضي يؤدي إلى نمو وتراكم كتلة الأنسجة، وغلبة العمليات تقويضي يؤدي إلى تدمير جزئي لهياكل الأنسجة. تعتمد حالة التوازن أو نسبة عدم التوازن في الابتنائية والتقويض على العمر (يهيمن الاستقلاب في مرحلة الطفولة، ويلاحظ التوازن عادة عند البالغين، ويسود التقويض في الشيخوخة)، والحالة الصحية، والضغط الجسدي أو النفسي والعاطفي الذي يقوم به الجسم.