Trao đổi chất và năng lượng là tập hợp các quá trình biến đổi chất, năng lượng xảy ra trong cơ thể sống và trao đổi chất, năng lượng giữa cơ thể và môi trường. Sự trao đổi chất của các chất và năng lượng là nền tảng của sự sống và là một trong những dấu hiệu quan trọng nhất của vật chất sống, phân biệt vật chất sống và vật chất không sống. Trong quá trình trao đổi, các chất đi vào cơ thể được biến đổi thông qua các biến đổi hóa học thành các chất của chính mô hoặc thành sản phẩm cuối cùng được đào thải ra khỏi cơ thể. Trong những biến đổi hóa học này, năng lượng được giải phóng và hấp thụ.
Trao đổi chất hoặc trao đổi chất là một quá trình có mục tiêu và tích hợp cao, trong đó có nhiều hệ thống enzyme tham gia và được đảm bảo bởi sự điều hòa rất phức tạp ở các cấp độ khác nhau.
Ở tất cả các sinh vật (và cả ở người), quá trình trao đổi chất của tế bào thực hiện 4 chức năng cụ thể chính.
1. Khai thác năng lượng từ môi trường và chuyển hóa thành năng lượng của các hợp chất có năng lượng cao với lượng đủ đáp ứng mọi nhu cầu năng lượng của tế bào và toàn bộ cơ thể.
2. Sự hình thành từ các chất ngoại sinh (hoặc sản xuất ở dạng thành phẩm) các hợp chất trung gian là tiền chất của các thành phần cao phân tử trong tế bào.
3. Tổng hợp protein, axit nucleic, carbohydrate, lipid và các thành phần tế bào khác từ các tiền chất này.
4. Tổng hợp và phá hủy các phân tử sinh học đặc biệt - sự hình thành và phân hủy, có liên quan đến việc thực hiện các chức năng cụ thể khác nhau của một tế bào nhất định.
Theo quan điểm nhiệt động lực học, các sinh vật sống là những hệ thống mở, vì chúng trao đổi cả năng lượng và vật chất với môi trường, đồng thời biến đổi cả hai. Khi quan sát trong một khoảng thời gian nhất định, không có sự thay đổi nhất định nào xảy ra trong thành phần hóa học của cơ thể. Nhưng điều này không có nghĩa là các chất hóa học tạo nên cơ thể không trải qua bất kỳ thay đổi nào. Ngược lại, chúng được cập nhật liên tục và khá chuyên sâu. Điều này là do tốc độ vận chuyển các chất và năng lượng từ môi trường vào cơ thể cân bằng chính xác với tốc độ vận chuyển từ cơ thể ra môi trường.
Ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau đến quá trình trao đổi chất trong cơ thể con người
Cường độ trao đổi chất được đánh giá bằng tổng năng lượng tiêu hao và nó có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều điều kiện và chủ yếu là vào hoạt động thể chất. Tuy nhiên, ngay cả ở trạng thái nghỉ ngơi hoàn toàn, quá trình trao đổi chất và năng lượng không ngừng lại và để đảm bảo hoạt động liên tục của các cơ quan nội tạng, duy trì trương lực cơ, v.v., một lượng năng lượng nhất định vẫn được tiêu thụ.
Ở nam giới trẻ tuổi, quá trình trao đổi chất cơ bản là 1300–1600 kilocalories mỗi ngày. Ở phụ nữ, tỷ lệ trao đổi chất cơ bản thấp hơn ở nam giới từ 6–8%. Theo tuổi tác (bắt đầu từ 5 tuổi), tỷ lệ trao đổi chất cơ bản giảm dần. Khi nhiệt độ cơ thể tăng thêm 1 độ, giá trị trao đổi chất cơ bản tăng 13%. Sự gia tăng tốc độ trao đổi chất cũng được quan sát thấy khi nhiệt độ môi trường giảm xuống dưới vùng thoải mái. Đây là một quá trình thích ứng gắn liền với nhu cầu duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định.
Ảnh hưởng chính đến lượng trao đổi chất và năng lượng được thực hiện bởi hoạt động thể chất. Sự trao đổi chất trong quá trình hoạt động thể chất cường độ cao về mặt tiêu thụ năng lượng có thể cao hơn 10 lần so với quá trình trao đổi chất chính và trong thời gian rất ngắn (ví dụ: bơi cự ly ngắn) thậm chí là 100 lần.
Trao đổi chất trung gian trong cơ thể con người
Tập hợp các biến đổi hóa học của các chất xảy ra trong cơ thể từ khi thức ăn được tiêu hóa đi vào máu cho đến khi sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất được giải phóng khỏi cơ thể được gọi là quá trình trao đổi chất trung gian (trao đổi chất). Chuyển hóa trung gian có thể được chia thành hai quá trình: dị hóa (đồng hóa) và đồng hóa (đồng hóa). Dị hóa- đây là sự phân hủy enzyme của các phân tử hữu cơ tương đối lớn, được thực hiện ở các sinh vật bậc cao, theo quy luật, bằng phương pháp oxy hóa. Quá trình dị hóa đi kèm với việc giải phóng năng lượng có trong cấu trúc phức tạp của các phân tử hữu cơ lớn và dự trữ năng lượng dưới dạng liên kết photphat của ATP. đồng hóa là sự tổng hợp enzyme từ các hợp chất đơn giản hơn của các thành phần tế bào phân tử lớn, chẳng hạn như polysacarit, axit nucleic, protein, lipid, cũng như một số tiền chất của chúng. Quá trình đồng hóa xảy ra khi tiêu thụ năng lượng. Quá trình dị hóa và đồng hóa xảy ra đồng thời trong tế bào và có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Về cơ bản, chúng không nên được coi là hai quá trình riêng biệt mà là hai mặt của một quá trình chung - trao đổi chất, trong đó sự biến đổi các chất gắn chặt với sự biến đổi năng lượng.
Việc kiểm tra chi tiết hơn về các con đường trao đổi chất cho thấy rằng sự phân hủy các chất dinh dưỡng cơ bản trong tế bào là một chuỗi các phản ứng enzyme tuần tự tạo nên ba giai đoạn chính của quá trình dị hóa. Ở giai đoạn đầu tiên, các phân tử hữu cơ lớn phân hủy thành các khối cấu trúc cụ thể cấu thành của chúng. Do đó, polysacarit phân hủy thành hexose hoặc pentose, protein thành axit amin, axit nucleic thành nucleotide, lipid thành axit béo, glycerol và các chất khác. Tất cả các phản ứng này chủ yếu diễn ra theo phương pháp thủy phân và lượng năng lượng giải phóng ở giai đoạn này rất nhỏ - dưới 1%. Ở giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa, thậm chí các phân tử đơn giản hơn cũng được hình thành và số lượng loại của chúng giảm đáng kể. Điều rất quan trọng là ở giai đoạn thứ hai, các sản phẩm chung được hình thành cho quá trình chuyển hóa các chất khác nhau. Những sản phẩm này đại diện cho các hợp chất chính đóng vai trò là trạm chính kết nối các con đường trao đổi chất khác nhau. Các sản phẩm được hình thành trong giai đoạn dị hóa thứ hai bước vào giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa, được gọi là quá trình oxy hóa cuối cùng. Trong giai đoạn này, tất cả các sản phẩm cuối cùng đều bị oxy hóa thành carbon monoxide và nước. Hầu như toàn bộ năng lượng được giải phóng trong giai đoạn thứ hai và thứ ba của quá trình dị hóa.
Quá trình đồng hóa cũng trải qua ba giai đoạn. Nguyên liệu ban đầu của nó là những sản phẩm tương tự trải qua quá trình biến đổi ở giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa. Nghĩa là, giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa đồng thời là giai đoạn đầu tiên của quá trình đồng hóa. Các phản ứng xảy ra ở giai đoạn này thực hiện chức năng kép. Một mặt, chúng tham gia vào giai đoạn cuối của quá trình dị hóa, mặt khác chúng còn phục vụ cho quá trình đồng hóa, cung cấp tiền chất cho các giai đoạn đồng hóa tiếp theo. Ví dụ, ở giai đoạn này, quá trình tổng hợp protein bắt đầu.
Phản ứng dị hóa và đồng hóa xảy ra đồng thời nhưng ở các phần khác nhau của tế bào. Ví dụ, quá trình oxy hóa axit béo được thực hiện bằng cách sử dụng một nhóm enzyme được định vị trong ty thể, trong khi quá trình tổng hợp axit béo được xúc tác bởi một hệ thống enzyme khác được định vị trong bào tương. Chính do sự định vị khác nhau mà quá trình dị hóa và đồng hóa trong tế bào có thể xảy ra đồng thời.
Điều hòa trao đổi chất và năng lượng
Chuyển hóa tế bào được đặc trưng bởi tính ổn định cao và đồng thời có tính biến đổi đáng kể. Cả hai đặc tính này đảm bảo sự thích nghi liên tục của tế bào và sinh vật với các điều kiện môi trường và bên trong thay đổi. Do đó, tốc độ dị hóa trong tế bào quyết định nhu cầu năng lượng của tế bào tại bất kỳ thời điểm nào. Tương tự như vậy, tốc độ sinh tổng hợp các thành phần tế bào được xác định bởi nhu cầu tại một thời điểm nhất định. Ví dụ, tế bào tổng hợp các axit amin với tốc độ chính xác, đủ để đảm bảo hình thành lượng protein tối thiểu mà nó cần. Sự trao đổi chất tiết kiệm và linh hoạt như vậy chỉ có thể thực hiện được nếu có những cơ chế đủ tinh vi và nhạy cảm để điều chỉnh nó. Sự điều hòa trao đổi chất xảy ra ở các mức độ khác nhau với độ phức tạp tăng dần.
Loại điều chỉnh đơn giản nhất ảnh hưởng đến tất cả các thông số chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme. Ví dụ, sự chiếm ưu thế của môi trường axit hoặc kiềm trong các mô (môi trường pH). Sự tích tụ các sản phẩm phản ứng có tính axit có thể làm dịch chuyển môi trường pH vượt quá trạng thái tối ưu đối với một enzyme nhất định và do đó ức chế quá trình.
Mức độ điều chỉnh tiếp theo của các quá trình trao đổi chất phức tạp liên quan đến nồng độ các chất cần thiết trong tế bào. Nếu nồng độ của bất kỳ chất cần thiết nào trong tế bào ở mức đủ thì quá trình tổng hợp chất đó sẽ dừng lại cho đến thời điểm nồng độ giảm xuống dưới một mức nhất định. Do đó, một thành phần hóa học nhất định của tế bào được duy trì.
Mức độ điều chỉnh thứ ba là kiểm soát di truyền, xác định tốc độ tổng hợp enzyme, tốc độ này có thể khác nhau rất nhiều. Sự điều chỉnh ở cấp độ gen có thể dẫn đến tăng hoặc giảm nồng độ của một số enzyme nhất định, dẫn đến thay đổi loại enzyme và việc cảm ứng hoặc ức chế toàn bộ nhóm enzyme có thể xảy ra đồng thời. Điều hòa di truyền có tính đặc hiệu cao, tiết kiệm chi phí và mang lại nhiều cơ hội để kiểm soát trao đổi chất. Tuy nhiên, phần lớn quá trình kích hoạt gen là một quá trình chậm. Thông thường, thời gian cần thiết để chất cảm ứng hoặc chất ức chế ảnh hưởng rõ rệt đến nồng độ enzyme được đo bằng giờ. Vì vậy, hình thức quy định này không phù hợp với những trường hợp cấp bách.
Ở động vật bậc cao và ở người, có hai cấp độ nữa, hai cơ chế điều hòa sự trao đổi chất và năng lượng, khác nhau ở chỗ chúng kết nối quá trình trao đổi chất xảy ra ở các cơ quan và mô khác nhau, do đó điều khiển và điều chỉnh nó để thực hiện các chức năng không cần thiết. vốn có trong từng tế bào và toàn bộ cơ thể. Cơ chế như vậy trước hết là hệ thống nội tiết. Các hormone do tuyến nội tiết sản xuất có tác dụng kích thích hoặc ngăn chặn một số quá trình trao đổi chất nhất định ở các mô hoặc cơ quan khác. Ví dụ, khi tuyến tụy bắt đầu sản xuất ít insulin hơn, lượng glucose đi vào tế bào sẽ ít hơn và điều này dẫn đến những thay đổi trong một số quá trình liên quan đến trao đổi chất.
Mức độ điều chỉnh cao nhất, hình thức hoàn hảo nhất của nó là điều hòa thần kinh. Hệ thống thần kinh, đặc biệt là các bộ phận trung tâm, thực hiện các chức năng tích hợp cao nhất trong cơ thể. Nhận tín hiệu từ môi trường và từ các cơ quan nội tạng, hệ thống thần kinh trung ương sẽ chuyển đổi chúng và gửi xung đến các cơ quan làm thay đổi tốc độ trao đổi chất mà hiện tại cần thiết để thực hiện một chức năng nhất định. Thông thường, hệ thống thần kinh thực hiện vai trò điều tiết của nó thông qua các tuyến nội tiết, làm tăng hoặc ức chế dòng hormone vào máu. Ảnh hưởng của cảm xúc đến quá trình trao đổi chất đã được biết rõ, chẳng hạn như sự gia tăng mức độ trao đổi chất và năng lượng ở các vận động viên trước cuộc đua. Trong mọi trường hợp, tác dụng điều chỉnh của hệ thần kinh đối với quá trình trao đổi chất và năng lượng là rất phù hợp và luôn hướng đến sự thích ứng hiệu quả nhất của cơ thể với các điều kiện thay đổi.
Từ những điều trên, chúng ta có thể kết luận rằng để duy trì quá trình trao đổi chất bình thường trong cơ thể, cần phải có một loạt các biện pháp.
1. Nghỉ ngơi đầy đủ hàng ngày
3. Chế độ ăn uống cân bằng
4. Biện pháp thanh lọc cơ thể.
Bài viết bổ sung với thông tin hữu ích
Thông tin cơ bản về chuyển hóa khoáng chất ở ngườiKhoáng chất là một trong những thành phần chính của thực phẩm mà con người cần hàng ngày. Sự mất cân bằng khoáng chất có thể là động lực cho sự phát triển của một số lượng lớn các bệnh mãn tính.
Rối loạn có thể xảy ra trong quá trình trao đổi chất của con ngườiDinh dưỡng hàng ngày chất lượng cao rất quan trọng đối với một người, nhưng cần phải tính đến rằng đối với cơ thể, việc bạn ăn gì không quan trọng mà điều quan trọng là những gì cuối cùng sẽ đi đến từng tế bào.
Sinh vật - hệ thống sinh học của sinh quyển
Bất kỳ sinh vật sống nào cũng thân hình, khác với bản chất vô tri ở một tập hợp các đặc tính nhất định vốn chỉ có ở vật chất sống - tổ chức tế bào và trao đổi chất.
Theo quan điểm hiện đại, cơ thể là một hệ thống thông tin năng lượng tự tổ chức, khắc phục entropy (xem phần 9.2) bằng cách duy trì trạng thái cân bằng không ổn định.
Nghiên cứu về mối quan hệ và tương tác trong hệ thống “sinh vật-môi trường” dẫn đến sự hiểu biết rằng các sinh vật sống sinh sống trên hành tinh của chúng ta không tự tồn tại. Họ hoàn toàn phụ thuộc vào môi trường và thường xuyên bị ảnh hưởng bởi nó. Mỗi sinh vật sống sót và sinh sản thành công trong một môi trường sống cụ thể được đặc trưng bởi một phạm vi tương đối hẹp về nhiệt độ, lượng mưa, điều kiện đất đai, v.v..
Vì vậy, phần tự nhiên bao quanh các sinh vật sống và có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến chúng là môi trường sống. Từ đó, các sinh vật có được mọi thứ cần thiết cho sự sống và tiết ra các sản phẩm trao đổi chất vào đó. Môi trường sống của mỗi sinh vật bao gồm nhiều yếu tố có tính chất vô cơ, hữu cơ và các yếu tố do con người và hoạt động sản xuất của con người đưa vào. Hơn nữa, một số yếu tố có thể thờ ơ một phần hoặc hoàn toàn với cơ thể, những yếu tố khác là cần thiết và những yếu tố khác có tác động tiêu cực.
Điều kiện sống, hay điều kiện tồn tại, là tập hợp các yếu tố môi trường cần thiết cho một sinh vật, với nó là sự thống nhất không thể tách rời và nếu không có nó thì nó không thể tồn tại.
Cân bằng nội môi - tự đổi mới và duy trì sự ổn định của môi trường bên trong cơ thể.
Các sinh vật sống được đặc trưng bởi sự di chuyển, phản ứng, tăng trưởng, phát triển, sinh sản và di truyền, cũng như sự thích nghi. Trong quá trình trao đổi chất, hoặc sự trao đổi chất, một số phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể (ví dụ, trong quá trình hô hấp hoặc quang hợp).
Các sinh vật như vi khuẩn có khả năng tạo ra các hợp chất hữu cơ nhờ vào các thành phần vô cơ - hợp chất nitơ hoặc lưu huỳnh. Quá trình này được gọi là hóa tổng hợp.
Quá trình trao đổi chất trong cơ thể chỉ xảy ra khi có sự tham gia của các chất protein cao phân tử đặc biệt - enzim, đóng vai trò là chất xúc tác. Enzyme giúp điều hòa quá trình trao đổi chất trong cơ thể vitamin và hormone. Họ cùng nhau thực hiện sự phối hợp hóa học tổng thể của quá trình trao đổi chất. Các quá trình trao đổi chất xảy ra trong toàn bộ quá trình phát triển cá thể của sinh vật - sự hình thành bản thể.
Bản thể - một tập hợp các biến đổi hình thái, sinh lý và sinh hóa liên tiếp mà một sinh vật trải qua trong suốt cuộc đời.
Nơi sống của sinh vật- một tập hợp các điều kiện thay đổi liên tục của cuộc sống của anh ta. Hệ sinh vật trên cạn đã làm chủ được ba môi trường sống chính: và đất, cùng với đá ở phần gần bề mặt của thạch quyển.
Để hoạt động bình thường, cơ thể cần nhựa và vật liệu năng lượng. Những chất này đi vào cơ thể qua thức ăn. Nhưng chỉ có muối khoáng, nước và vitamin mới được con người hấp thụ ở dạng chúng có trong thực phẩm. Protein, chất béo và carbohydrate đi vào cơ thể dưới dạng phức hợp phức tạp, và để được hấp thụ và tiêu hóa, cần phải có quá trình xử lý vật lý và hóa học phức tạp của thực phẩm. Trong trường hợp này, các thành phần thực phẩm phải mất đi tính đặc hiệu của loài, nếu không chúng sẽ được hệ thống miễn dịch chấp nhận như chất lạ. Hệ thống tiêu hóa phục vụ những mục đích này.
tiêu hóa
Tiêu hóa là một tập hợp các quá trình vật lý, hóa học và sinh lý đảm bảo quá trình chế biến và biến đổi các sản phẩm thực phẩm thành các hợp chất hóa học đơn giản có thể được các tế bào của cơ thể hấp thụ. Các quá trình này xảy ra theo một trình tự nhất định ở tất cả các bộ phận của đường tiêu hóa (khoang miệng, hầu họng, thực quản, dạ dày, ruột non và ruột già với sự tham gia của gan, túi mật, tuyến tụy), được đảm bảo bởi các cơ chế điều hòa ở nhiều cấp độ khác nhau. Chuỗi quá trình tuần tự dẫn đến phân hủy chất dinh dưỡng thành các đơn phân có thể hấp thụ được gọi là băng tải tiêu hóa. Tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme thủy phân, quá trình tiêu hóa được chia thành 3 loại: nội tại, cộng sinh và tự phân. Quá trình tiêu hóa thích hợp được thực hiện bởi các enzyme được tổng hợp bởi các tuyến của con người hoặc động vật. Quá trình tiêu hóa cộng sinh xảy ra dưới tác động của các enzyme được tổng hợp bởi các vi sinh vật cộng sinh của đại sinh vật (vi sinh vật) của đường tiêu hóa. Đây là cách chất xơ thực phẩm được tiêu hóa ở ruột già. Quá trình tiêu hóa tự động được thực hiện dưới tác động của các enzyme có trong thực phẩm tiêu thụ. Sữa mẹ có chứa các enzym cần thiết cho quá trình đông tụ của sữa. Tùy thuộc vào vị trí của quá trình thủy phân chất dinh dưỡng, người ta phân biệt tiêu hóa nội bào và ngoại bào. Tiêu hóa nội bào là quá trình thủy phân các chất bên trong tế bào bằng enzyme của tế bào (lysosomal). Các chất xâm nhập vào tế bào bằng quá trình thực bào và pinocytosis. Tiêu hóa nội bào là đặc trưng của động vật nguyên sinh. Ở người, quá trình tiêu hóa nội bào xảy ra ở bạch cầu và tế bào của hệ thống mô bào lympho. Ở động vật bậc cao và con người, quá trình tiêu hóa diễn ra ngoại bào.
Tiêu hóa ngoại bào được chia thành xa (khoang) và tiếp xúc (đỉnh hoặc màng). Quá trình tiêu hóa xa (khoang) được thực hiện với sự trợ giúp của các enzyme của dịch tiết tiêu hóa trong các khoang của đường tiêu hóa ở khoảng cách xa nơi hình thành các enzyme này. Quá trình tiêu hóa tiếp xúc (đỉnh hoặc màng) (A. M. Ugolev) xảy ra ở ruột non ở vùng glycocalyx, trên bề mặt vi nhung mao với sự tham gia của các enzym cố định trên màng tế bào và kết thúc bằng việc hấp thu - vận chuyển chất dinh dưỡng qua tế bào ruột vào trong tế bào ruột. máu hoặc bạch huyết.
Sinh lý thận
Trong quá trình hoạt động sống trong cơ thể con người, một lượng đáng kể các sản phẩm trao đổi chất được hình thành mà tế bào không còn sử dụng nữa và phải được loại bỏ khỏi cơ thể. Ngoài ra, cơ thể phải được giải phóng khỏi các chất độc hại và ngoại lai, khỏi lượng nước dư thừa, muối và thuốc. Đôi khi quá trình bài tiết được thực hiện trước khi trung hòa các chất độc hại, ví dụ như ở gan. Như vậy, các chất như phenol, indole, skatole khi kết hợp với axit glucuronic và axit sulfuric sẽ chuyển hóa thành các chất ít độc hại hơn. Cơ quan thực hiện chức năng bài tiết được gọi là cơ quan bài tiết. Chúng bao gồm thận, phổi, da, gan và đường tiêu hóa. Mục đích chính của các cơ quan bài tiết là duy trì môi trường bên trong cơ thể ổn định. Các cơ quan bài tiết có mối liên hệ chức năng với nhau. Sự thay đổi trạng thái chức năng của một trong các cơ quan này sẽ làm thay đổi hoạt động của cơ quan kia. Ví dụ, khi chất lỏng dư thừa được bài tiết qua da ở nhiệt độ cao, lượng nước tiểu sẽ giảm. Vi phạm quá trình bài tiết chắc chắn dẫn đến sự xuất hiện của những thay đổi bệnh lý trong cân bằng nội môi, thậm chí có thể dẫn đến cái chết của sinh vật.
Phổi và đường hô hấp trên
Phổi và đường hô hấp trên loại bỏ carbon dioxide và nước khỏi cơ thể. Ngoài ra, hầu hết các chất thơm được giải phóng qua phổi, chẳng hạn như hơi ether và chloroform trong quá trình gây mê, dầu thân máy khi say rượu. Khi chức năng bài tiết của thận bị suy giảm, urê bắt đầu được giải phóng qua màng nhầy của đường hô hấp trên, chất này sẽ bị phân hủy, xác định mùi amoniac tương ứng từ miệng. Màng nhầy của đường hô hấp trên có khả năng giải phóng iốt từ máu.
Gan và đường tiêu hóa loại bỏ khỏi cơ thể cùng với mật một số sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa huyết sắc tố và các porphyrin khác dưới dạng sắc tố mật và các sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa cholesterol dưới dạng axit mật. Là một phần của mật, các loại thuốc (kháng sinh), bromsulfalein, phenolrot, mannitol, inulin, v.v. cũng được đào thải ra khỏi cơ thể. Đường tiêu hóa tiết ra các sản phẩm phân hủy của chất dinh dưỡng, nước, các chất nhận được qua dịch tiêu hóa và mật, muối của kim loại nặng. , một số loại thuốc và các chất độc hại (morphine, quinine, salicylat, thủy ngân, iốt), cũng như thuốc nhuộm dùng để chẩn đoán bệnh dạ dày (xanh methylene, hoặc congorot).
Da thực hiện chức năng bài tiết do hoạt động của tuyến mồ hôi và ở mức độ thấp hơn là tuyến bã nhờn. Tuyến mồ hôi loại bỏ nước, urê, axit uric, creatinine, axit lactic, muối kim loại kiềm, đặc biệt là natri, chất hữu cơ, axit béo dễ bay hơi, nguyên tố vi lượng, pepsinogen, amylase và phosphatase kiềm. Vai trò của tuyến mồ hôi trong việc loại bỏ các sản phẩm chuyển hóa protein tăng lên trong các bệnh về thận, đặc biệt là suy thận cấp. Với sự bài tiết của tuyến bã nhờn, các axit béo tự do và không xà phòng hóa, các sản phẩm trao đổi chất của hormone giới tính, sẽ được giải phóng khỏi cơ thể.
Sinh lý máu
Máu, bạch huyết, mô, cột sống, màng phổi, khớp và các chất lỏng khác tạo thành môi trường bên trong cơ thể. Môi trường bên trong được phân biệt bởi sự ổn định tương đối của thành phần và tính chất hóa lý, tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động bình thường của các tế bào trong cơ thể. Khái niệm về sự ổn định của môi trường bên trong cơ thể lần đầu tiên được nhà sinh lý học Claude Bernard đưa ra cách đây hơn 100 năm. Ông đi đến kết luận rằng “sự ổn định của môi trường bên trong cơ thể là điều kiện để tồn tại độc lập”, tức là cuộc sống không bị ảnh hưởng bởi những biến động mạnh mẽ của môi trường bên ngoài. Năm 1929, Walter Cannon đặt ra thuật ngữ cân bằng nội môi. Hiện nay, cân bằng nội môi được hiểu vừa là sự ổn định năng động của môi trường bên trong cơ thể vừa là cơ chế điều hòa đảm bảo trạng thái này. Vai trò chính trong việc duy trì cân bằng nội môi thuộc về máu. Năm 1939, G. F. Lang đã tạo ra một ý tưởng về hệ thống máu, trong đó ông bao gồm máu ngoại vi lưu thông qua các mạch, các cơ quan tạo máu và tạo máu, cũng như bộ máy điều hòa thần kinh thể dịch.
Trao đổi chất và năng lượng
Ở các sinh vật sống, bất kỳ quá trình nào cũng đi kèm với việc truyền năng lượng. Năng lượng được định nghĩa là khả năng thực hiện công. Một nhánh vật lý đặc biệt nghiên cứu các tính chất và sự biến đổi năng lượng trong các hệ thống khác nhau được gọi là nhiệt động lực học. Hệ nhiệt động được hiểu là tập hợp các vật thể cách ly có điều kiện với không gian xung quanh.
Hệ thống nhiệt động được chia thành cô lập, đóng và mở. Các hệ cô lập là những hệ có năng lượng và khối lượng không thay đổi, tức là chúng không trao đổi vật chất hoặc năng lượng với môi trường. Các hệ kín trao đổi năng lượng, nhưng không trao đổi vật chất, với môi trường, do đó khối lượng của chúng không đổi.
Hệ thống mở là hệ thống trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường. Theo quan điểm nhiệt động lực học, các sinh vật sống thuộc các hệ mở, vì điều kiện chính để chúng tồn tại là sự trao đổi liên tục các chất và năng lượng. Các quá trình của sự sống dựa trên phản ứng của các nguyên tử và phân tử, diễn ra theo những quy luật cơ bản giống nhau chi phối các phản ứng giống nhau bên ngoài cơ thể.
Theo định luật nhiệt động thứ nhất, năng lượng không biến mất và không xuất hiện trở lại mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác.
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng tất cả năng lượng cuối cùng đều biến thành nhiệt năng và tổ chức của vật chất trở nên hoàn toàn rối loạn. Ở dạng chặt chẽ hơn, định luật này được xây dựng như sau: entropy của một hệ thống kín chỉ có thể tăng và lượng năng lượng hữu ích (nghĩa là với sự trợ giúp của công việc có thể được thực hiện) bên trong hệ thống chỉ có thể giảm . Entropy đề cập đến mức độ rối loạn của một hệ thống.
Xu hướng tất yếu hướng tới sự gia tăng entropy, kèm theo sự biến đổi không thể tránh khỏi của năng lượng hóa học hữu ích thành năng lượng nhiệt vô dụng, buộc các hệ thống sống phải thu thập những phần năng lượng (thức ăn) mới để duy trì trạng thái cấu trúc và chức năng của chúng. Trên thực tế, khả năng khai thác năng lượng hữu ích từ môi trường là một trong những đặc điểm chính giúp phân biệt hệ thống sống với hệ thống không sống, tức là quá trình trao đổi chất và năng lượng diễn ra liên tục là một trong những đặc điểm chính của sinh vật sống. Để chống lại sự gia tăng entropy và duy trì cấu trúc cũng như chức năng của chúng, sinh vật phải nhận năng lượng ở dạng mà chúng có thể tiếp cận được từ môi trường và trả lại một lượng năng lượng tương đương cho môi trường ở dạng ít phù hợp hơn để sử dụng tiếp.
Trao đổi chất và năng lượng là tập hợp các quá trình vật lý, hóa học và sinh lý chuyển đổi các chất và năng lượng trong cơ thể sống, cũng như trao đổi các chất và năng lượng giữa cơ thể và môi trường. Quá trình trao đổi chất ở sinh vật sống bao gồm việc hấp thụ các chất khác nhau từ môi trường bên ngoài, chuyển hóa và sử dụng chúng trong các quá trình quan trọng và giải phóng các sản phẩm phân hủy ra môi trường.
Tất cả các quá trình biến đổi vật chất và năng lượng xảy ra trong cơ thể đều được thống nhất bằng một tên chung - trao đổi chất (trao đổi chất). Ở cấp độ tế bào, những biến đổi này xảy ra thông qua các chuỗi phản ứng phức tạp được gọi là quá trình trao đổi chất và có thể liên quan đến hàng nghìn phản ứng khác nhau. Những phản ứng này không xảy ra một cách hỗn loạn mà theo một trình tự xác định chặt chẽ và được điều hòa bởi nhiều cơ chế di truyền và hóa học. Trao đổi chất có thể được chia thành hai quá trình liên quan đến nhau nhưng đa chiều: đồng hóa (đồng hóa) và dị hóa (hòa tan).
Đồng hóa là một tập hợp các quá trình sinh tổng hợp các chất hữu cơ (thành phần tế bào và các cấu trúc khác của các cơ quan và mô). Nó đảm bảo sự tăng trưởng, phát triển, đổi mới cấu trúc sinh học, cũng như tích lũy năng lượng (tổng hợp các vĩ mô). Quá trình đồng hóa bao gồm sự biến đổi hóa học và sắp xếp lại các phân tử được cung cấp bởi thực phẩm thành các phân tử sinh học phức tạp hơn. Ví dụ, việc đưa các axit amin vào protein được tổng hợp bởi một tế bào theo hướng dẫn có trong vật liệu di truyền của một tế bào nhất định.
Dị hóa là một tập hợp các quá trình phân hủy các phân tử phức tạp thành các chất đơn giản hơn, sử dụng một số trong chúng làm cơ chất để sinh tổng hợp và phân hủy phần còn lại thành các sản phẩm trao đổi chất cuối cùng để hình thành năng lượng. Sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất bao gồm nước (khoảng 350 ml mỗi ngày ở người), carbon dioxide (khoảng 230 ml/phút), carbon monoxide (0,007 ml/phút), urê (khoảng 30 g/ngày), cũng như các chất khác có chứa nitơ (khoảng 6 g/ngày).
Quá trình dị hóa chiết xuất năng lượng hóa học từ các phân tử có trong thực phẩm và sử dụng năng lượng này để cung cấp các chức năng cần thiết. Ví dụ, sự hình thành các axit amin tự do là kết quả của sự phân hủy protein được cung cấp từ thức ăn và quá trình oxy hóa tiếp theo của các axit amin này trong tế bào với sự hình thành CO2 và H2O, kèm theo sự giải phóng năng lượng.
Các quá trình đồng hóa và dị hóa ở trạng thái cân bằng động trong cơ thể. Sự chiếm ưu thế của các quá trình đồng hóa so với các quá trình dị hóa dẫn đến sự tăng trưởng và tích lũy khối lượng mô, và sự chiếm ưu thế của các quá trình dị hóa dẫn đến sự phá hủy một phần cấu trúc mô. Trạng thái cân bằng hoặc tỷ lệ không cân bằng của quá trình đồng hóa và dị hóa phụ thuộc vào độ tuổi (sự đồng hóa chiếm ưu thế ở thời thơ ấu, sự cân bằng thường được quan sát thấy ở người lớn, quá trình dị hóa chiếm ưu thế ở tuổi già), tình trạng sức khỏe, căng thẳng về thể chất hoặc tâm lý cảm xúc của cơ thể.