Продукты жизнедеятельности нервной клетки

Нормальная жизнедеятельность организма возможна только при условии непрерывного поступления в него питательных веществ и удаления конечных продуктов превращения. Из нашей статьи вы узнаете, как происходят обменные процессы у особей разных видов.

Что такое обмен веществ

Еще из учебника по биологии каждый помнит, что процесс метаболизма состоит из двух взаимосвязанных частей. Это диссимиляция и ассимиляция. В первом случае происходит расщепление сложных органических веществ. Именно они являются источником энергии в организме. Так, при окислении 1 грамма белка и углевода высвобождается 17,2 кДж. При расщеплении того же количества жира энергии выделяется в 2 раза больше.

Суть ассимиляции заключается в образовании органических веществ, свойственных организму. Таким образом, обмен веществ - это процесс поступления в организм веществ, их превращения с образованием энергии и выведения из него продуктов распада.

Какие вещества необходимы для жизнедеятельности организма

Нормальная жизнедеятельность любой особи возможна при условии постоянного поступления пищи. Кроме органических веществ, организму необходимы и минеральные. Прежде всего это вода, которая является растворителем большинства химических соединений и основой для протекания обменных процессов.

Не меньшее значение имеют минеральные соединения. Элементы, входящие в их состав, регулируют многие процессы. К примеру, кальций необходим для свертывания крови, железо - для транспортировки кислорода. Наличие йода - необходимое условие для синтеза гормонов щитовидной железы, а натрия и калия - для работы нервных и мышечных клеток.

Продукты жизнедеятельности: биология

В любом живом организме в результате метаболизма образуются органические вещества, которые называются экскрементами. Их большая часть удаляется во внешнюю среду с помощью специализированных органов. Этот процесс направлен на поддержание постоянства внутренней среды. В учебниках по биологии этот процесс называют гомеостазом.

Некоторые вещества, которые выделяют организмы, используются другими видами. Так, продуктом жизнедеятельности растительной клетки является кислород. Этот газ - основа существования всего живого на планете. Некоторые животные являются копрофагами. Это значит, что они питаются экскрементами. Их примерами являются жуки - навозники, личинки двукрылых насекомых, кролики, зайцы и шиншиллы.

Всем известны и полезные продукты жизнедеятельности пчел: мед, воск, прополис, перга, маточное молочко. Эти вещества обладают противомикробным, иммуностимулирующим и антиаллергенными свойствами.

Система выведения продуктов обмена

Структура выделительной системы организма зависит от уровня его организации, способа питания и особенностей среды обитания. У одноклеточных, губок и кишечнополостных продукты обмена удаляются через мембрану путем диффузии. Но для этого есть особые структуры. У простейших непереваренные остатки пищи выводятся наружу в любом месте клетки или через специальные образования в ее мембране. К примеру, инфузория имеет порошицу. Избыток воды и солей удаляется через сократительные вакуоли. Их действие регулирует и уровень внутриклеточного давления.

У беспозвоночных органами выделения являются специализированные трубочки или канальца, которые открываются наружу порами. Это могут быть нефридии, мальпигиевы сосуды или зеленые железы.

Из тела человека продукты жизнедеятельности выводятся наружу органами пищеварительной, дыхательной, мочевыделительной систем, а также через кожу. Каждый из них имеет свою специализацию, но только их совместная работа способна обеспечить эффективность обменных процессов. При этом нарушение одного органа влечет за собой изменение в механизме действия другого. К примеру, при повышенном потоотделении образуется меньше мочи.

Не все продукты жизнедеятельности удаляются из организма. Некоторые из них необходимы для нормального функционирования клеток. А вот от излишков таких веществ организм обязательно должен избавиться.

Начнем с воды. 20 % этой жидкости испаряется через кожу вместе с потом, 15 % выдыхается через легкие. Вода также содержится в каловых массах и удаляется из организма посредством кишечника.

Больше всего жидкости выводится через почки вместе с мочой - до 1,5 литра в сутки. Это половина от общего количества воды. В процессе образования мочи выделяют два этапа: фильтрация и реабсорбция. За сутки у человека через почки проходит 1500 литров крови. В результате фильтрации из нее образуется 150 литров первичной мочи. Она на 99 % состоит из воды. Путем реабсорбции образуется вторичная моча - 1,5 литра в сутки. Этот процесс происходит в канальцах нефрона. Здесь из первичной мочи назад в кровь всасываются все необходимые вещества - глюкоза, аминокислоты, минеральные соли, витамины. Количество воды во вторичной моче уменьшается до 96 %.

Кожа выполняет целый ряд важных функций: выделительную, обменную, терморегуляционную. Через потовые железы выводится не только вода, но также излишек солей и мочевины. При этом в окружающую среду выделяется тепло. Особенно интенсивно это происходит при физической нагрузке или высокой температуре воздуха.

Углекислый газ

90 % диоксида углерода удаляется через легкие. На клеточном уровне газообмен осуществляют красные клетки крови - эритроциты. Они переносят кислород от легких к клеткам, а углекислый газ в обратном направлении. С этими веществами гемоглобин эритроцитов образует нестойкие соединения. Поэтому движение крови - необходимое условие жизни.

Поступая в клетки, кислород сразу вступает в реакции окисления органических веществ. Вследствие этого образуется углекислый газ. Благодаря диффузии он поступает в тканевую жидкость, а затем в капилляры. Здесь образуется его неустойчивое соединение - карбгемоглобин. Далее кровь по поступает в правое предсердие, потом в правый желудочек и легкие. Здесь карбгемоглобин распадается, высвобождая углекислый газ, и выдыхается из организма.

Мочевина

Через почки выводится еще один продукт жизнедеятельности. Это диамид угольной кислоты, или мочевина. Небольшое ее количество удаляется с потом. Это вещество в основном образуется в результате окисления аминокислот. В организме мочевина синтезируется из аммиака. Для организма он является токсином.

Первоначально мочевина образуется в печени. Затем током крови она переносится в почки, откуда выводится наружу. Нарушение этого процесса может привести к отложению солей в суставах и почках.

Соли тяжелых металлов

Вещества, которые относятся к данной группе продуктов жизнедеятельности, выводятся через печень и кишечник. Примерами тяжелых металлов являются мышьяк, хром, ртуть, кадмий, медь, свинец, алюминий, никель.

Источники их поступления в организм разнообразны. Это вдыхаемый воздух, табачный дым, систематическая работа с лакокрасочными материалами, вода, медикаменты. В норме тяжелые металлы не нарушают обмена веществ. Опасность заключается в том, что они могут накапливаться в тканях, вызывая нарушение всех систем органов.

Итак, необходимым условием функционирования организма является сохранение постоянства его внутренней среды. Поэтому деятельность физиологических систем постоянно регулируется нервной системой и гуморальными факторами. Их слаженная работа обусловливает равновесие обменных процессов.

Доброго Вам времени суток, читатели. Наука нейрофизиология привела медицине неоспоримые доказательства того, что все болезни происходят от нервов. Ключевым фактором в их развитии является стресс. Если разобраться основательно, каждый человек ежедневно, а то и по нескольку раз, подвергается стрессовым ситуациям.

Не удивительно, что состояние здоровья современных людей оставляет желать лучшего. Однако в наших силах взять работу мозга под контроль, помочь ему противостоять стрессовым факторам и даже регулярно вырабатывать медиаторы хорошего настроения. Все это реально, если составить меню на основе грамотно подобранных продуктов для нервной системы.

Почему все зависит от нервов

его силы и продолжительности;
психологической устойчивости человека;
генетических особенностей;
условий жизни;
окружения и др.

Нервное напряжение резко меняет баланс гормонов в организме, в пользу адреналина и кортизола. Эти вещества повышают выносливость человека, однако подавляют функционирование всех внутренних органов и систем, снижают их потребность в кислороде и способность восстанавливаться.

Организм человека – огромная и сложнейшая химическая лаборатория, в которой все взаимосвязано. При попадании в пищеварительный тракт, продукты расщепляются на мельчайшие частицы, которые затем распределяются в органы и системы, в зависимости от их потребностей. Функциональная активность нервной системы зависит от целостности нервных клеток, их возбудимости и способности передавать нервные импульсы. Для нервных волокон полезно регулярное поступление следующих веществ:

аскорбиновая кислота – антиоксидант, который защищает клетки и активизирует их регенерацию;
витамины группы В – обладают нейропротекторными свойствами, повышают стрессоустойчивость, нормализуют метаболические процессы в нервных клетках;
витамин Е – восстанавливает структуру нервной ткани, повышает устойчивость клеточных оболочек, обладает антисклеротическими свойствами;
магний – необходим для выработки нейромедиаторов хорошего настроения и спокойствия, (подробнее про силу магния для организма можно почитать ТУТ);
цинк – важен для повышения чувствительности нервных клеток и нормализации их возбудимости;
селен – микроэлемент, необходимый для восстановления трофики нервов и их защиты от свободных радикалов;
глутамин – аминокислота, которая регулирует процессы возбуждения и торможения в головном мозге;
омега-3 – полиненасыщенные жирные кислоты улучшают обмен веществ в тканях головного мозга;
лецитин – фосфолипид с нейропротекторными свойствами, нормализует выработку нейромедиаторов, в том числе серотонина, (отдельно о лецитине писала ТУТ).

Важно, чтобы все перечисленные вещества поступали в организм регулярно и в достаточных количествах. Это сделает нервные клетки более устойчивыми к недостатку кислорода, оптимизирует синтез медиаторов и гормонов, а также нормализует обмен веществ в нервных волокнах.

Человек заметит действие нутриентов по своему хорошему настроению, спокойствию, снижению раздражительности и уменьшению подверженности стрессам.

Больше информации о том, чем накормить и успокоить нервную систему рассказывает врач Бутакова в вебинаре о здоровье мозга в любом возрасте!

Чем питать свои нервы

Чем еще помочь нервам

На работу мозга и выработку нейромедиаторов плохо влияет отсутствие режима дня. Чтобы спастись от стресса и нервов, человеку необходимо организовать свое время так, чтобы создать условия для полноценного сна и отдыха.

Физическую и умственную активность планировать на утреннее и дневное время, спать не менее 7 часов в сутки, ложиться и просыпаться примерно в одно время.

Лучшим способом предотвратить атаки стрессов считается когнитивно-поведенческий подход. Человек должен научиться генерировать в себе оптимизм и приятные мысли, адекватно реагировать на непредвиденные обстоятельства, сознательно не завышать их важность. Взять стрессы под контроль можно, изменив свое отношение к ним.

Нервная ткань составляет 2,0-2,5% общей массы организма. Она состоит из нервных клеток, нервных волокон, нервных окончаний и нейроглии. Структурной и функциональной единицей нервной ткани является нейрон. Нейроны объединяются в органы, органы - в нервную систему, которая воспринимает внешние и внутренние раздражения, анализирует их, регулирует и координирует все основные функции организма, объединяет его в единое целое, осуществляет связь организма животного с внешней средой.

Химический состав нервной ткани и ее структурных элементов определяется значением органа нервной системы в жизнедеятельности организма, местом животного в филогенетическом ряду, возрастом и функциональным состоянием организма и др. Нервная ткань эмбриона в среднем содержит 90% воды и 10% сухого остатка, взрослого организма - соответственно 65% воды и 35% сухого остатка. Больше всего воды имеется в сером веществе коры больших полушарий головного мозга (82,7%), меньше - в белом (72,8%) и в спинном мозгу (74%). Серое вещество мозга крупного рогатого скота содержит 80,6% воды и 19,4% сухого остатка, в сухом остатке 55,4% составляют белки, 43,1 - липиды и 1,5% зола, белое вещество имеет 68,4% воды и 31,6% сухого остатка, в сухом остатке 24,8% составляют белки, 74,6 - липиды и 0,6% зола.

Белки. В нервной ткани имеется от 5-7 до 16 индивидуальных белков (в т. ч. в митохондриях - до 8), представляющих около 100 различных растворимых белковых фракций. Они относятся к двум группам - протеинам и протеидам. Протеины представлены: нейроальбуминами (они являются основным белковым компонентом фосфопротеидов и составляют основную массу растворимых белков - 89-90%), нейро-глобулинами (около 5% всех растворимых белков), гистонами и нейросклеропротеидами (структурно-опорные белки -нейроколлагены, нейроэластины, нейростромины и др., составляют 8-10% от всех простых белков). Протеиды нервной ткани представлены следующими подгруппами: нуклеопротеидами (ДНП и РНП), липопротеидами (фосфатидов и холестерина), протеолипидами, фосфопротеидами (около 2% всех сложных белков), гликопротеидами. В нервной ткани обнаружено два специфических белка -S-100, или белок Мура (его иногда называли "белком памяти", 85-90% белка сосредоточено в нейроглии, 10-15% -в нейронах), и белок 14-3-2. В нервной ткани содержатся ферменты всех шести классов, катализирующих все стороны обмена веществ, восприятие, анализ и передачу нервных импульсов.

Содержание углеводов. Нервная ткань бедна углеводами, хотя потребность в них здесь велика. Основными углеводами здесь являются глюкоза (1-4 мкмоля на 1 г ткани) и гликоген (2,5-4,5 мкмоля на 1 г). У новорожденных животных содержание гликогена в мозгу в 3 раза выше, чем у взрослых. Большая часть гликогена (около 80%) связана с белками и липидами, меньшая (до 20%) находится в свободном состоянии. Нервная ткань содержит промежуточные продукты углеводного обмена - гексозо- и триозофосфаты, молочную, пировиноградную и другие кислоты.

Содержание липидов. Нервная ткань богата липидами, часть из которых специфична для нее. Так, в расчете на сухой остаток серое вещество мозга крупного рогатого скота содержит 43,1% и белое вещество-74,6% липидов. Из них фосфатиды соответственно составляют 16,3 и 27,5%, в том числе лецитины-3,2 и 3,3; кефалины-9,4 и 19,2; сфингомиелины - 3,7 и 5,0; холестерин - 3,2 и 10,9; цереброзиды - 4,3 и 14,1%. В нервной ткани мало жиров. Они могут быть представлены лигноцериновой, цереброновой и другими характерными для нервной ткани кислотами и оксикислотами. Из нервной ткани выделены страндин и другие сложные гликолипиды.

Содержание нуклеотидов и креатинфосфата. Из свободных нуклеотидов адениловые нуклеотиды составляют 84%.

Обмен веществ в нервной ткани. Изучение обмена веществ в нервной ткани сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего, нервная ткань обладает сложным строением, химическим составом, многообразием функций и реакций обмена веществ. В организме человека имеется 1010 нейронов, в коре больших полушарий - около 14 млрд. Каждый нейрон в среднем связан с 5 тыс. клеток. Синтез белков в нейроне больше, чем в другой клетке, предельно совершенен, что обеспечивает полноценное функционирование нейрона в течение всей жизни организма. Головной мозг заключен в черепную коробку, спинной - в позвоночный канал. Малейшее вмешательство в структуру нервной ткани грозит патологией. Многие реакции протекают в ней в течение десятых, сотых и даже тысячных долей секунды. Все это требует особого подхода к изучению обмена веществ в нервной ткани.

Дыхание нервной ткани. Мозг потребляет 20-25% всего кислорода, поступающего в организм. Газообмен мозга в 20 раз больше газообмена покоящихся мышц. Так, нервная ткань за 10 с способна использовать весь кислород, который в ней содержится. У молодых животных нервная система потребляет 40-50% кислорода, поступившего в организм, причем 80% расходуют нейроны. При возбуждении потребление кислорода нервной тканью возрастает примерно на 50%.

Обмен углеводов. Основной источник химической энергии для нервной ткани - глюкоза. Нервная ткань вдвое больше потребляет глюкозы, чем мышечная, и втрое больше, чем почки. Предполагается, что глюкоза, прежде чем используется клетками нервной системы, проходит стадию биосинтеза гликогена. Гликоген может расщепляться гидролитическим и фосфоролитическим путями. В головном мозгу преобладает первый путь. Серое вещество мозга вчетверо больше потребляет глюкозы, чем белое. Химическая энергия, заключенная в глюкозе, освобождается анаэробным и аэробным путями. Около 85% глюкозы окисляется до CO2 и H2O. Обмен углеводов в нервной ткани зависит от обеспечения ее витамином B1 - его пирофосфат является коферментом пируватдекарбоксилазы, превращающей пировиноградную кислоту в ацетил-КоА.

Обмен белков. Для белков характерна высокая степень метаболизма. Так, за время превращения нейробласта в нейрон содержание белка в клетке возрастает более чем в 2000 раз. Период полужизни молекул белков составляет 2,8-15,2 сут. Обмен белков быстрее происходит в сером веществе мозга, медленнее -в белом, медленно - в периферических нервах. Интенсивность обмена белков в нервных клетках в 53-70 раз большая, чем в глиоцитах. Глиоциты составляют около 40% объема мозга.

Нервная ткань богата аминокислотами. Так, если в крови в среднем содержится аминокислот 0,064 г/л, то в тканях мозга - 0,36 г на 1 кг. Среди них особое место принадлежит глутаминовой кислоте, из которой образуется глутамин и далее после транспортировки в печень - мочевина. На его долю приходится 80% аминного азота. Часть кислоты декарбоксилируется, образуется а-аминомасляная кислота, которая через янтарный полуальдегид превращается в янтарную кислоту. Она включается в цикл трикарбоновых кислот, что приводит к образованию макроэргических соединений, CO2 и H2O.

Глутаминовая кислота может дезаминироваться и превращаться в кетоглутаровую кислоту, Кетоглутаровая кислота идет в цикл трикарбоновых кислот. Аммиак - на образование глутамина, а затем - на синтез мочевины в печени. Некоторое количество мочевины может синтезироваться в нервной ткани и другими путями. В нервной ткани образуются некоторые аминокислоты: глутаминовая, аспарагиновая, аланин, серин, цистин, глицин и аргинин.

Обмен липидов. В тканях головного мозга превращения жиров не имеют существенного значения. Здесь синтезируется холестерин из ацетил-КоА. Количество холестерина возрастает при абсцессах мозга, менингоэнцефалитах и др. Состав липидов нервной ткани сравнительно стабилен. Так, если в тканях печени в течение суток обновляется 50% всех жирных кислот, то в нервной системе за неделю обновляется лишь 20%. Быстрее всего обновляются фосфатиды, особенно инозитфосфатиды. При возбуждении в нервной ткани задерживается холестерин и выделяется в кровеносное русло лецитин.

Химизм передачи нервного импульса. Нервная система выполняет ряд специфических функций: восприятие и передачу информации об изменениях внешней и внутренней среды в соответствующие центры, переработку этой информации, передачу эффекторных импульсов к исполнительным органам и тканям, регуляцию деятельности последних и др. Механизм передачи нервных импульсов - электрический, химический и смешанного типа.

Нервная система состоит из нейронов, нейрон - из тела нервной клетки, аксона (аксонов), дендритов и нервных окончаний. Нейрон имеет наружную плазматическую мембрану. Согласно ионной теории передачи нервного импульса внутренняя поверхность мембраны во время покоя заряжена отрицательно, наружная - положительно. Эти заряды возникают в результате функционировани натрий-калиевого насоса. Под влиянием различных факторов нейрон возбуждается, изменяется проницаемость мембраны и ионы Na+ устремляются в клетку. Внутренняя часть мембраны приобретает положительный заряд, наружная - отрицательный. Возникает потенциал действия. Нервный импульс с помощью нервных окончаний передается на соответствующий объект. После прекращения раздражения в нейроне восстанавливается динамическое равновесие между содержанием ионов K+ и Na+, так как натрий-калиевый насос удаляет избыток ионов Na+ из клетки.

Согласно химической теории, нервный импульс от нейрона к нейрону или на соответствующий орган передается с помощью специальных веществ - медиаторов. В передаче импульсов участвуют нервные окончания, входящие в состав синапса. Число синапсов на отдельных нейронах велико - до 10-20 тыс. и больше. Синапс состоит из пресинаптической части (синаптического окончания нейрона), синаптической щели и постсинаптической части. Медиаторы синтезируются в теле нервной клетки и ее отростках, связываются с белками и накапливаются в виде синаптических пузырьков. Под влиянием раздражителя пресинаптическая мембрана деполяризуется, увеличивается ее проницаемость к ионам Ca2+ - они проникают в пресинаптические окончания и вызывают расщепление комплекса белок - медиатор. Медиатор диффундирует через поры мембраны в синаптическую щель, взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны и вызывает потенциал действия.

Функциями медиаторов обладают ацетилхолин, серотонин, гистамин, а-аминомасляная кислота и др.

· Ацетилхолин - медиатор в синапсах центральной, парасимпатической и симпатической нервной системы. Синтезируется из ацетил-КоА и холина под влиянием холинацетилтрансферазы и ионов Mg2+, K+, Ca2+. Образуется в эндоплазматической сети нейрона, поступает в синапсы, связывается с белками и накапливается в виде синаптических пузырьков. После возникновения нервного импульса комплекс ацетилхолин - белок расщепляется, медиатор через поры пресинаптической мембраны проникает в синаптическую щель и взаимодействует с холинорецепторами постсинаптической мембраны. Возникает потенциал действия, и возбуждение передается от нейрона к нейрону или к эффектор-ной клетке.

· Серотонин (5-окситриптамин) - медиатор нервной системы, образуется из аминокислоты триптофана. После оказания биологического действия в синапсе дезаминируется, образовавшаяся 5-оксииндолилуксусная кислота выделяется из организма с мочой.

· Гистамин образуется из гистидина под влиянием гистидиндекарбоксилазы. Принцип действия гистамина такой же, как и остальных медиаторов. После оказания своего действия инактивируется дезаминированием гистаминазой или путем соединения с клеточными белками.

Аминомасляная кислота (ГАМК) - промежуточный продукт обмена веществ в нервной ткани. Образуется из глутаминовой кислоты под влиянием глутаматдекарбоксилазы. Оказывает тормозящее действие на функции дендритов нейронов головного и спинного мозга и деятельность мионевральных бляшек. После оказания биологического действия инактивируется переаминированием с кетоглутаровой кислотой.

Связь между функциональным состоянием головного мозга и процессами обмена веществ в организме. Нервная система оказывает регулирующее действие на реакции обмена веществ. При возбуждении отдельных центров нервной системы реакции обмена веществ усиливаются, в состоянии покоя устанавливается динамическое равновесие между реакциями анаболизма и катаболизма, а при торможении реакции обмена веществ замедляются.

Ликвор (спинномозговая жидкость) циркулирует в полости желудочков головного мозга, спинномозгового канала и субарахноидальном пространстве головного и спинного мозга. Он предохраняет мозг от вредных внешних воздействий, участвует в регуляции внутричерепного давления и отдельных сторон тканевого обмена в нервной системе. Плотность ликвора - 1,007-1,009, рН 7,4-7,8. По химическому составу ликвор сходен с сывороткой крови. Так, он содержит белки и другие азотистые вещества, углеводы, хлорид-ионы, К+ и Ca2+. Химический состав ликвора изменяется при нервных болезнях. В клинике проводится пункция ликвора и введение некоторых лекарственных веществ в ликвор для облегчения их контакта с нейронами.

Содержание нуклеотидов и креатинфосфата. Из свободных нуклеотидов адениловые нуклеотиды составляют 84%.

Функциями медиаторов обладают ацетилхолин, серотонин, гистамин, а-аминомасляная кислота и др.

Читайте также: