Группы биологически активных веществ егэ

Спрятать пояснение

Спрятать критерии

Раздел: Человек

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
РАЗДЕЛ III. БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА. 12. АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И ГИГИЕНА ЧЕЛОВЕКА (Часть 1): параграфы 12.1 — 12.8.

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

12.1. ТКАНИ, ОРГАНЫ, РЕГУЛЯЦИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Изучением организма человека и его здоровья занимаются различные биологические науки (табл. 12.1). В развитие этих наук внесли вклад Н.И. Пирогов, И. М. Сеченов, И. П. Павлов, С.П. Боткин, В. М. Бехтерев и др. Эти и другие биологические науки являются теоретической основой медицины. Здоровье — богатство человека и общества.

Таблица 12.1. Науки о человеке и его здоровье

12.1.1. ТКАНИ

Человек представляет собой сложную саморегулирующуюся и самообновляющуюся систему клеток и неклеточных структур, которые в процессе развития образуют ткани, органы и системы органов, объединённые клеточными, гуморальными, нервными механизмами регуляции в целостный организм.

Ткань — совокупность клеток, сходных по строению, функциям и происхождению, а также связанное с ними межклеточное вещество. У человека различают 4 основных вида (группы) тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную (табл. 12.2).

Эпителиальные ткани покрывают поверхность тела, выстилают изнутри полые органы и стенки полостей тела, образуют железы. Эпителиальные ткани содержат мало межклеточного вещества и не имеют сосудов. Различают однослойный, многослойный и железистый эпителии.

Однослойный эпителий в зависимости от формы клеток и других особенностей строения может быть плоским (серозные оболочки), кубическим (почечные канальцы), цилиндрическим (эпителий кишечника), многорядным мерцательным, имеющим реснички (воздухоносные пути).

Многослойный эпителий бывает ороговевающим (эпидермис кожи), неороговевающим (роговица глаза) и переходным (мочевой пузырь).

Железистый эпителий образует железы (поджелудочная железа, печень, слюнные и потовые железы и др.).

Эпителиальные ткани выполняют следующие функции: защитную, секреторную, выделительную, обмена веществ между организмом и внешней средой.

Соединительные ткани имеют хорошо развитое межклеточное вещество. Различают несколько видов соединительных тканей.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань представлена волокнами, расположенными рыхло и лежащими в разных направлениях. Сопровождает сосуды, нервы, образует строму органов, формируя их мягкий скелет.

Плотная волокнистая соединительная ткань образует сетчатый слой кожи, формирует сухожилия мышц, связки, перепонки, фасции, голосовые связки, часть оболочек органов, эластические мембраны сосудов.

Жировая ткань расположена в подкожном жировом слое, сальнике, брыжейке кишечника, в жировой капсуле почек.

Хрящевая ткань состоит из клеток и плотного межклеточного вещества, состоящего из аморфного вещества и волокон.

Костная ткань включает клетки и межклеточное вещество, имеющее форму пластинок, пропитанных минеральными солями. Совместно с хрящевой тканью придаёт прочность позвоночнику и другим частям скелета.

Ретикулярная ткань образует кроветворные органы (красный костный мозг, лимфатические узлы, селезёнку).

Таблица 12.2. Ткани человека

Кровь и лимфа имеют межклеточное вещество жидкой консистенции, где во взвешенном состоянии находятся клеточные элементы.

Соединительные ткани выполняют следующие функции: трофическую (связанную с участием клеток в обмене веществ), защитную (фагоцитоз, выработка иммунных тел), механическую (образуют строму органов, фасции, связки, скелет), пластическую (участвуют в процессах регенерации, заживлении ран), гомеостатическую (обеспечивают поддержание постоянства внутренней среды организма).

Мышечные ткани обладают свойствами сократимости и возбудимости/ и обеспечивают двигательные процессы в организме. Клетки мышечных тканей в цитоплазме имеют микронити, способные к сокращению. У человека имеется 3 вида мышечной ткани: поперечно-полосатая (скелетная), гладкая и сердечная. Каждому виду ткани свойственен свой тип мышечных волокон.

Скелетная (поперечно-полосатая) мышечная ткань образует скелетные мышцы, мышцы языка, мягкого неба, глотки, верхней части пищевода, гортани и др. Она представлена крупными многоядерными клетками длиной до 10—12 см, называемыми мышечными волокнами. В цитоплазме этих клеток содержится сократительный аппарат в виде миофибрилл. Миофибриллы содержат множество волоконец — миофиламентов. Более тонкие миофиламенты состоят из белка актина, более толстые — из белка миозина. При сокращении мышечного волокна нити актина скользят между нитями миозина, что приводит к укорочению волокна. Для этого процесса необходимы ионы Са²⁺ и энергия АТФ.

Гладкая мышечная ткань входит в состав стенок внутренних органов и кровеносных сосудов. Её клетки небольшие, одноядерные, имеют веретенообразную форму. В цитоплазме присутствуют миофибриллы, способные к сокращению.

Сердечная мышечная ткань входит в состав сердца. Сердечная мышца образована поперечно-полосатой мышечной тканью особого строения. В ней соседние мышечные волокна связаны между собой цитоплазматическими мостиками. Межклеточные соединения не препятствуют проведению возбуждения, благодаря чему сердечная мышца способна быстро сокращаться. В нервных клетках и скелетных мышцах каждая клетка возбуждается изолированно.

Существуют функциональные различия между гладкой и поперечно-полосатой мышечной тканью. Гладкие мышцы сокращаются медленно, непроизвольно, мало утомляются. Поперечно-полосатые мышцы сокращаются быстро, произвольно, быстро утомляются.

Нервная ткань образована нервными клетками (нейронами) и нейроглией. Нейроны (рис. 12.1) состоят из тела и отростков: одного длинного неветвящегося аксона (проводит нервный импульс от тела клетки) и коротких ветвящихся дендритов (проводят нервный импульс к телу клетки). Аксоны покрыты светлой миелиновой оболочкой и образуют белое вещество. Тела нейронов и дендриты образуют серое вещество.

Нейроны делятся на чувствительные, двигательные и вставочные. Чувствительные нейроны передают возбуждение от органов чувств в спинной и головной мозг. Двигательные (исполнительные) передают возбуждение от головного и спинного мозга к мышцам и внутренним органам. Связь между ними осуществляют вставочные нейроны, располагающиеся в спинном и головном мозге.

Нервные отростки формируют нервные волокна. Пучки нервных волокон образуют нервы. Нервы делятся на чувствительные, двигательные и смешанные. Дендриты чувствительных нейронов образуют чувствительные нервы, а аксоны двигательных нейронов — двигательные нервы. Однако большинство нервов являются смешанными.

12.1.2. Органы и системы органов

Орган — часть организма, имеющая определённую форму, строение и место и выполняющая одну или несколько функций. Каждый орган образован несколькими тканями, но одна из них всегда преобладает и определяет его главную функцию. В каждом органе всегда есть нервная и соединительная ткани (нервы, кровеносные и лимфатические сосуды). Внутренние органы — органы, располагающиеся в полостях тела.

Система органов — совокупность органов, совместно выполняющих определённые функции. В организме человека различают следующие системы органов (табл. 12.3): опорно-двигательную, пищеварительную, дыхательную, выделительную, кровеносную, лимфатическую, нервную, органов чувств, желёз внутренней секреции, половую. Функциональная система — органы и системы органов, временно объединённые для достижения какого-либо результата. Например, при беге задействованы опорно-двигательная, дыхательная, кровеносная и др. системы.

12.1.3. Нервная и гуморальная регуляция деятельности организма

Организм функционирует как единое целое. Существует два способа регуляции деятельности организма: нервная и гуморальная.

Гуморальная (жидкостная) регуляция осуществляется с помощью химических веществ (гормонов, медиаторов, ионов, продуктов обмена) через жидкие среды организма (кровь, лимфу, межклеточную жидкость). Гуморальная регуляция осуществляется с помощью биологически активных веществ. Биологически активные вещества — химические вещества, очень малые концентрации которых способны оказывать значительное физиологическое действие.

Железы — органы, вырабатывающие биологически активные вещества, с помощью которых осуществляется гуморальная регуляция. Их делят на две группы: внешней (экзокринные) и внутренней (эндокринные) секреции. Экзокринные железы имеют выводные протоки, через которые выделяют свой секрет на поверхность слизистых оболочек или кожи (слёзные, слюнные железы, железы желудка, кишечника, печень, молочные, сальные, потовые и др.). Эндокринные железы не имеют выводных протоков и выделяют свой секрет (гормоны) в кровь и лимфу (гипофиз, щитовидная, паращитовидные железы, надпочечники, эпифиз, вилочковая железа). Кроме того, существуют железы смешанной секреции, осуществляющие и внешнесекреторную, и внутрисекреторную функции (половые и поджелудочная).

Таблица 12.3. Системы органов человека

Нервная регуляция осуществляется при помощи нервных импульсов по мембранам нервных клеток. Это эволюционно более поздний способ регуляции. Он является более быстрым и более точным.

В организме механизмы нервной и гуморальной регуляции тесно взаимодействуют между собой и осуществляются одновременно. Они дополняют друг друга и оказывают взаимное влияние. Поэтому говорят о нейрогуморальной регуляции организма. Например, снижение уровня глюкозы в крови вызывает возбуждение симпатической нервной системы. Это стимулирует выделение надпочечниками адреналина, который с током крови поступает в печень, вызывая расщепление там гликогена до глюкозы. Глюкоза поступает в кровь, содержание её в крови нормализуется.

Особенностью организма является способность к саморегуляции. Саморегуляция — поддержание всех параметров жизнедеятельности организма (кровяного давления, температуры тела, содержания сахара в крови и т.д.) на относительно постоянном уровне. Нейро-гуморальная регуляция осуществляет взаимосвязь и согласованную работу всех систем органов. Поэтому организм функционирует как единое целое.

12.2. СКЕЛЕТ

Опорно-двигательная система образована костями, мышцами, сухожилиями и связками (табл. 12.4). Её основные функции — опорная и защитная. Скелет и его соединения являются пассивной частью аппарата движения, а прикреплённые к костям скелетные мышцы — активной.

Таблица 12.4. Части опорно-двигательной системы

12.2.1. Строение костей

Кости скелета образованы в основном костной тканью (разновидность соединительной ткани). Она на 2/3 состоит из твёрдого и плотного межклеточного вещества. Костные клетки (остеоциты) сообщаются между собой через «канальца», заполненные межклеточной жидкостью. Костная ткань снабжена нервами и кровеносными сосудами. В состав костной ткани входят органические вещества, которые придают эластичность и упругость, и неорганические, которые придают твёрдость (табл. 12.5). Их сочетание обеспечивает прочность. С возрастом количество неорганических веществ в костях увеличивается, и они становятся более хрупкими.

Таблица 12.5. Органические и неорганические вещества костей

Рассмотрим строение длинной трубчатой кости (рис. 12.2, табл. 12.6). Рост в толщину осуществляется делением клеток надкостницы, в длину — делением клеток хрящевой ткани, покрывающей концы костей. Рост костей регулируется гормоном роста, выделяемым гипофизом. У взрослого организма происходит лишь замена костного вещества.

Таблица 12.6. Строение длинной трубчатой кости

Скелет человеческого зародыша состоит из одних хрящей, которые постепенно заменяются костной тканью. Процесс окостенения скелета и роста костей заканчивается к 22—25 годам. Выделяют четыре группы костей (табл. 12.7).

Таблица 12.7. Классификация костей

12.2.2. Соединения костей

Соединения костей обеспечивают либо подвижность, либо устойчивость частей скелета. В зависимости от этого соединения костей различают типы соединения костей (рис. 12.3, табл. 12.8).

Таблица 12.8. Классификация соединения костей

Сустав состоит из одной кости с суставной впадиной и другой кости с головкой (суставные поверхности костей покрыты хрящом), прочных связок (обеспечивают прочность соединения костей), суставной сумки (в которой имеет место отрицательное давление, что усиливает сближение суставных поверхностей) и суставной жидкости (для уменьшения трения). Полусуставы имеют хрящевые прокладки между костями.

12.2.3. Отделы скелета

Скелет человека (рис. 12.4, табл. 12.9) состоит из скелета головы (мозговой и лицевой отделы), скелета туловища (позвоночный столб и грудная клетка), скелета верхних и нижних конечностей (скелет поясов и скелет свободных верхних и нижних конечностей). Всего около 220 костей.

Таблица 12.9. Скелет человека

Скелет головы (череп) включает 23 кости и состоит из мозгового и лицевого отделов (рис. 12.5).

Основные кости черепа следующие. В состав мозгового отдела входят парные кости — теменные и височные, непарные — лобная, затылочная. В состав лицевого отдела входят неподвижная верхнечелюстная, подвижная нижнечелюстная, носовые и скуловые кости. На челюстных костях находятся зубы. Для всех костей черепа, кроме нижнечелюстной, характерно непрерывное соединение друг с другом (межкостные швы).

Скелет туловища состоит из позвоночника и грудной клетки. Позвоночник состоит из 33-34 позвонков, каждый из которых имеет тело, дугу и несколько отростков. Между позвонками расположены прослойки хрящевой ткани, обеспечивающие гибкость. Отделы позвоночника; шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (5 позвонков), копчиковый (4—5 позвонков). Изгибы позвоночника (шейный, грудной, поясничный и крестцовый) придают ему упругость. Два из них (шейный и поясничный), направленные выпуклостью вперёд, — лордозы, и два (грудной и крестцовый), направленные выпуклостью назад, — кифозы. Дети рождаются на свет с почти прямым позвоночником. Развитие шейного изгиба связано с появлением у ребенка способности держать голову, грудного — с сидением, а поясничного и крестцового — со стоянием и ходьбой. Благодаря изгибам ослабляется сотрясение головы и туловища при ходьбе, беге, прыжках, обеспечивается сохранение равновесия. Грудная клетка образована 12 парами рёбер и грудиной. Из рёбер 7 пар — истинные рёбра (соединены с грудиной), 3 пары — ложные (присоединены к хрящам других рёбер), 2 пары — плавающие (свободно оканчиваются в мягких тканях).

Скелет верхних конечностей состоит из скелета плечевого пояса (лопатки и ключицы) и скелета свободной верхней конечности: плечо (плечевая кость), предплечье (локтевая и лучевая кости) и кисть (кости запястья, пясти, фаланги).

Скелет нижних конечностей состоит из пояса нижних конечностей (две тазовые кости и крестец) и скелета свободной нижней конечности: бедро (бедренная кость), голень (большая и малая берцовые кости) и стопа (кости предплюсны, плюсны, фаланг).

Особенности скелета, связанные с прямохождением и трудовой деятельностью. Позвоночник имеет изгибы, которые пружинят. Грудная клетка расширена в стороны. Пояс нижних конечностей широк и имеет вид чаши, он служит опорой для внутренних органов брюшной полости. Кости нижних конечностей толще и прочнее костей рук, так как несут всю тяжесть тела. Стопа сводчатая, пружинит. Рука — орган труда: кости пальцев подвижны, большой палец напротив остальных. Мозговой отдел черепа преобладает над лицевым.

12.2.4. Первая помощь при ушибах, растяжениях, вывихах, переломах

При ушибах, растяжениях, вывихах и переломах пострадавшим необходимо оказывать первую помощь (табл. 12.10).

Таблица 12.10. Первая помощь при ушибах, растяжениях, вывихах, переломах

12.3. МЫШЦЫ

12.3.1. Строение мышц

Скелетные мышцы выполняют следующие функции: перемещение тела в пространстве, перемещение частей тела относительно друг друга, поддержание позы, образование грудной и брюшной полостей, дыхательные движения, жевание и глотание, мимика, артикуляция звуков и др.

Скелетные мышцы образованы поперечно-полосатыми мышечными волокнами, которые осуществляют их сокращение. Мышечные волокна собраны в пучки, между которыми находятся прослойки из соединительной ткани, выполняющие опорную функцию. В них имеются кровеносные сосуды и нервы. Отдельные мышцы и группы мышц окружены плотными и прочными футлярами из соединительной ткани — фасциями. Мышцы прикрепляются к костям с помощью сухожилий. В зависимости от количества начальных частей (головок) и средних частей (брюшек) мышцы могут быть двух-, трёх-и четырёхглавыми, двубрюшными и т. д. Некоторые мышцы не связаны с костями (мышцы лица, глаз, рта). По форме мышцы делятся на длинные, короткие и широкие.

Таблица 12.11. Мышцы человека

Скелетная мускулатура составляет около 40 % массы тела человека и насчитывает около 400 скелетных мышц. По расположению выделяют мышцы головы, шеи, туловища, верхних и нижних конечностей (рис. 12.6, табл. 12.11):

• мышцы головы, жевательные (жевательная мышца, височная мышца) и мимические (мышца, сморщивающая бровь, щёчная мышца, мышца смеха);
• мышцы шеи (грудинно-ключично-сосцевидная);
• мышцы туловища, мышцы спины (поверхностные — трапециевидная, широчайшая; глубокие — мышца, выпрямляющая позвоночник); мышцы груди (поверхностные — большая и малые грудные мышцы; глубокие — межрёберные мышцы); мышцы живота (прямая мышца живота, наружная и внутренняя косые мышцы живота);
• мышцы конечностей (дельтовидная, трёхглавая мышца плеча, портняжная мышца, четырёхглавая мышца бедра).

12.3.2. Работа мышц

По функциям мышцы делятся на сгибатели и разгибатели, приводящие и отводящие, синергисты и антагонисты и др.

Скелетные мышцы прикрепляются с двух сторон от сустава и при своём сокращении производят в нём движение. Сгибатели (флексоры) обычно находятся спереди, а разгибатели (экстензоры) — сзади от сустава (за исключением коленного и голеностопного суставов).

Отводящие мышцы (абдукторы) располагаются снаружи от сустава, приводящие (аддукторы) — кнутри от сустава. Вращение производят мышцы, расположенные косо или поперечно по отношению к вертикальной оси (пронаторы — вращающие внутрь, супинаторы — кнаружи).

Синергисты — мышцы, осуществляющие движение в суставе в одном направлении (плечевая и двуглавая мышцы плеча), антагонисты — мышцы, выполняющие противоположные функции (двуглавая и трёхглавая мышцы плеча).

Работа различных групп мышц происходит согласованно. Когда сгибатель сокращён — разгибатель расслаблен, и наоборот. Это происходит при чередовании процессов возбуждения и торможения в спинном мозге. С другой стороны, сгибатели и разгибатели могут быть одновременно расслаблены или сокращены. В координации движений основная роль принадлежит нервной системе.

При интенсивной мышечной нагрузке может наступать утомление. Утомление — временное понижение работоспособности клетки, органа или целого организма, возникающее в результате работы и исчезающее после отдыха. Утомление зависит от ритма сокращений и от нагрузки. Статическая работа мышц требует одновременного сокращения всех групп мышц и поэтому не может быть продолжительной. При динамической работе сокращаются поочерёдно различные группы мышц, что даёт возможность длительное время совершать работу.

В экспериментальных условиях утомление мышцы связано с накоплением в ней продуктов обмена (фосфорной, молочной кислот), влияющих на возбудимость клеточной мембраны, а также с истощением энергетических запасов. При длительной работе мышцы уменьшаются запасы гликогена в ней и, соответственно, нарушаются процессы синтеза АТФ, необходимого для осуществления сокращения. Установлено, что в естественных условиях процесс утомления затрагивает прежде всего центральную нервную систему, затем нервно-мышечный синапс и в последнюю очередь — мышцу.

Тренировка мышц увеличивает их объём, силу и выносливость. При тренировке мышц утолщаются мышечные волокна, возрастает количество гликогена в них, увеличивается коэффициент использования кислорода, ускоряются восстановительные процессы.

12.4. ПИЩЕВАРЕНИЕ

12.4.1. Питательные вещества и пищевые продукты

Питательные вещества — это белки, жиры, углеводы, минеральные соли, вода и витамины. Питательные вещества содержатся в пищевых продуктах растительного и животного происхождения. Они обеспечивают организм всеми необходимыми питательными веществами и энергией.

Вода, минеральные соли и витамины усваиваются организмом в неизменённом виде. Белки, жиры, углеводы, находящиеся в пище, прямо не могут быть усвоены организмом. Они разлагаются на более простые вещества.

Процесс механической и химической обработки пищи и превращение её в более простые и растворимые соединения, которые могут всасываться, переноситься кровью и лимфой и усваиваться организмом как пластический и энергетический материал, называется пищеварением.

12.4.2. Органы пищеварения

Пищеварительная система осуществляет процесс механической и химической обработки пищи, всасывание переработанных веществ и выведение наружу непереваренных и неусвоенных составных частей пищи.

В пищеварительной системе (рис. 12.7) различают пищеварительный канал и пищеварительные железы, открывающиеся в него своими выводными протоками. Пищеварительный канал состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, желудка, тонкой кишки и толстой кишки. К пищеварительным железам относятся большие (три пары слюнных желёз, печень и поджелудочная железа) и множество малых желёз.

Пищеварительный канал представляет собой сложно–изменённую трубку длиной 8—10 м и состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, желудка, тонкой кишки и толстой кишки. Стенка пищеварительного канала имеет три слоя: 1) наружный слой образован соединительной тканью и выполняет защитную функцию; 2) средний слой в полости рта, в глотке, верхней трети пищевода и в сфинктере прямой кишки образован поперечно-полосатой мышечной тканью, а в остальных отделах — гладкой мышечной тканью. Мышечный слой обеспечивает подвижность органа и передвижение по нему пищевой кашицы; 3) внутренний (слизистый) слой состоит из эпителия и соединительнотканной пластинки. Производными эпителия являются большие и малые пищеварительные железы, вырабатывающие пищеварительные соки.

12.4.3. Пищеварение в ротовой полости

В ротовой полости находятся зубы и язык. В ротовую полость открываются протоки трёх пар крупных слюнных желёз и многих мелких.

Зубы измельчают пищу. Зуб состоит из коронки, шейки и одного или нескольких корней (рис. 12.8).

Коронка зуба покрыта твёрдой эмалью (самая твёрдая ткань организма). Эмаль защищает зуб от стирания и проникновения микробов. Корни покрыты цементом. Основную часть коронки, шейки и корня составляет дентин. Эмаль, цемент и дентин — разновидности костной ткани. Внутри зуба имеется небольшая зубная полость, заполненная мягкой пульпой. Она образована соединительной тканью, пронизанной сосудами и нервами.

У взрослого человека 32 зуба: в каждой половине верхней и нижней челюсти 2 резца, 1 клык, 2 малых коренных и 3 больших коренных зуба. У новорождённых зубов нет. Молочные зубы появляются к 6-му месяцу и к 10—12 годам заменяются на постоянные. Зубы мудрости вырастают к 20—22 годам.

В ротовой полости всегда много микроорганизмов, способных привести к заболеваниям органов ротовой полости, в частности к разрушению зубов {кариесу). Очень важно содержать ротовую полость в чистоте — полоскать рот после еды, чистить зубы специальными пастами, в состав которых входят фтор и кальций.

Язык — подвижный мышечный орган, состоящий из поперечнополосатой мускулатуры, снабжённый многочисленными сосудами и нервами. Язык передвигает пищу в процессе жевания, участвует в смачивании её слюной и глотании, служит органом речи и вкуса. Слизистая языка имеет выросты — вкусовые сосочки, содержащие вкусовые, температурные, болевые и тактильные рецепторы.

Слюнные железы — крупные парные околоушные, поднижнечелюстные и подъязычные; а также большое количество мелких желёз. Они открываются протоками в ротовую полость и выделяют слюну. Отделение слюны регулируется гуморальным путём и нервной системой. Слюна может выделяться не только во время еды при раздражении рецепторов языка и слизистой оболочки рта, но и при виде вкусной пищи, ощущении её запаха и др.

Слюна состоит на 98,5—99 % из воды (1-1,5 % сухого остатка). Она содержит муцин (слизистое белковое вещество, помогающее формированию пищевого комка), лизоцим (бактерицидное вещество), ферменты амилазу .(расщепляет крахмал до мальтозы) и мальтазу (расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы). Слюна имеет щелочную реакцию, так как её ферменты активны в слабощелочной среде.

Пища находится в ротовой полости 15—20 с. Основные функции ротовой полости: апробация, измельчение и смачивание пищи. В ротовой полости пища подвергается механической и частично химической обработке с помощью зубов, языка и слюны. Здесь начинается расщепление углеводов ферментами, содержащимися в слюне, и может продолжаться во время продвижения пищевого комка по пищеводу и некоторое время в желудке.

Из ротовой полости пища попадает в глотку, а затем в пищевод. Глотка — мышечная трубка, расположенная впереди шейных позвонков. Глотка делится на три части: носоглотку, ротоглотку и гортанную часть. В ротовой части пересекаются дыхательные и пищеварительные пути.

Пищевод — мышечная трубка длиной 25—30 см. Верхняя треть пищевода образована поперечно-полосатой мышечной тканью, остальная часть — гладкой мышечной тканью. Пищевод проходит через отверстие в диафрагме в брюшную полость и здесь переходит в желудок. Функция пищевода — перемещение пищевого комка в желудок в результате сокращений мышечной оболочки.

12.4.4. Пищеварение в желудке

Желудок — мешковидная, расширенная часть пищеварительной трубки. Стенка его состоит из трёх слоёв, описанных выше: соединительнотканного, мышечного и слизистого. В желудке различают вход, дно, тело и выход. Ёмкость желудка составляет от одного до нескольких литров. В желудке пища задерживается на 4—11 часов и подвергается в основном химической обработке желудочным соком.

Желудочный сок вырабатывают железы слизистой оболочки желудка (в количестве 2,0—2,5 л/сут.). В состав желудочного сока входят слизь, соляная кислота и ферменты.

Слизь предохраняет слизистую желудка от механических и химических повреждений.

Соляная кислота (концентрация НСl — 0,5 %) благодаря кислой среде обладает бактерицидным действием; активирует пепсин, вызывает денатурацию и набухание белков, чем облегчает их расщепление пепсином.

Ферменты желудочного сока: пепсин (расщепляет белки до полипептидов), желатиназа (гидролизует желатин), липаза (расщепляет эмульгированные жиры молока на глицерин и жирные кислоты), химозин (створаживает молоко).

При длительном непоступлении пищи в желудок возникает ощущение голода. Следует различать понятия «голод» и «аппетит». Для устранения ощущения голода основное значение имеет количество поглощаемой пищи. Аппетит же характеризуется избирательным отношением к качеству пищи и зависит от множества психологических факторов.

Иногда в результате попадания недоброкачественной пищи или сильно раздражающих веществ происходит рвота. При этом содержимое верхних отделов кишечника возвращается в желудок и вместе с его содержимым выбрасывается через пищевод в полость рта благодаря антиперистальтике и сильным сокращениям диафрагмы и брюшных мышц.

12.4.5. Пищеварение в кишечнике

Кишечник состоит из тонкой кишки (включает двенадцатиперстную, тощую и подвздошную кишку) и толстой кишки (включает слепую кишку с червеобразным отростком, ободочную и прямую кишку).

Из желудка пищевая кашица отдельными порциями через сфинктер (круговая мышца) поступает в двенадцатиперстную кишку. Здесь пищевая кашица подвергается химическому действию сока поджелудочной железы, желчи и кишечного сока.

Наиболее крупные пищеварительные железы — поджелудочная железа и печень.

Поджелудочная железа расположена позади желудка на задней брюшной стенке. Железа состоит из экзокринной части, вырабатывающей панкреатический сок (поступает в двенадцатиперстную кишку по выводному протоку поджелудочной железы), и эндокринной части, секретирующей в кровь гормоны инсулин и глюкагон.

Сок поджелудочной железы (панкреатический сок) имеет щелочную реакцию и содержит ряд пищеварительных ферментов: трипсиноген (профермент, переходящий в двенадцатиперстной кишке под влиянием энтерокиназы кишечного сока в трипсин), трипсин (в щелочной среде расщепляет белки и полипептиды до аминокислот), амилаза, мальтаза и лактаза (расщепляют углеводы), липаза (в присутствии желчи расщепляет жиры на глицерин и жирные кислоты), нуклеазы (расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов). Секреция панкреатического сока осуществляется в количестве 1,5-2 л/сут.

Печень расположена в брюшной полости под диафрагмой. В печени вырабатывается желчь, которая через желчный проток попадает в двенадцатиперстную кишку.

Желчь вырабатывается постоянно, поэтому вне периода пищеварения собирается в желчном пузыре. В составе желчи нет ферментов. Она имеет щелочную реакцию, содержит воду, желчные кислоты и желчные пигменты (билирубин и биливердин). Желчь обеспечивает щелочную реакцию тонкой кишки, способствует отделению сока поджелудочной железы, переводит в активное состояние ферменты поджелудочной железы, эмульгирует жиры, что облегчает их пищеварение, способствует всасыванию жирных кислот, усиливает перистальтику кишечника.

Помимо участия в пищеварении, печень обезвреживает ядовитые вещества, образующиеся в процессе метаболизма или поступившие извне. В клетках печени синтезируется гликоген.

Тонкая кишка — самая длинная часть пищеварительной трубки (5-7 м). Здесь пищевые вещества почти полностью перевариваются и продукты переваривания всасываются. Она разделяется на двенадцатиперстную, тощую и подвздошную.

Двенадцатиперстная кишка (длиной около 30 см) имеет форму подковы. В ней пищевая кашица подвергается переваривающему действию сока поджелудочной железы, желчи и сока кишечных желёз.

Кишечный сок вырабатывается железами слизистой оболочки тонкой кишки. Он содержит ферменты, завершающие процесс расщепления питательных веществ: пептидаза (расщепляет полипептиды до аминокислот), амилаза, мальтаза, инвертаза, лактаза (расщепляют углеводы), липаза (расщепляет жиры), энтерокиназа (переводит трипсиноген в трипсин).

В зависимости от локализации пищеварительного процесса в кишечнике различают полостное и пристеночное пищеварение. Полостное пищеварение происходит в полости кишечника под воздействием пищеварительных ферментов, выделяемых в составе пищеварительных соков. Пристеночное пищеварение осуществляется ферментами, фиксированными на клеточной мембране, на границе внеклеточной и внутриклеточной сред. Мембраны образуют огромное количество микроворсинок (до 3000 на клетке), на которых адсорбируется мощный слой пищеварительных ферментов. Маятникообразные движения кольцевых и продольных мышц способствуют перемешиванию пищевой кашицы, перистальтические волнообразные движения кольцевых мышц обеспечивают продвижение кашицы к толстой кишке.

Толстая кишка имеет длину 1,5-2 м, диаметр в среднем 4 см и включает три отдела: слепую кишку с червеобразным отростком, ободочную и прямую кишку. На границе подвздошной и слепой кишки имеется илеоцекальный клапан, выполняющий роль сфинктера, который регулирует движение содержимого тонкой кишки в толстую отдельными порциями и препятствует его обратному перемещению. Для толстой кишки, как и для тонкой, характерны перистальтические и маятникообразные движения. Железы толстой кишки вырабатывают небольшое количество сока, который не содержит ферментов, а имеет много слизи, необходимой для формирования кала.

В толстой кишке происходит всасывание воды, переваривание клетчатки, формирование каловых масс из непереварившейся пищи. В толстой кишке живут многочисленные бактерии. Ряд бактерий синтезирует витамины (К и группы В). Целлюлозоразрушающие бактерии расщепляют растительную клетчатку до глюкозы, уксусной кислоты и других продуктов. Глюкоза и кислоты всасываются в кровь. Газообразные продукты деятельности микробов (углекислый газ, метан) не всасываются и выделяются наружу. Бактерии гниения в толстом кишечнике разрушают невсосавшиеся продукты переваривания белков. При этом образуются ядовитые соединения, часть которых проникает в кровь и обезвреживается в печени. Пищевые остатки превращаются в каловые массы, скапливаются в прямой кишке, которая осуществляет вывод каловых масс через анальное отверстие.

12.4.6. Всасывание

Всасывание происходит почти во всех отделах пищеварительной системы. В ротовой полости всасывается глюкоза, в желудке — вода, соли, глюкоза, алкоголь, в тонкой кишке — вода, соли, глюкоза, аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, в толстой кишке — вода, алкоголь, некоторые соли.

Основные процессы всасывания происходят в нижних отделах тонкой кишки (в тощей и подвздошной кишках). Здесь имеется множество выростов слизистой — ворсинок (рис. 12.9), которые увеличивают всасывающую поверхность. В ворсинке имеются мелкие капилляры, лимфатические сосуды, нервные волокна. Ворсинки покрыты однослойным эпителием, что облегчает всасывание. Всасывающиеся вещества поступают в цитоплазму клеток слизистой и затем в кровеносные и лимфатические сосуды, проходящие внутри ворсинок.

Механизмы всасывания разных веществ различны: диффузия и фильтрация (некоторое количество воды, солей и небольших молекул органических веществ), осмос (вода), активный транспорт (натрий, глюкоза, аминокислоты). Всасыванию способствуют сокращения ворсинок, маятникообразные и перистальтические движения стенок кишечника.

Аминокислоты и глюкоза всасываются в кровь. Глицерин растворяется в воде и поступает в клетки эпителия. Жирные кислоты реагируют со щелочами, образуют соли, которые в присутствии желчных кислот растворяются в воде и также всасываются клетками эпителия. В эпителии ворсинок глицерин и соли жирных кислот взаимодействуют, образуя специфичные для человека жиры, которые поступают в лимфу.

Процесс всасывания регулируется нервной системой и гуморально (витамины группы В стимулируют всасывание углеводов, витамин А — всасывание жиров).

12.4.7. Пищеварительные ферменты

Процессы пищеварения идут под влиянием пищеварительных соков, которые вырабатываются пищеварительными железами. При этом белки расщепляются до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот, а сложные углеводы — до простых сахаров (глюкоза и др.). Основная роль в такой химической обработке пищи принадлежит содержащимся в пищеварительных соках ферментам. Ферменты — биологические катализаторы белковой природы, вырабатываемые самим организмом. Характерное свойство ферментов — их специфичность: каждый фермент действует на вещество или на группу веществ только определённого химического состава и строения, на определённый тип химической связи в молекуле.

Под влиянием ферментов нерастворимые и неспособные к всасыванию сложные вещества расщепляются на простые, растворимые и легко усваиваемые организмом. При пищеварении пища подвергается следующему ферментативному воздействию (табл. 12.12).

Таблица 12.12. Роль ферментов в пищеварении

Обитающие в толстом кишечнике человека микроорганизмы также выделяют пищеварительные ферменты, способствующие перевариванию некоторых видов пищи. Например, кишечная палочка способствует перевариванию лактозы, лактобактерии превращают лактозу и другие углеводы в молочную кислоту.

Ферменты обладают высокой активностью: каждая молекула фермента в течение 2 с при 37 °С может привести к распаду около 300 молекул вещества. Ферменты чувствительны к температуре среды, в которой они действуют. У человека они наиболее активны при температуре 37—40 °С. Для действия фермента нужна определённая реакция среды. Например, пепсин активен в кислой среде, остальные перечисленные ферменты — в слабощелочной и щелочной средах.

12.4.8. Вклад И. П. Павлова в изучение пищеварения

Изучение физиологических основ пищеварения было проведено главным образом И.П. Павловым (и его учениками) благодаря разработанной им фистульной методике исследования. Суть этого метода состоит в создании путём операции искусственного соединения протока пищеварительной железы или полости пищеварительного органа с внешней средой. И. П. Павлов, проводя хирургические операции на животных, образовал у них постоянные фистулы. С помощью фистул ему удалось собирать чистые пищеварительные соки, без примеси пищи, измерять их количество и определять химический состав. Главное достоинство этого метода, предложенного И. П. Павловым, состоит в том, что процесс пищеварения изучается в естественных условиях существования организма, на здоровом животном, и деятельность органов пищеварения возбуждается естественными пищевыми раздражителями. Заслуги И.П. Павлова в изучении деятельности пищеварительных желёз получили международное признание — он был удостоен Нобелевской премии.

У человека для извлечения желудочного сока и содержимого двенадцатиперстной кишки используют резиновый зонд, который испытуемый заглатывает. Сведения о состоянии желудка и кишечника можно получить, просвечивая области их расположения рентгеновскими лучами, или методом эндоскопии (в полость желудка или кишечника вводится специальный прибор — эндоскоп, который снабжён оптическими и осветительными приборами, позволяющими осматривать полость пищеварительного канала и даже протоки желёз).

12.5. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

Обмен веществ (метаболизм) — совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Между организмом и внешней средой идёт постоянный обмен веществом и энергией. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на более простые химические соединения, которые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде различных компонентов пищи выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций. Конечные продукты распада выводятся из организма.

Выделяют две составные части метаболизма — ассимиляция и диссимиляция. Диссимиляция — совокупность реакций распада сложных веществ на более простые с выделением энергии. Ассимиляция — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых с затратами энергии. В период роста организма ассимиляция преобладает над диссимиляцией. Во взрослом организме устанавливается относительное равновесие между ассимиляцией и диссимиляцией. В старческом возрасте ассимиляция отстаёт от диссимиляции.

12.5.1. Обмен белков

Аминокислоты белков подразделяют на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме и допускают замену другими аминокислотами (серин, глицин, тирозин и др.). Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы в организме (валин, лизин, триптофан и др.). Их отсутствие в составе пищи приводит к нарушению обмена веществ. Белки, содержащие все требующиеся организму аминокислоты в необходимых количествах, называют полноценными (в основном белки животного происхождения). Белки, в которых отсутствует или находится в недостаточном количестве та или иная незаменимая аминокислота, называют неполноценными (в основном белки растительного происхождения). Два или три неполноценных белка, дополняя друг друга, могут обеспечить сбалансированное питание человека. Суточная потребность человека в белках составляет около 80—150 г и зависит от интенсивности физической нагрузки. При избытке поступающих с пищей белков они превращаются в жиры и углеводы. В то же время ни жиры, ни углеводы не могут компенсировать нехватку в пище белков.

Поступившие в организм человека белки под действием пищеварительных ферментов расщепляются до аминокислот. Аминокислоты всасываются в кровь и доставляются клеткам тела, где из них синтезируются белки, свойственные человеческому организму. В то же время белки могут быть использованы в качестве источника энергии. При окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж. Однако организм использует белки как источник энергии только при истощении запаса углеводов и жиров. Конечные продукты распада белков — углекислый газ, вода, мочевина, мочевая кислота и др. — выводятся из организма с мочой и потом. Образующийся при распаде аминокислот аммиак превращается в печени в менее ядовитое вещество — мочевину.

В регуляции белкового обмена участвуют гормоны щитовидной железы (тироксин), гипофиза (соматотропный гормон) и коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).

12.5.2. Обмен углеводов

Поступившие в организм человека углеводы расщепляются до простых сахаров, часть которых откладывается в мышцах и печени в виде гликогена, а часть окисляется до воды и углекислого газа.

Углеводы — основной источник энергии в организме. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Суточное потребление углеводов должно составлять 300—500 г в зависимости от физической нагрузки. При избытке в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров. Сложные углеводы пищи расщепляются в пищеварительном тракте до моносахаридов, которые с током крови попадают в печень, где из них синтезируется гликоген. При нормальном сбалансированном питании 3—5% глюкозы превращается в гликоген, 25% — в жиры, 70% окисляется до углекислого газа и воды. В мышцах, так же как в печени, синтезируется гликоген. Его распад служит основным источником энергии мышечных сокращений.

Гормоны адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени. Согласованное действие этих гормонов сохраняет определённый уровень глюкозы в крови.

12.5.3. Обмен жиров

Поступившие в организм человека жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот. Конечными продуктами распада жиров, как и углеводов, являются углекислый газ и вода.

Жиры содержат наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии. Суточная потребность в жирах составляет 70—80 г. Избыточное употребление в пищу углеводов и белков приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25—30% углеводов пищи превращаются в жиры. Половина энергетических затрат печени, почек, находящихся в покое сердечной и скелетной мышц обеспечиваются за счёт окисления жирных кислот и глицерина. Из липидов строятся оболочки клеток, липиды входят в состав медиаторов и гормонов, образуют жировые отложения в подкожной клетчатке, сальнике и других тканях и по мере необходимости используются организмом.

В регуляции жирового обмена участвуют гормоны надпочечников’, гипофиза и щитовидной железы.

Процессы превращения жиров, углеводов и белков взаимосвязаны между собой. При распаде этих веществ образуются общие промежуточные продукты, из которых при определённых условиях могут образовываться либо аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты, или же эти общие метаболиты могут окисляться до углекислого газа и воды с выделением энергии.

12.5.4. Водно-солевой обмен

Вода составляет около 70% массы тела. Суточная потребность в воде для взрослого организма — 2,5–3 л. Воду, используемую организмом, разделяют на экзогенную и эндогенную. Экзогенная вода поступает в организм человека извне в виде питья (1500 мл) и в составе пищи (1000–1200 мл). Эндогенная вода образуется в организме при окислении белков, жиров и углеводов (500 мл). В зависимости от местонахождения в организме воду делят на внутриклеточную и внеклеточную. Внутриклеточная вода содержится в протоплазме клеток (72%). Внеклеточная вода входит в состав крови, лимфы, спинномозговой жидкости (28%). Выделяется вода из организма почками (1200–1500 мл), кожей (800 мл), лёгкими в виде водяного пара (500 мл), через кишечник с калом (100–150 мл).

В нормальном состоянии и в нормальных условиях организм взрослого человека поддерживает равновесие между потреблением воды и её выделением. Поступление воды контролируется потребностью в ней, что проявляется в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе.

Минеральные вещества. В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г калия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15—20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия. Калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мышечной тканей. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых ферментов; в соединении с кальцием и магнием образует костный скелет. Железо необходимо для гемоглобина, миоглобина, а также ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк — поджелудочной; фтор придаёт прочность эмали зубов; кобальт являемся компонентом витамина В|2; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

12.5.5. Витамины

Витамины — группа биологически активных органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с пищей растительного и животного происхождения, необходимых для нормального протекания обмена веществ в организме. Витамины присутствуют в пище в ничтожно малых количествах, но играют очень важную роль в процессах обмена, так как входят в состав многих ферментов. Большинство витаминов не образуется (или образуется недостаточно) в организме человека. Недостаток того или иного витамина (гиповитаминоз) или его полное отсутствие (авитаминоз) приводят к нарушению в организме обмена веществ. К нарушению метаболизма приводит и избыток витаминов в организме (гипервитаминоз).

Авитаминоз и гиповитаминоз возникают при отсутствии витаминов или их предшественников в пище, при нарушении их всасывания, при подавлении антибиотиками микрофлоры кишечника, способной-синтезировать витамины.

При приготовлении пищи необходимо стремиться к сохранению в ней витаминов. Большая часть витаминов разрушается при термической обработке пищи. Витамин С разрушается при соприкосновении с воздухом.

Известно около 50 витаминов. Их делят на водорастворимые (B₁, В₂, В₆, В₁₂, РР, С и др.) и жирорастворимые (A, D, Е, К). В таблице 12.13 дана характеристика основных витаминов по важнейшим показателям.

Таблица 12.13. Характеристика важнейших витаминов

12.6. ДЫХАНИЕ

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода, использование его в окислении органических веществ и удаление углекислого газа и некоторых других веществ.

Человек дышит, поглощая из атмосферного воздуха кислород и выделяя в него углекислый газ. Каждой клетке для жизнедеятельности нужна энергия. Источник этой энергии — распад и окисление органических веществ, входящих в состав клетки. Белки, жиры, углеводы, вступая в химические реакции с кислородом, окисляются («сгорают»). При этом происходит распад молекул и освобождается заключённая в них внутренняя энергия. Без кислорода невозможны обменные превращения веществ в организме.

Запасов кислорода в организме человека и животных нет. Его непрерывное поступление в организм обеспечивает система органов дыхания. Накопление значительного количества углекислого газа в результате обмена веществ вредно для организма. Удаление из организма СО₂ также осуществляется органами дыхания.

Функция дыхательной системы — снабжение крови достаточным количеством кислорода и удаление из неё углекислого газа.

Различают три этапа дыхания: внешнее (лёгочное) дыхание — обмен газов в лёгких между организмом и средой; транспорт газов кровью от лёгких к тканям организма; тканевое дыхание — газообмен в тканях и биологическое окисление в митохондриях.

12.6.1. Внешнее дыхание

Внешнее дыхание обеспечивается системой органов дыхания (рис. 12.10), которая состоит из лёгких (где совершается газообмен между вдыхаемым воздухом и кровью) и дыхательных (воздухоносных) путей (по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух).

Воздухоносные (дыхательные) пути включают носовую полость, носоглотку, гортань, трахею и бронхи. Дыхательные пути делятся на верхние (носовая полость, носоглотка, гортань) и нижние (трахея и бронхи). Они имеют твёрдый скелет, представленный костями и хрящами, а изнутри выстланы слизистой оболочкой, снабжённой мерцательным эпителием. Функции дыхательных путей: обогрев и увлажнение воздуха, защита от инфекций и пыли.

Полость носа поделена перегородкой на две половины. Она сообщается с наружной средой при помощи ноздрей, а сзади — с глоткой посредством хоан. Слизистая оболочка носовой полости имеет большое количество кровеносных сосудов. Проходящая по ним кровь согревает воздух. Железы слизистой выделяют слизь, увлажняющую стенки носовой полости и снижающую жизнедеятельность бактерий. На поверхности слизистой находятся лейкоциты, уничтожающие большое количество бактерий. Мерцательный эпителий слизистой задерживает и выводит наружу пыль. При раздражении ресничек носовых полостей возникает рефлекс чихания. Таким образом, в носовой полости воздух согревается, обеззараживается, увлажняется и очищается от пыли. В слизистой оболочке верхней части носовой полости имеются чувствительные обонятельные клетки, образующие орган обоняния. Из носовой полости воздух поступает в носоглотку, а оттуда в гортань.

Гортань образована несколькими хрящами: щитовидный хрящ (защищает гортань спереди), хрящевой надгортанник (защищает дыхательные пути при проглатывании пищи). Гортань состоит из двух полостей, которые сообщаются через узкую голосовую щель. Края голосовой щели образованы голосовыми связками. При выдыхании воздуха через сомкнутые голосовые связки происходит их вибрация, сопровождающаяся возникновением звука. Окончательное формирование звуков речи происходит при помощи языка, мягкого нёба и губ. При раздражении ресничек гортани возникает рефлекс кашля. Из гортани воздух поступает в трахею.

Трахея образована 16–20 неполными хрящевыми кольцами, не позволяющими ей спадаться, а задняя стенка трахеи мягкая и содержит гладкие мышцы. Благодаря этому пища свободно проходит по пищеводу, который лежит позади трахеи.

В нижней части трахея делится на два главных бронха (правый и левый), которые проникают в легкие. В лёгких главные бронхи многократно ветвятся на бронхи 1-го, 2-го и т.д. порядков, образуя бронхиальное дерево. Бронхи 8-го порядка называют дольковыми. Они разветвляются на концевые бронхиолы, а те — на дыхательные бронхиолы, которые образуют альвеолярные мешочки, состоящие из альвеол. Альвеолы — лёгочные пузырьки, имеющие форму полушария диаметром 0,2—0,3 мм. Их стенки состоят из однослойного эпителия и покрыты сетью капилляров. Через стенки альвеол и капилляров происходит обмен газами: из воздуха в кровь переходит кислород, а из крови в альвеолы поступают С02 и пары воды.

Лёгкие — крупные парные органы конусообразной формы, расположенные в грудной клетке. Правое лёгкое состоит из трёх долей, левое — из двух. В каждое лёгкое проходят главный бронх и лёгочная артерия, а выходят две лёгочные вены. Снаружи лёгкие покрыты лёгочной плеврой. Щель между оболочкой грудной полости и плеврой (плевральная полость) заполнена плевральной жидкостью, которая уменьшает трение лёгких о стенки грудной клетки. Давление в плевральной полости меньше атмосферного на 9 мм рт. ст. и составляет около 751 мм рт. ст.

Дыхательные движения. В лёгких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит дыхательным мышцам: межрёберным мышцам и диафрагме. При их сокращении объём грудной клетки увеличивается и лёгкие растягиваются. При расслаблении дыхательных мышц рёбра опускаются до исходного уровня, купол диафрагмы приподнимается, объём грудной клетки, а следовательно, и лёгких уменьшается, и воздух выходит наружу. Человек делает в среднем 15—17 дыхательных движений в минуту. При мышечной работе дыхание учащается в 2—3 раза.

Жизненная ёмкость лёгких. В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает около 500 см³ воздуха (дыхательный объём). При глубоком вдохе человек может вдохнуть ещё около 1500 см³ воздуха (дополнительный объём). После выдоха он способен выдохнуть ещё около 1500 см³ {резервный объём). Эти три величины в сумме составляют жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — это наибольшее количество воздуха, которое может человек выдохнуть после глубокого вдоха. Измеряют ЖЕЛ с помощью спирометра. Она является показателем подвижности лёгких и грудной клетки и зависит от пола, возраста, размеров тела и мышечной силы. У детей 6 лет ЖЕЛ равна 1200 см³; у взрослых — в среднем 3500 см³; у спортсменов она больше: у футболистов — 4200 см³, у гимнастов — 4300 см³, у пловцов — 4900 см³. Объём воздуха в лёгких превышает ЖЕЛ. Даже при самом глубоком выдохе в них остаётся около 1000 см³ остаточного воздуха, поэтому лёгкие полностью не спадаются.

Регуляция дыхания. В продолговатом мозге расположен дыхательный центр. Одна часть его клеток связана с вдохом, другая — с выдохом. Импульсы передаются из дыхательного центра по двигательным нейронам к дыхательным мышцам и диафрагме, вызывая чередование вдоха и выдоха. Вдох рефлекторно вызывает выдох, выдох рефлекторно вызывает вдох. На дыхательный центр оказывает влияние кора головного мозга: человек может на время задержать дыхание, изменить его частоту и глубину.

Накопление СО₂, в крови вызывает возбуждение дыхательного центра, что обусловливает учащение и углубление дыхания. Так осуществляется гуморальная регуляция дыхания.

Искусственное дыхание делают при остановке дыхания у утопленников, при поражении электрическим током, отравлении угарным газом и проч. Производят дыхание изо рта в рот или изо рта в нос. В выдыхаемом воздухе содержится 16–17 % кислорода, что достаточно для обеспечения газообмена, а высокое содержание в выдыхаемом воздухе СО₂ (3–4 %) способствует гуморальной стимуляции дыхательного центра пострадавшего.

12.6.2. Транспорт газов

Кислород транспортируется к тканям в основном в составе оксигемоглобина (HbO₂). Небольшое количество СO₂ транспортируется от тканей к лёгким в составе карбгемоглобина (НbСO₂). Основная часть углекислого газа соединяется с водой, образуя углекислоту. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами К⁺ и Na⁺, превращаясь в бикарбонаты. В составе бикарбонатов калия в эритроцитах (меньшая часть) и бикарбонатов натрия в плазме крови (большая часть) углекислый газ переносится от тканей к лёгким.

12.6.3. Газообмен в лёгких и тканях

Человек дышит атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9 %) и низким содержанием углекислого газа (0,03 %), а выдыхает воздух, в котором O₂ – 16,3%, а СO₂ – 4%. Азот и инертные газы, входящие в состав воздуха, в дыхании не участвуют, и их содержание во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе практически одинаково.

В лёгких кислород вдыхаемого воздуха через стенки альвеол и капилляров переходит в кровь, а С02 из крови поступает в альвеолы лёгких. Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ проникает из среды, где его содержится больше, в среду с меньшим его содержанием. Газообмен в тканях также совершается по законам диффузии.

Гигиена дыхания. Для укрепления и развития органов дыхания важны правильное дыхание (вдох короче выдоха), дыхание через нос, развитие грудной клетки (чем она шире, тем лучше), борьба с вредными привычками (курение), чистый воздух.

Важной задачей является охрана воздушной среды от загрязнений. Одним из мероприятий по охране является озеленение городов и посёлков, так как растения обогащают воздух кислородом и очищают его от пыли и вредных примесей.

12.7. ВЫДЕЛЕНИЕ

В процессе обмена веществ образуются продукты распада. Часть их используется организмом на образование новых клеток, другие удаляются из него. Выделение — это процесс удаления конечных продуктов метаболизма, которые уже не могут быть использованы организмом.

Функция выделительной системы — выделение конечных продуктов метаболизма, ненужных организму. Выделение необходимо для поддержания постоянства внутренней среды организма.

Органы выделительной системы: почки, лёгкие, кишечник, потовые железы. Почки являются основными органами выделения. Они выводят из организма воду, мочевину, минеральные соли, некоторые органические вещества, многие вредные и ядовитые вещества. Лёгкие выделяют углекислый газ, воду и некоторые летучие вещества. Кишечник выводит соли тяжёлых металлов, продукты превращения желчных пигментов. Потовые железы выделяют с потом воду, мочевую кислоту, мочевину, аммиак, соли и др.

Таким образом, углекислый газ удаляется из организма через лёгкие; вода — через почки, лёгкие и кожу; мочевина — через почки; минеральные соли и некоторые органические вещества — через почки и кожу.

Мочевыделительная система. Органы мочевыделительной системы: почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал (рис. 12.11). Функция — выделение конечных продуктов обмена веществ: воды, минеральных солей, мочевины, а также различных чужеродных и ядовитых веществ (например, лекарств), поддержание постоянства ионного состава, осмотического давления, pH крови и тканевой жидкости.

Почки — парные органы бобовидной формы, расположенные в брюшной полости по бокам от позвоночника на уровне поясницы. Вогнутый край почки обращён к позвоночнику, сюда подходят почечная артерия и почечная вена, лимфатические сосуды, нервы, отсюда берёт начало мочеточник. К верхней части почек примыкают железы внутренней секреции — надпочечники. Почка имеет тёмный наружный слой (корковый слой) и светлую внутреннюю часть (мозговой слой). У вогнутого края почки расположена небольшая полость — почечная лоханка. Из неё выходит мочеточник, который соединяет почку с мочевым пузырём.

Единицей строения почки является нефрон. В каждой почке содержится около 1 млн нефронов. Нефрон состоит из капиллярного клубочка, почечной капсулы и почечного канальца. В корковом слое расположены капиллярные клубочки и почечные капсулы, в мозговом — почечные канальцы. Капсула представляет собой чашечку с полостью внутри, в которой находится капиллярный (мальпигиев) клубочек. От капсулы отходит извитой каналец, образующий петлю и впадающий в собирательную трубочку нефрона. Собирательные трубочки сливаются, образуя более крупные выводные протоки.

Почечная артерия разветвляется на приносящие артериолы, а те, в свою очередь, распадаются на капилляры капиллярного клубочка, которые затем собираются в выносящую артериолу. Выносящая артериола вновь распадается на сеть капилляров, оплетающих извитые канальцы. После этого капилляры соединяются в вены, впадающие в почечную вену. Таким образом, в почке имеются две системы капилляров: одна располагается внутри почечной капсулы, другая оплетает почечный каналец.

В почках происходит образование мочи из веществ, приносимых кровью. Через почки в течение суток протекает около 1700 л крови. Процесс образования мочи проходит в две фазы: фильтрация (образуется первичная моча) и реабсорбция (образуется вторичная моча).

В первую фазу образуется первичная моча путём фильтрации плазмы крови из капилляров клубочка в полость капсулы. Это возможно благодаря высокому гидростатическому давлению в капиллярах: 70-90 мм рт. ст. Первичная моча — профильтрованная плазма крови, образовавшаяся в полости капсулы. Стенки капилляров и почечной капсулы выполняют функции фильтра, не пропуская клетки крови и крупные молекулы белков. В первичной моче содержатся как ненужные вещества (мочевина, мочевая кислота и пр.), так и необходимые для организма питательные вещества (аминокислоты, глюкоза, витамины, соли и др.). За 1 сутки в организме человека образуется около 150 л первичной мочи.

Во вторую фазу происходит образование вторичной мочи в результате реабсорбции (обратного всасывания) воды и других нужных организму веществ назад в кровь из первичной мочи, когда та поступает в почечный каналец, густо оплетённый капиллярами. В кровь возвращаются вода, глюкоза, аминокислоты, витамины, некоторые соли. Обратное всасывание может происходить пассивно в результате диффузии и осмоса и активно благодаря деятельности эпителия почечных канальцев. Во вторичной моче остаются лишь ненужные организму вещества. В результате деятельности почек в 1 сутки образуется около 1,5 л вторичной мочи. В ней содержатся 95 % воды и 5 % твёрдых веществ: мочевина, мочевая кислота, соли калия, натрия и др. При воспалительных процессах в почках и при напряжённой мышечной работе в моче может появиться белок.

Конечная моча поступает из канальцев в почечную лоханку, оттуда в мочеточник и, благодаря перистальтике их стенок, в мочевой пузырь. Мочевой пузырь лежит в области таза. Он представляет собой мешок с толстой стенкой, которая при наполнении мочевого пузыря сильно растягивается. Выход из мочевого пузыря в мочеиспускательный канал закрыт двумя мышечными утолщениями, которые открываются только в момент мочеиспускания. Растяжение стенок мочевого пузыря (при увеличении его объёма до 200-300 мл) приводит к рефлекторному мочеиспусканию. Человек способен сознательно задерживать или осуществлять акт мочеиспускания.

Деятельность почек регулируется нервным и гуморальным путём. Симпатическая нервная система вызывает сужение сосудов почек, что уменьшает фильтрацию. Парасимпатическая система расширяет просвет сосудов почек и активирует реабсорбцию глюкозы. Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гормонов. Гормон задней доли гипофиза — вазопрессин — усиливает реабсорбцию воды в почечных канальцах. Гормон коры надпочечников альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов Na⁺ и секрецию К⁺ и Н⁺ в канальцах.

Нарушение или прекращение деятельности почек ведёт к отравлению организма веществами, которые обычно выводятся с мочой. Почки чувствительны к ядам, вырабатываемым возбудителями инфекционных заболеваний, к слишком острой пище, алкоголю. При лечении почечных заболеваний возможны использование искусственной почки или пересадка здоровой почки от другого человека.

12.8. КРОВЬ

Кровеносная система выполняет различные функции (табл. 12.14).

Таблица 12.14. Функции кровеносной системы

Внутренняя среда организма: кровь, лимфа, межклеточная (тканевая) жидкость. Клетки организма с кровью непосредственно не соприкасаются, а обмен веществ между ними происходит через межклеточную жидкость. Межклеточная жидкость образуется из плазмы крови, проникающей через стенки капилляров. Межклеточная жидкость, просочившаяся в лимфатические капилляры и сосуды, называется лимфой. Через кровеносную и лимфатическую системы осуществляется гуморальная регуляция организма.

Внутренняя среда организма имеет постоянный химический состав и постоянные физико-химические свойства. Это обеспечивает нормальную жизнедеятельность клеток, их существование в относительно постоянных условиях и смягчает влияние на них внешней среды. Постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) поддерживается в результате саморегуляции процессов жизнедеятельности, поступления в организм необходимых веществ и вывода из него ненужных.

Кровь циркулирует в замкнутой системе кровообращения. Объём крови в теле взрослого человека в среднем около 5—6 л, что составляет 6–8% массы тела. Часть крови (около 40%) не циркулирует по кровеносным сосудам, а находится в так называемом депо крови (в капиллярах и венах печени, селезёнке, лёгких и коже). Во время мышечной работы, при кровопотерях, в условиях пониженного атмосферного давления кровь из депо поступает в кровяное русло. Потеря 1/3 – 1/2 объёма крови может привести к смерти.

Кровь — непрозрачная красная жидкость. В состав крови входят плазма (55%) и форменные элементы (45 %): эритроциты (красные кровяные клетки), лейкоциты (белые кровяные клетки) и тромбоциты (кровяные пластинки).

12.8.1. Плазма крови

Плазма крови — бесцветная прозрачная жидкость. Она содержит 90–92% воды и 8–10% неорганических и органических веществ. Неорганические вещества составляют 0,9–1,0%. Это ионы Na⁺, К⁺, Mg²⁺, Са²⁺, Cl^–, HPO₄^3–, SO₄^2–, СO₃^2– и др. Кровь имеет солоноватый вкус. Состав крови по содержанию солей близок к морской воде. В нормальных условиях общая концентрация солей в плазме равна содержанию солей в клетках крови. Растворы, которые по солевому составу и их концентрации соответствуют составу плазмы крови, называются физиологическими растворами (например 0,9%-ный раствор NaCl). Их вводят в организм при недостатке жидкости.

Из органических веществ плазмы 6,5–8% составляют белки (альбумины, глобулины, фибриноген), около 2% — низкомолекулярные органические вещества (глюкоза — 0,1%, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, липиды). Минеральные соли и белки поддерживают кислотно-щелочное равновесие и создают определённое осмотическое давление крови.

12.8.2. Форменные элементы крови

Форменные элементы крови — это эритроциты (красные кровяные клетки), лейкоциты (белые кровяные клетки) и тромбоциты (кровяные пластинки) (табл. 12.15).

Эритроциты — красные кровяные клетки. Размер — 7–8 мкм. Зрелые эритроциты не имеют ядра. По форме выглядят как двояковогнутый диск. Такая форма и отсутствие ядра увеличивают поверхность и способствуют быстрому и равномерному проникновению в них кислорода.

Таблица 12.15. Форменные элементы крови

Основная функция эритроцитов — перенос кислорода и углекислого газа. Эритроциты содержат белок гемоглобин, который состоит из белковой части — глобина и соединения, содержащего железо, — гема (придаёт крови красный цвет). Гемоглобин обеспечивает перенос кислорода и углекислого газа. В капиллярах лёгких он присоединяет кислород, образуя непрочное соединение — оксигемоглобин (при этом кровь имеет ярко-красный цвет — артериальная кровь), а в капиллярах тканей и органов отдаёт кислород и присоединяет углекислый газ, образуя нестойкое соединение — карбгемоглобин (при этом кровь имеет тёмно-красный цвет — венозная кровь).

Нарушение этого процесса приводит к кислородному голоданию клеток, наиболее чувствительными к которому являются клетки головного мозга. Уже 5–6-минутное кислородное голодание приводит к нарушению работы мозга. К кислородному голоданию может привести отравление угарным газом СО. Угарный газ способен присоединяться к гемоглобину вместо кислорода с образованием прочного соединения — карбоксигемоглобина. При отравлении угарным газом необходимо немедленно обеспечить доступ кислорода пострадавшему (свежий воздух, искусственное дыхание).

Малокровие (анемия) — уменьшение либо количества эритроцитов в крови, либо гемоглобина в эритроцитах. Причины малокровия: большие кровопотери, перенесение некоторых заболеваний (малярия), нарушение образования эритроцитов в кроветворных органах (облучение). Малокровие лечится различными лекарственными препаратами, а также переливанием крови.

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) используют для диагностики воспалительных процессов в организме.

Лейкоциты — белые кровяные клетки (бесцветные клетки). Относительно крупные — 8–10 мкм. Форма непостоянна. Продолжительность жизни: от нескольких часов до 20 суток, лимфоцитов — 20 лет и более.

Основная функция лейкоцитов — защита организма от патогенных микроорганизмов, чужеродных белков, инородных тел. Лейкоциты могут самостоятельно передвигаться, выпуская ложноножки. Могут покидать кровеносные сосуды. Различают несколько типов лейкоцитов: эозинофилы, базофилы, нейтрофилы, лимфоциты и моноциты (табл. 12.16).

Таблица 12.16. Форменные элементы крови

Первым участие лейкоцитов в защитных реакциях крови обнаружил И. И. Мечников, который назвал такие лейкоциты фагоцитами. За фагоцитарную теорию иммунитета он получил Нобелевскую премию. И. И. Мечников создал теорию воспаления как защитной реакции организма против инфекций. При воспалении расширяются сосуды, в крови увеличивается количество лейкоцитов, выполняющих функцию фагоцитоза.

Тромбоциты — мелкие безъядерные клетки (кровяные пластинки) овальной или округлой формы. Основная функция — участие в свёртывании крови.

12.8.3. Свёртывание крови

Свёртывание крови — защитная реакция организма на потерю крови. При ранении кровь выходит из сосуда, тромбоциты разрушаются, и из них выделяется фермент тромбин. При участии тромбина и ионов кальция растворимый в плазме крови белок фибриноген превращается в нерастворимый фибрин. Фибрин выпадает в виде тонких нитей, которые образуют сеть и задерживают лейкоциты и эритроциты. Образуется кровяной сгусток — тромб, который закупоривает сосуд. Из тромба выдавливается прозрачная желтоватая жидкость — сыворотка.

В организме образуются вещества, препятствующие свёртыванию крови, например, белок фибринолизин, растворяющий в сосудах сгустки фибрина. Таким образом, в организме одновременно имеются две системы: свёртывающая и противосвёртывающая. При нарушении деятельности противосвёртывающей системы в сосудах образуются тромбы. Низкая температура замедляет свёртывание крови, а высокая — ускоряет.

12.8.4. Переливание крови

Потеря больших количеств крови опасна для жизни человека, поэтому часто прибегают к её переливанию. Донор — человек, предоставляющий кровь,реципиент — человек, принимающий кровь. При переливании крови группы крови и резус-фактор донора и реципиента должны быть совместимы.

Группы крови. По системе АВ0 у человека существует четыре группы крови (табл. 12.17). В крови имеются особые белковые вещества: в эритроцитах агглютининогены (А и В), в плазме — агглютинины (а и р). Если агглютинин α встречается с агглютининогеном А или агглютинин β с агглютининогеном В, то происходит агглютинация — склеивание эритроцитов.

Таблица 12.17. Характеристика крови человека по системе АВ0

При переливании небольших доз крови необходимо учитывать группу крови. При переливании крови учитывают агглютининогены донора и агглютинины реципиента. Агглютинины донора значительно разводятся и теряют способность агглютинировать эритроциты реципиента. Людей с I группой крови называются универсальными донорами, так как кровь этой группы можно переливать всем четырём группам. Людей с IV группой называют универсальными реципиентами, так как им можно переливать кровь любой группы. При переливании больших доз крови используют только одногруппную кровь. В настоящее время предпочитают переливать одногруппную кровь и в небольших дозах.

Резус–фактор. При переливании крови также учитывают резус-фактор. Кровь может иметь положительный резус–фактор (Rh⁺) или отрицательный резус–фактор (Rh^–). Если Rh⁺ кровь перелить человеку с Rh^– кровью, то у него образуются специфические агглютинины (антитела), и повторное введение такой крови вызовет агглютинацию. Когда у Rh^– женщины развивается плод, унаследовавший у отца положительный резус, может возникнуть резус-конфликт.

12.8.5. Иммунитет

Иммунитет — способ защиты организма от генетически чужеродных веществ и инфекционных агентов. Защитные реакции организма обеспечиваются клетками — фагоцитами, а также белками — антителами. Антитела вырабатывают клетки, которые образуются из В-лимфоцитов. Антитела формируются в ответ на появление в организме чужеродных белков — антигенов. Антитела связываются с антигенами, обезвреживая их патогенные свойства.

Различают несколько видов иммунитета.

• Естественный врождённый (пассивный) — обусловлен передачей уже готовых антител от матери к ребёнку через плаценту или при кормлении молоком.
• Естественный приобретённый (активный) — обусловлен выработкой собственных антител в результате контакта с антигенами (после болезни).
• Приобретённый пассивный — создаётся введением в организм готовых антител (лечебной сыворотки). Лечебная сыворотка — препарат антител из крови специально ранее заражённого животного (обычно лошади). Сыворотку вводят уже заражённому инфекцией (антигенами) человеку. Введение лечебной сыворотки помогает организму бороться с инфекцией, пока в нём не выработаются собственные антитела. Такой иммунитет сохраняется недолго — 4–6 недель.
• Приобретённый активный — создаётся введением в организм вакцины (антигена, представленного ослабленными или убитыми микроорганизмами или их токсинами), в результате чего происходит выработка в организме соответствующих антител. Такой иммунитет сохраняется долго.

---

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
РАЗДЕЛ III. БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА (Часть 1)

Просмотров:
21 448

Все биологически активные вещества или
отдельные элементы, вызывающие отравления
животных или нормальное функциони­рование
отдельных систем организма, в зависимости
от их целево­го назначения подразделяются
на ряд групп.

Пестициды
(pestis
— вредное, caedere
— убивать). Пестициды — средства борьбы
с вредителями растений и животных. Для
ветери­нарной токсикологии они имеют
большее значение, чем токси­ческие
вещества всех остальных групп. Именно
среди пестицидов наибольшее количество
химических соединений с высокой
биоло­гической активностью. Однако
ведение современного высокопро­дуктивного
сельского хозяйства невозможно без их
применения. Поэтому отмечается рост
как ассортимента, так и объема приме­нения
пестицидов. Пестициды имеют не только
токсикологичес­кое, но и
ветеринарно-санитарное значение, так
как некоторые из них загрязняют объекты
окружающей среды и накапливаются в
тканях животных, выделяются с молоком
и яйцами, что приводит к загрязнению их
остатками продуктов питания животного
проис­хождения.

Микотоксины.
К микотоксинам относят
токсичные вещества (метаболиты),
образуемые микроскопическими грибами
(плесе­нью). Среди них имеются соединения,
обладающие исключи­тельно высокой
биологической активностью, действующие
экст-рогенно, канцерогенно, эмбриотоксически,
гонадотоксически и тератогенно. Так,
ЛД^о одного из метаболитов гриба из рода
фузариум — Т-2-токсина для белых мышей
составляет 3,8 мг/кг, примерно такой же
токсичностью обладает афлатоксин В_ь
В на­стоящее время неизвестно другого
такого соединения, применяе­мого для
защиты растений или животных, с такой
высокой токсичностью. ЛДзо карбофурана
(фурадана) — одного из наиболее токсичных
пестицидов, применяемого для обработки
семян свек­лы и не допущенного к
применению на животных, составляет 15
мг/кг, т. е. он в 4 раза менее токсичен,
чем Т-2-токсины.

Во многих странах мира проводятся
обширные исследования по выделению
микотоксинов, изучению их химической
структу­ры, определению биологической
активности, разработке методов определения
в кормах и тканях животных, факторов,
влияющих на процесс токсинообразования.

Токсичные
металлы и их соединения.
Из соединений металлов
наибольшее санитарно-токсикологическое
значение имеют ртуть-, свинец-,
кадмийсодержащие вещества и в меньшей
степени -хром-, молибден-, цинксодержащие
соединения.

До недавнего времени часто
отмечали отравления сельскохо­зяйственных
и диких животных соединениями ртути,
которые применяли для протравливания
семян. В нашей стране для этих целей
использовали в основном этилмеркурхлорид
(C₂H₅HgCl),
который относится к группе сильнодействующих
ядовитых ве­ществ (СДЯВ) и является
действующим веществом протравителя
гранозана. С 1997 г. гранозан исключен из
списка пестицидов. От­равления другими
соединениями тяжелых металлов встречаются
реже, однако представляют опасность
как загрязнители продуктов питания, в
том числе животного происхождения —
молока, мяса, яиц, рыбы. Основной источник
загрязнения тяжелыми металлами и их
соединениями — промышленные предприятия,
использую­щие в технологическом
процессе эти элементы. По мере развития
промышленности, использующей тяжелые
металлы и их соедине­ния, увеличивается
их выброс в окружающую среду, повышается
содержание соединений тяжелых металлов
в почве, воде, растени­ях, животных и,
следовательно, в продуктах питания. В
связи с этим возрастает необходимость
контроля за их накоплением в объектах
окружающей среды, кормах и продуктах
питания, с тем чтобы не допускать в пищу
продукты питания, содержащие токсикоэлементы
выше максимально допустимого уровня.

Токсичные
металлоиды.
К группе токсичных
металлоидов отно­сят соединения
мышьяка, фтора, селена, сурьмы, серы и
др. Одна­ко причислить эти элементы
и их соединения к ядам можно лишь условно.
Токсичность металлоидов определяется
дозой и видом соединения, поэтому она
варьирует в очень широких пределах.
Так, например, ЛД₅₀
натрия арсенита для крыс составляет 8—
15 мг/кг их массы, тогда как гербицида
монокальций метиларсената — 4000 мг/кг
(Н.Н.Мельников, 1975). Совсем недавно
со­единения мышьяка в небольших дозах
применяли в качестве стимуляторов
роста. Используют их в качестве
лекарственных препаратов (новарсенол,
осарсол и др.), для уничтожения вред­ных
грызунов (кальция арсенит). Фтор- и
селенсодержащие ве­щества в небольших
дозах применяются для лечения ряда
заболеваний, в то время как большие дозы
их вызывают отравления животных.

Элементы этой группы позволяют наиболее
наглядно проде­монстрировать
двойственное воздействие ядов на
организм в за­висимости от дозы.
Например, селеном возможно отравление
сельскохозяйственных животных, в то
время как небольшие коли­чества этого
элемента, поступающие с кормом,
предотвращают развитие у них ряда
заболеваний (беломышечной болезни,
токси­ческой дистрофии печени).
Известно также, что этот элемент
не­обходим для организма животных
(В. В. Ермаков, В. В. Ковальс­кий, 1974).
Могут быть причиной отравления животных
плохо обесфторенные фосфаты, используемые
в качестве кормовых до­бавок. В то же
время в небольших концентрациях фтор
добавляют в питьевую воду для предотвращения
кариеса зубов.

Полихлорированные
и полибромированные бифенилы (ПХБ, ПББ).
Токсические вещества
этой группы близки по химическому
строению к ДДТ и его метаболитам. ПХБ и
ПББ — стойкие хлор- и броморганические
соединения, широко применяемые в
про­мышленности при производстве
резины, пластмасс, в качестве
пластификаторов. Токсичность этих
веществ сравнительно неве­лика (ЛД₅о
азрола — наиболее распространенного
соединения этой группы — составляет
1200 мг/кг массы животного). Однако некоторые
из них действуют канцерогенно в опытах
на лабора­торных животных. Исходя из
этого, установлены очень низкие допустимые
уровни их содержания в продуктах питания.
ПХБ и ПББ очень медленно разрушаются в
окружающей среде и накап­ливаются в
органах и тканях животных. Отмечены
случаи отрав­ления людей и животных
ПХБ, а также высокий уровень загряз­нения
их остатками кормов и продуктов питания
животного про­исхождения. Особое
внимание уделяется изучению биологичес­кой
активности ПХБ и ПББ, отдаленных
последствий их действия, а также миграции
в объектах окружающей среды и организме
животных.

Соединения
азота. Из
соединений этой группы
санитарно-ток-сикологическое значение
имеют нитраты (NO₃),
нитриты (NO₂),
нитрозоамины и в определенной степени
мочевина — карбамид [CO(NH₂)2]
и др. Мочевина используется в качестве
кормовой до­бавки животным. В связи
с широкой химизацией сельского хозяй­ства
и применением в больших масштабах
азотистых удобрений существенно
возрастает санитарно-токсикологическое
значение нитратов и нитритов, которые
могут в значительных количествах
накапливаться в кормовых культурах,
особенно в корнеклубне­плодах, за
счет адсорбции из почвы.

Натрия
хлорид (поваренная соль).
Практически все виды
сель­скохозяйственных животных
одинаково чувствительны к натрия
хлориду. Однако чаще других травятся
свиньи и птицы. Это связа­но с тем, что
зерновые корма, употребляемые для их
кормления,

содержат мало соли, поэтому они менее
приучены к натрия хло­риду и более
чувствительны к нему. Чаще всего случаи
отравления возникают при скармливании
свиньям или курам комбикормов,
предназначенных для крупного рогатого
скота. Эти комбикорма содержат до 1 %
натрия хлорида.

Яды
растительного происхождения.
В связи с окультуриванием
пастбищ, развитием промышленного
животноводства и перево­дом животных
на круглогодичное стойловое содержание
значение ядов растительного происхождения
в отравлениях сельскохозяй­ственных
животных снижается, хотя и не утрачивается
полностью. Кроме того, некоторые яды,
образуемые растениями в сравни­тельно
небольших количествах, не вызывают
острого отравления, зато действуют
эмбритоксически и тератогенно. К ним
относятся, например, алкалоиды люпина.
В количествах, не вызывающих ос­трого
отравления у коров, они оказывают
тератогенное действие, в связи с чем у
50 % подопытных коров рождались телята
с урод­ствами.

Растительные яды могут быть алкалоидами,
тио- и цианогликозидами, токсичными
аминокислотами и растительными
фе-нольными соединениями.

Среди алкалоидов наибольшее
ветеринарно-токсикологическое значение
имеют алкалоиды растений рода люпина
(спортеин и люпинин), аконита (липоктонин,
относящийся к классу поли­циклических
дитерпенов), живокости, триходесмы седой
и неко­торых других.

Тиогликозиды в основном содержатся в
растениях семейства крестоцветных. Они
могут быть причиной острых и хронических
отравлений животных. Кроме того,
поступление с кормом боль­шого
количества растений этого семейства
может привести к сни­жению их
продуктивности. Тиогликозиды
взаимодействуют в организме с йодом, в
результате чего могут наступить йодная
не­достаточность и развитие
патологического процесса.

Из растительных фенольных соединений
наибольшее ветери-нарно-санитарное
значение имеют дикумарин и госсипол.

Лекарственные
средства и премиксы.
Многие лекарственные
препараты в терапевтических дозировках
обладают побочным действием — вызывают
аллергические реакции, поражают
отдель­ные органы. В завышенных дозах
они вызывают интоксикацию и гибель
животных. Некоторые лекарственные
препараты могут длительное время
сохраняться в тканях животных, выделяться
с молоком или яйцами. Например,
антигельминтик гексахлорпа-раксилол
обнаруживают в жире обработанных
животных через 60 Дней после его
однократного введения. В значительных
количе­ствах он выделяется с молоком
коров. В яйцах кур нередко обна­руживают
антигельминтик фенотиазин, применяемый
для обра­ботки птиц. Поэтому вопросы
токсикологической и ветеринарно-санитарной
оценки лекарственных препаратов
приобретают особое значение. Решение
этих вопросов — одна из задач ветеринар­ной
токсикологии. Такое же значение имеют
токсикологическая и ветеринарно-санитарная
оценки премиксов.

Полимерные
и пластические материалы.
До последнего времени
полимерные и пластические материалы
являлись объектом иссле­дования
медицинской токсикологии в связи с тем,
что их исполь­зовали в основном в
жилых и производственных помещениях,
из­делиях бытового назначения и других
предметах, с которыми кон­тактировал
в основном человек. Однако в последнее
время раз­личные отходы полимерных
материалов и пластические массы широко
применяют в животноводстве. Некоторые
полимерные материалы для животноводческих
помещений изготовляют непос­редственно
на месте без необходимого технологического
контро­ля. Были случаи отравления
животных при использовании в
жи­вотноводческих помещениях полимерных
материалов, не прошед­ших токсикологической
оценки. Поэтому все новые полимерные
материалы, предназначенные для
животноводческих помещений, должны
проходить токсикологическую оценку.
Они и являются предметом исследования
и контроля ветеринарных токсикологи­ческих
лабораторий.

Корма
новых видов.
В последнее время
идут активные поиски новых биологических
субстратов, которые могли бы быть
исполь­зованы для кормления животных.
Ведутся попытки использовать для этой
цели куриный помет и навоз свиней,
поскольку птицы и свиньи переваривают
не более 50 % питательных веществ,
содер­жащихся в кормах. Более 50 %
дефицитного белка выбрасывается с
фекалиями. Перспектива использования
такого белка для корм­ления животных
вполне реальна. Однако этому препятствуют
два обстоятельства: психологический
фактор и возможное присут­ствие в
навозе токсических веществ, выделяемых
организмом. Аналогичные затруднения
возникают и при внедрении кормов других
видов, например белково-витаминного
концентрата, пред­ставляющего собой
дрожжи или бактерии, выращенные на
отхо­дах нефти или метанола и других
продуктов. Все корма этих видов должны
пройти токсикологическую и
ветеринарно-санитарную оценку и являются
объектом исследования ветеринарных
токси­кологов.

Эндокринная система

она же
Система желез внутренней секреции,
она же
Гормональная система,
она же
Система гуморальной регуляции.

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

Названий много, так что сразу становится понятно — очень важная система

Давайте разберем по-порядку.
“Эндокринная” — часть слова “эндо” означает “внутренний”, “кринный” — гуморальный.
Теперь переведем термин “гуморальный”
“Гумор” — жидкость, влага.
Итого получаем — система, осуществляющая регуляцию организма через жидкость. Основная жидкость человеческого организма — кровь.
Вещества, с помощью который осуществляется такая регуляция — гормоны.
Вообще, это самая древняя система, которая есть даже у самых простеньких организмов.
У них даже кровеносной системы может не быть, а гормоны есть!

Гуморальная регуляция — один из механизмов регуляции процессов жизнедеятельности в организме, осуществляемый через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость, слюну) с помощью гормонов, выделяемых клетками, органами, тканями.
Гормоны — биологически активные вещества белковой природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие во внутреннюю жидкую среду организма и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.

Железы внутренней секреции человека

Рассмотрим по организму сверху вниз.

Краткая характеристика основных групп биологически активных веществ

Витамины
–
сложные
биологически активные,
низкомолекулярные
органические соединения,
имеющие
различное химическое строение.
Они
необходимы для нормального течения
процессов обмена веществ.
Большинство
из них входит в состав ферментов,
являясь
их коферментами.
Витамины
в организме не синтезируются или
некоторые синтезируются,
но
в недостаточном количестве.
Недостаток
витаминов в организме приводит к
развитию различных заболеваний –
гипо-
или авитаминозам.
Источниками
витаминов служат в основном пищевые
продукты и растения.
Лекарственное
растительное сырье,
содержащее
витамины,
используется
для приготовления витаминных сборов;
кроме
того,
из
него готовят следующие препараты:
рутин,
кверцетин,
сироп
из плодов шиповника,
сок
и витамин Р из плодов аронии черноплодной,
пефлавит
(Р
витамин из травы зверобоя),
масло
облепихи масло шиповника,
каротолин
и др.
В
растениях витамины накапливаются в
листьях,
стеблях,
плодах,
цветках
и подземных органах.

В
медицине в основном применяются
следующие витаминные растения:
виды
шиповника,
крапива
двудомная,
календула
лекарственная,
кукуруза,
пастушья
сумка,
облепиха
крушиновидная,
рябина
обыкновенная,
смородина
черная,
калина
обыкновенная,
череда
трехраздельная,
сушеница
топяная,
зайцегуб
опьяняющий.

Как
правило,
лекарственные
растения содержат комплекс витаминов.
В
то же время растительными сырьевыми
источниками витаминов являются те виды
растений,
в
которых преобладает один — три основных
витамина.

Полисахариды
—
лекарственных растений –
это
высокомолекулярные биологически
активные вещества,
состоящие
из остатков моносахаридов и их производных
(уроновых
кислот),
связанных
О–
гликозидными
связями.
Полисахариды
широко распространены в природе.
Растения
содержат до 90%
полисахаридов
и являются основным источником их
получения.
В
растениях полисахариды накапливаются
в траве,
листьях,
семенах
и подземных органах.
Основными
источниками полисахаридов являются
следующие растения:
крахмалоносные
–
картофель,
рис,
пшеница,
кукуруза;

инулинсодержащие
–
топинамбур,
цикорий,
одуванчик
лекарственный,
девясил
высокий;
слизесодержащие
–
лен
посевной,
алтей
лекарственный и армянский,
мать-и-мачеха,
подорожник
большой и блошный,
липа
сердцевидная,
ромашка
аптечная и череда трехраздельная;
камедоносные
–
виды
астрагала,
абрикос
и др.,
содержащие
пектиновые вещества
–
ламинария
сахарная,
пальчатая
и японская,
хлопчатник
и др.

Сырье,
содержащее
полисахариды,
используют
для получения слизистых извлечений,
обладающих
обволакивающим,
противовоспалительным,
антимикробным
действием,
и
применяют при заболеваниях верхних
дыхательных путей и желудочно-кишечного
тракта.
Пектиновые
вещества (пектин)
в
присутствии органических кислот и
сахаров образуют студни,
обладающие
противовоспалительным и адсорбирующим
действием.
Пектин
используют при отравлении солями
тяжелых металлов и для улучшения
пищеварения.
Кроме
того,
некоторые
полисахариды,
такие,
как
крахмал,
камеди
и пектиновые вещества,
применяют
как вспомогательные вещества для
приготовления присыпок,
в
качестве клейстера,
наполнителей
в таблетках и др.

Эфирные
масла (Olea
aetherea)
– смесь
летучих душистых ве ществ,
образующихся
в растениях и относящихся к различным
классам органических соединений,
преимущественно
терпеноидам (кислородные
соединения терпенов),
реже
к ароматическим и алифатическим
соединениям.
Среди
них встречаются углеводороды,
спирты,
кетоны,
альдегиды,
фенолы,
лактоны,
кислоты,
простые
и

сложные
эфиры и др.

Свое
название эфирные масла получили из-за
наличия характерного ароматного запаха
и маслообразной консистенции.
В
отличие от жирных масел они испаряются,
не
оставляя жирного пятна.
Эфирные
масла широко распространены в растительном
мире.
В
настоящее время известно около 3000
эфирно-масличных
растений.
Ряд
семейств характеризуется значительным
числом растений с высоким содержанием
эфирных масел;
это
семейства астровых (сложноцветных),
яснотковых
(губоцветных),
сельдерейных
(зонтичных),
миртовых,
розоцветных,
сосновых
и др.
Эфирные
масла накапливаются во всех органах
растений.
Заготовке
подлежат только те части растений,
в
которых эфирное масло накапливается
в наибольшем количестве:
цветки
–
розы,
ромашки;
плоды
–
фенхеля,
тмина,
аниса,
можжевельника;
листья
–
мяты,
шалфея;
трава
–
душицы,
чабреца;
подземные
органы (корни,
корневища)
– аира,
валерианы,
девясила;
почки
–
тополя,
сосны,
березы.

Содержание
эфирных масел в различных растениях
составляет от тысячных долей процента
до 5%,
а
для некоторых видов,
например
бутонов гвоздичного дерева,
– 20%. Сырьевая
база эфирномасличных растений
обеспечивается за счет дикорастущих,
культивируемых
растений,
а
также тропических пряно-ароматических
растений (ваниль,
корица,
гвоздика
и др.).
В
растениях эфирное масло локализуется,
как
правило,
в
специальных образованиях.
Различают
экзогенные и эндогенные образования.

Экзогенные:
а)
эфирномасличные
железки,
которые
имеют различное строение;
б)
железистые
волоски;
в)
железистые
пятна.

Эндогенные:
а)
эфирно-масличные
вместилища;
б)
эфирно-масличные
канальцы;
в)
секреторные
ходы;
г)
специализированные
паренхимные клетки.

Эфирномасличные
растения и эфирные масла издавна
применялись в качестве пряностей,
ароматических
средств,
вкусовых
добавок.
В
настоящее время они широко используются
в парфюмерии,
косметике,
пищевой
промышленности.
В
качестве лекарственных средств сырье
эфирномасличных растений,
эфирные
масла (мятное,
эвкалиптовое,
розовое,
анисовое
и др.),
а
также отдельные компоненты эфирных
масел (ментол,
ледол,
камфора)
применяются
в медицине вследствие широкого спектра
фармакологического действия.
Для
них характерно выраженное противомикробное,
противовоспалительное,
седативное
и отхаркивающее действие.
Значительный
интерес представляют выявленные в
последнее время свойства эфирных масел,
которые
позволяют их использовать в качестве
иммуномодулирующих средств и
антиоксидантов.

Сердечные
гликозиды или кардиостероиды – группа
природных биологически активных
веществ, оказывающих избирательное
кардиотоническое действие на сердечную
мышцу.
В
химическом отношении сердечные гликозиды
являются производными
циклопентанопергидрофенантрена,
содержащими
ненасыщенное лактонное кольцо.
Действие
сердечных гликозидов проявляется в
изменении всех основных функций сердца.
Под
влиянием терапевтических доз сердечных
гликозидов наблюдается:
а)
усиление
систолических сокращений сердца,
длительность
систолы уменьшается;
б)
удлинение
диастолы,
ритм
сердца замедляется,
улучшается
приток крови к желудочкам;
в)
понижение
возбудимости проводящей системы сердца,
удлиняется
промежуток между сокращениями предсердий

и
желудочков.

Сердечные
гликозиды не имеют равных себе
синтетических заменителей;
растения
служат единственными источниками их
выделения для последующего получения
лекарственных препаратов.

Для
медицинских целей заготавливают сырье
от следующих лекарственных растений,
содержащих
сердечные гликозиды:
наперстянка
пурпуровая (листья),
наперстянка
шерстистая (листья),
ландыш
майский (трава,
листья,
цветки),
горицвет
весенний (трава),
желтушник
раскидистый (трава
свежая).
Кроме
того,
в
Государственный реестр лекарственных
средств,
разрешенных
к медицинскому употреблению,
включены
следующие виды сырья,
содержащего
сердечные гликозиды,
в
настоящее время не заготовляемые:
листья
наперстянки крупноцветковой,
семена
джута,
корни
кендыря коноплевого,
корневища
с корнями морозника красноватого,
трава
наперстянки реснитчатой,
кора
обвойника греческого,
листья
олеандра,
а
также семена строфанта,
являющиеся
для России сырьем импортным.

За
последние 30
лет
выделено и установлено строение около
400
кардиоактвных
стероидов,
составными
частями которых являются 136
агликонов
и 35
моносахаров.

Растений,
содержащих
сердечные гликозиды,
немного,
они
составляют около 0,3%
от
общего числа видов флоры нашей страны.
Наиболее
богаты сердечными гликозидами растения
следующих семейств:
лилейных,
лютиковых,
норичниковых,
капустных,
кутровых,
ластовневых.
Кардиостероиды
обнаружены также в секрете кожных желез
жаб и в микроколичествах содержатся в
бабочках.

Сердечные
гликозиды накапливаются в различных
частях деревьев,
кустарников,
лиан,
травянистых
растений.
Деревья
и кустарники,
в
которых обнаружены кардиостероиды,
произрастают
преимущественно в тропической и
субтропической зонах.

Обычно
в растениях содержится 20-30
и
более сердечных гликозидов и очень
редко встречаются растения,
содержащие
один кардиостероид.
Количественное
содержание сердечных гликозидов
находится в пределах 0,01-1%,
составляя
в среднем 0,2-0,5%.
Особенно
высоким содержанием кардиостероидов
отличаются семена строфанта (до
3%)
и
желтушника (до
6%).

Сердечные
гликозиды могут накапливаться практически
во всех органах растений:
цветках
(ландыш),
листьях
(наперстянка,
ландыш),
травах
(горицвет,
желтушник,
гомфокарпус),
семенах
(строфант,
желтушник,
джут),
коре
(обвойник),
подземных
органах (кендырь,
морской
лук,
морозник).
Сердечные
гликозиды растворены в клеточном соке
и концентрируются в мезофилле и
паренхиме.

Термин
«сапонин»
или
«сапонозид»
был
впервые предложен в 819г.,
для
вещества,
выделенного
из мыльнянки (Saponaria).
В
дальнейшем это название распространилось
на группу природных соединений
гликозидного характера,
обладающих
рядом специфических свойств,
таких
как гемолитическая активность,
токсичность
для холоднокровных (рыб,
жаб
и т.д.),
поверхностная
активность.
Таким
образом,
сапонинами
принято называть группу природных
гетерогликозидов,
являющихся
поверхностно-активными
веществами,
обладающих
гемолитической активностью и токсичных
для холоднокровных.

При
изучении химической структуры сапонинов
было установлено,
что
по результатам реакции дегидрирования
селеном их можно разделить на две
группы:
1-я
группа состояла из соединений,
которые
в результате реакции образовывали
углевод Дильса,
эти
сапонины получили название «стероидных».
Вторую
группу составили соединения,
которые
в результате реакции давали два
соединения –1,8-диметилпицен
и сапотален.
Эти
соединения стали называть «тритерпеновыми».

Общим
свойством сапонинов является их
гемолитическая активность,
т.е.
способность
вызывать гемолиз эритроцитов.
Изучение
связи гемолитической активности и
строения сапонинов показало,
что
фактором,
вызывающим
гемолиз,
является
агликон,
а
строение углеводной цепочки определяет
его силу.
Например,
разветвленные
или этерифицированные углеводные
фрагменты увеличивают гемолитическую
активность соединения,
а
наличие в молекуле двух углеводных
цепочек –
снижает.
В
настоящее время среди сапонинов
обнаружены соединения как обладающие
гемолитической активностью,
так
и предотвращающие гемолиз.
Гемолитическая
активность,
как
правило,
проявляется
при непосредственном попадании сапонинов
в кровь,
при
приеме внутрь она обычно не проявляется.
Однако
существует группа растений,
сапонины
которых сохраняют свое токсическое
действие и при приеме внутрь,
не
теряя гемолитической активности,
например
куколь,
норичник,
вороний
глаз.
При
попадании сапонинов или пыли лекарственного
растительного сырья,
содержащего
сапонины,
на
слизистые оболочки верхних дыхательных
путей и глаз появляется чихание,
кашель,
слезотечение.

Фармакологическое
действие сапонинов очень разнообразно.
Они
усиливают секрецию бронхиальных желез,
рефлекторно
возбуждают кашлевой центр,
т.е.
проявляют
отхаркивающее действие,
оказывают
выраженный эффект на центральную
нервную систему (как
возбуждающий,
так
и седативный),
воздействуют
на метаболизм и обмен холестерина,
на
минеральный обмен,
обладают
эстрогенным и гонадотропным действием.
Для
медицинских целей заготавливают сырье
от следующих видов лекарственных
растений,
содержащих
сапонины:
виды
солодки (корни),
синюха
голубая (корневища
с корнями),
аралия
высокая (корни),
заманиха
высокая (корневища
с корнями),
жень-шень(корни),
якорцы
стелющиеся (трава),
диоскорея
ниппонская (корневища
с корнями),
каштан
конский (семена).
Заготовленное
сырье поступает в основном на производство
для получения галеновых и суммарных
препаратов.
Кроме
того,
в
Государственный реестр лекарственных
средств,
разрешенных
к медицинскому применению,
включены
следующие виды сырья,
содержащего
сапонины,
в
настоящее время не заготавливаемые:
корневища
с корнями диоскореи кавказской,
корневища
и корни патринии средней,
корни
истода сибирского,
корни
колючелистника метельчатого или
мыловника (мыльный
белый туркестанский корень),
трава
астрагала шерстистоцветкового,
цветки
коровяка.
Сапонины
обнаружены в растениях,
относящихся
к 200
семействам,
что
говорит об их широком распространении
в природе.
Наиболее
часто сапонины встречаются в растениях
семейств гвоздичных,
диоскорейных,
конскокаштановых,
истодовых,
бобовых,
сельдерейных,
астровых,
аралиевых
и др.
Сапонины
находятся во всех частях растений,
однако
наибольшее их количество обнаруживается
в тех органах и тканях,
которые
интенсивно функционируют или содержат
большое число интенсивно делящихся
клеток (подземные
органы).
Содержание
сапонинов в растениях может колебаться
от 0,01%
до
60%,
составляя
в среднем 5-10%.
Сапонины
растворены в клеточном соке и
концентрируются в мезофиле и паренхиме.

В
группу простых
фенолов
относят такие гликозиды,
которые
при гидролизе расщепляются на агликоны,
содержащие
одну или несколько гидроксильных
фенольных групп при одном бензольном
кольце.
Кроме
фенольных гидроксилов в качестве
заместителей в агликонах могут быть
оксиметильная,
оксиэтильная
или карбоксильная группы.

Фенольные
гликозиды достаточно широко представлены
в растениях различных семейств,
например
ивовых,
камнеломковых,
толстянковых,
брусничных
и др.

Фенольные
гликозиды,
например
арбутин,
обладают
антимикробной и диуретической
активностью.
Гликозид
салидрозид,
впервые
изолированный из коры ивы и позднее
обнаруженный в корневищах и корнях
родиолы розовой,
обладает
стимулирующим и адаптогенным действием.

Антраценпроизводными
называют группу природных соединений,
в
основе которых лежит ядро антрацена
различной степениокисленности по
среднему кольцу (1,
кольцо
В).
Производные
антрацена довольно широко распространены
в

природе.
Они
обнаружены в высших растениях,
лишайниках,
некоторых
низших грибах,
а
также найдены в некоторых насекомых и
морских организмах.
Около
половины известных антраценпроизводных
(~
100 соединений)
выделено
из высших растений.
Довольно
часто они встречаются в растениях
следующих семейств:
мареновые
(Rubiaceae),
гречишные
(Polygonaceae),
крушиновые
(Rhamnaceae),
бобовые
(Fabaceae),
лилейные
(Liliaceae),
вербеновые
(Verbenaceae),
зверобойные
(Hypericaceae).

Антраценпроизводные
могут накапливаться в различных органах
растений –
листьях,
корнях
и корневищах,
цветках
и плодах,
в
коре стволов и ветвей.
Многие
растения содержат антраценпроизводные
во всех частях,
но
в значительных количествах способны
накапливаться только в отдельных
органах,
которые
и используются в качестве лекарственного
сырья.
Локализуются
антраценпроизводные в тканях растения
главным образом в клетках паренхимы,
сердцевинных
лучей,
в
листьях –
в
клетках мезофилла,
расположенных
на границе палисадной и губчатой тканей.
Растения,
содержащие
антраценпроизводные,
издавна
применялись в качестве слабительных
средств,
для
лечения различных за-

болеваний
кожи;
некоторые
растения известны как источники
природных красителей.
В
настоящее время установлено,
что
антраценпроизводные обладают
разнообразной биологической
(фармакологической)
активностью.
Повышая
чувствительность рецепторов кишечника,
антраценпроизводные
усиливают его перистальтику и
обусловливают,
слабительное
действие.
Многие
антраценпроизводные проявляют
антибиотическую активность,
что
связано с их химической структурой
(хиноны,
хинолы).
На
этом основано их применение для лечения
кожных заболеваний.
Ряд
производных антрацена обладает
спазмолитической активностью и
нефролитическим действием.

Флавоноиды
представлены
многочисленной группой природных
биологически активных соединений –
производных
бензо-γ-пирона,
в
основе которых лежит фенилпропановый
скелет,
состоящий
из С6-С3-С6-углеродных
единиц.
Свое
название они получили от латинского
слова «flavus»
–желтый,
поскольку
первые выделенные из растений флавоноиды
имели желтую окраску.
Флавоноиды
широко распространены в высших растениях,
значительно
реже встречаются в микроорганизмах и
насекомых.
Около
40%
флавоноидов
приходится на группу производных
флавонола,
несколько
меньше группа производных флавона,
значительно
реже встречаются флавононы,
халконы,
ауроны.
Наиболее
богаты флавоноидами растения семейства
бобовых,
астровых
(сложноцветных),
сельдерейных
(зонтичных),
яснотковых
(губоцветных),
розоцветных,
гречишных,
березовых,
рутовых
и др.
В
растениях флавоноиды локализуются
главным образом в цветках,
листьях
и плодах,
реже
–
в
корнях и стеблях;
содержание
их в растениях колеблется от 0,5
до
30%.
Как
правило,
флавоноиды
в растениях содержатся в клеточном
соке.
Максимальное
содержание флавоноидов наблюдается в
надземных частях растений в период
бутонизации и цветения.
Флавоноидные
соединения являются типичными
растительными красителями и не образуются
в животном организме.
Вследствие
высокой биологической активности,
обусловленной
присутствием в молекуле активных
фенольных,
гидроксильных
и карбонильной групп,
они
подвергаются различным биохимическим
изменениям и принимают участие в ряде
физиологических процессов.

Интерес
к флавоноидам основывается в первую
очередь на их лиянии на проницаемость
и хрупкость капилляров (Р-витаминная
активность).
В
этом аспекте изучены эридиктиол,
гесперетин,
рутин
и др.
Этому
действию флавоноидов способствует
синергизм аскорбиновой кислоты.
Некоторые
флавоноиды снижают активность гистамина,
подавляют
активность гиалуронидазы в соединительной
ткани.
Такие
флавонолы,
как
госсипетин,
робинетин
и другиеявляются антиоксидантами для
жиров,
ряд
гликозидов обладает антибактериальным
действием.
Установлено,
что
многим природным флавоноидам (кемпферол,
нарингенин,
кверцетин)
присуще
спазмолитическая активность.
Опубликовано
много данных о противолучевом,
мочегонном
действии флавоноидов,
о
влиянии их на пищеварительный тракт и
печень.
Флавоноиды
обладают также гипотензивным,
противоязвенным,
противоопухолевым,
противовоспалительным,
ранозаживляющим
действиями.
Сравнительно
низкая токсичность флавоноидных
соединений,
наряду
с их избирательным фармакологическим
действием на организм человека,
позволяет
все шире использовать эту группу
соединений для создания новых
лекарственных препаратов.

В
медицинской практике используют
следующие виды лекарственного
растительного сырья,
содержащие
флавоноиды:
цветки
и плоды боярышника,
трава
пустырника,
цветки
и плоды софоры японской,
лист
чая,
цветки
бессмертника,
трава
горца почечуйного,
трава
горца перечного,
трава
горца птичьего,
цветки
пижмы,
корень
стальника,
трава
хвоща полевого,
цветки
василька синего,
трава
череды трехраздельной,
корень
солодки,
трава
астрагала шерстистоцветкового,
трава
сушеницы топяной,
корень
шлемника,
цветки
липы,
плоды
цитрусовых (лимон,
мандарин),
трава
зверобоя.

Кумарины
–
природные
соединения,
в
основе которых лежит бензо-С-α-пирон
(лактон
цис—орто—оксикоричной
кислоты).

Кумарин
Цис—орто—оксикоричная
кислота Кумарины
широко распространены в растительном
мире,
особенно
среди представителей семейств
сельдерейных (зонтичных),
бобовых,
рутовых.
В
природе чаще всего встречаются наиболее
простые производные кумарина и
фурокумарина.
Основное
количество представителей соединений
этой группы найдено в свободном состоянии
и лишь незначительное число в виде
гликозидов.
Кумарины
локализуются в различных органах
растений,
чаще
всего в корнях,
коре,
плодах.
Содержание
кумаринов в разных растениях колеблется
от 0,2
до
10%,
причем
часто можно встретить 5-10
кумаринов
различной структуры в одном растении.
Кумарины
обладают антикоагулянтными свойствами.
Дикумарол
был предложен как препарат для
профилактики и лечения тромбозов и
тромбофлебитов.
На
основе дикумарола получены синтетические
препараты,
обладающие
более высоким антикоагулянтными
свойствами.
Некоторые
кумарины обладают фотодинамической
активностью,
т.е.
способны
повышать чувствительность кожи к
ультрафиолетовым лучам,
и
поэтому находят применение в терапии
витилиго такие препараты,
как
аммифурин из плодов амми большой,
бероксан
из плодов пастернака посевного,
псорален
из плодов псоралеи костянковой и др.
Многие
кумарины обладают спазмолитической
активностью;
коронарорасширяющее
действие оказывают виснадин и
дигидросамидин из корней вздутоплодника
сибирского,
атамантин
из корней и плодов горичника горного,
птериксин
из порезника густоцветного и др.
Некоторым
кумаринам свойственна антимикробная

активность
(остхол
их жгун-корня);
ряд
кумаринов обладает экстрогенной
активностью (куместролы
клевера).
Таким
образом,
кумарины
характеризуются разнообразным действием
на организм человека,
однако
широкого использования в медицине они
не получили из-за
отсутствияоптимальных лекарственных
форм,
создание
которых затруднено плохой растворимостью
кумаринов в воде.

Дубильные
вещества
–
это
группа сложных органических соединений,
являющихся
производными многоатомных фенолов,
имеющих
разнообразную химическую структуру,
начиная
от простейших производных полифенолов
и кончая более сложными высокомолекулярными
их производными,
так
называемыми флобафенами.

Термин
дубильные вещества появился давно и
первоначально распространялся на
природные соединения,
содержащиеся
в растениях и обладающие способностью
дубить невыделанную кожу животных.
По
мере изучения химической природы
дубильных веществ было установлено,
что
они имеют весьма разнообразное строение,
но
в основе их лежат вещества полифенольной
природы,
генетически

связанные
между собой.
Основные
полифенолы,
входящие
в молекулу дубильных веществ:
пирогаллол
(I),
пирокатехин
(II),
флороглюцин
(III).

Карбоксилируясь
или метилируясь,
полифенолы
образуют соот ветствующие производные:
галловую
кислоту,
которая
является составной частью многих
дубильных веществ,
или
метилированные производные флороглюцина
–
орсин
и орселиновую кислоту,
входящие
в состав дубильных веществ некоторых
лишайников.
Позднее
было отмечено,
что
не все полифенольные соединения этой
группы обладают дубящим действием.
Низкомолекулярные
соединения не обладают дубящим действием,
так
как образуют не прочные связи с белками.
Наиболее
высокомолекулярные соединения также
не обладают дубящим действием,
потому
что не могут проникать между фибриллами
коллагена и образовывать с ним прочные
связи.
Дубильные
вещества широко распространены в
растительном мире.
Они
обнаружены и у высших,
и
у низших растений.
Особенно
много растений с высоким содержанием
дубильных веществ среди двудольных и
голосемянных,
меньше
среди однодольных.
У
однодольных богаты дубильными веществами
древесные растения –
пальмы.
Лишайники,
грибы,
водоросли
как правило,
содержат
небольшие количества дубильных веществ
и практического значения не имеют.
Среди
многочисленных семейств большим числом
растений с высоким содержанием дубильных
веществ выделяются такие семейства,
как
сумаховые,
буковые,
гречишные,
розоцветные,
камнеломковые,
миртовые,
бобовые,
вересковые,
сосновые
и др.

Содержание
дубильных веществ в растениях колеблется
в широких пределах –
от
следов до нескольких десятков процентов,
а
в болезненных наростах растений,
так
называемых галлах,
до
60-80%.

Практическое
применение и в медицине,
и
в промышленности находят только те
растения,
у
которых содержание дубильных веществ
10%
и
выше.
Дубильные
вещества могут накапливаться в различных
органах и частях растений.
У
большинства древесных и кустарниковых
растений максимальное количество
дубильных веществ накапливается в коре
стволов и ветвей (дуб,
ива,
ель),
а
так же и в древесине.
У
многих травянистых растений большое
количество дубильных веществ накапливается
в подземных органах:
корневище
змеевика,
лапчатки,
бадана,
кровохлебки
и др.
Несколько
меньше содержание дубильных веществ
отмечается в листьях,
однако
известны растения с высоким содержанием
(до
20%)
дубильных
веществ в листьях:
скумпия,
сумах,
чай,
бадан,
клен
приречный и др.
В
плодах,
семенах,
цветках
обычно содержатся мало дубильных
веществ.
Из
плодов со значительным содержанием
дубильных веществ следует отметить
плоды черники,
черемухи,
соплодия
ольхи,
плоды
щавеля,
ревеня
и др.
Причем,
в
незрелых плодах дубильных веществ
содержится больше,
чем
в зрелых.
Об
этом можно судить по вяжущему вкусу
незрелых плодов.
Однако
уменьшение или исчезновение вяжущего
вкуса не всегда происходит за счет
снижения общего количества дубильных
веществ.
У
некоторых плодов это происходит за
счет перехода низко-
и
среднемолекулярных дубильных веществ
в высокомолекулярные.
Гидролизуемые
танины под влиянием ферментов способны
превращаться в простейшие соединения
(галловая,
хебулиновая,
эллаговая
кислоты и др.).
В
тканях растения дубильные вещества
локализуются,
главным
образом,
в
паренхимных клетках.
Часто
танины присутствуют вовсех клетках
данного органа.
Установлено,
что
в некоторых случаях наибольшее количество
их накапливается в клетках возле
проводящих пучков.
Меньше
дубильных веществ обнаруживается в
клетках эпидермиса,
в
пробковой ткани.
В
механических и проводящих элементах,
а
также в камбии дубильные вещества,
как
правило,
не
содержатся.
Дубильные
вещества обычно растворены в клеточном
соке.
При
отмирании клеток дубильные вещества
переходят из клеточного сока в оболочку,
пропитывая
ее.
Для
некоторых видов растений характерно
накапливание гидролизуемых дубильных
веществ:
сумах,
скумпия,
бадан,
галлы
китайские,
турецкие
и фисташковые.
В
других видах преимущественно накапливаются
конденсированные дубильные вещества:
чай,
зверобой
и др.
Но
значительно чаще растения содержат
дубильные вещества обеих групп с
преобладанием той или иной группы.
Например,
в
коре дуба,
корневище
змеевика,
соплодиях
ольхи,
плодах
черемухи,
в
подземных органах кровохлебки,
лапчатки,
в
коре ивы содержатся дубильные вещества
обеих групп.
Роль
дубильных веществ,
как
и других фенольных соединений,
в
жизнедеятельности растительного
организма весьма разнообразна и
недостаточно полно изучена в настоящее
время.
Одной
из важнейших функций фенольных соединений
является их участие в
окислительно-восстановительных
процессах,
протекающих
в растениях.
Фенольные
соединения выполняют в растениях
защитные функции.
При
механических повреждениях тканей в
них начинается интенсивное новообразование
фенольных соединений,
сопровождающееся
окислительной конденсацией,
продукты
конденсации образуют защитный слой.
Дубильные
вещества,
как
фенольные производные,
обладают
бактерицидными и фунгицидными свойствами
и способны защищать растения от
возбудителей патогенных заболеваний.
В
целом фенольные соединения и дубильные
вещества в их составе играют важную
роль в обмене веществ растительной
клетки.
Растительное
сырье,
содержащее
дубильные вещества,
поступает
в большом количестве в аптеки:
кора
дуба;
плоды
черемухи и черники;
соплодия
ольхи;
корневище
змеевика и лапчатки;
корневище
и корни кровохлебки.
Эти
виды сырья входят в состав различных
сборов:
желудочного,
противовоспалительного,
кровоостанавливающего.
На
галеновом производстве из сырья,
содержащего
дубильные вещества получают настойки
и экстракты.
Галлы,
листья
сумаха и скумпии являются промышленным
источником получения танина.
В
медицинской практике широко используют
водные извлечения (настои
и отвары)
из
сырья,
содержащего
дубильные вещества.
Особенно
широко в медицине применяется танин и
его препараты:
«Танальбин»
и
«Тансал».
Применение
танина и растительного сырья,
содержащего
дубильные вещества в качестве
лекарственных средств основано на ряде
свойств этих соединений:
способности
взаимодействовать с белками,
солями
тяжелых металлов,
алкалоидами,
на
их бактерицидных свойствах.

Лекарственные
средства,
содержащие
дубильные вещества,
применяют
в качестве вяжущих средств при
желудочно-кишечных
заболеваниях.
Дубильные
вещества,
образуя
на поверхности слизистой кишечника
плотную пленку за счет взаимодействия
с белками,
предохраняют
чувствительные окончания нервов от
раздражения и тем самым вызывают
уменьшение перистальтики кишечника.
За
счет образования защитной пленки на
раневой поверхности дубильные вещества
обладают ранозаживляющим,
противовоспалительным
и бактерицидным действием и используются
при лечении ран,
ожогов,
язв
и т.п.
Установлено
противоопухолевое действие предшественников
дубильных веществ –
катехинов
и лейкоантоцианидинов.
В
отечественной медицине применяют
следующие виды лекарственного
растительного сырья,
содержащие
дубильные вещества:
кора
дуба,
корневище
змеевика,
корневище
лапчатки,
корневище
бадана,
корневище
и корень кровохлебки,
плоды
черемухи,
плоды
черники,
побеги
черники,
соплодия
ольхи.
В
качестве сырья для получения танина
используют лист скумпии,
лист
сумаха,
галлы
фисташковые,
а
также импортные виды сырья –
галлы
китайские и турецкие.

Алкалоидами
называют группу азотсодержащих
органических соединений основного
характера,
имеющих
обычно довольно сложный состав и часто
обладающих сильным специфическим
физиологическим действием.
Название
«алкалоид»
происходит
от двух слов:
арабского
«алкали»
(alcali)
–
щелочь
и греческого «ейдос»
(eidos)
–
подобный.
По
последним данным около 10%
растений
содержат алкалоиды.
Это
сравнительно не много,
особенно,
если
сравнивать с растениями содержащими
дубильные вещества,
полисахариды
или флавоноиды.
Алкалоидные
растения распространены среди семейств
неравномерно.
Есть
семейства с единичными представителями,
причем
содержащие небольшое количество
алкалоидов,
и
семейства,
среди
которых много алкалоидсодержащих,
часто
с их высоким содержанием.
Такими
семействами являются пасленовые
(Solanaceae),
маковые
(Papaveraceae),
бобовые
(Fabaceae),
кутровые
(Apocynaceae),
логаниевые
(Loganiaceae),
мареновые
(Rubiaceae),
лютиковые
(Ranunculaceae),
рутовые
(Rutaceae),
астровые
(Asteraceae),
лилейные
(Liliaceae)
и
др.

В
растении чаще всего содержатся не один,
а
несколько алкалоидов.
Например,
у
мака снотворного установлено ниличие
26,
а
у катарантуса розового более 70
алкалоидов.
Но
в растении обычно преобладает один,
два
или три алкалоида.
Остальные
же содержатся в меньшем количестве.
Этим
отчасти и объясняется тот факт,
что
долгое время считали,
что
ряд растений содержат 2-5
алкалоидов
и только сравнительно недавно,
когда
стали использовать современные методы
анализа,
было
установлено в этих растениях наличие
еще значительного числа алкалоидов.
В
растениях,
как
правило,
накапливаются
алкалоиды близкого строения,
образуя
как бы группу родственных алкалоидов.
Например,
в
спорынье содержатся индольные алкалоиды
производные лизергиновой кислоты,
в
маке снотворном –
изохинолиновые
алкалоиды.
Часто
растения,
близкие
ботанически,
содержат
алкалоиды сходные по химическому
строению.
Так,
например,
алкалоиды
гиосциамин,
скополамин
(тропановые
алкалоиды)
обнаружены
в растениях семейства пасленовых:
рода
красавки,
дурман,
скополия,
белена.
Эта
особенность учитывается в работах для
выявления новых источников уже известных
алкалоидов.
Алкалоиды
более простого строения встречаются
чаще,
например,
никотин,
эфедрин
обнаружены у растений различных
семейств.
Содержание
алкалоидов в растениях невелико и
колеблется от тысячных долей процента
до нескольких процентов.
И
только весьма редко некоторые растения
содержат около десяти процентов
алкалоидов,
а
иногда значительно больше.
Например,
в
коре хинного дерева содержание алкалоидов
достигает 15-20%.
В
лекарственном сырье общее содержание
алкалоидов (суммы
алкалоидов)
чаще
всего колеблется в пределах 0,1-2%.
Алкалоиды
могут накапливаться в разных органах
и частях растений.
У
некоторых растений содержание алкалоидов
во всех органах более или менее близкое,
например,
у
белладонны.
Поэтому
у белладонны собирают три вида сырья
(листья,
трава,
корни).
Но
чаще алкалоиды накапливаются
преимущественно в одном органе,
а
в других совсем отсутствуют или
содержатся в меньшем количестве.
Так
у чемерицы наибольшее количество
алкалоидов накапливается в подземных
органах (корневище
с корнями),
у
чилибухи –
в
семенах,
у
хинного дерева –
в
коре.
Кроме
того,
в
растении алкалоиды разных органов
могут различаться и по качественному
составу.
В
семенах термопсиса ланцетовидного
преобладает цитизин,
который
оказывает возбуждающее действие на
дыхательный центр,
а
в траве во время цветения в основном
преобладает термопсин,
поэтому
трава используется как отхаркивающее
средство.
Локализация
алкалоидов по тканям растений изучена
недостаточно (имеются
данные только для некоторых видов).
Например,
для
представителей сем.
пасленовых
отмечено,
что
больше алкалоидов в клетках вокруг
проводящих пучков (в
жилках,
черешках).
Это
следует учитывать при сборе и измельчении
сырья.
У
растений семейства маковых больше
алкалоидов в млечном соке.

Очень
многие алкалоиды биологически активные
вещества,
причем
большинство из них оказывают ействие
в очень небольших количествах.
Вследствие
этого алкалоидсодержащие растения
звестны очень давно.
Одни
получили известность как лекарственные
растения,
а
другие –
как
ядовитые.
лкалоиды
обладают весьма различным физиологическим
действием,
поэтому
они имеют широкое и разнообразное
применение в медицине.
Одни
из них используют как гипотензивные
средства (резерпин,
раунатин,
винкамин),
другие
для повышения кровяного давления
(эфедрин).
Алкалоидоносные
растения используют для получения
препаратов возбуждающих ЦНС (стрихнин,
секуринин)
и
препаратов,
обладающих
седативным действием (гиндарин).
Ряд
алкалоидов обладает обезболивающим
действием (кокаин,
морфин),
отхаркивающим
и рвотным действием (эметин,
термопсин),
желчегонным
(берберин).
Алкалоиды
оказывают возбуждающее действие на
дыхательный центр (цитизин,
лобелин),
вызывают
сужение зрачка (физостигмин)
и
расширение зрачка (атропин,
платифиллин).
Обладают
алкалоиды спазмолитическим (атропин,
платифиллин,
саррацин)
и
противораковым действием (винбластин,
винкристин)
и
т.д.
Пожалуй,
почти нет заболеваний,
при
лечении которых не использовались бы
алкалоиды.
Стероидные
алкалоиды или гликоалкалоиды –
это
производные иклопентанопергидрофенантрена
с гетероциклическим атомом азота,
сочетающие
в себе свойства стероидных сапонинов
и алкалоидов.
Стероидные
алкалоиды встречаются,
в
основном,
в
растениях семейств пасленовых и
лилейных.
Накапливаются
они как в надземных частях растений
(трава,
плоды,
семена),
так
и подземных (корневище
с корнями,
клубни).
Содержание
стероидных алкалоидов колеблется от
0,1
до
3,5%,
наибольшее
содержание отмечено в незрелых плодах
и клубнях.
Локализуются
стероидные алкалоиды в клетках мезофилла
листа,
хлорофиллоносной
паренхиме стебля.
Алкалоиды
стероидной структуры обладают
противогрибковой и цитостатической
активностью.
Некоторые
из них действуют как репелленты,
особенно
на колорадского жука например,
томатидин
и инсектициды (чемеричная
вода).
Стероидные
алкалоиды стимулируют сокращение
мышечной ткани,
раздражают
окончания чувствительных нервов.
Кроме
того,
они
как и кардиостероиды,
оказывают
положительное влияние на сердце при
недостаточности кровообращения,
способствуют
нормализации артериального давления.
Однако
широкому медицинскому применению
стероидных алкалоидов препятствует
их высокая токсичность.
В
связи с тем,
что
строение гликоалкалоидов очень сходно
со строением стероидных сапонинов,
они
используются как исходный продукт для
синтеза гормональных препаратов.
При
этом применяют микробиологические
реакции (штамм
микробактерии В5,
который
селективно дезацетилирует 21-
ацетоксильную
группу стероидов)
и
синтез идет по следующей схеме:
трава
паслена дольчатого

• выделение

• гликозиды
  соласонин и соламаргин

• гидролиз

• агликон
  соласодин

• синтез

• ацетат
  дегидропрегненолона (АДП)

Ацетат
дегидропрегненолона является
полупродуктом для синтеза гормональных
препаратов.
Введение
паслена дольчатого в культуру и
использование его сырья для производства
гормональных препаратов было начато
в СССР в середине 50-х
годов прошлого столетия.
Кроме
паслена дольчатого в медицинской
практике используют еще препараты
чемерицы.
Агликоном
стероидных алкалоидов являются
соединения,
в
основе структуры которых лежит скелет
циклопентанпергидрофенантрена,
связанный
с гетероциклической системой,
имеющей
гетероатомы азота и кислорода.
Эти
соединения часто называют С27
алкалоидами.

Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Теория для ЕГЭ по химии. 

Жиры: получение и свойства

Жиры – это сложные эфиры, образованные глицерином и высшими одноосновными карбоновыми кислотами (жирными кислотами).
.

Жиры образуются при взаимодействии глицерина и высших карбоновых кислот:

Жирные (высшие) кислоты
Предельные кислоты	Непредельные кислоты
Масляная кислота С3Н7 -СООН	Олеиновая кислота С17Н33СООН (содержит одну двойную связь в радикале) СН3—(СН2)7—СН = СН—(СН2)7—СООН
Пальмитиновая кислота С15Н31 — СООН	Линолевая кислота  С17Н31СООН  (две двойные связи в радикале)  СН3-(СН2)4-СН = СН-СН2-СН = СН-СООН
Стеариновая кислота С17Н35 — СООН	Линоленовая кислота С17Н29СООН  (три двойные связи в радикале) СН3СН2СН=CHCH2CH=CHCH2CH=СН(СН2)4СООН

Номенклатура жиров

Общее название жиров – триацилглицерины (триглицериды).

 Существует несколько способов назвать молекулу жира.

 Например, жир, образованный тремя остатками стеариновой кислоты, будет иметь следующие названия:

Физические свойства жиров

Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде. С водой жиры не смешиваются.

Животные жиры — предельные	Растительные жиры (масла) — непредельные
Твёрдые, образованы предельными кислотами – стеариновой и пальмитиновой. Все животные жиры, кроме рыбьего – твёрдые.	Жидкие, образованы непредельными кислотами – олеиновой, линолевой и другими. Все растительные жиры, кроме пальмового масла – жидкие.

Химические свойства жиров

1. Гидролиз (омыление) жиров

Жиры подвергаются гидролизу в кислой или щелочной среде или под действием ферментов.

1.1. Кислотный гидролиз 

Под действием кислот жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира.

Например, при гидролизе тристеарата глицерина в кислой среде образуется  стеариновая кислота и глицерин

1.2. Щелочной гидролиз — омыление жиров

При щелочном гидролизе жиров образуется глицерин и соли карбоновых кислот, входивших в состав жира.

Например, при гидролизе тристеарата глицерина гидроксидом натрия образуется стеарат натрия.

2. Гидрирование (гидрогенизация) ненасыщенных жиров

Гидрогенизация жиров — это процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жира.

При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных, жидкие растительные жиры превращаются в твёрдые (маргарин).

Например, триолеат глицерина при гидрировании превращается в тристеарат глицерина:

    Количественной характеристикой степени ненасыщенности жиров служит йодное число, показывающее, какая масса йода может присоединиться по двойным связям к 100 г жира.

3. Мыло  и синтетические моющие средства

При щелочном гидролизе жиров образуются мыла – соли высших жирных кислот.

Стеарат натрия – твёрдое мыло.

Стеарат калия – жидкое мыло.

Моющая способность мыла зависит от жесткости воды. Оно хорошо мылится и стирает в мягкой воде, плохо стирает в жёсткой воде и совсем не стирает в морской воде, так как содержащие в ней ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ дают с высшими кислотами нерастворимые в воде соли.

Например, тристеарат глицерина взаимодействует с сульфатом кальция 

Поэтому наряду с мылом используют  синтетические моющие средства.

Их производят из других веществ, например из алкилсульфатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты.

Спирт реагирует с серной кислотой с образованием алкилсульфата.

Далее алкилсульфат гидролизуется щелочью:

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли этих веществ растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.

Белки

Белки (полипептиды) – биополимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.

Образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации α-аминокислот:

Макромолекулы белков имеют стереорегулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.

Структуры белков

Химические свойства белков

Качественные реакции на белки

• Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии  на белки свежеосажденного гидроксида меди (II).

Видеоопыт взаимодействия белка с гидроксидом меди (II) можно посмотреть здесь.

• Ксантопротеиновая реакция – желтое окрашивание при действии на белки концентрированной азотной кислоты.

Видеоопыт взаимодействия белка с концентрированной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

Денатурация белка

Это разрушение структуры белка при нагревании, изменении кислотности среды, действии излучения, спирта, тяжелых металлов, радиации.

Пример денатурации — свертывание яичных белков при варке яиц.

Видеоопыт денатурации белка можно посмотреть здесь.

 Денатурация бывает обратимой и необратимой.

• При обратимой денатурации первичная структура белка не разрушается.

• Необратимая денатурация может быть вызвана образованием нерастворимых веществ при действии на белки солей тяжелых металлов — свинца или ртути.

• При необратимой денатурации происходит также гидролиз белка — необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот или более коротких пептидных фрагментов.

Анализируя продукты гидролиза, можно установить количественный состав белков.

Углеводы

 Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение, состав большинства которых отражает формула C_x(H₂O)_y, где x, y ≥ 3.  

Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С₅Н₁₀O₄ (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).

Классификация углеводов

По числу структурных звеньев

• Моносахариды — содержат одно структурное звено.
• Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.). 
• Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

Моносахариды	Дисахариды	Полисахариды
Глюкоза С6Н12О6 Фруктоза С6Н12О6 Рибоза С5Н10О5 Дезоксирибоза С5Н10О4	Сахароза С12Н22О11 Лактоза С12Н22О11 Мальтоза С12Н22О11 Целлобиоза С12Н22О11	Целлюлоза (С6Н10О5)n Крахмал(С6Н10О5)n

По числу атомов углерода в молекуле

• Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
• Гексозы — содержат 6 атомов углерода. 
• И т.д.

По размеру кольца в циклической форме молекулы

• Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
• Фуранозы — содержат пятичленное кольцо. 

Химические свойства, общие для всех углеводов

1. Горение 

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

Например, при действии концентрированной серной кислоты на глюкозу образуются углерод и вода

C₆H₁₂O₆ → 6C + 6H₂O

Моносахариды

Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и несколько гидроксильных.

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

Название и формула	Глюкоза C6H12O6	Фруктоза C6H12O6	Рибоза C5H10O5
Структурная формула
Классификация	гексоза альдоза в циклической форме – пираноза	гексоза кетоза в циклической форме — фураноза	пентоза альдоза в циклической форме – фураноза

Глюкоза

Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).

Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.

Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя  циклическими формами —   α и β   и  линейной  формой:

Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

• Реакция «серебряного зеркала»

• Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

• Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

• Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.

Концентрированная азотная кислота окисляет не только альдегидную группу, но и гидроксогруппу на другом конце углеродной цепи.

• Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

• Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

          Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

          Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

• Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

Простые эфиры глюкозы получили название гликозидов.

В более жестких условиях  (например, с CH₃-I)  возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

Например, β-D-глюкоза реагирует с уксусным ангидридом в соотношении 1:5 с образованием пентаацетата глюкозы  (β-пентаацетил-D-глюкозы):

Получение глюкозы

Гидролиз крахмала

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n  →  C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза

 Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

                                                                                                       глюкоза   фруктоза

Мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁

Это дисахарид, состоящий из двух остатков  α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и  вступает в реакции, характерные для альдегидов.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆

Полисахариды

  Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. 

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C₆H₁₀O₅)_n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

  Амилопектин имеет разветвленное  строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

• Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

Запись полного гидролиза крахмала без промежуточных этапов:

• Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

• Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Свойства целлюлозы

• Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в  звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

• Гидролиз целлюлозы.

    Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.