Обмен липидов в норме и при ожирении

КАФЕДРА БИОЛОГИИ И СПОРТА 
 
 

Реферат по дисциплине «Биохимия мышечной деятельности»  на тему: 

ОБМЕН ЛИПИДОВ В НОРМЕ  И ПРИ ОЖИРЕНИИ,

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЭТОГО ОБМЕНА  
 
 
 
 
 
 

Выполнил:  
 
 
 
 
 

Киев - 2011

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ

1. ХИМИЯ ЛИПИДОВ
0. 1.1 Понятие об общих липидах и их фракциях
0. 1.2 Простые липиды

   1.3 Сложные липиды

   2  Физиология липидного  обмена

3   ПАТОЛОГИЯ ОБМЕНА

4    ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ НА ОБМЕН ЖИРОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 

ВВЕДЕНИЕ 

      Биохимия  как наука о молекулярных основах жизни изучает состав, структуру и функции веществ живого организма; особенности их превращений в различных органах и тканях; биохимическую основу и механизм передачи генетической информации, т.е. сущность процесса воспроизводства; регуляцию биохимических процессов. Медицинская наука и практика, а также связанные с ней дисциплины могут успешно развиваться только при широком использовании данных биохимии.

      Любой вид мышечной деятельности (напряженные  спортивные тренировки или оздоровительная физкультура, профилактические или реабилитационные упражнения) связаны с ускорением обмена веществ и энергии в тканях организма. Метаболические изменения во время мышечной активности, как и эффективность выполнения работы, значительно зависят от достаточного содержания в скелетных мышцах и других тканях организма питательных веществ (углеводов, жиров и белков), воды и минералов, витаминов, а также поступления в клетки кислорода и других необходимых веществ, которое обеспечивается их своевременным насыщением за счет рационального питания или специальных препаратов. Мышечная деятельность может привести к накоплению продуктов обмена веществ, истощению энергетического запаса, что приводит к снижению физической трудоспособности, развитию утомления или отказу от работы.

      Систематические физические тренировки улучшают метаболические и энергетические возможности организма  человека: аэробные, которые обеспечивают выполнение работы на выносливость, и  анаэробные, которые улучшают скоростно-силовые  способности. 
 
 

1. ХИМИЯ ЛИПИДОВ
0.   1.1 Понятие об общих липидах и их фракциях

      Термином  «липиды» называют большую группу разнообразных  соединений, которым присущи плохая растворимость в воде и способность  экстрагироваться органическими растворителями.

      Содержание  липидов в организме человека составляет в среднем 10-20% от массы тела. Липиды можно условно разделить на два вида: протоплазматические и резервные. Протоплазматические (конституционные) входят в состав всех органов и тканей. Они составляют примерно 25% всех липидов организма и практически остаются на одном уровне в течение всей жизни. Резервные липиды запасаются в организме и количество их меняется в зависимости от различных факторов.

      Биологическое значение липидов в организме  велико. Так, они обнаружены в составе всех органов и тканей. Наибольшее количество (от 90%) содержится в жировой ткани. В мозге липиды составляют половины массы органа. Липиды в комплексе с белками составляют основу мембран клеток, благодаря чему они участвуют в регуляции деятельности гормонов, ферментов, процессах биологического окисления, транспорта различных веществ и других функциях. Липиды на 25-30% обеспечивают организм энергией: окисление 1 г жира дает 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии, что в 2 раза больше, чем дают белки или углеводы. Липиды, откладываясь в депо (подкожная клетчатка, брыжейка, околопочечная капсула), служат запасной формой питательных веществ. Кроме того, липиды участвуют в терморегуляции, предохраняют кожу от высыхания, защищают органы от сотрясений, являются источником ненасыщенных высших жирных кислот – витамина F, одного из незаменимых факторов питания.

      Различают простые и сложные липиды. 
 

      1.2 Простые липиды 

      К этой группе относятся вещества, представляющие собой сложные эфиры спиртов  и высших жирных кислот. Из спиртов  в составе липидов имеются: глицерин, состоящий из трех углеродных атомов, олеиновый спирт, имеющийся в составе 16 углеродных атомов, и циклический спирт – холестерин.

      Триацилглицерины (ТАГ)  (триглицериды, нейтральные  жиры). Являются сложными эфирами глицерина и трех молекул высших жирных кислот.

      В зависимости от состава жирных кислот триацилглицерины бывают простыми (имеют  одинаковые жирные кислоты) и сложными (имеют в молекуле разные жирные кислоты).

      В зависимости от пола, возраста и  питания состав триацилглицеринов организма меняется. В жирах человека преобладают пальмитиновая, миристиновая и в меньшем количестве стеариновая кислота, а из ненасыщенных – олеиновая, линолевая и линоленовая.

      Физико-механические свойства липидов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Так, насыщенные жирные кислоты имеют высокую температуру плавления и соответственно животные жиры, состоящие в основном из этих кислот, плавятся при более высокой температуре. Жиры, в которых преобладают ненасыщенные кислоты (растительные масла), имеют более низкую температуру плавления. В организме человека триацилглицерины находятся в растворенном состоянии. Ненасыщенные жирные кислоты, имеющие в своем составе двойные связи, более легко  вступают в реакции, чем насыщенные.

      Воска. Представляют собой сложные эфиры высших одноатомных длинноцепочных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот. Это твердые вещества. Они выполняют в основном защитные функции: ланолин у человека предохраняет волосы и кожу от воздействия воды.

      Стерины. Это группа высокомолекулярных циклических спиртов, образующих с жирными кислотами сложные эфиры и стериды. Представителем стеринов является холестерин, впервые выделенный из желчных камней Э.Конради еще в XVII веке. Холестерин является кристаллическим нерастворимым в воде веществом, способным растворяться в органических растворителях. В организме холестерин выполняет важные функции: является предшественником многих биологически важных соединений (стероидных гормонов, желчных кислот, витамина D), входит в состав клеточных мембран, повышает устойчивость эритроцитов к гемолизу, служит своеобразным изолятором для нервных клеток, обеспечивая проведение нервных импульсов. В крови содержатся как свободный, так и эфиросвязанный холестерин, концентрация которого примерно в 3 раза выше свободного. Содержание общего холестерина составляет 2,97-8,79 ммоль/л (29-85 мг%). 

      1.3 Сложные липиды 

      Сюда  отнесена большая группа соединений, в состав которых наряду со спиртами и высшими жирными кислотами  входят и другие вещества: фосфорная и серная кислоты, моносахариды и их производные, азотистые основания и некоторые другие.

      Фосфолипиды (фосфатиды). Это название объединяет большое число липидов, имеющих в своем составе фосфорную кислоту. Кроме того, в их молекулах присутствуют спирты, жирные кислоты, азотистые основания и др. соединения. Фосфолипиды имеют важное значение для организма: составляют основу биологических мембран, содержатся в большом количестве в нервной ткани (ткань мозга на 60-70% состоит из фосфолипидов), их много в печени, сердце. Активация протромбина, биосинтез белка, транспорт жирных кислот в крови и многие другие функции выполняют эти соединения.

      Гликолипиды. Являются сложными соединениями липидов с углеводами. Липиды представлены жирными кислотами с большим числом углеродных атомов (24 и более), а углеводы – гексозаминами и сиаловыми кислотами. В зависимости от химического состава выделяют группу цереброзидов и ганглиозидов. Они входят в большом количестве в состав ткани мозга и нервных волокон. Ганглиозидам приписывают способность восстанавливать электровозбудимость мозга и обезвреживать бактериальные токсины (столбняка, дифтерита).

      Среди сложных липидов определенный интерес  представляют липопротеиды – комплексы  липидов с белками. По строению это небольшого размера (150-200 нм) сферические частицы, наружная оболочка которых образована белками (что позволяет им передвигаться по крови), а внутренняя часть – липидами и их производными. Основная функция липопротеидов – транспорт по крови липидов.  

      2  Физиология липидного обмена 

      Физиологическая роль липидов в организме многообразна. Жирные кислоты используются как  энергетический и строительный материал для нейтральных жиров, фосфолипидов, сфинголипидов, эфиров холестерина  и др.

      Важную  группу ненасыщенных жирных кислот составляют простагландины. Они обладают высокой биологической активностью. Их действие можно сравнить с действием гормонов и медиаторов (веществ, участвующих в передаче нервного возбуждения). Простагландины влияют на скорость кровотока в капиллярах, сократимость гладкой мускулатуры матки и желудочно-кишечного тракта, агрегацию (склеивание) тромбоцитов, участвуют в воспалительных реакциях организма. Изучение этих веществ чрезвычайно важно в целях диагностики целого ряда заболеваний и использования в качестве лекарственных препаратов.

      Триацилглицерины  входят в состав цитоплазмы клеток (протоплазматический жир). Они содержатся, главным образом, в форме запасного  или резервного жира в подкожной  жировой клетчатке, сальниках, околопочечной  жировой капсуле. Представляют собой наиболее концентрированный источник энергии. При окислении 1 г нейтрального жира образуется 38,94 кДж (9,3 ккал), что более чем в 2 раза превышает энергетическую ценность углеводов и белков. Кроме того, при окислении жиров образуется достаточно много воды, поэтому резервный жир можно считать своеобразной формой запаса воды в организме.

      Фосфолипиды и сфинголипиды являются основными  компонентами клеточных мембран, они  обеспечивают проницаемость и активный перенос через мембрану в клетку веществ, нерастворимых в воде. В большом количестве содержатся в нервной ткани (в миелиновом волокне нерва составляют до 60% сухой массы). Фосфолипидами богата печень, где они образуются из триацилглицеринов и азотистых оснований (холин, этаноламин и др.) при участии АТФ.

      К сфинголипидам относятся ганглиозиды  и цереброзиды – вещества, содержащиеся в большом количестве в нервной  ткани, печени и селезенке. В их состав входят аминоспирт и жирные кислоты, содержащие длинную цепочку атомов углерода, а также глюкоза, галактоза и сиаловые кислоты.

      К группе стероидов относятся холестерин и его производные, содержащиеся в большом количестве в печени и нервной ткани. Холестерин синтезируется из ацетил-КоА в печени. Он является структурным компонентом клеточных мембран. Из него образуются желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны, гормоны коры надпочечников и витамин D при ультрафиолетовом облучении.

      Транспортной  формой липидов крови являются липопротеиды. Жиры циркулируют в кровеносном  русле только в связи с белком. 
 

      Жиры, поступающие с пищей в организм, служат источником незаменимых ненасыщенных жирных кислот и жирорастворимых  витаминов.

      Основное  место переваривания пищевых  липидов – тонкий кишечник. Поступающие  с желчью в просвет двенадцатиперстной кишки желчные кислоты – таурохолевая и гликохолевая – эмульгируют жиры и активируют липазу. Панкреатическая липаза гидролизует жиры с образованием глицерина и жирных кислот. Эстеразы осуществляют гидролиз эфиров холестерина с образованием холестерина и жирных кислот. Фосфолипазы гидролизуют фосфолипиды до глицерина, жирных кислот, азотистых оснований и остатков фосфорной кислоты. Продукты расщепления липидов всасываются в тонком кишечнике. Глицерин, азотистые основания и фосфорная кислота, как растворимые в воде, легко всасываются в клетки слизистой оболочки кишечника. Нерастворимые в воде жирные кислоты образуют комплекс с желчными кислотами (холеиновый комплекс), который способен пройти через стенку слизистой оболочки кишечника. При помощи ферментных систем холеиновый комплекс распадается, освободившиеся жирные кислоты соединяются с глицерином и происходит ресинтез триацилглицеринов (нейтральных жиров). Холестерин, жирорастворимые витамины, некоторые стероидные гормоны всасываются в кишечнике тоже с помощью желчных кислот.

      Осуществив  перенос, освободившиеся желчные кислоты  с током в крови по воротной вене возвращаются в печень и вновь  выделяются с желчью в двенадцатиперстную кишку. В этом круговороте часть желчных кислот теряется с калом в относительно небольших количествах.

      Из  слизистой оболочки кишечника продукты расщепления пищевых жиров поступают  в лимфу, а отсюда в кровь через  грудной лимфатический проток. Как  уже отмечалось, липиды практически  нерастворимы в воде. Они транспортируются кровью в виде хиломикронов, представляющих собой частицы диаметром около 1 мкм и состоящих из липидов и белка. Поступающие в кровь триацилглицерины в форме хиломикронов приносятся в печень и жировую ткань. В жировой ткани происходит отложение (депонирование) жира, который служит запасным источником энергии и в период голодания используется организмом для осуществления обменных процессов, необходимых для поддержания жизни.

      Для выяснения более тонких механизмов обмена липидов и связи его с обменом других веществ, необходимы краткие представления о превращениях липидов на клеточном уровне. На поверхности клеточных мембран фермент липопротеидлипаза гидролизует триацилглицерины на жировые кислоты и глицерин. Глицерин вовлекается клоетками в процессы биосинтеза углеводов и фосфолипидов. Жирные кислоты окисляются в митохондриях клеток до ацетал-КоА, который может быть использован:

1. в цикле трикарбоновых ислот с образованием большого количества энергии в виде АТФ и конечных продуктов (СО2 и Н2О);
2. для синтеза жирных кислот;
3. для синтеза холестерина;
4. в процессе образования кетоновых тел.

      Ацетил-КоА  может образовываться в клетках, как промежуточный продукт окисления  глюкозы и некоторых аминокислот. Следовательно, он является общим промежуточным продуктом белкового углеводного и жирового обменов. При этом становится ясным, почему при избыточном питании углеводной и белковой пищей в организме накапливается жир.

      Регуляция обмена липидов на уровне целостного организма осуществляется центральной нервной системой и железами внутренней секреции. Например, инсулин способствует синтезу жирных кислот и накоплению резервного жира. Гормоны надпочечников, гипофиза и глюкагон вызывают мобилизацию жира из депо и его окисление. Центральная нервная система осуществляет согласованность действия гормонов. У здорового человека при нормальном питании существует динамическое равновесие процессов синтеза и распада липидов, при этом резервные липиды непрерывно используются, а вновь образованные депонируются.

      3  ПАТОЛОГИЯ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА 

      Нормальное  содержание общих липидов в сыворотке  крови составляет 4-8 г/л. Увеличение общих липидов называется гиперлипемией.

      Как физиологическое явление гиперлипемия наблюдается после приема пищи через 1-4 ч. Высокое содержание липидов отмечается при сахарном диабете и голодании, когда гиперлипемия вызвана усиленной мобилизацией из жировых депо жира, необходимого для утоления «энергетического голода» клеток организма. Особенно высоких цифр достигают липиды сыворотки крови при липоидном нефрозе. При этом заболевании отмечается появление липидов в моче – липурия. При острых гепатитах гиперлипемия постоянное явление., особенно в период появления желтухи. Гиперлипемией сопровождается микседема (гипофункция щитовидной железы).

      Уменьшение содержания липидов сыворотки крови – гиполипемия – отмечается при тяжелых поражениях печени (циррозах) и при гипертиреозе вследствие повышенного окисления жиров.

      Триацилглицерины (нейтральные жиры) – нормальное содержание в сыворотке крови  составляет 0,27-1,65 ммоль/л. Увеличение их содержания наблюдается при ожирении, нефрозе, диабете, атеросклерозе, гипофункции щитовидной железы параллельно с увеличением общих липидов.

      Фосфолипиды – нормальное содержание в сыворотке  крови составляет 1,9-4,9 ммоль/л. Повышенное содержание фосфолипидов отмечается при тех же заболеваниях, которые сопровождаются увеличением триацилглицеринов. Уменьшением уровня фосфолипидов сопровождаются тяжелые формы острого гепатита и жировая дистрофия печени, так как именно в печени происходит образование фосфолипидов.

      Холестерин  – чрезвычайно важный компонент  липидной фракции. Его содержание в  сыворотке крови зависит от возраста. У детей составляет 3,6-3,9 ммоль/л, у пожилых людей – 3,9-6,5 ммоль/л. Увеличение содержания холестерина – гиперхолестеринемия – наблюдается при диабете, липоидном нефрозе, атеросклерозе, механической желтухе, гипофункции щитовидной железы. Особенно высокое содержание холестерина отмечается при наследственной гиперхолистеринемии, когда нарушены процессы регуляции синтеза и распада холестерина.

      Снижение  содержания холестерина – гипохолестеринемия сопровождает острый панкреатит, острые инфекционные заболевания, туберкулез легких, гиперфункцию щитовидной железы. Особую диагностическую ценность имеет  определение холестерина при гепатитах. В начальной стадии заболевания содержание холестерина увеличивается, а затем падает ниже нормы. Нормальное содержание эфиров холестерина в сыворотке крови составляет около 40% от общего холестерина.

      Нарушение обмена холестерина служит причиной накопления и неустойчивости его в растворе желчи, вследствие чего может наблюдаться образование холестериновых камней. Определению холестерина придается большое значение при диагностике атеросклероза. В стенках пораженных сосудов отмечается избыточное отложение холестерина, вследствие чего уменьшается их просвет и нарушается кровоснабжение органов и тканей. При этом заболевании наблюдается изменение в составе липидных фракций, главным образом, липопротеидов.

      Большую диагностическую ценность представляет отределение отношения фосфолипидов к холестерину, которое в норме составляет 1,5:1. При атеросклерозе, гипертонической болезни, тяжелых формах острого гепатита наблюдается уменьшение соотношения фосфолипиды/холестерин. Систематические аэробные физические упражнения ускоряют выведение холестерина из организма и предупреждают быстрое развитие атеросклероза.

      Большое значение в обмене жиров имеет  сбалансированность процессов депонирования резервных жиров и их мобилизации. Эти процессы в значительной мере зависят от регуляторного действия нервной и гормональной систем и уровня глюкозы в крови. Излишнее накопление липидов приводит к ожирению организма. Превышение оптимальной массы тела на 15-20% диагностируется как ожирение, которое часто наблюдается при излишнем употреблении еды, которая содержит много жиров и углеводов, а также малоподвижного образа жизни, т.е. при нарушении принципа сбалансированности поступления и использования энергии. Причинами ожирения также могут быть нарушения гормональных механизмов регуляции обмена жиров, нервной регуляции и наследственность. Из-за излишнего поступления липидов с пищей возможно перерождение тканей печени (жировая дистрофия).  
 

      4  ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ НА ОБМЕН ЖИРОВ 

      Физическая  активность имеет существенное значение не только для адаптации сердечной системы и двигательного аппарата к физической нагрузке, но и для обмена веществ. Поэтому физические упражнения – важное дополнение к разгрузочной диете. Мышца в покое потребляет преимущественно ненасыщенные жировые кислоты, а не глюкозу.

      При непродолжительном маховом движении в мышце быстро превышается потребление  энергии, черпаемой прежде всего  из АТФ и затем из глюкозы. При длительной мышечной работе возрастает использование жирных кислот (чем мышца мощнее, тем больше их потребление) как следующего, практически неисчерпаемого источника энергии. Конечно, оно зависит от запасов гликогена и, главное. От возможности доставки кислорода мышцам и печени.  В начале интенсивной мышечной работы сердце и легкие еще не приспособились к неожиданному увеличению потребления кислорода, дыхание не углубилось и пульс не участился. Мышца работает при так называемом кислородном долге: глюкоза не полностью окисляется до воды и двуокиси углерода, поскольку для этого требуется много кислорода. При недостатке кислорода метаболизм глюкозы происходит анаэробно, с образованием молочной кислоты, и накапливается в виде АТФ только незначительное количество энергии, заключенной в глюкозе. Такое сжигание глюкозы неэкономично. Молочная кислота может полностью окисляться в печени, которая получает больше кислорода, чем мышцы. В печени часть молочной кислоты в процессе обмена может снова перейти в глюкозу и током крови транспортироваться в мышцы, где снова превратится в молочную кислоту.

      Этот  цикл повторяется, пока в печени достаточно кислорода. Если же мышечная работа очень  интенсивная и кислород не попадает даже в печень, молочная кислота  накапливается в крови вместе с кетовеществами, образующимися  в результате неполного сгорания жирных кислот, и может вызывать излишнее окисление жиров крови. Это проявляется в чрезмерной усталости. При увеличении поступления кислорода энергетический баланс выравнивается (появляется так называемое второе дыхание) и метаболитический процесс продлевается.

      Для выполнения одной и той же деятельности нетренированные люди нуждаются  в большем количестве энергии, чем  тренированные. У тренированных  обмен веществ осуществляется экономичнее, повышается анаэробная или аэробная мощность.

      У нетренированных при интенсивной физической нагрузке повышается выделение кортизона и в результате увеличивается образование глюкозы их белков. У тренированных, напротив, под влиянием мышечной работы происходит прирост белков (прежде всего в мышцах, но также и в печени).

      Итак, физическая нагрузка повышает расход энергии, а следовательно, и увеличивает сгорание питательных веществ. Выгодно, когда физическая нагрузка, становясь частью разгрузочного режима, носит аэробный характер, является интенсивной и достаточно продолжительной, чтобы сгорело как можно больше энергетических запасов, будь то жирные кислоты или глюкоза. 

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

      Жиры  выполняют в организме разнообразные  и сложные физиологические функции. Они являются концентрированным  источником энергии, давая ее в 2,2 раза больше, чем углеводы и белки. Важную биологическую роль жиры играют, оказывая стимулирующее влияние на ЦНС. В состав пищевых жиров входят ценные витамины А, D, E, К, а также биологически активные вещества. При низком содержании или полном отсутствии жиров в рационе замедляется рост и снижается масса тела, нарушаются функции ЦНС, печени, почек, эндокринных желез, кожи. Избыточное потребление жиров оказывает отрицательное воздействие на организм и способствует ожирению. Поэтому важную роль играют физические нагрузки, ускоряющие и улучшающие обмен веществ в организме и предотвращающие накопление жировых отложений. .

      Таким образом, в данной работе было изложено понятие об общих липидах и  их фракциях, рассмотрен обмен липидов, обозначены виды патологий обмена жиров  и положительное влияние физических упражнений на липидный обмен. 
 
 
 

       СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Волков  Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности. – Киев, Олимпийская литература, 2000
2. Ермолаева М.В., Ильичева Л.П. Биологическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1989. – 320 с.
3. Любина А.Я., Ильичева Л.П., Катасонова Т.В., Петросова С.А. Клинические лабораторные исследования. – М.: Учебная литература, 1984. – 278 с.
4. Избавимся от лишнего веса: Пер. с чешск./ Шонка И., Стракова М., Шимсова Й., Жбиркова А. – М. Физкультура и спорт, 1987. – 208 с.