Hur fungerar ämnesomsättningen inuti en person?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Den första cellen kunde inte överleva om det inte vore för det speciella "klimat" av liv som skapats av havet. På samma sätt skulle var och en av de hundratals biljoner celler som utgör människokroppen dö utan blod och lymfa. Under de miljontals år som gått sedan livet dök upp har naturen utvecklat ett internt transportsystem som är oändligt mycket mer originellt, effektivt och tydligare kontrollerat än något transportmedel som någonsin skapats av människan.

Faktum är att blod består av en mängd olika transportsystem. Plasma, till exempel, fungerar som ett vehikel för blodkroppar, inklusive erytrocyter, leukocyter och blodplättar, som flyttar till olika delar av kroppen efter behov. I sin tur är röda blodkroppar ett sätt att transportera syre till celler och koldioxid från celler.

Flytande plasma bär i löst form många andra ämnen, såväl som sina egna komponenter, som är extremt viktiga för kroppens vitala processer. Förutom näringsämnen och avfall, bär plasma värme, ackumulerar eller avger den efter behov och upprätthåller därmed en normal temperaturregim i kroppen. Denna miljö bär många av de viktigaste skyddande ämnena som skyddar kroppen från sjukdomar, såväl som hormoner, enzymer och andra komplexa kemiska och biokemiska ämnen som spelar en mängd olika roller.

Modern medicin har ganska korrekt information om hur blod utför de angivna transportfunktionerna. När det gäller andra mekanismer är de fortfarande föremål för teoretisk spekulation, och några har utan tvekan ännu inte upptäckts.

Det är välkänt att varje enskild cell dör utan en konstant och direkt tillförsel av väsentliga material och inte mindre brådskande bortskaffande av giftigt avfall. Detta innebär att "transporten" av blod måste vara i direkt kontakt med alla dessa många biljoner "klienter", för att tillgodose behoven hos var och en av dem. Storleken av denna uppgift trotsar verkligen mänsklig fantasi!

I praktiken utförs lastning och lossning i denna stora transportorganisation genom mikrocirkulation - kapillärsystem … Dessa små kärl penetrerar bokstavligen varje vävnad i kroppen och närmar sig cellerna på ett avstånd av högst 0, 125 millimeter. Således har varje cell i kroppen sin egen tillgång till livets flod.

Kroppens mest akuta och konstanta behov är syre. En person, lyckligtvis, behöver inte ständigt äta, eftersom de flesta av de näringsämnen som är nödvändiga för ämnesomsättningen kan ackumuleras i olika vävnader. Situationen är annorlunda med syre. Detta livsviktiga ämne ackumuleras i kroppen i försumbara mängder, och behovet av det är konstant och brådskande. Därför kan en person inte sluta andas i mer än några minuter - annars kommer det att orsaka de allvarligaste konsekvenserna och döden.

För att möta detta akuta behov av konstant tillförsel av syre har blod utvecklat ett extremt effektivt och specialiserat tillförselsystem som använder erytrocyter, eller röda blodceller … Systemet är baserat på en fantastisk egenskap hemoglobinatt absorbera i stora mängder, och sedan omedelbart ge upp syre. I själva verket bär hemoglobinet i blodet sextio gånger mer än den mängd syre som kan lösas i den flytande delen av blodet. Utan detta järnhaltiga pigment skulle det ta cirka 350 liter blod för att tillföra syre till våra celler!

Men denna unika egenskap att absorbera och överföra stora volymer syre från lungorna till alla vävnader är bara en sida av det verkligt ovärderliga bidrag som hemoglobin ger till det operativa arbetet i blodtransportsystemet. Hemoglobin transporterar också stora mängder koldioxid från vävnaderna till lungorna och deltar på så sätt i både det inledande och sista stadiet av oxidationen.

När man byter syre mot koldioxid använder kroppen de karakteristiska egenskaperna hos vätskor med fantastisk skicklighet. Vilken vätska som helst - och gaser i detta avseende beter sig som vätskor - tenderar att röra sig från ett högtrycksområde till ett lågtrycksområde. Om gasen finns på båda sidor av det porösa membranet och på ena sidan av det är trycket högre än på den andra, då penetrerar den genom porerna från högtrycksområdet till den sida där trycket är lägre. Och på liknande sätt löser sig en gas i en vätska endast om trycket av denna gas i den omgivande atmosfären överstiger gasens tryck i vätskan. Om trycket på gasen i vätskan är högre, forsar gasen ut ur vätskan till atmosfären, vilket till exempel händer när en flaska champagne eller kolsyrat vatten urkorkas.

Tendensen hos vätskor att flytta till ett område med lägre tryck förtjänar särskild uppmärksamhet, eftersom det är relaterat till andra aspekter av blodtransportsystemet och spelar också en roll i ett antal andra processer som förekommer i människokroppen.

Det är intressant att spåra syrets väg från det ögonblick vi andas in. Inandad luft, rik på syre och som innehåller en liten mängd koldioxid, kommer in i lungorna och når ett system av små säckar som kallas alveoler … Väggarna i dessa alveoler är extremt tunna. De består av ett litet antal fibrer och det finaste kapillärnätet.

I kapillärerna som utgör väggarna i alveolerna strömmar venöst blod in i lungorna från högra hjärtats halva. Detta blod är mörkt till färgen, dess hemoglobin, nästan berövat syre, är mättat med koldioxid, som kom som avfall från kroppens vävnader.

Ett anmärkningsvärt dubbelutbyte sker i det ögonblick då luft, rik på syre och nästan fri från koldioxid, i alveolerna kommer i kontakt med luft rik på koldioxid och nästan utan syre. Eftersom koldioxidtrycket i blodet är högre än i alveolerna kommer denna gas in i lungornas alveoler genom kapillärväggarna, som vid utandning tar ut den i atmosfären. Syretrycket i alveolerna är högre än i blodet, så livsgasen tränger omedelbart genom kapillärernas väggar och kommer i kontakt med blodet, vars hemoglobin snabbt absorberar det.

Blodet, som har en klar röd färg på grund av syre, som nu mättar hemoglobinet hos röda blodkroppar, går tillbaka till vänster hjärtahalva och pumpas därifrån in i den systemiska cirkulationen. Så snart det kommer in i kapillärerna, pressar röda blodkroppar bokstavligen "i bakhuvudet" genom deras smala lumen. De rör sig längs celler och vävnadsvätskor, som under det normala livet redan har förbrukat sin förråd av syre och nu innehåller en relativt hög koncentration av koldioxid. Syre byts ut mot koldioxid igen, men nu i omvänd ordning.

Eftersom syretrycket i dessa celler är lägre än i blodet avger hemoglobin snabbt sitt syre, som tränger in genom kapillärernas väggar in i vävnadsvätskor och sedan in i celler. Samtidigt rör sig högtryckskoldioxid från cellerna in i blodet. Utbytet sker som om syre och koldioxid rörde sig i olika riktningar genom svängdörrar.

Under denna process av transport och utbyte släpper blod aldrig ut allt syre eller all koldioxid. Även venöst blod behåller en liten mängd syre, och koldioxid finns alltid i syresatt artärblod, om än i en obetydlig mängd.

Även om koldioxid är en biprodukt av cellulär metabolism, är det också nödvändigt för att upprätthålla liv. En liten mängd av denna gas löses i plasma, en del av den är associerad med hemoglobin, och en viss del i kombination med natrium bildar natriumbikarbonat.

Natriumbikarbonat, som neutraliserar syror, produceras av själva organismens "kemiska industri" och cirkulerar i blodet för att upprätthålla den vitala syra-basbalansen. Om surheten i människokroppen stiger under en sjukdom eller under påverkan av något irriterande, ökar blodet automatiskt mängden cirkulerande natriumbikarbonat för att återställa den önskade balansen.

Syretransportsystemet i blodet är nästan aldrig inaktivt. En överträdelse bör dock nämnas, som kan vara extremt farlig: hemoglobin kombineras lätt med syre, men ännu snabbare absorberar det kolmonoxid, som absolut inte har något värde för vitala processer i celler.

Om det finns en lika stor volym av syre och kolmonoxid i luften, kommer hemoglobin för en del av det syre som kroppen verkligen behöver tillgodogöra sig 250 delar helt värdelös kolmonoxid. Därför, även med en relativt låg halt av kolmonoxid i atmosfären, mättas hemoglobinvehiklar snabbt med denna värdelösa gas, vilket berövar kroppen på syre. När tillförseln av syre sjunker under den nivå som krävs för att celler ska överleva, inträffar döden från den så kallade utbrändheten.

Bortsett från denna yttre fara, från vilken inte ens en absolut frisk person är försäkrad, verkar syretransportsystemet som använder hemoglobin med tanke på dess effektivitet vara toppen av perfektion. Detta utesluter naturligtvis inte möjligheten till förbättring i framtiden, varken genom pågående naturligt urval eller genom medvetna och målmedvetna mänskliga ansträngningar. Till slut tog naturen förmodligen minst en miljard år av misstag och misslyckanden innan den skapade hemoglobin. Och kemi som vetenskap har funnits i bara några århundraden!

* * *

Transporten av näringsämnen - matsmältningens kemiska produkter - med blodet är lika viktig som transporten av syre. Utan det skulle de metaboliska processer som föder livet stoppas. Varje cell i vår kropp är en slags kemisk växt som behöver konstant påfyllning av råvaror. Andning tillför syre till cellerna. Maten förser dem med grundläggande kemiska produkter - aminosyror, sockerarter, fetter och fettsyror, mineralsalter och vitaminer.

Alla dessa ämnen, såväl som syret med vilket de kombineras i processen för intracellulär förbränning, är de viktigaste komponenterna i den metaboliska processen.

Som känt, ämnesomsättning, eller metabolism, består av två huvudprocesser: anabolismoch katabolism, skapande och förstörelse av kroppsämnen. I den anabola processen genomgår enkla matsmältningsprodukter som kommer in i cellerna kemisk bearbetning och förvandlas till ämnen som är nödvändiga för kroppen - blod, nya celler, ben, muskler och andra ämnen som är nödvändiga för liv, hälsa och tillväxt.

Katabolism är processen för förstörelse av kroppsvävnader. Påverkade och utslitna celler och vävnader som förlorat sitt värde, värdelösa, bearbetas till enkla kemikalier. Antingen ackumuleras de och används sedan igen i samma eller liknande form – precis som hemoglobinets järn används igen för att skapa nya röda blodkroppar – eller så förstörs de och utsöndras från kroppen som avfall.

Energi frigörs vid oxidation och andra kataboliska processer. Det är denna energi som får hjärtat att slå, gör att en person kan utföra andningsprocesser och tugga mat, springa efter den utgående spårvagnen och utföra otaliga fysiska handlingar.

Som framgår även av denna korta beskrivning är metabolism en biokemisk manifestation av livet självt; transporten av ämnen som är involverade i denna process hänvisar till funktionen hos blod och relaterade vätskor.

Innan näringsämnena från maten vi äter kan nå de olika delarna av kroppen måste de brytas ner genom processen matsmältningtill de minsta molekylerna som kan passera genom porerna i tarmmembranen. Märkligt nog anses matsmältningskanalen inte vara en del av kroppens inre miljö. Faktum är att det är ett enormt komplex av rör och tillhörande organ, omgivna av vår kropp. Detta förklarar varför kraftfulla syror fungerar i matsmältningskanalen, medan den inre miljön i kroppen måste vara alkalisk. Om dessa syror verkligen fanns i en persons inre miljö skulle de förändra det så mycket att det kunde leda till döden.

Under matsmältningsprocessen omvandlas kolhydrater i maten till enkla sockerarter, såsom glukos, och fetter bryts ner till glycerin och enkla fettsyror. De mest komplexa proteinerna omvandlas till aminosyrakomponenter, av vilka cirka 25 arter redan är kända för oss. Mat som bearbetas på detta sätt till dessa enklaste molekyler är redo att tränga in i kroppens inre miljö.

De tunnaste trädliknande utväxterna, som är en del av slemhinnan som kantar den inre ytan av tunntarmen, levererar smält mat till blodet och lymfan. Dessa små utväxter, kallade villi, är sammansatta av ett centralt placerat ensamt lymfkärl och en kapillärslinga. Varje villi är täckt med ett enda lager av slemproducerande celler som fungerar som en barriär mellan matsmältningssystemet och kärlen inuti villi. Totalt finns det cirka 5 miljoner villi, belägna så nära varandra att det ger tarmens inre yta ett sammetslent utseende. Processen att assimilera mat bygger på samma grundläggande principer som assimileringen av syre i lungorna. Koncentrationen och trycket av varje näringsämne i tarmen är högre än i blodet och lymfan som strömmar genom villi. Därför tränger de minsta molekylerna som vår mat omvandlas till lätt genom porerna på ytan av villi och kommer in i de små kärlen som finns inuti dem.

Glukos, aminosyror och delar av fett tränger in i blodet i kapillärerna. Resten av fettet kommer in i lymfan. Med hjälp av villi assimilerar blodet vitaminer, oorganiska salter och mikroelement, såväl som vatten; en del av vattnet kommer in i blodomloppet och genom tjocktarmen.

Viktiga näringsämnen som transporteras av blodomloppet kommer in i portvenen och levereras direkt till lever, den största körteln och den största "kemiska växten" i människokroppen. Här bearbetas matsmältningsprodukterna till andra ämnen som är nödvändiga för kroppen, lagras i reserv eller skickas igen till blodet utan förändringar. Enskilda aminosyror, en gång i levern, omvandlas till blodproteiner som albumin och fibrinogen. Andra bearbetas till proteinämnen som är nödvändiga för tillväxt eller reparation av vävnader, medan resten i sin enklaste form skickas till kroppens celler och vävnader, som plockar upp dem och omedelbart använder dem efter deras behov.

En del av glukosen som kommer in i levern skickas direkt till cirkulationssystemet, som bär det i ett tillstånd löst i plasman. I denna form kan socker levereras till alla celler och vävnader som behöver en energikälla. Glukos, som kroppen inte behöver för tillfället, bearbetas i levern till ett mer komplext socker - glykogen, som lagras i levern i reserv. Så fort mängden socker i blodet sjunker under det normala, omvandlas glykogen tillbaka till glukos och kommer in i cirkulationssystemet.

Så tack vare leverns reaktion på signaler som kommer från blodet hålls innehållet av transportabelt socker i kroppen på en relativt konstant nivå.

Insulin hjälper cellerna att absorbera glukos och omvandla det till muskler och annan energi. Detta hormon kommer in i blodomloppet från cellerna i bukspottkörteln. Den detaljerade verkningsmekanismen för insulin är fortfarande okänd. Det är bara känt att dess frånvaro i mänskligt blod eller otillräcklig aktivitet orsakar en allvarlig sjukdom - diabetes mellitus, som kännetecknas av kroppens oförmåga att använda kolhydrater som energikällor.

Cirka 60% av det smälta fettet kommer in i levern med blodet, resten går till lymfsystemet. Dessa fettämnen lagras som energireserver och används i några av de mest kritiska processerna i människokroppen. Vissa fettmolekyler är till exempel involverade i bildandet av biologiskt viktiga ämnen som könshormoner.

Fett verkar vara det viktigaste fordonet för energilagring. Cirka 30 gram fett kan generera dubbelt så mycket energi som en lika stor mängd kolhydrater eller proteiner. Av denna anledning omvandlas överskott av socker och protein som inte utsöndras från kroppen till fett och lagras som en reserv.

Vanligtvis deponeras fett i vävnader som kallas fettdepåer. Eftersom ytterligare energi behövs kommer fett från depån in i blodomloppet och överförs till levern, där det bearbetas till ämnen som kan omvandlas till energi. I sin tur kommer dessa ämnen från levern in i blodomloppet, som för dem till celler och vävnader, där de används.

En av de största skillnaderna mellan djur och växter är djurens förmåga att effektivt lagra energi i form av tätt fett. Eftersom tätt fett är mycket lättare och mindre skrymmande än kolhydrater (huvudförrådet av energi i växter), är djur bättre lämpade för rörelse - de kan gå, springa, krypa, simma eller flyga. De flesta av de växter som är böjda under bördan av reserver är kedjade till ett ställe på grund av deras lågaktiva energikällor och ett antal andra faktorer. Det finns givetvis undantag, varav de flesta avser mikroskopiskt små marina växter.

Tillsammans med näringsämnen för blodet olika kemiska grundämnen till cellerna, samt de minsta mängderna av vissa metaller. Alla dessa spårämnen och oorganiska kemikalier spelar en avgörande roll i livet. Vi har redan pratat om järn. Men även utan koppar, som spelar rollen som en katalysator, skulle produktionen av hemoglobin vara svår. Utan kobolt i kroppen kan benmärgens förmåga att producera röda blodkroppar reduceras till farliga nivåer. Som ni vet behöver sköldkörteln jod, ben behöver kalcium och fosfor behövs för tänder och muskelarbete.

Blodet bär också hormoner. Dessa potenta kemiska reagenser kommer in i cirkulationssystemet direkt från de endokrina körtlarna, som tillverkar dem från råvaror som erhållits från blod.

Varje hormon (det här namnet kommer från det grekiska verbet som betyder "att excitera, att framkalla"), uppenbarligen, spelar en speciell roll i hanteringen av en av kroppens vitala funktioner. Vissa hormoner är förknippade med tillväxt och normal utveckling, medan andra påverkar mentala och fysiska processer, reglerar ämnesomsättning, sexuell aktivitet och en persons förmåga att fortplanta sig.

De endokrina körtlarna förser blodet med nödvändiga doser av de hormoner de producerar, som genom cirkulationssystemet tar sig till de vävnader som behöver dem. Om det sker ett avbrott i produktionen av hormoner, eller det finns ett överskott eller brist på sådana potenta ämnen i blodet, orsakar detta olika typer av anomalier och leder ofta till döden.

Människoliv beror också på blodets förmåga att avlägsna sönderfallsprodukter från kroppen. Om blodet inte klarade av denna funktion skulle personen dö av självförgiftning.

Som vi har noterat utsöndras koldioxid, en biprodukt av oxidationsprocessen, från kroppen genom lungorna. Övrigt avfall tas upp av blodet i kapillärerna och transporteras till njurarsom fungerar som stora filterstationer. Njurarna har cirka 130 kilometer rör som transporterar blod. Varje dag filtrerar njurarna cirka 170 liter vätska och separerar urea och annat kemiskt avfall från blodet. De senare koncentreras i cirka 2,5 liter urin som utsöndras per dag och avlägsnas från kroppen. (Små mängder mjölksyra såväl som urea utsöndras genom svettkörtlarna.) Den återstående filtrerade vätskan, cirka 467 liter per dag, återförs till blodet. Denna process att filtrera den flytande delen av blodet upprepas många gånger. Dessutom fungerar njurarna som en regulator av innehållet av mineralsalter i blodet, separerar och kasserar eventuellt överskott.

Det är också avgörande för människors hälsa och liv bibehålla kroppens vattenbalans … Även under normala förhållanden utsöndrar kroppen kontinuerligt vatten genom urin, saliv, svett, andetag och andra vägar. Vid vanlig och normal temperatur och luftfuktighet släpps cirka 1 milligram vatten ut var tionde minut per 1 kvadratcentimeter av huden. I öknarna på den arabiska halvön eller i Iran, till exempel, förlorar en person cirka 10 liter vatten varje dag i form av svett. För att kompensera för denna ständiga förlust av vatten måste vätska ständigt strömma in i kroppen, som kommer att föras genom blodet och lymfan och därigenom bidra till upprättandet av den nödvändiga balansen mellan vävnadsvätska och cirkulerande vätska.

Vävnader som behöver vatten fyller på sina reserver genom att få vatten från blodet som ett resultat av osmosprocessen. I sin tur får blod, som vi har sagt, vanligtvis vatten för transport från matsmältningskanalen och bär en färdig förråd som släcker kroppens törst. Om en person under en sjukdom eller olycka förlorar en stor mängd blod, försöker blodet ersätta förlusten av vävnad på bekostnad av vatten.

Blodets funktion för leverans och distribution av vatten är nära relaterad till kroppsvärmekontrollsystem … Den genomsnittliga kroppstemperaturen är 36,6 ° C. Vid olika tidpunkter på dagen kan den variera något hos individer och till och med hos samma person. Av någon okänd anledning kan kroppstemperaturen tidigt på morgonen vara en till en och en halv grad lägre än kvällstemperaturen. Men den normala temperaturen för varje person förblir relativt konstant, och dess plötsliga avvikelser från normen fungerar vanligtvis som en signal om fara.

Metaboliska processer som ständigt förekommer i levande celler åtföljs av frigöring av värme. Om det ackumuleras i kroppen och inte tas bort från det, kan den inre kroppstemperaturen bli för hög för normal funktion. Som tur är, samtidigt som värmen byggs upp tappar kroppen också en del av den. Eftersom lufttemperaturen vanligtvis är under 36,6 ° C, det vill säga kroppstemperatur, lämnar värme, som penetrerar genom huden in i den omgivande atmosfären, kroppen. Om lufttemperaturen är högre än kroppstemperaturen avlägsnas överskottsvärme från kroppen genom svett.

Vanligtvis utsöndrar en person i genomsnitt cirka tre tusen kalorier per dag. Om han överför mer än tre tusen kalorier till miljön, sjunker hans kroppstemperatur. Om mindre än tre tusen kalorier släpps ut i atmosfären stiger kroppstemperaturen. Värmen som genereras i kroppen måste balansera mängden värme som avges till omgivningen. Regleringen av värmeväxlingen är helt anförtrodd blodet.

Precis som gaser rör sig från ett högtrycksområde till ett lågtrycksområde, riktas värmeenergi från ett varmt område till ett kallt område. Kroppens värmeväxling med omgivningen sker alltså genom sådana fysiska processer som strålning och konvektion.

Blod absorberar och transporterar bort överskottsvärme på ungefär samma sätt som vatten i en bils kylare absorberar och transporterar bort överskottsvärme från motorn. Kroppen utför denna värmeväxling genom att ändra volymen av blod som strömmar genom hudkärlen. En varm dag vidgas dessa kärl och en större volym blod flödar till huden än vanligt. Detta blod transporterar bort värme från en persons inre organ, och när det passerar genom hudens kärl, strålar värmen ut i en svalare atmosfär.

I kallt väder drar hudens kärl ihop sig, vilket minskar volymen av blod som tillförs kroppens yta, och värmeöverföringen från de inre organen minskar. Detta sker i de delar av kroppen som är gömda under kläder och skyddade från kyla. Men kärlen i utsatta områden av huden, såsom ansikte och öron, vidgas för att skydda dem från kylan med ytterligare värme.

Två andra blodmekanismer är också involverade i att reglera kroppstemperaturen. Under varma dagar drar mjälten ihop sig och släpper ut ytterligare en del blod i cirkulationssystemet. Som ett resultat rinner mer blod till huden. Under den kalla årstiden expanderar mjälten, vilket ökar blodreserven och därigenom minskar mängden blod i cirkulationssystemet, så att mindre värme överförs till kroppsytan.

Strålning och konvektion som medel för värmeväxling fungerar endast i de fall då kroppen avger värme till en kallare miljö. Under mycket varma dagar, när lufttemperaturen överstiger normal kroppstemperatur, överför dessa metoder endast värme från en varm miljö till en mindre uppvärmd kropp. Under dessa förhållanden räddar svettning oss från överdriven överhettning av kroppen.

Genom svettning och andning avger kroppen värme till omgivningen genom avdunstning av vätskor. I båda fallen spelar blod en nyckelroll för att leverera vätskor för avdunstning. Blodet som värms upp av kroppens inre organ avger en del av sitt vatten till ytvävnaderna. Det är så svett uppstår, svett frigörs genom hudens porer och avdunstar från dess yta.

En liknande bild observeras i lungorna. Under mycket varma dagar ger blodet, som passerar genom alveolerna, tillsammans med koldioxid, en del av vattnet. Detta vatten frigörs vid utandning och avdunstar, vilket hjälper till att avlägsna överskottsvärme från kroppen.

På dessa och många andra sätt, som ännu inte är helt klara för oss, tjänar transporten av Livets flod en person. Utan hans energiska och eminent organiserade tjänster skulle de många biljoner celler som utgör människokroppen kunna förfalla, försvinna och så småningom förgås.