Регуляция пищевого поведения
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
Обмен веществ обеспечивает выполнение двух функций: пластическую и энергетическую, наиболее «нежной», легко повреждаемой из которых является энергетическая. Большинство процессов жизнедеятельности клеток совершается с использованием энергии. Она расходуется на поддержание целостности клеточных структур, сохранение ионных градиентов, обеспечения биосинтетических процессов, обеспечение специфических форм клеточной активности (сокращение, проведение нервного импульса, секрецию) и т.д. Универсальным источником энергии является АТФ. В клетках готовой АТФ относительно немного, поэтому она должна постоянно ресинтезироваться. Первый, безинерционный путь ресинтеза – КФ, который также содержится в клетке, но и его также немного. Поэтому, для поддержания жизнедеятельности клетки, а особенно тогда, когда она начинает выполнять свою функцию более активно, то встает необходимость ресинтезировать как АТФ, так и КФ. При поступлении кислорода это обеспечивается за счет митохондриального окисления, а в его отсутствии – путем гликолиза. И при прекращении доставки кислорода наиболее чувствительные клетки – нейроны погибают через 5-6 минут.
В процессе образования макроэргов часть энергии сразу выделяется в виде тепла - этопервичное тепло. После использования АТФ часть энергии трансформируется в тепло, называемое вторичным теплом.Валовая энергия, вырабатываемая организмом в единицу времени, является суммой внешней работы, потерь тепла и запасенной энергии. Исходя из этого, можно определить КПД клеток:
КПД = Внешн. раб. / Выраб. энерг. × 100% (8.1)
К примеру, КПД изолированной мышцы может достигать 35%, хотя в естественных условиях организма при мышечной работе этот показатель редко может превышать 25%.
Теоретически можно выделить три типа метаболических уровней клеток (рис. 8.1).
Рис. 99. Принципиальная схема метаболических состояний клеток (и организма в целом).
Уровень активности - интенсивность обменных процессов при выполнении специфической функции клетки (секреция, сокращение мышечных и т.д.). Уровень готовности - тот уровень метаболизма, который неактивная в данный момент клетка должна поддерживать для того, чтобы в любой момент быть готовой начать функционировать. Уровень поддержания целостности - тот минимум, который достаточен для сохранения клеточной структуры. Для последнего необходимо сохранить в клетке не менее 15% энергии уровня активности. При меньшем уровне энергии клетка погибнет. C некоторым приближением о таких же уровнях использования энергии можно говорить и для целостного организма. Так, например, если при интенсивной физической работе макроэргов будет израсходовано больше, чем этот критический уровень, то организм может не восстановиться и погибнуть (это одно из последствий применения допинга, задерживающего наступление утомления у спортсменов).
Израсходованные энергетические ресурсы организм должен постоянно восстанавливать за счет приема пищи. Поступающие с пищей белки, жиры, углеводы и другие соединения используются для восстановления структур организма и для восполнения энергетических затрат. Снижение интенсивности этих процессов или полное прекращение приводит к гибели данных структур. Причем в первую очередь организм страдает именно из-за нарушения энергетического обмена. Последнее необходимо учитывать при различного рода нарушениях обменных процессов, при отравлениях, затруднении доставки кислорода. Время сохранения жизнеспособности при нарушениях доставки энергии зависит от особенностей образования энергии в органах, относительного уровня метаболизма и филогенетической зрелости структур. Так, при полной ишемии головного мозга, где энергия образуется преимущественно за счет аэробных процессов, приблизительно через 10 с наступает потеря сознания, а через 3-8 мин в клетках коры возникают необратимые изменения. В других органах эти изменения возникают позднее: в сердце, почках через 30-40 мин, скелетных мышцах спустя 1-2 часа.
Питание
Поступающие в организм пищевые вещества должны покрывать конкретные энергетические затраты и служить пластическим материалом для самообновления структур организма. Белки, жиры и углеводы - вот те основные соединения, которые поступают с пищей. Каждое из них выполняет свои функции.
Голод, насыщение
С питанием связаны такие чувства, как жажда голод и насыщение. В связи с тем, что их возникновение не является функцией конкретных органов, они называются общими ощущениями (подобно усталости, половому влечению). Эти чувства возникают в результате процессов, происходящих в самом организме, хотя могут быть следствием влияния факторов окружающей среды. Они могут быть вызваны одним или несколькими адекватными стимулами. Такие стимулы воспринимаются соответствующими интероцепторами и обеспечивают возникновениемотиваций и состояния дискомфорта.
Голод- ощущение необходимости приема пищи, которое сопровождается сложным комплексом проявлений, включая не только реакцию органов пищеварения, но и мотивацию поиска пищи. Аппетит- желание приема пищи. Причем аппетит может сохраняться даже и после утоления голода. На аппетит оказывают сильное влияние эмоции, наличие привлекающих или, наоборот, отвлекающих стимулов. Сытость -ощущение, означающее отсутствие желания есть, появляющееся после приема пищи.
Субъективным проявлением голода является появление таких неприятных ощущений, как "сосание под ложечкой", "жжения", тошнота, иногда - головокружение, головная боль, общая слабость. В результате формируется поведение, направленное на устранение испытываемого дискомфорта. В связи с биологической значимостью ощущений голода и, особенно, жажды, связанных с обеспечением выживания особи, они должны удовлетворяться.
Хотя указанные мотивации являются врожденными, но в процессе жизни они могут модифицироваться. Это проявляется в способности подавлять их, правда, до определенной степени выраженности. Способность подавлять поведенческую реакцию тем больше, чем выше эволюционная организация животного, чем он становится взрослей. У человека потребление пищи и воды может приспосабливаться к конкретным меняющимся условиям существования. Так, обнаружено влияние на пищевое поведение температурного фактора. Повышение внешней температуры и температуры тела угнетает ощущение голода. Можно выделить механизмы кратковременной и долговременной адаптации. Последняя обусловлена соответствующим уровнем обменных процессов, поддержанием необходимого веса.
Регуляция пищевого поведения
Появление чувства голода связано с формированием возбуждения в соответствующих нервных центрах. В гипоталамусе обнаружены структуры, относимые к центрам голода и насыщения. Так, eсли животному ввести в центp голода (латеральные области гипоталамуса) электpоды и pаздpажать их, то pазовьется состояние полифагии: в связи с появлением чувства голода не только натощак, но и при полном желудке животное пpактически не будет отходить от коpмушки. Раздражение центpа насыщения (медиальные области гипоталамуса) приводит к отказу от принятия пищи даже при явном истощении животного (гипофагия).
Между латеральными и медиальными отделами гипоталамического центра существует тесное взаимодействие. Так, вентромедиальные ядра служат передаточным пунктом, объединяющим поток информации о насыщении. Разрушение этой области мешает восприятию сигналов насыщения, что приводит к перееданию и к ожирению. Информация о насыщении поступает в вентромедиальную часть, откуда исходят сигналы, тормозящие латеральные области. В латеральном отделе находятся нейроны, обеспечивающие интегрирование всех сложных зрительных, слуховых, обонятельных, тактильных, вкусовых и энтероцептивных рефлексов, связанных как с непосредственным приемом пищи, так и организацией ее поиска.
C гипоталамическим пищевым центром тесно связаны нейроны миндалин и корковые отделы лимбической системы. Возбуждение этих областей обеспечивает формирование соответствующих эмоций, сопровождающих чувства голода и насыщения. Совместная активность всех указанных отделов обеспечивает и начало поведенческой реакции, направленной на поиск пищи.
Возбуждение "пищевого центра" происходит под влиянием комплекса различных факторов. Они могут быть отнесены к трем группам:
· метаболиты крови,
· состояние пищеварительного канала,
· нейрогормональные механизмы.
Одним из механизмов, вызывающих ощущение голода, является сокращение пустого желудка, воспринимаемое механорецепторами стенки желудка (рис. 100). Это существенный, но далеко не единственный фактор, так как после денервации желудка или удаления его, чувство голода также появляется.
Состояние противоположное голоду - чувство насыщения связано также с раздражением рецепторов органов желудочно-кишечного тракта: ротовой полости, желудка, двенадцатиперстной кишки. Особенно существенную роль играет физическое наполнение желудка и двенадцатиперстной кишки, угнетающее центр голода. Нервные влияния передаются посредством эфферентов блуждающего и симпатического нерва. Гормон холецистокинин также ослабляет чувство голода.
Однако основные механизмы, обеспечивающие возникновение пищевой мотивации, а значит, и регуляцию потребления пищи, связаны с гуморальной регуляцией. Ведущая роль принадлежит концентрации в крови ряда метаболитов обмена и уровню гормонов, регулирующих их. Одним из таких метаболитов является глюкоза. В организме достаточно широко разбросаны глюкорецепторы. Они имеются в печени, желудке, тонком кишечнике, гипоталамусе. Особенно важны глюкорецепторы гипоталамуса. В нем имеются также pецептоpы жиpных кислот. Снижение в кpови уpовня глюкозы и жиpных кислот служит основой возникновения пищевой мотивации.
Причем, важное регулирующее значение принадлежит не самой глюкозе крови, а ее доступности для клеток организма. Поступление пищи в желудок, всасывание глюкозы, жирных кислот способствует торможению чувства голода - насыщению.
Рис. 100. Возникновение чувства голода и насыщения.
На нейроны гипоталамического пищевого центра оказывают влияние как нейромедиаторы, так и ряд гормонов. В этом плане одну из ведущих ролей играет гормон грелин. Это пептид, вырабатываемый секреторными железами желудка (вместе с соляной кислотой), воздействуя на указанные выше нервные центры, вызывает чувство голода. При голоде его концентрация в крови возрастает в 3-4 раза. Нарушение секреции грелина ведет к ожирению или, напротив, к истощению. Грелин в целом координирует энергетические потребности организма, а взаимодействуя с рецептора мозга участвует в состоянии психики: при депрессии или стрессе аппетит человека повышается.
Необходимо отметить, что грелин, как и другие ГИГ, вырабатывается кроме желудка и в тонком кишечнике, но в небольшом количестве также в: поджелудочной железе, репродуктивных органах, железах внутренней секреции (яичнике, гипофизе, надпочечнике). А рецепторы к данному пептиду обнаружены не только в отделах ЦНС, но и в: аденогипофизе, щитовидной железе, тестикулах, поджелудочной железе.
Противоположным эффектом обладает полипептидный гормон – лептин. Он продуцируется адипоцитами жировой ткани и одним из его эффектов является влияние на центры гипоталямуса, под влиянием чего снижается аппетит. Лептин является одним из важнейших механизмов контроля жировой массы тела и тем самым энергетического баланса организма. Данный полипептид участвует и в процессах репродукции, ангиогенезе, гематопоэзе и иммунитете.
Рецептор лептина является представителем большого класса цитокин-рецепторов. Взаимодействие гормона с рецептором является сигналом для активации сопряженных ферментов. Один из путей реализации влияния опосредован тирозинкиназой из семейства януксиназы (ЯК2). Связывание рецептора с экстрацеллюлярным гормоном запускает внутриклеточные механизмы активации ЯК2-молекулы, что в свою очередь фосфорилирование других фрагментов тирозина, приводящих в конечном счете к инициации синтеза белков. Это белее медленный путь влияния лептина, так как требуется синтез новых белков. Но лептин-рецепторное взаимодействие запускает и более быстрый путь влияния через активацию внутриклеточных ферментов.
На нейроны, участвующие в регуляции пищевого поведения, влияют и другие гормоны и медиаторы ЦНС. Так, норадреналин активирует пищевое поведение (через a-адренорецепторы), дофаминергические нейроны, напротив, угнетают. К ингибиторам пищевого поведения относятся серотонин, ряд пептидных гормонов, которые обнаружены в тканях мозга (ХЦК-ПЗ, ТРГ, эндорфины, инсулин).
Таким образом, в регуляции пищевого поведения можно выделить механизмы, обеспечивающие быструю и медленную регуляцию. К быстрой можно отнести набор сигналов связанных с поглощением пищи (раздражение рецепторов ротовой полости, желудка), скоростью утилизации глюкозы, метаболическими процессами в жировой ткани. Информация об этих процессах обрабатывается в мозге при участии адренергических, серотонинергических и пептидергических нейронов (включая пептидные гормоны и нейромедиаторы). Долговременный баланс может поддерживаться с помощью существующих в ЦНС механизмов интеграции и анализа как указанных выше "быстрых" регуляторов, так и механизмов, обеспечивающих индивидуальность обмена веществ, суточных, сезонных колебаниях его.
Между ощущением голода и близким к нему - жаждой имеется существенное отличие. Острота дискомфорта при голодании со временем убывает, то есть проявляется механизм адаптации. В отличие от этого, адаптация к чувству жажды отсутствует. Такое отличие обусловлено тем, что имеется прямая взаимосвязь потребления воды и водными средами организма, столь важными для кровообращения и поддержания гомеостаза крови и клеток всех органов.