Метаболические основы функций

Обмен веществ - это совокупность процессов поступления питательных веществ в организм, использования их организмом для синтеза клеточных структур и выработки энергии, а также выделения конечных продуктов распада в окружающую среду.
Обмен веществ складывается из совокупности процессов ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма)

Ассимиляция - совокупность процессов, обеспечивающих поступление питательных веществ во внутреннюю среду организма и использование их для синтеза клеточных структур и секретов клеток.
Диссимиляция - процесс расщепления клеточных структур до мономеров и других соединений. Продукты диссимиляции повторно используются клетками в процессах анаболизма и катаболизма. Катаболизм - это процесс расщепления мономеров до конечных продуктов с высвобождением энергии.

Общее представление об обмене и специфическом синтезе в организме белков, жиров и углеводов.

Роль белков в организме весьма разнообразна:
Пластическая (наиболее важна)
Энергетическая ( 4,1 ккал/г)
Транспорт гормонов, липидов, холестерина, минеральных веществ
Защитная
Создание онкотического давления
Являются компонентами буферных систем крови
Ферментативная
Сократительная (актин, миозин)

Биологическая ценность различных белков определяется набором в их составе заменимых и незаменимых аминокислот. Белки, не содержащие хотя бы одной незаменимой аминокислоты, называют неполноценными. Незаменимые аминокислоты: лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан. Пища на 30% должна содержать белки животного происхождения (содержат полноценные белки)

Потребность организма в белках.
Важно соблюдение белкового баланса, при котором поступление белка соответствует потребностям в нем. Коэффициент изнашивания - количество белка, распадающегося в организме за сутки при безбелковой диете, достаточной по калорийности за счет жиров и углеводов (белковое голодание). Составляет около 20 г в сутки.

Белковый минимум - минимальное количество белка пищи, при котором возможно поддержание азотистого равновесия (в условиях покоя около 50 г/сут).
Белковый оптимум - количество белка пищи, полностью обеспечивающее потребности организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособность, достаточную сопротивляемость организма неблагоприятным воздействиям (80-100 г в сутки, но не менее 1г/кг массы тела в сутки).

О приходе и расходе белка судят по приходу (содержанию в пище) и расходу (выведению с мочой) азота. Для того, чтобы по приходу азота судить о приходе белка, количество азота умножают на 6,25 ( 1г азота содержится в 6,25 г белка).
Азотистое равновесие – количество введенного в организм азота равно количеству азота, выведенного из организма.

Отрицательный азотистый баланс – количество выделенного азота превышает его поступление (при недостаточном приходе белка, питании неполноценными белками или усиленном распаде белка, например, при опухолевом росте).
Положительный азотистый баланс – поступление азота превышает его выделение (при росте, беременности, наращивании мышечной массы, после окончания голодания и при выздоровлении после изнуряющих болезней, если поступление белка достаточно).

Регуляция обмена белка. Гормон роста- соматотропин, инсулин, тестостерон стимулируют синтез белков в организме. Глюкокортикоиды усиливают распад белков, особенно в мышечной и лимфоидной тканях, но стимулируют синтез белков в печени. В нормальных концентрациях гормон щитовидной железы тироксин (Т3) усиливает синтез белков, а в высоких концентрациях Т3, наоборот, подавляет его.

Обмен липидов..
*Липиды – медленный энергетический субстрат (вследствие малой растворимости в воде не могут достигать высокой концентрации в крови).
* Запасы липидов велики, благодаря гидрофобности могут образовывать крупные капли, заполняющие практически всю клетку. В норме составляют 10-20% МТ. Углеводы выполняют жиросберегающую функцию.

ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
*Липиды – важный пластический материал (являются основой биологических мембран, содержат стеарины и фосфатиды).
* Липиды – источник энергии (энергетическая функция (калорийность равна 9,3 ккал/г)
*Липиды способствуют всасыванию в кишечнике жирорастворимых веществ, в частности жирорастворимых витаминов.
*Подкожная жировая клетчатка служит теплоизолятором, участвует в теплообмене. Бурый жир участвует в теплопродукции.

* Отложения липидов выполняют защитную механическую функцию – жировая клетчатка смягчает механические травмы тканей, фиксирует внутренние органы.
*Липиды служат источником многих важных веществ:(из холестерина образуются стероидные гормоны и желчные кислоты, из ненасыщенных жирных кислот – простагландины). Липиды – источники эндогенной воды.
Линолевая, линоленовая, арахидоновая кислоты являются незаменимыми. Потребность организма в жирах составляет около 80-110 г/сут.

Регуляция обмена жиров.
Адреналин, СТГ, тиреоидные гормоны, симпатические влияния стимулируют липолиз.
Инсулин способствует депонированию энергии в виде липидов (тормозит липолиз; глюконеогенез; усиливает липогенез из углеводов). Глюкокортикоиды и парасимпатические влияния тормозят мобилизацию жира, способствую отложению жира.

За поддержание массы жировой ткани отвечает гормон лептин, который вырабатывается липоцитами, нагруженными жиром; таким образом, чем больше масса жира, тем больше вырабатывается лептина. Действует на гипоталамус, подавляя чувство голода. При снижении массы жировой ткани уменьшается выработка лептина, чувство голода обостряется и в результате повышенного потребления пищи масса жировой ткани восстанавливается.

Обмен углеводов.
*Углеводы – быстрый энергетический субстрат (энергетическая функция - основная).Запасы углеводов содержаться в виде гликогена. Калорийность равна 4,1 ккал/г.
Углеводы также выполняют пластическую функцию (входят в состав гликопротеидов).
* Показатель углеводного обмена - уровень глюкозы в крови должен поддерживаться на постоянном уровне и является одной из констант внутренней среды. Она колеблется в пределах 3,3 - 6,6 ммоль/л. Особенно чувствительна к уровню глюкозы ткань мозга.

Источники глюкозы:
1. Поступление с пищей.
2. Распад гликогена печени (гликогенолиз)
3. Образование из белков и липидов (глюконеогенез). Благодаря глюконеогенезу поддерживается уровень глюкозы в крови при длительном голодании или безуглеводной диете. Потребность организма в углеводах составляет около 400 г/сут и зависит от интенсивности физического труда.

Регуляция обмена углеводов.
Инсулин способствует утилизации глюкозы в клетках (повышает проницаемость мембраны клеток для глюкозы, стимулирует синтез гликогена в печени и мышцах, синтез жиров из углеводов, снижает уровень глюкозы в крови). Адреналин, норадреналин, глюкагон, глюкокортикоиды, тироксин, гормон роста увеличивают содержание глюкозы в крови. Симпатическая нервная система стимулирует процессы диссимиляции (увеличивает содержание глюкозы в крови), парасимпатическая - анаболизма.

Энергетический баланс организма. Прямая и непрямая калориметрия.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ОРГАНИЗМА - соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и энергией, расходуемой организмом. В процессе окисления выделяется энергия, которая используется для синтеза АТФ или превращается в теплоту.
- первичная теплота - выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ.
- вторичная теплота - аккумулированная в АТФ энергия используется для осуществления химических, транспортных, электрических процессов, механической работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту.

По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, произведенных при осуществлении процессов жизнедеятельности.
Расход энергии организмом определяют с помощью методов прямой и непрямой (косвенной) калориметрии.
Способ прямой калориметрии основан на непосредственном измерении количества тепла, выделенного организмом.
.

Способ непрямой калориметрии основан на расчете количества выделившейся энергии по данным газообмена (поглощенный О2 и выделившийся СО2 за определенный промежуток времени), с расчетом дыхательного коэффициента и калорического эквивалента кислорода.

Дыхательным коэффициентом называют отношение объема выделенного организмом СО2 к объему потребленного за это же время О2. Величина дыхательного коэффициента зависит от соотношения белков, жиров и углеводов, окислившихся в организме. ДК при окислении белков равен 0,8; жиров - 0,7; углеводов - 1,0. Для смешанной пищи ДК принимается равным от 0,85 до 0,89.

Калорическим эквивалентом кислорода называют количество тепла, высвобождаемое в организме при потреблении 1 л О2. Для белков он равен 4,48 ккал (18,8 кДж), для жиров - 4,69 ккал (19,6 кДж), для углеводов - 5,05 ккал (21,1 кДж).
Количество тепла, высвобождаемое при сгорании 1г вещества в организме - называется физиологическим калорическим коэффициентом. При окислении в организме 1 г белков освобождается 4,1 ккал (17,2 кДж), 1 г жиров - 9,3 ккал (38,9 кДж), 1 г углеводов - 4,1 ккал (17,2 кДж).

Основной обмен - это минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физического и эмоционального покоя. Энерготраты в условиях основного обмена в организме необходимы на обеспечение жизнедеятельности постоянно работающих органов и систем организма (дыхательной, кровообращения и др.), окислительно-восстановительные процессы в клетках, поддержание температуры тела и мышечного тонуса.

Определение основного обмена проводят в стандартных условиях:
1. Утром в положении лежа, при максимальном расслаблении мышц, в состоянии бодрствования;
2. В условиях температурного комфорта (около 22 С – для легко одетого);
3. Натощак через 12-14 часов после приема пищи.
4. В условиях эмоционального комфорта.

Средняя величина основного обмена взрослого человека - 1 ккал/кг массы тела за 1 ч. Величина основного обмена в сутки у мужчин (70кг) составляет около 1700 ккал/сут. У женщин примерно на 5 -10% ниже, чем у мужчин ( около 1500
ккал/сут). На величину основного обмена (ОО) здорового человека влияют: пол, возраст, рост и масса тела. У детей ОО выше, чем у взрослых, у стариков ниже на 10 -15%. Величину должного (среднестатистического) основного обмена у человека определяют по таблицам, по формулам, по номограммам. Для определения величины истинного основного обмена используют калориметрию (чаще неполный газовый анализ).

Интенсивность ОО связана с размерами поверхности тела (правило поверхности тела (М.Рубнер). Согласно закону Рубнера - энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны величине площади поверхности тела.
Правило условно, т.к. ОО зависит от нейроэндокринных факторов.

Отклонение ОО не более чем на 10% считается нормальным. Более - может служить диагностическим признаком нарушений функции щитовидной железы.
Увеличение величины ОО более 10% наблюдается при гиперфункции щитовидной железы. Понижение основного обмена встречается при недостаточности щитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез. Изменения основного обмена наблюдается при выздоровления после тяжелых заболеваний, интоксикации.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОМ ТРУДЕ
РАБОЧАЯ ПРИБАВКА - это разница между величинами энергозатрат организма на выполнение различных видов работ и энергозатрат на ОО.
Рабочая прибавка - это энергия, которую тратит организм в течение суток на физическую и умственную активность. Сумма основного обмена и рабочей прибавки составляет валовый обмен. Сумма валового и специфически-динамического действия пищи называется общим обменом.

Специфически - динамическое действие пищи (СДД) - это усиление интенсивности обмена веществ, увеличение энергозатрат организма под влиянием приема пищи. Энергозатраты увеличиваются через час после приема пищи, достигают максимума через 3 часа, могут продолжаться 12 -18 часов. СДД наиболее выражено при приеме белков - до 30%, жиров - 4-14%, углеводов на 4-7%, при смешанной пище - на 6-15%.

Потребность организма в энергии (ккал/сут и кДж/сут) определяется видом трудовой деятельности. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности (КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена.

Взрослое население по уровню энергозатрат может быть подразделено на пять групп:
1-я группа - работники преимущественно умственного труда (КФА=1,4; 2100-2450 ккал)
2-я группа - работники легкого физического труда (КФА=1,6; 2500-2800 ккал)
3-я группа - работники средней тяжести физического труда (КФА=1,9; 2950-3300 ккал)
4-я группа - работники тяжелого физического труда (КФА=2,2; 3400-3850 ккал)
5-я группа - работники особо тяжелого физического труда (только мужчины) (КФА=2,5; 3850-4200 ккал).

ПИТАНИЕ - это процесс доставки, усвоения питательных веществ в организме для обеспечения энергетических и пластических потребностей (также потребностей в воде, витаминах, минеральных веществах).
Различают питание:
- естественное;
- искусственное (клиническое парентеральное и зондовое энтеральное);
- лечебное;
- лечебно-профилактическое.
Питание

РАЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ - питание, удовлетворяющее энергетические, пластические и другие потребности организма, обеспечивающие при этом необходимый уровень обмена веществ. Питание должно удовлетворять потребности организма с учетом возраста, пола, антропометрических данных (рост, масса тела), характера трудовой деятельности, климатических условий, что достигается соблюдением трех основополагающих принципов питания:

1) общая калорийность пищи должна соответствовать всем его энерготратам;
2) соотношение белков, жиров и углеводов в пищевом рационе взрослого человека должно составлять 1:1,2:4,6; и быть равным хотя бы минимальной потребности в них. Пища должна содержать достаточное количество энергии, а также воды, минеральных солей и витаминов, количество которых должно быть ниже токсического уровня;
3)наиболее целесообразное распределение пищевого рациона при четырехразовом питании: завтрак – 25%, второй завтрак – 15%; обед - 45%, ужин – 15%; пятиразовом: завтрак – 25%, второй завтрак – 10%; обед -35%,полдник -10%, ужин – 10%.

Нормы питания – суточные дозы питательных веществ, показывающие сбалансированное содержание в пищевом рационе белков, жиров и углеводов, а также витаминов, минеральных веществ и воды. Нормы питания определяются исходя из пола, возраста, физической, умственной нагрузки и других факторов. Такая пища должна обеспечить хорошее самочувствие и работоспособность человека в нормальных условиях. Взрослый человек с малой мышечной нагрузкой должен получать в сутки: белков 100-120 г, жиров около 80-100 г, углеводов 400-500 г.

Теории питания:
Античная
Сбалансированного питания
Адекватного питания
Теория сбалансированного питания
питание поддерживает молекулярный состав организма и возмещает его энергетические и пластические расходы;
идеальным считается питание, при котором поступление пищевых веществ максимально точно (по времени и составу) соответствует их расходу;

3. поступление пищевых веществ в кровь обеспечивается в результате разрушения пищевых структур и всасывания нутриентов, необходимых для метаболизма, энергетических и пластических потребностей организма;
4. пища состоит из нескольких компонентов, различных по физиологическому значению - нутриентов, балластных веществ (от которых она может быть очищена) и вредных (токсических) веществ;
5. ценность пищевого продукта определяется содержанием и соотношением в нем аминокислот, моносахаров, жирных кислот, витаминов, некоторых солей.
.

Теория адекватного питания
Учитывает, кроме нутритивного потока, важность потока регуляторных соединений, балластных веществ, бактериальных метаболитов, образующихся при деятельности микрофлоры пищеварительного аппарата .
Правило изодинамии питательных веществ – одно вещество может быть заменено другим в соответствии с его калорическим коэффициентом.

Обмен воды
Вода составляет 55-60% массы тела человека. Различают:
внутриклеточную воду (71%)
внеклеточная вода (21%)
вода плазмы (8%)

Функции воды в организме зависят от ее состояния. Имеются три основных состояния внутриклеточной и внеклеточной воды:1)конституциональная вода, являющаяся структурным элементом молекул клеток и тканей организма; 2) связанная вода, образующая гидратные оболочки макромолекул (коллоиды), делая их активными; 3) свободная вода - является растворителем, обеспечивающим протекание биохимических реакций, выделение продуктов обмена, участвующая в терморегуляторных процессах и определяющая реологические свойства крови.

На биологическую ценность воды могут влиять дополнительные компоненты: содержание микроэлементов, минеральных солей, тяжелого водорода и кристаллической воды. В частности, питьевая вода является важнейшим источником кальция, магния, ряда микроэлементов. Кальций воды усваивается организмом на 90%, а кальций пищевых веществ - только на 30%. Потребность организма в воде вариабельна, в средних широтах она составляет 1,7-2,5 л/сут.

Обмен минеральных веществ.
Роль минеральных веществ в организме заключается в том, что они участвуют в осуществлении многих процессов:
1) в регуляции КОС;
2) осмотического давления;
3) в создании ПП и ПД возбудимых клеток;
4)играют роль кофакторов в ферментативных процессах;
5) участвуют в процессах свертывания крови;
6) натрий играет весьма важную роль в транспорте других веществ.

Важнейшие макроэлементы: натрий, калий, хлор, кальций, фосфор. Основными микроэлементами, необходимыми человеку, являются медь, цинк, фтор, йод, кобальт, бор, железо.
Na+ - важнейший внеклеточный катион. Суточная потребность 3-6 г. Поступает в виде NaCl и всасывается преимущественно в тонком кишечнике. Значение: поддержание КОС и осмотического давления, транспорт глюкозы, аминокислот, создание ПД возбудимых клеток. Выводится почками. Регуляция: альдостерон, атриоуретический фактор.

К + - основной катион внутриклеточной жидкости, потребность 2-3 г/сут. Источники: продукты растительного происхождения. Поддерживает возбудимость сердечной мыщцы, основной фактор, участвующий в поддержании ПП, реполяризации после возбуждения. Регуляция уровня калия осуществляется совместно с регуляцией натрия.
Сl- - cодержится во внеклеточной и внутиклеточной жидкости, потребность 3-5 г/сут. Источники: основной - поваренная соль. Участвует в синаптической передаче, процессах возбуждения и торможения, образовании соляной кислоты. Регуляция уровня хлора осуществляется совместно с регуляцией натрия.

Сa2+ - основной компонент костей и зубов. Суточная потребность 0,8-1 г. Источники: молоко и молочные продукты. Всасывается преимущественно в двенадцатиперстной и подвздошной кишке. Значение: фактор свертывания крови, важнейший фактор электромеханического сопряжения при сокращении мышц, участвует в создании и поддержании ПД возбудимых клеток, минерализации костей. Выводится почками. Уровень кальция регулируется кальцитонином, вит. Д, паратгормоном.
Р- входит в состав костей и зубов, потребность 0,7-0,8 г/сут. Источники: молоко и молочные продукты, мясо, рыба. Входит в состав мембран, АТФ, многих регуляторных макромолекул. Регуляция уровня фосфора осуществляется совместно с регуляцией кальция.

Роль витаминов в обмене веществ заключается в том, что они являются компонентом ферментов, участвуют в различных химических реакциях, лежащих в основе обмена веществ. Витамины содержатся во всех пищевых продуктах, но наиболее богаты ими овощи, ягоды и фрукты.