Обмен веществ и энергии. Питание

Физиологическая сущность процессов обмена веществ
При обмене веществ происходит превращение энергии – переход потенциальной энергии химических соединений, освобождаемой при их расщеплении, в кинетическую энергию (тепловую и механическую).
Обмен веществ регулируется механизмами питания и выделения.
Питание – поступление в организм необходимых химических соединений (белков, жиров, углеводов и пр.) для возмещения энергозатрат, роста и сохранения массы тела, соответствующих состоянию организма и условиям его существования.
Выделение – избавление организма от конечных продуктов распада, образующихся при химическом расщеплении различных веществ.

Обмен белков
Белки занимают ведущее место в организме. На их долю приходится более 50% массы в строении всех клеток.
Функции белков:
пластическая функция ( построение необходимых клеточных структур);
энергетическая функция ( обеспечение энергией, которая образуется при расщеплении белков).

Белки состоят из аминокислот, которые подразделяются на заменимые и незаменимые.
Заменимые аминокислоты – 12 аминокислот, которые синтезируются в организме человека.
Незаменимые аминокислоты – 8 аминокислот, которые могут поступить только извне. Это лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланил, метионин, лизин и др. Без незаменимых аминокислот синтез белка нарушается и наступает отрицательный баланс азота – останавливается рост, развитие организма, падает масса тела.

Поскольку одним из конечных продуктов распада белков является азот, показателем обмена белков в организме является азотистый баланс.
Азотистый баланс – это соотношение азота, поступившего в организм и выделенного из него.
Азотистое равновесие – количество поступившего азота равно количеству выведенного.
Положительный азотистый баланс – количество поступившего азота выше количества выведенного. Наблюдается при увеличении массы тела, в период роста организма, при беременности, при усиленных тренировках с увеличением массы мышц.
Отрицательный азотистый баланс – выделение азота выше, чем его поступление. Наблюдается при белковом голодании, что приводит к потере массы тела, остановке роста и развития организма, потере репродуктивной способности. При длительном белковом голодании возможен летальный исход.

Существует понятие биологической ценности белков пищи.
Белки, содержащие все необходимые аминокислоты, являются биологически полноценными.
Такие белки есть только в продуктах животного происхождения.
Потребляемая пища должна содержать не менее 30% таких белков, иначе возможно развитие белкового голодания с отрицательным азотистым балансом.

Обмен жиров
Функции жиров в организме:
-пластическая;
-энергетическая;
-выделение тепловой энергии (в 2 раза выше, чем у белков и углеводов);
-участие в построении клеточных мембран.
Наибольшее количество жиров содержится в жировой ткани, меньшая часть – в составе клеточных структур.

Жиры состоят из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, некоторые из которых также являются незаменимыми, то есть поступают в организм только с пищей (линолевая, линоленовая, арахидоновая и пр.).
Жиры живых организмов – это триглицериды высших жирных кислот (олеиновой, стеариновой, пальмитиновой и др. Жирных кислот).
Одно из важнейших производных жиров в организме – холестерин. Это вещество незаменимо в построении клеточных мембран, является источником образования половых гормонов и гормонов надпочечников. Поэтому должен находиться в организме в необходимых количествах (так называемый «хороший холестерин», состоящий из липопротеидов высокой плотности). «Плохой холестерин», состоящий из липопротеидов низкой плотности, – источник развития холестериновых бляшек внутри стенок сосудов с последующим развитием атеросклероза.

Обмен углеводов
Основная функция углеводов – главный источник энергии.
Углеводы дают глюкозу, которая при распаде и окислении является главным поставщиком энергии.
Оптимальный уровень глюкозы в крови – 4,4 – 5,5 ммоль/л – важнейшая гомеостатическая константа.
Повышение уровня глюкозы – гипергликемия. Понижение уровня глюкозы – гипогликемия. Особенно чувствительной к понижению уровня глюкозы является центральная нервная система. Даже незначительное понижение уровня глюкозы проявляется слабостью и утомляемостью, при снижении уровня глюкозы до 2,5 ммоль/л развиваются судороги, бред, потеря сознания.

Глюкоза, всосавшаяся в кровь из кишечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген. Гликоген – это резервный запас углеводов. Количество у взрослого – 150-200 г.
По мере убывания глюкозы в крови происходит расщепление гликогена в печени и поступление в виде глюкозы в кровь – т.н. «мобилизация гликогена». Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови.
Гликоген откладывается также в мышцах. Усиленное расщепление мышечного гликогена происходит при работе мышц. В мышцах распад углеводов происходит бескислородным путем – «анаэробный гликолиз» – до образования молочной кислоты.
Если в пище полностью отсутствуют углеводы, то организм начинает их получать самостоятельно, расщепляя собственные белки и жиры.
Основная регуляция углеводного обмена осуществляется гормонами поджелудочной железы – инсулином и глюкагоном. Инсулин снижает уровень глюкозы в крови за счет ее потребления тканями организма и усиления синтеза гликогена в печени. Глюкагон, наоборот, вызывает расщепление гликогена в печени и поступление образовавшейся из него глюкозы в кровь, тем самым повышая ее уровень в крови.

Обмен воды
Вода у взрослого составляет 60% от веса тела, у новорожденного – до 75%. Она является основной средой, в которой происходят все процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях.
Непрерывное поступление воды – основное условие поддержания жизнедеятельности. Также главным условием является баланс между ее потреблением и выведением.

Суточные нормы потребления и выведения воды.
Потребление воды в сутки:
-с пищей – до 750 мл;
-в виде напитков и чистой воды – до 1 л;
-образование в самом организме при окислении белков, жиров и углеводов – 250 мл.
Выведение воды в сутки:
-с потом и испарением с поверхности альвеол легких – до 800 мл,
-при образовании мочи – 700 -1000 мл.
Исходя из этого суточная потребность в воде – 1700 – 2000 мл.

Превращение энергии и общий обмен веществ.
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: сложные химические соединения, поступившие с пищей, при распаде освобождают свою потенциальную химическую энергию и превращают ее в кинетическую – тепловую, механическую и электрическую.
Преобладающим результатом энергетических процессов является теплообразование, поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, выражается в единицах тепла – калориях.
В физиологии для определения энергообразования используют методы калориметрии, которые определяют потребление кислорода и высвобождение тепла при окислении различных веществ.

Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии находятся в зависимости от индивидуальных особенностей организма, а также условий внешней среды.
Чтобы определить присущий данному организму уровень энергообмена, проводят исследования в стандартных условиях покоя, исключая влияние факторов, изменяющих уровень энергозатрат (мышечную работу, прием пищи, изменение температуры окружающей среды).
Энергозатраты организма в таких стандартных условиях покоя получили название «основной обмен».
Для мужчин среднего роста, возраста и массы тела основной обмен равен примерно 1700-1800 ккал в сутки. Для женщин – 1500-1600 (на 10% ниже).
Потребление пищи должно соотносится с этим уровнем основного обмена и ни в коем случае не должно быть ниже, иначе не смогут полноценно работать органы и системы органов в организме.

Уровни энергозатрат и «рабочая прибавка»
Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии. Поэтому суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в движении и физической работе значительно превышает величину основного обмена.
Это увеличение составляет так называемую «рабочую прибавку», которая тем выше, чем интенсивнее мышечная работа.
Взрослое население по энергозатратам делится на 4 группы в зависимости от особенностей профессии.

Профессиональные группы населения с разным уровнем энергозатрат

В пожилом и старческом возрасте энергозатраты снижаются до 2000-2200 ккал.
К сожалению, считается, что умственный труд, если не связан с двигательной активностью (работа с книгой, математические вычисления), вызывает ничтожно малое повышение уровня энергозатрат по сравнению с полным покоем ( на 3-5%). Однако, если умственный труд сопровождается двигательной и эмоциональной активностью (работа учителя, лектора, врача и т.п.), то энергозатраты могут быть достаточно высокими ( выше на 15-20%) и быть такими даже в течение нескольких дней после выполнения работы.

После приема пищи интенсивность обмена веществ и энергии возрастает по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена. Это повышение начинается через 1 час и достигает максимума через 3 часа после приема пищи.
Влияние приема пищи на усиление обмена веществ и энергии получило название «специфически- динамическое действие пищи».
Усвояемость пищи: не вся пища усваивается, т.е. всасывается из кишечника и используется в организме, часть ее выводится из пищеварительного тракта в виде шлаков. Усвояемость животной пищи составляет до 95%, растительной пищи – до 80%.
Калорические коэффициенты питательных веществ: 1 г белка – 4,1 ккал, 1 г жира – 9,3 ккал, 1 г углеводов – 5,1 ккал.
Нормы питания (усредненные для взрослого организма): в сутки – 80-100 г белка (30% белка животного происхождения), 70 г жиров, до 300-400 г углеводов.

ВИТАМИНЫ
Витамины не характеризуются общностью химической природы и не выполняют пластической и энергетической функций.
Они содержатся в пище в незначительных количествах, но при этом оказывают выраженное влияние на функции организма.
Витамины встраиваются в молекулы ферментов и в составе этих ферментов влияют на состояние органов и тканей.
Витамины поступают в организм в трех вариантах:
-в готовом виде в составе пищи;
-в виде провитаминов в составе пищи, которые затем в организме превращаются в витамины;
-синтезируются в самом организме микрофлорой кишечника.

Различают три состояния организма в зависимости от количества витаминов:
авитаминоз – полное отсутствие витаминов, чаще всего проявляющееся в виде определенного заболевания;
гиповитаминоз – недостаток определенных витаминов;
гипервитаминоз – чрезмерное количество определенных витаминов в организме.
Авитаминозы и гиповитаминозы могут возникать не только при отсутствии витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания при заболеваниях пищеварительной системы.
Состояние гиповитаминоза может возникнуть и при возросшей потребности в витаминах – во время беременности, интенсивного роста, при выздоровлении после заболевания, после лечения антибиотиками.

Витамины подразделяются на 2 группы:
1 .Водорастворимые витамины;
2. Жирорастворимые витамины.
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ:
Витамин С (аскорбиновая кислота).
суточная потребность – 50-100 мг;
основные источники: цитрусовые, смородина, шиповник, капуста (особенно квашеная);
функции: это витамин-антиоксидант, препятствует старению и разрушению клеточных структур, увеличивает сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям среды, укрепляет стенки сосудов.
При авитаминозе развивается цинга – заболевание, характеризующееся хрупкостью сосудов и развитием кровотечений и мелких кровоизлияний (на коже, слизистых оболочках, деснах, при запущенных формах – возможно развитие кровоизлияний в стенках внутренних органов, что приводит к летальному исходу).

2. Витамины группы В:
Витамин В1 (тиамин):
-суточная потребность – 1,4 - 2,4 мг;
-содержится в зерновых и бобовых культурах, печени рыб и животных;
-действует на нервную систему, нервную проводимость, повышает мышечную активность, улучшает сердечную деятельность;
-при авитаминозе – заболевание бери-бери (полиневрит, нарушение сердечной деятельности и функции ЖКТ).
2) Витамин В2 (рибофлавин):
-суточная потребность – 2-3 мг;
-содержится в зерновых, бобовых, мясе, молоке, яйцах, печени;
-при авитаминозах – поражение глаз (роговицы, хрусталика), поражения слизистой оболочки полости рта (изъязвления, стоматиты, гингивиты, глоссит).

3) Витамин В3 (пантотеновая кислота):
-суточная потребность – 10 мг;
-содержится в злаках, яйцах, красной рыбе;
-при авитаминозе – дерматиты, поражения слизистых оболочек, невриты, быстрая утомляемость и постоянная слабость.
4) Витамин В6 ( пиридоксин):
-суточная потребность – 1,5 – 3 мг;
-источники – злаки, мясо, рыба, также синтезируется микрофлорой кишечника;
-обладает очень широкой биологической активностью, участвует в синтезе ферментов, белков, влияет на кроветворение;
-при авитаминозе – судороги, анемия.
5) Витамин В12 (цианкобаламин):
-суточная доза – 2 мкг;
-источники – печень рыб и животных, также синтезируется в ЖКТ;
-всасывается только при наличии особого белка желудочного сока – внутреннего фактора Касла, с которым соединяется;
-влияет на кроветворение; при авитаминозе развивается злокачественная анемия.

3. Витамин РР (никотиновая кислота):
-суточная потребность – 14-15 мг,
-источники – говядина, печень, жирная рыба,
-при авитаминозе развивается заболевание пеллагра (характеризуется дерматитами, диареей, стоматитами, глосситом, нарушением психики – возбуждение, галлюцинаторный бред).
4. Фолиевая кислота:
-суточная потребность – 400 мг;
-источники – салат, капуста, шпинат, морковь, яйца; также синтезируется микрофлорой кишечника;
-находится в хромосомах, влияет на синтез ДНК и РНК, участвует в размножении клеток, а также в кроветворении;
-при авитаминозе – нарушение репродуктивной функции, анемия.
5. Витамин Н (биотин):
-суточная потребность – 150-200 мкг;
-источники – бобовые, соя, цветная капуста, яйца, печень;
-участвует в построении волос, ногтей, обновлении клеток кожи; при недостатке – дерматиты, ломкость волос, ногтей и пр.

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ.
Витамин А (ретинол):
-суточная потребность – 1,5 мг;
-источники: животные жиры, мясо, рыба, яйца, молоко; в виде провитамина – каротина содержится в моркови, чернике;
-оказывает специфическое влияние на зрение, участвует в образовании палочек и колбочек сетчатки глаза; оказывает системное действие на рост и развитие организма в целом;
-при авитаминозе – расстройство сумеречного зрения, повреждения роговицы глаза.
2. Витамин D (кальциферол):
-суточная потребность – 2,5 мкг;
-источники: печень рыб и животных, икра, яйца, жирная рыба;
-синтезируется в клетках под воздействием ультрафиолета;
-регулирует обмен кальция и фосфора, участвует в росте и формировании костей;
-при авитаминозе в детском возрасте – рахит.