Обмен веществ и энергии

Жизнедеятельность организма человека связана с непрерывными затратами веществ и энергии.

Обмен веществ (метаболизм) и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии как внутри организма, так и между организмом и средой.

Метаболизм складывается из двух процессов: распада веществ с высвобождением энергии – диссимиляции (катаболизма) и их синтеза с затратой энергии – ассимиляции (анаболизма). Процессы ассимиляции и диссимиляции согласованы между собой и образуют целостную систему обмена веществ.

Обмен веществ может находиться в трёх основных состояниях:

- роста – процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции;

- динамическогоравновесия – катаболические реакции находятся в равновесии с анаболическими;

- частичного разрушения структур – процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции.

К основным этапам обмена веществ относятся:

1. Переваривание химических веществ.

2. Всасывание веществ в кровь и лимфу.

3. Транспорт веществ к тканям.

4. Обмен в клетке (внутриклеточный, или промежуточный, межуточный).

Можно говорить об обмене питательных веществ и энергетическом обмене. Окислительно-восстановительные реакции, идущие в организме, можно разделить на два типа: идущие в присутствии кислорода – аэробные, и без него – анаэробные. Аэробные реакции идут в митохондриях клетки, анаэробные в цитоплазме.

Основной обмен – энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня обменных процессов.

В организме постоянно происходит обмен белков, жиров, углеводов, микроэлементов и солей, витаминов.

Белки – незаменимы в организме (только они содержат азот), они не откладываются в запас, организм должен постоянно получать их извне. Об интенсивности обмена белков судят по азотистому балансу – отношению поступившего азота к выделившемуся. Продуктами расщепления белков являются аминокислоты, которые поступают в кровь и идут затем на построение других белков, необходимых организму, или расщепляются до воды, аммиака, мочевой кислоты и мочевины с выделением энергии. За сутки распадается около 23 г белка. Аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые, без которых синтез резко нарушается, они всегда должны поступать в организм. В соответствии с этим определяют биологическую ценность белков: белки, содержащие в своём составе все незаменимые аминокислоты, являются биологически полноценными (белки молока, мяса, яиц, рыбы, икры).

Отсутствие белков в пище приводит к белковому голоданию, которое выражается в потере массы. Особенно тяжело белковое голодание переносят растущие организмы, у которых в этом случае происходит не только потеря массы тела, но и остановка в росте из-за недостатка пластического материала.

Нейроэндокринная регуляция: соматотропин, гормоны щитовидной железы – усиливают синтез белка в организме, усиливают белковый обмен, глюкокортикоиды – усиливают распад белка в мышечной и лимфоидной ткани, в печени стимулируют синтез белка.

Углеводы – являются универсальным источником энергии, расщепляются до глюкозы. Особенно интенсивно потребляются в период роста и при стрессовых ситуациях. Откладываются в запас: в печени и мышцах в виде гликогена. Конечными продуктами обмена углеводов являются вода и углекислый газ. Могут вырабатываться из продуктов обмена белков и жиров.

Очень чувствительна к недостатку сахаров в крови нервная система. Уровень глюкозы в крови в норме составляет 4,4–6,7 ммоль/л. При снижении уровня сахара в крови (ниже 2,8–2,2 ммоль/л) наступают судороги, бред, потеря сознания, усиленное потоотделение. Это гипогликемия. Повышение сахара в крови – это гипергликемия.

Нервная регуляция: существуют рецепторы на дне продолговатого мозга, воспринимающие уровень сахара в крови.

Эндокринная регуляция: инсулин – снижает уровень глюкозы в крови, за счёт стимуляции синтеза гликогена. Глюкагон, адреналин, соматотропин, глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы, повышают уровень глюкозы в крови за счёт распада гликогена печени и мышц.

Жиры – богатые энергией вещества, в пищеварительном тракте распадаются до глицерина и жирных кислот, и продукты всасываются в лимфу. За счёт жиров обеспечивается около 50 % всего энергопотребления. Так же, как и углеводы, могут откладываться в запас и вырабатываться из продуктов обмена белков и углеводов. Жиры в организме откладываются в жировых депо: подкожной жировой клетчатке (50 %), околопочечной клетчатке, большом сальнике, области гениталий, между мышцами. В норме количество жира должно составлять 10-20 % от массы тела.

Жиры разных организмов и видов отличаются по химическому составу. А состав зависит от состава пищи, поступающей в организм.

Жиры растворяют некоторые витамины (А, D, Е), что способствует их усвоению организмом. Конечные продукты распада – вода и углекислый газ.

Нейроэндокринная регуляция: избыток углеводов в крови приводит к усилению депонирования углеводов в крови. Жиромобилизующим свойством обладают гормоны адреналин, норадреналин, соматотропин, тироксин. Тормозят мобилизацию – глюкокортикоиды, инсулин. Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад. Парасимпатическая система – способствует отложению жира.

И белки, и жиры, и углеводы необходимы для построения структур организма и для получения энергии.

Вода – среда, в которой осуществляются все процессы обмена веществ, входит в состав крови и лимфы, путём её испарения регулируется температура тела. Выводится из организма почками, потовыми железами, лёгкими, кишечником. В норме потребность организма в воде составляет 2–2,5 л/сутки.

Водный баланс – общее количество потребляемой воды к количеству выделенной. Если воды выводится из организма больше, чем поступает, то возникает чувство жажды (центр жажды в гипоталамусе).

Организм также постоянно нуждается в поступлении минеральныхвеществ, без которых невозможно его нормальное функционирование. Например: К, Cl, Na необходимы для проведения нервных импульсов, поддержания pH; P и Ca – входят в состав костей; Fe – входит в состав гемоглобина; Cl – в состав желудочного сока.

Минеральные вещества поступают в организм в растворённом виде, поэтому говорят о водно-солевом обмене.

Витамины – органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Входят в состав многих ферментов. Повышают сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Они необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций. Большинство витаминов не образуется в организме человека. Требуются в очень небольших количествах. Разрушаются при варке. При их недостатке развиваются авитаминозы. При избыточном употреблении некоторых витаминов (витамина А, В, D) могут возникать гипервитаминозы. Как авитаминозы, так и гипервитаминозы, сопровождаются различными нарушениями деятельности практически всех систем организма. По растворимости все витамины делятся на водорастворимые (группа В, С, Р) и жирорастворимые (А, D, Е, К).

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия пищевых веществ превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия затрачивается на поддержание температуры тела, выполнение работы и на построение структур тела. В процессе биологического окисления белков, жиров и углеводов до мономеров выделяется не большое количество энергии, которая в основном рассеивается в виде тепла. Основное количество энергии выделяется в процессе дальнейшего окисления мономеров до углекислого газа и воды. В организме этот процесс идёт постепенно, поэтапно. Это позволяет клетке удерживать часть выделившейся энергии и сохранить её в виде энергоёмких соединений (АТФ). Определить энергетический обмен можно методами прямой и непрямой калориметрии.

Любой продукт в большинстве случаев представляет собой смесь ряда веществ.

Энергетическую ценность пищи можно определить через калориметрические коэффициенты. Калориметрическим коэффициентом называют количество тепла, освобождаемое при сгорании одного грамма вещества.

Белки – 4,1 ккал

Жиры – 9,3 ккал

Углеводы – 4,1 ккал

Определение этих коэффициентов осуществляют с помощью калориметрических бомб. При определении калорийности различают величину «брутто» – общая калорийность пищи, и «нетто» – поправкой на усвояемость.

Не вся пища усваивается организмом. Усвояемость для животной пищи – 95 %, растительной – 80 %, смешанной – 82-90 %.

При составлении пищевых рационов особенно важно учитывать количество белка в пище – 80-100 г/сутки, 30 % - животные белки. Жиры – 70 г, углеводы – 400-450 г.

Пищевой рацион – это набор продуктов, содержащих пищевые вещества в количестве, обеспечивающем удовлетворение потребностей организма в пластических веществах и энергии.

Пищевой рацион должен отвечать следующим требованиям:

- энергетическая ценность рациона должна покрывать энергозатраты организма, обеспечивать рост и развитие;

- рацион должен быть оптимально сбалансированным по питательным веществам в соответствии с физиологическими нормами;

- пища должна быть разнообразной и безвредной;

- пища должна обладать высокими органолептическими свойствами (внешний вид, вкус, запах, цвет, температура).

Под режимом питания понимают его кратность в течение суток, интервалы между приёмами пищи, правильное распределение суточного рациона.

Для детей школьного возраста оптимальным является 4-х разовое питание с 4-х часовыми перерывами между приёмами пищи.

Кратность приёма пищи влияет на её переваривание и усвоение. Так при 3-х разовом питании усваивается 75–76% белка, при 4-х разовом питании – 82–84%.

Суточный объём пищи вместе с жидкостью должен быть 2,5 - 3 кг.

Завтрак – 600 г (400 г – основное блюдо, 200 г – напиток). Обед – 1000 г (400–500 г – первое блюдо, 300 г – основное блюдо, 200 г – напиток). Полдник – 300 г. Ужин – 500 г (300 г – основное блюдо, 200 г – напиток) без учёта хлеба.