Лекція 4. Основи біоенергетики людини Навчально – цільові питання

1. Поняття обміну речовин та енергії в організмі людини.

2. Основний обмін та його загальна характеристика.

3. Загальний обмін в організмі людини.

4. Фактори від яких залежить інтенсивність обмінних процесів.

Практичні навички

1. Прогнозувати процеси, які відбуваються з організмом при порушенні обмінних процесів в клітинах.

2. Визначати величину загального обміну в організмі людини.

Міжпредметні та міждисциплінарні зв’язки :

Забезпечуючі дисципліни – органічна хімія, загальна біологія, екологія.

Забезпечувані дисципліни – анатомія, гігієна та фізіологія людини, педіатрія, біохімія, основи медичних знань.

Текст лекції

Обмін речовин – основа життя

Сукупність всіх хімічних реакцій у живому організмі, що протікають під впливом ферментів, одержало назву обміну речовин. У процесі обміну речовин в організмі утворюється необхідна для життєдіяльності енергія, відбувається синтез різних хімічних сполук, що йдуть на побудову організму.

Обмін речовин складається із двох протилежних процесів, що протікають одночасно. Перший – катаболізм, або дисиміляція, включає реакції, пов'язані із розпадом речовин, їхнім окислюванням і виведенням з організму продуктів розпаду. Другий – анаболізм, або асиміляція, поєднує всі реакції, пов'язані із синтезом необхідних речовин, їхнім засвоєнням і використанням для росту, розвитку й життєдіяльності організму.

Обмін речовин являє собою комплекс біохімічних і енергетичних процесів, що забезпечують використання харчових речовин для потреб організму й задоволення його потреб у пластичних і енергетичних речовинах.

Харчові речовини - білки, жири, вуглеводи й інші високомолекулярні сполуки - піддаються в травному тракті гідролітичному розщепленню на більш прості низькомолекулярні з'єднання.

Останні, потрапляючи в кров і тканини, підлягають подальшим перетворенням - аеробному окислюванню, окисному фосфорилюванню та ін. У процесі цих перетворень поряд із окислюванням до вуглекислого газу й води відбувається використання продуктів окислювання для синтезу амінокислот та інших необхідних метаболітів. Таким чином, аеробне окислювання поєднує в собі елементи розпаду й синтезу і є сполучною ланкою в обміні білків, жирів, вуглеводів та інших речовин.

Обмін речовин являє собою безперервний, але непомітний для нашого погляду процес. У середньому в людини кожні 80 днів змінюється половина всіх білків, ферменти печінки (у ній ідуть особливо інтенсивні реакції) оновлюються через 2-4 години, а деяких - навіть через кілька десятків хвилин.

З обміном речовин пов'язаний обмін енергії в організмі.

Обмін енергії в організмі

Відповідно до першого закону термодинаміки, енергія не зникає й не з'являється знову. Живий організм має одержувати енергію в доступній для нього формі з навколишнього середовища й повертати середовищу відповідну кількість енергії у формі, менш придатної для подальшого використання.

Організм постійно має потребу в енергії для виконання різного роду роботи - механічної (пересування тіла, серцева діяльність та ін.); електричної (утворення різниці потенціалів у тканинах і клітинах); хімічної (синтез речовин) і т.д.

Первинним джерелом енергії для людини (як і для всього живого на Землі) служить сонячне випромінювання. Початковою ланкою в харчовому ланцюзі є рослини, що акумулюють у процесі фотосинтезу сонячну енергію. Таким чином, вільна енергія для організму може надходити лише з їжею. Вона акумульована в складних хімічних зв'язках білків, жирів і вуглеводів. Для того, щоб звільнити цю енергію, поживні речовини спочатку піддаються гідролізу, а потім окислюванню в анаеробних або аеробних умовах.

Вся вільна енергія, що вивільняється при окислюванні поживних речовин, в остаточному підсумку, перетворюється на теплову енергію.

Одиниці виміру енерговитрат організму: кількість виділеної енергії відповідно до системи СІ (міжнародна система вирахування) варто виражати в Дж (1 Ккал=4,19 КДж). Але в медичній практиці в нашій країні й за кордоном користуються одиницею калорія, або ккал. Тому що енерговитрати - це потік енергії в одиницю часу, те найчастіше використаються такі виміри як ккал/хвилину, ккал/годину, ккал/добу.

Таким чином, обмін речовин і енергії - це послідовне споживання, перетворення, використання, накопичення й втрата речовин і енергії протягом життя, що дозволяють організму самозберігатися, рости, розвиватися, адаптуватися до навколишнього середовища й самовідтворюватися.

Основний і загальний обмін

Крім поняття обмін речовин у біоенергетиці людини існують поняття “основний обмін” і “загальний обмін”. Це терміни, які зародилися у фізіології й вони відбивають енерговитрати організму.

Основний обмін – це енерготрати організму в умовах фізіологічного спокою, тобто це мінімальні витрати енергії, які необхідні організму для підтримки життєздатності всіх його органів і систем.

Фізіологічний спокій – людина перебуває в положенні “лежачи” (через 12-14 годин після прийому їжі), при температурі комфорту (18-20 ⁰С) і емоційному спокої.

У жінок у зв'язку з відсутністю високого змісту андрогенів величина основного обміну на 10-15 % менше, ніж у чоловіків.

Енергія, яка виділяється в умовах фізіологічного спокою, витрачається, згідно даним ВІЗ на: печінку - 27 %, мозок - 19 %, серце - 7 %, нирки - 10 %, м'яза - 18 %, інші органи - 19 %, разом - 100 %.

Величину основного обміну визначають:

1. Для оцінки стану організму. Так, наприклад, при гіперфункції щитовидної залози величина основного обміну істотно зростає, а при гіпофункції - навпаки, знижується. Це явище використовується в ендокринології;

2. Для розрахунку величини фізичного навантаження при виробничій, спортивній і побутовій діяльності.

Загальний обмін – це рівень енерговитрат організму в умовах фізіологічної активності.

Середні добові енерговитрати в студентів становлять близько 3000 ккал/доб, а в людей розумової праці - 2400-2800 ккал/доб.

Дані про величину загального обміну дозволяють також визначати калорійність добового раціону. Так, якщо добові енерготрати організму становлять 3000 ккал, то добова калорійність їжі з обліком, що засвоюється лише 90 % поступаючих з їжею поживних речовин, повинна становити 3300 ккал.

Величина загального обміну відбиває ступінь фізичної активності людини. Якщо вона низька - 2400-3500 ккал/добу, то це свідчить про гіпокінезію, або гіподинамію. Такий стан небезпечний для здоров'я підвищується ризик ранньої появи атеросклерозу, ішемічної хвороби серця, виразкової хвороби шлунка й 12-палої кишки. Однак надмірна активність, як показує аналіз захворюваності спортсменів високого класу, теж не приносить великої користі організму.

По даним експертів ВІЗ для підтримки високої працездатності кожній людині необхідно щодня робити фізичну зарядку 20 хвилин.

Таким чином, інтенсивність обмінних процесів у значній мірі залежить від величини фізичного навантаження й від збалансованого харчування. Одноманітне харчування, при якому виключаються окремі компоненти збалансованого харчового раціону викликає порушення обміну речовин. Для людини збалансоване харчування включає білки, жири й вуглеводи в масових співвідношеннях: 1:1:4. Якщо необхідно знизити масу тіла, то варто обмежити кількість вуглеводів. При важкій м'язовій роботі руйнується багато білків, тому необхідно збільшити їхнє надходження з їжею в організм людини.

Питання для самопідготовки:

1. Що таке обмін речовин?

2. З яких двох протилежних процесів складається обмін речовин?

3. Чи зустрічається обмін речовин у неживих тілах?

4. Як відбувається обмін енергії в організмі?

5. Що є джерелом енергії для людини?

6. Що таке основний обмін?

7. У жінок величина основного обміну така ж як у чоловіків, чи ні?

8. Що таке загальний обмін?

9. Від чого в першу чергу залежить інтенсивність обмінних процесів?