2.2.4. Загальне уявлення про обмін речовин та енергії

Фізіологічні особливості організму людини потрібно розглядати з урахуванням його взаємодії з навколишнім середовищем, з яким він постійно здійснює обмін речовинами та енергією.

В основі обміну речовин лежить велика кількість біохімічних реакцій, які відбуваються у певній послідовності і тісно пов'язані одна з одною.

Обмін речовин можна умовно розділити на зовнішній, який включає надходження харчових речовин в організм та видалення кінцевих продуктів розпаду, і внутрішній обмін, який охоплює всі перетворення харчових речовин у клітинах організму.

Обмін речовин в організмі можливий лише за наявності води, бо майже всі хімічні, колоїдно-хімічні та фізіологічні процеси відбуваються у водних розчинах органічних та неорганічних речовин або за обов'язкової участі в них води. Процеси травлення і засвоєння їжі у травному каналі та синтез живої речовини в клітинах організму відбуваються виключно у рідкому середовищі.

Обмін речовин з навколишнім середовищем починається з надходження в організм води та харчових продуктів. В органах травлення частина речовин перетворюється в простіші, переходить у внутрішнє середовище організму — кров та лімфу. З кров'ю ці речовини потрапляють у клітини, в яких відбуваються процеси їх хімічного перетворення: біосинтез білків, жирів і вуглеводів та розщеплення складних органічних сполук.

Внаслідок процесів дисиміляції харчових речовин утворюються продукти розпаду та енергія, які забезпечують хід процесів асиміляції. Взаємозв'язок цих процесів забезпечує існування живого організму.

Ці реакції каталізуються ферментами і перебувають під контролем нервової системи.

Обмін речовин поділяють на окремі види: обмін білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин. Але в організмі усі види обміну взаємопов'язані в єдиний, дуже складний та ідеально впорядкований процес, який називається метаболізмом.

Метаболізм (грец. — зміна) — сукупність процесів катаболізму та анаболізму.

Катаболізм — реакції розщеплення в складних органічних речовинах.

Анаболізм — реакція утворення складних органічних речовин. Ці реакції каталізуються (прискорюються) ферментами і перебувають під контролем нервової системи. Каталізаторами реакцій в організмі виступають ферменти. Вони мають складну хімічну природу і строгу специфічність. Кожен фермент викликає певні перетворення лише однієї групи речовин. Залежно від того, на який тип органічних сполук діють ті чи інші ферменти, вони об'єднуються в декілька груп: протеази, що розщеплюють білки; ліпази, що діють на жири і ліпоїди; карбонази, що розкладають вуглеводи.

Суттєвою особливістю ферментів є те, що залежно від їх концентрації й інших умов еони спроможні в одних випадках викликати розпад органічних сполук, а в інших — синтез тих самих речовин.

Активність ферментів в основному залежить від реакції середовища. Наприклад, пепсин розщеплює білки лише в кислотному середовищі, а у лужному він не активний. Усі ферменти надзвичайно чутливі до підвищення температури. При нагріванні до 60° С вони розпадаються.

Кінцеві продукти обміну речовин виділяються із сечею, калом, потом, повітрям, що видихається. Отже, обмін речовин — це складний ланцюг перетворення речовин в організмі, починаючи з надходження їх із навколишнього середовища і завершуючи виділенням продуктів розпаду.

У процесі обміну організм одержує речовини для побудови клітин і енергію для життєвих процесів. Харчові речовини, що потрапляють в організм, використовуються на енергетичні й будівельні процеси, які тривають одночасно. При розпаді харчових речовин виділяється енергія, що використовується для синтезу специфічних для цього організму сполук, на підтримку постійної температури тіла, проведення нервових імпульсів тощо.

Основним методом дослідження обміну речовин є метод визначення балансу речовин, що потрапили в організм і виділилися з організму, а також їхньої енергетичної цінності. Баланс енергії визначається на підставі даних про калорійність харчових речовин (продуктів), що вживаються, а також кінцевих продуктів, що виводяться з організму.

Для нормального функціонування організму щоденний раціон повинен мати енергетичну цінність, яка б компенсувала всі енергетичні витрати організму, бути збалансованим за вмістом білків, жирів та вуглеводів, містити потрібну кількість води, вітамінів і мінеральних речовин.

Обмін білків. Білки є основним будівельним матеріалом для клітин, з ними пов'язано багато життєвих функцій, таких як перенесення кисню, імунні процеси, скорочення м'язів. З білків побудовані всі постійні складові клітин (органоїди). Білки надзвичайно різноманітні. Це пояснюється тим, що більше 20 амінокислот можуть по-різному з'єднуватися одна з одною, утворювати білкові молекули неоднакової будови. Білки містяться в продуктах рослинного і тваринного походження (м'ясо, молоко, хліб, крупи). У травному каналі білки їжі розпадаються на амінокислоти, що надходять у кров. У клітинах з амінокислот синтезуються білки, властиві людському організму. У той же час білки клітин і частина амінокислот розпадаються до кінцевих продуктів: вуглекислого газу, води й ін. Продукти розпаду і надлишок води виділяються з організму через нирки, легені і шкіру.

Обмін вуглеводів. Вуглеводи є джерелом енергії для клітин мозку, м'язів. Вони розпадаються на вуглекислий газ і воду. Складні вуглеводи розпадаються в травному каналі на найпростіші, наприклад на глюкозу, що всмоктується в кров. Рівень глюкози в крові завжди однаковий (0,10—1,12%) і регулюється гормоном підшлункової залози — інсуліном. Завдяки цьому гормону надлишок цукру і крові перетворюється у тваринний крохмаль — глікоген, запаси якого відкладаються в печінці і м'язах. Інший гормон підшлункової залози, навпаки, сприяє перетворенню глікогену в глюкозу, якщо її стало мало в крові. Недостатнє утворення інсуліну призводить до важкого захворювання, при якому вміст глюкози в крові підвищується, — цукрового діабету. Поки штучно не створили інсулін, захворювання було смертельним. Тепер хворим регулярно вводять гормон інсуліну, а з їхнього раціону виключають вуглеводи. Вуглеводи містяться в продуктах рослинного походження, багатих на крохмаль і цукор: у зернах злакових, картоплі, ягодах і фруктах.

Обмін жирів. Відкладаючись «про запас» в об'єднаних тканинних оболонках, жири захищають органи від зсуву і механічних ушкоджень. Підшкірний жир погано проводить тепло, що забезпечує збереження постійної температури тіла. При розщеплені жирів виділяється вдвічі більше енергії, ніж при розщеплені такої самої кількості білків чи вуглеводів. Жири, що надходять з їжею, розпадаються в травному каналі на гліцерин і жирні кислоти, що попадають у лімфу, а потім у кров. Необхідно вживати жири як тваринного, так і рослинного походження. Рослинні жири містять у собі незамінні компоненти, яких немає в жирах тваринного походження, і навпаки. Велика частина жирів відкладається «про запас». Жирові запаси організм використовує, коли не вистачає їжі чи коли він витрачає багато енергії.

Перетворення в організмі органічних сполук. Недолік одних органічних сполук у їжі поповнюється надлишком інших. Ці процеси відбуваються в печінці під впливом спеціальних ферментів. Тут білки можуть перетворитися в жири і вуглеводи, деякі вуглеводи в жири. Можливе також перетворення жирів у вуглеводи. Однак недостачу білків у їжі організм не може поповнити, тому що вони складаються тільки з амінокислот; амінокислоти не утворюються з жирів і з вуглеводів. Білкове голодування особливо небезпечне для молодого організму, який ще росте, тому необхідно вживати їжу як тваринного, так і рослинного походження. У рослинних білках немає всіх амінокислот, необхідних організму людини для утворення білків. У продуктах тваринного походження (м'ясо, риба, яйця, молоко) склад амінокислот відповідає потребам організму людини.

Обмін води і мінеральних солей. Вода не дає організму жодної калорії, проте вона вкрай йому необхідна, оскільки всі біохімічні реакції обміну речовин відбуваються в рідині. Вода становить близько 2/3 маси тіла людини. У цитоплазмі і ядрі клітини її значно більше, ніж інших речовин. Втрата організмом понад 25% води несумісна з життям. Тому кількість води в організмі необхідно регулярно поповнювати. Добова потреба дорослої людини у воді становить 2,3—2,7 л, з них 0,3—0,4 л — вода, яка утворюється в організмі в процесах біологічного окислення (ендогенна), 0,7 л — вода, що міститься в продуктах, 0,3—0,5 л — вода, що міститься в рідких стравах, і решта — вода у вигляді напоїв (питна вода, соки, чай, кава).

Вітаміни. Важливе значення для організму людини мають вітаміни. Вони регулюють процеси обміну речовин, необхідні для формування ферментів, гормонів тощо. Вітаміни беруть участь в окисних процесах, внаслідок яких з вуглеводів і жирів утворюються численні речовини, які використовуються організмом як енергетичний та пластичний матеріал.

Вітаміни майже не синтезуються в організмі і повинні надходити з їжею. їх відсутність у раціоні протягом тривалого часу може спричинити різні захворювання. У наглому кліматичному поясі наприкінці зими та на початку весни найчастіше трапляється дефіцит вітамінів А, С, і РР.

Мінеральні речовини, як і вода, не мають енергетичної цінності, однак необхідні для життєдіяльності організму. Вони потрапляють в організм у вигляді мінеральних солей, що містяться в харчових продуктах і поділяються на макроелементи ( ) та мікроелементи ( ). Кожний з макро- та мікроелементів відіграє свою фізіологічну роль в організмі людини, а загалом вони є ефективними регуляторами обміну речовин. Нестача і надлишок їх може призвести до структурних і функціональних змін в організмі. Сумарна маса мінеральних речовин, необхідних організму, становить ~ 20—25 г на добу.