Обмен веществ – сложный процесс превращений веществ в организме, обеспечивающий его рост, развитие, деятельность. Посредством обмена веществ обеспечивается:
восприятие веществ, поступающих из внешней среды;
превращение их в организме в вещества самого организма;
обеспечение организма энергией, необходимой для его жизнедеятельности;
восстановление потери воды в организме;
удовлетворение потребности организма в минеральных веществах;
возмещение распада органических веществ;
обеспечение поступления органических веществ, необходимых для синтетических процессов (пластический обмен).
Обмен веществ состоит из двух противоположных паралллельно протекающих процессов:
катаблизм (диссимиляция) – процессы распада веществ, их окисление и выведение из организма продуктов распада;
анаболизм (ассимиляция) – процессы синтеза веществ, необходимых для роста и развития организма.
Посредством обмена веществ осуществляется взаимодействие организма с внешней средой и обеспечивается постоянное обновление состава тела, который находится в состоянии перестройки и обновления. Сущность жизни заключается в двух параллельно идущих процессах (анаболизм, катаболизм).
В нормальных условиях у взрослого человека объем, в котором протекают эти процессы обеспечивает относительное равновесие обмена веществ и характеризуется постоянством веса. Обмен веществ в тканях регулируется на клеточном уровне. Все происходит на основе саморегуляции, в чем участвует гуморальная и нервная регуляция. Большое значение имеет гуморальная регуляция (белковый обмен – гормоны щитовидной железы; углеводный обмен – надпочечники и поджелудочная железа; жировой обмен – поджелудочная железа, щитовидная железа, гипофиз, надпочечники). Ведущую роль в обмене веществ играет ЦНС, которая оказывает координирующее влияние на процессы обмена путем торможения и активизации, в т.ч. секреции.
В различные периоды жизни в организме обмен веществ осуществляется по разным программам. Различают периоды:
до 25 лет;
25-60 лет;
после 60 лет.
Под влиянием различных экзо- и эндогенных факторов возможно нарушение обмена веществ. Этот факт лежит в основе любого патологического процесса.
Продукты расщепления пищевых веществ в пищеварительном тракте – аминокислоты белков, жирные кислоты жиров, моносахара углеводов, вместе с аналогичными веществами, образующимися в органах и тканях составляют метаболический фонд, постоянно используемый в организме для биосинтеза и формирования новых структурных образований, а также для удовлетворения потребностей организма в энергии. Распад веществ, поступающих из внешней среды, происходит в организме в результате диссимиляции, сопровождается выделением энергии, составляя энергетический фонд. В промежуточном обмене веществ в результате аэробного окисления и сочетающегося с ним фосфорилирования, происходит освобождение химической энергии. Половина всей химической энергии, освобождающейся в процессе обмена веществ, превращается в тепло. Т.о. в обмене веществ сочетаются две стороны:
энергетическая, обеспечивающая все области активной и пассивной деятельности;
пластическая, обеспечивающая рост новых тканей и регенерацию отживших клеток и тканевых элементов.
Возможность объективной цифровой оценки величины расхода энергии, а также оценки потребляемой пищи одной и той же единицей измерения (ккал), помогает решить задачу по установлению адекватности питания производимым энерготратам. При исчислении энергетической ценности продуктов питания и пищевых рационов в качестве единицы измерения может использоваться Джоуль (1Дж равен 0,239 кал или 1 кал равна 4,181 Дж). Для определения энерготрат применяют методы прямой и непрямой калориметрии. Прямая калориметрия – исследования проводят в специальной камере, позволяющей учесть всю теплопродукцию организма. Непрямая калориметрия – расход энергии определяют по газообмену, что проще и используется более шире. Для приближенного расчета энерготрат может быть использован метод хронометража, когда по времени, затраченному на определенный вид деятельности в течение суток с последующим расчетом по специальной таблице рассчитывается расход энергии.
Метод газообмена. Обмен энергии по этому методу определяется по количеству кислорода, израсходованного на окисление пищевых веществ. Для этого отбирают пробы выдыхаемого воздуха за определенное время и определяют в нем содержание О2 и СО2. Одновременно определяют СО2 и О2 во вдыхаемом воздухе. Это позволяет вычислить разницу поглощаемого О2 и выделяемого СО2. По количеству потребляемого О2 судят об интенсивности окислительных процессов, определяя таким образом количество выделенного тепла, а из этого следует и количество израсходованной энергии. Один и тот же объем О2 потребленного организмом может выделять несколько различное количество энергии в зависимости от того, окисляются белки, жиры или углеводы.
Нерегулируемые траты энергии:
- основной обмен (энергия, затрачиваемая на поддержание на необходимом в данных условиях уровне функций жизнеобеспечивающих систем – сердечно-сосудистой, дыхательной системы, экскреторной функции и работы почек, секреторных функций и работы эндокринных систем, постоянство температуры тела и поддержание мышечного тонуса и др.);
- специфически динамическое действие пищи (СДДП) или пищевой термогенез – это расход энергии на метаболизацию пищевых веществ в организме.
Энергия основного обмена определяется в состоянии мышечного и нервного покоя, лежа при комнатной температуре равной 20 градусов, натощак, через 14-16 часов после приема пищи. Энергия основного обмена для каждого индивидуума является своей величиной, но в то же время она достаточно постоянна. Например, у взрослого человека весом 70 кг она равна 1700 ккал/сут, у женщин весом 55 кг – 1400 ккал/сут. Ориентировочно 1 ккал/кг веса/час. Для определения существуют специальные таблицы Харриса-Бенедикта, а также специфические расчетные формулы или специальные исследования. На величину основного обмена влияет пол (у женщин основной обмен ниже, чем у мужчин на 5-10%), возраст (у детей выше до 15%, у стариков ниже на 10-15%), стрессовые состояния, лихорадочные состояния, интенсивность функционирования эндокринных желез (щитовидной железы, гипофиза, половых желез).
СДДП. Под влиянием приема пищи повышается расход энергии, затраты которой связаны с усилением окислительных процессов, необходимых для превращения пищевых веществ в организме. При смешанном питании основной обмен повышается на 10-15%. Если белковое питание – на 30-40%, жиры – на 4-14%, углеводы – на 4-7%.
Регулируемые траты включают расход энергии в процессе трудовой деятельности, бытового и домашнего поведения, при занятиях спортом и других видах деятельности. Определяющим в величине затрат энергии в процессе трудовой деятельности является объем мышечной и физической нагрузки. При умственном труде и малоподвижном образе жизни затраты энергии составляют около 2300 ккал/сут, средней физической нагрузке и средней подвижности – 3000 ккал/сут, тяжелом физическом труде – 4000 ккал/сут. Величина установленных суточных энергозатрат служит основанием для определения количественной стороны питания с учетом того, чтобы установленный пищевой рацион по энергетической ценности соответствовал суточным энергозатратам. Необходимо учитывать, что суточные энергозатраты при всех равных условиях будут зависеть от климатической зоны (в районах Севера – на 10-15% больше, в Южных районах – на 20-25% меньше).
Белки
Это один из основных компонентов пищи. Белки важны для растущего организма, так как играют пластическую роль. Они являются составной частью протоплазмы, ядер и межклеточных пространств. Белки состоят из аминокислот. Пищевая биологическая ценность зависит от сбалансированности аминокислот. Часть аминокислот не синтезируется в организме (незаменимые аминокислоты – лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, треонин, метионин, метилаланин, валин, гистидин, цистин, тирозин; для детей еще и аргинин). Белок считается полноценным, если в нем сбалансированы все аминокислоты. Потребность в сбалансированности аминокислот приближается к их содержанию в женском молоке. Принята следующая формула сбалансированности: лейцин – 4-6 г/сут, изолейцин – 3-4 г/сут, лизин – 3-5 г/сут, триптофан – 1 г/сут, треонин – 2-3 г/сут, метионин – 2-4 г/сут, фенилаланин – 2-4 г/сут, валин – 4 г/сут, гистидин – 2 г/сут, аргинин – 6 г/сут. Важно соотношение незаменимых аминокислот – оптимальное соотношение триптофана к лизину и метионину с цистином как 1:1:3.
Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме. Потребность в белке зависит от возраста, пола, характера трудовой деятельности. Дети, подростки, лица, занимающиеся тяжелым физическим трудом – потребность в белке значительно выше. За счет белков должно обеспечиваться 12-14% общей калорийности пищи, в том числе 60% за счет белков животного происхождения, 40% - за счет растительного белка. Ориентировочное нормирование – 1-1,5 грамма белка на 1 кг веса в зависимости от возраста.
Болезни недостаточности и избыточности белкового питания и белкового метаболизма
Белковая недостаточность обычно связана с общим недоеданием (голодом) и чаще всего наблюдается у жителей беднейших и развивающихся стран. Она почти всегда сочетается с дефицитом энергии, поэтому данный алиментарный дисбаланс называется белково-энергетической недостаточностью(наблюдается недостаток продуктов главным образом животной группы). У новорожденных и детей младшего возраста белково-энергетическая недостаточность проявляется в формеквашиоркораи алиментарного маразма– заболеваний, встречающихся в беднейших странах.
Алиментарная дистрофия может развиться у взрослого человека при длительном (несколько месяцев) существенном дефиците питания. Ее проявления: снижение массы тела (истощение), потеря работоспособности, глубокие гиповитаминозы, снижение иммунитета. Развитие подобного состояния возможно также при нарушении обменных процессов при тяжелых заболеваниях или отказе от питания по разным причинам (медицинским и социальным).
Избыток белков в питании имеет наиболее выраженные и относительно быстро проявляющиеся последствия по сравнению с избытком других макронутриентов. Собенно чувствительны к избытку протеина крайние возрастные группы (дети и престарелые), а также лица с некоторыми заболеваниями, в частности, почек и печени, так как в первую очередь страдают именно эти органы. В печени возможно развитие жировой дистрофии и деструктивных процессов из-за перегрузки ее пищевыми аминокислотами. Почки функционально перегружаются из-за повышенного выделения остаточного азота (мочевина, мочевая кислота, креатинин) и нарушения кислотно-щелочного баланса первичной мочи В результате увеличиваются потери кальция с мочой: каждый грамм лишнего белка приводит к потере 2020 мг кальция. При длительном избытке белка в рационе увеличивается риск развития мочекаменной болезни, подагры, ожирения. Ожирение связано с тем, что излишнее количество белка вовлекается в липонеогенез. Очень вероятно также развитие относительного гиповитаминоза В6, РР и А из-за их повышенного расхода в метаболизме белков или нарушения их обмена.
С белковой составляющей связан и ряд наследственных заболеваний, таких как фенилкетонурия, гистидинемия, гомоцистеинурия, алкаптонурия и целиакия: это генетически детерминированные энзимопатии.
Жиры
Основная роль жиров – относятся к веществам, выполняющим в организме, в основном, энергетическую функцию, но также участвуют в синтезе в организме липидных структур, в первую очередь - мембран клеток. Энергетически более важны, чем белки и углеводы. 1 грамм жира дает организму 9,3 ккал; 1 грамм белка и углеводов – 4,3 ккал. Оптимальный уровень жира находится в интервале 20-30% от энергетической ценности рациона, т.е. для человека со средним уровнем энерготрат это соответствует примерно 70-100 г жира в сутки. Недостаточное поступление жиров вызывает:
- нарушение функции ЦНС;
- ослабление иммунных механизмов;
- изменение кожи;
- нарушение деятельности внутренних органов.
С жирами в организм поступают биологически ценные вещества – жирорастворимые витамины, фосфатиды, полиненасыщенные жирные кислоты, стерины, токоферолы. Жир в организме находится в двух видах:
- структурный (протоплазматический);
- резервный (жировое депо) – подкожная жировая клетчатка, сальники большой и малый, околопочечный жир.
Количество протоплазматического жира поддерживается на постоянном уровне и не уменьшается даже при голодании. Степень накопления резервного жира зависит от характера питания, уровня энерготрат, пола, возраста, действия желез внутренней секреции. Пищевые жиры состоят из эфиров глицерина и высших жирных кислот (ВЖК). Важнейшим компонентом являются ЖК:
- насыщенные ЖК (30%) – наиболее распространены стеариновая, пальмитиновая;
- мононенасыщенные ЖК (30%);
- полиненасыщенные ЖК (10%) – линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Наибольшим действием обладает арахидоновая кислота. Потребность в ПНЖК – 3-6 г/сут.
Все пищевые жиры делятся на 3 группы:
С высоким содержанием ПНЖК (рыбий жир, растительное масло);
2. Со средним содержанием ПНЖК (свиное сало, куриный и гусиный жир);
3. С низким содержанием ПНЖК (бараний и говяжий жиры, маргарин).
В состав жира входят фосфатиды и стерины. Различают фито- и зоостерины. Из фитостеринов наиболее важен ситостерин, который, соединяясь с ХН, образует нерастворимое соединение (гипохолестеринемическое действие, фактор профилактики атеросклероза). Зоостерины – структурные компоненты клеток.
При нарушении обмена ХН, он выпадает в виде мелких кристаллов на стенках сосудов, в желчных путях.
Жиры играют большую роль в обеспечении организма жирорастворимыми витаминами (A, D, E, F – в животных жирах; E и F – в растительных).
Ценность жиров определяется:
- незаменимостью;
- перевариваемостью;
- всасываемостью;
усвояемостью.