Вся анатомия / ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Общая характеристика обмена веществ и энергии. Обмен веществ - это наиболее общее свойство, характерное для всех живых организмов. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высоко молекулярных соединений и одновременно с этим - их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ - углекислого газа, воды, аммиака и др. Процесс синтеза органических веществ принято называть ассимиляцией или пластическим обменом. Основные химические соединения клетки (аминокислоты, нуклеотиды и др.) синтезируются в клетке из глюкозы и аммиака в результате нескольких сотен последовательных химических реакций. Каждый этап в этой цепи реакций осуществляется специфическим ферментом. В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки и накапливается запас энергии.

Процесс распада органических веществ называется диссимиляцией. Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки, а затем из организма. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освобожденная при этом энергия идет на синтез АТФ, необходимой для ассимиляции. Все эти процессы происходят при участии большого количества ферментов, обеспечивающих определенную последовательность обменных реакций во времени, месте и скорости их протекания.

Реакции, происходящие при ассимиляции и диссимиляции, хотя и представляют собой прямо противоположные, взаимоисключающие процессы, в живых организмах тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга, составляя две стороны единого процесса обмена веществ.

Сущность обмена веществ заключается в том, что организм потребляет из окружающей среды различные органические и неорганические соединения и химические элементы, использует их в своей жизнедеятельности и выделяет во внешнюю среду конечные продукты обмена в виде более простых органических и неорганических соединений.

Значение для организма белков. Белковые пищевые продукты - мясо, рыба, яйца, творог и другие, попав в пищеварительный тракт, подвергаются механической и химической обработке. В желудке белок расщепляется до пептидов, а в двенадцатиперстной кишке до аминокислот. В тонком кишечнике аминокислоты всасываются в кровь и разносятся ко всем органам и тканям. В клетке из аминокислот синтезируются специфические для данной ткани и для данного организма белки. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступающие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества с образованием воды, углекислого газа, мочевины, аммиака и др. Продукты диссимиляции белка выделяются из организма в составе мочи, пота и частично с выдыхаемым воздухом. В запас белки не откладываются. У взрослого человека их синтезируется столько, сколько необходимо для компенсации распавшихся белков. При избытке белковой пищи она преобразуется в жиры и гликоген. Потребность белков пищи в сутки составляет 100-118 г. В детском возрасте синтез белков в организме превышает их распад, что надо учитывать при составлении рационов питания.

Значение для организма жиров. Жиры входят в состав растительной и животной пищи. Часть синтезированного в организме жира откладывается в запас, другая часть поступает в клетку, где вместе с липидами служит пластическим материалом, из которого строятся мембраны клеток и органоидов. Жиры являются основным источником энергии. Расщепление 1 г. жиров сопровождается выделением 38,9 кДж энергии, при этом выделяется углекислый газ и вода. Жиры могут синтезироваться в организме человека из углеводов и белков. Суточная потребность в них для взрослого человека 100 г.

Значение для организма углеводов. Углеводы, которые входят в состав продуктов растительного происхождения, в организме человека расщепляются до глюкозы. Глюкоза поступает в кровь и разносится по всему организму. Содержание ее в крови относительно постоянно и не превышает 0,08-0,12%. Если глюкоза поступает в кровь в большом количестве, то избыток ее превращается в печени в гликоген, который накапливается, а затем при необходимости снова распадается до глюкозы. При расщеплении 1 г. углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Потребление энергии увеличивается в организме с возрастанием нагрузки при физической работе. Часть энергии используется для механической работы и служит источником тепла, другая часть идет на синтез молекул АТФ. При избытке углеводов в организме они превращаются в жиры. Суточная потребность углеводов составляет 450-500 г.

Обмен белков, жиров и углеводов в организме взаимосвязан. Отклонение от нормы обмена одного из этих веществ влечет за собой нарушение обмена других веществ. Например, при расстройстве обмена углеводов продукты их неполного распада нарушают обмен белков и жиров, расщепление которых идет тоже не до конца, с образованием ядовитых веществ, отравляющих организм.

Значение для организма воды и минеральных солей. Наряду с обменом органических веществ в организме человека происходят водный и солевой обмен. Эти вещества не являются источником энергии и питательными веществами, но их значение для организма велико. Вода входит в состав клеток, межклеточной и тканевой жидкости, плазмы и лимфы. Общее ее количество в организме человека составляет 70%. В клетках вода химически связана с белками, углеводами и другими соединениями. Всасывание питательных веществ в кишечнике, их поглощение клетками из тканевой жидкости и выведение из клеток конечных продуктов обмена может осуществляться только в растворенном состоянии и при участии воды. Вода является непосредственным участником всех биохимических реакций организма. Суточная потребность в воде взрослого человека 2-3 литра. Поступает вода в организм при питье и в составе пищи. В тонком и толстом кишечнике вода всасывается в кровь, затем она поступает в ткани. Из клеток тканей вместе с продуктами распада проникает в кровь и лимфу. Из организма вода выводится в основном через почки, кожу, легкие и с калом. Обмен воды тесно связан с обменом солей.

В организм человека минеральные вещества поступают с пищей, откладываются в виде солей и входят в состав различных органических соединений. Так, железо включено в молекулу гемоглобина и участвует в транспортировке кислорода и углекислого газа. Йод входит в состав гормона щитовидной железы. Сера и цинк содержатся в гормонах поджелудочной железы. Для нормального кроветворения необходимы железо, кобальт, медь. Соли кальция и фосфора входят в состав костей. Калий и натрий создают определенную концентрацию ионов в клеточной мембране и по обе стороны от нее. Общее количество минеральных веществ в теле человека составляет около 4,5%.

Человек нуждается в постоянном поступлении натрия и хлора. Натрий создает определенную концентрацию ионов в плазме, тканевой жидкости. Хлор, являясь составной частью соляной кислоты, входит в состав желудочного сока. Все эти элементы поступают в организм с пищей, водой и поваренной солью. Железа много в яблоках, йода - в морской капусте, кальция - в молоке, сыре, брынзе, в яйцах и т.д.

ВИТАМИНЫ

Это самостоятельная группа веществ, которые необходимы для жизнедеятельности организма. Они оказывают действие на рост, обмен веществ и физическое состояние в целом, причем в довольно небольших количествах. Химическая природа их разнообразна. Поступают витамины в организм с пищей, в тканях человека они усваиваются и входят в состав ферментов, которые участвуют в обмене веществ. Если витамины не поступают с пищей, то нарушается состояние физического здоровья. Это доказал в прошлом столетии русский врач Н.И. Лунин, который открыл витамины (вита – значит жизнь). Дальнейшее изучение позволило установить, что они участвуют в синтезе и расщеплении аминокислот, жиров, азотистых оснований нуклеиновых кислот, гормонов, а также ацетилхолина, который обеспечивает передачу импульсов в нервной системе. Витамины образуются в растительных организмах, но имеются они и в продуктах животного происхождения. Обозначаются они заглавными буквами латинского алфавита. В настоящее время известно более двадцати витаминов. Они подразделяются на две группы - жирорастворимые (А, Д, Е, К и др.) и водорастворимые (В, С, Р, РР и др.). Заболевания, развивающиеся при недостатке витаминов в организме, называются авитаминозами или гиповитаминозами. Здоровому взрослому человеку требуется в сутки всего несколько миллиграммов различных витаминов.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в организме человека не синтезируется. Его недостаток или отсутствие в пище сопровождается цингой. Это проявляется в первую очередь кровоточивостью десен. Затем развиваются такие признаки, как слабость, одышка, кровотечения и мелкие кровоизлияния вследствие поражения стенок кровеносных сосудов. Нарушается обмен белков, уменьшается сопротивляемость к различным заболеваниям. Потребность человека в витамине С 63-105 мг в сутки. Его много содержится в хрене, перце, рябине, смородине, землянике, капусте, щавеле, плодах шиповника, плодах цитрусовых и т.д. При нагревании пищи этот витамин разрушается. У людей, живущих в зонах умеренного, резко континентального и арктического климата, наблюдается гиповитаминоз в весеннее время года в связи с уменьшением питания растительной пищей. Поэтому зимой и весной целесообразно употреблять дополнительно аскорбиновую кислоту.

Витамины группы В (В₁, В₂, В₆, В₁₂ и др.) регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот. Недостаток или отсутствие витамина В₁ приводит к заболеванию бери-бери. Оно сопровождается расстройством нервной системы, деятельности сердца, пищеварительного аппарата. Этот витамин поступает в организм с мукой грубого помола, горохом, неочищенным рисом. Он содержится в дрожжах (пивные дрожжи), а также в продуктах животного происхождения - печени, почках, мозге, мышце сердца. В день человеку нужно 2-3 мг этого витамина.

Недостаток или отсутствие витамина В₁₂ сопровождается развитием тяжелой формы малокровия. Содержится витамин в печени и в стенках кишок животных, а также синтезируется бактериями кишок человека. При нарушении секреторной функции желудка усвоение витаминов не происходит.

При отсутствии в пище витаминов группы А страдает зрение вследствие так называемой куриной или ночной слепоты. При этом нарушается образование зрительных пигментов сетчатки глаз и человек плохо видит с наступлением сумерек. Кроме того, происходят изменения в коже и слизистых оболочках, усиливается слущивание эпителия, происходит воспаление и размягчение слизистой и роговицы глаз, нарушение эпителия мочеполовых органов и пищеварительного канала.

Витамин А называют еще витамином роста, он участвует в окислительно-восстановительных реакциях обмена. Источниками витамина являются животные продукты - печень, сливочное масло, рыбий жир. Растительные продукты содержат вещества, из которых в организме человека синтезируется витамин А. Таковыми являются каротины моркови, шпината, зеленого лука, салата, красного сладкого перца и др. Потребность в витамине А 1-2 мг в сутки.

Витамины группы Д (Д₂, Д₃ и др.) играют важную роль в обмене кальция и фосфора. Их называют противорахитическими, так как при недостатке или отсутствии их развивается рахит. Это заболевание проявляется в раннем детстве и сопровождается нарушением образования костной ткани. Кости становятся мягкими и искривляются, на ребрах образуются утолщения - четки. Запаздывает и нарушается образование зубов. Наиболее богаты витамином Д печень рыб, сливочное масло, желток яиц, икра, рыбий жир. Взрослому человеку достаточно этого витамина при обычном питании, детям раннего возраста 5-125 мкг. Для профилактики авитаминоза Д необходимо также наличие солей кальция, фосфора и воздействие ультрафиолетовых лучей солнца или кварцевых источников света, при этом провитамин Д, находящийся в коже человека, переходит в витамин Д.

Кроме гиповитаминозов в настоящее время наблюдаются и гипервитаминозы при избыточном употреблении витаминов синтетического происхождения, полученных на витаминных комбинатах и свободно предлагающихся в аптеках. Гипервитаминозы отрицательно сказываются на здоровье взрослых людей, так как нарушаются процессы обмена веществ и особенно опасны при беременности, когда вследствие гипервитаминоза может родиться уродливый ребенок. Поэтому синтетические витамины нужно применять по рекомендации врача.

Способы сохранения витаминов в пищевых продуктах. Для сохранения витаминов в пище следует соблюдать правила заготовки и хранения продуктов. К примеру, в поврежденных овощах и фруктах аскорбиновая кислота быстро разрушается вследствие действия ферментов, расщепляющих их молекулы. При приготовлении пищи нужно исключать переваривание и пережаривание. Полезность свежих овощей и фруктов всегда была известна человеку. Человек еще в древние времена учился заготавливать продукты в прок - солить и квасить, вялить и коптить, сушить, мочить и замораживать. Слово «консервирование» происходит от латинского слова «консерваре», что означает «сохранять». Способов сохранения витаминов в пище много. Например, маринование, где применяется в качестве консерванта уксусная кислота. В основу соления, мочения и квашения заложен процесс молочнокислого брожения овощей и плодов от воздействия соли и сахара. Сушка - это самый древний и очень распространенный способ консервирования (плоды, ягоды, овощи, грибы). Замораживание лучший, наиболее совершенный способ консервирования, так как сохраняется почти вся пищевая ценность продуктов и их вкусовые качества. Способ этот известен давно, но в домашних условиях он получил распространение только сейчас, когда появились холодильники с большими морозильными камерами.

Рациональное питание. Для обеспечения здоровья людей в настоящее время необходима организация питания, которое предотвращает повышенное отложение жиров при недостаточной физической нагрузке. Основным принципом этого питания является использование разнообразной пищи, сбалансированной по ее количеству и качеству индивидуально для каждого человека. Питание должно предотвращать развитие атеросклероза, недостаточность кровоснабжения сердца, инфаркт миокарда, гипертоническую болезнь, заболевания пищеварительной и выделительной систем. В соответствии с задачами рационального питания разработаны нормы питания. Под нормой питания следует понимать общее количество пищи, ее компонентов, соответствующее биологической природе человека, обуславливающее благоприятное состояние здоровья людей, разных возрастов, пола, образа жизни и труда. Нормы питания одного и того же человека на протяжении его жизни изменяются в соответствии с его возрастом, характером труда, состоянием здоровья и пр. Для взрослого человека, занимающегося преимущественно умственным трудом, рекомендовано 167,4 кДж энергии на 1 кг массы тела, а для человека, занимающегося тяжелым физическим трудом 221,7 кДж/кг. Групп профессий много и для каждой, при необходимости, устанавливают особую норму питания. В соответствии с энергозатратами проводят расчет необходимого количества пищи исходя из энергетической ценности получаемых продуктов. В суточном рационе взрослых людей белки, жиры и углеводы используются в соотношении 1:1:4. В среднем в сутки взрослый человек должен потреблять 80-100 г белков, столько же жиров и 350-400 г углеводов. Расчеты производят исходя из того, что 1 г белков и 1 г углеводов выделяют по 16,7 кДж при сгорании, а 1 г жиров - 37,7 кДж.

Для юношей рекомендуется 113 г белков, 106 г жиров и 451 г углеводов, а для девушек, соответственно, 96, 90, 383 г в сутки. Для спортсменов во время тренировок и соревнований эти нормы выше, но все равно для девушек ниже, чем для юношей. Важным признаком рационального питания является биологическая полноценность питания, которая зависит еще и от необходимого количества минеральных солей и витаминов, а белки и жиры должны быть как животного, так и растительного происхождения.

Режим питания школьника. Регулярный и правильный режим питания важен для всех людей, но особенно в детском возрасте. Пища приносит наибольшую пользу человеку при приеме в определенно установленные часы. Наиболее эффективно четырехразовое питание. В 7 ч 30 мин. - 8 ч утра - завтрак, на который должно приходиться 25% суточного рациона. В 11-12 часов второй завтрак (10%). В 3-4 часа - обед с наибольшим (45%) процентом суточного рациона. И в 8-9 часов - ужин (20% рациона). При невозможности соблюдать четырехразовое питание надо при трехразовом съедать за завтраком 30% суточного рациона, в обед до 50%, а в ужин около 20%. Нужно помнить, что при нерегулярном питании (один – два раза в день), спешке во время еды и частом употреблении трудно перевариваемых блюд развивается воспаление слизистой оболочки желудка (гастрит).