Т е м а: “Обмін речовин і енергії.”

• Процес живлення

• Обмін речовин і енергії

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Обмін речовин та енергії — це комплекс біохімічних і по­в'язаних з ними енергетичних процесів, що лежать в основі життєдіяльності живого організму. У процесі обміну речови­ни, які надходять в організм, шляхом хімічних перетворень стають власними речовинами тканин та кінцевими продук­тами, які виводяться з організму.

Метаболізм — це високоінтегрований та цілеспрямований процес, у якому бере участь велика кількість ферментних сис­тем і який забезпечується складною регуляцією на різних рівнях.

Головним наслідком енергетичних процесів в організмі є утворення теплової енергії. Величина енергетичного обміну є показником загального стану і фізіологічної активності орга­нізму. Враховуючи той факт, що порушення обміну речовин та енергії лежать в основі всіх функціональних і органічних ушкоджень органів і тканин, які призводять до виникнення хвороби, знання цієї теми має велике значення при вивченні клінічних дисциплін.

НАВЧАЛЬНА МЕТА

Знати: добову потребу, біологічну та енергетичну цінність раціону, кінцеві продукти обміну білків, жирів та вуглеводів, водно-сольовий обмін, основи енергетичного обміну.

Уміти: сформулювати загальне уявлення про процеси мета­болізму в організмі, пояснити принципи утворення і витрат енер­гії, визначати основний обмін за таблицями Харріса—Бенедикта.

ІНФОРМАЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ

Обмін речовин та енергії, або метаболізм,— це сукупність Фізичних та хімічних перетворень речовин та енергії, які від­буваються у живому організмі.

Обмін речовин властивий як живій, так і неживій природі, однак між ними існує важлива відмінність. Внаслідок обміну ре-човин неживі тіла руйнуються, тоді як обмін речовин живої тка­нини з навколишнім середовищем є однією з умов її існування.

Обмін речовин складається з процесів асиміляції та дисимі­ляцїі. Асиміляція (анаболізм) — процес засвоєння організме речовин, при якому використовується енергія. Дисиміляція (катаболізм) — процес розпаду складних органічних сполук який супроводжується звільненням енергії. Процеси асиміля­ції та дисиміляції тісно пов'язані між собою. У певні періоди життя організму спостерігаються різні співвідношення між цими процесами. Так, наприклад, у період росту переважають процеси асиміляції, у дорослої людини встановлюється віднос­на рівновага між ними, а в людей похилого віку асиміляція відстає від процесів дисиміляції. Поживні речовини, які над­ходять з їжею, використовуються організмом як пластичний (із них після ряду хімічних перетворень синтезуються свої, специфічні для даного організму і для кожного органа сполу­ки, з яких будуються клітинні структури) і як енергетичний матеріал (під час окислення органічних речовин звільняється енергія, яка використовується організмом у процесі життєдія­льності).

Обмін речовин починається з надходження поживних ре­човин у травну систему та кисню в легені. В обміні речовин можна умовно виділити три етапи.

Таблиця А

Дані для визначення основного обміну за масою тіла

Чоловіки				Жінки
Маса тіла, кг	Ккал	Маса тіла, кг	Ккал	Маса тіла, кг	Ккал	Маса тіла, кг	Ккал
45 46 47 48 50 52 54 56 58 60 62 64	1085 1095 1105 1114 1133 1152 1172 1191 1210 1229 1248 1267	66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86	1286 1305 1325 1344 1363 1382 1402 1420 1439 1458 1478	46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68	699 727 754 782 809 837 864 892 919 947 974 1002	70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90	1029 1057 1084 1112 1139 1167 1194 1222 1249 1277 1304

Таблиця Б

Дані для визначення основного обміну за добу у чоловіків за ростом і масою тіла

Зріст, см	Вік, років
	17	19	21	23	25	27	29	33	41	51	63
144 148 152 156 160 164 168 172 176 180 184	593 633 673 713 743 773 803 823 843 863 883	568 608 648 678 708 738 768 788 808 828 848	619 639 659 679 699 719 739 759 779	605 625 645 665 685 705 725 745 765	592 612 632 652 672 692 712 732 752	578 598 618 638 658 678 698 718 738	565 585 605 625 645 665 685 705 725	538 558 578 598 618 638 658 678 698	484 594 524 544 564 584 604 624 644	416 436 456 476 496 516 536 556 576	335 355 375 395 415 435 455 475 495

Таблиця В

Дані для визначення основного обміну за добу у жінок за ростом і масою тіла

Зріст, см	Вік, років
	17	19	21	23	25	27	29	33	41	51	63
144 148 152 156 160 164 168 172 176 180	171 187 201 215 229 243 255 267 279 291	162 178 192 206 220 234 246 258 270 282	183 190 198 20 213 22 227 235	178 181 188 196 203 211 218 225	164 172 179 186 194 201 209 216	15 162 170 177 184 192 199 207	146 153 160 168 175 183 190 197	127 134 142 149 156 164 171 179	89 97 104 112 119 126 134 141	43 50 57 65 72 80 87 94	-13 -6 1 9 17 24 31 38

Першим етапом обміну речовин є ферментативне розщеп­лення білків, жирів та вуглеводів у травній системі до розчин­них у воді амінокислот, моносахаридів, гліцерину, жирних кислот та деяких інших сполук і всмоктування цих продуктів

У кров та лімфу.

Другим етапом обміну речовин є транспорт поживних ре­човин кров'ю та лімфою і ті складні хімічні перетворення, які відбуваються у клітинах та міжклітинній речовині. Розпад ре­човин здійснюється з утворенням енергії та кінцевих продук­тів обміну.

Третій етап обміну речовин — виділення кінцевих про­дуктів обміну нирками, легенями, кишками та потовими за­лозами.

Обмін білків, жирів, вуглеводів, мінеральних солей та води відбувається в тісній взаємодії один з одним, і, хоча у метабо­лізмі кожного з них є свої особливості, виділення окремо кож­ного з видів є деякою мірою штучним.

Обмін білків

Білки (протеїни) — високомолекулярні сполуки, які скла­даються з амінокислот. Для білків характерна індивідуальна специфічність, що підтверджується утворенням імунних тіл в організмі людини при трансплантації органів. В організмі лю­дини постійно відбуваються процеси розпаду і синтезу білка, єдиним джерелом для його синтезу є білки їжі.

Експериментально встановлено, що не всі амінокислоти, які входять до складу білків, є рівноцінними для людини. Де­які амінокислоти не можуть синтезуватись в організмі люди­ни і повинні обов'язково надходити з їжею, вони мають назву незамінних амінокислот (наприклад, метіонін, валін, лейцин тощо); ті амінокислоти, які можуть синтезуватись в організмі, мають назву замінних амінокислот (наприклад, аланін, глю­тамінова кислота, аргінін тощо). Залежно від амінокислотного складу білки поділяють на повноцінні, тобто ті білки, які міс­тять усі незамінні амінокислоти (білки м'яса, риби, яєць), та неповноцінні, в яких відсутня хоча б одна амінокислота, яка не може бути синтезована в організмі (білки пшениці, кукурудзи, ячменю тощо). Два або три неповноцінні білки, доповнюючи один одного за амінокислотним складом, можуть забезпечити збалансоване харчування людини. Тому для повного забезпе­чення організму повноцінними білками у добовому раціоні лю­дини повинні бути білки різних продуктів. Білки виконують наступні функції:

• пластичну, яка полягає в тому, що білки є головною складовою частиною клітини та міжклітинних структур;

• каталітичну (ферментну), яка полягає в їхній здатності прискорювати біохімічні реакції в організмі;

• захисну — спрямована на утворення імунних тіл (антитіл);

• транспортну — полягає в транспорті різних речовин, наприклад СО₂ та О₂;

• регуляторну — забезпечення сталості біологічних конс­тант організму;

• передача спадкових властивостей;

• енергетичну роль, яка полягає в тому, що при окисленні 1 г білка в середньому звільняється енергія, яка дорівнює 4,1 ккал.

Для нормальної життєдіяльності організму необхідне над­ходження такої кількості білка, яка б повністю задовольняла всі його потреби. Ця величина не постійна і залежить від та­ких факторів, як стать, вік, характер трудової діяльності тощо (для дорослої людини добова потреба в білку становить 1,5 г на 1 кг маси тіла, для дітей грудного віку — 3,0—3,5 г). Білки надходять в організм людини з продуктами тваринного похо­дження. У слині відсутні протеолітичні ферменти, тому гідро­ліз білків здійснюється під впливом ферментів, що входять до складу шлункового, підшлункового та кишкового соків. Білки розщеплюються до амінокислот і невеликої кількості пептидів. Всмоктування амінокислот відбувається у тонкій кишці, по во­рітній вені вони транспортуються до печінки, де частина їх ви­користовується для біосинтезу різних специфічних для організ­му білків — альбумінів, глобулінів, ферментів тощо. Інша час­тина амінокислот з током крові розноситься до всіх органів і тканин, де вони використовуються для біосинтезу специфіч­них білків або зазнають різних перетворень з утворенням кін­цевих продуктів: води, вуглекислого газу та азотистих речовин (сечовина, сечова кислота, креатинів, креатин тощо). Деяка кількість білків, які не розщепились у травній системі, потрап­ляють до товстої кишки, де під дією мікроорганізмів гниють. При цьому утворюються речовини, у тому числі й токсичні (ін­дол, скатол, фенол тощо), які знешкоджуються в печінці.

Для визначення стану білкового обміну велике значення має визначення азотистого балансу, тобто співвідношення кіль­кості азоту, який потрапляє в організм з їжею, і кількості азо­ту, який виділяється з організму у вигляді кінцевих продуктів розпаду білка. Виділяють азотисту рівновагу, позитивний та негативний азотистий баланс. Стан, за якого кількість азо­ту, яка вводиться, дорівнює кількості азоту, що виводиться, має назву азотистої рівноваги (у нормі спостерігається у здоро­вих дорослих людей).

Позитивний азотистий баланс — стан, за якого кількість азоту, яка виділяється з організму, значно менша, ніж вміст його в їжі, тобто спостерігається затримка азоту в організмі (це має місце в дітей, під час вагітності тощо). Негативний азо­тистий баланс — стан, за якого кількість азоту, яка виділяєть­ся, буде більшою, ніж надходження його з їжею (при білковому голодуванні, гарячці, пухлинах тощо).

Обмін вуглеводів

Вуглеводи в організмі мають переважно енергетичне зна­чення, але ці органічні речовини виконують і пластичну роль оскільки входять до складу оболонок клітин. Енергетична цін­ність 1 г вуглеводів становить 4,1 ккал. Добова потреба у вуг­леводах — 450—500 г, приблизно 70% вуглеводів окислюється в тканинах з утворенням кінцевих продуктів обміну — води та вуглекислого газу, з 25—28% синтезується глікоген, який від­кладається в печінці, а також у поперечнопосмугованих м'язах.

Основним джерелом вуглеводів є рослинна їжа. Гідроліз вуглеводів починається в порожнині рота під впливом фермен­тів, які входять до складу слини. Далі процес розщеплення ву­глеводів відбувається в тонкій кишці, де вуглеводи розщеплю­ються до моносахаридів і в такому вигляді всмоктуються в кров. Із вуглеводів лише клітковина не розщеплюється в тон­кій кишці. Вона надходить у товсту кишку і там під впливом мікроорганізмів у ній відбуваються процеси бродіння.

Обмін жирів

Жири за хімічним складом поділяють на прості ліпіди (нейтральні жири), складні жири (фосфоліпіди, гліколіпіди тощо) та стероїди (холестерин). Основна маса ліпідів в організ­мі людини представлена нейтральними жирами. Жири в орга­нізмі виконують пластичну та енергетичну роль (жири є най­більш багатим джерелом енергії, оскільки під час окислення 1 г жиру виділяється 9,3 ккал).

Добова потреба у жирах для дорослої людини становить 100 г. Вони надходять в організм людини з продуктами харчу­вання рослинного та тваринного походження, за хімічним скла­дом і хімічними властивостями відрізняються від жирів тка­нин людського організму. В організмі вони перетворюються на жири, властиві організму. Жири розщеплюються під впливом ліпаз. Основним місцем їхнього гідролізу є тонка кишка. Не­розщеплений жир потрапляє до товстої кишки і виділяється з калом. Процес усмоктування продуктів гідролізу жирів є ду­же складним. Це перш за все стосується жирних кислот, оскі­льки гліцерин як водорозчинна речовина легко всмоктується в лімфу. Жирні кислоти нерозчинні у воді і тому можуть всмок­туватися тільки у вигляді водорозчинних сполук, в утворенні яких беруть участь жовчні кислоти. Після всмоктування ці сполуки розпадаються на жирні та жовчні кислоти. Останні потрапляють у систему ворітної вени і надходять до печінки, звідкіля доставляються в жовчний міхур, а потім знову надхо­дять у травну систему. Внаслідок такого кругообігу незначна кількість жовчі забезпечує всмоктування значної кількості жирних кислот. У ворсинках із жирних кислот та гліцерину синтезуються специфічні для організму жири. Частина жиру використовується як пластичний матеріал (жир входить до складу мітохондрій, мікросом, клітинних мембран тощо), час­тина відкладається про запас у жирових депо (сальник, під­шкірна жирова клітковина тощо), частина жирів розноситься з кров'ю до багатьох органів і тканин, де вони зазнають різних перетворень з утворенням енергії й кінцевих продуктів обмі­ну: води та вуглекислого газу. Процес окислення відбувається в основному в печінці, м'язах, жирових депо, серці, а інколи в інших органах.

При надмірному вуглеводному харчуванні і відсутності жи­рів у їжі останні можуть синтезуватись із вуглеводів і продук­тів розпаду білків. Однак тривале виключення жирів із раціо­ну може призвести до патологічних змін. Це пов'язано з тим, що деякі жирні кислоти не можуть утворюватися в організмі з інших продуктів.

Обмін води та мінеральних солей

Вода й мінеральні солі не є джерелом енергії, але викону­ють важливі функції в організмі. Вода входить до складу всіх тканин і міститься як у клітинах, так і за їхніми межами. За­гальна кількість води в тілі дорослої людини сягає близько 70% маси тіла. Вода бере участь у різних фізіологічних проце­сах. Гідроліз органічних речовин у травному каналі, всмокту­вання і транспорт поживних речовин в органи, обмін речовин У тканинах, виведення з організму продуктів розпаду та інші процеси відбуваються за участю води. Добова потреба у воді Дорослої людини становить у середньому 2—2,5 л. Вона потра­пляє до організму під час пиття та разом із вживаною їжею. Особливо багато води містять овочі та фрукти. Вода, яка над­ходить у травну систему, всмоктується в кров в основному в товстій кишці. Із крові вода разом з поживними речовинами і солями надходить у тканини. Невелика кількість води утво­рюється під час окислення органічних речовин. Із організму вода виводиться головним чином із сечею, а також із потом, через легені та з калом. Відношення кількості спожитої води до кількості води, яка виділяється організмом, називається во­дним балансом.

Обмін води тісно пов'язаний з обміном мінеральних речовин.

Загальна кількість мінеральних речовин у тілі людини ста­новить близько 4,5% маси тіла. Мінеральні солі містяться в тканинах людини у різних співвідношеннях: у більшій кіл кості — кальцій, фосфор, калій, натрій, сірка, хлор; у мен­шій — магній, залізо, йод. Ті елементи, яких в організмі най менша кількість, називають мікроелементами (бром, свинець алюміній тощо). Кожен із вищевказаних елементів виконує певну роль в організмі. Наприклад, іони кальцію необхідні для нормального процесу згортання крові, вони беруть участь у ферментативних процесах, у діяльності нервової та м'язової тканин тощо; залізо входить до складу гемоглобіну і бере участь у дихальній функції крові; йод необхідний для синтезу гормонів щитоподібної залози тощо. Мінеральні солі надхо­дять в організм із їжею. При звичайному змішаному харчуван­ні їх достатньо для задоволення потреб, і тільки натрію хлорид додають у їжу.

Обмін енергії

При дисиміляції органічних речовин у клітинах звільня­ється енергія, яка використовується організмом для підтрим­ки постійної температури тіла, іонних градієнтів, біосинтетич­них процесів, для скорочення м'язів, проведення нервового імпульсу тощо.

Наслідком енергетичних процесів в організмі є теплоутво­рення, тому вся енергія, яка утворюється в організмі, може бу­ти виражена в одиницях (калоріях або джоулях).

Для визначення витраченої організмом у процесі життєді­яльності енергії використовують деякі методи дослідження, наприклад, пряму та непряму калориметрію. Метод прямої калориметрії ґрунтується на положенні, що всі види енергії зрештою перетворюються на теплову. Тому, помістивши лю­дину в спеціальну термоізольовану камеру, можна визначити кількість тепла, яке виділилось. Цей спосіб дуже копіткий, і тому використовують непряму калориметрію, тобто визначен­ня теплопродукції за показниками газообміну.

Непряма калориметрія основана на тому, що джерелом енергії в організмі є окисні процеси, за яких використовується кисень і утворюється вуглекислий газ.

За допомогою спеціальних приборів визначають об'єми вдихуваного кисню і видихуваного вуглекислого газу, потім підраховують дихальний коефіцієнт (співвідношення / ). Користуючись спеціальними таблицями, визначають витраті енергії.

За таблицею хімічного складу та енергетичної цінності хар­чових продуктів визначають надходження енергії. Загальний обмін складається з основного обміну та робочої надбавки. Основний обмін — кількість енергії, яка використовується організмом на підтримання його життєдіяльності за умов фі­зичного і психічного спокою, у положенні лежачи, вранці на­тще, в умовах температурного комфорту (18—20 °С). Величи­на його залежить від віку, зросту, маси тіла, статі, а також ак­тивності механізмів регулювання обміну речовин (за основу може бути взята величина, що дорівнює 1 ккал/(кг х год), або 42 кДж/(кг х год). У жінок основний обмін на 10% менший, ніж у чоловіків (за умови однакової маси тіла та зросту). У ді­тей — на 1 кг маси тіла більше, ніж у дорослих. Після 40 років основний обмін на 1 кг маси тіла зменшується. Збільшення ос­новного обміну виникає при гіперфункції щитоподібної зало­зи, а при гіпофункції — зменшується. Зменшується основний обмін і при голодуванні, коли функціональна активність печі­нки знижена. Інтенсивність основного обміну протягом доби коливається: уранці поступово підвищується, а у нічний час знижується.

Збільшення енергетичного обміну понад основний рівень має назву робочої надбавки. Чинниками, які впливають на під­вищення енергетичних витрат, є приймання їжі, низька або висока (понад 30 °С) температура навколишнього середовища, м'язова та розумова праця. Залежно від особливостей професії за енергетичними витратами осіб поділяють на п'ять груп:

I — ті, хто зайняті переважно розумовою працею;

II — зайняті легкою фізичною працею;

III — ті, хто виконує фізичну працю середньої важкості;

IV — зайняті важкою фізичною працею;

V — зайняті дуже важкою фізичною працею.

В основу класифікації покладено інтенсивність фізичної праці, ступінь нервового напруження, що виникає під час ви­конання трудових процесів тощо.

Під час визначення потреби в енергії дорослого працездат­ного населення визнано доцільним усі розрахунки проводити Для трьох вікових категорій (18—29 років, З0—39 років, 40—59 років), підставою для цього є деякі вікові особливості

обміну речовин.

Так, для чоловіків І групи віком 18—29 років потреба в енергії становить 2800 ккал, 30—39 років — 2700 ккал, 40—59 років — 2500 ккал.

Регуляція обміну енергії в організмі здійснюється голов­ним чином ендокринною та вегетативною нервовою системою.

Основними регуляторами є гормони щитоподібної залози (тироксин, трийодтиронін), а також адреналін (гормон мозково" речовини надниркових залоз), які стимулюють ці процеси.

Особливу роль у регуляції енергетичного обміну відіграє гіпоталамус. Тут формуються регуляторні впливи, які реалізу­ються за допомогою вегетативних і ендокринних механізмів У деяких випадках визначається умовно-рефлекторне підви­щення утворення енергії (наприклад, у спортсменів перед стартом посилюються процеси обміну).

Інтенсивність процесів обміну збільшується і в разі відхи­лення температури навколишнього середовища від рівня комфорту. Найбільше це проявляється під час зниження темпера­тури навколишнього середовища, оскільки для збереження постійної температури тіла енергія інших видів переходить у теплову.

Підвищення основного обміну спостерігається протягом багатьох годин після їди — це так звана її специфічно-дина­мічна дія, що значною мірою зумовлена активізацією процесів обміну, особливо при вживанні білків.

Л Е К Ц І Я № 30