1. Национальный Университет Физического воспитания и спорта
Украины
Реферат
Обмен веществ и энергии
Выполнил:
Студент 2 курса
74 группы
Юрков К.Ю.
Киев 2009
2. План
1.Методы определения энергетического обмена
а) прямая калориметрия
б) непрямая калориметрия
2.Дыхательный коэффициент. Определение расхода энергии по газообмену
3.Основной обмен. Закон поверхности
4.Энергетический обмен при разных условиях:
а) Физической нагрузке
б) Умственной нагрузке
в) Энергетический обмен во время сна
г) Энергетический обмен при изменении температуры внешней среды
5.Регуляция обмена энергии
6.Сущность обмена веществ
7.Обмен белков
а) Кругооборот белков в организме
б) Белковый обмен во время мышечной работы и в период восстановления
8.Обмен углеводов
а) Кругооборот углеводов в организме
б) Углеводный обмен во время мышечной работы
9.Обмен жиров
а) Роль жиров в организме
б) Жиры как источник энергии при мышечной работе
10.Минеральные вещества в организме
11.Обмен воды и минеральных веществ при мышечной работе
3. Введение
В живых организмах любой процесс сопровождается передачей
энергии. Энергию определяют как способность совершать работу.
Специальный раздел физики, который изучает свойства и превращения
энергии в различных системах, называется термодинамикой. Под
термодинамической системой понимают совокупность объектов, условно
выделенных из окружающего пространства.
Обмен веществ и энергии - это совокупность физических,
химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в
живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом
и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в
поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и
использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении
образующихся продуктов распада в окружающую среду.
Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии
объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном
уровне эти преобразования осуществляются через сложные
последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут
включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не
хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются
множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно
разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса:
анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических
веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он
обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также
накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в
химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в
другие более сложные биологические молекулы. Например, включение
аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией,
содержащейся в генетическом материале данной клетки.
Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных
молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве
субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных
продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам
метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись
углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина
(около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б
г/день).
Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из
содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение
необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в
результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее
4. окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, и Н2О, что
сопровождается высвобождением энергии.
Определение уровня метаболизма.
Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма,
теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное
сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии,
используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только
20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если
человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия
теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели).
Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением
величины обмена в организме человека.
Для определения количества затрачиваемой организмом энергии
применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения
энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.
Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении
тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек
помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим
через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются
данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за
единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и
вытекающей жидкости.
Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в
организме являются окислительные процессы, при которых потребляется
кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен
можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ
Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый
обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани
(мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и
процентное содержание в нем О2 и СО2.
Дыхательный коэффициент
Оношение объёма выделяемого из организма углекислого газа к
объёму поглощаемого за то же время кислорода. Обозначается:
Определение ДК важно для исследования особенностей газообмена и
обмена веществ у животных и растительных организмов. При окислении в
организме углеводов и полном доступе кислорода ДК равен 1, жиров — 0,7,
белков — 0,8. У здорового человека в покое ДК равен 0,85 ± 0,1; при
умеренной работе, а также у животных, питающихся преимущественно
растительной пищей, приближается к 1. У человека при очень длительной
работе, голодании, у плотоядных животных (хищников), а также при спячке,
когда из-за ограниченности запасов углеводов в организме усиливается
диссимиляция жиров, ДК составляет около 0,7. ДК превышает 1 при
5. интенсивном отложении в организме жиров, образующихся из поступающих
с пищей углеводов (например, у человека при восстановлении нормального
веса после голодания, после длительных заболеваний, а также у животных
при откорме). До 2 ДК возрастает при усиленной работе и гипервентиляции
лёгких, когда из организма выделяется дополнительно СО 2, находившийся в
связанном состоянии. Ещё больших величин ДК достигает у анаэробов, у
которых большая часть выделяемого CO2 образуется путём бескислородного
окисления (брожения). ДК ниже 0,7 бывает при заболеваниях, связанных с
нарушениями обмена веществ, после тяжёлой физической работы.
Газообмен (биологическое), обмен газов между организмом и внешней
средой. Из окружающей среды в организм непрерывно поступает кислород,
который потребляется всеми клетками, органами и тканями; из организма
выделяются образующийся в нём углекислый газ и незначительное
количество др. газообразных продуктов обмена веществ. Г. необходим почти
для всех организмов, без него невозможен нормальный обмен веществ и
энергии, а следовательно и сама жизнь.
Кислород, поступающий в ткани, используется для окисления
продуктов, образующихся в итоге длинной цепи химических превращений
углеводов, жиров и белков. При этом образуются СО 2, вода, азотистые
соединения и освобождается энергия, используемая для поддержания
температуры тела и выполнения работы. Количество образующегося в
организме и в конечном итоге выделяющегося из него СО 2 зависит не только
от количества потребляемого О2, но и от того, что преимущественно
окисляется: углеводы, жиры или белки. Отношение удаляемого из организма
СО2 к поглощённому за то же время О2 называется дыхательным
коэффициентом, который равен примерно 0,7 при окислении жиров, 0,8 при
окислении белков и 1,0 при окислении углеводов. Количество энергии,
освобождающееся на 1 л потребленного О2 (калорический эквивалент
кислорода), равно 20,9 кдж (5 ккал) при окислении углеводов и 19,7 кдж (4,7
ккал) при окислении жиров. Т. о., по потреблению О 2 в единицу времени и по
дыхательному коэффициенту можно рассчитать количество освободившейся
в организме энергии.
По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и
количеством потребленного за данный период времени кислорода -
дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества
окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении
жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует
определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла,
которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр
поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу
потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ.
Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж
на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74
ккал).
Основной обмен
6. ОСНОВНОЙ ОБМЕН – это минимальный расход энергии,
необходимый для поддержания жизни организма в состоянии полного
покоя, при исключении всех внутренних и внешних влияний, через 12
часов после приема пищи.
Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и
зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у
разных людей была введена условная стандартная величина - основной
обмен. Основной обмен [00] - это минимальные для бодрствующего
организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых
стандартных условиях:
1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);
2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);
3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает
метаболизм;
4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.
Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела
человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1
кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700
ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10%
меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением
возраста постепенно снижается.
В этом состоянии организм расходует энергию на никогда не
прекращающиеся в нем химические процессы. Механическую работу,
которую непрерывно выполняют сердце, дыхательные мышцы, кишечник,
кровеносные сосуды, железисто-секреторный аппарат и другие органы.
Существенное влияние на основной обмен оказывает тонус мышц, то есть
мышечное напряжение. Основной обмен выражают в количестве энергии в
килокалориях ( ккал ) или килоджоулях ( кДж ), выделенной всем
организмом ( или на 1 килограмм его массы ) за единицу времени ( минуту,
час или сутки ).
Основной обмен взрослого человека составляет примерно 1 ккал на 1
кг массы тела в 1 час. Величина основного обмена зависит от возраста, роста,
массы тела, пола и многих других факторов. Основной обмен как
обобщенный показатель интенсивности окислительно-восстановительных
процессов зависит от состояния внутренних органов и различных внешних
воздействий на организм. Он может изменяться при недостаточном и
избыточном питании, повышении или понижении физических нагрузок,
воздействии на организм климатических факторов, нарушении функции
эндокринных желез, при заболеваниях, сопровождающихся лихорадочными
состояниями, и по многим другим причинам. Основной обмен у одного и
того же человека в разные дни может меняться примерно на 10%.
Основной обмен у взрослых людей каждые 10 лет снижается на 7-10%
и к старости достигает минимальных для данного организма величин. В
пожилом возрасте снижается активность работы клеток, замедляется обмен
веществ, уменьшается тонус мышц, что сказывается на уровне основного
7. обмена. На снижение основного обмена в старости влияют также
уменьшение массы печени, мозга, сердца и почек – органов, в которых обмен
веществ и, соответственно, расход энергии происходят наиболее интенсивно.
Основной обмен – это следствие непрекращающейся работы всех
составляющих организм клеток. Поэтому с увеличением массы тела
увеличивается и основной обмен, хотя зависимость эта не прямая: на
основной обмен влияет не только масса тела, но и ее состав.
Обмен веществ наиболее интенсивно происходит в мозговой ткани,
мышцах и органах брюшной полости. Затраты энергии на поддержание
жизненных функций в «энергоемких» органах значительно больше, чем,
например, в жировой ткани или костях, где обмен веществ происходит очень
медленно. Величина отдельных органов, развитие костной и мышечной
систем, степень жировых отложений – показатели сугубо индивидуальные, и
все они влияют на основной обмен.
Процессы обмена у женщин протекает менее интенсивно, чем у
мужчин. При одинаковом росте у женщин меньше масса тела, мышечная
система развита слабее, а жировая ткань – сильнее. Все это приводит к тому,
что основной обмен на килограмм массы тела у женщин меньше по
сравнению с мужчинами. Соответственно женщине на поддержание
основного обмена требуется меньше энергии, чем мужчине того же веса. В
норме эти различия составляют 5-6%.
Уровень основного обмена зависит от пищевого режима человека.
Продолжительное ограничение питания или избыточное потребление пищи
существенно влияют на основной обмен.
При ограничении питания основной обмен снижается. Масса тела
при этом может оставаться неизменной или уменьшаться – в зависимости от
индивидуальных особенностей и количества и качества потребления
потребляемой пищи. Снижение основного обмена на 30-35% сопровождается
выраженным проявлением элементарной дистрофии. При полном голодании
или выраженном недоедании основной обмен уменьшается не только из-за
снижения его интенсивности в мышцах, но и вследствие уменьшения объема
мышечной массы.
Избыточное потребление пищи может привести и к повышению, и
к уменьшению основного обмена. Уменьшение обмена объясняется
накоплением в организме малоактивной жировой ткани, а увеличение –
повышенной нагрузкой на внутренние органы, связанной с избыточной
массой тела.
Основной обмен зависит и от качества пищи, т.е. от
сбалансированности рациона. При чрезмерном и преимущественно белковом
питании основной обмен повышается, а при углеводном, наоборот,
понижается.
Напряженная работа мышц способствует увеличению основного
обмена. Интенсивность и длительность такого увеличения пропорциональны
тяжести предшествующей работы: после интенсивной мышечной нагрузки
основной обмен возрастает на 5-10%. У хорошо тренированных спортсменов
8. основной обмен после тренировки увеличивается незначительно, а у
нетренированных людей мышечные нагрузки увеличивают основной обмен
намного больше.
Систематическая работа мышц вызывает значительное и стойкое
увеличение основного обмена. Например, если каждое утро делать зарядку,
через год основной обмен на килограмм массы тела повысится на 40%.
Гиподинамия ведет к снижению основного обмена.
У здоровых людей основной обмен в значительной мере зависит от
индивидуальных особенностей состояния щитовидной железы. Значительная
роль в регуляции окислительных процессов принадлежит гипофизу,
надпочечникам и половым железам. Повышение их активности усиливает
основной обмен.
Имеются также данные об условно-рефлекторных изменениях обмена.
Предстоящая тяжелая работа еще до ее исполнения может вызвать
повышение основного обмена, причем иногда даже более отчетливо, чем
фактическая работа.
Энергетический обмен при разных условиях
Интенсивность обменных процессов в организме значительно
возрастает в условиях физической нагрузки. Объективным критерием для
оценки энергозатрат, связанных с двигательной активностью разных
профессиональных групп, является коэффициент физической активности. Он
представляет собой отношение общих энергозатрат к величине основного
обмена. Прямая зависимость величины энергозатрат от тяжести нагрузки
позволяет использовать уровень энергозатрат в качестве одного из
показателей интенсивности выполняемой работы (
Разница между величинами энергозатрат организма на выполнение
различных видов работ и энергозатрат на основной обмен составляет так
называемую рабочую прибавку (к минимальному уровню энергозатрат).
Предельно допустимая по тяжести работа, выполняемая на протяжении ряда
лет, не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена для
данного индивидуума более чем в 3 раза.
Энергетические затраты организма при различной интенсивности
физической работы
ровень
Коэффициент
энергетических
Группа Вид деятельности Пол физической
затрат
активности
(ккал/сутки)
В условиях определения
основного обмена Выполнение м 1700
работы, не требующей ж 1500
I 1,4
физических усилий (врачи- м 2300
терапевты, педагоги, ж 2000
диспетчеры, секретари и др.)
II Физическая нагрузка: легкой м 2800 1,6
9. тяжести (работники сферы
обслуживания, конвейерных
ж 2500
производств, агрономы,
медсестры)
умеренно тяжелая (продавцы
продовольственных магазинов,
м
III станочники, слесари- 3300 3000 1,9
ж
наладчики, врачи-хирурги,
водители транспорта)
тяжелая (строительные и
сельскохозяйственные рабочие,
м 3800
IV механизаторы, работники 2,2
ж 3700
нефтяной и газовой
промышленности)
очень тяжелая (шахтеры,
V сталевары, каменщики, м 4800 2,5
грузчики)
Умственный труд не требует столь значительных энергозатрат, как
физический. Энергозатраты организма возрастают при умственной работе в
среднем лишь на 2—3 %. Умственный труд, сопровождающийся легкой
мышечной деятельностью, психоэмоциональным напряжением, приводит к
повышению энергозатрат уже на 11—19 % и более.
Специфически-динамическое действие пищи — это усиление
интенсивности обмена веществ под влиянием приема пищи и увеличение
энергетических затрат организма относительно уровней обмена и
энергозатрат, имевших место до приема пищи. Специфически-динамическое
действие пищи обусловлено затратами энергии на переваривание пищи,
всасывание в кровь и лимфу питательных веществ из желудочно-кишечного
тракта, ресинтез белковых, сложных липидных и других молекул; влиянием
на метаболизм биологически активных веществ, поступающих в организм в
составе пищи (в особенности белковой) и образующихся в нем в процессе
пищеварения.
Увеличение энергозатрат организма выше уровня, имевшего место
до приема пищи, проявляется примерно через час после приема пищи,
достигает максимума через три часа, что обусловлено развитием к этому
времени высокой интенсивности процессов пищеварения, всасывания и
ресин-теза поступающих в организм веществ. Специфически-динамическое
действие пищи может продолжаться 12—18 ч. Оно наиболее выражено при
приеме белковой пищи, повышающей интенсивность обмена веществ до 30
%, и менее значительно при приеме смешанной пищи, повышающей
интенсивность обмена на 6—15 %.
Уровень общих энергозатрат, как и основного обмена, зависит от
возраста: суточный расход энергии возрастает у детей с 800 ккал (6 мес— 1
10. год) до 2850 ккал (11—14 лет). Резкий прирост энергозатрат имеет место у
подростков-юношей 14—17 лет (3150 ккал). После 40 лет энергозатраты
снижаются и к 80 годам составляют около 2000—2200 ккал/сут.
Регуляция обмена веществ
Особое значение в регуляции обмена веществ отдел промежуточного
мозга - гипоталамус. Разрушение этого отдела центральной нервной
системы ведет к целому ряду нарушений жирового, углеводного и других
видов обмена.
Гипоталамус регулирует деятельность важной железы внутренней
секреции - гипофиза, который контролирует работу всех других желез
внутренней секреции, а те, в свою очередь, выделяя гормоны, осуществляют
тонкую гуморальную регуляцию обмена веществ на клеточном уровне.
Различные гормоны (инсулин, адреналин, тироксин) направляют
деятельность ферментных систем, которые регулируют обменные процессы в
организме. Эта согласованная взаимосвязь осуществляется в результате
взаимодействия нервной и гуморальной (жидкостной) систем регуляции.
Для регуляции основного обмена имеют существенное значение
условнорефлекторные факторы. Например, у спортсменов основной обмен
оказывается несколько повышенным в те дни тренировочных занятий и,
особенно, соревнований. Вообще же спортивная тренировка, экономизируя
химические процессы в организме, ведет к снижению основного обмена.
Более ярко это проявляется у лиц, тренирующихся к длительной, умеренной
по интенсивности, работе. Однако в ряде случаев основной обмен
оказывается у спортсменов повышенным и в дни отдыха. Это объясняется
длительным (в течение нескольких суток) повышением интенсивности
обменных процессов в связи с выполненной напряженной работой.
Сущность и значение обмена веществ в жизни человека .
Обязательным условием существования всех живых организмов, в том числе
и человека, является постоянный обмен веществами и энергией с внешней
средой. Из окружающей среды в организм человека поступают питательные
вещества, кислород, вода, минеральные соли, витамины, необходимые для
построения и обновления структурных элементов клеток и образования
энергии, обеспечивающей протекание жизненных процессов. В клетках
организма непрерывно происходят процессы химических превращений
веществ: синтез свойственных организму белков, жиров и углеводов,
одновременное расщепление сложных органических соединений с
высвобождением энергии, выделение во внешнюю среду образующихся
продуктов распада — воды, углекислого газа, аммиака, мочевины. Таким
образом, обмен веществ— это совокупность процессов химического
превращения веществ с момента их поступления в организм до выделения
конечных продуктов.
Обмен веществ представляет собой единство двух процессов:
ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция— совокупность реакций синтеза
11. сложных органических молекул из более простых с накоплением
энергии.Диссимиляция — совокупность реакций расщепления сложных
органических веществ (в том числе и пищевых) до более простых,
сопровождающихся выделением энергии. Процессы ассимиляции и
диссимиляции неразрывно связаны между собой, так как синтез веществ
невозможен без затрат энергии, которая высвобождается при расщеплении
сложных органических молекул до простых. Органические вещества пищи —
основной строительный материал и единственный источник энергии для
организма. Нарушение баланса между этими двумя процессами
жизнедеятельности неизбежно приводит крас-стройству обмена веществ в
организме.
Обмен белков
Белки используются в организме в первую очередь в качестве
пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его
минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери
организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и
обновления. В организме здорового взрослого человека количество
распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного.
Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин,
триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их
недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в
организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот
(заменимые) могут синтезироваться в организме.
Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются
специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки.
Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е.
подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются - теряют группу
NH2 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является
токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения в
мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 и Н2О.
Скорость распада и обновления белков организма различна - от
нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка,
подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из
организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом,
выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки
из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е. масса
разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075 г азота на
1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).
Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно
количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в
состоянии азотистого равновесия.
Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это
свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он
возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические
нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления
12. после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество
выводимого из организма азота превышает его поступление в организм,
называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании
неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из
незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.
Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в
сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не
менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого
баланса рекомендуется принимать с пищей 85 - 90 г белка в сутки. У детей,
беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше.
Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном
выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.
Обмен белков. Белки пищи под действием ферментов желудочного,
поджелудочного и кишечного соков расщепляются до аминокислот, которые
в тонком кишечнике всасываются в кровь, разносятся ею и становятся
доступными для клеток организма. Из аминокислот в клетках разного типа
синтезируются свойственные им белки. Аминокислоты, не использованные
для синтеза белков организма, а также часть белков, входящих в состав
клеток и тканей, подвергаются распаду с высвобождением энергии.
Конечные продукты расщепления белков — вода, углекислый газ, аммиак,
мочевая кислота и др. Углекислый газ выводится из организма легкими, вода
— почками, легкими, кожей. Ядовитый аммиак током крови доставляется в
печень, где преобразуется в менее ядовитую мочевину, выводимую из
организма почками и кожей (с потом).
Белки в организме не откладываются в запас. У взрослого человека
общее количество синтезируемых белков равно количеству расщепляемых.
Только у детей в связи с ростом их тела синтез белков превышает их распад.
Суточная потребность в белках составляет около 100 г. Белки пищи
называют полноценными, если они содержат все 20 протеиногенных
аминокислот, и неполноценными, если в них отсутствует хотя бы одна
аминокислота. Особенно важно присутствие в пище незаменимых
аминокислот (их 10), которые в организме человека не синтезируются.
Полноценными являются белки животного происхождения. Для обеспечения
нормального белкового обмена в рационе человека должны присутствовать
белки как животного, так и растительного происхождения, соотношение
которых зависит от возраста: у старшевозра-стных групп доля растительного
белка должна возрастать.
Обмен углеводов
Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют
в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются
промежуточные продукты - пентозы, которые входят в состав нуклеотидов и
нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых
аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм
человека получает углеводы главным образом в виде растительного
полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного
13. полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их
расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы,
галактозы).
Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в
кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза и галактоза
превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в
гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном
поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в
резервную форму ее хранения - гликоген. Количество гликогена может
составлять у взрослого человека 150-200 г. В случае ограничения
потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит
расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь.
В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержание
концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена в
печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов,
обеспечивающих реакции глюконеогенеза - синтеза глюкозы из лактата или
аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400-500 г углеводов, из
которых обычно 350 - 400 г составляет крахмал, а 50 - 100 r - моно- и
дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.
Обмен углеводов. Сложные углеводы в пищеварительном тракте под
действием ферментов слюны, поджелудочного и кишечного соков
расщепляются до глюкозы, которая всасывается в тонком кишечнике в кровь.
В печени ее избыток откладывается в виде нерастворимого в воде (как и
крахмал в растительной клетке) запасного материала— гликогена. При
необходимости он снова превращается в растворимую глюкозу,
поступающую в кровь. Углеводы — главный источник энергии в организме.
Суточная потребность в них у взрослого человека составляет около 500
г. Основным источником углеводов являются продукты растительного
происхождения (картофель, хлеб, фрукты и др.). Уровень глюкозы в крови
относительно постоянный и близок к 0,12%. Конечные продукты
расщепления глюкозы в клетках — вода и углекислый газ. При избытке
потребления углеводы превращаются в жиры, откладываемые в запас, при
недостатке они образуются из белков и жиров.
Углеводный обмен при мышечной работе
Наиболее существенно увеличиваются энергетические траты организма
при мышечной деятельности. Расходы энергии тем выше, чем интенсивнее
совершаемая организмом мышечная работа. Например, бег с максимальной
скоростью вызывает энергетические траты организма до 3-4 ккал в секунду.
Но поскольку такая деятельность может продолжаться всего несколько
секунд, суммарный расход энергии незначителен (примерно 20-30 ккал). В то
же время малоинтенсивный бег в течение нескольких десятков минут с
относительными энерготратами 0.4-0.3 ккал в секунду вызовет потери
организмом от 500 ккал до 2000 ккал и выше в зависимости от длительности
бега.
14. По мнению современных специалистов (Верещагин Л.И., 1990), для
сохранения своего здоровья человек в течение суток должен затрачивать на
мышечную работу не менее 1200 ккал энергии.
При выполнение мышечной деятельности в условиях эмоциональных
переживаний (игровая деятельность, единоборства, деятельность, связанная с
риском, выступления на соревнованиях) организм расходует энергию как на
выполнение самой деятельности, так и на обеспечение эмоциональных
переживаний. Поэтому пробегание дистанции на тренировке вызовет
меньший расход энергии, чем та же деятельность на соревнованиях.
Обмен Жиров
Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных
кислот. Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными
(содержащими одну и более двойных связей). Липиды играют в организме
энергетическую и пластическую роль. За счет окисления жиров
обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма.
Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека в среднем
составляют 10 - 20% от массы тела. Из них около половины находятся в
подкожной жировой клетчатке, значительное количество откладывается в
большом сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.
В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической
или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление
запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит
ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль играют
нейтральные жиры - триглицериды, а пластическую осуществляют
фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции
структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав
липопротеидов, являются предшественниками стероидных гормонов,
желчных кислот и простагландинов.
Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в
эпителиоцитах в транспортные частицы (хиломикроны), которые через
лимфатические сосуды поступают в кровоток. Под действием
липопротеидлипазы эндотелия капилляров главный компонент
хиломикронов - нейтральные триглицериды - расщепляются до глицерина и
свободных жирных кислот. Часть жирных кислот может связываться с
альбумином, а глицерин и свободные жирные кислоты поступают в жировые
клетки и превращаются в триглицериды. Остатки хиломикронов крови
захватываются гепатоцитами, подвергаются эндоцитозу и разрушаются в
лизосомах.
В печени формируются липопротеиды для транспорта
синтезированных в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень низкой
и липопротеиды низкой плотности, которые транспортируют из печени к
другим тканям триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности
захватываются из крови клетками тканей с помощью липопротеидных
рецепторов, эндоцитируются, высвобождают для нужд клеток холестерин и
15. разрушаются в лизосомах. В случае избыточного накопления в крови
липопротеидов низкой плотности, они захватываются макрофагами и
другими лейкоцитами. Эти клетки, накапливая метаболически
низкоактивные эфиры холестерина, становятся одними из компонентов
атеросклеротических бляшек сосудов.
Липопротеиды высокой плотности транспортируют избыточный
холестерин и его эфиры из тканей в печень, где они превращается в желчные
кислоты, которые выводятся из организма. Кроме того, липопротеиды
высокой плотности используются для синтеза стероидных гормонов в
надпочечниках.
Как простые, так и сложные липидные молекулы могут
синтезироваться в организме, за исключением ненасыщенных линолевой,
линоленовой и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с
пищей. Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов.
Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины,
тромбоксаны, лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в
организм незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста,
нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая
юность пищевых липидов определяется наличием в них незаменимыx
жирных кислот и их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир
усваиваются на 93 - 98%, говяжий - на 80 - 94%, подсолнечное масло - на 86-
90%, маргарин - на 94-98%.
Обмен жиров. Жиры пищи под действием ферментов желудочного,
поджелудочного и кишечного соков (при участии желчи) расщепляются на
глицерин и ясирные кислоты (последние подвергаются омылению). Из
глицерина и жирных кислот в эпителиальных клетках ворсинок тонкого
кишечника синтезируется жир, свойственный организму человека. Жир в
виде эмульсии поступает в лимфу, а вместе с ней — в общий кровоток.
Суточная потребность в жирах в среднем составляет 100 г. Избыточное
количество жира откладывается в соединительнотканной жировой клетчатке
и между внутренними органами. При необходимости эти жиры используются
как источник энергии для клеток организма. При расщеплении 1 г жира
выделяется наибольшее количество энергии—38,9 кДж. Конечными
продуктами распада жиров являются вода и углекисльш газ. Жиры могут
синтезироваться из углеводов и белков.
Минеральные вещества
Минеральные вещества участвуют во всех биохимических процессах,
протекающих в организме, являются необходимым компонентом всех
органов и тканей. Так, кальций составляет основу костей скелета, медь,
железо и магний необходимы для транспортировки белков и углеводов через
клеточные мембраны, железо обеспечивает перенос газов кровью. Различные
минеральные вещества необходимы для нормальной свертываемости крови,
обеспечения процессов возбудимости мышечной и нервной ткани...
Перечислять можно еще очень и очень долго.
16. Все необходимые минеральные вещества наш организм получает
только с пищей, поэтому они являются незаменимыми компонентами
питания. При недостатке тех или иных минеральных веществ возникают
различные расстройства здоровья. К примеру, различные нарушения
деятельности центральной нервной системы могут вызываться недостатком
натрия, кальция, калия, фосфора, хлора, брома; дефицит йода приводит к
снижению функций щитовидной железы и развитию зобной болезни. В свою
очередь избыток некоторых минеральных веществ также вреден для
здоровья.
Важна также сбалансированность минеральных веществ как между
собой, так и с другими питательными веществами. Так, усвояемость кальция
резко снижается при избытке фосфора и магния и при недостатке жира и
жирорастворимых витаминов. Наиболее благоприятное соотношение
фосфора, кальция и магния - 3:2:1.
Минеральными веществами богаты многие продукты как животного,
так и растительного происхождения, однако в очень многих растительных
продуктах содержание микроэлементов плохо (с точки зрения человеческого
организма) сбалансировано. В продуктах же животного происхождения
сбалансированность минеральных веществ гораздо лучше. В самом
оптимальном сочетании микроэлементы содержатся в молоке и в молочных
продуктах.
Средняя потребность взрослого человека в минеральных веществах
(миллиграмм в сутки) приведена в таблице:
кальций 800-1000
фосфор 1000-1500
натрий 4000-6000
калий 2500-5000
хлориды 5000-7000
магний 300-500
железо 15
цинк 10-15
марганец 5-10
хром 0,2-0,25
медь 2
кобальт 0,1-0,2
молибден 0,5
селен 0,5
фториды 0,5-1
йодиды 0,1-0,2
Обмен воды и минеральных веществ
17. Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем
73,2±3% от массы тела. Водный баланс в организме поддерживается за счет
равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм. Суточная
потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и
удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200 мл), с пищей
(~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных процессов
(эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится в составе
мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения с поверхности кожи
и дыхательных путей (~900 мл).
Потребность организма в воде зависит от характера питания. При
питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом
поступлении NaCI потребности в воде меньше. Пища, богатая белками, а
также повышенный прием соли обусловливают большую потребность в воде,
которая необходима для экскреции осмотически активных веществ
(мочевины и минеральных ионов). Недостаточное поступление в организм
воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что
сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и
нарушением гемодинамики.
Недостаток в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к
летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение
ее объемов, выводимых организма, приводит к водной интоксикации. В
результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных
центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация может
сопровождаться мышечными судорогами.
Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны,
что обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления на
относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в клетках.
Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения,
синоптической передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания
в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+
и других минеральных ионов. Все они должны поступать в организм с
пищей.
Обмен воды и минеральных солей. Кроме органических веществ
организму необходимы вода и минеральные соли, при участии которых
протекают процессы метаболизма Вода — важнейший компонент всех видов
клеток, основа межклеточной жидкости, плазмы и лимфы; она составляет
около 65—70% массы тела человека. В клетках вода является растворителем
ряда неорганических и органических соединений, участником многих видов
химических реакций, которые происходят в водных растворах. Ежесуточно
организм человека теряет большое количество воды с выводимой мочой,
потом и выдыхаемым воздухом. Поэтому человек восполняет потери воды в
процессе питья, а также получает ее с пищей. Некоторое количество воды
образуется при расщеплении веществ пищи (в первую очередь жиров).
Суточная потребность человека в воде составляет примерно 2,5—3 л, однако
в зависимости от условий внешней среды она может меняться.
18. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусов Ю.Б., Моисеев В.С., Лепахин В.К. Клиническая фармакология и
фармакотерапия. - М.: «Универсум паблишинг» 1997.
2. Большая медицинская энциклопедия – М. 1987.
3. Милькаманович В.К. Методическое обследование, симптомы и
симптомокомплексы в клинике внутренних болезней. Справочно-
методическое пособие.– Минск: Полифакт – альфа. 1995.
4. Неотложные состояния в практике врача-терапевта. Под ред. Сизых Т.П. -
Иркутск 1994.
