Тема 6.3. Обмен веществ и энергии.

ПЛАН.

1. Общая характеристика обмена веществ.

2. Обмен энергии.

3. Обмен белков.

4. Обмен углеводов и жиров.

5. Водный и минеральный обмен.

6. Витамины.

 

1. Обмен веществ является главным характерным свойством живого. Сущность его состоит в постоянном обмене веществами между организмом и внешней средой. В организме непрерывно происходит образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. Восстановление (синтез), усвоение веществ, превращение в себе подобное называется процессом ассимиляции, а расщепление, распад веществ (происходящий одновременно) называется диссимиляцией и при этом образуются продукты CO₂, H₂O и др. Совокупность процессов ассимиляции и диссимиляции взаимосвязаны между собой энергией и связанные с внешней средой составляют обмен веществ.

Совокупность химических и физических превращений веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность названа метаболизмом. Энергия, освобождающаяся в процессе метаболизма, необходима для совершения работы, роста, развития и обеспечения структуры и функции всех клеточных элементов.

 

2. Как Вам известно, энергия освобождается в процессе диссимиляции (Распада белков, жиров и углеводов). Расщепление идет путем присоединения кислорода – окисления. Так при окислении 1г жира выделяется 9,3 ккал тепла, 1г углеводов – 4,1 ккал, 1г белка 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окислении в организме 1г вещества, называют теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей (сокращение мышц, проведения нервных импульсов и т.д.).

Большая часть энергии переходит в тепло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Обмен энергии человека называется общий обмен. Он складывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек находится в состоянии возможного полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой натощак (14 час после последнего приема пищи) при t⁰ комфорта (18⁰-22⁰ C), то такой расход энергии называется основным обменом. Основной обмен характеризует интенсивность процессов окисления свойственных данному организму. Величина его зависит от пола, возраста, массы тела и роста. У женщин он на 5-10% ниже, чем у мужчин, у детей выше, чем у взрослых. К старости основной обмен снижается.

Основной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При гиперфункции щитовидной железы он повышается (человек много ест, но худеет), а при гипофункции гипофиза основной обмен понижается – наступает ожирение. На основной обмен влияют также половые гормоны.

Повышение энергетического обмена сверх основного обмена называется рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются: прием пищи, низкая или высокая (выше 30⁰С) внешняя температура и мышечная работа. Прием пищи увеличивает расход энергии. Эта способность пищи, повышать энергозатраты называется специфическим динамическим действием пищи. Механизм его до сих пор неясен, однако его нельзя объяснить только работой пищеварительного тракта.

При понижении t⁰ окружающей среды возрастает теплоотдача тела и соответственно увеличивается выработка тепла необходимого для сохранения постоянства t⁰ тела. Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии.

Умственный труд не сопровождается большой затратой энергии. Таким образом, общий расход энергии зависит от профессии человека и образа жизни. Люди умственного труда расходуют около 3000 ккал в сутки, а тяжелую физическую работу свыше 4000 ккал.

 

3. Известно, что белки являются полимерами. Их мономерами являются аминокислоты. Характеристика белков входящих в состав пищи, зависит как от энергетической ценности, так и от спектора аминокислот.

Большинство белков построено из 20 аминокислот. Одни аминокислоты могут синтезироваться в организме (глицин, аланин, цистеин и др.), другие не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей. Их называют незаменимыми. Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот называются биологическими полноценными. В сутки потребность в белке взрослого человека составляет 1,5 г на 1 кг массы тела.

Для изучения обмена веществ необходимо знать, сколько белков, жиров и углеводов поступило в организм и сколько им расходуется, т.е. надо подвести баланс прихода и расхода веществ. Баланс может быть положительным, отрицательным в состоянии равновесия. В период роста баланс, как правило, положительный, во время болезни или в старости он может быть отрицательным. Если наблюдается равновесие, то масса тела человека остается постоянной.

Установлено, что 1г азота соответствует 6,25г белка. При расчете азотистого баланса исходят из того, что в белке содержится примерно 16% азота. Состояние при котором в организм с пищей поступает меньше азота, чем выводится названо отрицательным азотистым балансом, разрушение белка преобладает над его синтезом. Это наблюдается при белковом голодании, лихорадочных состояниях и др. Положительный азотистый баланс – это состояние при котором количество выведенного из организма азота значительно меньше, чем его содержится в организме. Это состояние может быть к беременных, у детей в связи с их ростом. О количестве расщепленного в организме белка судят по количеству выделяемого из организма азота (с мочой, потом). Это положение основано на том, что азот входит только в состав белков (аминокислот) состоянии при котором количество поступившего азота равно количеству выведенного из организма, называется азотистым равновесием.

Белки в организме выполняют функции: пластическую, ферментативную, энергетическая. Белки определяют видовую и индивидуальную особенность организма человека

 

4. Углеводы делят на простые - моносахариды и сложные – полисахариды. В организм они поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, крупы, овощи, фрукты). При избыточном питании углеводы превращаются в жиры и откладываются в жировых депо: подкожной клетчатке, сальнике и др.

Всосавшиеся в кишечнике моносахариды с током крови через воротную вену попадают в печень. Здесь часть их превращается в гликоген и откладывается про запас. Гликоген может откладываться также в скелетных мышцах. Если в крови во время работы или голодания понижается уровень сахара, происходит расщепление гликогена в печени и поступление его в кровь. Процесс образования и отложения гликогена регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином, а процесс расщепления гликогена – вторым гормоном поджелудочной железы – глюкагоном. При заболевании поджелудочной железы может значительно повышаться уровень сахара в крови и большое его количество выводится с мочой. Такое заболевание называется сахарным диабетом.

Содержание сахара в крови, а также запасы гликогена регулируются ЦНС. Впервые это было открыто французским ученым Клодом Бернаром. Он установил наличие в продолговатом мозге нервных центров, регулирующих уровень сахара в крови и мозге. В настоящее время такого рода центры обнаружены в подбугорной области промежуточного мозга, а высшие центры в коре больших полушарий мозга.

В организме человека 60% энергии удовлетворяется за счёт углеводов. Энергообмен мозга почти исключительно удовлетворяет глюкоза

Липиды – сложные органические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, состоящие из глицерины и жирных кислот, липоидов (лицетин, холестерин). Кроме жирных кислот, в состав липоидов входят многоатомные спирты, фосфаты и азотистые соединения. Липиды играют важную роль в жизнедеятельности организма.

Жиры, липиды и липоиды в организме играют пластическую и энергетическую роль. Их обмен тесно связан с обменом белков и углеводов. Так при избыточном поступлении белков и углеводов в организм они могут превращаться в жиры, а в условиях голодания из жиров образуются углеводы. Жиры имеют не только энергетическое значение. Они растворяют и выводят из организма так называемые незаменимые жирные кислоты: линолевую и другие, которые условно объединяют в группу витамина F. В регуляции жирового обмена большую роль играют ЦНС, а также железы внутренней секреции (половые и щитовидная железы, гипофиз и надпочечники).

 

5. Тело человека на ⅔ состоит из воды. Из организма вода выделяется главным образом с мочой (1,5 л) с выдыхаемым воздухом (500 мл) и испаряется с поверхности кожи (500 мл). Постоянное поступление воды в организм жизненно необходимо: вода обновляет состав жидких сред организма. Она является растворителем веществ находящихся в организме, обеспечивает все физико-химические процессы в организме и играет важную роль в транспорте веществ. Регуляция водного обмена в основном контролируется гормонами гипоталамуса, …..

Минеральные вещества поступают в организм пищевыми продуктами и водой. Потребность организма в различных минеральных солях неодинакова. Так в сутки требуется до 10г NaCL, 1г K, 0,3г Mg и т.д. Соли также неодинаково распределены в различных тканях и органах. Так солей Na⁺ больше в плазме и межклеточной жидкости, а солей K⁺ больше в клетках. Минеральные соли постоянно выводят из организма с мочой и экскрементами, поэтому они должны ежесуточно поступать в организм в количестве, равном выведенному. Если в пищевом рационе отсутствуют минеральные соли, то это приводит к смерти. Особенно велика потребность организма в NaCL. Это обусловлено тем, что раствор ее играет главную роль в создании и поддержании осмотического давления. В крови и других жидкостях организма содержится около 1% солей, среди которых 0,9% приходится на поваренную соль. Ионы натрия, K⁺, Ca⁺⁺ CL^- играют роль в процессах возбуждения и торможения, мышечного сокращения, свертывания крови. Организм экономно расходует соли. Так, почти все соли, выделяющиеся в составе соков в пищеварительный тракт, всасываются обратно в кровь. Большую роль в регуляции содержания NaCL играют почки.

6. Витамины – органические вещества, которым свойственна интенсивная биологическая активность. Они не характеризуются общностью химической природы, содержатся в пищевых продуктах. Синтезируются организмом в недостаточном количестве, поэтому должны поступать с пищей.

В настоящее время большинство витаминов выделено в чистом виде или синтезировано, что позволяет применять их как лекарственные препараты. Их делят на две группы: водорастворимые (витамины группы – В, С, Р) и жирорастворимые (А, Д, К, Е). Витамины синтезируются в основном в растениях, животные, питаясь ими, накапливают их в своих органах и тканях. Источником витаминов для человека служит растительная и животная пища. Витамины группы В, К и Н синтезируются бактериальной флорой кишечника, поэтому при лечении антибиотиками и др. препаратами, убивающими кишечную флору, необходимо одновременно назначать витамины.

Витамины не поставляют энергию и не становятся постоянной составной частью организма. Они влияют на физиологические процессы организма и повышают иммунитет. Большинство витаминов входит в состав ферментов или являются коферментами (активаторы ферментов) и участвуют в реакциях организма, поэтому они жизненно необходимы. Потребность организма в них исчисляется миллиграммами, но при недостаточности витаминов возникают серьезные нарушения обмена веществ. Витамины в достаточном количестве особенно необходимы молодому, растущему организму, а потребность в них взрослого человека зависит от многих факторов (мышечных напряжений, t⁰ окружающей среды, беременности и др.).

Надо помнить витамины разрушаются при длительном хранении пищевых продуктов и при нагревании, при действии металлов (медная алюминиевая посуда).

При длительном отсутствии в пище какого-либо витамина возникает заболевание называемое авитаминозом. Если поступление витамина ниже дневной потребности, то развивается состояние гиповитаминоза, при избытке витамина – гипервитаминоз. Авитаминозы, гиповитаминозы и гипервитаминозы вызывают различные заболевания человека.