Обмін речовин як основна умова життя

В організмі людини, в органах, тканинах, клітинах іде безперервний процес утворення складних речовин із простіших. Одночасно з цим відбувається розпад, окиснення складних органічних речовин, які входять до складу клітин організму (схема 5).

Схема 5. Етапи обміну речовин ^*

 

Складний біологічний процес, пов‘язаний з надходженням у організм із навколишнього середовища поживних речовин і кисню, перетворенням їх у клітинах організму, засвоєнням та виділенням з клітин організму кінцевих продуктів розпаду, називається обміном речовин, або метаболізмом (від грец. metabole - перетворення). При цьому відбувається безперервне перетворення енергії: потенціальна енергія складних органічних сполук, що надійшли з їжею, перетворюється на теплову, механічну та електричну. В організмі вивільняється переважно теплова енергія, яка витрачається на підтримання температури тіла, виконання роботи, відтворення структурних елементів і життєдіяльності клітин, процесів, пов‘язаних з ростом і розвитком організму.

Речовини зовнішнього середовища через органи дихання і травлення проникають у кров і доносяться нею до клітин всіх органів. У клітинах ці речовини засвоюються. В процесі засвоєння відбувається синтез складних органічних сполук. Сукупність хімічних процесів у живому організмі, у результаті яких синтезуються складні органічні речовини з простих з накопиченням енергії називають анаболізмом (від грец. anabole - підйом), або асиміляцією. Тобто з простих молекул - продуктів розкладання білків, жирів і вуглеводів, що надійшли до організму з їжею - у клітинах за наявності кисню, води та ферментів синтезуються складні сполуки, з яких побудовані тканини й органи людського організму. До анаболічних процесів належить біологічний синтез білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот.

Енергія, необхідна для синтезу, а також для діяльності органів, звільняється в організмі під час розпаду складних органічних сполук, з яких складаються клітини. Сукупність ферментативних реакцій в живому організмі, у результаті яких відбувається розпад органічних речовин на простіші сполуки із вивільненням значної кількості енергії, потрібної для життя організму називають катаболізмом (від грец. katabole- руйнування), або дисиміляцією. Розпад складних органічних сполук відбувається в мітохондріях з вивільненням значної кількості енергії (у вигляді АТФ). Енергія АТФ витрачається на скорочення скелетних м‘язів, серця, підтримання сталої температури тіла тощо, тобто на забезпечення різних функцій людського організму. Під час катаболізму утворюються непотрібні або навіть шкідливі речовини, які мають бути видалені з організму. Вуглекислий газ і незначна частка води виводиться під час видиху через легені, проміжні продукти перетворення білків, жирів і вуглеводів, зайві мінеральні солі та вода - за допомогою нирок - із сечею, через шкіру - із потом, з кишечнику - з калом.

У ростучому дитячому організмі обмін речовин відбувається інтенсивніше, ніж у дорослому організмі. Анаболізм у дітей переважає над катаболізмом, тобто щодня речовин в організмі синтезується більше, ніж відбувається їх руйнування, в результаті чого дитина росте. З припиненням росту процеси анаболізму і катаболізму врівноважуються: в організмі, як правило, утворюється стільки ж речовин, скільки їх руйнується.

Взаємозв’язок процесів анаболізму (асиміляції) та катаболізму (дисиміляції) показано на схемі 6. Таким чином, анаболізм і катаболізм - це дві сторони одного процесу - обміну речовин і енергії, що є основою життя. Доки людина жива, ці процеси перебігають в її організмі безперервно й паралельно. Обмін речовин та енергії в організмі сприяє постійному оновленню всіх структур без істотних змін його складу.

 

 

 

 

 

 

 

 

* Умовні позначення: Е - енергія;

l nmu- складна речовина;

прості речовини

l

n

m

u

Схема 6. Взаємозв’язок процесів анаболізму та катаболізму ^*.

 

Обмін білків

Білки - це високомолекулярні сполуки, що мають у своєму складі до 20 амінокислот, а ті, в свою чергу, утворені атомами карбону, гідрогену, сульфуру, нітрогену, оксигену. Білки входять до складу цитоплазми, мембранних структур клітини, гемоглобіну, плазми крові, багатьох гормонів, імунних тіл, підтримують сталість водно-сольового середовища організму. Ферменти, які обов’язково беруть участь у всіх етапах обміну речовин — білки. Білки м‘язів забезпечують їхнє скорочення.

Білки, які споживаються з їжею, в органах травлення розщеплюються на амінокислоти. Останні всмоктуються в кров і розносяться по всіх органах і тканинах, де з них під впливом ферментів синтезуються нові білки, властиві організму. Ця їх роль має назву пластичної. Пластичне значення білка полягає в поповненні й новоутворенні різних структурних компонентів клітини. Як джерело енергії білки не мають великого значення: при окисненні 1 г білка в організмі вивільняється 17,2 кДж енергії. Новоутворення білка і розпад його в організмі відбувається безперервно, однак синтез білків з амінокислот особливо інтенсивно відбувається у дітей, забезпечуючи їхній ріст. Амінокислоти, не використані для синтезу білка, розпадаються із звільненням енергії, при цьому утворюється аміак (сечовина), вуглекислий газ і вода. Останні виводяться в складі сечі і поту, а також через органи дихання.

На відміну від жирів і вуглеводів, білки не відкладаються в організмі про запас, тому повинні постійно надходити до організму з харчовими продуктами. Добова потреба білка становить 76-120 г. Вона залежить від виду роботи і зумовлених ним енергетичних затрат, віку, статі, функціонального стану організму. Харчові білки тваринного та рослинного походження мають різний набір амінокислот, тому можливість їх використання для синтетичних потреб організму неоднакова. Більшість білків рослинного походження не мають тих або інших амінокислот або мають їх у дуже малих кількостях і тому називаються біологічно неповноцінними білками. Оскільки деякі амінокислоти в організмі не синтезуються (лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, триптофан, фенілаланін тощо), їх називають незамінними амінокислотами [8], вони мають надходити із їжею. Це, як правило, продукти тваринного походження - м‘ясо, риба, курячі яйця, молочні продукти. Якщо вони з їжею не надходять, то синтез білків може різко порушитись. Внаслідок чого може виникнути дистрофія організму, порушення його росту, недокрів‘я, ураження нервової системи, слабшає імунна система тощо.

Про нормальний перебіг білкового обміну судять за азотистим балансом. Азотистий баланс — співвідношення кількості азоту (нітрогену), який надійшов протягом доби з їжею, і азоту, виведеного за добу із організму з сечею, калом і потом в результаті розпаду білка. У дорослої людини звичайно зберігається азотиста рівновага — кількість введеного азоту з їжею і виведеного з продуктами виділення дорівнюють одне одному. Коли азоту з їжею надходить в організм більше, ніж його виводиться із організму, тоді говорять про позитивний азотистий баланс. Такий баланс спостерігається у дітей у зв’язку із збільшенням маси тіла під час росту, при посиленому спортивному тренуванні, під час вагітності жінки. Негативний баланс характеризується тим, що кількість введеного азоту менша виведеного. Він може бути при білковому голодуванні, тяжких хворобах.

Діти мають споживати оптимальну кількість білка з набором усіх необхідних амінокислот, при цьому важливо, щоб співвідношення кількості білків, жирів і вуглеводів у їжі дитини було 1:1:3 (у деяких інформаційних джерелах - 1:1:4), за таких умов азот максимально затримується в організмі. Добова потреба дітей у білках на 1 кг ваги тіла: 1-4 років - 3-3,5 г, 4-7 років - 2,5 г, після 7 років - близько 2 г.

 

Обмін жирів

Жири харчових продуктів розщеплюються в шлунку й кишечнику на гліцерин і жирні кислоти. При проходженні через клітини ворсинок тонкої кишки з гліцерину і жирних кислот знову синтезується жир, але вже специфічний для організму. Він надходить в лімфу і по лімфатичній грудній протоці - в кров. З кров‘ю жир доноситься до всіх органів і тканин. Надлишок жиру відкладається у вигляді запасного в підшкірній клітковині, сальниках, навколо внутрішніх органів, які мають значення жирового депо організму. Підшкірний жир перешкоджає посиленій віддачі тепла, а принирковий жир охороняє нирку від ударів тощо.

Жири використовуються як пластичний матеріал: вони є обов‘язковою складовою частиною клітинних мембран, цитоплазми, ядро. Жири потрібні також для утворення в організмі антитіл, вони входять і до складу вітамінів. Крім того, жири захищають травний тракт дитини від пошкоджень грубою їжею, вони необхідні для формування калових мас. З калом виводиться 5 – 10% не використаних організмом лишків жиру.

Запасний жир мобілізується організмом при голодуванні і використовується як джерело енергії: при розпаді 1 г жиру в організмі вивільняється енергії у два рази більше (39 кДж), ніж при розпаді такої ж кількості білків або вуглеводів. У цьому разі жир окиснюється до кінцевих продуктів розпаду - вуглекислого газу і води. Частина запасного жиру може надходити в кров, розщеплюватись ферментами на гліцерин і жирні кислоти і доноситись кров‘ю до печінки, де гліцерин перетворюється у вуглевод - глікоген (що свідчить про тісний зв‘язок між жировим і вуглеводним обміном).

Жир в організмі може утворюватися з вуглеводів і білків. Якщо, наприклад, повністю виключити жир із їжі, він все ж таки утворюється і в значній кількості може відкладатися в організмі. Але, незважаючи на це, жир повинен бути обов‘язковою складовою частиною їжі дитини. Нестача жирів у їжі веде до порушення діяльності центральної нервової системи і органів розмноження, знижує стійкість до різних захворювань. Дітям дошкільного і шкільного віку треба давати - 2-2,5 г жиру на 1 кг маси тіла. Добова потреба дорослої людини в жирах становить 1,3-1,5 г на 1 кг маси тіла. Важливо забезпечити не тільки кількість, але і якість жирів. Діти повинні споживати як тваринні (вершкове масло, вершки, молоко, сало), так і рослинні (соняшникова, кукурудзяна, оливкова олії) жири. З жирами в організм надходять розчинні в них вітаміни (вітамін А, D, Е тощо), які мають для людини життєво важливе значення.

Важливе значення для дитячого організму мають жироподібні речовини - ліпіди (фосфоліпіди і стероїди). Фосфоліпіди входять до складу нервової тканини. Із них утворюється ацетилхолін — основний передавач (медіатор) нервового збудження. Із стероїдів утворюються гормони коркового шару надниркових залоз, статеві гормони, вітамін D.

Всмоктування жирів у дітей відбувається інтенсивніше, ніж у дорослих. При грудному вигодовуванні засвоюється до 90% жирів молока, при штучному — 85 – 90%, у старших дітей жири засвоюються на 95 – 97%.

Для кращого використання жиру в їжі дітей повинно бути досить також вуглеводів, бо при дефіциті вуглеводів в їжі відбувається неповне окиснення жирів і у крові накопичуються кислі продукти обміну.

 

Обмін вуглеводів

В організм вуглеводи надходять у вигляді складних полісахаридів (крохмаль), дисахаридів і моносахаридів. Вуглеводи легко перетравлюються і добре засвоюються дитячим організмом (на 98 – 99%). В органах травлення під впливом ферментів вуглеводи їжі розщеплюються на глюкозу, яка всмоктується в кров. Хоча при окисненні 1 г глюкози вивільняється така сама кількість енергії, що й при окисненні білків - 17,2 кДж, але їхня велика енергетична цінність зумовлена значною швидкістю: перетравлювання (починаючи з ротової порожнини), усмоктування в кров, засвоєння клітиною, де глюкоза легко розкладається у мітохондріях, вивільняючи енергію у формі АТФ. Тому вуглеводи є основним джерелом енергії. У клітинах і тканинах вуглеводи розщеплюються на воду і вуглекислий газ.

Загальна щоденна потреба організму людини у вуглеводах - 350-500 г. Найбільше вуглеводів у рослинній їжі, менше - у продуктах тваринного походження. Багато вуглеводів надходить до організму з цукром. Цукор у травному тракті розщеплюється до глюкози, яка всмоктується в кров. Рівень глюкози у грудних дітей становить 0,07-0, 09%, у 12-14 років -0,09-0,12%, тобто досягає норми дорослої людини. Зниження рівня глюкози в крові нижче норми називається гіпоглікемією, збільшення його вище норми - гіперглікемією. Надлишок глюкози в крові виводиться з сечею.

У підтриманні постійної кількості глюкози у крові основну роль відіграють печінка і внутрішньосекреторна діяльність підшлункової і надниркових залоз. Зайва глюкоза, що надійшла в організм, затримується в печінці і під дією ферменту підшлункової залози інсуліну перетворюється в глікоген, який відкладається в печінці (і частково в м’язах та інших тканинах) про запас. Кількість глюкози у крові зменшується під час м’язової роботи та при недостатньому надходженні її в організм. У цих випадках глікоген печінки під впливом гормону підшлункової залози глюкагону (або адреналіну, гормону надниркових залоз) перетворюється в глюкозу, яка надходить в кров. Тобто сталість рівня глюкози крові забезпечується взаємоузгодженістю вироблення двох гормонів підшлункової залози - інсуліну та глюкагону. У разі запалення підшлункової залози зменшується або припиняється вироблення інсуліну і виникає тяжке захворювання - цукровий діабет. Людина відчуває постійну спрагу, у неї збільшується й частішає сечовиділення, шкіра свербить, на ній з‘являються гнояки. Через постійне підвищення вмісту глюкози у крові та тканинах створюються сприятливі умови для розвитку різних хвороботворних мікроорганізмів. У хворих на цукровий діабет виникають гнійні запалення легенів, печінки, нирок тощо. При діабеті частина зайвої глюкози перетворюється на жир, спричинюючи ожиріння. Надлишковий жир перетворюється на холестерин, що відкладається в артеріях, і сприяє розвитку атеросклерозу. У разі закупорювання артерій кінцівок може трапитися їхнє змертвіння - гангрена, від якої людина гине. Закупорювання вінцевих артерій серця призводить до інфаркту міокарда, а мозкових - до мозкового інсульту, паралічу і нерухомості. Коли ж закупориться артерія очного дна, людина сліпне.

Вуглеводний обмін порушується, якщо зловживати солодощами, особливо за малорухливого способу життя, коли надлишок глюкози не реалізується. Запобігти цукровому діабету можна, якщо не зловживати солодощами, не переїдати, постійно займатися фізичними вправами.

При недостатньому надходженні вуглеводів з їжею вони утворюються в організмі з жирів і білків.

Значення глюкози для організму не вичерпується її роллю як джерела енергії. Вона входить до складу цитоплазми, а отже, необхідна для утворення нових клітин, особливо в період росту. Входять вуглеводи і до складу нуклеїнових кислот. Вуглеводи мають велике значення для нормального функціонування нервової системи. При різкому зниженні кількості глюкози у крові бувають різкі розлади діяльності нервової системи. Настають судоми, марення, втрата свідомості, порушення діяльності серця, зниження температури тіла. Досить такому хворому ввести у кров глюкозу або дати поїсти цукру, як усі порушення зникають.

У дітей обмін вуглеводів здійснюється дуже інтенсивно, що пояснюється високим рівнем обміну речовин взагалі в дитячому організмі. Тут вуглеводи виконують не тільки роль основного джерела енергії, а й важливу пластичну роль у формуванні клітинних оболонок, речовини сполучної тканини.