О б м е нв ещ е с т виэ н ергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т.е. образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма. Работа организма сопровождается непрерывным его обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 часть клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25г крови и т.д. Рост и обновление клеток организма возможны только случае непрерывного поступления в организм кислорода и питательных веществ. Питательные вещества являются именно тем строительным и пластическим материалом, из которого строится организм. Для непрерывного обновления, построения новых клеток организма, работы его органов и систем – сердца, желудочно-кишечного тракта, дыхательного аппарата, почек и другого, для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию человек получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. Следовательно, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим строительным материалом, но и источником энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.
О б м е нв е щ еств это совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт и до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.
Обмен веществ, или метаболизм, является тонко согласованным процессом взаимодействия двух взаимно противоположных процессов,
143
протекающих в определенной последовательности. Анаболизмом называют
совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов вступают в реакции обмена веществ и становятся веществами самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур.
Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечными продуктами катаболизма являются вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. Эти вещества недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма.
Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества. Анаболические процессы обеспечивают построение структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма; обеспечивают синтез гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки; поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы.
Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами. Ферменты являются биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.
Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до более простых (чаще всего мономеров), способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь или
144
лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают главные изменения.
Образовавшиеся из поступивших простых веществ сложные органические соединения входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки, которые разрывают внутримолекулярные химические связи с высвобождением энергии.
Обм е н б е л к о в. Р о л ь б ел к о в в о б м е н е в е щ ест в. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, являются белками.
Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называют полноценными. К ним относят преимущественно животные белки. Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (например, желатин, белок кукурузы, белок пшеницы). Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения, в организм обычно доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, называются заменимыми.
145
Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для
растущего организма. Например, отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство вестибулярного аппарата у детей.
Распад белков в организме. Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые соединения. Азот отщепляется от аминокислоты в виде аммиака (NH3) или в виде аминогруппы NH2. Аминогруппа, отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, благодаря чему строятся недостающие аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.
Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме (вещество ядовитое), обезвреживается в печени, где превращается в мочевину; последняя в составе мочи выводится из организма.
Конечные продукты распада белков в организме – это не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.
О с о б е нн о сти б е л к о в о г о о б м е н а у д е т е й. В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Потребность в белке детского организма больше, чем взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.У детей наблюдается положительный азотистый баланс, когда количество азота, вводимого с белковой пищей, превышает количество азота, выводимого с мочой, что обеспечивает потребность растущего организма в белке. Суточная потребность в белке на 1кг массы тела у ребенка на первом
146
году жизни составляет 4–5г, от 1 до 3 лет – 4–4,5г, от 6 до 10 лет – 2,5–3г,
старше 12 лет – 2–2,5г, у взрослых – 1,5–1,8г. Отсюда следует, что в зависимости от возраста и массы тела дети от 1 до 4 лет должны получать 30–50г белка в сутки, от 4 до 7 лет – около 70г, с 7 лет – 75–80г. При этих показателях азот максимально задерживается в организме. Белки не откладываются в организме про запас, поэтому если давать их с пищей больше, чем это требуется организму, то увеличения задержки азота и нарастания синтеза белка не произойдет. Слишком низкое количество белка в пище вызывает у ребенка ухудшение аппетита, нарушает кислотно-щелочное равновесие, усиливает выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1:1:3; при этих условиях азот максимально задерживается в организме.
Обм е н ж и р о в. З н а ч е н и е ж и р о в в о р г а н и з м е. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают в жировую ткань. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жиры входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), там их количество постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т.д.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г. жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной
147
системы и органов размножения, снижает выносливость к различным
заболеваниям.
Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен самостоятельно их синтезировать. Главным источником непредельных жирных кислот являются растительные масла. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80-100г в сутки). Конечные продукты обмена жиров – углекислый газ и вода.
О соб е н н о с т иобменажировудетей. В организме ребенка с первого полугодия жизни за счет жиров покрывается примерно на 50 % потребность в энергии. Без жиров невозможна выработка общего и специфического иммунитета. Обмен жиров у детей неустойчив, при недостатке в пище углеводов или при усиленном их расходе быстро истощаются депо жира.
Всасывание жиров у детей идет интенсивно. При грудном вскармливании усваивается до 90 % жиров молока, при искусственном – 85–90 %. У более взрослых детей жиры усваиваются на 95–97 %. Для более полноценного использования жира в пище детей обязательно должны присутствовать углеводы, так как при их недостатке в питании происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.
148
Потребность организма в жирах на 1кг массы тела тем выше, чем
меньше возраст ребенка. С возрастом увеличивается абсолютное количество жира, необходимое для нормального развития детей. От 1 до 3 лет суточная потребность в жире составляет 32,7г, от 4 до 7 лет – 39,2г, от 8 до 13 лет – 38,4г.
Р о л ь у г л еводов в о р г а н и з м е. В течение жизни человек съедает около 10т углеводов. Они поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов. Углеводы – главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы и поэтому необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот. Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ в центральной нервной системе. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 110мг%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. Печень играет большую роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Повышение количества глюкозы
149
вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала –
гликогена, который мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1–2 %. Запасы гликогена в печени достигают 150г. При голодании и мышечной работе эти запасы истощаются.
О б м е ну гл е во д о вуд ет е й. У детей обмен углеводов совершается с большой интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ в детском организме. Углеводы в детском организме служат не только основным источником энергии, но и выполняют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Участвуют углеводы и в окислении кислых продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Интенсивный рост детского организма требует значительных количеств пластического материала – белков и жиров, поэтому образование углеводов у детей из белков и жиров ограничено. Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10–12 г на 1кг массы тела. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8–9 до 12–15г на 1кг массы. Ребенку в возрасте от 1 до 3 лет нужно давать с пищей в сутки в среднем 193г углеводов, от 4 до 7 лет – 287г, от 9 до 13 лет – 370г, от 14 до 17 лет – 470г, взрослому – 500г.
Усваиваются углеводы детским организмом лучше, чем взрослым (у грудных детей – на 98–99 %). Вообще дети отличаются относительно большей выносливостью к повышенному содержанию сахара в крови, нежели взрослые. Одним из важнейших показателей интенсивности обменных процессов в организме является величина основного обмена. Основной обмен это уровень обмена веществ, обеспечивающий жизнь человека при мышечном и умственном покое, натощак, в утренние часы, не
150
менее чем через 12-14 часов после приёма пищи, при нормальной
температуре тела и температуре окружающей среды около 20 – 22 0С. Энергозатраты организма в таких стандартных условиях получили название основногообмена. Основной обмен представляет собой наименьший уровень затрат энергии на поддержание основных процессов жизни в клетках, тканях и органах, на сокращение дыхательной мускулатуры, сердца, деятельность желез. Для каждого человека основной обмен относительно постоянная величина. Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зависит от индивидуальных особенностей организма: состояния нервной системы, эндокринных желез, возраста, пола, роста, упитанности, поверхности тела, физиологического состояния организма, времени года, климата. Величину основного обмена выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1кг массы тела или на 1м2 поверхности тела за 1 час или 1 сут. Средний основной обмен у здорового человека среднего возраста равен ~ 4.2 кДж (1 ккал) в 1 ч на 1кг веса тела. В среднем у мужчин она составляет в сутки 7140-7560 кДж, у женщин — 6420-6800 кДж. В обычных условиях жизни на интенсивность обмена веществ влияют различные факторы, и прежде всего мышечная деятельность. Поэтому уровень обмена веществ в естественных условиях — общий обмен — значительно превышает основной. При недостатке энергетически ценной пищи организм вначале расходует резервные углеводы и жиры, а затем белки мышц. Ведущая роль в регуляции уровня основного обмена веществ принадлежит нервной системе. Обмен энергии регулируется гипоталамусом и соответствующими центрами коры больших полушарий головного мозга. Гуморальная регуляция обеспечивается тироксином и трийодтиронином (щитовидная железа) и адреналином (мозговой слой надпочечников).
151
Рабочий обмен в течение дня намного выше основного обмена.
Большая часть повышения расхода энергии – результат мышечной работы, меньшая – пищеварения. Чем интенсивнее физический труд, тем расход энергии сверх основного обмена больше. Расход энергии у человека умственного труда в сутки равен 2200-2800 ккал, при физическом труде средней тяжести 2800-3600 ккал, при тяжёлом физическом труде 3600 – 4500 ккал, при очень тяжёлом 4500-7200ккал.
Интенсивность основного обмена у детей значительно выше, чем у взрослых.
Величина основного обмена человека в возрасте 20-40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается. Общий расход энергии у ребенка и взрослого распределяется следующим образом: основной обмен у ребенка 60 %, у взрослого тоже 60 %, затраты энергии на рост и депонирование веществ — у ребенка 15 %, у взрослого 0 %, на работу мышц у ребенка 15 %, у взрослого 25 %. Энергетические затраты на рост тем больше, чем младше ребенок. Так, в возрасте 3 месяцев на процессы роста идет 36 % от общей энергетической ценности пищи, в 6 месяцев - 20 %, в 10 месяцев-11%. Энергозатраты организма ребенка на достижение полезного приспособительного результата выше, из-за недостаточного развития нервной системы и координаци движений. Источником энергии у новорожденных детей служат жиры. В грудном возрасте за счет жиров покрывается 50 % потребности в энергии, углеводов — 40 %, белков — 10%. С возрастом это соотношение меняется в пользу углеводов.
Во всех возрастах у мужчин основной обмен больше, чем у женщин. Во время сна основной обмен понижается до 13% вследствие полного расслабления скелетной мускулатуры. При повышении температуры тела на 1оС основной обмен увеличивается в среднем на 10%. В жарком климате
152
основной обмен ниже на 10-20% и, наоборот, он значительно выше в
холодном климате. В среднем у мужчин она составляет в сутки 7140-7560 кДж, у женщин - 6420-6800 кДж. Для каждого человека величина основного обмена постоянна. В обычных условиях жизни на интенсивность обмена веществ влияют различные факторы, и прежде всего мышечная деятельность. Поэтому уровень обмена веществ в естественных условиях значительно превышает основной. При недостатке энергетически ценной пищи организм вначале расходует резервные углеводы и жиры, а затем белки мышц. Обмен энергии регулируется гипоталамусом и соответствующими центрами коры больших полушарий головного мозга.
Одним из важнейших показателей интенсивности обменных процессов в организме является величина основного обмена, под которой понимается уровень обменных реакций при комнатной температуре и в полном функциональном покое. Величина основного обмена зависит от возраста, пола и массы. Определить количество продуцируемой в организме энергии можно методами прямой и непрямой калориметрии.
Зная энергетические затраты организма, можно составить оптимальный пищевой рацион так, чтобы количество энергии, поступающее с пищей, полностью покрывало энергетические расходы организма. Для детей и подростков особенно важным является состав пищи, так как детский организм для нормального развития и роста нуждается в определенном количестве белков, жиров, углеводов, минеральных солей, воды и витаминов. Важно помнить, что для детей и подростков нормальное питание – необходимое условие их физического и психического развития.
Согласно формуле Дрейера, суточная величина основного обмена в килокалориях (Н) составляет:
153
W
Н = - - ---- -, К х А
где W – масса тела (г); А- возраст человека; К – константа, равная для мкжчины) 0,1015, а для женщины- 0,1129.
Определение основного обмена у здоровых людей нормального телосложения дают приблизительные верные величины затраты энергии, ошибка составляет 5-8%. Несоразмерно высокие данные величины основного обмена наблюдаются при избыточной функции щитовидной железы. Понижение основного обмена встречается при недостаточности щитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез.
Отклонение величины основного обмена от нормы можно с помощью формулы Рида. Она основана на существовании взаимосвязи между артериальным давлением (АД), частотой сердечных сокращений (ЧСС) и теплопродукцией организма. Определение основного обмена по формулам дает только приблизительные результаты, но они достаточно достоверны и применяются в клинике.
Ц е л ьр а б о т ы: определить расчетным способом суточную величину основного обмена в килокалориях и процент отклонения основного обмена. Оборудование: весы, тонометр, фонедоскоп, секундомер.
П ор я д о кр а б о т ы
1. У испытуемого определить суточную величину основного обмена по формуле Дрейера.
2. У испытуемого трижды с промежутками в 2 минуты определяем частоту сердечных сокращений методом пульсометрии и артериальное давление.
154
3. Определяем процент отклонения основного обмена от нормы по
формуле Рида:
П О = 0, 7 5 х (Ч П + П Д х 0, 7 4) – 7 2 ПО- процент отклонения;
ЧП –частоты пульса;
ПД – пульсовое давление; ПД = СД-ДД.
Пример расчета: пульс составляет 75, СД = 120 мм.рт.ст., ДД = 80 мм.рт.ст.
ПО = 0,75 х (75 + (120-80) х 0,74) – 72 = 6,45%
Допустимым считается отклонение основного обмена до 10% от нормы и полученный результат находится в пределах норма.
П ро т о к оли с сле д о ва н ий
| Показатель | Расчетная величина | Должная величина |
| Суточная величина основного обмена (ккал) | ||
| Процент отклонения основного обмена |
В о п ро сы:
1.Назвать виды и возрастные особенности энергетического обмена? 2.Какова роль белков, жиров и углеводов в организме?
3.Каковы особенности белкового, углеводного и жирового обмена у детей?
155
З а н я тие 1 1
