Основной обмен. Энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимального, необходимого для жизнедеятельности клеток уровня обменных процессов, называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя — лежа, натощак, т. е. через 12—16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18—20°С (температура комфорта). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час. В среднем это 7140—7560 тыс. Дж в сутки. Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна. Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых. У детей 8—9 лет основной обмен в 2—2,5 раза больше, чем у взрослого.
Динамика основного обмена с возрастом тесно связана с энергетическими затратами на рост. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так, расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36%, в возрасте 6 месяцев —26%, 10 месяцев —21 % общей энергетической ценности пищи.
В дошкольном и младшем школьном возрастах отмечается четкое соответствие интенсивности снижения основного обмена и динамики ростовых процессов: чем больше скорость относительного роста, тем значительнее изменения обмена покоя (рис. 35).
Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни.
По изменению темпов ростовых процессов и интенсивности обмена девочки опережают мальчиков примерно на год.
Энергетическое обеспечение мышечной деятельности. Энергетика мышечного сокращения и ее возрастные особенности определяются соотношением различных источников энергии (аэробных и анаэробных). Анаэробные источники энергии в мышцах самые мощные, но очень быстро истощаются, они могут обеспечить работу продолжительностью не более 2—2,5 мин. Аэробные источники в мышцах более ограниченны по мощности, но могут быть использованы при работе умеренной интенсивности в течение длительного времени.
Развитие мышечной энергетики в течение первых лет жизни идет за счет увеличения аэробных возможностей. Переломным этапом их формирования является возраст 6 лет, что связано с усилением развития митохондриального аппарата скелетных мышц. Возможности аэробных механизмов увеличиваются в младшем школьном возрасте, в особенности к 9—11 годам, что обеспечивает повышение естественной двигательной активности ребенка и развитие двигательных качеств, В 12 лет наступает новый переломный период в развитии энергетики мышечного сокращения, связанный с возрастающей активностью гликолитических ферментов. Изменения энергетики мышечного сокращения обеспечивают увеличение физической работоспособности, абсолютные показатели которой возрастают. Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20—50% выше энергии основного обмена.
При ходьбе затраты энергии на 160%—170% превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии превышают основной обмен в 3—4 раза.
Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа двигательных единиц, принимающих участие в работе, а также с изменением дыхания и кровообращения.
При механизации труда в сельском хозяйстве и промышленности, внедрении машинной техники затраты энергии работающими людьми снижаются. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом.
У людей разных профессий затраты энергии различны.
Относительная величина общего суточного расхода энергии с возрастом уменьшается — с момента рождения и до взрослого состояния примерно в 3 раза.
Обмен белков и изменение с возрастом потребности организма в белках. Белки в обмене веществ занимают особое место. Ф. Энгельс так оценил эту роль белков: «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что и приводит к разложению белка». И действительно, везде, где есть жизнь, находится белок — сложное вещество, в состав которого входит азот. Ни жиры, ни углеводы азота не содержат, поэтому белки нельзя заменить никакими другими веществами.
Белки входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма. Без белков нет роста. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ,— белки.
Продукты расщепления белков в пищеварительном тракте — аминокислоты всасываются в кровь, из этих аминокислот синтезируются белковые структуры организма. Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Но есть аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ. Это заменимые аминокислоты.
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 доставляет необходимый для синтеза белков набор аминокислот.
Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство равновесия у детей.
В настоящее время достаточно изучен аминокислотный состав белков различных органов и тканей человека и пищевых продуктов. Поэтому имеется возможность так комбинировать продукты питания, чтобы человек получал в пищевом рационе все жизненно необходимые аминокислоты в нужных количествах и сочетаниях.
В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Это требует поступления в детский организм относительно большего количества белка, чем у взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.
Суточная потребность в белке на 1 кг массы тела у ребенка на первом году жизни составляет 4—5 г, от 1 до 3 лет — 4—4,5 г, от 6 до 10 лет — 2,5—3 г, старше 12 лет — 2—2,5 г, у взрослых -1,5—1,8 г. Следовательно, в зависимости от возраста и массы дети от 1 до 4 лет должны получать в сутки белка 30—50 г, от 4 до 7 лет — около 70 г, с 7 лет — 75—80 г. 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, следовательно, нарастания синтеза белка не произойдет. При этом у ребенка ухудшается аппетит, нарушается кислотно-щелочное равновесие, усиливается выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка, с набором всех необходимых аминокислот.
Большая часть азота, поступающего в организм с белковой пищей, выделяется с мочой. С возрастом содержание азота в моче уменьшается.
Особенности жирового обмена в детском возрасте. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. В организме из этих веществ, а также из продуктов обмена углеводов и белков синтезируется жир, который используется организмом прежде всего как богатый источник энергии. При распаде жира выделяется в 2 раза больше энергии, чем при распаде равного количества белков и углеводов. Кроме того, жир является обязательной составной частью клеточных структур: цитоплазмы, ядра и клеточной мембраны, особенно нервных клеток. Не израсходованный в организме жир откладывается в запас в виде жировых отложений.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен их синтезировать. Содержатся непредельные жирные кислоты в растительных маслах. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение. На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80—100 г в сутки).
Конечные продукты обмена жиров — углекислый газ и вода.
В организме ребенка 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 старших детей жиры усваиваются на 95-97%.
Для лучшего использования жира в пище детей должно быть достаточно и углеводов, так как при дефиците углеводов в питании происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.
Потребность организма в жирах на 1 кг массы тела тем выше, чем меньше возраст ребенка. С возрастом увеличивается абсолютное количество жира, необходимое для нормального развития детей.
Обмен углеводов и его возрастные особенности. Углеводы являются основным источником энергии. Наибольшее количество углеводов содержится в злаках, картофеле. Богаты углеводами также овощи и фрукты. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками организма. Неиспользуемая глюкоза в печени синтезируется в гликоген — полисахарид, откладывающийся в печени и мышцах и являющийся резервом углеводов в организме. При отсутствии углеводов в пище они могут вырабатываться из продуктов распада белков и жиров. Особенно чувствительной к снижению уровня глюкозы в крови (глипогликемии) является центральная нервная система. Уже незначительное снижение сахара в крови вызывает слабость, головокружение, при значительном падении углеводов наступают разные вегетативные расстройства, судороги, потеря сознания.
Распад углеводов с освобождением энергии может идти как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечные продукты обмена углеводов — углекислый газ и вода.
Углеводы обладают способностью быстро распадаться и окисляться. Быстрота распада глюкозы и возможность быстрого извлечения и переработки ее резерва — гликогена создают условия для экстренной мобилизации энергетических ресурсов при резком эмоциональном возбуждении, интенсивных мышечных нагрузках.
При сильном утомлении во время продолжительных спортивных соревнований прием нескольких кусочков сахара улучшает состояние организма.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав нуклеиновых кислот, в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима для образования новых клеток, особенно в период роста.
В детском организме, в период его роста и развития, углеводы выполняют не только роль основных источников энергии, но и важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Углеводы участвуют в окислении 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 у детей образование углеводов из белков и жиров ограниченно.
Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10—12 г на 1 кг массы тела. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8—9 до 12—15 г на 1 кг массы. От 1 до 3 лет в сутки ребенку надо дать с пищей в среднем 193 г углеводов, от 4 до 7 лет — 287 г, от 9 до 13 лет — 370 г, от 14 до 17 лет — 470 г, взрослому — 500 г.
Водно-солевой обмен. Значение воды и минеральных солей в процессе роста и развития ребенка. Хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии, их поступление и выведение из организма является условием его нормальной жизнедеятельности. Ведь все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм вместе с минеральными веществами, она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода и минеральные соли являются основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости, создают в основном внутреннюю среду организма. Вода участвует в регуляции температуры тела, испаряясь, она предохраняет тело от перегрева. Все пищеварительные соки содержат воду и минеральные соли. Вода составляет большой процент массы тела (у взрослого человека примерно 65%, у детей 75—80%). Особенно велико содержание воды в крови (92%). Человек без воды может существовать значительно меньше времени, чем без пищи,— всего несколько дней. При нормальной температуре окружающей среды и нормальном пищевом режиме потребность воды у взрослого человека составляет 2—2,5 л. Это количество воды поступает из следующих источников: 1) воды, потребляемой при питье (около 1 л); 2) воды, содержащейся в пище (около 1 л); 3) воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300—350 см3).
Основные органы, удаляющие воду из организма,— почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками за сутки из организма удаляется 1,2—1,5 л воды в составе мочи. Потовыми железами через кожу в виде пота удаляется 500—700 см3 воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 см2 кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды.
Легкими в виде водяных паров выводится 350 см3 воды. Это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700—800 см3 воды.
Через кишечник с калом выводится в сутки 100—150 см3 воды. При расстройстве деятельности кишечника может выводиться большее количество воды (при поносе), что приводит к обеднению организма водой. Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало расход ее.
Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс. Организм ребенка быстро теряет и быстро накапливает воду. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается, а абсолютное количество ее возрастает. Трехмесячному ребенку требуется 150—170 г воды на 1 кг массы, в 2 года — 95 г, в 12—13 лет — 45 г. Суточная потребность в воде у годовалого ребенка 800 мл, в 4 года —950—1000 мл, в 5—6 лет—1200 мл, в 7—10 лет—1350 мл, в 11 — 14 лет—1500 мл.
Организм нуждается в постоянном поступлении минеральных солей. Минеральные вещества необходимы для нормального функционирования организма. Так, с наличием минеральных веществ, содержащих натрий, калий, хлор, связано явление возбудимости — одно из основных свойств живого. Рост и развитие костей, мышц зависят от содержания минеральных веществ. Они определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор). Минеральные соли создают столь необходимое для жизнедеятельности клеток определенное осмотическое давление.
У новорожденного минеральные вещества составляют 2,55% от массы тела, у взрослого — 5%. Они оказывают большое влияние на развитие ребенка. С кальциевым и фосфорным обменом связаны рост костей, сроки окостенения хрящей и состояние окислительных процессов в организме. Кальций влияет на возбудимость нервной системы, сократимость мышц, свертываемость крови, белковый и жировой обмен в организме. Фосфор нужен не только для роста костной ткани, но и.для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых и других органов.
Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни ребенка: в этом возрасте она в 8 раз больше, чем на втором году жизни, и в 13 раз больше, чем на третьем году. Затем потребность в кальции снижается, несколько повышаясь в период полового созревания. Суточная потребность в кальции у школьников 0,68—2,36 г, суточная потребность в фосфоре 1,5—2,0 г.
Оптимальное соотношение между концентрацией солей кальция и фосфора для детей дошкольного возраста составляет 1:1, в возрасте 8—10 лет—1:1,5, у подростков и старших школьников— 1:2. При таких отношениях развитие скелета протекает нормально. В молоке имеется идеальное соотношение солей кальция и фосфора, поэтому включение молока в рацион питания детей обязательно.
Потребность в железе у детей выше, чем у взрослых (1 —1,2 мг на 1 кг массы в сутки, а у взрослых — 0,9 мг). Натрия дети должны получать 25—40 мг в сутки, калия—12—30 мг, хлора — 12—15 мг.
Витамины и их значение. Витамины — органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов. Это объясняет важную роль витаминов в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов, а также повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды (инфекция, действие высокой и низкой температуры и т.д.). Они необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.
В отличие от ферментов и гормонов, большинство витаминов не образуется в организме человека. Главным их источником являются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе. Витамины требуются в очень небольших количествах, но их недостаточность или отсутствие в пище нарушает образование соответствующих ферментов.
Авитаминоз — отсутствие определенных витаминов вызывает специфические нарушения в организме и тяжелые заболевания. Для нормальной жизнедеятельности организма, его роста и развития необходимы следующие витамины:
Витамин B1 (тиамин, аневрин) содержится в лесных орехах, неочищенном рисе, хлебе грубого помола, ячневой и овсяной крупах, особенно много его в пивных дрожжах и печени.
При отсутствии в пище витамина б! развивается заболевание бери-бери. Больной теряет аппетит, быстро утомляется, постепенно появляется слабость в мышцах ног. Затем наступает потеря чувствительности в мышцах ног, поражение слухового и зрительного нервов, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга, наступает паралич конечностей. Без своевременного лечения наступает смерть.
Витамин В2 (рибофлавин) содержится в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах.
У человека первым признаком отсутствия этого витамина является поражение кожи (в области губ чаще всего). Появляются трещины, которые мокнут и покрываются темной коркой. Позднее развивается поражение глаз и кожи, сопровождающееся отпадением ороговевших чешуек. В дальнейшем могут развиться злокачественное малокровие, поражение нервной системы, внезапное падение кровяного давления, судороги, потеря сознания.
Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени.
При авитаминозе РР отмечается чувство жжения во рту, обильное слюнотечение и поносы. Язык становится малиново-красным. На руках, шее, лице появляются красные пятна. Кожа становится грубой и шероховатой, отчего заболевание получило название «пеллагра» (по-итальянски pelleagra — шершавая кожа). При тяжелом течении болезни ослабевает память, развиваются психозы и галлюцинации.
Витамин В12(цианкобалламин) у человека синтезируется в кишечнике. Содержится в почках, печени млекопитающих и рыб. При его недостатке в организме развивается злокачественное малокровие, связанное с нарушением образования эритроцитов.
Витамин С (аскорбиновая кислота) широко распространен в природе в овощах, фруктах, хвое, в печени. Хорошо сохраняется аскорбиновая кислота в квашеной капусте. В 100 г хвои содержится 250 мг витамина С, а в 100 г шиповника — 150 мг.
Недостаток витамина С вызывает заболевание цингой. Обычно болезнь начинается с общего недомогания, угнетенности. Кожа приобретает грязновато-серый оттенок, десны кровоточат, выпадают зубы. На теле появляются темные пятна кровоизлияний, некоторые из них изъязвляются и причиняют резкую боль. Раньше цинга уносила много человеческих жизней.
Витамин А (ретинол, аксерофтол) в организме человека образуется из распространенного природного пигмента каротина, находящегося в больших количествах в свежей моркови, помидорах, салате, абрикосах, рыбьем жире, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц.
При недостатке витамина А замедляется рост детей, развивается «куриная слепота», т. е. резкое падение остроты зрения при неярком освещении, приводящее в тяжелых случаях к полной, но обратимой слепоте.
Витамин D (эргокальциферол) содержится в желтках, коровьем молоке, рыбьем жире. Одной из наиболее распространенных болезней детского возраста, в некоторых странах поражающей более половины детей в возрасте до 5 лет, является рахит. При рахите нарушается процесс формирования костей, кости черепа становятся мягкими и податливыми, конечности искривляются. На размягченных участках черепа образуются гипертрофированные теменные и лобные бугры. Вялые, бледные, с неестественно большой головой, коротким телом, большим животом и кривыми ногами, такие дети резко отстают в развитии.
Отсутствие или недостаток в организме витамина D вызывает тяжелые нарушения.
