План:
1. Обмен веществ и энергии
2. Обмен белков
3. Обмен жиров
4. Обмен углеводов
5. Водно-солевой обмен
6. Витаминный обмен
Обмен веществ является главным, характерным свойством живого организма.
Сущность его состоит в постоянном обмене веществ между организмом и внешней средой.
Анаболизм – это обменные (метаболические) процессы, при которых необходимые для организма вещества (специфические элементы организма) синтезируются из пищевых продуктов. Анаболизм или ассимиляция.
Катаболизм – или диссимиляция – это метаболические процессы, при которых происходит распад структурных элементов организма или усвоение пищевых продуктов. При этом образуются конечные продукты распада – СО2, Н2О и NH3 (аммиак), которые удаляются из организма.
Метаболизм – или обмен веществ - это совокупность процессов анаболизма и катаболизма.
Нормальная жизнеспособность организма поддерживается регуляцией внутренних компонентов, требующих затраты энергии.
Энергетический обмен – это использование химической энергии в организме. Он служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.
Живой организм + окружающая среда = единая система, между ними происходит непрерывный обмен энергией и веществами.
I закон термодинамики – энергия не исчезает и не появляется снова. Т. е. в природе происходит круговорот веществ и энергии.
Образование и расход энергии
Жизнедеятельность организма поддерживается благодаря постоянному поступлению энергии (только в форме АТФ) в процессе окисления сложных органических молекул при разрыве химических связей.
Молекулы распадаются до трех углеродных соединений, которые включаются в Цикл Кребса (лимонная кислота) окисляясь далее до СО2 и Н2О.
Анаэробный обмен – энергетические процессы, протекающие без кислорода.
Аэробный обмен – энергетические процессы, протекающие с участием кислорода.
Энергия используется человеком в форме АТФ, но на ее образование и распад необходимо также затратить энергию.
Энергетический обмен = основной обмен = рабочая прибавка к основному обмену.
Основной обмен – это количество энергии, расходуемой организмом в состоянии покоя и натощак. Его определяют утром, натощак, в лежачем положении, при t помещения 18-200С, через 12 часов после приема пищи при исключении из пищи белков за 2-3 суток до исследования.
Основной обмен выражается в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж), выделенных организмом на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 час или за сутки.
Зависит от возраста, массы тела, пола, роста, физической нагрузки, питания, изменения климатических условий, эндокринной системы. У взрослого человека Основной обмен за 1 час составляет в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела, у женщин он на 10-15% ниже, чем у мужчин, у детей выше у пожилых людей снижается.
Рабочая прибавка – это повышение энергетического обмена сверх основного.
Может наблюдаться при приеме пищи, низкая или высокая температура окружающей среды (выше 300С), мышечной работе.
Основной обмен нарушается при заболеваниях эндокринных желез (при гиперфункции щитовидной железы он может увеличиваться до 150% от нормы, а при гипофункции снижаться). На основной обмен влияют гипофиз, половые железы – после их удаления усиливается отложение жира.
Для определения интенсивности обмена веществ и энергии используют: 1. Метод прямой калориметрии, 2. Метод непрямой калориметрии – сначала определяют объем легочной вентиляции, а затем количество поглощенного кислорода и выделенного СО2..
Уровень обмена веществ при очень низкой активности ~ 9600 кДж/сут (2300ккал/сут) для мужчин. При легкой работе 2800ккал/сут, при умеренной – 22 000 кДж (5 200 ккал/сут); при тяжелой – 10 000 ккал/сут.
Рациональное питание – это достаточное и полноценное питание.
Его основу составляет сбалансированность аминокислот, полиненасыщенных жировых кислот, фосфатидов, стеринов, жиров, сахаров, витаминов, минеральных солей, органический кислот и др. Насчитывается около 60 пищевых веществ, требующих сбалансированности.
Однообразное питание, при котором исключаются отдельные компоненты рационального питания, вызывают нарушение обмена веществ.
Сбалансированное питание для человека: Б(1): Ж(1): У(4). Жиры должны составлять 30% суточной калорийности (70-80% животный жир). На дол. углеводов – 55%. При тяжелой мышечной работе разрушается много белков, поэтому необходимо увеличить их поступление с пищей. Если пищевой рацион не содержит солей, то это приводит к смерти быстрее, чем голодание. Если необходимо снизить массу тела, то следует ограничить количество употребляемых углеводов.
В суточный пищевой рацион человека, не занимающегося физическим трудом (студенты, врачи, служащие), должно входить около 100г белка, 90г жира, 400г. углеводов, что в сумме составляет около 3000 ккал. Кроме этого, в составе пищи должны быть минеральные соли, витамины и вода.
Белковый обмен – белки – это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие, в отличие от жиров и углеводов, азот. Они состоят из 20 различных аминокислот, которые делятся заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме, а незаменимые не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей.
В распоряжении организма должны быть все аминокислоты в определенном соотношении и количестве. Если какой – нибудь аминокислоты не хватает, то белок не может быть синтезирован. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки, яйца, молока, мяса. Белки растительного происхождения менее полноценные, т. к. в них мало или нет некоторых незаменимых аминокислот. Функция белков:
1. Пластическая – белки входят в состав всех клеток.
2. Энергетическая – источник энергии.
3. Иммунная – белки – это антитела.
4. Гуморальная – многие гормоны – это белки.
Средний период распада белка неодинаков у разных животных организмов, так у человека он равен 80 суток. Белки у одного и того же организма обновляются с разной скоростью – белки плазмы 10 суток, гормоны живут всего несколько минут, мышечные белки обновляются намного медленнее. У человека за сутки подвергаются разрушению и синтезу ~ 400г белка. 30% превращаются в энергию, 70% идет на синтез нового белка. За сутки в организм человека должно поступать от 70-90г белка (1г на 1кг массы тела), 30г. белка должно быть растительного происхождения. При средней нагрузке – 100-120 г. белка в 1 сутки, а при тяжелой возрастает до 150г. О количестве расщепленного в организме белка судят по количеству выделяемого из организма азота (с мочой, потом).
Азотистое равновесие – количество поступившего равно количеству выделенного из организма азота. 1г. азота = 6,25г. белка.
Отрицательный азотистый баланс – поступает меньше азота, чем его выводится. (при белковом голодании, лихорадке, нарушении нейроэндокринной регуляции).
Положительный азотистый баланс – выделенного азота меньше, чем его содержится в пище (у беременных, у детей в связи с их ростом, при выздоровлении при тяжелых заболеваниях).
Регулируют белковый обмен – нервная система, гормоны гипофиза (соматотропный гормон), тироксин, глюкокортикоиды.
Белки не откладываются про запас в организме, они должны поступать ежедневно. При окислении 1г. белка в организме выделяется 4,1 ккал (теплота сгорания).
Липидный обмен – липиды – сложные органические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот, липоидов (лецитин, холестерин), многоатомных спиртов, фосфатов, азотистых соединений.
Функция липидов:
1. Энергетическая.
2. Пластическая – входит в состав всех клеточных мембран.
3. Гуморальная – часть гормонов стероидной природы (производные жпров).
4. Иммунная – формируют защитные функции.
Жиры растительного и животного происхождения. Часть жира откладывается про запас в клетках жировой ткани – энергетическое депо. При нарушении обмена веществ может откладываться жира больше.
При окислении жирные кислоты дают в 2 раза больше энергии, чем белки и углеводы. При окислении 1г жира – выделяется 9,3 ккал тепла. В организме жиры расщепляются до глицерина и высших жирных кислот.
Некоторые жирные кислоты растительного происхождения не синтезируются в организме, поэтому должны поступать с овощами. С жирами поступают в организм жирорастворимые витамины. Взрослому человеку ежедневно необходимо 70-80г. жира (1,25г жира на 1 кг. веса). Обмен липидов тесно связан с обменов белков и углеводов. При избыточном поступлении белков и углеводов в организм они могут превращаться в жиры. В условиях голодания из жиров образуются углеводы, которые используются как энергетический материал.
Регуляция липидного обмена – ЦНС, щитовидная, половые, гипофиз, надпочечники.
Углеводный обмен – в организме человека углеводы являются основным источником энергии. До 60% энергии удовлетворяется за счет углеводов.
Углеводы расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь и используется в метаболизме.
Функция углеводов: 1. Энергетическая. 2. Пластическая – входит в состав в-ва, покрывающего наружную поверхность мембран, в состав оболочек (твердая оболочка мозга), в состав нуклеиновых кислот.
Углеводы могут запасаться в виде гликогена. У взрослого человека 6-8кг – находится в печени, мышцах, сердце, мозге. Углеводы могут превращаться в жиры.
Углеводы делятся на олигосахариды, моносахара и полисахара (расщепляются в ЖКТ до моносахаров. Поступают с растительной в основном пищей (хлеб, крупы, фрукты, овощи).
Процесс образования и накопления гликогена регулируется инсулином.
Глюкагон – регулирует расщепление гликогена до глюкозы.
Адреналин - преобразует гликоген в глюкозу.
Так же принимают участие в регуляции углеводного обмена гормоны надпочечников, гипофиза, щитовидной железы.
Оптимальное количество углеводов в 1 сутки ~ 500г. В крови углеводы содержатся в виде глюкозы 4,44 - 6,66 моль/л. При голодании запасы гликогена уменьшаются, т. к. он поступает в кровь.
Гипогликемия – уровень сахара в крови ниже 4,44 моль/л.
Гипергликемия – уровень сахара в крови выше 6,66 моль/л.
При окислении 1г углеводов выделяется 4,1 ккал тепла.
Водный и минеральный обмен. У человека содержание воды в разных тканях неодинаково: в жировой – 10%, в костях – 20%; в почках – 83%; г/м – 85%; в крови – 90%. В среднем составляет 70% массы тела
Функции воды: 1. Роль растворителя. 2. Теплоемкость. 3.Теплопроводность.
С пищей и напитками должно поступать в организм ежедневно 2,5-3л воды, В течение суток человек теряет 1,5л воды с мочой, 0,9л путем испарения через легкие и кожу (без потоотделения), 0,1л с калом. Т. о. обмен воды не превышает в обычных условиях 5% массы тела в сутки.
Высокая температура тела, высококалорийная пища – способствуют выделению воды через кожу и легкие, увеличивают ее потребление.
Водный обмен регулируется гипоталамусом, гипофизом, надпочечниками.
Минеральные вещества – поступают в организм с продуктами питания.
Основная группа: Кальций, Фосфор, Натрий, Сера, Калий, Хлор и Магний – это макроэлементы. Их функция:
1. Формируют скелет (кальций, фосфор).
2. Определяют осмотическое давление.
3. Влияют на мышечное сокращение – Ca2+, Mg2+.
4. Аккумулирование энергии – фосфор.
5. Физико-химическое состояние белков.
6. Нормальное функционирование возбудительных структур (K, Na, Ca, Mg, Cl).
Также необходимо 15 микроэлементов – менее 0,01%от массы тела – железо, кобальт, медь, цинк, фтор, йод, селен, марганец, и т. д. – в большинстве случаев они входят в состав витаминов, гормонов, ферментов.
Их роль зависит от заряда, размера, химических связей и т. д.
Витамины –органические вещества биологически активные.
Должны поступать с пищей, т. к. не синтезируются организмом или синтезируются недостаточно.
Выполняют роль катализаторов, являются частью ферментных систем.
Витамины – это регуляторные вещества.
Поступают с продуктами растительного и животного происхождения, могут синтезироваться микрофлорой кишечника. Известно около 40 витаминов.
1. Жирорастворимые – A, D, E, K, F – находящиеся в продуктах животного происхождения, растительные масла, зеленые листья овощей.
2. Водорастворимые – В1, В5, В6, В12, С, РР и др. – зерновые, бобовые, ягоды, свежие фрукты, овощи, в меньшей степени продукты животного происхождения
Гиповитаминоз – снижение поступления витаминов с пищей или нарушение их всасывания.
Авитаминоз – полное отсутствие витаминов.
Гипервитаминоз – повышение поступления витаминов.
Функции витаминов:
1. Клеточное дыхание (В)
2. Синтез жирных кислот, стероидных гормонов, нуклеиновых кислот.
3. Регулируют фоторецепцию и размножения (ретинол).
4. Регулируют обменные процессы.
Суточная потребность от 2мкг (цианокобаломин) до 50-100 мг (аскорбиновая кислота) и 200г (фолиевая кислота – синтез нуклеиновых кислот).
Витамина А в сутки должно быть 1 мг, а D – 100.
Жирорастворимые – стабилизируют клеточные мембраны, а водорастворимые – это антиоксиданты.
