Обмен веществ. Обмен веществ и энергии
 Скачать 175 Kb.
|
|
Обмен веществ и энергии Обмен веществ и энергии составляет основу жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических, физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду. В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддержание температуры тела, работу дыхательной мускулатуры гладких мышц, работу сердца и почек. Энергозатраты организма возрастают при физической и умственной работе, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при понижении температуры. Обмен веществ складывается из 2-х взаимосвязанных, противоположно направленных процессов: анаболизма (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции). Анаболизм (ассимиляция) – совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клеток и тканей. Он обеспечивает обновление биологических структур, рост, развитие, а также накопление энергии. Катаболизм (диссимиляция) – совокупность процессов расщепление сложных органических соединений до более простых веществ, протекающий с высвобождением энергии. Конечным продуктом метаболизма относятся вода, окись углерода, двуокись углерода, мочевина, а также другие вещества, содержащие азот. Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а превалирование катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного и неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической и психоэмоциональной нагрузки. Для возмещения энергозатрат организма, сохранение массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней среды белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. Их количество, свойства и соотношение должны соответствовать состоянию организма и условиям ее существования. Это достигается путем питания. Необходимо также, чтобы организм очищался от конечных продуктов метаболизма, которые образуются при расщеплении различных веществ. Это достигается работой органов выделения. Условно в процессе обмена веществ можно выделить 3 этапа. Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы расщепления белков, жиров, углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, жирных кислот, глицерина, происходящие в различных отделах желудочно-кишечного тракта, а также всасывание их в кровь и лимфу. Вторым этапом является транспорт питательных веществ и кислорода кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление для конечных продуктов. Часть этих продуктов используется на построение составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ – гормонов, ферментов, секретов, и воспроизведения клеток и тканей. Третий этап – удаление конечных продуктов метаболизма из организма в составе мочи, кала, пота, через легкие, почки, потовые железы и кишечник. Обмен белков Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их долю приходится более 50% сухой массы клетки. Функции белков в организме многообразны. 1. Пластическое или структурное значение белков состоит в том, что они входят в состав всех клеток и межтканевых структур, обеспечивают рост и развитие организма за счет процессов биосинтеза. Жизнь – форма существования белковых тел. 2. Каталитическая - ферменты по своей химической природе являются белками. 3. Защитная функция заключается в образовании иммунных белков – антител. Белки способны связывать токсины и яды; обеспечивают свертывание крови (гемостаз). 4. Энергетическая роль белков определяется с их способностью освобождать при окислении энергию. На долю белков приходится 12 -18% энергообеспечения (окисление 1г белков освобождает 4 ккал). 5. Транспортная функция – перенос О2 и СО2 гемоглобином. Связывание и перенос некоторых ионов (железо, Си), лекарственных веществ и токсинов. 6. Гормональная – белково-пептидные гормоны составляют 80% всех гормонов. 7. Сократительная – актин и миозин. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Белки организма находятся в динамическом состоянии. Для нормального обмена белков, являющихся основой их синтеза, необходимо поступление с пищей в организм различных аминокислот. Из 20 входящих в состав белков аминокислот 12 синтезируются в организме (заменимые аминокислоты), а 8 не синтезируются (незаменимые). Без незаменимых аминокислот синтез белка резко нарушается и наступает отрицательный баланс азота, останавливается рост, уменьшается масса тела. Незаменимыми аминокислотами являются лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан. Белки обладают различным аминокислотным составом, поэтому возможность их использования для синтетических нужд организма неодинакова. В связи с этим было введено понятие биологической ценности белков пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких соотношениях, которые обеспечивают нормальные процессы синтеза, являются биологически полноценными. Белки, не содержащие тех или иных аминокислот или содержащие их в малых количествах, являются неполноценными. Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются – теряют группу NН2, в результате образуется аммиак и кетокислоты. Образовавшийся аммиак становится токсическим соединением для клеток и обезвреживается печенью путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 иН2О. Распад белка в организме протекает непрерывно. Степень распада белка обусловлена характером питания. В сутки у человека распадается 400г белков. Скорость распада и обновления белков в организме различна – от нескольких минут до 180 суток. О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100г белка содержится 16г азота. Выделение организмом 1г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется 3,7г азота. Масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25=23г или 0,028 -0,075г азота на 1кг массы тела сутки – коэффициент изнашивания Рубнера. Коэффициент изнашивания Рубнера – наименьшая потеря белка для организма в состоянии покоя. Физиологический минимум белка превышает коэффициент изнашивания и равен 30-45 белка в сутки. Физиологический оптимум белка равен 80-100г белка в сутки (1г/кг массы тела). Белки в организме не депонируются. Единственный источник белков, обеспечивающих все потребности организма – белки пищи. Для оценки поступления белка и его разрушения в организме существует азотистый баланс. В норме должно иметь место азотистое равновесие. Азотистый баланс – это соотношение количества азота, поступившего с пищей и выделенного из организма. Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия. Если в организм поступает больше азота, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе. При этом синтез белка преобладает над его распадом. Устойчивый положительный азотистый баланс наблюдается всегда при увеличении массы тела. Отмечается в период роста организма, во время беременности, в периоде выздоровления после тяжелых заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках, сопровождающихся увеличением массы мышц. В этих условиях происходит задержка азота в организме (ретенция азота). Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившегося азота, говорят об отрицательном азотистом балансе. Оно возникает при белковом голодании, при питании неполноценными белками, когда в организм не поступает какие – либо из незаменимых аминокислот. Необходимо потребление не менее 0,75г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого человека массой 70 кг составляет не менее 52,5г полноценного белка. Для полного удовлетворения потребности организма в белке в сутки человек должен получить 80-100 г белка, в том числе 30г животного происхождения, а при физических нагрузках – 130 -150г. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Регуляция обмена белков. Обмен белков регулируется вегетативной нервной системой. Симпатическая система стимулирует гликогенолиз и расщепление белков, а парасимпатическая – гликогенез и синтез белка. Гуморальная регуляция обмена белков осуществляется рядом гормонов. Соматотропный гормон гипофиза во время роста организма стимулирует увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека он обеспечивает синтез белка за счет повышения проницаемости клеточных мембран для аминокислот, усиления синтеза РНК в ядре клетки и подавления синтеза внутриклеточных протеолитических ферментов. Инсулин оказывает прямое и косвенное влияние на процессы белкового метаболизма: способствует транспорту аминокислот в клетки, а также, регулируя обмен углеводов, обеспечивает энергией процесс синтеза белка. При недостатке инсулина усиливается распад белков, которые идут на синтез углеводов. Гормоны коры надпочечников – глюкокортикоиды усиливают распад белков в тканях, особенно в мышечной и лимфоидной. В печени наоборот, стимулируют синтез белков. Гормоны щитовидной железы – тироксин и трийодтиронин повышают основной обмен и синтез белка и благодаря этому могут активизировать рост, развитие и дифференциацию тканей и органов. При недостаточности половых желез, надпочечников, тимуса происходит нарушение белкового обмена. Важную роль в регуляции белкового обмена играет кора больших полушарий. Обмен липидов Общее количество жира в организме человека колеблется в среднем10-20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом сальнике, околопочечной клетчатке, в печени, в мышцах. В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической и психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо. Жиры выполняют следующие функции: 1. Фосфо- и гликолипиды входят в состав клеточной мембраны и выполняют пластическую роль. Фосфолипиды синтезируются в печени и в кишечной стенке, однако только гепатоциты способны выделять их в кровь. Печень – единственный орган, определяющий уровень фосфолипидов в крови. 2. Нейтральные жиры пищи являются важнейшим источник энергии. За счет окисления нейтральных жиров образуется 50% всей энергии в организме. 3. Нейтральные жиры являются источником эндогенной воды, способствуют нормальному обмену воды в организме. 4. Жиры, депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы – от механических повреждений. Жир, всасывающийся из кишечника, упаковывается в эпителиоцитах в транспортные частицы (хиломикроны) и поступает преимущественно в лимфу и в меньшем количестве в кровь. Как простые, так и сложные липиды могут синтезироваться в организме, за исключением полиненасыщенных кислот линолевой, линоленовой, арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с пищей. Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, тромбоксаны, лейкотриены. Полиненасыщенные жирные кислоты имеются в больших количествах в растительных маслах. Поэтому 1/3 поступивших с пищей липидов должна быть за счет растительных жиров. Важное физиологическое значение имеют стерины, в частности холестерин. Это вещество входит в состав клеточных мембран, является источником образования желчных кислот, а также гормонов коры надпочечников и половых желез, витамина Д. Холестерин является гидрофобным соединением, нерастворимым в плазме крови, в печени и для транспорта формируются липопротеиды (жировые вещества, связанные с белками). Различают три основных групп липопротеидов: липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОН), липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) и липопротеиды высокой плотности (ЛПВП). У взрослых людей 67 -70% холестерина плазмы крови находится в составе ЛПНП, 9-10% - в составе ЛПОНП, 20-24%- в составе ЛПВН. ЛПОН содержат много триглицеридов и мало холестерина. Транспортируются кровью к мышцам и обеспечивают их энергией. После извлечения из них большей части триглицеридов они трансформируются в остаточные частицы, которые возвращаются в печень. В ней они превращаются в ЛПНП. ЛПНП содержат около 70% общего холестерина плазмы крови. Они транспортируют холестерин к надпочечникам, другим эндокринным железам и тканям. В процессе их модификации эндотелием образуются окисленные формы ЛПНП, которые инициируют формирование атеросклеротических бляшек. ЛПОНП и ЛПНП способствуют развитию атеросклероза. ЛПВП - маленькие частицы, которые содержат много фосфолипидов и белков, они также синтезируются в печени. Их функция заключается в удалении избытка холестерина сосудистой стенки и других тканей. После насыщения холестерином они возвращаются в печень, где холестерин и его эфиры возвращаются в желчные кислоты и выводятся с желчью. ЛПВП снижают образование окисленных форм и препятствуют развитию атеросклероза. Эфиры холестерина ЛПВП используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках. Таким образом, липопротеиды определяют уровень холестерина и динамику его обмена. Суточная потребность в липидах составляет 50-100г. Регуляция обмена липидов. Процесс образования, отложения, мобилизации из депо жира регулируется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связано с углеводным обменом. Повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглицеридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщепление. В нервной регуляции обмена жиров участвует вегетативная нервная система. Возбуждение симпатической системы способствует поступлению жира из депо в печень, тормозят синтез триглицеридов и усиливает липолиз. Возбуждение парасимпатической системы способствует депонированию жиров. Нервные влияния на жировой обмен контролируется гипоталамусом. Ряд гормонов оказывает выраженное влияние на жировой обмен. Сильным жиромобилизирующим действием обладают гормоны мозгового вещества надпочечников – адреналин и норадреналин. Они активируют мобилизацию жира из депо и его окисление. Соматотропный гормон и тироксин увеличивают липолиз и расщепление жирных кислот. Инсулин усиливает использование углеводов в тканях, снижает расщепления жира, способствуя его депонированию. Глюкокортикоиды способствуют превращению углеводов в жир непосредственно в жировой ткани и его отложению в жировых депо. Обмен углеводов Углеводы составляют 0,6% массы тела. Функции углеводов: 1) энергетическая - основной источник энергии в организме, обеспечивают не менее 50% суточного энергообеспечения (окисление 1г углеводов освобождает 4 ккал); 2) образуют депо (виде гликогена) легко мобилизируемого энергетического материала; 3) пластическая – входе окисления глюкозы образуются промежуточные продукты – пентозы, которые используются для синтеза аминокислот, липидов, полисахаридов; 4) углеводы, входящие в гликопротеид, определяют их видовую и тканевую специфичность. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Уровень глюкозы в крови составляет 3,3-5,5ммоль/л и является важнейшей гомеостатической константой организма. Углеводы поступают в организм в виде растительного полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы). Глюкоза, всасывается в кровь из кишечника, и через воротную вену поступают в печень, где из нее синтезируется гликоген. Гликоген печени представляет собой резервный углевод. Содержание гликогена в печени составляет 150-200г. При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов распада жиров и белков. По мере убыли глюкозы в крови происходят расщепления гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь. Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови. Гликоген откладывается также в мышцах. Количество гликогена в мышцах увеличивается при обильном питании и уменьшается во время голодания. При мышечном сокращении происходит распад гликогена и освобождается энергия. Из продуктов распада (молочной кислоты и пировиноградной кислот) в фазе покоя в мышцах вновь синтезируется гликоген. Мозг не имеет депо гликогена, поэтому нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Углеводы – единственный источник, за счет которого в норме покрываются энергетические расходы мозга. В среднем за сутки человек потребляет 400-500г углеводов, из которых обычно 350-400г составляет крахмал, а 50-100г – моно и дисахариды. Избыток углеводов депонируются в виде жира. Регуляция обмена углеводов. Регуляция углеводного обмена осуществляется нейрогуморальным путем. Основным параметром регулирования углеводного обмена является поддержание уровня глюкозы в крови. Изменение содержания глюкозы в крови воспринимается глюкозорецепторами, сосредоточенными в печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса. Если уровень глюкозы в крови повышается, раздражаются периферические глюкорецепторы и рецепторы переднего гипоталамуса. Возбуждаются нейроны парасимпатических центров гипоталамуса – стимулируется гликогенез, усиливается выработка инсулина поджелудочной железой. Инсулин превращает глюкозу в гликоген, способствует утилизации глюкозы мышцами. Одновременно снижается секреция тропных гормонов гипоталамусом (АКТГ, СТГ, ТТГ), что также уменьшает концентрацию глюкозы в крови. Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает – инсулин – гормон, вырабатываемый β- клетками островковой ткани поджелудочной железы. Инсулин обеспечивает гликогенез т.е. превращение глюкозы в гликоген в печени, в мышцах, а также активирует использование глюкозы в тканях, что приводит к снижению уровня глюкозы в крови. Инсулин является единственным гормоном, понижающим уровень глюкозы в крови. Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Глюкогон, продуцируемый α- клетками островков Лангерганса способствует гликогенолизу и повышению уровня глюкозы в крови. Адреналин – гормон мозгового вещества надпочечников стимулирует гликогенолиз и вызывает гипергликемию. Глюкокортикоиды – гормоны коркового слоя надпочечника вызывают гипергликемию и увеличение содержания гликогена в печени. Стимулируют образование глюкозы из белков и жиров. Адренокортикотропный гормон – гормон передней доли гипофиза влияет на интенсивность обмена, как стимулируя синтез, так и действуя непосредственно на ткани. Соматотропный гормон гипофиза активирует секрецию глюкагона, является ингибитором инсулина, вызывает гипергликемию и глюкозурию. Тиреотропный гормон гипофиза стимулирует продукцию гормонов щитовидной железы. Тироксин и трийодтиронин повышают основной обмен, усиливают расщепление белков, жиров, углеводов. Глюкозурия. При повышении содержания сахара в крови до 1,6-2,0 г/л (160-200 мг%) и выше он начинает переходить в окончательную мочу - возникает глюкозурия. В норме глюкоза содержится в провизорной моче. В канальцах она реабсорбируется в виде глюкозофосфата, для образования которого необходима гексокиназа, и после дефосфорилирования поступает в кровь. Таким образом, в окончательной моче сахара в нормальных условиях не содержится. При диабете процессы фосфорилирования и дефосфорилирования глюкозы в канальцах почек не справляются с избытком глюкозы в первичной моче. Развивается глюкозурия. При тяжелых формах сахарного диабета содержание сахара в моче может достигать 8-10%. Осмотическое давление мочи повышено; в связи с этим в окончательную мочу переходит много воды. Суточный диурез возрастает до 5-10 л и более (полиурия). Развивается обезвоживание организма и как следствие его - усиленная жажда (полидипсия). Обмен воды и минеральных веществ Вода является основной составляющей внутренней среды организм. Содержание воды в организме взрослого человека составляет 50-60% массы тела, а у новорожденного – 75%. В организме женщин содержание воды на 6-10% ниже, чем у мужчин. Функции воды: 1)универсальный растворитель, обеспечивающий протекание всех метаболических реакций организма; 2) конвекционный транспорт веществ; 3) участие в терморегуляции; 4) эффект разведения эндогенных и экзогенных токсинов, образующихся кислот и оснований. Около 71% всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, составляя внутриклеточную воду. Около 21% составляет внеклеточную воду, третья часть которой входит в состав крови. Водный баланс в организме поддерживается за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм. Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг. Минимальная суточная потребность в воде -1,7 л. Процессы жизнедеятельности чутко реагируют на изменения количества воды в организме. Состояние обезвоживания наступает уже при потере 10% жидкости, а потеря 20% воды несовместима с жизнью. Распределение воды между внутриклеточным и внеклеточным пространством организма жестко регулируется. Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании углеводной, жирной пищей и при небольшом поступлении соли потребности в воде меньше. Белковая пища, повышенный прием соли обуславливают большую потребность в воде. Регуляция обмена воды тесно связана с обменом натрия и осуществляется в результате валюморегулирующего и осморегулирующего рефлексов с участием гормонов – АДГ, альдостерона, натрийуретического пептида сердца. Вместе водой в организм поступает ряд минеральных веществ. Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны. Наиболее важное значение имеют натрий, калий, кальций. Натрий является катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6-12 раз превышает содержание в клетках. Участвует в поддержании равновесия кислотно-основного состояния, осмотического давления, участвует в формировании мембранного потенциала. Баланс натрия в организме поддерживается деятельностью почек. Калий – важнейший катион, поддерживающий осмотическое давление внутриклеточной жидкости. Его диффузия из клетки является главным механизмом формирования мембранного потенциала и фазы реполяризации в потенциалах возбудимых клеток. Многие метаболические реакции клеток требуют наличия калия. Ионы К+ влияют на сосудистый тонус. Содержание К+ во всем организме 3700 – 4600 ммоль (175г), в скелетных мышцах- 2800ммоль, коже – 360-500 ммоль, печени – 135-200 ммоль. Основным депо К+ являются скелетные мышцы. Потребность К + в сутки 90 -100 ммоль (4,5г), всасывается в кишечнике – 90% К+пищи. Выделение К+ из организма осуществляется главным образом почками с мочой (89 -90 ммоль/сут), калом (10 ммоль/сут). Для баланса К+ в организме необходимо, чтобы его количество, выделенное с мочой, было равно количеству К+, всосавшемуся в кишечнике. Основным регулятором обмена К+в организме является альдостерон. Уровень кальция в плазме – одна из самых жестко регулируемых констант крови. Даже незначительные сдвиги уровня кальция вызывают тяжелые нарушения. В среднем 99% кальция депонируется в костной ткани. В сутки взрослый человек должен получать с пищей 800-1000 мг кальция. Кальций участвует в большинстве физиологических и биохимических процессов и регуляций. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием. В осуществлении жизнедеятельности играют роль такие микроэлементы, как железо, медь, цинк, йод, кобольд, молибден, селен, хром, никель, олово, кремний, фтор, ванадий. Обмен витаминов Витамины – низкомолекулярные органические соединения, поступающие с пищей или синтезируемые в самом организме. Витамины регулируют все виды обмена веществ, клеточное дыхание. Участвует в синтезе жирных кислот, гормонов, нуклеиновых кислот; участвуют в процессах обмена кальция и фосфора; регулируют окислительно-восстановительные реакции, участвуют в процессах свертывания крови. Основной обмен Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. И поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина – основной обмен. Основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращения, дыхания, выделение, поддержание температуры тела, постоянную секрецию эндокринных желез. Любая работа – физическая и умственная, а также прием пищи, колебания температуры окружающей среды и другие внешние и внутренние фактора, изменяющие уровень обменных процессов, влекут за собой увеличение энерготрат. Поэтому основной обмен определяют в строго контролируемых, искусственно создаваемых условиях: 1) утром, натощак (через 12-16 часов после последнего приема пищи); 2) в положении лежа на спине, 2) при полном мышечном и эмоциональном покое; 3) в состоянии спокойного бодрствования; 4) в условиях температурного «комфорта» (18-20 ͦ С). За 3 сут до исследования из рациона исключают белковую пищу. Показатель основного обмена – это величина энергии, которая потребовалась бы организму для пребывания в условиях основного обмена на протяжении суток, выраженная ккал или кДж. Величина основного обмена определяется для оценки состояния организма. Кроме того, это удобный ориентир для расчета величины физической нагрузки при производственной, спортивной, бытовой деятельности. Величина основного обмена зависит от возраста, роста, массы тела, пола человека, площади поверхности. Выражается основной обмен в расчете 1ккал на 1 кг массы тела в час. Самый интенсивный обмен основной у детей (у новорожд. -53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни – 42 ккал/кг). Для взрослого человека среднее значение величины ОО равно 1 ккал/кг/час. Отсюда для мужчин среднего возраста (примерно 35лет), среднего роста (примерно 165см) и со средней массой тела (примерно 79кг) основной обмен равен 4,19кДж (1ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж в сутки. Средняя величина основного обмена у мужчин составляет1700ккал, у женщин той же массы примерно на 10% меньше, чем у мужчин. Величина основного обмена человека в возрасте 20-40 лет сохраняется на довольно высоком уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается. При гиперфункции щитовидной железы величина основного обмена возрастает, а при гипофункции щитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез снижается. Определение основного обмена. Как мы уже писали выше, интенсивность основного обмена зависит от возраста, пола, роста, массы и площади поверхности. На основе этих данных рассчитывают показатель должной величины основного обмена – индивидуальную норму для конкретного человека. Для такого расчета применяются таблицы и формулы. Существуют два варианта этих таблиц – для мужчин и женщин. В каждой из них имеются две подтаблицы. В первой подтаблице находят число, зависимое от массы тела, а во второй подтаблице – число, зависимое от роста и возраста. Сумма этих двух чисел дает искомую величину должного основного обмена. Расчет основного обмена по таблицам. Определив основной обмен опытным путем (методом оксиспирометрии), необходимо установить, соответствует ли он норме. Для этого используют специальные таблицы (см. в приложении II и III). Данные таблицы позволяют рассчитать тот основной обмен, который должен быть у испытуемого соответственно его полу, возрасту, росту и массе тела. Отклонение экспериментально найденной величины от должной покажет характер и степень нарушения основного обмена. Предположим, что испытуемой является женщина 21 года, ростом 160 см и массой 60 кг. Открывают соответствующую таблицу (для мужчин и женщин они разные, так как основной обмен мужчин примерно на 10% выше, чем у женщин). Расчетная таблица состоит из двух таблиц А и Б. В таблице А находят массу тела испытуемой 60 кг и против неё число 1229. В таблице Б находят по горизонтали возраст - 21 год, по вертикали - длину тела - 160 см, им соответствует число 198. Складывают число из таблицы А - 1229 и число из таблицы Б - 198. Получают значение нормального основного обмена для данной испытуемой - 1427 ккал. Экспериментально найденная величина (1382,4 ккал) отличается от табличной (1427 ккал) на 3%, что является в пределах нормы (патологическим считают отклонение, превышающее 10 %). Правило поверхности Зависимость интенсивности основного обмена от площади поверхности тела была показана немецким физиологом Рубнером для различных животных. У млекопитающих величина основного обмена, рассчитанная на 1 кг массы тела, сильно различаются: чем меньше животное, тем выше обмен. Согласно этому правилу, интенсивность основного обмена тесно связано с размерами поверхности тела, с 1 м2 поверхности рассеивается одинаковое количество тепла. Закон поверхности тела гласит: энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны площади поверхности тела. Это объясняется необходимостью поддерживать постоянную температуру соотношением теплопродукции и теплоотдачи, так как при относительно большой поверхности теряется больше тепла. У человека отношение основного обмена к поверхности тела оказалось величиной сравнительно постоянной. Ежедневная продукция тепла 1 м2 поверхности тела человека равно 3559 – 5234 к Дж (850-1250ккал). Для определения поверхности тела применяется формула, выведенная на основании анализа результатов прямых измерений поверхности тела: R=K x m, где константа К равна 12,3 (у человека); m –масса тела, кг. Более точно поверхность тела можно определить по формуле предложенной Дюбуа: R= W0,425 x H0,725x 71,84, W – масса тела, Н – рост, см. Правило поверхности верно не абсолютно. Об относительности правила поверхности свидетельствует тот факт, что у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела интенсивность обмена веществ может значительно различаться. Это связано с особенностями метаболизма, состоянием нервной, эндокринной и других систем. Методы исследования энергообмена Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию. Прямая калориметрия - метод определения энергетических затрат организма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводится в специальных камерах - калориметрах, которые улавливают тепло, отдаваемое организмом. Для этого животное и человек помещается специальную герметическую камеру. В камере по трубам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла. Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать исследуя газообмен. Непрямая калориметрия подразделяется на два метода: метод полного и неполного анализа. При наличии сведений об объемах поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа метод непрямой калориметрии называется «полный газовый анализ». При неполном газовом анализе определяется лишь объем поглощенного кислорода. В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респираторным методом Дугласа – Холдейна, при котором в течении 10-15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество кислорода и углекислого газа в единицу времени. Затем вычисляют Дыхательный коэффициент – отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода за единицу времени. По дыхательному коэффициенту (ДК) можно установить какие вещества окисляются в организме, которые используются организмом для получения энергии. ДК различен при окислении белков, жиров, углеводов. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а углеводов – 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода – это, то количество тепла, которое выделяется при окислении какого- либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Величина калорического эквивалента кислорода зависит от того, на окислении каких веществ используется кислород. От этого же зависит и величина ДК. Калорический коэффициент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л кислорода (5ккал/л), белков - 18,7кДж (4,5ккал/л), жиров - 19,8к Дж (4,74ккал). Определив калорический эквивалент кислорода, его умножают на величину потребления кислорода в единицу времени и находят энергетические затраты организма за взятый временной интервал. Показатель основного обмена выражают в расчете на сутки. Неполный газовый анализ основан на определении расхода энергии по количеству кислорода, потребленного в единицу времени. Количество потребленного организмом кислорода определяют при помощи различных спирографов. Расчет ДК невозможен. Условно принимают, что в организме окисляются углеводы, белки, жиры и поэтому ДК=0,85, для которого калорический эквивалент кислорода равен 4,862ккал/л. Основы рационального питания Исходным материалом для обновления и создания живой ткани и источником энергии является пища. Поэтому питание человека должно быть рациональным. Оно должно точно соответствовать потребностям организма в пластических веществах и энергии, минеральных солях, витаминах и воде, обеспечивать нормальную жизнедеятельность организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособность, высокую сопротивляемость инфекциям, правильный рост и развитие детского организма. Чтобы питание было рациональным при составлении пищевого рациона (т. е. количества и состава продуктов питания, необходимых человеку в сутки), необходимо следовать ряду принципов. 1. Калорийность пищевого рациона должна покрывать энергетические затраты организма, которые определяются видом трудовой деятельности. Все взрослое население в зависимости от выполняемой работы делится на 5 групп, каждой из которых соответствует определенное количество расходуемой энергии в сутки. - I группа - работники умственного труда - 2800-3000 ккал; - II группа - работники механизированного труда и сферы обслуживания - 3000-3500 ккал; - III группа - работники умеренно тяжелого труда, связанного со значительными физическими усилиями - 3500-4000 ккал; - IV группа - работники тяжелого, немеханизированного труда - 4000-4500 ккал; - V группа - работники очень тяжелого физического труда - 4500-5000 ккал. 2. Учитывается калорическая ценность питательных веществ. 3. Возможность использовать закон изодинамии питательных веществ, т. е. взаимозаменяемости белков, жиров и углеводов. Исходя из энергетической ценности питательных веществ, они могут заменять друг друга. Например, 1 г жира, высвобождающий при окислении 9,3 ккал, можно заменить 2,3 г белка или углеводов. Однако следует помнить, что такая замена возможна только на короткое время, т. к. питательные вещества выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, т. е. они необходимы для построения новых клеток. 4. В пищевом рационе должно содержаться оптимальное для данной группы работников количество белков, жиров и углеводов. Например, для работников 1 группы в суточном рационе должно быть 80- 120 г белка, 80-100 г жира, 400-600 г углеводов. Особое значение имеет содержание белков в суточном рационе. 5. В пищевом рационе количество белков, жиров и углеводов должно содержаться в соотношении 1:1:4. 6. Пищевой рацион должен полностью удовлетворять потребность организма в витаминах, минеральных солях и воде. 7. Пища обязательно должна содержать полноценные и неполноценные белки. 8. Рекомендуется включать в пищевой рацион одну треть суточной нормы белков и жиров животного происхождения. 9. Необходимо учитывать степень усвоения различных питательных веществ. 10. При составлении суточного рациона питания следует учитывать объем пищи, т. к. от объема пищи зависит чувство насыщения. 11. Лучшее усвоение питательных веществ обеспечивается правильным режимом питания. 12. Необходимо учитывать правильное распределение суточной калорийности рациона по отдельным приемам пищи. 13. Продукты, богатые белком (мясо, рыба, бобовые), рекомендуется употреблять в дневные часы, вечером - молочно-растительные блюда. 14. При составлении пищевого рациона необходимо помнить, что вкус пищи, ее внешний вид, запах, обстановка приема пищи имеют большое значение для подготовки органов пищеварения к приему пищи и ее немедленной переработки. Рабочая прибавка Разница между величинами энергозатрат организма на выполнение различных видов работ и энергозатрат на основной обмен составляет так называемую рабочую прибавку. Предельно допустимая по тяжести работа, выполняемая на протяжении ряда лет, не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена для данного индивидуума более, чем в три раза. Умственный труд не требует столь значительных энергозатрат, как физический. Энергозатраты организма возрастают при умственной работе в среднем лишь на 2-3%. Умственный труд, сопровождающийся легкой мышечной деятельностью, психоэмоциональным напряжением, приводит к повышению энергозатрат уже на 11-19% и более. Специфически-динамическое действие пищи Специфически-динамическое действие пищи — усиление под влиянием приема пищи интенсивности обмена веществ и увеличение энергетических затрат организма относительно уровней обмена и энергозатрат, имевших место до приема пищи. Специфически-динамическое действие пищи обусловлено затратами энергии на: 1. Переваривание пищи, 2. Всасывание в кровь и лимфу питательных веществ из желудочно-кишечного тракта, 3. Ресинтез белковых, сложных липидных и других молекул; 4. Влиянием на метаболизм биологически активных веществ, поступающих в организм в составе пищи (в особенности белковой) и образующихся в нем в процессе пищеварения (см. также гл.9). Увеличение энергозатрат организма выше уровня, имевшего место до приема пищи, проявляется примерно через час после приема пищи, достигает максимума через три часа, что обусловлено развитием к этому времени высокой интенсивности процессов пищеварения, всасывания и ресинтеза поступающих в организм веществ. Специфически-динамическое действие пищи может продолжаться 12-18 часов. Оно наиболее выражено при приеме белковой пищи, повышающей интенсивность обмена веществ до 30%, и менее значительно при приеме смешанной пищи, повышающей интенсивность обмена на 6-15%. Уровень общих энергозатрат, как и основной Обмен, зависит от возраста: Суточный расход энергии возрастает у детей с 800 ккал (6 мес -1 год) до 2850 ккал (11-14 лет). Резкий прирост энергозатрат имеет место у подростков-юношей 14-17 лет (3150 ккал). После 40 лет энергозатраты снижаются и к 80 годам составляют около 2000-2200 ккал/сутки. В повседневной жизни уровень энергозатрат у взрослого человека зависит не только от особенностей выполняемой работы, но и от общего уровня двигательной активности, характера отдыха и социальных условий жизни. |