Обмен веществ и энергии. Обмен белков, жиров и углеводов, возрастные особенности

Обмен веществ и энергии — основа процессов жизнедеятельно­сти организма. В организ­ме человека, его органах, тканях, клетках непрерывно образуются, разрушаются, обновляются клеточные структуры и различные сложные химические соединения.

Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как мозг, сердце, желу­дочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а так­же для совершения человеком работы нужна энергия. Источником энергии, необходимой для жизни, служат пита­тельные вещества, поступающие s организм.

В процессе обмена веществ проис­ходят два противоположных и взаимосвязанных процесса: анабо­лизм и катаболизм. Анаболизмом называют реакцию биологиче­ского синтеза сложных молекул основных биологических соедине­ний, специфичных для данного организма, из простых компонен­тов, поступающих в клетки организма. Анаболизм является основой для построения структур, иду­щих на восстановление отмирающих клеток, формирования новых тканей в процессе роста организма, для синтеза клеточных со­единений, необходимых для жизнедеятельности клеток, он требует затраты энергии.

Энергия для анаболических процессов поставляется реакция­ми катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конеч­ные продукты катаболизма — вода, углекислый газ, аммиак, моче­вина, мочевая кислота и др.— недоступны для дальнейшего био­логического окисления в клетке и удаляются из организма.

Соотношение процессов анаболизма и катаболизма определяет три различных состояния:

· динамическое равновесие,

· рост,

· частичное разрушение структур тела.

У взрослых обычно при нормальном состоянии орга­низма анаболические и катаболические процессы находятся в состоянии равновесия.

Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные вещества пищи расщепляются до более простых, способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, по­ступившие в результате всасывания в кровь или лимфу, приносят­ся в клетки, где и претерпевают основные изменения. Образовав­шиеся сложные органические вещества входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного, или промежуточного, обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным фермен­там клетки. Ферменты представляют собой белки, которые дейст­вуют как органические катализаторы; сами ферменты в реакциях не участвуют, однако благодаря их деятельности с веществами клетки происходят сложные превращения, разрываются внутри­молекулярные химические связи в них, что приводит к высвобож­дению энергии.

Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, а не используемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности ор­ганов выделения. Большая часть энергии, высвобождаемой при катаболических процессах, образуется в митохондриях при участии кислорода — это аэробные реакции. Кроме аэробных реакций в организме про­исходят анаэробные реакции, не требующие кислорода, они чаще происходят в цитоплазме клеток. Анаэробные процессы наиболее-характерны для мышечной ткани.

Возрастные особенности обменных процессов. Энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимального, необходимого для жизнедеятельности клеток уровня обменных процессов, назы­вают основным обменом. 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.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. 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 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.

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. Изменения энергетики мышечного сокращения обеспечивают увеличение физической работоспособности, абсолютные показате­ли которой возрастают. Чем тяжелее мышечная работа, тем боль­ше энергии тратит человек. 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.

Относительная величина общего суточного расхода энергии с возрастом уменьшается—с момента рождения и до взрослого со­стояния примерно в 3 раза.

Обмен белков, жиров и углеводов, возрастные особенности. Обмен белков. 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. Некоторые амино­кислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Замени­мые аминокислоты могут быть заменены другими или синтезиро­ваны в самом организме в процессе обмена веществ.

Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокис­лот для нормального синтеза белка организма, называют полно­ценными (преимущественно животные белки). Наиболее высокая био­логическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы. 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.

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.

Особенности жирового обмена.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 должны посту­пать в организм в готовом виде (линолевая, линоленовая и арахидоновая), так как он не способен их син­тезировать. Содержатся непредельные жирные кислоты в расти­тельных маслах. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.). 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.

Потребность организма в жирах на 1 кг массы тела тем вы­ше, чем меньше возраст ребенка.

Обмен углеводов.Углеводы - основной источником энергии. Наибольшее количество углеводов содержится в злаках, картофеле, овощах и фруктах. 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.

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.

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. 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.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%). При нормальной температуре окружающей среды и нормальном пищевом режиме потребность воды у взрослого че­ловека составляет 2—2,5 л, поступающей 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. Отношение количества потреб­ленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс. Организм ребенка быстро теряет и быстро накапливает воду. 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 организма. 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.

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.

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, необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов, что объясняет их роль 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.

Большинство витаминов не образуется в организме человека, главным их источником яв­ляются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе. Авитаминоз — отсутствие определенных витаминов вызывает специфические нарушения в организме и тяжелые заболевания. Для нормальной жизнедеятельности организма, его роста и раз­вития необходимы следующие витамины:

Витамин В1 (тиамин, аневрин) содержится в лесных орехах, неочищенном рисе, хлебе грубого помола, ячневой и овсяной кру­пах; особенно много его в пивных дрожжах и печени.

Витамин В2 (рибофлавин) содержится в хлебе, гречневой кру­пе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах.

Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени.

Витамин B12 (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.

Витамин А (ретинол, аксерофтол) в организме человека обра­зуется из распространенного природного пигмента каротина, нахо­дящегося в больших количествах в свежей моркови, помидорах, салаге, абрикосах, рыбьем жире, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц.

Витамин D (эргокальциферол) содержится в желтках, коровь­ем молоке, рыбьем жире. Отсутствие или недостаток в организме витамина D вызывает рахит. При рахите нарушается процесс формирования костей, кости черепа становятся мягкими и податливыми, конечности искривляются. Больные вялые, бледные, с неестественно большой головой, коротким телом, большим животом и кривыми но­гами, такие дети резко отстают в развитии.