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.
Гигиенические требования к организации питания. К настоящему времени сложилась концепция сбалансированного питания. Согласно этой концепции количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека. Энергетическая ценность 1 г белка 17,17 кДж (4,1 ккал), 1 г жира — 38,94 кДж (9,3 ккал), 1 г углеводов—17,17 кДж (4,1 ккал). Зная энергетическую ценность принятых с пищей белков, жиров и углеводов, суточный расход энергии, можно рассчитать калорийность пищевого рациона человека, что важно при организации полноценного питания.
При составлении пищевого рациона обычно учитывают калорийность принимаемой пищи, суточный расход энергии, пол, возраст и другие особенности организма (состояние после болезни, усиленная мышечная работа и др.). В принимаемой пище должны быть все необходимые пищевые вещества (белки, жиры, углеводы, вода, минеральные соли, витамины). Для детей младшего школьного возраста наилучшим считается соотношение белков к жирам и углеводам как 1:1:6, для детей более раннего возраста как 1:2:3, для взрослых как 1:1:4; при этих условиях азот максимально задерживается организмом. При определении калорийности питания учитывают длину (рост) и массу тела, возраст, пол, характер деятельности, время года, климат, температуру помещения и др. При исчислении суточной калорийности питания опираются на возрастно-половые нормы физиологической потребности в питательных веществах и энергии. Своими работами И. П. Павлов показал, что существенное значение для пищеварения и последующего усвоения пищевых веществ имеет аппетит.
Возбуждает аппетит и способствует пищеварению разнообразная, правильно и вкусно приготовленная пища. Отрицательно влияет на пищеварение, снижая концентрацию желудочного сока, употребление воды непосредственно до приема пищи.
Пищевой рефлекс имеет определенную периодичность, в соответствии с которой устанавливается и строго соблюдается режим питания детей — прием пищи через каждые 3,5—4 ч. Для подростков, юношей и девушек приемы пищи устанавливаются в количестве 3—4 раз в сутки. Не допускается еда урывками, раньше времени, так как это приводит к снижению аппетита. Подобные нарушения в режиме питания могут привести к угасанию условного пищевого рефлекса и расстройству пищеварения. Такие же последствия наблюдаются в случаях беспорядочного, двухразового питания. От количества приемов пищи в день зависит и усвоение питательных веществ. При четырехразовом питании пища усваивается до 82—84%, а при трехразовом — 75—76%.
Употребление перед сном пищи, богатой белками, неблагоприятно и для пищеварения. Белковая пища дольше задерживается в желудке. Переработка ее до простейших веществ требует отделения большого количества пищеварительных соков. В период сна все процессы в организме замедляются, в том числе и отделение пищеварительных соков, что может привести к худшему перевариванию пищи. Поэтому ужин должен быть малообъемный, из легких овощных и молочных блюд и не менее чем за 1,5—2,0 ч до отхода ко сну.
Дата добавления: 2021-01-11; просмотров: 1044;