10.2. Основные формы обмена веществ в организме

Обмен белков. Роль белков в обмене веществ. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах , являются белками.

Биологическая ценность белков пищи. 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. Аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, называются заменимыми.

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 доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот.

Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Например, отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство вестибулярного аппарата у детей.

Из питательных веществ только в состав белков входит азот, поэтому о количественной стороне белкового питания можно судить по азотистому балансу. Азотистый баланс - это соотношение количества азота, поступившего в течение суток с пищей, и азота, выделенного за сутки из организма с мочой, калом. В среднем в белке содержится 16 % азота, т. е. 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Умножая величину усвоенного азота на 6,25, можно определить количество полученного организмом белка.

У взрослого человека обычно наблюдается азотистое равновесие - количества введенного с пищей азота и выведенного с продуктами выделения совпадают. Когда азота с пищей поступает в организм больше, чем его выводится из организма, говорят о положительном азотистом балансе. Такой баланс наблюдается у детей из-за увеличения массы тела при росте, во время беременности, при больших физических нагрузках. Отрицательный баланс характеризуется тем, что количество введенного азота меньше выведенного. Он может быть при белковом голодании, тяжелых болезнях.

Распад белков в организме. Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые соединения. Азот отщепляется от аминокислоты в виде аммиака (NH3) или в виде аминогруппы NH2. Аминогруппа, отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, благодаря чему строятся недостающие аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.

Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме (вещество ядовитое), обезвреживается в печени, где превращается в мочевину; последняя в составе мочи выводится из организма.

Конечные продукты распада белков в организме - это не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.

Особенности белкового обмена у детей. В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Потребность в белке детского организма больше, чем взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.

У детей наблюдается положительный азотистый баланс, когда количество азота, вводимого с белковой пищей, превышает количество азота, выводимого с мочой, что обеспечивает потребность растущего организма 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. Отсюда следует, что в зависимости от возраста и массы тела дети от 1 до 4 лет должны получать 30-50 г белка в сутки, 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 нарастания синтеза белка не произойдет. Слишком низкое количество белка в пище вызывает у ребенка ухудшение аппетита, нарушает кислотно-щелочное равновесие, усиливает выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1:1:3; при этих условиях азот максимально задерживается в организме.

В первые дни после рождения азот составляет 6-7 % суточного количества мочи. С возрастом относительное содержание его в моче уменьшается.

Обмен жиров. Значение жиров в организме. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают в жировую ткань. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жиры входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), там их количество постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.

Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.

Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен самостоятельно их синтезировать. Главным источником непредельных жирных кислот являются растительные масла. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле.

С жирами в организм поступают растворимые в них 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.

Особенности обмена жиров у детей. В организме ребенка с 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 более взрослых детей жиры усваиваются на 95-97 %.

Для более полноценного использования жира в пище детей обязательно должны присутствовать углеводы, так как при их недостатке 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. От 1 до 3 лет суточная потребность в жире составляет 32,7 г, от 4 до 7 лет - 39,2 г, от 8 до 13 лет - 38,4 г.

Обмен углеводов. Роль углеводов в организме. В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Они поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.

Углеводы - главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. 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. При сильном утомлении, при больших физических нагрузках прием нескольких граммов сахара улучшает состояние организма.

В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 110 мг%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. Печень играет большую роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала - гликогена, который мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1-2 %. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы истощаются.

Однако в крови может наблюдаться стойкое повышение содержания сахара. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции. Нарушение функционирования поджелудочной железы приводит к развитию сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность тканей организма усваивать сахар, а также превращать его в гликоген и откладывать в печени. Поэтому уровень сахара в крови постоянно повышен, что приводит к усиленному выделению его с мочой.

Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы и поэтому необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот.

Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ в центральной нервной системе. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.

Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.

Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12 % приносимой глюкозы, кишечник - 9 %, мышцы - 7 %, почки - 5 %. Селезенка и легкие почти совсем ее не задерживают.

Обмен углеводов у детей. У детей обмен углеводов совершается с большой интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ в детском организме. Углеводы в детском организме служат не только основным источником энергии, но и выполняют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Участвуют углеводы и в окислении кислых 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 образование углеводов у детей из белков и жиров ограничено. 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. Ребенку в возрасте от 1 до 3 лет нужно давать с пищей в сутки 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.

Усваиваются углеводы детским организмом лучше, чем взрослым (у грудных детей - на 98-99 %). Вообще дети отличаются относительно большей выносливостью к повышенному содержанию сахара в крови, нежели взрослые. У взрослых глюкоза появляется в моче, если ее поступает 2,5-3 г на 1 кг массы тела, а у детей это происходит лишь при поступлении 8-12 г глюкозы на 1 кг массы тела. Прием незначительных количеств углеводов с пищей может вызвать у детей увеличение сахара в крови в два раза, но уже через 1 ч содержание сахара в крови начинает снижаться и через 2 ч полностью нормализуется.

Водный и минеральный обмен. Витамины. Значение воды и минеральных солей. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм, транспортирует растворенные вещества. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела: испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева.

Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.

Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, нормальное поступление и выведение их из организма является условием его нормальной деятельности. Вода у взрослого человека составляет примерно 65 % массы тела, у детей - около 80 %.

Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей большую опасность представляет обезвоживание организма, это влечет за собой судороги, потерю сознания. Лишение человека воды на несколько дней смертельно.

Водный обмен. Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку в сутки нужно 2-2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: воды, потребляемой при питье (около 1 л); воды, содержащейся в пище (около 1 л); воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300-350 куб. см).

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 куб. см воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 кв. см кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. Легкими в виде водяных паров выводится 350 куб. см воды; это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700-800 куб. см воды. Через кишечник с калом выводится в сутки 100-150 куб. см воды; при расстройстве деятельности кишечника может выводиться большее количество воды, что приводит к обеднению организма водой.

Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало ее расход. Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.

В организме ребенка преобладает внеклеточная вода, это обусловливает большую гидролабильность детей, т. е. способность быстро терять и быстро накапливать воду. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается, а абсолютное ее количество 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.

Значение минеральных солей в процессе роста и развития ребенка. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости и проводимости в нервной системе. Минеральные соли обеспечивают ряд жизненно важных функций организма, таких как рост и развитие костей, нервных элементов, мышц; определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы; используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор); поддерживают определенное осмотическое давление.

У новорожденного минеральные вещества составляют 2,55 % от массы тела, у взрослого - 5 %. При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве с пищей, и только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.

Минеральные вещества оказывают важное 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. Железо входит в состав гемоглобина крови.

Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни ребенка; в этом возрасте она в восемь 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. У школьников суточная потребность в кальции - 0,68-2,36 г, в фосфоре - 1,5-4,0 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 (у взрослых - 0,9 мг). Натрия дети должны получать 25-40 мг в сутки, калия - 12-30 мг, хлора - 12-15 мг.

Витамины. Это органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов, что объясняет важную роль витаминов в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов, повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды (инфекциям, действию 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 образуются 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 недостача или отсутствие в пище нарушает образование соответствующих ферментов, что приводит к заболеваниям - авитаминозам.

Все витамины делят на две большие группы: а) растворимые в воде; б) растворимые в жирах. К водорастворимым витаминам относят группу витаминов В, витамины С и Р. К жирорастворимым витаминам - витамины А1 и А2, D, Е, К.

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. Суточная потребность в витамине составляет у детей до 7 лет 1 мг, от 7 до 14 лет - 1,5 мг, с 14 лет - 2 мг, у взрослых - 2-3 мг.

При отсутствии в пище витамина B1 развивается заболевание бери-бери. Больной теряет аппетит, быстро утомляется, постепенно появляется слабость в мышцах ног. Затем наступают потеря чувствительности в мышцах ног, поражение слухового и зрительного нервов, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга, наступает паралич конечностей, без своевременного лечения - смерть.

Витамин В2 (рибофлавин). У человека первым признаком отсутствия этого витамина является поражение кожи (чаще всего в области губ). 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.

Содержится витамин В2 в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах. Суточная потребность в нем составляет 2-4 мг.

Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени. Суточная потребность в нем у детей - 15 мг, у взрослых - 15-25 мг.

При авитаминозе РР отмечаются 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 (от итал. pelle agra - шершавая кожа). При тяжелом течении болезни ослабевает память, развиваются психозы и галлюцинации.

Витамин B12 (цианкобаламин) 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, в 100 г шиповника - 150 мг. Потребность в витамине С составляет 50-100 мг вдень.

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.

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. Суточная потребность у детей в витамине А - 1 мг, взрослых - 2 мг.

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) особенно необходим детям для профилактики одной из наиболее распространенных болезней детского возраста - рахита. 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 и коротким кривоногим телом, большим животом, такие дети резко отстают в развитии.

Все эти тяжелые нарушения связаны с отсутствием или недостатком в организме витамина D, который содержится в желтках, коровьем молоке, рыбьем жире.

Витамин D может образовываться в коже человека из провитамина эргостерола под влиянием ультрафиолетовых лучей. Рыбий жир, пребывание на солнце или искусственное ультрафиолетовое облучение являются средствами предупреждения и лечения рахита.

← + Ctrl + →
10.1. Характеристика обменных процессов 10.3. Возрастные особенности энергетического обмена

Понятие об обмене веществ, катаболизме, анаболизме

Обменом веществ называют сложный комплекс процессов, которые происходят в организме с момента поступления в него этих веществ до момента их выделения. В процессе обмена веществ происходят два противоположных и взаимосвязанных процесса: анаболизм и катаболизм. Анаболизмом называется реакция биологического синтеза сложных молекул из простых компонентов. Для протекания данной реакции необходима энергия. Энергия, необходимая для протекания анаболических процессов, поставляется процессами катаболизма. Катаболизмом называется реакция расщепления сложных органических соединений с высвобождением энергии. Конечные продукты катаболизма – вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота – удаляются из организма.

Соотношение процессов анаболизма и катаболизма определяет три состояния: динамическое равновесие, рост, частичное разрушение структур тела. При динамическом равновесии, когда процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, общее количество ткани не изменяется. Увеличение анаболических процессов приводит к накоплению тканей – происходит рост организма; преобладание катаболизма над анаболизмом приводит к разрушению ткани, то есть ведет к истощению организма. У взрослых обычно процессы анаболизма и катаболизма уравновешены.

Химические превращения пищевых веществ начинаются в желудочно-кишечном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до простых, которые могут всасываться в кровь и лимфу. Простые вещества приносятся в клетки, где происходит внутриклеточный обмен. На них действуют ферменты – особые белки-катализаторы. Ферменты сами не участвуют в реакциях, но благодаря им разрываются внутримолекулярные химические связи и высвобождается энергия. Особое значение здесь играют процессы окисления и восстановления, реакции фосфорилирования (перенос остатка фосфорной кислоты), переаминирования (перенос аминогруппы) и трансметилирования (перенос группы метила – СН 3). Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых химических соединений в клетке, а не используемые вещества удаляются из организма органами выделения. Энергетический метаболизм клеток (образование и превращение энергии) происходит в митохондриях. Образование энергии в митохондриях при участии кислорода называется аэробным. В цитоплазме тоже может образовываться энергия, но без участия кислорода. Такая реакция называется анаэробной. Анаэробные процессы наиболее характерны для мышечной ткани. Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ.

Понятие об энергетическом обмене. Основной и общий обмен

Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее из одного вида в другой. Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма. Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде грамма жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных продуктов питания неодинакова и зависит от того, какие в данном продукте содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла – 3322,2 кДж и т. д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т. е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т. е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра.

Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что все количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ, и какое количество их подверглось распаду за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии.

Различают общий обмен веществ и основной обмен веществ. Основным обменом называется энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимального уровня обменных процессов, необходимого для жизнедеятельности клеток. Основной обмен определяют в состоянии мышечного покоя – лежа, через 12 – 16 часов после еды при температуре 18 – 20°С. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т. д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с биохимическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4 200 до 7 140 кДж – для женщин. В среднем у человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час или 7140 – 7560 тыс. Дж в сутки. У детей 8 – 9 лет основной обмен в 2 – 2,5 раза больше, чем у взрослого.

Чем меньше ребенок, тем больше расходуется энергии на его рост. Так, в возрасте 3 месяцев расход энергии составляет 36%, в 6 месяцев – 26%, 10 месяцев – 21% общей энергетической ценности пищи.

В дошкольном и младшем школьном возрасте отмечается соответствие интенсивности снижения основного обмена и динамики ростовых процессов: чем больше скорость относительного роста, тем значительнее изменения обмена покоя.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться во второй половине первого года жизни.

Второй после основного обмена составляющей энерготрат организма являются так называемые регулируемые затраты энергии . Они соответствуют потребности энергии, используемой на работу сверх основного обмена. Любой вид мышечной деятельности, даже изменение положения тела (из положения лежа в положение сидя), увеличивает энергозатраты организма. Изменение величины потребления энергии определяется продолжительностью, интенсивностью и характером мышечной работы. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12 600 до 21 000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2 – 3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10 – 40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после принятия пищи.

Возрастные особенности обмена белков, липидов и углеводов

Обмен белков. Белки входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, ферментов, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма. Белки делятся на полноценные – в них присутствуют все аминокислоты, и неполноценные. Полноценные белки – это животные белки, а неполноценные – это растительные белки (кроме белков картофеля) и желатин. В пищеварительном тракте белки расщепляются на аминокислоты, которые всасываются в кровь. Существуют заменимые аминокислоты – они могут синтезироваться в организме, и незаменимые, которые поступают только с пищей. Белки в организме не откладываются про запас. Обмен белков оценивается по азотистому балансу, так как основой любого белка является азот, который в процессе метаболизма выводится с мочой.

Потребность в белке у растущего организма больше, чем у взрослого. В период роста белок необходим для формирования новых клеток и тканей. Чем меньше возраст ребенка, тем большее количество белка требуется на каждый килограмм массы тела. Так, суточная потребность в белке на 1 кг массы тела ребенка в возрасте от 0 до 1 года составляет 4 – 5 г, от года до 3 лет – 4 – 4,5 г, от 6 до 10 – 2,5 – 3 г, старше 12 лет – 2 – 2,5 г, у взрослых – 1,5 – 1,8 г. Следовательно, 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. Взрослые должны получать 100 – 118 г/сут, при тяжелом физическом труде 130 – 140 г/сут.

Синтез белка в развивающемся организме преобладает над его распадом. Поэтому для детей характерен положительный азотистый баланс. Существуют оптимальные суточные дозы белков, при которых отмечается максимальная задержка, или ретенция, азота в организме. Например, в возрасте от 1,5 до 3 лет максимальная ретенция отмечается при 4 г белка на 1 кг массы тела. Увеличение количества белка выше этой нормы не сопровождается ростом задержки азота в организме. Ретенция азота зависит также от количественного соотношения белков, жиров и углеводов в питании ребенка. Наилучшая ретенция отмечается в тех случаях, когда это соотношение равно 1:1:4. Особенно необходимо, чтобы дети получали с пищей достаточные количества незаменимых аминокислот. Лизина, который способствует росту и кроветворению, требуется в сутки 3,2 – 4,8 г; суточное потребление триптофана, также необходимого для роста, равно 1 г и т. д. У детей в возрасте от 1 до 3 лет 75% белка, получаемого с пищей, должно быть животного происхождения, 25% – растительного.

С увеличением возраста содержание в пище белков животного происхождения должно уменьшаться, и в 5 лет количество того и другого белка должно быть одинаковым. В пище детей старшего школьного возраста, как и у взрослых, животный белок должен составлять 30%, а растительный – 70%.

Чем меньше возраст детей, тем менее интенсивно идет распад аминокислот до конечных продуктов обмена. Соответственно, у детей первых месяцев жизни выводится с мочой наибольшее количество аминокислот. К концу первого года количество их в моче становится таким же, как и у взрослых.

Азотистый обмен детей характеризуется наличием в их моче креатина, в то время как моча взрослых его не содержит. Считают, что это связано с недостаточным развитием мышц, удерживающих во взрослом состоянии креатин. Только к 17 – 18 годам креатин исчезает из мочи.

Относительное количество мочевины в моче детей до 6 лет возрастает, а затем начинает уменьшаться. Количество мочевой кислоты, также рассчитанное на 1 кг массы тела, с возрастом уменьшается.

Обмен липидов. Поступающие с пищей липиды в желудочно-кишечном тракте расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин всасывается в кровь, жирные кислоты – в лимфу. Из этих веществ, а также из продуктов обмена углеводов и белков в организме синтезируются липиды, которые являются источником энергии. Кроме того, жир является обязательной составной частью цитоплазмы, ядра, клеточной мембраны. Не израсходованный жир откладывается в запас. Некоторые жирные кислоты не синтезируются организмом, поэтому они должны поступать с пищей. К этим кислотам относят линоленовую, линолевую и арахидоновую кислоты, которые содержатся в льняном, конопляном и подсолнечном масле. Конечный продукт обмена жиров – вода и углекислый газ.

Потребность организма детей в липидах тем выше, чем меньше возраст ребенка. В первое полугодие жизни потребность в энергии покрывается за счет жиров на 50%. В этом возрасте на каждый килограмм массы тела требуется 6 – 7 г жиров, в возрасте от 6 месяцев до 4 лет 3,5 – 4 г, в дошкольном и школьном возрасте 2,0 – 2,5 г. В возрасте от 6 месяцев до 4 лет суточная потребность в энергии удовлетворяется за счет жиров на 30 – 40%, а в дошкольном и школьном возрасте на 25 – 30%. Суточное количество жира в пище детей от 1 года до 3 лет должно быть 32,7 г, от 4 до 7 лет – 39,2 г, от 8 до 13 лет – 38,4 г, свыше 14 лет – 47 г. При грудном вскармливании усваивается до 98% жиров молока, при искусственном – 85%. В раннем возрасте не рекомендуется давать детям растительные жиры.

Исследования показали, что во время развития организма количество фосфолипидов в нервной системе увеличивается, а в период старения – уменьшается. Количество нейтральных жиров в организме растет по мере увеличения возраста, что связывают с уменьшением активности соответствующих ферментов. Изменения содержания в организме различных липидов вызывают постепенные нарушения проницаемости и плотности клеточных мембран, что сопровождается ухудшением функции клеток. Предполагают, что это один из механизмов их старения.

Обмен углеводов. Углеводы являются основным источником энергии в организме, они входят в состав нуклеиновых кислот, цитоплазмы. Углеводы участвуют в окислении продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме. Расщепляются углеводы в желудочно-кишечном тракте до глюкозы, которая всасывается в кровь. Распад глюкозы идет с высвобождением энергии. Процесс распада глюкозы может идти двумя путями: аэробным и анаэробным. Неиспользуемая глюкоза откладывается в виде гликогена в печени. Углеводы могут синтезироваться из продуктов распада жиров и белков. Конечные продукты обмена углеводов – вода и СО 2 .

Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10 – 12 г на 1 кг веса. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8 – 9 до 12 – 15 г на 1 кг массы тела. От 1 года до 3 лет в сутки ребенку надо дать с пищей в среднем 193 г, от 4 до 7 лет – 287 г, от 9 до 13 лет – 370 г, от 14 до 17 лет – 470 г, взрослому – 500 г.

Выносливость к сахару у детей больше, чем у взрослых. У последних глюкоза появляется в моче в случае, если ее потребляется организмом 2,5 – 3 г на 1 кг массы тела, у детей только после потребления 8 – 12 г глюкозы на 1 кг массы тела отмечается ее появление в моче. Это явление связано с тем, что у детей при избытке глюкозы интенсивно синтезируется гликоген, откладывающийся не только в печени, но и в других органах.

Роль витаминов, воды, минеральных солей в процессе роста и развития ребенка

Вода и минеральные соли являются составной частью плазмы крови, лимфы, тканевой жидкости. Вода является основным растворителем в организме, она участвует в терморегуляции. Вода составляет 65% массы тела взрослого и 75 – 80% массы тела ребенка, при этом в костях ее содержание 22%, в плазме – 92%, в мышцах – 76%. Потребность воды у взрослого составляет 2 – 2,5 литра: 1 литр – питье, 1 литр с пищей, 300 – 350 мл образуется в организме в процессе обмена. Ребенку в 3 месяца требуется 150 – 170 г воды на 1 кг массы тела, 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.

Минеральные вещества необходимы организму для нормального его функционирования. Так, кальций влияет на возбудимость нервной системы, сократимость мышц, свертываемость крови, белковый и жировой обмен. Фосфор нужен для роста костей, для нормального функционирования нервной системы и большинства железистых органов. Железо входит в состав гемоглобина, калий необходим для успешной работы сердечно-сосудистой системы, фосфор, калий и натрий необходимы для поддержания определенной реакции крови и осмотического давления.

Количество солей, содержащихся в организме ребенка, с возрастом увеличивается. У новорожденного соли составляют 2,55% от массы тела, а у взрослого – 5%. Особенно велика у детей потребность в кальции и фосфоре, которые необходимы для формирования костной ткани. Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни и в период полового созревания. На первом году жизни кальция требуется в 8 раз больше, чем на втором. В дошкольном и школьном возрасте суточная потребность в кальции составляет 0,68 – 2,36 г.

Характерно, что при уменьшении количества кальция в организме у взрослых он начинает поступать в кровь из костной ткани, что поддерживает постоянное его содержание в ней. У детей в этом случае, наоборот, кальций задерживается костной тканью, что ведет к понижению его количества в крови. Для нормального процесса окостенения необходимо, чтобы в организм поступало достаточное количество фосфора. У детей дошкольного возраста отношение кальция и фосфора должно быть равным единице. В 8 – 10 лет кальция требуется несколько меньше, чем фосфора: их количества должны относиться как 1:1,5. В старшем школьном возрасте разница в количествах кальция и фосфора должна быть еще больше и их соотношение становится равным 1:2.

Количество Na + , K + и Сl – в пище детей должно быть меньшим, чем в пище взрослого. Натрия дети должны получать 25 – 40 мг в сутки, калия 12 – 30 мг, хлора 12 – 15 мг. Для взрослых потребление этих веществ, соответственно, равно: 60 – 80 мг, 60 мг и 100 – 120 мг. Железа ребенок должен получать с пищей больше, чем взрослый. Суточная потребность детей в нем составляет 1 – 1,2 мг на 1 кг массы тела, а взрослых – 0,9 мг. Помимо перечисленных элементов, растущий организм нуждается в меди, кобальте, марганце, цинке. Для меди и кобальта характерен для детей их положительный баланс, т. е. они накапливаются в организме.

Витамины – это органические соединения, которые не являются источниками энергии, но играют важную роль в регуляции обмена. Витамины играют роль коферментов в специфических обменных реакциях, способствуют действию гормонов, стимуляции роста, восстановлению тканей и клеток после травм и операций, а также повышают сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды. В организме человека витамины почти не синтезируются, а лишь частично образуются из своих предшественников – провитаминов. Основное количество их поступает в организм вместе с пищей. Гиповитаминоз – это недостаток витаминов в организме, приводящий к специфическим нарушениям обмена. Авитаминоз – это отсутствие определенных витаминов, вызывающее специфические заболевания. Все витамины делятся на жирорастворимые и водорастворимые.

Сведения о потребностях организма в витаминах, нарушениях, возникающих при дефиците того или иного витамина, представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные группы витаминов

Возрастные особенности энергетического обмена

Растущий организм характеризуется интенсивным поглощением кислорода и выделением углекислого газа, что свидетельствует о большой интенсивности протекающих у детей обменных процессов. Дети дошкольного возраста на 1 кг массы тела потребляют 6,1 см 3 кислорода, подростки 14-15 лет – 4,5 см 3 , а взрослые – 3,7 см 3 . Соответственно, с возрастом величина основного обмена сначала увеличивается, а затем уменьшается. У новорожденных основной обмен на 1 кг массы тела составляет 159,6 – 176,4 кДж, в 4 – 8 недель – 205,8 кДж, в 8 – 12 недель 226,8 кДж и к 1,5 годам достигает максимальной величины 231 – 252 кДж. В процессе последующего развития относительная величина основного обмена уменьшается: в 3 года она равна 214,2 кДж, в 7 лет – 176,4 кДж, в 10 лет – 155,4 кДж, в 15 лет – 121,8 кДж и у взрослых – 96,6 кДж.

Относительная величина общего суточного расхода энергии с возрастом уменьшается (табл. 3). Общее количество затрачиваемой энергии в пересчете на массу тела с возрастом увеличивается. Оно составляет у новорожденного 1890 –3045 кДж, в 4 – 7 лет 7560 кДж, в 7 – 12 лет – 9240 кДж и в 12 – 17 лет 13020 кДж. У мальчиков общий суточный расход энергии несколько больше, чем у девочек.

Таблица 3. Суточный расход энергии на 1 кг массы тела (по В. И. Молчанову)

Из общего количества расходуемой энергии 60% ребенок затрачивает на основной обмен, 15% – на рост и формирование тканей, 5% – на специфически-динамическое действие пищи, 15% – на двигательную активность и 5 – 10% теряется с экскрементами. Таким образом, у детей значительная часть энергии затрачивается на рост, причем величина ее тем больше, чем меньше ребенок. В 3 месяца на рост затрачивается 36% от всей расходуемой энергии, в 6 месяцев – 26% и в 9 месяцев – 21%.

На протяжении жизни человека существенно изменяются два параметра обмена веществ: его общая интенсивность и соотношение анаболических и катаболических процессов. Наибольшая интенсивность обменных процессов наблюдается у новорожденного. В течение некоторого времени она сохраняется, а затем начинает постепенно снижаться. Это продолжается практически до завершения роста организма. В различные периоды роста это снижение происходит неравномерно. Оно может то ускоряться, то замедляться.

После завершения роста наблюдается относительная стабилизация интенсивности обмена веществ. Иногда может наблюдаться тенденция к некоторому снижению его интенсивности. В старости вновь обнаруживается отчетливое снижение интенсивности обменных процессов.

Скорость обменных процессов – это скорость обновления структурных веществ, ферментных систем и других соединений, образующих органы и ткани организма. В молодом организме с высокой скоростью идут и анаболические и катаболические реакции. Это обеспечивает быстрое обновление веществ, из которых построен живой организм и, как следствие этого, хорошее их состояние. В зрелом возрасте скорость обновления тканей снижается, но остается еще достаточно высокой. В стареющем организме скорость обновления всех веществ организма замедляется, что не может не отразиться на состоянии, функциональных возможностях различных органов и тканей.

Организм человека устроен так, что, если в детском, юношеском возрасте обменные процессы самопроизвольно, за счет имеющихся механизмов саморегуляции идут с достаточно высокой скоростью, то с годами эти регуляторные воздействия уменьшаются. В итоге интенсивность обменных процессов в пожилом и даже в зрелом возрасте может снижаться ниже оптимального уровня. Наиболее естественным и эффективным регулятором интенсивности обменных процессов является двигательная активность, занятия физической культурой и спортом. Подробнее об этом – в главе 17.

Другое важное изменение обмена веществ на протяжении жизни проявляется в соотношении анаболических и катаболических процессов. В молодом растущем организме анаболические процессы преобладают над катаболическими, то есть синтезируется больше веществ, из которых построен организм, чем их распадается. Именно это и лежит в основе роста организма. Степень превышения скорости анаболических реакций над катаболическими наибольшая сразу после рождения. С годами она постепенно уменьшается до момента прекращения роста в длину (14-15 лет у девочек, 17-19 – у мальчиков). Эти изменения соотношения анаболических и катаболических процессов, как и снижение интенсивности обменных процессов, происходит неравномерно.

В зрелом возрасте анаболические и катаболические процессы сбалансированы: сколько веществ, образующих организм человека, распадается в течение суток, столько и синтезируется взамен распавшихся.

К старости начинают преобладать катаболические процессы: распадается веществ больше, чем синтезируется. Однако, это справедливо только в отношении наиболее жизненно важных соединений: структурных веществ, сократительных белков, белков-ферментов, наиболее удобных запасных источников энергии (креатинфосфата, гликогена) и т.п. В результате уменьшается количество клеток в разных органах и тканях, снижаются их функциональные возможности, ухудшаются двигательные способности человека.

В тоже время объем балластных веществ, в первую очередь жиров, может увеличиваться. Это приводит к увеличению параметров организма (массы, объема) и как бы маскирует преобладание катаболических процессов.

Совсем устранить данное возрастное изменение обмена веществ невозможно. Однако, отодвинуть время наступления преобладания катаболических процессов, сгладить разрыв между анаболизмом и катаболизмом можно. И опять можно говорить о физических упражнениях, двигательной активности как о наиболее эффективном средстве, позволяющем достичь желаемого эффекта. Во время выполнения физических упражнений, требующих значительных затрат энергии, усиливаются катаболические реакции, обеспечивающие энергетические потребности органов и тканей, участвующих в выполнении работы. Процессы ассимиляции, также требующие значительных энерготрат, из-за дефицита энергии, идущей на обеспечение мышечной работы, приостанавливаются. В итоге к концу работы в организме снижается содержание ряда веществ: запасных источников энергии, ферментов, структурных соединений и т.п. После завершения работы происходит переключение энергетического обмена на преимущественное обеспечение анаболических реакций – восстановления веществ, распавшихся за время работы. И чем глубже были сдвиги, тем в большей степени стимулируются анаболические реакции, т.е. чем больше объем выполняемой мышечной работы, тем выше ее положительный эффект.

Возрастная анатомия и физиология Антонова Ольга Александровна

Тема 10. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ