Обмін речовин і енергії

У живих організмах будь-який процес супроводжується передачею енергії. Енергію визначають як здатність виконувати роботу. Спеціальний розділ фізики, який вивчає властивості та перетворення енергії в різних системах, називається термодинаміки. Під термодинамічної системою розуміють сукупність об'єктів, умовно виділених з навколишнього простору.

Термодинамічні системи поділяють на ізольовані, закриті та відкриті. Ізольованими називають системи, енергія і маса яких не змінюється, тобто вони не обмінюються з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією. Закриті системи обмінюються з навколишнім середовищем енергією, але не речовиною, тому їх маса залишається постійною.

Відкритими системами називають системи, що обмінюються з навколишнім середовищем речовиною та енергією. З точки зору термодинаміки живі організми відносяться до відкритих системам, тому що головна умова їхнього існування - безперервний обмін речовин та енергії. В основі процесів життєдіяльності лежать реакції атомів і молекул, що протікають у відповідності з тими ж фундаментальними законами, які керують такими ж реакціями поза організмом.

Згідно першим законом термодинаміки енергія не зникає і не виникає знову, а лише переходить з однієї форми в іншу.

Другий закон термодинаміки підтверджує, що вся енергія, зрештою, переходить в теплову енергію, і організація матерії стає повністю невпорядкованою. У більш суворої формі цей закон формулюється так: ентропія замкненої системи може тільки зростати, а кількість корисної енергії (тобто тієї, за допомогою якої може бути здійснена робота) усередині системи може лише спадати. Під ентропією розуміють ступінь невпорядкованості системи.

Неминуча тенденція до зростання ентропії, що супроводжується настільки ж неминучим перетворенням корисної хімічної енергії на непотріб теплову, змушує живі системи захоплювати все нові порції енергії (їжі), щоб підтримувати своє структурний і функціональний стан. Фактично здатність витягати корисну енергію з навколишнього середовища є одним з основних властивостей, які відрізняють живі системи від неживих, тобто безперервно йде обмін речовин і енергії є одним з основних ознак живих істот. Щоб протистояти збільшення ентропії, підтримувати свою структуру і функції, живі істоти повинні отримувати енергію в доступній для них формі з навколишнього середовища і повертати в середу еквівалентну кількість енергії у формі, менш придатною для подальшого використання.

Обмін речовин і енергії - це сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів перетворення речовин і енергії в живих організмах, а також обмін речовинами і енергією між організмом і навколишнім середовищем. Обмін речовин у живих організмів полягає в надходженні із зовнішнього середовища різних речовин, у перетворенні і використанні їх у процесах життєдіяльності та у виділенні утворюються продуктів розпаду в навколишнє середовище.

Всі що відбуваються в організмі перетворення речовини та енергії об'єднані загальним назвою - метаболізм (обмін речовин). На клітинному рівні ці перетворення здійснюються через складні послідовності реакцій, звані шляхами метаболізму, і можуть включати тисячі різноманітних реакцій. Ці реакції протікають не хаотично, а в строго певній послідовності і регулюються безліччю генетичних і хімічних механізмів. Метаболізм можна розділити на два взаємопов'язані, але різноспрямованих процесу: анаболізм (асиміляція) і катаболізм (дисиміляція).

анаболізму - це сукупність процесів біосинтезу органічних речовин (компонентів клітини і інших структур органів і тканин). Він забезпечує зростання, розвиток, оновлення біологічних структур, а також накопичення енергії (синтез макроергів). Анаболізм полягає в хімічної модифікації і перебудові що надходять з їжею молекул в інші більш складні біологічні молекули. Наприклад, включення амінокислот у синтезовані кліткою білки відповідно до інструкцією, що міститься в генетичному матеріалі даної клітини.

Катаболізм -- це сукупність процесів розщеплення складних молекул до більш простих речовин з використанням частини з них у якості субстратів для біосинтезу і розщепленням іншої частини до кінцевих продуктів метаболізму з утворенням енергії. До кінцевих продуктів метаболізму відносяться вода (у людини приблизно 350 мл на день), двоокис вуглецю (близько 230 мл/хв), оксид вуглецю (0,007 мл/хв), сечовина (близько 30 г/день), а також інші речовини, що містять азот (приблизно б г/день).

Катаболізм забезпечує вилучення хімічної енергії з містяться в їжі молекул і використання цієї енергії на забезпечення необхідних функцій. Наприклад, утворення вільних амінокислот в результаті розщеплення що надходять з їжею білків і подальше окислення цих амінокислот у клітці з утворенням СО2, і Н2О, що супроводжується вивільненням енергії.

Процеси анаболізму і катаболізму знаходяться в організмі в стані динамічної рівноваги. Переважання анаболічних процесів над катаболічних призводить до росту, накопичення маси тканин, а переважання катаболічних процесів веде до часткового руйнування тканинних структур. Стан рівноважного або нерівноважного співвідношення анаболізму і катаболізму залежить від віку (у дитячому віці переважає анаболізм, у дорослих зазвичай спостерігається рівновага, старечому віці переважає катаболізм), стану здоров'я, виконуваної організмом фізичному або психоемоційного навантаження.

Перетворення і використання енергії. Енергетичний еквівалент їжі

У процесі обміну речовин постійно відбувається перетворення енергії: енергія складних органічних сполук, що надійшли з їжею, перетворюється на теплову, механічну і електричну. Людина і тварини отримують енергію з навколишнього середовища у вигляді потенційної енергії в хімічних зв'язках молекул жирів, білків і вуглеводів. Усі процеси життєдіяльності забезпечуються енергією за рахунок анаеробного та аеробного метаболізму. Одержання енергії без участі кисню, наприклад, гліколіз, (розщеплення глюкози до молочної кислоти) називається анаеробним обміном.

У ході анаеробного розщеплення глюкози (гліколізу) або її резервного субстрату глікогену (глікогенолізу) перетворення 1 моль глюкози в 2 благаючи лактату приводить до утворення 2 молей АТФ. Енергії, що утворюється в ході анаеробних процесів, недостатньо для здійснення активного життя, реакції, що відбуваються за участю кисню, енергетично більш ефективні. Усі процеси, які генерують енергію з участю кисню, називаються аеробним обміном. При окисленні складних молекул хімічні зв'язки розриваються, спочатку органічні молекули розпадаються до трехуглеродних сполук, які включаються до циклу Кребса (цикл лимонної кислоти), а далі окислюються до СО2 і Н2О.

вивільнилися в цих реакціях протони і електрони вступають в ланцюг перенесення електронів, в якої кисень служить кінцевим акцептором електронів. Біологічне окислення по суті представляє собою "згорання" речовини при низькій температурі, частина енергії, що вивільняється при окисленні, запасається у високоенергетичних фосфатних зв'язках аденозинтрифосфату (АТФ). АТФ є акумулятором хімічної енергії і засобом її перенесення, діффундіруя в ті місця, де вона потрібна. Загальна кількість молекул АТФ, що утворюються при повному окисленні 1 благаючи глюкози до СО2, і Н2О, становить 25,5 молей. При повному окисленні молекули жирів утворюється більша кількість молей АТФ, ніж при окисленні молекули вуглеводів.

Динаміка хімічних перетворень, що відбуваються в клітинах, вивчається біологічної хімією. Завданням фізіології є визначення загальних витрат речовин і енергії організмом і того, як вони повинні компенсуватися за допомогою повноцінного харчування. Енергетичний обмін служить показником загального стану і фізіологічної активності організму.

Одиниця вимірювання енергії, зазвичай застосовується в біології та медицині, - калорія (кал). Вона визначається як кількість енергії, необхідне для підвищення температури 1 г води на 1 ° С. У Міжнародній системі одиниць (СІ) при вимірюванні енергетичних величин використовується джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

Енергетичний еквівалент їжі

Кількість енергії, що виділяється при окисленні будь-якого з'єднання, не залежить від числа проміжних етапів його розпаду, тобто від того, згоріло воно чи окислів у ході катаболічних процесів. Запас енергії в їжі визначається в колориметричне бомбу - замкнутій камері, зануреного в водяну баню. Точно зважену пробу поміщають у цю камеру, наповнену чистим О2 і підпалюють. Кількість виділилася енергії визначається по зміні температури води, навколишнього камеру.

При окисленні вуглеводів виділяється 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окислення 1 г жиру дає 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание енергії у формі жиру є найбільш економічним способом тривалого зберігання енергії в організмі. Білки окисляються в організмі не повністю. Аміногрупи відщеплюються від молекули білка і виводяться з сечею у формі сечовини. Тому при спалюванні білка в калориметричних бомбі виділяється більше енергії, ніж при його окисленні в організмі: при спалюванні білка в калориметричних бомбі виділяється 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окисленні в організмі - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Різниця припадає на ту енергію, яка виділяється при спалюванні сечовини,

Визначення рівня метаболізму. Основний обмін

Майже половина всієї енергії, яку отримують в результаті катаболізму, втрачається у вигляді тепла в процесі утворення молекул АТФ. М'язове скорочення - процес ще менше ефективний. Близько 80% енергії, яка використовується при м'язовому скорочення, втрачається у вигляді тепла і тільки 20% перетворюється в механічну роботу (скорочення м'язи). Якщо людина не здійснює роботу, то практично вся генерована ним енергія втрачається у формі тепла (наприклад, у людини, що лежить в ліжку). Отже, величина теплопродукції є точним вираженням величини обміну в організмі людини.

Для визначення кількості затрачуваної організмом енергії застосовують пряму і непряму калориметрії. Перші прямі вимірювання енергетичного обміну провели у 1788 р. Лавуазьє і Лаплас.

Пряма калориметрія полягає у безпосередньому вимірі тепла, що виділяється організмом. Для цього тварину або людина поміщається в спеціальну герметичну камеру, по трубах, які проходять через неї, протікає вода. Для обчислення теплопродукції використовуються дані про теплоємності рідини, її обсязі, що протікає через камеру за одиницю часу, і різниці температур що надходить в камеру і витікаючої рідини.

Непряма калориметрія заснована на тому, що джерелом енергії в організмі є окислювальні процеси, при яких споживається кисень та виділяється вуглекислий газ. Тому енергетичний обмін можна оцінювати, досліджуючи газообмін. Найбільш поширений спосіб Дугласа-Холдейна, при якому в протягом 10-15 хв збирають видихається обстежуваним людиною повітря в мішок з повітронепроникної тканини (мішок Дугласа). Потім визначають обсяг видихнути повітря і процентний вміст у ньому О2 і СО2.

За співвідношенням між кількістю виділеного вуглекислого газу і кількістю спожитого за даний період часу кисню - дихального коефіцієнту (ДК) - можна встановити, які речовини окисляються в організмі. ДК при окисленні білків дорівнює 0,8, при окисленні жирів - 0,7, а вуглеводів - 1,0. Кожному значенню ДК відповідає певний холеричний еквівалент кисню, тобто то кількість тепла, яке виділяється при окисленні якого-небудь речовини на кожен літр поглиненого при цьому кисню. Кількість енергії на одиницю споживаного 02 залежить від типу окислюється в організмі речовин. Калоріческій еквівалент кисню при окисленні вуглеводів дорівнює 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), білків - 18,7 кДж (4,5 ккал), жирів - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для непрямого визначення інтенсивності обміну можуть бути використані деякі фізіологічні параметри, пов'язані зі споживанням кисню: частота дихання і вентиляційний об'єм, частота скорочень серця і хвилинний обсяг кровотоку -- всі вони відображають витрати енергії. Однак ці показники не досить точні.

Основний обмін

Інтенсивність енергетичного обміну значно варіює і залежить від багатьох факторів. Тому для порівняння енергетичних витрат у різних людей була введена умовна стандартна величина - основний обмін. Основний обмін [00] - це мінімальні для бодрствующего організму витрати енергії, визначені в строго контрольованих стандартних умовах:

1) при комфортної температури (18-20 градусів тепла);

2) в положенні лежачи (але обстежуваний не повинен спати);

3) в стані емоційного спокою, так як стрес підсилює метаболізм;

4) натще, тобто через 12 - 16 годин після останнього прийому їжі.

Основний обмін залежить від статі, віку, росту і маси тіла людини. Величина основного обміну в середньому становить 1 ккал на 1 год на 1 кг маси тіла. У чоловіків на добу основний обмін приблизно дорівнює 1700 ккал, у жінок основний обмін на 1 кг маси тіла приблизно на 10% менше, ніж у чоловіків, у дітей він більше, ніж у дорослих, і зі збільшенням віку поступово знижується.

Добовий витрата енергії

Добовий витрата енергії у здорової людини значно перевищує величину основного обміну і складається з наступних компонентів: основного обміну; робочої надбавки, тобто енерговитрат, пов'язаних з виконанням тієї або іншої роботи; специфічного-динамічної дії їжі. Сукупність компонентів добового витрати енергії становить робочий обмін. М'язова робота суттєво змінює інтенсивність обміну. Чим інтенсивніше виконувана робота, тим вище витрати енергії. Ступінь енергетичних витрат при різної фізичної активності визначається коефіцієнтом фізичної активності - відношенням загальних енерговитрат на всі види діяльності на добу до величини основного обміну. За цим принципом все населення поділяється на 5 груп.        

Група         

Особливості професії         

Коефіцієнт фізичної активності         

Добовий витрата енергії, кДж (ккал)             

Перша         

Розумова праця         

1,4         

9799 - 10265 (2100 - 2450)             

Друга         

Легкий фізична праця         

1,6         

10475 - 11732 (2500 - 2800)             

Третя         

Фізична праця середньої важкості         

1,9         

12360 - 13827 (2950 - 3300)             

Четверта         

Важка фізична праця         

2,2         

14246 - 16131 (3400 - 3850)             

П'ята         

Особливо важка фізична праця         

2,5         

16131 - 17598 (3850 - 4200)     

Для людей, виконують легку роботу сидячи, потрібно 2400 - 2600 ккал на добу, що працюють з більшої м'язової навантаженням, потрібно 3400 - 3600 ккал, що виконують важку м'язову роботу - 4000-5000 ккал і вище. У тренованих спортсменів при короткочасних інтенсивних вправах величина робочого обміну може в 20 разів перевершувати основний обмін. Споживання кисню при фізичному навантаженні не відображає загальної витрати енергії, тому що частина її витрачається на гліколіз (анаеробний) і не вимагає витрати кисню.

Різниця між потребою в 02 і його споживанням становить енергію, що отримується в внаслідок анаеробного розпаду, і називається кисневим боргом. Споживання 0 ^ і після закінчення м'язової роботи залишається високим, тому що в цей час відбувається повернення кисневого боргу. Кисень витрачається на перетворення головного побічного продукту анаеробного метаболізму - молочної кислоти в піровиноградна, на фосфорилювання енергетичних сполук (креатинфосфату) і відновлення запасів 02 в м'язовому міоглобін.

Прийом їжі посилює енергетичний обмін (специфічна динамічна дія їжі). Білкова їжа підвищує інтенсивність обміну на 25 - 30%, а вуглеводи і жири - на 10% або менше. Під час сну інтенсивність метаболізму майже на 10% нижче основного обміну. Різниця між пильнування в стані спокою і сном пояснюється тим, що під час сну м'язи розслаблені. При гіперфункції щитовидної залози основний обмін підвищується, а при гіпофункції - знижується. Поніженіе основного обміну відбувається при недостатності функцій статевих залоз і гіпофіза.

При розумовому працю енерговитрати значно нижче, ніж при фізичному. Навіть дуже інтенсивний розумова праця, якщо він не супроводжується рухами, викликає підвищення витрат енергії лише на 2 - 3% у порівнянні з повним спокоєм. Однак якщо розумова активність супроводжується емоційним збудженням, енерговитрати можуть бути помітно більшими. Пережите емоційне збудження може викликати протягом кількох наступних днів підвищення обміну на 11 -19%.

Обмін речовин

Обмін речовин починається з надходження поживних речовин в шлунково-кишковий тракт і повітря в легені.

Першим етапом обміну речовин є ферментативні процеси розщеплення білків, жирів і вуглеводів до розчинних у воді амінокислот, моно-і дисахаридів, гліцерину, жирних кислот та інших сполук, що відбуваються в різних відділах шлунково-кишкового тракту, а також всмоктування цих речовин в кров і лімфу.

Другим етапом обміну є транспорт поживних речовин і кисню кров'ю до тканин і ті складні хімічні перетворення речовин, які відбуваються в клітинах. У них одночасно здійснюються розщеплення поживних речовин до кінцевих продуктів метаболізму, синтез ферментів, гормонів, складових частин цитоплазми. Розщеплення речовин супроводжується виділенням енергії, яка використовується для процесів синтезу та забезпечення роботи кожного органу і організму в цілому.

Третім етапом є видалення кінцевих продуктів розпаду з клітин, їх транспорт і виділення нирками, легенями, потовими залозами і кишечником.

Перетворення білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин і води відбувається в тісному взаємодії один з одним. У метаболізмі кожного з них є свої особливості, а фізіологічне значення їх по-різному, тому обмін кожного з цих речовин прийнято розглядати окремо.

Обмін білків

Білки використовуються в організмі в першу чергу в якості пластичних матеріалів. Потреба в білку визначається тим його мінімальною кількістю, яке буде врівноважувати його втрати організмом. Білки знаходяться в стані безперервного обміну та оновлення. В організмі здорової дорослої людини кількість розпався за добу білка дорівнює кількості знову синтезованого. Десять амінокислот з 20 (валін, лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, триптофан, треонін, фенілаланін, аргінін і гістидин) у разі їх недостатнього надходження з їжею не можуть бути синтезовані в організмі і називаються незамінними. Інші десять амінокислот (замінні) можуть синтезуватися в організмі.

З амінокислот, отриманих в процесі травлення, синтезуються специфічні для даного виду, організму і для кожного органу білки. Частина амінокислот використовуються як енергетичний матеріал, тобто піддаються розщепленню. Спочатку вони дезамінується - втрачають групу NH2 в результаті утворюються аміак і кетокислот. Аміак є токсичною речовиною і знешкоджується в печінці шляхом перетворення в сечовину. Кетокислот після ряду перетворень розпадаються на СО2 і Н2О.

Швидкість розпаду і оновлення білків організму різна - від декількох хвилин до 180 діб (в середньому 80 діб). Про кількість білка, що піддався розпаду за добу, судять за кількістю азоту, що виводиться з організму людини. У 100 г білка міститься 16 г азоту. Таким чином, виділення організмом 1 г азоту відповідає розпаду 6,25 г білка. За добу з організму дорослої людини виділяється близько 3,7 г азоту, тобто маса зруйнувалося білка становить 3,7 х 6,25 = 23 г, або 0,028-0,075 г азоту на 1 кг маси тіла на добу (коефіцієнт зношування Рубнера).

Якщо кількість азоту, що надходить в організм з їжею, дорівнює кількості азоту, що виводиться із організму, то організм перебуває в стані азотистого рівноваги.

Якщо в організм надходить азоту більше, ніж виділяється, то це свідчить про позитивний баланс азоту (ретенція азоту). Він виникає при збільшенні маси м'язової тканини (інтенсивні фізичні навантаження), у період росту організму, вагітності, під час одужання після тяжкої хвороби. Стан, при якому кількість виводиться з організму азоту перевищує його надходження в організм, називають негативний баланс азоту. Воно виникає при живленні неповноцінними білками, коли в організм не надходять які-небудь з незамінних амінокислот, при білковому або повному голодуванні.

Необхідно споживання не менше 0,75 г білка на 1 кг маси тіла на добу, що для дорослої здорової людини масою 70 кг становить не менше 52,5 г повноцінного білка. Для надійної стабільності азотистого балансу рекомендується приймати з їжею 85 - 90 г білка на добу. У дітей, вагітних і годуючих жінок ці норми повинні бути вище. Фізіологічне значення в даному випадку означає, що білки в основному виконують пластичну функцію, а вуглеводи - енергетичну.

Обмін ліпідів

Ліпіди є складними ефірами гліцерину і вищих жирних кислот. Жирні кислоти бувають насиченими і ненасиченими (що містять одну і більше подвійних зв'язків). Ліпіди грають в організмі енергетичну і пластичну роль. За рахунок окислення жирів забезпечується близько 50% потреби в енергії дорослого організму. Жири служать резервом живлення організму, їх запаси в людини в середньому становлять 10 - 20% від маси тіла. З них близько половини перебувають в підшкірній жировій клітковині, значна кількість відкладається у великому сальнику, принирковий клітковині і між м'язами.

У стані голоду, при дії на організм холоду, при фізичному або психоемоційної навантаженні відбувається інтенсивне розщеплення запасені жирів. В умовах спокою після прийому їжі відбувається ресинтез і відкладення ліпідів в депо. Головну енергетичну роль відіграють нейтральні жири - тригліцериди, а пластичну здійснюють фосфоліпіди, холестерин і жирні кислоти, які виконують функції структурних компонентів клітинних мембран, входять до складу ліпопротеїдів, є попередниками стероїдних гормонів, жовчних кислот і простагландинів.

Ліпідний молекули, всмокталася з кишечника, упаковуються в епітеліоцитах в транспортні частки (хіломікронів), які через лімфатичні судини надходять в кров. Під дією ліпопротеідліпази ендотелію капілярів головний компонент хіломікронів - нейтральні тригліцериди - розщеплюються до гліцерину і вільних жирних кислот. Частина жирних кислот може зв'язуватися з альбуміном, а гліцерин і вільні жирні кислоти поступають в жирові клітини і перетворюються на тригліцериди. Залишки хіломікронів крові захоплюються гепатоцитами, піддаються ендоцитозу і руйнуються в лізосомах.

У печінці формуються ліпопротеїди для транспорту синтезованих в ній ліпідних молекул. Це ліпопротеїди дуже низькою і ліпопротеїди низької щільності, які транспортують з печінки до інших тканин тригліцериди, холестерин. Ліпопротеїди низької щільності захоплюються з крові клітинами тканин за допомогою ліпопротеїдних рецепторів, ендоцітіруются, вивільняють для потреб клітин холестерин і руйнуються в лізосомах. У разі надмірного накопичення в крові ліпопротеїдів низької щільності, вони захоплюються макрофагами та іншими лейкоцитами. Ці клітини, накопичуючи метаболічно низькоактивні ефіри холестерину, стають одними з компонентів атеросклеротичних бляшок судин.

Ліпопротеїди високої щільності транспортують надлишковий холестерин і його ефіри з тканин в печінку, де вони перетворюється на жовчні кислоти, які виводяться з організму. Крім того, ліпопротеїди високої щільності використовуються для синтезу стероїдних гормонів в наднирниках.

Як прості, так і складні ліпідні молекули можуть синтезуватися в організмі, за винятком ненасичених лінолевої, ліноленової і арахідонової жирних кислот, які повинні надходити з їжею. Ці незамінні кислоти входять до складу молекул фосфоліпідів. З арахідонової кислоти утворюються простагландини, простацикліни, тромбоксани, лейкотрієни. Відсутність або недостатня надходження в організм незамінних жирних кислот призводить до затримки росту, порушення функції нирок, захворювань шкіри, безпліддя. Біологічна юність харчових ліпідів визначається наявністю в них незаменімиx жирних кислот і їх засвоюваністю. Вершкове масло та свинячий жир засвоюються на 93 - 98%, яловичий -- на 80 - 94%, соняшникова олія - на 86 - 90%, маргарин - на 94-98%.

Обмін вуглеводів

Вуглеводи є основним джерелом енергії, а також виконують в організмі пластичні функції, в ході окислення глюкози утворюються проміжні продукти - пентози, які входять до складу нуклеотидів і нуклеїнових кислот. Глюкоза необхідна для синтезу деяких амінокислот, синтезу та окислення ліпідів, полісахаридів. Організм людини отримує вуглеводи головним чином у вигляді рослинного полісахариду крохмалю і в невеликій кількості у вигляді тваринного полісахариду глікогену. У шлунково-кишковому тракті здійснюється їх розщеплення до рівня моносахаридів (глюкози, фруктози, лактози, галактози).

Моносахариди, основним з яких є глюкоза, всмоктуються в кров і через ворітну вену надходять у печінку. Тут фруктоза і галактоза перетворюються на глюкозу. Внутрішньоклітинна концентрація глюкози в гепатоцитах близька до її концентрації в крові. При надмірному надходженні в печінку глюкози вона фосфорилюється і перетворюється в резервну форму її зберігання - глікоген. Кількість глікогену може становити у дорослої людини 150-200 р. У разі обмеження споживання їжі, при зниженні рівня глюкози в крові відбувається розщеплення глікогену і надходження глюкози в кров.

Протягом перші 12 годин і більше після прийому їжі підтримання концентрації глюкози крові забезпечується за рахунок розпаду глікогену в печінці. Після виснаження запасів глікогену посилюється синтез ферментів, що забезпечують реакції глюконеогенезу - синтезу глюкози з лактату або амінокислот. У середньому за добу людина споживає 400-500 г вуглеводів, з яких зазвичай 350 - 400 г складає крохмаль, а 50 - 100 r - моно-і дисахариди. Надлишок вуглеводів депонується в вигляді жиру.

Обмін води і мінеральних речовин

Вміст води в організмі дорослої людини складає в середньому 73,2 ± 3% від маси тіла. Водний баланс в організмі підтримується за рахунок рівності обсягів втрат води і її надходження в організм. Добова потреба у воді коливається від 21 до 43 мл/кг (в середньому 2400 мл) і задовольняється за рахунок надходження води при питво (~ 1200 мл), з їжею (~ 900 мл) і води, що утворюється в організмі під час обмінних процесів (ендогенної води (~ 300 мл). Така ж кількість води виводиться в складі сечі (~ 1400 мл), калу (~ 100 мл), за допомогою випаровування з поверхні шкіри та дихальних шляхів (~ 900 мл).

Потреба організму у воді залежить від характеру харчування. При харчуванні переважно вуглеводної і жирною їжею і при невеликому надходженні NaCI потреби у воді менше. Їжа, багата білками, а також підвищений прийом солі обумовлюють велику потребу у воді, яка необхідна для екскреції осмотично активних речовин (сечовини і мінеральних іонів). Недостатнє надходження в організм води або її надмірна втрата призводять до дегідратації, що супроводжується загущенням крові, погіршенням її реологічних властивостей і порушенням гемодинаміки.

Недолік в організмі води в обсязі 20% від маси тіла веде до смерті. Надмірне надходження води в організм або зниження її обсягів, що виводяться організму, призводить до водної інтоксикації. У результаті підвищеної чутливості нервових клітин і нервових центрів до зменшення осмолярності водна інтоксикація може супроводжуватися м'язовими судомами.

Обмін води і мінеральних іонів в організмі тісно взаємопов'язані, що обумовлено необхідністю підтримки осмотичного тиску на відносно постійному рівні в позаклітинній середовищі та в клітинах. Здійснення ряду фізіологічних процесів (збудження, синоптичної передачі, скорочення м'яза) неможливо без підтримки в клітці і в позаклітинній середовищі певної концентрації Na +, K +, Са2 + та інших мінеральних іонів. Всі вони повинні надходити в організм з їжею.

Харчування

Вихідним матеріалом для створення живої тканини та її постійного оновлення, а також єдиним джерелом енергії для людини і тварин є їжа. Тому раціональне харчування є найважливішим фактором, що забезпечує здоров'я людини. Харчування - це процес надходження, перетравлення, всмоктування і засвоєння в організмі харчових речовин (нутрієнтів).

Для підтримки процесів життєдіяльності харчування має забезпечувати всі пластичні і енергетичні потреби організму. З їжею організм одержує речовини, необхідні для біосинтезу, оновлення біологічних структур. Енергія що надходять в організм поживних речовин перетворюється і використовується для синтезу компонентів клітинних мембран і органел клітини, для виконання механічної, хімічної, осмотичній та електричної роботи.

Біологічна та енергетична цінність харчових продуктів визначається вмістом в них поживних речовин: білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, мінеральних солей, органічних кислот, води, ароматичних і смакових речовин. Важливе значення мають такі властивості поживних речовин, як їх перетравлюваність і засвоюваність.

Потреба організму в пластичних речовинах може бути задоволена тим мінімальним рівнем їх споживання з їжею, який буде врівноважувати втрати структурних білків, ліпідів і вуглеводів при підтримці енергетичного балансу. Ці потреби індивідуальні і залежать від таких факторів, як вік людини, стан здоров'я, інтенсивність і вид праці.

Теоретичні основи харчування

Кожному людині необхідний власний набір компонентів раціону, що відповідає індивідуальним особливостям його обміну речовин.

Відповідно до теорії збалансованого харчування (А. А. Покровський) - повноцінне харчування характеризується оптимальним відповідністю кількості і співвідношень всіх компонентів їжі фізіологічним потребам організму. Приймається їжа повинна з урахуванням її засвоюваності заповнювати енергетичні витрати людини, які визначаються як сума основного обміну, специфічного динамічного дії їжі та витрат енергії на виконувану роботу.

При регулярному перевищення добової калорійності їжі над витратами енергії відбувається збільшення кількості депонованого жиру. Наприклад, щоденне вживання понад норму однієї здобні булочки (300 ккал) протягом року може призвести до відкладенню 5,4 - 10,8 кг жиру. У раціоні повинні бути збалансовані білки, жири і вуглеводи. Середнє співвідношення їх енергетичну цінність має становити -- 15:30:55%, що забезпечує енергетичні і пластичні потреби організму. Повинні бути збалансовані білки з незамінними і замінними амінокислотами, жири з різною насиченістю жирних кислот, вуглеводи з різним числом мономерів і наявністю баластних речовин (целюлоза, пектин та ін.)

Відповідно до теорії адекватного харчування (А. М. вугілля), важлива відповідність набору харчових речовин ферментної складу травної системи. У ній підкреслюється трьохетапного травлення і необхідність індивідуального адекватності харчування цим етапам. Наприклад, при недостатності лактази молоко є неадекватним видом їжі.

У цій теорії вважається, що первинний потік нутрієнтів формується в результаті перетравлення та всмоктування їжі, але крім нього є потік вторинних харчових речовин, що утворюється в результаті діяльності мікроорганізмів кишечника. З компонентів їжі з участю мікроорганізмів утворюються речовини, які володіють не тільки енергетичної та пластичної цінністю, а й здатністю впливати на багато фізіологічні процеси (імунні, захисні, поведінкові).

Принципи складання харчових раціонів

Харчування має точно відповідати потребам організму в пластичних речовинах і енергії, мінеральні солі, вітаміни і воді, забезпечувати нормальну життєдіяльність, гарне самопочуття, високу працездатність, опірність інфекціям, ріст і розвиток організму. При складанні харчового раціону (тобто кількості та складу продуктів харчування, необходимо людині в добу) слід дотримуватися ряду принципів.

1. Калорійність харчового раціону повинна відповідати енергетичним витратам організму, які визначаються видом трудової діяльності.

2. Враховується калоріческая цінність поживних речовин, для цього використовуються спеціальні таблиці, в яких зазначено процентний вміст у продуктах білків, жирів і вуглеводів і калорійність 100 г продукту.

3. Використовується закон ізодінаміі поживних речовин, тобто взаємозамінність білків, жирів і вуглеводів, виходячи з їх енергетичної цінності. Наприклад, 1 г жиру (9,3 ккал) можна замінити 2,3 г білка або вуглеводів. Однак така заміна можлива тільки на короткий час, тому що поживні речовини виконують не тільки енергетичну, але і пластичну функцію.

4. У харчовому раціоні повинно міститися оптимальне для даної групи працівників кількість білків, жирів і вуглеводів, наприклад, для працівників 1-ї групи в добовому раціоні має бути 80 -120 г білка, 80 -100 г жиру, 400 - 600 г вуглеводів.

5. Співвідношення в харчовому раціоні кількості білків, жирів і вуглеводів повинно бути 1:1,2:4.

6. Харчовий раціон повинен повністю задовольняти потреба організму у вітамінах, мінеральні солі і воді, а також-одержати всі незамінні амінокислоти (повноцінні білки).

7. Не менш однієї третини добової норми білків і жирів має надходити в організм у вигляді продуктів тваринного походження.

8. Необхідно враховувати правильний розподіл калорійності раціону по окремим прийомам їжі. Перший сніданок повинен містити приблизно 25-30% всього добового раціону, з торою сніданок - 10-15%, обід 40 - 45% і вечеря - 15-20%.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://medicinform.net/