Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химиче-ских и физиологических процессов усвоения питательных веществ в орга-низме с высвобождением энергии. В обмене веществ (метаболизме) вы - деляют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса – ана - болизм и катаболизм. Анаболизм – это совокупность процессов биосин-теза органических соединений, компонентов клеток, органов и тканей из поглощенных питательных веществ. Катаболизм – это процессы расщеп-ления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энер-гетические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность ор-ганизма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного ката-болизма поступающих с пищей белков, жиров и углеводов.
Белки являются основным пластическим материалом, из которого построены клетки и ткани организма. Они являются составной частью мышц, ферментов, гормонов, гемоглобина, антител и других жизненно важных образований. Белки состоят из различных аминокислот, которые подразделяются на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме, а незаменимые (валин, лейцин, изо-лейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) должны поступать в организм только с пищей.
Поступившие в организм белки расщепляются в ЖКТ до аминокис-лот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируются в печень. В печени аминокислоты подвергаются дезаминированию и переамини - рованию. Эти процессы обеспечивают синтез видоспецифичных аминокислот, которые из печени поступают в ткани и используются для синтеза тканеспецифичных белков. При избыточном поступлении белков с пи-щей, после отщепления от них аминогрупп, они превращаются в организме в углеводы и жиры. Белковых депо в организме человека нет.
Наряду с основной, пластической функцией, белки могут играть роль источников энергии. При окислении в организме 1 г белка выделяется 4,1 ккал энергии. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатин, креатинин и неко-торые другие вещества. Они выводятся из организма почками и частично потовыми железами.
О состоянии белкового обмена в организме судят по азотистому балансу, т.е. по соотношению количества азота, поступившего в организм, и его количества, выведенного из организма. Если это количество одина-ково, то состояние называется азотистым равновесием. Состояние, при ко-тором усвоение азота превышает его выведение, называется положитель - ным азотистым балансом. Оно характерно для растущего организма, спортсменов в период их тренировки и лиц после перенесенных заболева-ний. При полном или частичном белковом голодании, а также во время не-которых заболеваний азота усваивается меньше, чем выделяется. Такое со-стояние называется отрицательным азотистым балансом. При голода-нии белки одних органов могут использоваться для поддержания жизне-деятельности других, более важных. При этом расходуются в первую оче-редь белки печени и скелетных мышц; содержание белков в миокарде и тканях мозга остается почти без изменений.
Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азо-тистом равновесии или положительном азотистом балансе. Такие состоя-ния достигаются, если организм получает около 100 г белка в сутки; при больших физических нагрузках потребность в белках возрастает до 120 –150 г. Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует упот-реблять не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки.
Обмен углеводов
Углеводы поступают в организм человека, в основном, в виде крахмала, гликогена, сахарозы, лактозы. В процессе пищеварения из них образуются глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкоза всасывается в кровь и через воротную вену поступает в печень. Фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу в печеночных клетках. Избыток глюкозы в пече-ни фосфорилируется и переходит в гликоген. Его запасы в печени и мышцах у взрослого человека составляют 400 – 500 г. При углеводном голода-нии происходит распад гликогена и глюкоза поступает в кровь.
Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем при окислении жиров. Это особенно повышает роль углеводов при мышечной деятельности. При уменьшении концентрации глюкозы в крови резко сни-жается физическая работоспособность. Большое значение углеводы имеют для нормальной деятельности нервной системы.
Глюкоза выполняет в организме и некоторые пластические функции. В частности, промежуточные продукты ее обмена (пентозы) входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, некоторых ферментов, а также служат структурными элементами клеток. Важным производным глюкозы является аскорбиновая кислота (витамин С), которая не синтези-руется в организме человека.
При голодании запасы гликогена в печени и концентрация глюкозы в крови уменьшаются. То же происходит при длительной и напряженной физической работе без дополнительного приема углеводов. Снижение содержания глюкозы в крови до 0,06 – 0,07 % (нормальная концентрация 0,08 – 0,12 %) приводит к развитию гипогликемии, что проявляется мы-шечной слабостью, падением температуры тела, а в дальнейшем – судоро-гами и потерей сознания. При гипергликемии (содержание сахара в крови достигает 0,15 % и более) избыток глюкозы быстро выводится почками. Такое состояние может возникать при эмоциональном возбуждении, после приема пищи, богатой легкоусвояемыми углеводами, а также при заболе-ваниях поджелудочной железы. При истощении запасов гликогена усили-вается синтез ферментов, обеспечивающих реакцию глюконеогенеза, т.е. синтеза глюкозы из лактата или аминокислот.
Обмен липидов
Физиологическая роль липидов (нейтральных жиров, фосфатидов и стеринов) в организме заключается в том, что они входят в состав кле-точных структур (пластическая функция липидов) и являются богатыми источниками энергии (энергетическая функция).
Нейтральные жиры расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через кишечник, вновь превраща-ются в жир, который всасывается в лимфу и в большом количестве вкровь. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются для пла-стического синтеза и в качестве энергетического материала.
Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет 10 – 20 % массы тела, при ожирении оно может дос-тигать 40 – 50 %. Жировые депо в организме непрерывно обновляются. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жи-ра в организме может происходить из углеводов.
Нейтральные жиры, поступающие в ткани из кишечника и жировых депо, окисляются и используются как источник энергии. При окислении 1 г жира освобождается 9,3 ккал энергии. В связи с тем, что в молекуле жира содержится относительно мало кислорода, последнего требуется для окисления жиров больше, чем при окислении углеводов. Как энергетиче-ский материал жиры используются, главным образом, в состоянии покоя и при выполнении длительной малоинтенсивной физической работы. В на-чале более напряженной мышечной деятельности используются преиму-щественно углеводы, которые в дальнейшем в связи с уменьшением их за-пасов замещаются жирами. При длительной работе до 80 % всей энергии расходуется в результате окисления жиров.
Жировая ткань, покрывающая различные органы, предохраняет их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов, а подкожная жировая клетчатка защищает организм от излишних теплопотерь. Секрет сальных желез предохраняет кожу от высыхания и излишнего смачивания водой.
Пищевые продукты, богатые жирами, содержат некоторое количест-во фосфатидов и стеринов. Эти вещества также синтезируются в стенке кишечника и в печени из нейтральных жиров, фосфорной кислоты и холи-на. Фосфатиды входят в состав клеточных мембран, ядра и протоплазмы; они имеют большое значение для функциональной активности нервной ткани и мышц.
Важная физиологическая роль принадлежит стеринам (в частности, холестерину ), которые являются источником образования в организме желчных кислот, а также гормонов коры надпочечников и половых желез. При избытке холестерина в организме развивается патологическое заболе-вание – атеросклероз. Некоторые стерины пищи, например, витамин Д, также обладают большой физиологической активностью.
Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. Посту-пающие в организм в избытке белки и углеводы превращаются в жир. На-оборот, при голодании жиры, расщепляясь, служат источником углеводов.