ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Теоретические сведенья
Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти реакции и другие проявления жизнедеятельности – метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть – для функционирования этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:
1. анаболитические
2. катаболитические
Анаболизм (ассимиляция) – химический процесс, при котором простые вещества объединяются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм - диссимиляция – расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущность обмена веществ – поступление в организм веществ, их усвоение, использование и выделение продуктов обмена. Функции метаболизма:
· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энергии органических веществ
· превращение этих веществ в строительные блоки
· сборка клеточных компонентов из этих блоков
· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для выполнения функций
Обмен белков – совокупность процессов превращения белков в организме, включая обмен аминокислот. Белки – основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность – 100 – 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):
· заменимые – могут образовываться из других в организме
· незаменимые – не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей - валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин
Этапы белкового обмена:
1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот
2. всасывание аминокислот в кровь
3. превращение аминокислот в свойственные данному организму
4. биосинтез белков из этих кислот
5. расщепление и использование белков
6. образование продуктов расщепления аминокислот
Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остается в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.
Период обновления белка у человека – 80 дней. Если с пищей поступает большое количество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) – дезаминирование. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая поступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные белки, а белки клеток. Это состояние очень опасно – белковое голодание – страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки – мясо, рыба и морепродукты, растительные – соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового обмена.
Обмен жиров – совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры - энергетический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и малом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) – 30% всей массы тела. Основная масса жиров – нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах – 100 гр.
Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны поступать с пищей – это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидоновая, гамма – аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма – аминомасляная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит регулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.
Этапы жирового обмена:
1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жирных кислот
2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника
3. транспорт липопротеидов кровью
4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран
5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки
6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров
7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды
При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или откладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества – фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холестерин. Норма его в плазме – 3,11 – 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной системы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При патологии он приводит к атеросклерозу.
Обмен углеводов – совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы – источник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образования депо (гликоген). Суточная потребность – 500 гр.
Этапы углеводного обмена:
1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов
2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике
3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование
4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь
5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды
Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь – в печень поворотной вене – глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени – гликогенез. Глюкоза – постоянная составляющая часть крови (80 – 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови – гипергликемия, уменьшение – гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% - кому. Процесс распада гликогена в печени до глюкозы – гликогенолиз. Процесс биосинтеза углеводов из продуктов распада жиров и белков – гликонеогенез. Процесс расщепления углеводов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот – гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.
Питание – сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения организмом пищевых веществ. Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов для здорового человека: 1:1:4.
Водно – солевой обмен – совокупность процессов распределения воды и минеральных веществ между вне – и внутриклеточным пространством и внешней средой. Обмен воды связан с обменом солей. Распределение воды связан с осмотическим давлением. От количественного и качественного состава минеральных веществ в жидкости организма зависит протекание всех важных процессов. Поддержание постоянства осмотического, объемного и ионного равновесия жидкостей организма с помощью рефлекторных механизмов – водно – электролитный гомеостаз. Вода в организме присутствует 2 видов:
1. экзогенная (поступающая извне)
2. эндогенная (образующаяся при окислении жиров)
Функции воды:
· часть протоплазмы клеток и тканей (тело состоит на 65% из воды)
· растворяет и переносит вещества
· участвует в реакциях обмена
· уменьшает силу трения
· участвует в терморегуляции
· обеспечивает эластичность тканей
· входит в состав пищеварительных соков
Суточная потребность в воде – 40 мл на каждый кг массы (2 – 3 литра). Соотношение между водой, поступившей в организм и выделившейся из него – водный баланс. Органы, выделяющие воду – почки, легкие, кожа, кишечник. Для организма важно, чтобы приход воды покрывал расход. Уменьшение воды на 10% - обезвоживание (гипогидратация), на 20% - приводит к смерти.
Минеральные соли поступают в организм с пищей и водой за исключением поваренной соли. Функции минеральных солей:
1. биологические постоянные гомеостаза
2. создают и поддерживают осмотическое давление крови
3. поддерживают pH крови – 7,36 – 7,42
4. участвуют в ферментативных реакциях
5. участвуют в водно – солевом обмене
6. принимают участие в процессах возбуждения, торможения, мышечного сокращения, свертываемости крови
7. являются составной частью костей, гемоглобина, пищеварительных соков
Виды минеральных солей:
· макроэлементы (натрий, магний, калий, кальций, фосфор, хлор)
· микроэлементы (железо, марганец, кобальт, цинк, фтор, йод) – необходимы в очень небольших количествах
Натрий поступает в организм в виде поваренной соли – это единственная соль, которую добавляют к пище. Суточная потребность в натрии – 15 гр. Натрий участвует в поддержании осмотического равновесия, влияет на рост, регулирует работу сердечной мышцы. Дефицит натрия приводит к слабости, апатии, подергиванию мышц.
Калий поступает в организм с овощами, фруктами и мясом. Суточная потребность – 2 гр. Он регулирует сердечный ритм и поддерживает АД, автоматизм сердечной мышцы, важен для питания клеток, деятельности мышц, поддержания водно – солевого баланса, нейроэндокринной регуляции. Поддерживает осмотическое давление, стимулирует образование ацетилхолина. Дефицит калия приводит к слабости, сонливости, нарушению рефлексов. Увеличение калия может привести к остановке сердца.
Хлор поступает в организм виде поваренной соли. Участвует в поддержании осмотического давления крови, входит в состав соляной кислоты желудочного сока.
Кальций поступает в организм с молочными продуктами (особенно сырами), зеленью. Это важная константа крови, входит в состав костей (9 – 11 мг/ %).
В организме взрослого человека содержится 1-2 кг кальция, из них 99% входит в состав костной и хрящевой тканей, остальное содержится в мягких тканях и межклеточной жидкости. Уменьшение кальция приводит к кальциевой тетании и смерти в результате прекращения дыхания. Он необходим для процесса свертывания крови. Кальций уменьшает проницаемость клеточных мембран, активирует амилазу и липазу, стимулирует работу миокарда, способствует выведению свинца из костной ткани, играет во всех стадиях свертывания крови, оказывает антистрессовое воздействие, выводит тяжелые металлы, радионуклиды, обладает антиаллергическим действием. Он играет важную роль в сокращении мышц, снижает риск высокого АД, гипертонии беременных, рождения недоношенных детей, предохраняет от рака матки, поджелудочной железы и толстой кишки. Суточная потребность – 0,8 гр.
Фосфор поступает в организм с молочными продуктами, мясом и злаками. Суточная потребность – 1,5 гр. Содержится в костях и зубах. Входит в состав АТФ. Дефицит приводит к деминерализации костей.
Магний оказывает влияние на тонус мышечной оболочки сосудов, снимает спазмы, понижает АД, снижает уровень холестерина в крови. Дефицит вызывает нарушения в эмоциональной сфере, он незаменим для профилактики стресса и синдрома хронической усталости. Суточная дозировка – 500 мг.
Медь участвует в синтезе коллагена и эластина, защищает от свободных радикалов, участвует в синтезе гемоглобина, необходима для усвоения железа, участвует в кроветворении, обладает противовоспалительным действием, необходима для вынашивания плода. Суточная дозировка 20 мг. Дефицит приводит к преждевременному старению кожи и сосудов, повышению уровня холестерина, инсультам, задержке полового развития и бесплодию.
Цинк (микроэлемент) входит в состав ферментов, укрепляет иммунитет, стимулирует работу всей гормональной системы, поджелудочной железы, стимулирует синтез гормона роста, тестостерона. Отвечает за обоняние, зрение, вкус и необходим для заживления ран. Цинк участвует в синтезе и сохранении инсулина. Суточная дозировка 200 мг. Дефицит приводит к снижению иммунитета, аппетита, анемии, аллергии и дерматиту, нарушению половых функций у мужчин. Содержится в семенах тыквы и подсолнечника.
Железо поступает в организм с мясом, печенью и бобовыми. Суточная потребность – 15млг. Является составной частью гемоглобина и дыхательных ферментов. В организме содержится 3 гр железа. Дефицит железа приводит к малокровию.
Йод поступает в организм с водой, протекающей через горные породы и обогащающийся там йодом. Также он может поступать с йодированной солью или морепродуктами. Суточная потребность – 0,03 мг. Участвует в синтезе гормонов щитовидной железы. Дефицит приводи к возникновению зоба.
Хром необходим для нормальной жизнедеятельности сосудов и сердечной мышцы, активности инсулина, способствует снижению уровня холестерина крови. Дефицит приводит к апатии и быстрому утомлению. Суточная дозировка – 200 мкг.
Марганец входит в состав ферментов, участвует в реакциях иммунитета, стимулирует процессы мышления, кроветворения и тканевого дыхания. Суточная дозировка – 10 мг. дефицит приводит к переутомлению, снижению внимания, памяти, нарушению сна, сахарному диабету и новообразованиям косвенно.
Кремний важен для поддержания стенок сосудов (придает прочность, эластичность и проницаемость). Дефицит приводит к инсультам и кровоизлияниям.
Селен – важнейший из микроэлементов. Он обладает защитным действием для организма – продлевает жизнь. Предохраняет от рака, стимулирует иммунитет, является антиоксидантом, способствует росту и развитию организма. Дефицит приводит к
· нарушению роста и развития
· воспалению в суставах
· слабости мышц
· склонности к новообразованиям
· заболеваниям печени
· нарушению работы щитовидной железы
· мужскому бесплодию
· ухудшению зрения
· преждевременному старению
Он эффективно работает вместе с витаминами Е и С. Суточная дозировка 400 мкг.
Витамины (vita – жизнь, амины) – поступающие с пищей незаменимые вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. Основоположник учения о витаминах – Лунин, термин предложен ученым Функом в 1911 г. Функции:
1. биологические катализаторы
2. являются низкомолекулярными компонентами ферментов
3. принимают участие в обменных процессах
4. участвуют в образовании гормонов
5. уменьшают воспалительные явления
6. способствуют росту организма
7. повышают иммунитет
8. повышают работоспособность
При недостаточности витаминов возникают функциональные нарушения в работе органов и систем – гиповитаминозы. Заболевания, которые возникают на фоне недостатка витамина - авитаминоз. Избыточное присутствие витамина в организме – гипервитаминозы (опасны вследствие нарушения работы почек, т.к. они выводятся через почки). По растворимости витамины:
· Водорастворимые
· жирорастворимые
Водорастворимые витамины:
1. витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный) – 100 мг. При недостатке возникает цинга (скорбут) – кровоточивость и разрыхление десен, выпадение зубов, снижение иммунитета, слабость, хрупкость костной ткани, витамин укрепляет сосуды, является противострессовым – цитрусовые, шиповник, черная смородина, картофель
2. витамин В1 (тиамин, антиневрин) – 3 мг. При недостатке развивается болезнь «Бери – бери» - слабость, непроизвольные сокращения мышц, судороги, полинервиты, нарушение работы ЖКТ и сердца (опыт с голубями: одну группу голубей кормили только очищенным рисом, другую неочищенным; в первой группе голуби стали слабыми, сидели на лапах и запрокидывали голову на спину – судороги) – куриное мясо, семена подсолнечника, неочищенный рис
3. витамин В2 (рибофлавин) – 3 мг. При недостатке поражаются глаза, слизистая оболочка рта, губ, атрофия сосочков языка, задерживается рост и возникают дерматиты – капуста, молоко, печень
4. витамин В3 (пантотеновая кислота, антидерматитный) – 10 мг. При недостатке слабость, головокружение, дерматиты, невриты. Витамин способствует быстрому заживлению ран, работе ЖКТ. Содержится в шампиньонах, капусте, грибах.
5. витамин В6 (пиридоксин, антидерматитный) – 3 мг. При недостатке дерматиты и судороги. Синтезируется микрофлорой толстого кишечника. содержится в бананах и картофеле
6. витамин В12 (цианокабаламин, антианемический) – 2 мкг. Синтезируется микрофлорой толстого кишечника и предохраняет от анемии Аддисона – Бирмера
7. витамин Вс (фолиева кислота, антианемический) – 3 мг. Синтезируется микрофлорой толстого кишечника и влияет на синтез нуклеиновых кислот и кроветворение. Содержится в зелени (салат), дрожжах
8. витамин Р (рутин, капилляроукрепляющий) – 50 мг. Уменьшает ломкость и проницаемость капилляров, способствует накоплению витамина С. Содержится в зерновых отрубях.
9. витамин РР (никотиновая кислота, противоаллергический) – 15 мг. синтезируется микрофлорой толстого кишечника из аминокислоты триптофана.
Жирорастворимые витамины:
1. витамин А (ретинол) – 1,5 мг. Способствует росту, предохраняет от гемеролопии, сухости роговицы, защищает кожу от пересыхания. Содержится в жирной рыбе. предшественником его является бета – каротин – провитамин – 4 мг – содержится в манго, абрикосах, моркови, болгарском перце, зелени петрушки
2. витамин Д (кальциферол, противорахитический) – 25 мкг. Регулирует обмен фосфора и кальция, предохраняет от рахита (неправильное формирование скелета, искривление костей конечностей, «куриная грудь», сдавление органов грудной клетки, «грудь сапожника»). Усвоению его способствует кальций. Предшественником является 7 - дегидрохолестерин, который под действием ультрафиолетовых лучей в коже переходит в витамин Д. При этом кожа темнеет – загар – защитная реакция организма. Содержится в куриных яйцах, сельди.
3. витамин Е (токоферол, противостерильный) – 15 мг. Обеспечивает функцию размножения и нормальное протекание беременности. Содержится в подсолнечном масле, индейке, стручковом перце. Витамин защищает сосуды мозга от атеросклероза, против рака.
4. витамин К (викасол, антигеморрагический) – 0,3 мг. Синтезируется микрофлорой толстого кишечника. Способствует свертыванию крови. Содержится в киви, твороге, капусте.
5. витамин F (комплекс жирных кислот, необходимых для жизнедеятельности организма) 12 гр. Включает в себя полиненасыщенные жирные кислоты – линолевую, леноленовую, арахидоновую, гамма – аминомасляную кислоты.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Техника расчета обмена веществ.
Почему важно уметь рассчитывать основной обмен веществ
Основной обмен веществ, или, как его еще называют, базальный метаболизм — это количество калорий, которые нужны организму для поддержания жизни: способности дышать, обеспечивать ток крови и другие не менее важные процессы. Эти калории сгорят, даже если вы весь день неподвижно пролежите на диване.
Знать об особенностях базального метаболизма важно всем, кто следит за здоровьем. Но есть люди, которым эти сведения совершенно необходимы: это те, кто планирует сесть на жесткую диету и резко ограничить калорийность своей пищи.
Если переусердствовать и не обеспечить минимум необходимых калорий, организм будет вынужден замедлить метаболизм. Но похудеть это не поможет, потому что будет уменьшаться мышечная масса, а не излишки жира. Да и на здоровье такие эксперименты скажутся не лучшим образом.
От чего зависит базовый обмен веществ
Чтобы грамотно рассчитать, сколько калорий нужно лично вам, нужно учесть 10 ключевых факторов, влияющих на основной обмен веществ.
1. Пол
У мужчин базовый обмен веществ выше, поскольку мышечная масса у мужчин обычно больше, чем у женщин.
2. Возраст
Чем моложе человек, тем выше его основной обмен веществ. С возрастом скорость метаболизма постепенно замедляется.
3. Рост и вес
Чем выше человек и больше его вес, тем больше тепла его организм отдает в окружающую среду. Соответственно, показатель основного обмена у такого человека выше.
4. Строение тела
Чем больше у человека мышц и меньше жира, тем больше энергии ему требуется.
5. Физическая активность
Чем больше человек двигается и занимается спортом, тем быстрее сжигается жир и увеличивается мышечная масса. Как следствие — ускоряется базовый обмен веществ.
6. Питание
Резкое уменьшение потребляемых калорий замедляет метаболизм.
7. Состояние эндокринной системы
Чем меньше гормонов вырабатывается щитовидной железой, гипофизом и половыми железами, тем сильнее снижается основной обмен веществ.
8. Индивидуальные особенности
Всем людям требуется различное количество энергии на переваривание и усвоение пищи.
9. Температура тела
При повышении температуры тела увеличиваются энергетические затраты организма.
10. Климатические условия
В средней полосе и на севере обмен веществ у людей происходит существенно быстрее (на 10–20%), чем, например, в тропиках.
Как рассчитать базовый обмен веществ
Базовый обмен веществ — вещь индивидуальная, но, если нет серьезных проблем со здоровьем, рассчитать его, пусть и с небольшой погрешностью, можно, используя специальные формулы.
Как рассчитать свой обмен веществ
Формулы для расчета базального метаболизма
Формула Харриса-Бенедикта
Для мужчин: 66.5 + (13.75 × вес (кг)) + (5.003 × рост (см)) — (6.775 × возраст)
Для женщин: 655.1 + (9.563 × вес в кг)) + (1.85 × рост в см)) — (4.676 × возраст)
Формула Маффина-Джеора
Для мужчин: 9,99 х вес (кг) + 6.25 х рост (см) — 4,92 х возраст + 5
Для женщин: 9,99 х вес(кг) + 6.25 х рост (см) — 4,92 х возраст — 161
Использовать можно любую из этих формул или обе сразу. Результаты будут сходными плюс-минус 50-100 калорий.
Как рассчитать полный расход калорий
Чтобы выяснить, какое количество калорий вы тратите в течение суток, нужно величину основного обмена веществ умножить на коэффициент физической активности.
Коэффициенты физической активности
Малоподвижный образ жизни: коэффициент 1.2.
Тренировки менее трех раз в неделю: коэффициент 1.375
Тренировки до пяти раз в неделю: коэффициент 1.55
Тренировки 6-7 раз в неделю: коэффициент 1.725
Тяжелый физический труд: коэффициент 1.9.
Если у вас нет желания рассчитывать расход калорий вручную, воспользуйтесь калькулятором калорий.
https://docviewer.yandex.ru/view/1130000022282284/