IV. Изложение нового материала. 1. Обмен веществ и энергии

План:

1. Обмен веществ и энергии

2. Обмен белков

3. Обмен жиров

4. Обмен углеводов

5. Водно-солевой обмен

6. Витаминный обмен

Обмен веществ является главным, характерным свойством живого организма.

Сущность его состоит в постоянном обмене веществ между организмом и внешней средой.

Анаболизм – это обменные (метаболические) процессы, при которых необходимые для организма вещества (специфические элементы организма) синтезируются из пищевых продуктов. Анаболизм или ассимиляция.

Катаболизм – или диссимиляция – это метаболические процессы, при которых происходит распад структурных элементов организма или усвоение пищевых продуктов. При этом образуются конечные продукты распада – СО₂, Н₂О и NH₃ (аммиак), которые удаляются из организма.

Метаболизм – или обмен веществ - это совокупность процессов анаболизма и катаболизма.

Нормальная жизнеспособность организма поддерживается регуляцией внутренних компонентов, требующих затраты энергии.

Энергетический обмен – это использование химической энергии в организме. Он служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Живой организм + окружающая среда = единая система, между ними происходит непрерывный обмен энергией и веществами.

I закон термодинамики – энергия не исчезает и не появляется снова. Т. е. в природе происходит круговорот веществ и энергии.

Образование и расход энергии

Жизнедеятельность организма поддерживается благодаря постоянному поступлению энергии (только в форме АТФ) в процессе окисления сложных органических молекул при разрыве химических связей.

Молекулы распадаются до трех углеродных соединений, которые включаются в Цикл Кребса (лимонная кислота) окисляясь далее до СО₂ и Н₂О.

Анаэробный обмен – энергетические процессы, протекающие без кислорода.

Аэробный обмен – энергетические процессы, протекающие с участием кислорода.

Энергия используется человеком в форме АТФ, но на ее образование и распад необходимо также затратить энергию.

Энергетический обмен = основной обмен = рабочая прибавка к основному обмену.

Основной обмен – это количество энергии, расходуемой организмом в состоянии покоя и натощак. Его определяют утром, натощак, в лежачем положении, при t помещения 18-20⁰С, через 12 часов после приема пищи при исключении из пищи белков за 2-3 суток до исследования.

Основной обмен выражается в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж), выделенных организмом на 1 кг массы тела или на 1 м² поверхности тела за 1 час или за сутки.

Зависит от возраста, массы тела, пола, роста, физической нагрузки, питания, изменения климатических условий, эндокринной системы. У взрослого человека Основной обмен за 1 час составляет в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела, у женщин он на 10-15% ниже, чем у мужчин, у детей выше у пожилых людей снижается.

Рабочая прибавка – это повышение энергетического обмена сверх основного.

Может наблюдаться при приеме пищи, низкая или высокая температура окружающей среды (выше 30⁰С), мышечной работе.

Основной обмен нарушается при заболеваниях эндокринных желез (при гиперфункции щитовидной железы он может увеличиваться до 150% от нормы, а при гипофункции снижаться). На основной обмен влияют гипофиз, половые железы – после их удаления усиливается отложение жира.

Для определения интенсивности обмена веществ и энергии используют: 1. Метод прямой калориметрии, 2. Метод непрямой калориметрии – сначала определяют объем легочной вентиляции, а затем количество поглощенного кислорода и выделенного СО_2..

Уровень обмена веществ при очень низкой активности ~ 9600 кДж/сут (2300ккал/сут) для мужчин. При легкой работе 2800ккал/сут, при умеренной – 22 000 кДж (5 200 ккал/сут); при тяжелой – 10 000 ккал/сут.

Рациональное питание – это достаточное и полноценное питание.

Его основу составляет сбалансированность аминокислот, полиненасыщенных жировых кислот, фосфатидов, стеринов, жиров, сахаров, витаминов, минеральных солей, органический кислот и др. Насчитывается около 60 пищевых веществ, требующих сбалансированности.

Однообразное питание, при котором исключаются отдельные компоненты рационального питания, вызывают нарушение обмена веществ.

Сбалансированное питание для человека: Б(1): Ж(1): У(4). Жиры должны составлять 30% суточной калорийности (70-80% животный жир). На дол. углеводов – 55%. При тяжелой мышечной работе разрушается много белков, поэтому необходимо увеличить их поступление с пищей. Если пищевой рацион не содержит солей, то это приводит к смерти быстрее, чем голодание . Если необходимо снизить массу тела, то следует ограничить количество употребляемых углеводов.

В суточный пищевой рацион человека, не занимающегося физическим трудом (студенты, врачи, служащие), должно входить около 100г белка, 90г жира, 400г. углеводов, что в сумме составляет около 3000 ккал. Кроме этого, в составе пищи должны быть минеральные соли, витамины и вода.

Белковый обмен – белки – это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие, в отличие от жиров и углеводов, азот. Они состоят из 20 различных аминокислот, которые делятся заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме, а незаменимые не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей.

В распоряжении организма должны быть все аминокислоты в определенном соотношении и количестве. Если какой – нибудь аминокислоты не хватает, то белок не может быть синтезирован. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки, яйца, молока, мяса. Белки растительного происхождения менее полноценные, т. к. в них мало или нет некоторых незаменимых аминокислот. Функция белков:

1. Пластическая – белки входят в состав всех клеток.

2. Энергетическая – источник энергии.

3. Иммунная – белки – это антитела.

4. Гуморальная – многие гормоны – это белки.

Средний период распада белка неодинаков у разных животных организмов, так у человека он равен 80 суток. Белки у одного и того же организма обновляются с разной скоростью – белки плазмы 10 суток, гормоны живут всего несколько минут, мышечные белки обновляются намного медленнее. У человека за сутки подвергаются разрушению и синтезу ~ 400г белка. 30% превращаются в энергию, 70% идет на синтез нового белка. За сутки в организм человека должно поступать от 70-90г белка (1г на 1кг массы тела), 30г. белка должно быть растительного происхождения. При средней нагрузке – 100-120 г. белка в 1 сутки, а при тяжелой возрастает до 150г. О количестве расщепленного в организме белка судят по количеству выделяемого из организма азота (с мочой, потом).

Азотистое равновесие – количество поступившего равно количеству выделенного из организма азота. 1г. азота = 6,25г. белка.

Отрицательный азотистый баланс – поступает меньше азота, чем его выводится. (при белковом голодании, лихорадке, нарушении нейроэндокринной регуляции).

Положительный азотистый баланс – выделенного азота меньше, чем его содержится в пище (у беременных, у детей в связи с их ростом, при выздоровлении при тяжелых заболеваниях).

Регулируют белковый обмен – нервная система, гормоны гипофиза (соматотропный гормон), тироксин, глюкокортикоиды.

Белки не откладываются про запас в организме, они должны поступать ежедневно. При окислении 1г. белка в организме выделяется 4,1 ккал (теплота сгорания).

Липидный обмен – липиды – сложные органические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот, липоидов (лецитин, холестерин), многоатомных спиртов, фосфатов, азотистых соединений.

Функция липидов:

1. Энергетическая.

2. Пластическая – входит в состав всех клеточных мембран.

3. Гуморальная – часть гормонов стероидной природы (производные жпров).

4. Иммунная – формируют защитные функции.

Жиры растительного и животного происхождения. Часть жира откладывается про запас в клетках жировой ткани – энергетическое депо. При нарушении обмена веществ может откладываться жира больше.

При окислении жирные кислоты дают в 2 раза больше энергии, чем белки и углеводы. При окислении 1г жира – выделяется 9,3 ккал тепла. В организме жиры расщепляются до глицерина и высших жирных кислот.

Некоторые жирные кислоты растительного происхождения не синтезируются в организме, поэтому должны поступать с овощами. С жирами поступают в организм жирорастворимые витамины. Взрослому человеку ежедневно необходимо 70-80г. жира (1,25г жира на 1 кг. веса). Обмен липидов тесно связан с обменов белков и углеводов. При избыточном поступлении белков и углеводов в организм они могут превращаться в жиры. В условиях голодания из жиров образуются углеводы, которые используются как энергетический материал.

Регуляция липидного обмена – ЦНС, щитовидная, половые, гипофиз, надпочечники.

Углеводный обмен – в организме человека углеводы являются основным источником энергии. До 60% энергии удовлетворяется за счет углеводов.

Углеводы расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь и используется в метаболизме.

Функция углеводов: 1. Энергетическая. 2. Пластическая – входит в состав в-ва, покрывающего наружную поверхность мембран, в состав оболочек (твердая оболочка мозга), в состав нуклеиновых кислот.

Углеводы могут запасаться в виде гликогена. У взрослого человека 6-8кг – находится в печени, мышцах, сердце, мозге. Углеводы могут превращаться в жиры.

Углеводы делятся на олигосахариды, моносахара и полисахара (расщепляются в ЖКТ до моносахаров. Поступают с растительной в основном пищей (хлеб, крупы, фрукты, овощи).

Процесс образования и накопления гликогена регулируется инсулином.

Глюкагон – регулирует расщепление гликогена до глюкозы.

Адреналин - преобразует гликоген в глюкозу.

Так же принимают участие в регуляции углеводного обмена гормоны надпочечников, гипофиза, щитовидной железы.

Оптимальное количество углеводов в 1 сутки ~ 500г. В крови углеводы содержатся в виде глюкозы 4,44 - 6,66 моль/л. При голодании запасы гликогена уменьшаются, т. к. он поступает в кровь.

Гипогликемия – уровень сахара в крови ниже 4,44 моль/л.

Гипергликемия – уровень сахара в крови выше 6,66 моль/л.

При окислении 1г углеводов выделяется 4,1 ккал тепла.

Водный и минеральный обмен. У человека содержание воды в разных тканях неодинаково: в жировой – 10%, в костях – 20%; в почках – 83%; г/м – 85% ; в крови – 90%. В среднем составляет 70% массы тела

Функции воды: 1. Роль растворителя. 2. Теплоемкость. 3.Теплопроводность.

С пищей и напитками должно поступать в организм ежедневно 2,5-3л воды, В течение суток человек теряет 1,5л воды с мочой, 0,9л путем испарения через легкие и кожу (без потоотделения), 0,1л с калом . Т. о. обмен воды не превышает в обычных условиях 5% массы тела в сутки.

Высокая температура тела, высококалорийная пища – способствуют выделению воды через кожу и легкие, увеличивают ее потребление.

Водный обмен регулируется гипоталамусом, гипофизом, надпочечниками.

Минеральные вещества – поступают в организм с продуктами питания.

Основная группа: Кальций, Фосфор, Натрий, Сера, Калий, Хлор и Магний – это макроэлементы. Их функция:

1. Формируют скелет (кальций, фосфор).

2. Определяют осмотическое давление.

3. Влияют на мышечное сокращение – Ca²⁺, Mg²⁺.

4. Аккумулирование энергии – фосфор.

5. Физико-химическое состояние белков.

6. Нормальное функционирование возбудительных структур (K, Na, Ca, Mg, Cl).

Также необходимо 15 микроэлементов – менее 0,01%от массы тела – железо, кобальт, медь, цинк, фтор, йод, селен, марганец, и т. д. – в большинстве случаев они входят в состав витаминов, гормонов, ферментов.

Их роль зависит от заряда, размера, химических связей и т. д.

Витамины –органические вещества биологически активные.

Должны поступать с пищей, т. к. не синтезируются организмом или синтезируются недостаточно.

Выполняют роль катализаторов, являются частью ферментных систем.

Витамины – это регуляторные вещества.

Поступают с продуктами растительного и животного происхождения, могут синтезироваться микрофлорой кишечника. Известно около 40 витаминов.

1. Жирорастворимые – A, D, E, K, F – находящиеся в продуктах животного происхождения, растительные масла, зеленые листья овощей.

2. Водорастворимые – В₁, В₅, В₆, В₁₂, С, РР и др. – зерновые, бобовые, ягоды, свежие фрукты, овощи, в меньшей степени продукты животного происхождения

Гиповитаминоз – снижение поступления витаминов с пищей или нарушение их всасывания.

Авитаминоз – полное отсутствие витаминов.

Гипервитаминоз – повышение поступления витаминов.

Функции витаминов:

1. Клеточное дыхание (В)

2. Синтез жирных кислот, стероидных гормонов, нуклеиновых кислот.

3. Регулируют фоторецепцию и размножения (ретинол).

4. Регулируют обменные процессы.

Суточная потребность от 2мкг (цианокобаломин) до 50-100 мг (аскорбиновая кислота) и 200г (фолиевая кислота – синтез нуклеиновых кислот).

Витамина А в сутки должно быть 1 мг, а D – 100.

Жирорастворимые – стабилизируют клеточные мембраны, а водорастворимые – это антиоксиданты.