I. Понятие об обмене веществ и энергии. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических и пластических потребностей

Обмен веществ и энергии является характерным признаком жизни. В организме уравновешены процессы анаболизма (ассимиляции) – биосинтеза органических веществ, компонентов клеток и тканей, и катаболизма (диссимиляции) – расщепления сложных молекул. Преобладание анаболических процессов обеспечивает рост, накопление массы тела, преобладание же катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, уменьшению массы тела. При этом происходит превращение энергии и выполняется работа. Для возмещения энергозатрат организма, сохранения массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней среды белков, липидов, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды.

Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их долю приходится более 50 % сухой массы клетки. Пластическое значение белка состоит в восполнении и новообразовании компонентов клетки, энергетическое значение – в обеспечении организма энергией, образующейся при расщеплении белков. Белки не могут быть заменены жирами и углеводами.

Белки обладают различным аминокислотным составом, поэтому их биологическая ценность для организма неодинакова. Так, неполноценными белками являются желатина, зеин (белок кукурузы), глиадин (белок пшеницы) – в них мало незаменимых аминокислот. Наиболее высока биологическая ценность белков мяса, яиц, рыбы, молока. В связи с этим пища человека должна иметь в своем составе не менее 30% белков животного происхождения.

Важным показателем, по которому судить о соотношении количества поступившего и разрушенного в организме белка, является азотистый баланс. Это соотношение количества азота, поступившего в организм с пищей и выделенного из него. У взрослого человека при адекватном питании, как правило, поддерживается состояние азотистого равновесия – количество введенного в организм азота равно количеству азота, выведенного из организма. В случаях, когда поступление азота превышает его выделение, говорят о положительном азотистом балансе. При этом синтез белка преобладает над его распадом. Положительный азотистый баланс наблюдается в период роста, в периоде выздоровления после тяжелых заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках. Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего азота, говорят об отрицательном азотистом балансе. Он отмечается при белковом голодании, а также в случаях, когда в организм не поступают отдельные необходимые для синтеза белков аминокислоты. Особенно тяжело переносит белковое голодание растущий организм, у которого в этом случае происходит остановка роста.

Стимуляция синтеза белков осуществляется соматотропным гормоном гипофиза, тироксином и трийодтиронином щитовидной железы. Гормоны коры надпочечников (глюкокортикоиды – гидрокортизон, кортикостерон) усиливают распад белков в мышечной и лимфоидной тканях. В печени же глюкокортикоиды, наоборот, стимулируют синтез белка.

Жиры и другие липиды также важны для пластического и энергетического обмена. Пластическая роль липидов состоит в том, что они входят в состав клеточных мембран. Энергетическая – тем, что их теплотворная способность более чем в два раза превышает таковую углеводов или белков.

Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и в среднем составляет 10–20% от массы тела. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жира в организме может происходить из углеводов. Некоторые ненасыщенные жирные кислоты, в организме человека не образуются, т. е. являются незаменимыми. Это обстоятельство, а также то, что с жирами поступают растворимые в них витамины, является причиной патологических нарушений, которые могут наступить при длительном (многомесячном) исключении жиров из пищи.

Процесс образования, отложения и мобилизации из депо жира регулируется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связаны с углеводным обменом. Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад. Таким же действием обладают адреналин, норадреналин и тироксин, поэтому состояние стресса и гиперфункции щитовидной железы сопровождаются похуданием. Парасимпатические влияния, наоборот, способствуют отложению жира. Аналогично действуют глюко-кортикоиды – гормоны коркового слоя надпочечника, вероятно, вследствие того, что они несколько повышают уровень глюкозы в крови.

Велико также физиологическое значение жироподобных веществ. Фосфатиды входят в состав клеточных мембран, а также ядерного вещества и цитоплазмы, особенно нервной ткани. Стерины, в частности холестерин нужны для построения клеточных мембран, являются источником образования желчных кислот, а также гормонов, витамина О. Вместе с тем холестерину участвует в развитии атеросклероза. Содержание холестерина у взрослых людей выше 270 мг/100 мл расценивается как гиперхолестеринемия, а ниже 150 мг/100 мл – как гипохолестеринемия. Холестерин содержится в продуктах животного происхождения. Нужно отметить, что в растительных продуктах холестерина нет, но даже если питаться в основном ими, то содержание холестерина в крови снизить трудно – он образуется в организме самого человека.

Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. В норме уровень глюкозы в крови составляет 80 – 100 мг% (0,8 – 1 г/л). Особенно чувствительной к понижению уровня глюкозы в крови является ЦНС. При снижении уровня глюкозы в крови до 40 – 30 мг% развиваются судороги, бред, потеря сознания. Это состояние получило название «гипогликемическая кома».

Глюкоза, поступающая в кровь из кишечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген. Гликоген печени представляет собой резервный углевод. Количество его может достигать у взрослого человека 150 – 200 г. По мере убыли глюкозы в крови происходят расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь (мобилизация гликогена). Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови. Изменение содержания глюкозы в крови воспринимается глюкорецепторами, сосредоточенными в основном в печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса, который и регулирует концентрацию глюкозы. Показано участие неокортекса в регуляции углеводного обмена – так у студентов во время экзамена развивается гипергликемия

Уменьшение уровня глюкозы в крови возникает при действии инсулина. Увеличение – при действии глюкагона, адреналина, глюкокортикоидов, гормонов щитовидной железы (контринсулярные гормоны).