Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии — это совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения питательных веществ в организме с высвобождением энергии. В об­мене веществ (метаболизме) выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса — анаболизм и катаболизм. Анабо­лизм — это совокупность процессов биосинтеза органических со­единений, компонентов клеток, органов и тканей из поглощенных питательных веществ. Катаболизм — это процессы расщепления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энерге­тические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного

катаболизма поступающих с пищей белков, жиров и углеводов.

ОБМЕН БЕЛКОВ

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. В состав белков входят различные аминокислоты, которые подразделяются на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезировать­ся в организме, а незаменимые (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин игистидин) — поступают только с пищей.

Поступившие в организм белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируют­ся в печень. Поступившие в печень аминокислоты подвергаются дезаминированию и переамитроватю. Эти процессы обеспечивают син­тез видоспецифичных аминокислот. Из печени такие аминокислоты поступают в ткани и используются для синтеза тканеспецифичных белков. При избыточном поступлении белков с пищей, 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 некоторые 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 одинаково, то состояние называется азотистым рав­новесием. Состояние, при котором усвоение азота превышает его выведение, называется положительным азотистым балан­сом. Оно характерно для растущего организма, спортсменов в период их тренировки и лиц после перенесенных заболеваний. При полном или частичном белковом голодании, а так же во время некоторых забо­леваний азота усваивается меньше, чем выделяется. Такое состояние называется отрицательным азотистым балансом. При голодании белки одних органов могут использоваться для поддержа­ния жизнедеятельности других, более важных. При этом расходуются в первую очередь белки печени и скелетных мышц; содержание бел­ков в миокарде и тканях мозга остается почти без изменений.

Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе. Такие состояния достигаются, если организм получает около 100г белка в сутки; при больших физических нагрузках потребность в белках воз­растает до 120-150 г. Всемирная Организация Здравоохранения реко­мендует употреблять 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 и гликогена. В процессе пищеварения их них образуются глюкоза, фруктоза, лактоза и галактоза. Глюкоза всасывается в кровь и через воротную вену поступает в печень. Фруктоза и галак­тоза превращаются в глюкозу в печеночных клетках. Избыток глю­козы в печени фосфорилируется и переходит в гликоген. Его запасы в печени и мышцах у взрослого человека составляют 300-400 г. При углеводном голодании происходит распад гликогена и глюкоза по­ступает в кровь.

Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении угуглеводов освобождается 4.1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем при окислений жиров.

Это особенно повышает роль углеводов при мышечной деятельности. При уменьшении концентрации глюкозы в крови рез­ко снижается 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 и аминокислот, а также служат структурными элементами кле­ток. Важным производным глюкозы является аскорбиновая кислота (витамин С), которая не синтезируется 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 мышечной слабостью, падением температуры тела, а в дальнейшем — судорогами 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 за­болеваниях поджелудочной железы. При истощении запасов глико­гена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакцию глюконеогенеза, т.е. синтеза глюкозы из лактата или амино­кислот.

12.3. ОБМЕН ЛИПИДОВ

Физиологическая роль л и п и д о в (нейтральные жиры, фосфатиды и стерты) в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластическое значение липидов) и явля­ются богатыми источниками энергии (энергетическое значение).

Нейтральные жиры расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через кишеч­ник, вновь превращаются в жир, который всасывается в лимфу и в небольшом количестве в кровь. Кровь транспортирует жиры в тка­ни, где они используются для пластического 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 достигать 40-50%. Жировые депо в организме непрерывно об­новляются. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жира 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 энергетический материал жиры используются глав­ным образом в состоянии покоя и при выполнении длительной мало­интенсивной физической работы. В начале более напряженной мы­шечной деятельности используются преимущественно углеводы, которые в дальнейшем в связи с уменьшением их запасов 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 сальныхжелез предохраняет кожу от высыхания и излишнего смачи­вания водой.

Пищевые продукты, богатые жирами, содержат некоторое коли­чество фосфатидов и стеринов. Они также синтезируются в стенке кишечника и в печени из нейтральных жиров, фосфорной кислоты и холина. Фосфатид ы 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. Эти вещества являются источником образо­вания в организме желчных кислот, а также гормонов коры надпо­чечников и половых желез. При избытке холестерина в организме развивается патологический процесс— атеросклероз. Некото­рые стерины пищи, например, витаминД, также обладают большой физиологической активностью.

Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. По­ступающие в организм в избытке белки и углеводы превращаются в жир. Наоборот, при голодании жиры, расщепляясь, служат источни­ком углеводов.