Витамины и их значение для организма
Витамины — органические соединения, содержащиеся в животных и растительных продуктах и совершенно необходимые для нормального обмена веществ. Их состав и структура весьма разнообразны. Витамины выполняют функцию катализаторов биологического происхождения и имеют химическое сродство с ферментами и гормонами, которые также действуют как катализаторы, взаимодействуя с витаминами в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов. В организме из витаминов синтезируются некоторые ферменты, связь витаминов с ферментами объясняет их важную роль в обмене веществ. Нервная система участвует во взаимодействии витаминов, ферментов и гормонов.
В отличие от ферментов и гормонов большинство витаминов, за исключением некоторых, не образуется в организме человека. Главным источником витаминов являются растительные продукты, но они содержатся также в мясных и рыбных. Витамины требуются в очень небольших количествах, но отсутствие одного из витаминов в пище нарушает образование в организме соответствующего фермента, что приводит к нарушениям функций организма и характерным заболеваниям, обозначаемым как авитаминозы (задержка роста, цинга, рахит, множественное воспаление нервов, кровоизлияния и др.). При недостаточном содержании одного из витаминов в пище или при нормальном его содержании, но увеличенном потреблении наблюдаются гиповитаминозы, проявляющиеся в снижении работоспособности и предрасположенности к заболеваниям. Избыток одного из витаминов — гипервитаминоз —также вреден и может привести к тяжелым заболеваниям и смерти. Особенно велико значение витаминов для жизнедеятельности, нормального развития и роста детей, а также образования иммунитета.
В настоящее время известно около 50 разных витаминов, которые делят на две группы: растворимые в воде и растворимые в жирах. К растворимым в воде относятся витамины РР, С, Р и группы В.
Витамин B1 (противоневротический, анейрин, тиамин). Разрушается при нагревании до 140 °С, особенно быстро в щелочной среде. Хорошо сохраняется при сушке и обычном приготовлении пищи. Синтезируется в растениях. Содержится в лесных орехах, хлебе грубого помола, гречневой, ячневой и овсяной крупах, в бобовых и в особенно большом количестве в пивных дрожжах и печени. Суточная потребность детей (мг): до года — 0,5; до 3 лет — 1; от 4 до 12 — 1,5; с 13 — 2; с 16 — 2,5; взрослых — 2—3, а при тяжелой физической работе — 3—5, до 10. Участвует в синтезе нуклеиновых кислот, улучшает рост, укрепляет мускулатуру и предохраняет от заболеваний легких, необходим для нормального функционирования нервной системы, уменьшает боль. При гиповитаминозе наблюдается утомляемость, раздражительность, потеря аппетита. При авитаминозе наблюдается расстройство движений, параличи, судороги, множественное воспаление и перерождение нервных клеток и нервов. Запаса витамина В1 в организме не образуется, поэтому он должен постоянно поступать с пищей.
Витамин В2 (фактор роста, рибофлавин, лактофлавин). Синтезирован вне организма. Легко разрушается при действии света, щелочей и кипячении, не окисляется, физиологически активен только в сочетании с белком. Содержится в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах. Суточная потребность детей (мг): до года — 1, с 1 до 3 лет — 1,5, с 4 до 6 — 2,5, с 7 — 3, с 15 лет и взрослых — 3,5. Необходим для нормального зрения, особенно цветного, образования гемоглобина, белкового и углеводного обмена. При гиповитаминозе наблюдается воспаление глазного яблока, помутнение роговицы и хрусталика, воспаление кожи, языка, губ, трофические язвы, длительное незаживление ран, задержка роста и созревания организма, падение веса, поражение нервной системы.
Витамины В3, В4, B5 и В7 (факторы роста). Содержатся в тех же продуктах, что и B1.
Витамин В6 (адермин, пиридоксин). Быстро разрушается на свету. Не разрушается при высокой температуре в кислых и щелочных растворах. Содержится в дрожжах, бобах, свежем рыбьем жире, печени, почках и мясе. Суточная доза (мг): детей до 1 года — 0,5, до 3 лет — 1, с 4 до 12 — 1,5, с 13 и взрослых — 2. Участвует в белковом обмене, обмене веществ кожи, функциях нервной системы (в синтезе и обмене глютаминовой кислоты), вестибулярного аппарата, кроветворения. При авитаминозе наблюдается поражение кожи, слизистых оболочек, мышечная слабость, судороги, нарушение координации движений.
Витамин В9 (фолиевая кислота). При нагревании 50—90 % разрушаются. Содержится в больших количествах в листьях растений, особенно много в цветной капусте, печени, мясе. Суточная доза (мг): с 1 до 12 лет — 0,1, с 13 лет и взрослых — 0,2. Необходим для кроветворения, образования эритроцитов и лейкоцитов. Участвует в обмене холина и снижает содержание холестерина в крови, является одним из катализаторов синтеза аминокислот. При авитаминозе наблюдается малокровие.
Витамин B12 (антианемический фактор, цианкоболамин). Содержит 4,5 % кобальта. У человека синтезируется в кишечнике и поступает в печень. Содержится в печени млекопитающих и рыб (особенно осетра, судака) и в почках. Суточная доза 0,005—0,015 мг. Участвует в обмене белков, нуклеиновых кислот, образовании метионина и холина, обмене веществ в головном мозге. Ускоряет рост и развитие. Возбуждает кроветворение, превращает неактивную фолиевую кислоту в активную, поддерживает защитную функцию печени. Нормализует содержание лейкоцитов и холестерина в крови, тормозит образование холестерина. Для его связывания и всасывания необходим внутренний фактор, образуемый в обкладочных клетках желудочных желез.
Витамин B15 (пангамат кальция). Содержится в пивных дрожжах, семенах многих растений. Повышает окислительные процессы, улучшает обмен липидов, увеличивает содержание гликогена и в печени и мышцах, усиливает действие ацетилхолина. Суточная доза (мг): с 3 до
7 — 100, с 7 до 14 — 150, взрослых — 100—300. Витамин B15 не является истинным витамином, так как его недостаток не вызывает нарушения функций.
Витамин Н (кожный фактор, биотин). Синтезирован вне организма. Содержится в дрожжах, томате, печени, почках, яичном желтке. В соединении с альбумином куриного яйца — авидином — образует лизоцим. При еде больших количеств сырого яичного белка у человека образуется неактивный комплекс биотин — авидин, что приводит к авитаминозу — поражению кожи, выпадению волос, выделению большого количества кожного сала.
Витамин Вх (пантотеновая кислота). Содержится в растительных и животных продуктах: капусте, картофеле, моркови, дрожжах, рисе, луке, молоке, мясе, печени, яичном желтке. Суточная доза 10—12 мг. Участвует в углеводном обмене, образовании ацетилхолина в нервной системе, в окислении конечных продуктов белков, жиров и углеводов. При гипо- и авитаминозах наблюдается прекращение роста, воспаление кожи, роговицы, воспаления нервов, параличи, нарушение координации движений.
Холин. Содержится в животных и растительных продуктах: желтке яйца, печени, говядине, рыбе, молоке, сыре, горохе, капусте. Суточная доза 0,5—1,5 г. Регулирует отложение жира и улучшает обмен холестерина (липотропный). Синтезируется в организме из аминокислоты метионина.
Инозит. Содержится в печени, почках, мясе, зеленом горошке, дыне, апельсине. Суточная доза до 1 г. Снижает содержание холестерина в крови, задерживает артериосклероз, улучшает перистальтику кишечника.
Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид). Содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, рисовых и пшеничных отрубях, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени. Синтезируется в организме человека из аминокислоты триптофана. Суточная доза (мг): до 1 года — 5, с 1 до 7 лет — 10, с 7 до 12 — 15, с 12 лет и у взрослых 20—30. Участвует в переносе водородных ионов, углеводном обмене, образовании соляной кислоты желудочного сока, в нормализации функции поджелудочной железы, защитной функции печени, регулирует нервный процесс в больших полушариях головного мозга. При гиповитаминозе наблюдается страх, головокружение, бессонница. При авитаминозе развивается пеллагра, которая проявляется в потере памяти, слабоумии, бреде, поражении кожи, поносах, поэтому витамин называется РР, т. е. предупреждающий пеллагру.
Витамин С (противоцинготный, аскорбиновая кислота). Синтезирован вне организма. Разрушается при доступе кислорода, нагревании в нейтральной и особенно щелочной среде, следовательно, при кулинарной обработке пищи, долгом хранении. Содержится в свежих овощах, фруктах, ягодах (черной смородине, шиповнике, крыжовнике, землянике и др.); в капусте, зеленом луке, зеленом горохе, картофеле, брюкве, редисе, редьке, яблоках (антоновка), апельсине, лимоне, а также молоке, почках, мозге, печени, надпочечниках. Суточная доза (мг): детям до
3 лет — 30—40, от 4 до 6—50, от 7 до 12—60, старше 13—70; взрослым 75—100, при тяжелой физической работе 200—300. Витамин С необходим для обмена веществ, участвует в образовании костей и зубов, синтезе белков, всасывании сахара, углеводном обмене, тканевом дыхании, являясь переносчиком кислорода и водорода, повышает иммунитет. Также участвует в синтезе белковой части ферментов, гормонов белковой природы и нуклеиновых кислот. При гиповитаминозе наблюдаются утомляемость, головокружение, нарушение иммунитета, кровоточивость десен, заболевания кожи. При авитаминозе развивается цинга, которая проявляется в одышке, мышечной слабости, быстрой утомляемости, нервности, сонливости, кровоизлияниях на коже туловища, рук и главным образом ног, деснах, в мышцах, суставах, ребрах, выпадении зубов, падении веса тела. Тяжелые случаи цинги приводят к смерти. При гипервитаминозе нарушается обмен веществ, особенно углеводный, появляется головная боль, бессонница. В организме витамин С не образуется и не накапливается и поэтому должен постоянно поступать с пищей.
Витамин Р (второй противоцынготный фактор, рутин, цитрин). Содержится в ягодах черной смородины, лимоне и красном перце. Суточная доза 50—100 мг.
К витаминам, растворимым в жирах, относятся А, D, F, Е и К.
Витамин А (витамин роста, ретинол). При окислении быстро разрушается, а кипячение его почти не разрушает. Образуется в печени из провитамина каротина, содержащегося в зеленых частях растений, особенно в моркови, помидорах, томате, шпинате, салате, абрикосах. Содержится в рыбьем жире, рыбьей икре, молоке, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц летней носки. Суточная доза детей (мг): 1 года — 0,5, с 1 до 7 — 1, с 7 и взрослых — 1,5, а при тяжелой физической работе —
3 мг. Способствует росту организма, входит в состав зрительного пурпура, поэтому необходим для зрения, обеспечивает иммунитет. При гиповитаминозе понижается иммунитет, появляется гемералопия (куриная слепота), особенно при истощении организма и голодании. При авитаминозе наблюдается воспаление сетчатки глаз, сухость и последующее размягчение роговицы (ксерофтальмия и кератомаляция), сухость кожи, воспаление слизистой оболочки бронхов, мочевого и желчного пузырей, потеря обоняния, нарушение роста зубов, кровавые поносы, нарушение функции половых желез (падение полового влечения, бесплодие). У детей при авитаминозе задерживается развитие организма, останавливается рост, поражается зрение, нарушается иммунитет. Гипервитаминоз резко нарушает пищеварение и обмен веществ, вызывает малокровие.
Витамин D (противорахитический, витаминол, вигантол, кальциферол). Не окисляется, разрушается только при очень высокой температуре. Содержится в рыбьем жире, икре, молоке, сливочном масле, желтке яиц летней носки. В коже человека имеется запас провитамина (эргостерина), который при облучении ультрафиолетовыми лучами (солнце, кварцевая лампа) превращается в активный витамин. Суточная доза детей 15—25 мкг, при рахите она увеличивается в 2—3 раза, взрослых — 25 мкг. Регулирует кальциевый и фосфорный обмен, поэтому необходим для нормального развития и роста скелета детей. При увеличении содержания фосфора в пище потребность в нем возрастает. Действие витамина связано с действием гормона паращитовидных желез и нормальной функцией щитовидной железы. При авитаминозе развивается рахит, который проявляется в расстройстве фосфорного и кальциевого обмена, потере организмом солей фосфора и кальция, нарушении формирования костей скелета и развития зубов, мышечной слабости. У детей, больных рахитом, кости становятся гибкими, появляются искривления рук и ног. Очень большие дозы витамина ядовиты: резко увеличивается содержание кальция и фосфора в крови, избыточно откладываются соли кальция в скелете, сердце, стенках кровеносных сосудов, в почках, легких и других органах; наблюдаются потеря аппетита, поносы, нарушение жирового обмена, приводящие к смерти.
Витамин F (фактор роста, обмена кальция). Состоит из ненасыщенных жирных кислот: линолевой, линоленовой и арахидоновой. Не истинный витамин. Содержится в зеленых листьях растений, особенно в салате, плодах шиповника, рыбьем жире, мясе, яичном желтке, подсолнечном, соевом, кукурузном и льняном маслах. Регулирует обмен жиров, ускоряя окисление насыщенных жирных кислот. Влияет на обмен витаминов группы В, С, Р, PP. Предупреждает артериосклероз. Уменьшает ядовитое действие витамина D. При авитаминозе наблюдается задержка роста, сухость кожи, в старости ломаются кости. Суточная доза (в г): младших школьников — 4,5, подростков — 8, юношей — 9,5, девушек — 8, взрослых — 10.
Витамин Е (витамин размножения, токоферол). Легко окисляется. Не разрушается при кипячении. Устойчив к кислотам, но разрушается щелочами. Синтезирован вне организма. Содержится в тех же продуктах, что и витамин F, а также в гипофизе, но отсутствует в рыбьем жире. Накапливается в жировой ткани женщин в два раза больше, чем мужчин. Участвует в регуляции процесса оплодотворения, нормального течения беременности и развития плода. Необходим для развития мышц и их функции, особенно в раннем детском возрасте, предупреждает артериосклероз, повышение кровяного давления, гемолиз. Суточная доза взрослых — 20—30 мг, а при тяжелой физической работе — 30—50 мг. При недостатке в пище витамина А суточная потребность в нем увеличивается. При гиповитаминозе наблюдается дистрофия мускулатуры, уменьшение физической работоспособности, мышечные боли, мозговые кровоизлияния, воспаление суставов и кожи. При авитаминозе имеет место бесплодие, нарушение образования половых гормонов, нарушения беременности и развития плода и его гибель, повышение потребности в витаминах группы В.
Витамин К (витамин свертывания крови, противогеморрагический, филохинон, викасол). Быстро разрушается при действии света и щелочей. Содержится в зеленых частях растений, свежей капусте, моркови, шпинате, незрелых томатах, сухой люцерне, печени свиньи. Синтезируется микробами в толстой кишке. Необходим для синтеза протромбина в печени. При гиповитаминозе и авитаминозе наблюдается кровоточивость, малокровие. В некоторых растениях (клевер) содержится антивитамин К (дикумарин), угнетающий синтез протромбина и препятствующий образованию тромбов. Суточная доза (мг): с 3 до 4 — 8, с 5 до 9 — 10, с 10 до 14 — 15, взрослых — 15—30.
Энергетический обмен
В организме должен поддерживаться энергетический баланс поступления и расхода энергии. Живые организмы получают энергию в виде ее потенциальных запасов, аккумулированных в химических связях молекул углеводов, жиров и белков. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и используется прежде всего для синтеза АТФ, запасы которой в клетках невелики, поэтому они должны постоянно восстанавливаться путем окисления питательных веществ. Расход энергии зависит от возраста и пола, характера и количества выполняемой работы, времени года, состояния здоровья и других факторов. Интенсивность энергетического обмена в организме определяется при помощи калориметрии.
В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различаюттри уровня энергетического обмена: основной обмен, энерготраты в состоянии покоя и энерготраты при различных видах труда.
Основным обменом называется количество энергии, которое тратит организм при полном мышечном покое, через 12—14 часов после приема пищи и при окружающей температуре 20—22 °С. У взрослого человека он в среднем равен 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 час. У людей при массе тела в 70 кг основной обмен в среднем равен около 1700 ккал. Нормальные его колебания составляют ±10 %. У женщин основной обмен несколько ниже, чем у мужчин; у детей он выше, чем у взрослых.
Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают величину основного обмена. Это обусловлено влиянием на энергообмен процессов пищеварения, терморегуляции вне зоны комфорта и тратами энергии на поддержание позы тела человека.
Энерготраты при различных видах труда определяются характером деятельности человека. Суточный расход энергии в таких случаях включает величину основного обмена и энергию, необходимую для выполнения конкретного вида труда. По характеру производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на четыре группы: 1) люди умственного труда, чей суточный расход энергии составляет 2200—3000 ккал; 2) люди, выполняющие механизированную работу и расходующие за сутки 2300—3200 ккал;
3) люди частично механизированного труда с суточным расходом энергии 2500—3400 ккал; 4) люди немеханизированного тяжелого физического труда, энерготраты которых достигают 3000—4000 ккал. При спортивной деятельности расход энергии может составлять 4500—5000 ккал и более. Это обстоятельство следует учитывать при составлении пищевого рациона спортсменов, который должен обеспечивать восполнение расходуемой энергии.
На механическую работу тратится не вся освобождающаяся в организме энергия. Большая ее часть превращается в тепло. То количество энергии, которое идет на выполнение работы, называется коэффициентом полезного действия (КПД). У человека КПД не превышает
20—25 %.КПД при мышечной деятельности зависит от мощности, структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени тренированности человека.
Центральной структурой регуляции обмена веществ и энергии является гипоталамус. В нем локализованы ядра и центры регуляции голода и насыщения, осморегуляции и энергообмена. В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ состояния внутренней среды организма и формируются управляющие сигналы, которые посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма потребностям организма.
Тепловой обмен
В организме человека непрерывно протекают два процесса — теплопродукции и теплоотдачи, и в условиях покоя в норме скорость продукции тепла равна скорости его потери. Это носит название теплового баланса, в результате которого температура тела человека сохраняется на определенном уровне, не зависящем от температуры окружающей среды. Перераспределение тепла между тканями осуществляется кровью. Она, обладая высокой теплоемкостью, переносит тепло от тканей с высоким уровнем теплообразования к тканям, где тепло образуется в небольших количествах. В результате выравнивается уровень температуры в различных частях тела.
Принято различать две температурные зоны: наружную — «оболочку» и внутреннюю — «ядро». «Ядро» характеризуется стабильной температурой. К нему относятся мозг, органы грудной клетки, брюшной полости и малого таза. Органы и ткани, расположенные на периферии тела (кожа, большая часть скелетной мускулатуры и костной системы), составляют «оболочку». Температура ее в определенной степени возрастает при повышении температуры внешней среды и наоборот. Температура глубоких тканей более равномерна и составляет 37—37,5°. Температура печени, мозга, почек несколько выше, чем других внутренних органов.
У здорового человека подмышечная температура равна 36,5—37°. Температура тела ниже 24° и выше 43° не совместима с жизнью человека. Температура тела человека не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5—0,8°. Максимальная температура тела наблюдается в 16—18 часов, а минимальная — в 3—4 часа.
Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается посредством физиологическихмеханизмов терморегуляции, которую принято разделять на химическую и физическую. Способность человека противостоять воздействию тепла и холода, сохраняя стабильную температуру тела, имеет пределы. При чрезмерно низкой или очень высокой температуре среды защитные терморегуляционные механизмы оказываются недостаточными, и температура тела начинает резко падать или повышаться. В первом случае развивается состояние гипотермии, во втором — гипертермии.
При понижении температуры окружающей среды происходит увеличение интенсивности обмена веществ и, следовательно, теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается в том случае, когда температура окружающей среды становится нижеоптимальной температуры илизоны комфорта. В обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18—20°, а для обнаженного человека — 28 °С.
Суммарное теплообразование в организме происходит в ходе химических реакций обмена веществ (окисление, гликолиз), что составляет так называемое первичное тепло и при расходовании энергии макроэргических соединений (АТФ) на выполнение работы (вторичное тепло). В виде первичного тепла в тканях рассеиваются 60—70 % энергии. Остальные 30—40 % после расщепления АТФ обеспечивают работу мышц, различные процессы синтеза, секреции и др. Но и при этом та или иная часть энергии преобразуется затем в тепло. В конечном итоге переходит в тепло или вся энергия, или подавляющая ее часть. Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах при их сокращении. Относительно небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования в два раза, а тяжелая работа — в 4—5 раз и более. Однаков этих условиях существенно возрастают потери тепла с поверхности тела. При продолжительном охлаждении организма возникаютнепроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры (холодовая дрожь). При этом почти вся метаболическая энергия в мышце освобождается в виде тепла.
Повышение теплопродукции на холоде связано с выделением в кровь норадреналина. Этот гормон, действуя на скелетные мышцы и усиливая обмен веществ, вызывает повышенное теплообразование.
Отдача тепла организмом осуществляется путем излучения, проведения и испарения. Излучением теряется примерно 50—55 % тепла в окружающую среду путем лучеиспускания за счет инфракрасной части спектра. Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду с излучением, пропорционально площади поверхности частей тела, которые соприкасаются с воздухом, и разности средних значений температур кожи и окружающей среды.
Теплопроведение может происходить путем кондукции и конвекции. Кондукцией тепло теряется при непосредственном контакте участков тела человека с другими физическими средами. При этом количество теряемого тепла пропорционально разнице средних температур контактирующих поверхностей и времени теплового контакта. Конвекция — способ теплоотдачи организмом, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха. Конвекцией тепло рассеивается при обтекании поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. Движение воздушных потоков (ветер, вентиляция) увеличивает количество отдаваемого тепла. Путем теплопроведения организм теряет 15—20 % тепла, при этом конвекция представляет более мощный механизм теплоотдачи, чем кондукция.
Теплоотдача путем испарения— это способ рассеивания организмом тепла (около 30 %) в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. При температуре внешней среды 20° испарение влаги у человека составляет 600—800 г в сутки. Физиологической реакцией, направленной на отдачу тепла, является сдвиг кровотока в «оболочке». При жаркой погоде кровь приливает к коже, и она становится горячей. В результате увеличивается перепад температур между поверхностью тела и внешней средой, а это усиливает кондукционную, конвекционную и лучистую отдачу тепла.
Восприятие и анализ температуры окружающей среды осуществляется с помощью терморецепторов, расположенных в коже, мышцах, сосудах, во внутренних органах, дыхательных путях, спинном и среднем мозге. Центральный аппарат терморегуляции находится в передней и задней части гипоталамуса, а также в ретикулярной формации среднего мозга.
Глава 13. ВОЗРАСТНАЯ АНАТОМИЯ
И ФИЗИОЛОГИЯ МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ