Водный и минеральный обмен

Основной обмен.

Если человек находится в состоянии возможного полного мышеч­ного покоя, лежа с расслабленной мускулатурой, натощак и при температуре комфорта (18 – 22°С), то его расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом.

В условиях основ­ного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедеятельно­сти организма, работу внутренних органов на поддержание температуры тела. Основной обмен характеризует интенсивность процессов окисления, свойст­венных данному организму. К старости основной обмен снижается. У детей он выше, чем у взрослых.

Основной обмен нарушается при заболевании желез внутренней секреции. При гиперфункции щитовидной железы – базедовой бо­лезни, он может повышаться до 150%, человек много ест, и неудер­жимо худеет. При недостаточности гипофиза основной обмен пони­жается – наступает гипофизарное ожирение.

Рабочая прибавка.

Повышение энергетического обмена сверх основ­ного называют рабочей прибавкой. Факторами, повышающими рас­ход энергии, являются:

- прием пищи

- низкая или высокая (выше 30°С)

- внешняя температура и мышечная работа.

Прием пищи увеличивает расход энергии в покое в среднем до 2200 ккал.

При понижении окружающей температуры увеличивается тепло­отдача тела и соответственно увеличивается выработка тепла, необ­ходимого для сохранения постоянства температуры тела. При повы­шении окружающей температуры выше 30° энергия расходуется на охлаждение тела. Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии, он может возрастать до 400% и более.

Для определения потребности человека в питательных веществах изучают его обмен веществ. Это имеет большое значение, так как часть населения (в армии, детских учреждениях, санаториях, домах отдыха, больницах) должна получать все необходимые продукты, чтобы быть здоровыми.

Для изучения обмена веществ необходимо знать, сколько БЖУ поступило в организм и сколько им расходуется, т. е. необходимо подвести баланс прихода и расхода веществ. При­ход питательных веществ определяют химическим анализом пищи. Если из числа граммов принятых с пищей БЖУ вычесть количество неусвоенных веществ, выведенных с калом, то разница покажет истинный приход веществ.

Баланс может быть:

- положительным

- отрицательным

- нахо­диться в состоянии равновесия.

В период роста баланс обмена ве­ществ всегда бывает положительным, так как увеличивается масса тела. Отрицательный баланс наблюдается во время длительной бо­лезни, голодания, иногда в старости. В это время организм расщеп­ляет веществ больше, чем получает с пищей. У большинства взрослых людей достигается удивительное равновесие между потреблением и расходом веществ и энергии. Оно может сохраняться на протяжении многих лет, и масса тела остается постоянной.

Терморегуляция

В живом организме благодаря непрерывно идущему обмену веществ постоянно образуется тепло. Одновременно с поверхности тела происходит непрерывная отдача тепла в окружающую среду. Температура тела должна зависеть от соотношения двух процессов – теплообразования и теплоотдачи.

Главным местом образования тепла являются мышцы. При работе мышц теплообразование возрастает во много раз. Из внутренних органов наиболее интенсив­но тепло образуется в печени, которую называют за многообразие и сложность протекающих в ней химических процессов химической ла­бораторией организма.

Отдача тепла организмом происходит через кожу, легкие и незна­чительно с мочой и калом. Нагретая кровь, притекая к коже от мышц и внутренних органов, приносит тепло, а оттекает от кожи охлажденная.

Регуляция постоян­ства температуры тела осуществляется нервным и гуморальным путем.

Нервная регуляция. В коже имеются холодовые и тепловые рецепторы терморецепторы, улавливающие изменения окружающей температуры. Возбуждение от рецепторов по нервам передается в ЦНС к тепловому центру в промежуточном мозге, а оттуда по двигатель­ным нервам к различным органам, изменяя процессы теплоотдачи и теплообразования.

При понижении температуры внешней среды про­исходит возбуждение холодовых рецепторов. Нервные импульсы от рецепторов проводятся к тепловому центру, а от него по двигатель­ным нервам – к мышцам. В мышцах повышается тонус или возни­кает «мышечная дрожь», что значительно повышает обмен веществ и теплопродукцию. Одновременно с этим происходит сужение кож­ных сосудов, обусловливающее уменьшение теплоотдачи.

При повышении окружающей температуры происходит снижение обмена веществ и расширение кожных сосудов, что способствует теп­лоотдаче. Если этого недостаточно, то происходит потоотделение и испарение воды с поверхности кожи.

Гормональная регуляция.

При изменении температуры внешней среды рефлекторно изменя­ется работа желез внутренней секреции: щитовидной железы, над­почечников и поджелудочной железы. Их гормоны усиливают окис­лительные процессы. Гипофиз тормозит секрецию гормона щитовид­ной железы, снижает обмен веществ и температуру тела.

Температура тела человека, обычно измеряемая в подмышечной впадине, равна 36,6°С.

Температура различных областей кожи непостоянна и неодина­кова, она зависит от многих факторов:

- кровоснабжения

- температу­ры воздуха, его влажности

- движения

- защищенности одеждой.

У человека строго постоянной сохраняется только температура мозга и внутренних органов. На протяжении суток температура тела колеблется в пределах 1°С, что обусловлено изменениями интенсивности обмена веществ. Самая низкая температура тела в 2–4 ч ночи, самая высокая – в 16–19 часов.

При температуре выше 40°С насту­пает расстройство сознания – бред, а выше 43 °С – смерть. Снижение температуры мозга на 2–3°С приводит к потере сознания.

Белковый обмен.

Известно, что белок состоит из аминокислот. В свою очередь аминокислоты являются источником энергии. Характеристика белков, входящих в состав пищи, зависит как от энергетической ценности, так и от спектра аминокислот.

Средний период распада белка у человека он составляет 80 суток. При этом многие белки у одного и того же организма обновляются с разной скоростью. Намного медленнее обновляются мышечные белки. Белки плазмы крови у человека имеют период полураспада около 10 суток, а гормоны белково-пептидной природы живут всего несколько минут. У человека за сутки подвергаются разрушению и синтезу около 400 г белка. Причем около 70 % образовавшихся свободных аминокислот снова идет на синтез нового белка, около 30 % превращается в энергию и должно пополняться экзогенными аминокислотами из пищи.

Много белковых структур построено из неповторимых комбинаций только 20 аминокислот. Одни из них могут синтезироваться в организме (глицин, аланин, цистеин и др.), другие (аргинин, лейцин, лизин, триптофан и др.) не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей. Такие аминокислоты называются незаменимыми. Те и другие очень важны для организма. Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называются биологически полноценными. В сутки в организм взрослого человека должно поступать с едой около 70—90 г белка (1 г на 1 кг массы тела), причем 30 г белка должно быть растительного происхождения. Количество поступающего белка зависит и от выполняемой физической нагрузки. При средней нагрузке человек должен получать 100—120 г белка в сутки, а при тяжелой физической работе количество белка возрастает до 150 г. О количестве расщепленного в организме белка судят по количеству выделяемого из организма азота (с мочой, потом). Это положение основано на том, что азот входит только в состав белков (аминокислот). Состояние, при котором количество поступившего азота равно количеству выведенного из организма, называется азотистым равновесием. Известно, что 1 г азота соответствует 6,25 г белка.

Так, при расчете азотистого баланса исходят из того, что в белке содержится примерно 16 % азота. Состояние, при котором в организм с пищей поступает меньше азота, а больше его выводится, получило название отрицательного азотистого баланса. В данном случае разрушение белка преобладает над его синтезом. Это наблюдается при белковом голодании, лихорадочных состояниях, нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена. Положительный азотистый баланс — это состояние, при котором количество выведенного из организма азота значительно меньше, чем его содержится в пище (наблюдается накопление его в организме). Положительный азотистый баланс отмечается у беременных, у детей в связи с их ростом, при выздоровлении после тяжелых заболеваний и др.

Функции:

1) пластическая;

2) защитная;

3) энергетическая.

На регуляцию белкового обмена влияют нервная система, гормоны гипофиза (соматотропный гормон), щитовидной железы (тироксин), надпочечников (глюкокортикоиды).

Недостаток приводит к анемии, задержке роста. Если белковые молекулы не синтезируются с организмом, то в течение двух месяцев общее количество белков сердечной мышцы снижается в 4 раза

Избыток приводит к отравлению азотистыми веществами, так как белки расщепляются на аминокислоты с выделением азота, воды, углекислого газа. Это приводит к атеросклерозу, снижению иммунитета.

Углеводный обмен

В организме человека до 60 % энергии удовлетворяется за счет углеводов. Вследствие этого энергообмен мозга почти исключительно осуществляется глюкозой. Углеводы делятся на простые и сложные. Последние при расщеплении в пищеварительном тракте образуют простые моносахариды, которые затем из кишечника поступают в кровь. В организм углеводы поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, овощи, крупы, фрукты) и откладываются в основном в виде гликогена в печени, мышцах. Количество гликогена в организме взрослого человека составляет около 400г. Однако эти запасы легко истощаются и используются главным образом для неотложных потребностей энергообмена.Оптимальное количество углеводов в сутки составляет около 500 г, но эта величина в зависимости от энергетических потребностей организма может значительно изменяться.

Процесс образования и накопления гликогена регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином. Процесс расщепления гликогена до глюкозы происходит под влиянием другого гормона поджелудочной железы —глюкагона.

Функции:

1. пластическая;

2. энергетическая;

3. способствуют усвоению минеральных веществ.

Недостаток: утомляемость, снижение мышечного тонуса, снижение работоспособности, предрасположенность к некоторым заболеваниям.

Избыток: откладываются в подкожную жировую клетчатку (ожирение).

Содержание глюкозы в крови, а также запасы гликогена регулируются и центральной нервной системой. Нервное воздействие от центров углеводного обмена поступает к органам по вегетативной нервной системе. В частности, импульсы, идущие от центров по симпатическим нервам, непосредственно усиливают расщепление гликогена в печени и мышцах, а также выделение из надпочечников адреналина, который способствует преобразованию гликогена в глюкозу и усиливает окислительные процессы в клетках. В регуляции углеводного обмена также принимают участие гормоны коры надпочечников, средней доли гипофиза и щитовидной железы.

Липидный обмен

Липиды сложные органические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот, липоидов (лицетин, холестерин). Кроме жирных кислот, в состав липоидов входят многоатомные спирты, фосфаты и азотистые соединения. Липиды играют важную роль в жизнедеятельности организма. Некоторые из них (фосфолипиды) составляют основной компонент клеточных мембран или являются источником синтеза стероидных гормонов (холестерин). Часть жира накапливается в клетках жировой ткани как нейтральный запасной жир, количество которого составляет 10—30 % массы тела, а при нарушениях обмена веществ и больше. Мобилизация жира на энергетические потребности организма заключается в гидролизе триглицеридов и образовании свободных жирных кислот. В энергетическом отношении окисление жирных кислот даст в 2 раза больше энергии, чем белки и углеводы (1 г — 9,3 ккал). Взрослому человеку ежедневно необходимо 70—80 г жира. Они растворяют и выводят из организма так называемые незаменимые жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидиновая), которые условно объединяют в группу витамина F, а также жирорастворимые витамины (витаминыA, D, Е, К). Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. При увеличении поступления в организм белки и углеводы могут превращаться в жиры.

Функции:

1. пластическая;

2. энергетическая.

Недостаток: кожные заболевания, снижается сопротивляемость к инфекциям.

Избыток: снижение работы желудка и кишечника (хуже расщепляется пища). Жиры животного происхождения повышают концентрацию холестерина сыворотки крови, возникает атеросклероз. Жиры растительного происхождения могут вызвать расстройства желудочно-кишечного тракта, образование камней в желчевыводящих путях.

В регуляции липидного обмена значительную роль играют центральная нервная система, а также многие железы внутренней секреции (половые, щитовидная железы, гипофиз, надпочечники).

Водный и минеральный обмен

Вода является важной составной частью любой клетки, жидкой основы крови и лимфы. У человека содержание воды в разных тканях неодинаково. Так, в жировой ткани ее около 10 %, в костях — 20%, в почках — 83%, головном мозге — 85%, в крови—90%, что в среднем составляет 70 % массы тела.

Основная масса воды содержится внутри клеток, в плазме крови и межклеточном пространстве. Взрослый человек в обычных условиях употребляет около 2,5 л воды в сутки. Кроме того, в организме образуется около 300 мл метаболической воды, как одного из конечных продуктов энергообмена. В соответствии с потребностями человек в течение суток теряет около 1,5 л воды в виде мочи, 0,9 л путем испарения через легкие и кожу и приблизительно 0,1 л с калом. Повышение температуры тела и высококалорийная пища способствуют выделению воды через кожу и легкие, увеличивают ее потребление.

Вода в организме выполняет ряд важных функций:

1. растворяет химические вещества,

2. участвует в процессах обмена,

3. участвует в выделяются продукты обмена из организма.

4. способствует процессам терморегуляции.

Регуляция водного обмена в основном контролируется гормонами гипоталамуса, гипофиза и надпочечников.

Минеральные вещества поступают в организм с продуктами питания и водой. Потребность организма в минеральных солях различная. В основную группу входит семь элементов: кальций, фосфор, натрий, сера, калий, хлор и магний. Это так называемые макроэлементы. Они необходимы для формирования скелета (кальций, фосфор) и для осмотического давления биологических жидкостей (натрий). Эти ионы влияют на физико-химическое состояние белков, нормальное функционирование возбудительных структур (К⁺,Na⁺,Ca²⁺, Mg²⁺, Сl^-), мышечное сокращение (Са²⁺,Mg²⁺ ), аккумулирование энергии (Р⁵⁺).

Однако организму необходимо еще 15 микроэлементов. Среди них следует выделить железо (составная часть гемоглобина и тканевых цитохромов); кобальт (компонент цианокобаламина); медь (компонент цитохромоксидазы); цинк (фактор потенцирующего действия инсулина на проницаемость мембраны клетки для глюкозы); молибден (компонент ксантиноксидазы); марганец (активатор некоторых ферментных систем); кремний (регулятор синтеза коллагена костной ткани); фтор (участвует в синтезе костных структур и прочности зубной эмали); йод (составная часть тиреоидных гормонов), а также никель, ванадий, олово, мышьяк, селен и др. В большинстве случаев — это составная часть ферментов, гормонов, витаминов или катализаторы их действия на ферментные процессы.

Витамины это органические вещества, которым свойственна интенсивная биологическая активность. Они отличаются по своей структуре. Не синтезируются организмом или синтезируются недостаточно, поэтому должны поступать с пищей.

Витамины относятся к разным видам соединений и выполняют катализирующую роль в обмене веществ, чаще являются составной частью ферментных систем. Таким образом, витамины — это регуляторные вещества.

Источником витаминов служат пищевые продукты растительного и животного происхождения. В пищевых продуктах они могут находиться в активной или неактивной форме (провитамины). В последнем случае они в организме переходят в активное состояние. Некоторые витамины могут синтезироваться микрофлорой кишечника.

В настоящее время известно около 40 витаминов. Они делятся на жирорастворимые (A, D, Е, К,F) и водорастворимые (В₁, В₅,B₆, B¹², С, РР и др.). Источником жирорастворимых витаминов являются продукты животного происхождения, растительные масла и частично зеленые листья овощей. Носители водорастворимых витаминов — пищевые продукты растительного происхождения (зерновые и бобовые культуры, овощи, свежие фрукты, ягоды) и в меньшей степени продукты животного происхождения. Однако основным источником никотиновой кислоты и цианокобаламина являются продукты животного происхождения. Одни витамины устойчивы к разрушению, другие превращаются в неактивную форму при хранении и переработке.

Недостаточное поступление в организм суточной дозы одного или группы витаминов вызывает нарушение обмена веществ и приводит к заболеванию. При снижении поступления витаминов с пищей или нарушении их всасывания появляются признаки гиповитаминоза, а при полном их отсутствии наступает авитаминоз. Различные нарушения функций организма появляются при авитаминозах. Они связаны с разнообразным участием витаминов в регуляторных процессах.

Функции:

1. регуляции промежуточного обмена и клеточного дыхания (витамины группы В, никотиновая кислота);

2. в синтезе жирных кислот, стероидных гормонов (пантотеновая кислота), нуклеиновых кислот (фолиевая кислота, цианокобаламин);

3. в регуляции процессов фоторецепции и размножения (ретинол);

4. обмена кальция и фосфора (кальциферолы);

5. окислительно-восстановительных процессах (аскорбиновая кислота, токоферолы);

6. в гемопоэзе и синтезе факторов свертывания крови (филлохиноны);

7. антиоксидантная;

8. участвуют в стабилизации биологических мембран, предохраняя их от окислительного разрушения.