Роль обмена веществ и энергии в обеспечении энергетических потребностей организма кратко

Обновлено: 01.06.2024

Цель урока: представлять схему обмена питательных веществ в организме, значение воды и минеральных веществ для нормальной жизнедеятельности, общую характеристику обмена энергии, основной обмен и рабочую прибавку, пути повышения теплопродукции, знать роль витаминов их классификацию и возможные заболевания.

План изложения нового материала

1. Общая характеристика обмена веществ и энергии

2. Виды обмена веществ: водно-солевой обмен, белков, углеводов, жиров

4. Распад и окисление питательных веществ

Общая характеристика обмена веществ и энергии

В организм человека поступают вещества (белки, жиры, углеводы), витамины, вода и минеральные соли. Кислород воздуха проникает в кровь через легкие, частично — через кожу. Они необходимы клеткам и тканям, в которых происходят биохимические процессы, образуются специфические вещества (полезные и вредные) и энергия Продукты обмена веществ (экскреты) выводятся через почки, легкие, кожу и органы желудочно-кишечного тракта.

Обмен веществ и энергии ( метаболизм) — это совокупность физиологических процессов , направленных на обеспечение организма необходимыми для его жизнедеятельности веществами, их превращение и использование для получения энергии и построения клеточных структур, и в конечном итоге на удаление во внешнюю среду ненужных продуктов происшедших реакций. Метаболизм — это превращение в организме сложных веществ в простые и удаление продуктов распада.

Метаболизм связан с процессами синтеза и распада различных структур. В клетках образуются разнообразные вещества, используемые для построения, обновление структур клеток Синтез новых веществ проходит с затратой энергии . Процесс синтеза веществ называется анаболизмом, ассимиляцией . Это пластический обмен веществ , которому необходима энергия ,она образуется при распаде сложных полимеров на мономеры, воду, углекислый газ.

Реакции расщепления питательных веществ с выделением энергии , называется катаболизмом, диссимиляцией . Они сопровождаются энергетическим обменом веществ с участием ферментов.
Метаболизм включает процессы анаболизм и катаболизм, которые происходят в организме постоянно в течение всей жизни .Процессы анаболизма преобладают в детском возрасте, необходимы для роста. Преобладание процессов диссимиляции ведут к истощению, старению, гибели организма.
Питательные вещества, минеральные соли имеют определенное значение для организма, для них характерны свои процессы метаболизма, витамины играют в основном роль катализаторов биохимических процессов, так как большинство из них входят в состав ферментов.

Обмен воды и минеральных солей.

Обмен воды. На долю воды в организме приходится в среднем 65-70% массы тела. В разных органах процент воды отличается.

в костях около 20%

в головном мозге около 95%

Вода бывает внеклеточная и внутриклеточная. Около 300 мл образуется в организме в результате метаболизма.
С продуктами питания, при питье в сутки необходимо 1,5-2,5 л воды, такое же количество воды должно удаляться из организма: с потом 0,5л , с мочой 1,5л , при дыхании 0,5л ,с калом 0,1 л, что зависит от окружающей температуры воздуха

Вода выполняет жизненно важные функции:

1) растворитель веществ для метаболитических процессов

2) с водой в организм поступают минеральные вещества, водорастворимые витамины

3) участвует в терморегуляции, выделяясь с потом

4) участвует в биохимических процессах

Нарушение водного обмена связано с а) обезвоживанием организма при кровотечении, рвоте, диарее, опасно для жизни б) задержка в организме с образованием отеков, асцита. В подкожно-жировой клетчатке задержка воды - анасарка.

Минеральные вещества выполняют разнообразные функции..Общий вес минеральных веществ 4-5% от массы тела

регулирует кислотность и осмотическое давление крови, проводят импульсы

процессы возбуждения и торможения

поддерживает водно-солевой обмен влияет на работу мышц, миокарда, проводит нервные импульсы

картофель,греча,яблоки,абрикосы, курага, хлеб, мясо

процессы возбуждения и торможения

сердечнососудистую систему, передача нервных импульсов в синапсах, в гемостазе

молочные продукты, яйца, греча,горох,лук

сердечнососудистые, костной системы

нуклеиновые кислоты ,костной системе

зерновые и бобовые продукты

кроветворение, образование гемоглобина, процесс дыхания

костеобразование, обмен углеводов, сосудорасширяюшее действие, деторождение , снижает нервное возбуждение, улучшает половую функцию

глухота, деформация суставов

образование гормонов щитовидной железы

морская рыба и морские продукты питания, салат иодированный(красный),шампиньоны

построение зубов, костей

морские продукты, чай,изюм, тыква,просо,орех

для функции половых желез, кроветворения, в состав ферментов

аллергия, инфекционные болезни, пятна на ногтевых пластинках

кроветворения, тканевого дыхания, образование коллагена, меланина, в состав ферментов

мясо,рыба, продукты моря,греча,овсянка,картофель,орех

анемия, облысение, дерматозы

влияет на выработку иммунитета,задерживает развитие онкоклеток, для образования семенной жидкости

морская рыба и морские продукты, печень,мясо, яйца,дрожжи,подсолнух

регулирует обмен холестерина,образование инсулина

нарушение функции ногтей, волос,кожи,костей

для построение костей, эмали,половых гормонов,ЖВС,

остеопороз, эрозия и рак женских половых органов

для щитовидной железы, ЦНС(успокаивает

сердечнососудистую систему, снижает уровень холестерина, улучшает зрение

сахарный диабет, атеросклероз

кроветворение,образование витаминаВ12,всостав ферментов,

кроветворение,ЖВС,снижает артериальное давление крови,

чечевица, бобовые,груша, кукуруза,

влияет на иммунитет

бактерицидное,противовоспалительное,вяжущее действие, как антибиотик

Обмен белков.

"Жизнь — есть способ существования белковых тел" Ф.Энгельс. Все живое состоит из азотсодержащих веществ белков. Это полимеры-полипептиды, состоящие из мономеров- аминокислот (10 являются заменимыми, 10 незаменимыми).
Заменимые аминокислоты могут образовывать из других аминокислот, незаменимые должны поступать с пищей. Белки пищи, содержащие полный набор аминокислот, называются полноценными животного происхождения. Отсутствие в пищевом рационе даже одной аминокислоты приводит к заболеваниям.

Переваривание белков начинается в желудке под действием пепсина, он расщепляет их на молекулы меньшего размера.

В тонкой кишке ферменты кишечного и панкреатического соков (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, аминопептидаза) расщепляют белки до аминокислот, которые и всасываются в кровь в тонкой кишке. С током крови они проходят через печень, где гепатоциты синтезируют из аминокислот белки крови свертывающей системы( протромбин). Аминокислоты переносятся ко всем органам и тканям. для построения собственных белков, специфичных для организма. Синтез белков (первичная структура ) происходит на рибосомах под действием ферментов, затем образование вторичной, третичной структуры в комплексе Гольджи.

Белки азотсодержащие вещества. Организму в сутки необходимо 100— 110 г белка. Соотношение количества азота, поступившего в организм и удаленного из него, называют азотистым балансом. У взрослого человека в норме количество белка, поступившего в организм, равно количеству распавшегося. Это соотношение можно определить понятием азотистое равновесие. В детском возрасте для роста ребенка необходимо больше белков, чем выделяется , как и больным при выздоровлении. Это положительный азотистый баланс . В старческом возрасте, при длительном голодании и у ослабленных больных преобладает распад белков над его поступлением — это отрицательный азотистый баланс, или азотистый дефицит .

1)пластическая, входят в состав всех клеток, тканей

2)ферментативная - ферменты - это белки

3)регуляторная , гормоны , медиаторы - это белки Гормон роста (соматотропин), гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин) оказывают анаболическое действие на метаболизм белков.

4)энергетическая , при расщеплении 1 г белка образуется 4,1 ккал тепла

5)специфические функции (актин и миозин в мышечной ткани выполняют сократительную, фибриноген сыворотки крови — свертывающую, иммуноглобулины крови — защитную и т.д.

Белки не депонируются в организме и при их дефиците происходит разрушение белков, они участвуют преимущественно в пластическом обмене. Конечный распад белков приводит к образованию воды, углекислого газа и аммиака, который затем преобразуется в мочевину.

Обмен углеводов

Углеводы поступают в организм в основном в виде полисахаридов (крахмала и гликогена) и дисахаридов (например, сахарозы). Ферменты слюны амилаза и мальтаза , кишечного и панкреатического сока продолжают действовать на углеводы и расщепляют их до моносахаридов (глюкоза, фруктоза.), которые всасываются в кишечнике. По воротной вене глюкоза поступает в печень, где образуется гликоген, полимер глюкозы. При мышечной нагрузке гликоген расщепляется на моносахариды, которые поступают в кровь, к органам и тканям Гликоген образуется и в мышечной ткани, во внутренних органах, кроме головного мозга Углеводный обмен регулирует поджелудочная железа, вырабатывающая гормон инсулин, он уменьшает количество сахара в крови. К гормонам, увеличивающим количество глюкозы в плазме крови, относятся адреналин, глюкагон.. Нормальная концентрация глюкозы в крови — 4,2 —6,4 ммоль/л. Понижение уровня глюкозы ниже 4,2 ммоль/л называется гипогликемией. Повышение выше нормы — гипергликемией. Суточное количество углеводов 400-500г.

Функции углеводов:

1. энергетическая функция - при распаде 1 г глюкозы выделяется 4,1 ккал энергии.

2.пластическая функция- излишнее количество углеводов превращается в жиры, жирные кислоты

Конечные продукты выводятся через почки вода и легкие (С02).При недостатке глюкозы в крови возникает обморок. Больше других органов в глюкозе нуждается головной мозг.

Обмен жиров.

Жиры плохо растворяются в воде. После обработки пищи в ротовой полости и желудке химус содержит их в виде крупных скоплений, капель. Желчные кислоты, содержащиеся в желчи, эмульгируют жиры, образуют из них мелкие капли и на нейтральные жиры начинают действовать липазы кишечного и панкреатического соков, а на сложные жиры фосфолипиды - фосфолапаза. Жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерин., которые всасываются в лимфу ворсинок тонкого кишечника . С током лимфы липиды попадают в кровь ко всем клеткам и тканям. Больше всего липидов в жировой ткани (до 90%) подкожной жировой клетчатке -гиподерме . В сутки необходимо около 100 г жиров. Соотношение белков: жиров: углеводов - 1:1:4.

Употребление большого количества жиров приводит к ожирению, образованию бляшек в сосудах и развитию атеросклероза, нарушению кровотока, образованию камней в желчных путях. Жиры могут синтезироваться из белков и углеводов.

Функции липидов:

1) пластическая - входят в структуры клеток ( мембраны);

2) энергетическая -при их распаде 1 г жира образуется 9,3 ккал

3) гормональная- половые гормоны стероидного происхождения, жироподобные вещества

4) в организм поступают жирорастворимые витамины (A, D, Е, К);

5)терморегуляторная -жиры подкожной жировой клетчатки участвуют в поддержании температурного гомеостаза организма.

6)источник воды-при окислении 100г жира образуется 118 мл. воды.

Витамины делятся на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые витамины поступают в организм с жирами пищи, без которых невозможно их всасывание. Обозначаются витамины латинскими буквами и имеют название. Жирорастворимые витамины A, D, Е, К. Водорастворимые витамины группы В, С.

таблица 14 Витамины

расстройства,заболе-

жирорастворимые витамины

на рост,выработку родопсина

куриная слепота, ксерофтальмия

ультрафиолетовое излучение,яйца,масло,молоко,рыбий жир

злаки, масло, зеленые овощи, шпинат

противостерильный, от бесплодия,на половую систему

крапива,образуется в толстом кишечнике,шпинат, капуста

водорастворимые витамины

антицинготный,повышает сопротивляемость к инфекциям, простуде,на построение коллагена

укрепляет стенку капилляров

синтезируется в кишечнике,мясо,печень,яйца,дрожжи

пеллагра(три Д) дерматит,диарея,деменция. анемия

влияет на нервную систему

синтезируется в кишечнике

синтезируется в желудке,содержится в печени,мясе,яйцах

антианемический,влияет на кроветвореие

синтезируется в толстом кишечнике

В продуктах питания часто находятся провитамины, которые в организме превращаются в активные витамины, например, каротин моркови в ретинол.

Распад и окисление органических веществ в клетках

Для жизнедеятельности организма постоянно требуется энергия. Она образуется при распаде органических соединений — в основном углеводов и жиров, в меньшей степени — белков. Белки нужны организму человека для обеспечения анаболических процессов. Энергия выделяется при разрушении химических связей.

Для окислительных процессов в организме необходим кислород . Дефицит кислорода наблюдается в клетках при чрезмерной физической нагрузки. . При окислении веществ образуется молочная кислота. При значительном накоплении молочной кислоты возникают болезненные ощущения, связанные с закислением внутренней среды организма.

1.Теплопроведение— это отдача тепла через непосредственное соприкосновение тела человека с другими физическими телами (например, одеждой, водой). (15 %)

2.Излучение—это отдача тепла в окружающую среду поверхностью тела посредством инфракрасных волн.( воздух аудиторий нагревается) ( 66%)

Конвекция— способ отдачи тепла при контакте тела с движущимися потоками воздуха.

3. Теплоиспарение - это отдача тепла испарением пота с поверхности тела при физической работе или влаги с поверхности слизистых оболочек (19%.). Количество жидкости за 1 час может выделится при физической работе до 2 литров. 1 мл пота выделяет 0,58 ккал тепла.

Основную роль в теплоотдаче играет кожа. При высокой температуре воздуха кровеносные сосуды расширяются , усиливается потоотделение . При пониженной температуре воздуха сосуды суживаются и тепло сохраняется в организме.
На отдачу тепла имеют значение влажность воздуха, движение ветра, одежда, температура воздуха, физическая работа.

Регуляция обмена веществ

Регуляция теплообмена происходит нейрогуморальным путем.
Центр терморегуляции находится в гипоталамусе (промежуточном мозге, к нему поступают импульсы от терморецепторов, которые воспринимают изменение температуры различных участков тела человека даже на 0,01 градуса. Этот отдел головного мозга включает в себя важные центры обмена веществ: голода и насыщения, жажды, терморегуляции через вегетативную нервную систему. Эндокринная система оказывает решающее влияние на регуляцию обмена веществ и энергии. Гормоны действуют на биохимические превращения непосредственно в клетке, вызывая изменения в функциях всего организма. Соматотропный гормон гипофиза оказывает анаболическое действие, ускоряя синтез пластических веществ, ускоряет рост. Гормоны мозгового вещества надпочечников усиливают окислительные процессы, энергообразование. Тироксин и трийодтиронин (гормоны щитовидной железы) стимулируют синтез белка из аминокислот и разрушение жиров и углеводов .

Роль обмена веществ в обеспечении пластических и энергетических потребностей организма. Характеристика, сущность и регуляция обмена веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма. Вещества, необходимые организму человека.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 30.03.2015
Размер файла 24,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра техносферной безопасности

По дисциплине: физиология человека

Исламов В. В., студ. гр. БЖ-11

Ромейко В. Л., доцент, к.м.н.

Новосибирск - 2014 г.

Оглавление

Подобные документы

Роль обмена веществ в обеспечении пластических и энергетических потребностей организма. Особенности теплопродукции и теплоотдачи. Обмен веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма. Температура тела человека и ее регуляция.

реферат [22,5 K], добавлен 09.09.2009

Понятие обмена веществ, анаболизма и катаболизма. Виды обменных процессов в теле человека. Потребность организма в витаминах и пищевых волокнах. Обмен энергии в состоянии покоя и при условии мышечной работы. Регуляция обменных процессов веществ и энергии.

презентация [18,7 K], добавлен 05.03.2015

Изучение проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе. Обмен углеводов как совокупность процессов их превращения в организме, его фазы. Источник образования и поступления витаминов. Регуляция обмена веществ.

курсовая работа [415,4 K], добавлен 01.02.2014

Обмен веществ и энергии как основная функция организма, его основные фазы и протекающие процессы - ассимиляции и диссимиляции. Роль белков в организме, механизм их обмена. Обмен воды, витаминов, жиров, углеводов. Регуляция теплообразования и теплоотдачи.

реферат [27,2 K], добавлен 08.08.2009

Сущность метаболизма организма человека. Постоянный обмен веществ между организмом и внешней средой. Аэробное и анаэробное расщепление продуктов. Величина основного обмена. Источник тепла в организме. Нервный механизм терморегуляции организма человека.

лекция [22,3 K], добавлен 28.04.2013

Превращения веществ и энергии, происходящие в живых организмах и лежащие в основе их жизнедеятельности. Назначение обмена веществ и энергии, взаимосвязь анаболических и катаболических процессов. Энергетическая ценность углеводов и жиров в организме.

реферат [21,9 K], добавлен 28.05.2010

Обмен сложных белков. Переваривание, всасывание и промежуточный обмен липидов. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Регуляция обмена углеводов. Теплообмен и регуляция температуры тела. Регуляция липидного обмена. Роль печени в обмене веществ.

Потребность организма в энергии характеризуется таким уровнем ее потребления с пищей, при котором на фоне неизменной массы тела, физической активности и соответствующих скоростях роста и обновления организма достигается энергетический баланс поступле­ния и расхода энергии.

Живые организмы получают энергию в виде потенциальной энергии питательных веществ. Эта энергия аккуму­лирована в химических связях молекул жиров, белков и углеводов, которые в процессе катаболизма преобразуются в конечные продук­ты обмена с более низким содержанием энергии. Высвобождающая­ся в процессе биологического окисления энергия используется, прежде всего, для синтеза АТФ, которая как универсальный источ­ник энергии, необходима в организме для последующего осущест­вления механической работы, химического синтеза и обновления структур, транспорта веществ, осмотической и электрической рабо­ты. (см.рис.10.2). Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстрата зависит от его вида и от величины коэффи­циента фосфорилирования. Этот коэффициент, обозначаемый как Р/О, равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода, потребленный при окислении восстановлен­ных органических соединений в процессе дыхания. При переносе каждой пары электронов по дыхательной цепи от НАД • Н до О2 величина Р/О = 2. Для субстратов, окисляемых ФАД • Н2 — зави­симыми ферментами Р/О = 1,3. Эти соотношения Р/О отражают энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохондриях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохондрий к местам потребления.

Схематическое представление взаимосвязи обмена веществ и энергии в организме

Рис.10.2. Схематическое представление взаимосвязи обмена веществ и энергии в организме

Таким образом, одна часть аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологичес­кого окисления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту.

Первичная теплота

Первичная теплота. Теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, по­лучила название первичной .

Какая часть энергии будет использована на синтез АТФ и будет вновь аккумулирована в ее химических макроэргических связях зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования. Разобщение дыхания и фосфорилирования под действием гор­монов щитовидной железы, ненасыщенных жирных кислот, липопротеидов низкой плотности, динитрофенола ведет к уменьшению коэффициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей, чем в условиях нормального сопряжения дыхания и фосфорилиро­вания части энергии химических связей окисляемого вещества. При этом снижается коэффициент полезного действия синтеза АТФ, количество синтезированных молекул АТФ уменьшается.

Наиболее ярким примером преимущественного превращения энер­гии химических связей окисляемого жира в первичную теплоту, а не на синтез АТФ и получения быстрого калоригенного эффекта яв­ляется разобщающее действие полипетида молекулярной массой 32000 в бурой жировой ткани.

В нормальных условиях при полном окислении 1 г смеси угле­водов пищи выделяется 4 ккал тепла. В процессе окисления в организме 1 г углеводов синтезируется 0,13 моля АТФ. Если счи­тать, что энергия пирофосфатной связи в АТФ равна 7 ккал/моль, то при окислении 1 г углеводов лишь 0,91 (0.13 х 7) ккал энергии будет запасено в организме в синтезированной АТФ. Остальные 3,09 ккал будут рассеяны в виде тепла (первичная теплота). Отсюда можно рассчитать коэффициент полезного действия синтеза АТФ и аккумулирования в ней энергии химических связей глюкозы.

Из приведенного расчета видно, что только 22,7% энергии хими­ческих связей глюкозы в процессе ее биологического окисления используется на синтез АТФ и вновь запасается в виде химической макроэргической связи, 77,3% энергии химических связей глюкозы превращается в первичную теплоту и рассеивается в тканях.

Процессы использования энергии в тепло можно представить на схеме (рис. 10.2). Из нее видно, что аккумулированная в АТФ энер­гия в последующем используется для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту.

Вторичная теплота

Вторичная теплота. Теплота, выделяющаяся при использовании АТФ как универсальный источ­ник энергии для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы

В названиях первичная и вторичная теплота отражено представ­ление о двухступенчатости полного превращения всей энергии хи­мических связей питательных веществ в тепло (первая ступень — образование первичной теплоты в процессе биологического окисле­ния, вторая ступень — образование вторичной теплоты в процессе затраты энергии макроэргов на производство различных видов ра­боты). Таким образом, если измерить все количество тепла, обра­зовавшегося в организме за час или сутки, то это тепло станет мерой суммарной энергии химических связей питательных веществ, подвергшихся за время измерения биологическому окислению. По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о ве­личине энергетических затрат, произведенных на осуществление процессов жизнедеятельности.

Основным источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является биологическое окисление пи­тательных веществ.

На это окисление расходуется кислород. Следо­вательно, измерив количество потребленного организмом кислорода за минуту, час, сутки, можно судить о величине энергозатрат ор­ганизма за время измерения.

Между количеством потребленного за единицу времени организ­мом кислорода и количеством образовавшегося в нем за это же время тепла существует связь, выражающаяся через калорический эквивалент кислорода (КЭО2) .

Калорический эквивалент кислорода(КЭО2) — это количество теп­ла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода.

Оценки энергетических затрат. Прямая и Непрямая калориметрия

Существует два способа оценки энергетических затрат организма: прямая и непрямая калориметрия

4.1. Прямая калориметрия

Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, непосред­ственно рассеянного организмом в теплоизолированной камере.

При прямой калориметрии достигается высокая точность оценки энерго­затрат организма, однако, ввиду громоздкости и сложности способ используется только для специальных целей.

4.2. Непрямая калориметрия

Непрямая калориметрия — основана на измерении количества потребленного организмом кислорода и последующем расчете энер­гозатрат с использованием данных о величинах дыхательного коэф­фициента (ДК) и КЭО2.

Под дыхательным коэффициентом понима­ют отношение объема выделенного углекислого газа к объему по­глощенного кислорода.

Сущность непрямой калориметрии видна на примере окисления глюкозы. Известно, что этот процесс описывается следующими пре­вращениями: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 675ккал

При окислении 1 г глюкозы количество выделяющейся энергии составляет 675:180 (масса 1 моля глюкозы ) = 3,75ккал. На окис­ление 1 моля глюкозы затрачивается 6 молей О2 или 134,4(6×22,4)л. Калорический эквивалент 1л О2, использованного на окисление глю­козы, равен 675ккал:134,4л = 5,02ккал/л. Так как смесь углеводов пищевых продуктов имеет несколько более высокую, чем чистая глюкоза, энергетическую ценность, то при окислении их в организ­ме КЭО2 = 5,05ккал/л. Из приведенного уравнения реакции окис­ления глюкозы видно, что объем выделенного в процессе окисления углекислого газа равен объему затраченного кислорода. Следова­тельно, при окислении глюкозы

В случае окисления жиров, в которых на 1 атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах и белках, величина ДК имеет значение 0,7.

При окислении белковой, а также смешанной пищи величина ДК принимает промежуточное значение между 1,0 и 0,7. Поскольку в организме все питательные вещества одновременно подвергаются окислению, то определив величину ДК, можно условно судить о преимущественном окислении в организме того или иного вида питательных веществ. Так как для каждого питательного вещества характерна своя энергетическая ценность, то по величине дыхательного коэффициента можно рассчитать значение калорического эквивалента кислорода. Величины этих значений представлены в табл. 10.3.

О2 СО2 ДК КЭО2
ккал/г л/г л/г ккал/л
Углеводы 4,0 0,81 0,81 1,0 5,05
Белки 4,0 0,94 0,75 0,8 4,46
Жиры 9,0 1,96 1,39 0,7 4,69

В условиях интенсивной физической нагрузки и при состояниях, когда в организме имеет место накопление углекислоты, ДК может принимать значение > 1,0. В этих случаях по нему нельзя судить о природе окисляемых веществ.

Постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой является необходимым условием его существования и отражает их единство. Сущность этого обмена заключается в том, что поступающие в организм питательные вещества после пищеварительных превращений используются как пластический материал. Энергия, образующаяся при этих превращениях восполняет энергозатраты организма.

Синтез сложных специфичных веществ организма из простых соединений, всасывающихся в кровь из пищеварительного канала, называется ассимиляцией или анаболизмом. Распад веществ организма до конечных продуктов, сопровождающийся выделением энергии называется диссимиляцией или катаболизмом. Два этих процесса неразрывно связаны. Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТФ и НАДФ. С их помощью энергия образующаяся в результате диссимиляции передается для процессов ассимиляции.

Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органелл. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков организма. Из 20 аминокислот, образующих белки 10 являются незаменимыми. Т.е. не могут образовываться в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин.

Состояние белкового обмена оценивается по азотистому балансу . Это соотношение количества азота поступающего с белками пищи и выделенного из организма с азотсодержащими продуктами обмена. В белке содержится около 16 г азота. Следовательно выделение 1 г азота свидетельствует о распаде в организме 6,25 г белка. Если количество выделяемого азота равно количеству поглощенного организмом имеет место азотистое равновесие . Если поступившего азота больше, чем выделенного, это называется положительным азотистым балансом . В организме происходит задержка или ретенция азота. Положительный азотистый баланс наблюдается при росте организма, при выздоровлении после тяжелых заболевания, сопровождавшихся похуданием и после длительного голодания. Когда количество азота, выделенного организмом больше, чем поступившего, имеет место отрицательный азотистый баланс . Его возникновение объясняется распадом собственных белков организма. Он возникает при голодании, отсутствии в пище незаменимых аминокислот, нарушениях переваривания и всасывания белка, тяжелых заболеваниях. Количество белка которое полностью обеспечивает потребности организма называется белковым оптимумом . Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса - белковым минимумом . ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.

Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды и стерины. Они также имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и органелл. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Кроме того, они являются аккумулятором энергии в организме потому что откладываются в жировых депо и используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Покрывая внутренние органы жировая ткань выполняет и пластическую функцию. Например околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды являются источниками воды, потому что при окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов. Содержащийся в его жировых клетках полипептид тормозит ресинтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты - линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они не образуются в организме. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль, т.к. служат основным источником энергии для клеток. Потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Углеводы аккумулируются в виде гликогена в печени и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение. Глюкоза необходима для образования нуклеотидов и синтеза некоторых аминокислот.

Методы измерения энергетического баланса организма

Соотношение между количеством энергии, поступившей в организм с пищей, и энергии, выделенной организмом во внешнюю среду называется энергетическим балансом организма. Существует 2 метода определения выделяемой организмом энергии.

  1. Прямая калориметрия . Принцип прямой калориметрии основан на том, что все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую. Поэтому при прямой калориметрии определяют количество тепла выделяемого организмом в окружающую среду за единицу времени. Для этого используют специальные камеры с хорошей теплоизоляцией и системой теплообменных труб, в которых циркулирует и нагревается вода.
  2. Непрямая калориметрия . Она заключается в определении соотношения выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода за единицу времени. Т.е. полном газовом анализе. Это соотношение называется дыхательным коэффициентом (ДК).

Величина дыхательного коэффициента определяется тем, какое вещество окисляется в клетках организма. Например в молекуле углеводов атомов кислорода много, Поэтому на их окисление кислорода идет меньше и их дыхательный коэффициент равен 1. В молекуле липидов кислорода значительно меньше, поэтому дыхательный коэффициент при их окислении 0,7. Дыхательный коэффициент белков 0,8. При смешанном питании его величина 0,85-0,9. Дыхательный коэффициент становится больше 1 при тяжелой физической работе, ацидозе, гипервентиляции и преобразовании в организме углеводов в жиры. Меньше 0,7 он бывает при переходе жиров в углеводы. Исходя из дыхательного коэффициента рассчитывается калорический эквивалент кислорода, т.е. количество энергии выделяемой организмом при потреблении 1 л кислорода. Его величина также зависит от характера окисляемых веществ. Для углеводов он составляет 5 ккал, белков 4,5 ккал, жиров 4,7 ккал. Непрямая калориметрия в клинике производится с помощью аппаратов "Метатест-2", "Спиролит".

Величина поступившей в организм энергии определяется количеством и энергетической ценностью пищевых веществ. Их энергетическую ценность определяют путем сжигания в бомбе Бертло в атмосфере чистого кислорода. Таким путем получают физический калорический коэффициент. Для белков он равен 5,8 ккал/г, углеводов 4,1 ккал/г, жиров 9,3 ккал/г. Для расчетов используют физиологический калорический коэффициент. Для углеводов и жиров он соответствует физическому, а для белков составляет 4,1 ккал/г. Его меньшая величина для белков объясняется тем, что в организме они расщепляются не до углекислого газа и воды, а да азотсодержащих продуктов.

Основной обмен

Количество энергии, которое затрачивается организмом на выполнение жизненно важных функций называется основным обменом. Это затраты энергии на поддержание постоянства температуры тела, работу внутренних органов, нервной системы, желез. Основной обмен измеряется методами прямой и непрямой калориметрии при базисных условиях, т.е. лежа с расслабленными мышцами, при температуре комфорта, натощак. Согласно закону поверхности, сформулированному в 19 веке Рубнером и Рише, величина основного прямопропорциональна площади поверхности тела. Это связано с тем, что наибольшее количество энергии тратится на поддержание постоянства температуры тела. Помимо этого на величину основного обмена влияют пол, возраст, условия окружающей среды, характер питания, состояние желез внутренней секреции, нервной системы. У мужчин основной обмен на 10% больше, чем у женщин. У детей его величина относительно веса тела больше, чем в зрелом возрасте, а у пожилых наоборот меньше. В холодном климате или зимой он возрастает, летом снижается. При гипертиреозе он значительно увеличивается, а гипотиреозе снижается. В среднем величина основного обмена у мужчин 1700 ккал/сут., а у женщин 1550.

Общий обмен энергии

Общий обмен энергии это сумма основного обмена, рабочей прибавки и энергии специфически-динамического действия пищи. Рабочая прибавка это энергетические затраты на физическую и умственную работу. По характеру производственной деятельности и энергозатратам выделяют следующие группы работающих:

  1. Лица умственного труда (преподаватели, студенты, врачи и т.д.). Их энергозатраты 2200-3300 ккал/сут.
  2. Работники занятые механизированным трудом (сборщики на конвейере). 2350-3500 ккал/сут.
  3. Лица занятые частично механизированным трудом (шофера). 2500-3700 ккал/сут.
  4. Занятые тяжелым немеханизированным трудом (грузчики). 2900-4200 ккал/сут. Специфически-динамическое действие пищи это энергозатраты на усвоение питательных веществ. Наиболее выражено это действие у белков, меньше у жиров и углеводов. В частности белки повышают энергетический обмен на 30%, а жиры и углеводы на 15%.

Физиологические основы питания. Режимы питания

В зависимости от возраста, пола, профессии потребление белков, жиров и углеводов должно составлять: у мужчин I-IV групп Б: 96-108 г, Ж: 90-120 г, У: 382-552 г; у женщин I-IV групп Б: 82-92 г, Ж: 77-102 г, У: 303-444 г.

В прошлом веке Рубнер сформулировал закон изодинамии, согласно которому пищевые вещества могут взаимозаменяться по своей энергетической ценности. Однако он имеет относительное значение, так как белки, выполняющие пластическую роль, не могут синтезироваться из других веществ. Это же касается незаменимых жирных кислот. Поэтому требуется питание сбалансированное по всем питательным веществам. Кроме того необходимо учитывать усвояемость пищи. Это соотношение всосавшихся и выделившихся с калом питательных веществ. Наиболее легко усваиваются животные продукты. Поэтому животный белок должен составлять не менее 50% суточного белкового рациона, а жиры не более 70% жирового.

Под режимом питания подразумевается кратность приема пищи и распределение ее калорийности на каждый прием. При трехразовом питании на завтрак должно приходится 30% калорийности суточного рациона, обед 50%, ужин 20%. При более физиологичном четырехразовом, на завтрак 30%, обед 40%, полдник 10%, ужин 20%. Интервал между завтраком и обедом не более 5 часов, а ужин должен быть не менее чем за 3 часа до сна. Часы приема пищи должны быть постоянными.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме в среднем 73%. Водный баланс организма поддерживается путем равенства потребляемой и выделяемой воды. Суточная потребность в воде составляет 20-40 мл/кг веса. С жидкостями поступает около 1200 мл воды, пищей 900 мл и 300 мл образуется в процессе окисления питательных веществ. Минимальная потребность в воде составляет 1700 мл. При недостатке воды наступает дегидратация и если ее количество в организме снижается на 20% наступает смерть. Избыток воды сопровождается водной интоксикацией с возбуждением ЦНС и судорогами.

Натрий, калий, кальций, хлор необходимы для нормального функционирования всех клеток, в частности обеспечения механизмов формирования мембранного потенциала и потенциалов действия. Суточная потребность в натрии и калии 2-3 г, кальции 0,8 г, хлоре 3-5 г. Большое количество кальция находится в костях. Кроме того он нужен для свертывания крови, регуляции клеточного метаболизма. Основная масса фосфора также сосредоточена в костях. Одновременно входит а состав фосфолипидов мембран, участвует в процессах метаболизма. Суточная потребность в нем 0,8 г. Большая часть железа содержится в гемоглобине и миоглобине. Оно обеспечивает связывание кислорода. Фтор входит в состав эмали зубов. Сера в состав белков и витаминов. Цинк является компонентом ряда ферментов. Кобальт и медь необходимы для эритропоэза. Потребность во всех этих микроэлементах от десятков до сотен мг в сутки.

Регуляция обмена веществ и энергии

Высшие нервные центры регуляции энергетического обмена и обмена веществ находятся в гипоталамусе. Они влияют на эти процессы через вегетативную нервную систему и гипоталамо-гипофизарную систему. Симпатический отдел ВНС стимулирует процессы диссимиляции, парасимпатический ассимиляцию. В нем же находятся центры регуляции водно-солевого обмена. Но главная роль в регуляции этих базисных процессов принадлежит железам внутренней секреции. В частности инсулин и глюкагон регулируют углеводный и жировой обмены. Причем инсулин тормозит выход жира из депо. Глюкокортикоиды надпочечников стимулируют распад белков. Соматотропин наоборот усиливает синтез белка. Минералокортикоиды натрий-калиевый. Основная роль в регуляции энергетического обмена принадлежит тиреоидным гормонам. Они резко усиливают его. Они же главные регуляторы белкового обмена. Значительно повышает энергетический обмен и адреналин. Большое его количество выделяется при голодании.

Читайте также: