Использование жиров в качестве основного источника энергии в период восстановления реферат
Обновлено: 02.07.2024
Управление Роспотребнадзора по Республике Марий Эл
Жиры как источник энергии - Качество и безопасность пищевых продуктов
Качество и безопасность пищевых продуктов
Жиры как источник энергии
Жиры являются весьма важной составной частью пищевого рациона. Они вторые по значимости после углеводов источники энергии, поступающей с пищей. Жиры даже в небольшом количестве способны придать содержащему их продукту высокую энергетическую ценность.
С пищевым жиром организм получает жирорастворимые витамины А, D, Е, К, незаменимые жирные кислоты, холестерин. Большое значение имеют и кулинарные свойства жира: жиры улучшают вкус пищи и вызывают чувство сытости. Пищевые жиры делятся на два существенно отличающихся по своим свойствам и значению вида: жиры животного происхождения (сливочное масло, говяжий, свиной, бараний жир и др.) и растительного происхождения (подсолнечное, кукурузное, оливковое, соевое и другие масла). Молочные жиры являются источником витаминов А, D, а растительные масла - витамина Е. Поэтому сочетание разнообразных жиров в рационе способно обеспечить организм всеми необходимыми жировыми компонентами.
Насыщенные жирные кислоты преимущественно содержатся в таких продуктах, как сало, сливочное масло, молоко, мясо, кокосовое масло. Чем больше насыщенных жирных кислот входит в состав жира, тем выше температура его плавления, тем дольше он переваривается и меньше усваивается. Поэтому более тугоплавкие жиры (бараний, говяжий, свиной) перевариваются труднее и усваиваются хуже, чем другие виды жиров в связи, с чем при заболеваниях органов пищеварения они исключаются из рациона питания.
Полиненасыщенные жирные кислоты являются незаменимыми факторами питания, так как они не синтезируются в организме и поступают только с пищей, преимущественно с растительными маслами, в меньшей степени - с бобовыми, орехами, морской рыбой. Их физиологическая роль включает ряд важнейших процессов: они являются активной частью клеточных мембран, регулируют обмен веществ, в частности, холестерина, фосфолипидов, ряда витаминов. От содержания полиненасыщенных жирных кислот в пище зависит рост клеток, состояние кожных покровов, жировой обмен в печени и многие другие процессы в организме.
Избыточное потребление жиров, богатых насыщенными жирными кислотами, оказывает отрицательное влияние на здоровье человека, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, избыточной массы тела, ожирению и других болезней.
Как можно оздоровить свое питание полезными жирами:
готовьте на пару или варите вместо жарки и приготовления во фритюре;
заменяйте сливочное масло и сало растительными маслами, богатыми полиненасыщенными жирами, такими, как подсолнечное, оливковое кукурузное;
покупайте молочные продукты с пониженным содержанием жира;
покупайте постное мясо и обязательно обрезайте весь видимый жир перед тем, как начать готовить;
ограничьте потребление запеченной и жареной пищи;
откажитесь от употребления предварительно упакованных закусок и пищевых продуктов (например, торты, пончики, пирожные, пироги, печенье и вафли), они могут содержать трансжиры.
Правильный рацион позволит сбалансировать количество жиров в вашем меню. Это благоприятно скажется на состоянии тела и здоровья в целом.
Во время физической активности средней интенсивности, также как в состоянии покоя, более 50% энергии в скелетных мышцах получается окислением свободных жирных кислот. Во время продолжительной активности доля энергии, предоставляемой окислением жирных кислот, зависит от интенсивности занятий и физической подготовленности организма. При слабых или средних по интенсивности физических упражнениях доля энергии от метаболизма жирных кислот может слегка повышаться. Во время интенсивных физических занятий вклад окисления жирных кислот в общую продукцию энергии возрастает.
С повышением интенсивности физической активности от слабой к средней и высокой выбор источника энергии также сдвигается от жиров к углеводам. Путем повышения доступности свободных жирных кислот было показано, что понижающая регуляция углеводов при аэробных нагрузках средней и высокой интенсивности направлена в основном на гликоген-фосфорилазу, фермент, регулирующий распад гликогена в мышцах. Более того, активность пируватдегидрогеназы также подавлялась при нагрузках низкой и средней интенсивности. Поэтому не удивительно, что выносливые спортсмены могут получать большую долю энергии из жирных кислот.
Жирные кислоты, которые окисляются в скелетных мышцах, образуются из триглицеридов и жирных кислот крови, жировой ткани и триглицеридов, запасаемых в скелетной мышце. Физическая активность умеренной интенсивности приводит к повышенному расходу жирных кислот из жировой ткани. Жировая ткань содержит долговременный запас жира порядка 300000 кДж. Высвобождение жирных кислот регулируется рядом гормонов, например, эпинефрином, норэпинефрином и адренокортикотропином, содержание которых повышается при физической и умственной активности. Липопротеинлипаза, синтезируемая в мышечных волокнах и частично перемещенная в эндотелий, помогает в образовании свободных жирных кислот для мышц. Мышечная ткань может содержать триглицериды, энергетическая ценность которых превышает таковую гликогена.
Сарколемма скелетной мышцы содержит белки-переносчики жирных кислот. В волокнах белок, связывающий жирные кислоты, несет их к внутриклеточным местам утилизации. Интересно, что понижение pH, т. е. повышение метаболической активности в мышечных волокнах, способствует распаду жирных кислот.
Рис. 4. Потребление жиров у тренированных и нетренированных тучных молодых людей до и после 8 недель непродолжительных физических занятий, 4 дня в неделю (Коскело и Хённинен, неопубликованные данные). Источник: Hanninen, Atalay, 1998, p. 36
В основном окисление жирных кислот происходит через митохондриальное бета-окисление. Измененная форма бета-окисления для жирных кислот с очень длинной углеводной цепочкой происходит в пероксисомах. Мало известно о вкладе пероксисомального бета-окисления в общий метаболизм жирных кислот. Было показано, что в состоянии покоя в четырехглавой мышце бедра крысы его доля в использовании кислорода составляет около 15%. Из-за высокого содержания оксидазы в пероксисомах образуется значительная часть Н202 Превращение свободных жирных кислот в ацил-КоА происходит в основном на внешней митохондриальной мембране. Длинные цепи ацил-КоА (и неактивные жирные кислоты) не могут проникать через внутреннюю митохондриальную мембрану. Они перемещаются во внутреннее митохондриальное пространство, связавшись с карнитином. После пересечения внутренней митохондриальной мембраны ацилкарнитин превращается снова в ацил-КоА.
Бета-окисление в митохондриях происходит во внутреннем пространстве. При бета-окислении ацильная цепь уменьшается в результате расщепления между альфа- и бета-углеводами, образуя ацетил-КоА - свободную жирную кислоту на 2 углевода короче, чем в начале цикла, восстановленный флавопротеид и 1 НАД Н. Даже связанные свободные жирные кислоты полностью окисляются до ацетил-КоА. Свободные жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода окисляются до пропионил КоА. Пропионил-КоА превращается в сукцинил-КоА - единственный продукт расщепления жирных кислот, который может участвовать в гликолизе. Полное окисление пальмитата требует 2 АТФ для активации ацетил-КоА и дает в результате 35 АТФ при последующем образовании ацетил-КоА и 96 АТФ из 8 ацетил-КоА, которые вступают в цикл трикарбоновых кислот, давая на выходе 129 АТФ.
Неоднократно сообщалось о том, что продолжительность физической активности повышает объем митохондриального окисления жирных кислот в мышцах. Недавние исследования показали, что постоянная тренировка мышц может активировать пероксисомальное окисление жирных кислот, что позволяет предположить, что они могут активировать и пероксисомальное бета-окисление (рис. 4). Однако есть косвенные доказательства того, что при очень интенсивных упражнениях, в сравнении с состоянием покоя, относительная роль пероксисомального бета-окисления снижается.
Энергия жиров в организме человека является наиболее концентрированным источником, обеспечивая более чем в два раза больше потенциальной энергии, чем углеводы или белки (9 калорий на грамм по сравнению с 4 калориями на грамм углеводов) тела. Во время физических упражнений энергия жиров в организме (в форме триглицеридов в жировой ткани) разбивается на кислоты. Эти кислоты транспортируются через кровь к мышцам для топлива. Этот процесс происходит сравнительно медленно по сравнению с использованием углеводов для топлива. Энергия жиров в организме человека также хранится в мышечных волокнах, где может быть более доступна при необходимости использования.
Уровень жира в организме
Даже у худых уровень жира, хранящегося в мышечных волокнах и жировых клетках может сосредоточиться до 100 000 калорий — достаточно для более чем 100 часов физической работы.
Если по отношению к массе тела, то у женщины должно быть порядка 20% жира, мужчины 15%.
Энергия жиров является более эффективным топливом на единицу веса, чем различные виды углеводов. Углеводы должны храниться вместе с водой поэтому вес увеличится вдвое, если такое же количество нужно хранить, как и энергетическая ценность жира. Большинство из нас имеют достаточные запасы энергии жира (жировой ткани).
Организм преобразовывает и хранит лишние калории из любого источника энергии (жира, углеводов или белков). Чтобы эту энергию сохранить в виде топлива необходимо достаточно кислорода.
Органические вещества для энергии
Другое органическое вещество белок не поддерживает резервов для использования в качестве топлива. Скорее белок используется для создания, поддержания и восстановления тканей тела, а также, чтобы синтезировать важные ферменты и гормоны. При обычных обстоятельствах белок дает лишь 5 процентов энергетических потребностей организма. В некоторых ситуациях, например, когда мы едим слишком мало калорий ежедневно или не достаточно углеводов, когда запасы гликогена истощаются, скелетные мышцы используются в качестве топлива. Эта жертва необходима для доступа к некоторым аминокислотам (строительным блокам белков), которые могут быть преобразованы в глюкозу.
Мозг также нуждается в постоянном, стабильном запасе глюкозы для оптимального функционирования. Глюкоза хранится в организме в виде гликогена в печени и мышцах общей массой до 300 гр у взрослого человека.
Сжигание жиров - очень популярный и часто обсуждаемый вопрос среди спортсменов, ориентированных на развитие выносливости. Но действительно ли так необходимо использовать жир в качестве источника топлива - и если да, то как лучше всего это делать?
Научно доказано, что хорошо тренированные атлеты на выносливость обладают повышенным потенциалом окислять жирные кислоты. Это дает им возможность использовать жир в качестве топлива, когда их запасы углеводов истощаются. Напротив, люди с ожирением, резистентностью к инсулину и диабетом II типа могут иметь ухудшенную способность к окислению жиров, в результате чего жирные кислоты могут скапливаться в мышцах и в других тканях. Такое увеличение липидов и их метаболитов в мышцах может помешать инсулиновым сигнальным каскадам и вызывать резистентность к инсулину. Поэтому так важно изучить факторы, которые регулируют метаболизм жиров, а также способы увеличения их окисления у спортсменов и больных.
Сжигание жира во время физических упражнений
Чаще всего жиры хранятся в подкожной жировой ткани, но также существуют небольшие запасы в самой мышце (внутримышечные триглицериды). В начале выполнения упражнения нейронная (бета-адренергическая) стимуляция приводит к повышению липолиза (распад жиров в жирные кислоты и глицерин) в мышцах и жировой ткани. Уровень катехоламинов, таких как адреналин и норадреналин, также могут увеличиваться и способствовать стимуляции липолиза.
При этом происходит мобилизация жирных кислот, которые из жировой ткани должны транспортироваться через мембрану мышечного волокна в мышцу, и затем переноситься через митохондриальную мембрану для окисления. Триглицериды, хранящиеся в мышцах, подвергаются аналогичному процессу, и затем эти жирные кислоты также могут быть доставлены в митохондрии.
Окисление жиров регулируется на разных стадиях этого процесса. На липолиз влияет много факторов, но в основном он зависит от гормонов (стимулируется катехоламинами и ингибируется инсулином).
Транспорт жирных кислот также зависит от кровоснабжения жировой и мышечной тканей, а также их поглощения в мышце и в митохондрии. Препятствуя мобилизации жирных кислот или их транспорту, мы можем снизить метаболизм жиров. Однако есть ли способы, с помощью которых мы можем стимулировать эти шаги и способствовать жировому обмену?
Факторы, влияющие на окисление жиров
Интенсивность упражнений. Одним из наиболее важных факторов, определяющих скорость окисления жиров во время физических упражнений, является интенсивность. Хотя в нескольких научных работах была исследована взаимосвязь между интенсивностью упражнений и окислением жиров, только недавно эта связь изучалась в широком диапазоне интенсивностей (2). В абсолютном выражении углеводное окисление увеличивается пропорционально интенсивности упражнения, тогда как скорость окисления жиров сначала увеличивается, но затем снова уменьшается при более высоких уровнях физических нагрузок (см. Рисунок 1). Поэтому, несмотря на распространенное мнение о том, что вам нужно проводить тренировки только при низкой интенсивности, чтобы окислять жир, это не обязательно так.
Однако различия между людьми очень велики. У тренированного человека может быть максимальное окисление жиров как при 70% VO2max, так и при 45% VO2max, и единственный способ узнать это - выполнить один из тестов для определения интенсивности при максимальном сжигании жиров в лабораторных условиях. Тем не менее, в реальности точная интенсивность, на которую приходится пики окисления жиров, может быть и не такой уж важной, поскольку в пределах 5-10% этого значения (или 10-15 ударов в минуту) окисление жиров будет таким же высоким. И только тогда, когда разница будет превышать 20%, это процесс будет значительно снижаться (см. рисунок 1).
Питание. Другим важным фактором является диета. Рацион с высоким содержанием углеводов приводит к снижению скорости окисления жиров, а с низким - к ее увеличению. Прием углеводов за пару часов до тренировки повышает уровень инсулина и затем подавляет окисление жиров примерно на 35% (4). Такое явление может продолжаться до шести-восьми часов после приема пищи, а это означает, что максимальная скорость окисления жиров может быть достигнута после периода ночного сна.
Атлеты на выносливость часто проводят тренировки без завтрака, как способ увеличить способность мышц окислять жиры. Недавнее исследование, проведенное Университетом Левена (Бельгия), изучало влияние шестинедельной тренировочной программы на развитие выносливости. Тренировки продолжительностью 1-2 часа проводились три раза в неделю(5). Участники тренировались либо на голодный желудок, либо после загрузки углеводами.
При тренировках натощак, исследователи наблюдали уменьшение использование мышечного гликогена, в то время как активность различных белков, участвующих в метаболизме жиров, увеличивалась.
Однако окисление жиров во время физических упражнений было одинаковым в обеих группах. Тем не менее, существует вероятность того, что после тренировки на пустой желудок происходят небольшие, но существенные изменения в метаболизме жиров; но в этом исследовании изменения в окислении жиров могли быть скрыты тем фактом, что испытуемые получали углеводы в течение эксперимента. Следует также отметить, что тренировка после ночного голодания может снизить физические способности и поэтому может быть пригодна только для упражнений с низкой и средней интенсивностью. Эффективность таких тренировок для снижения веса также неизвестна.
Длительность физических упражнений. Научно доказано, что роль окисления жиров возрастает с увеличением продолжительности упражнения. Во время тренировок, где требуется очень высокая выносливость, окисление жиров может достигать пиков в 1 грамм/мин, хотя, как отмечалось ранее, это значение может снижаться при приеме углеводов до или во время нагрузки. С точки зрения потери веса, продолжительность физических упражнений может быть одним из ключевых факторов, так как это один из самых эффективных способов увеличить затраты энергии.
Вид упражнений. Форма упражнений также влияет на сжигание жиров. Было установлено, что окисление жира выше при одинаковом поглощении кислорода во время ходьбы и бега по сравнению с велоспортом (6). Причина этого неизвестна, но было высказано предположение, что это связано с большей выходной мощностью на мышечное волокно в велоспорте по сравнению с бегом.
Пол. Хотя в научной литературе встречаются исследования, которые не обнаружили гендерных различий в метаболизме, в настоящее время большинство их них указывает на более высокие показатели окисления жиров у женщин. В исследовании, при участии 150 мужчин и 150 женщин, которые занимались при различных уровнях интенсивности, было установлено, что женщины показали высокие значения окисления жиров во всем диапазоне интенсивностей. Также они достигали пика окисления жиров при чуть большем уровне интенсивности (7). Различия, однако, незначительны и не могут иметь никакого физиологического значения.
Упражнения для тренировки
Сегодня единственным доказанным способом увеличения окисления жира во время физических упражнений является регулярная физическая активность. Выполнение упражнений на выносливость активируют ферменты путей окисления жиров, увеличивают митохондриальную массу, приток крови и т. д., что позволяет повысить скорость сжигания жиров.
Исследования установили, что регулярное выполнение упражнений в течение всего четырех недель (три раза по 30-60 минут) может увеличить скорость окисления жиров и вызвать благоприятные ферментативные изменения (8). Однако имеется слишком мало информации, чтобы делать какие-либо выводы об оптимальной программе тренировок для достижения этих эффектов.
В следующем исследовании были изучены максимальные показатели окисления жиров у 300 участников, которые имели различный уровень физической подготовки: люди с ожирением, ведущие сидячий образ жизни и профессиональные велосипедисты (9) . VO2max варьировался от 20,9 до 82,4 мл / кг / мин.
Следует отметить, что хоть и имела место взаимосвязь между максимальным окислением жиров и показателем VO2max, для отдельного индивидуума физическая форма не может использоваться как фактор прогнозирования окисления жира.
Это означает, что есть некоторые полные люди, которые имеют показатели окисления жиров схожие с профессиональными спортсменами (см. Рисунок 2). Большие отличия между отдельными людьми могут быть вызваны такими факторами, как диета и пол, но все равно в значительной степени остаются необъяснимыми.
Программы тренировок для похудения
Сжигание жира часто связывают с потерей веса, уменьшением жировых отложений и увеличением сухой массы тела. Однако следует отметить, что такие изменения в массе и составе тела могут быть достигнуты только при отрицательном энергетическом балансе: вы должны потреблять меньше калорий, чем вы тратите, независимо от используемого вами топлива! Оптимальный тип нагрузки, ее интенсивность и продолжительность для максимальной потери веса все еще остаются неопределенными. На сегодня основные рекомендации направлены на увеличение расхода энергии и объемов упражнений. Поиск оптимальной интенсивности для сжигания жиров может ускорить снижение веса и его дальнейшее поддержание, но доказательства этого в настоящее время отсутствуют.
Следует учитывать, что количество жиров, которое сжигается во время физических упражнений, является достаточно небольшим. Скорость окисления жиров составляют в среднем 0,5 г / мин при оптимальной интенсивности упражнений. Поэтому, чтобы сжечь 1 кг жировой массы требуется более 33 часов физической активности! Ходьба или бег при 50-65% VO2max, по-видимому, является оптимальной интенсивностью для окисления жиров.
Продолжительность нагрузки имеет решающую роль, причем, чем дольше длительность упражнения, тем большее значение имеет окисление жиров. Как правило, основная цель физической активности заключается в увеличении затрат энергии и уменьшении жировых отложений (10).
Вывод.
Более высокий уровень окисления жиров во время выполнения упражнений обычно является показателем хорошей физической формы, тогда как низкая скорость сжигания может быть связана с ожирением и резистентностью к инсулину. В целом, пики окисления жиров соответствуют умеренной интенсивности 50-65% VO2max, и в зависимости от спортивной формы возрастают с увеличением продолжительности нагрузки, но могут подавляться приемом углеводов. На сегодня, единственным эффективным способом увеличения окисления жиров является выполнение физических упражнений, хотя до сих пор неясно, какой режим тренировки приносит максимальный результат. В заключение, необходимо отметить, что существуют очень большие межличностные различия в окислении жиров, которое отчасти объясняются факторами, приведенными выше. И хотя упомянутые факторы могут влиять на окисление жиров, они не могут служить способом прогноза для каждого отдельного человека.
2. ЛИПИДЫ. ЦЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ВИНОВНИКИ ОЖИРЕНИЯ
2.4. Обмен жиров
2.4.2. Катаболизм жиров
Использование организмом жира в качестве источника энергии начинается с его выхода из жировых депо в кровяное русло. Этот процесс называется мобилизацией жира. Мобилизация жира ускоряется под влиянием симпатической нервной системы и гормона адреналин.
Основные превращения жира происходят в печени, где имеются активные ферменты жирового обмена.
В печени жир прежде всего подвергается гидролизу и превращается, так же, как и в кишечнике, в глицерин и жирные кислоты.
Образовавшийся глицерин легко переходит в фосфоглпцерпновый альдегид, который является также промежуточным продуктом распада углеводов и поэтому вовлекается в углеводный обмен.
Затем ацилкофермент А с помощью еще одного переносчика - карнитина поступает в митохондрии, где происходит окисление жирной кислоты.
Окисление жирных кислот протекает в два этапа.
На первом этапе, называемом β - окислением (это название обусловлено тем, что окислению подвергается атом С жирной кислоты, находящийся в р. -положении углеродной цепи), от жирной кислоты, связанной с коферментом А, дважды отщепляются по два атома водорода, которые затем по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород. В итоге образуется вода, и за счет выделяющейся при этом энергии осуществляется синтез пяти молекул АТФ. Завершается р-окисление отщеплением от жирной кислоты двухуглеродного фрагмента в виде ацетилкофермента А (ацетил - КоА):
β - Окисление многократно повторяется до тех пор, пока жирная кислота полностью не превратится в ацетилкофермент А, количество молекул которого равно половине числа атомов углерода в исходной жирной кислоте. Как уже отмечалось, каждое отщепление одной молекулы ацетил - КоА сопровождается синтезом пяти молекул АТФ в ходе тканевого дыхания.
Вторым этапом окисления жирных кислот является цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), или цикл Кребса, в котором происходит дальнейшее окисление остатка уксусной кислоты из аце- тилкофермента А до углекислого газа и воды. При окислении одной молекулы ацетил - КоА в цикле Кребса выделяется 12 молекул АТФ.
В целом окисление жирных кислот до СО2 и Н2O дает большое количество энергии. Например, в случае окисления пальмитиновой кислоты (С15Н31СООН) цикл β -окисления протекает семь раз, в результате чего образуются 35 молекул АТФ и 8 молекул ацетилкофермента А. При дальнейшем окислении 8 молекул ацетил - КоА в цикле Кребса синтезируется еще 96 молекул АТФ. Вычтя из полученной суммы молекул АТФ одну молекулу, энергия которой была затрачена на активацию жирной кислоты, получаем окончательный результат: при окислении молекулы пальмитиновой кислоты образуется 130 молекул АТФ.
Окисление жира протекает в митохондриях при обязательном использовании молекулярного кислорода, что существенно ограничивает скорость этого процесса. Поэтому за счет окисления жиров можно обеспечить энергией только работу средней мощности, но зато очень продолжительную, так как запасы жира в организме весьма значительны.
При избыточном образовании ацетилкофермента А в печени вместо цикла Кребса происходит реакция конденсации двух молекул ацетил - КоА. В результате конденсации остатки уксусной кислоты, соединяясь попарно, превращаются в кетоновые тела, а кофермент А выделяется в свободном виде:
С током крови кетоновые тела поступают во все ткани.
Однако большая часть кетоновых тел извлекается из крови органами, имеющими высокие энергозатраты: миокардом, скелетными мышцами, почками.
В этих органах с участием их собственного кофермента А кетоновые тела вновь переходят в ацетилкофермент А:
Далее ацетилкофермент А окисляется в цикле Кребса и обеспечивает эти органы энергией, необходимой для их функционирования. Особенно велика роль кетоновых тел в обеспечении организма энергией при продолжительных физических нагрузках.
При накоплении кетоновых тел в крови возможно образование ацетона:
Это вещество в качестве источника энергии в организме не используется и выделяется легкими и почками.
Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
Читайте также: