Процесс обмена - основное свойство живого . В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно с этим - их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ - углекислого газа, воды, аммиака и др.

Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией, или анаболизмом. В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки, и накапливается запас энергии. Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки, а затем из организма.

Процесс распада органических веществ противоположен процессу ассимиляции и называется диссимиляцией, или катаболизмом. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освободившаяся при этом энергия идет на синтез ЛТФ (аденозинтрифосфорная кислота), необходимой для ассимиляции.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция - это две противоположные, но взаимосвязанные стороны единого процесса - обмена веществ. При нарушении ассимиляции и диссимиляции расстраивается весь обмен веществ.

В организме человека непрерывно протекают водный, солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Непрерывный распад и окисление органических соединений возможны лишь тогда, когда количество этих веществ в клетках постоянно пополняется. Однако потребность в питательных веществах неодинакова. Большая их часть используется организмом для образования энергии. В процессе жизнедеятельности организма энергетические запасы непрерывно уменьшаются, и их пополнение идет за счет пищи.

Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека.

Обмен белков

Белки - основной пластический материал, из которого построены клетки и ткани организма. Они бесконечно разнообразны, что обусловлено различными комбинациями образующих их 20 аминокислот.

Белки пищи расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот. В клетках из аминокислот синтезируются специфические для данной ткани белки. Так, в клетках мышц идет синтез белка миозина, в молочной железе - казеина и т. д. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступившие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества и образованием продуктов распада белка: воды, углекислого газа, аммиака, мочевины и др.

Все продукты диссимиляции белка выделяются из организма в составе мочи, пота и частично с выдыхаемым воздухом. В запас белки не откладываются. У взрослого человека их синтезируется столько, сколько необходимо для компенсации распавшихся белков.

При избытке белковой пищи она преобразуется в жиры и гликоген. Потребность в белках в сутки составляет 100–118 г. В детском организме синтез белков превышает их распад, что учитывается при составлении рациона питания.

Обмен углеводов

Углеводы поступают в организм с растительной и, в меньшей мере, с животной пищей, а также синтезируются в нем из продуктов расщепления аминокислот и жиров. Углеводы растительного происхождения в организме человека расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь и разносится по всему телу.

Содержание глюкозы в крови относительно постоянно и не превышает 0,08-0,12%. Если глюкоза поступает в кровь в большем количестве, то этот избыток в печени превращается в животный крахмал — гликоген, который накапливается, а затем при необходимости снова распадается до глюкозы. При расщеплении 1 г углеводов освобождается 17.6 кДж энергии. Ее потребление увеличивается с возрастанием нагрузки при физической работе. Часть энергии используется для механической работы и служит источником тепла, другая часть идет на синтез молекул АТФ. При избытке углеводов в организме они превращаются в жиры. Суточная потребность в углеводах составляет 450–500 г.

Обмен жиров

Жиры входят в состав растительной и животной пищи. Часть синтезированного в организме жира откладывается в запас, другая часть поступает в клетку, где вместе с жироподобными веществами (липоидами) служит пластическим материалом, из которого строятся мембраны клеток и органоидов. Жиры - важный источник энергии. При их окислении выделяется углекислый газ, вода и освобождается энергия. Расщепление 1 г жиров сопровождается выделением 38,9 кДж энергии. Жиры могут синтезироваться в организме человека из углеводов и белков. Суточная потребность в них для взрослого человека - 100 г.

Обмен белков, жиров и углеводов взаимосвязан . Отклонение от нормы обмена одного из веществ влечет за собой нарушение обмена других веществ. Например, при расстройстве обмена углеводов продукты их неполного распада нарушают обмен белков и жиров, расщепление которых тоже идет не до конца, с образованием ядовитых веществ, отравляющих организм. Избыток жира в организме откладывается в виде запасов под кожей в жировой клетчатке, в сальнике, покрывающем органы брюшной полости, и в некоторых других органах. Жировая ткань защищает организм от механических повреждений, служит теплоизолятором.

Водный и солевой обмен

Наряду с обменом органических веществ в организме человека осуществляется водный и солевой обмен. Эти вещества не являются источниками энергии и питательными веществами, но их значение для организма очень велико.

Вода входит в состав клеток, межклеточной и тканевой жидкости, плазмы и лимфы. Общее ее количество в организме человека составляет до 75%. В клетках вода химически связана с белками, углеводами и другими соединениями. Она растворяет органические и неорганические соединения. Всасывание питательных веществ в кишечнике, их поглощение клетками из тканевой жидкости и выведение из клеток конечных продуктов обмена может осуществляться только в растворенном состоянии и при участии воды.

Вода - непосредственный участник всех реакций гидролиза. Суточная потребность в воде взрослого человека составляет около 40 г на 1 кг массы его тела (2,5-3 л). Эта потребность зависит от условий и температуры среды. Поступает вода в организм при питье и в составе пищи. В тонком и толстом отделах кишечника вода всасывается в кровь, откуда она поступает в ткани, а из них вместе с продуктами распада проникает в кровь и лимфу. Из организма вода выводится в основном через почки, а также кожу, легкие (в виде пара) и с калом.

Обмен воды в организме тесно связан с обменом солей.

Минеральные вещества поступают в организм человека с пищей, откладываются в виде солей и входят в состав различных органических соединений. Так, железо включено в молекулу гемоглобина и участвует в транспортировке кислорода и углекислого газа, йод — в состав гормона щитовидной железы, сера и цинк содержатся в гормонах поджелудочной железы. Для кроветворения необходимы железо, кобальт, медь; соли фтора и кальция входят в состав костей; кальций и натрий создают определенную концентрацию ионов в клеточной мембране и по обе стороны от нее и т. д.

Общее количество минеральных веществ в теле человека составляет около 4.5%. Все эти элементы поступают в организм с пищей и водой. Железа много в яблоках, йода - в морской капусте, кальция - в молоке, сыре, брынзе, в яйцах и т. д.

Человек нуждается в постоянном поступлении натрия и хлора. Натрий создает определенную концентрацию ионов в плазме, тканевой жидкости, хлор (составная часть соляной кислоты) - компонент желудочного сока. Эти важнейшие компоненты организм получает с поваренной солью.

Витамины

Витамины (от лат. «вита» - жизнь) - биологически активные вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. Они способствуют нормальному протеканию всех жизненных процессов. Витамины были открыты русским врачом Н. И. Луниным (1853—1937). Витамины способствуют укреплению здоровья, увеличивают сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, повышают работоспособность.

При недостатке того или иного витамина - гиповитаминозе - или при отсутствии витаминов - авитаминозе - наступают глубокие нарушения в процессах обмена веществ, ведущие к тяжелым заболеваниям, вплоть до гибели организма. Организм человека не способен синтезировать витамины и должен ежедневно получать их с пищей, прежде всего с растительной.

Обозначаются витамины заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D, Е, К, РР, Н. Некоторые буквы, например В, охватывают целые группы: от В1 до В15.

Витамин А

Важнейший из витаминов - витамин А. Его называют витамином роста, он участвует в окислительно-восстановительных реакциях обмена. При нехватке витамина А в организме наблюдается сухость кожи, сухость роговицы глаз и ее помутнение. С недостатком витамина А связано нарушение сумеречного зрения («куриная слепота»). Наиболее богаты витамином А печень, сливочное масло, молоко, морковь, абрикосы и др.

Витамин С

Витамин С, или аскорбиновая кислота, синтезируется в растениях и накапливается в шиповнике, лимоне, черной смородине, зеленом луке, плодах клюквы и т. д. В настоящее время разработан промышленный синтез витамина С. При его недостатке развивается цинга. Особенно чувствуется нехватка витамина С к весне (у человека появляются сонливость, усталость, апатия).

Витамин D

Витамин D играет важную роль в обмене кальция, фосфора и в целом - в процессе образования костей. При отсутствии витамина D соли кальция и фосфора не откладываются н костях, а выводятся из организма и поэтому кости, особенно у детей, размягчаются. Под тяжестью тела ноги искривляются, на ребрах образуются утолщения - четки, задерживается развитие зубов. Наиболее богаты витамином D печень рыб, сливочное масло, икра, желток яиц. Растения содержат вещество, близкое к витамину D, - эргостерин, который под влиянием солнечных и ультрафиолетовых лучей переходит в витамин D.

Витамины группы В

Витамины группы В (В1 В2 В6 В12 и др.) регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот. При их недостатке нарушаются функции нервной системы (болезнь бери-бери), желудочно-кишечного тракта (поносы), кроветворных органов (малокровие) и др. Эти витамины содержатся в печени млекопитающих и некоторых рыб, в почках, петрушке и др.

Витамин РР

Витамин РР необходим для нормальной нервно-психической деятельности.

1. Общее понятие об обмене веществ и энергии.

2. Обмен белков.

3. Обмен жиров.

4. Обмен углеводов.

5. Водный и минеральный обмен.

6. Витамины.

7. Обмен энергии.

8. Терморегуляция.

Общее понятие об обмене веществ и энергии.

Обмен веществ - одно из основных свойств живых организмов. Суть его состоит в постоянном обмене веществ и энергии между организмом и внешней средой. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на относительно простые химические соединения, кото-рые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде и превращении различных компо-нентов пищи выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций.

Конечные продукты распада выводятся из организма. Совокупность всех химических превращений (процессов ассимиляции и диссимиляции) в живом организме, обеспечивающих его жизне-деятельность, называют обменом веществ, или метаболизмом. В пе-риод роста организма преобладает ассимиляция . Во взрослом орга-низме устанавливается относительное равновесие между ассимиляци-ей и диссимиляцией. В старческом возрасте ассимиляция отстает от диссимиляции.

Обмен белков.

Белки - это сложные высокомолекулярные соедине-ния, состоящие из аминокислот. Роль белков в организме чрезвычай-но велика, так как их функции многообразны. Белки входят в состав ядра, протоплазмы, мембран клеток всех органов и тканей, т.е. выпол-няют пластическую функцию. Белки входят в состав нуклеопротеидов, таким образом, участвуют в процессах воспроизводства живой материи. Белки костей, хрящей выполняют опорную функцию. Актин и миозин обеспечивают сокращение мышц. Белки обладают каталити-ческой активностью (ферменты). Защитные реакции организма связа-ны с белками, в частности, антитела, образующиеся при поступлении чужеродных веществ, являются протеинами. Белки выполняют и антитоксическую функцию, участвуют в свертывании крови, являются источником энергии.

Биологическая ценность белков пищи обусловлена наличием в них незаменимых аминокислот, их соотношением с заменимыми. Заме-нимые аминокислоты (глицин , аланин, цистеин и др.) могут синтезироваться в организме. Незаменимые аминокислоты (аргинин , лейцин, лизин , триптофан и др.) не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки яйца, молока, мяса. Бел-ки растительного происхождения биологически менее полноценны, т.к. в них либо мало некоторых незаменимых аминокислот, либо они отсутствуют.

Белки расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот и низкомолекулярных полипептидов, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают в печень, где подвергаются дезаминированию и переаминированию. Из части аминокислот в печени син-тезируются специфические белки альбумины, глобулины, фибриноген. Основная часть аминокислот поступает к тканям организма и ис-пользуется для синтеза тканевых белков. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются аммиак , мочевина, мочевая кислота, креатинин и другие вещества.

Об использовании белков в организме судят по азотистому ба-лансу. Его можно рассчитать по количеству азота, поступившего с пищей и выделенного с мочой, потом и. калом.

Суточная потребность в белках зависит от возраста, вида и усло-вий деятельности, от состояния организма. Для взрослых здоровых людей, выполняющих среднюю по тяжести работу, суточная потреб-ность в белке составляет 100-110 г.

Регуляция белкового обмена осуществляется нервной системой через железы внутренней секреции. На белковый обмен оказывают влияние соматотропный гормон передней доли гипофиза, гормон щи-товидной железы тироксин иглюкокортикоиды коркового вещества надпочечников.

Обмен жиров (липидов).

Под липидами понимают сложные орга-нические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, со-стоящие из глицерина и жирных кислот, и близкие к ним по фи-зико-химическим свойствам липоиды: лецитин, холестерин. В, состав липоидов, кроме жирных кислот, входят многоатомные спирты, фосфаты и азотистые соединения.

Жиры выполняют несколько функций:

1) окисляются, освобождая при этом энергию;

2) служат пластическим веществом для образова-ния тканевых структур;

3) превращаются в печени в гликоген, кото-рый затем используется как источник глюкозы;

4) откладываются в виде жировых отложений (жировых депо) и по мере надобности ис-пользуются организмом;

5) являются растворителями витаминов (А, D, Е, К) и способствуют их усвоению.

Жиры пищи под действием ферментов поджелудочного и кишечных соков (при участии желчи) расщепляются на глицерин и жирные ки-слоты. Из глицерина и жирных кислот в эпителиальных клетках вор-синок тонкого кишечника синтезируется жир, свойственный орга-низму человека. Эти жиры попадают в лимфу и далее разносятся кровью по всем органам и тканям.

Конечными продуктами распада жиров является вода и углекислый газ. Суточная потребность в жирах в среднем составляет 100 г.

В регуляции жирового обмена существенную роль играют централь-ная нервная система, а также железы внутренней секреции (половые и щитовидные железы, гипофиз, надпочечники).

Обмен углеводов.

Углеводы делятся на простые и сложные. С пищей поступают главным образом сложные углеводы: полисахари-ды - крахмал, гликоген и дисахариды - молочный, свекловичный, тро-стниковый и Другие сахара. При их расщеплении в пищеварительном тракте образуются простые моносахариды: глюкоза, фруктоза и га-лактоза, которые всасываются из кишечника в кровь.

В крови углеводы содержатся в виде глюкозы (3,3-5,5 ммоль/л); в печени и мышцах - в виде небольших запасов гликогена. При сни-жении концентрации глюкозы в крови ниже физиологической нормы происходит распад гликогена в печени. Таким образом, сущность углеводного обмена сводится к поддержанию оптимальной концентра-ции глюкозы в крови. Суточная потребность в углеводах у взрослого человека составляет 400-500 г.

В регуляции углеводного обмена принимают участие нервная система и железы внутренней секреции. Адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени.

Водный и минеральный обмен.

Вода составляет около 70% мас-сы тела. Она является непременной составной частью каждой клет-ки, имеется в межклеточной жидкости, составляет жидкую основу крови и лимфы. Суточная потребность в воде для взрослого организ-ма составляет 2,5-3 л. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000-1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл).

В нормальных условиях организм взрослого человека находится в состоянии равновесия относительно потребления воды и ее выделения, которое осуществляется почками - 1200-1500 мл, кожей - 800 мл, легкими в виде водяного пара - 500 мл, через кишечник с калом -100-150 мл. Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуж-дении питьевого центра в гипоталамусе.

Организм нуждается в поступлении не только воды, но и мине-ральных веществ. Минеральные вещества участвуют в построении ор-ганоидов клетки, входят в состав ферментов, гормонов, участвуют в мышечном сокращении, нервной проводимости и т.д.

В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г ка-лия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15-20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мы-шечной тканей, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов. В соединении с кальцием и магнием фосфор об-разует костный скелет. Железо необходимо в составе гемоглобина , миоглобина , а также ферментов, участвующих в окислительно-восста-новительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк - поджелудочной; фтор придаёт прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В, 2 ; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

Витамины.

Витамины - это сложные биоорганические соединения, необходимые для нормального протекания процессов обмена веществ. Впервые наличие таких веществ в пище было обнаружено русским врачом Н. И. Луниным в 1880 году.

Роль витаминов многообразна:

1) они ускоряют биохимические реак-ции в организме;

2) взаимодействуя с гормонами и ферментами, повы-шают их эффективность;

3) участвуют в образовании пищеваритель-ных ферментов.

При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает болезненное состояние - авитаминоз , при недостаточном по-ступлении витамина с пищей - гиповитаминоз.

Витамины делят на две группы: жирорастворимые (A, D, Е, К) и во-дорастворимые (В, В 2 , В 6 , В 12 , РР, Р, С и др.). (

Витамин А (ретинол). Биологическая роль ретинола многообразна: он необходим для роста костей, формирования клеток эпителия, участвует в процессах фоторецепции. При авитаминозе происходит нарушение процессов сумеречного зрения (куриная слепота), поврежде-ние роговицы глаз, сухость эпителия. Витамин А широко распростра-нен в продуктах животного происхождения (мясе, печени, рыбьем жире, молоке, яйцах). В растениях находится провитамин А - каротин, кото-рый в организме животных превращается в витамин А. Источники каротина - морковь, абрикосы, крапива. Суточная потребность в вита-мине А - 1,0-1,5 мг.

Витамин D (кальциферол). Регулирует обмен кальция и фосфора. При недостатке данного витамина в детском возрасте развивается ра-хит (нарушается процесс костеобразования). Приём больших доз вита-мина D ведёт к тяжёлому заболеванию, которое характеризуется отло-жением кальция в органах и тканях. Витамин D содержится в яич-ном желтке, рыбьем жире, печени, растительных маслах, образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей. Суточная потребность - 2,5 мкг.

Витамин Е (токоферол). Обладает противоокислительным действи-ем на внутриклеточные липиды. Играет важную роль в обеспечении функции размножения. При недостатке витамина Е развивается дис-трофия скелетных мышц, ослабляется половая функция. В большом ко-личестве витамин Е содержится в салате, петрушке, растительном мас-ле, кукурузе, овсяной муке. Суточная потребность - 14-15 мг.

Витамин К (филлохинон). Участвует в синтезе протромбина, способ-ствует нормальной свёртываемости крови. При К-авитаминозе понижа-ется свёртываемость крови, наблюдаются кровоизлияния. Источником витамина К являются зелёные листья шпината, салата, капусты. Много его в томатах, ягодах рябины. Суточная потребность в этом витамине равна 0,2-0,3 мг.

Витамин В (тиамин). Участвует в обмене жиров, белков и углево-дов, в проведении нервного импульса. При недостатке возникают рас-стройства двигательной активности, параличи, нарушения работы желу-дочно-кишечного тракта. Витамином Bi наиболее богаты зерновые и бобовые культуры, печень, куриный желток. Суточная потребность в витамине - 1,5-2 мг.

Витамин В(рибофлавин). Участвует в клеточном дыхании. При недостатке развивается помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки рта, слабость мышц. Витамин В 2 содержится в пивных дрож-жах, печени, яйцах, томатах, зерновых и бобовых культурах. Суточная потребность - 2-3 мг.

Витамин В 6 (пиридоксин). Участвует в обмене белков, синтезе фер-ментов, обеспечивающих обмен аминокислот. Влияет на кроветворение. При его недостатке наблюдаются потеря аппетита, тошнота, слабость, воспалительные поражения кожи и нервов. Витамин В 6 содержится в молоке, яйцах, овощах, мясе и рыбе, кроме того, он частично синтезиру-ется микрофлорой кишечника. Суточная потребность в нем составляет 1,5-3 мг.

Витамин В 12 (цианокобаламин). Оказывает влияние на функцию кроветворения. Для всасывания его из кишечника необходим гастромукопротеид (внутренний фактор Касла), который находится в желу-дочной слизи. Гиповитаминоз В приводит к развитию анемии. Содер-жится в печени, почках, мясе. Может синтезироваться и микрофлорой кишечника при условии поступления с пищей кобальта. Суточная по-требность - 2 мкг.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид). Участвует в кле-точном дыхании. Нехватка и отсутствие витамина РР в пище приводит к развитию заболевания с названием пеллагра, которое проявляется в поражении кожи, пищеварительной и нервной систем. Витамин РР содержится в мясе, рыбе, молоке, печени, чае, пшенице, рисе, ячмене. Суточная потребность в нем - 15 мг.

Витамин Р (рутин). Уменьшает проницаемость и ломкость капилля-ров. ПриР-авитаминозе возникают общая слабость, боли в ногах, крово-излияния. Наиболее богаты витамином Р лимоны, гречневая крупа, чер-ная смородина, плоды шиповника. Суточная потребность - около 50 мг.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Участвует в окислительно-восстановительных процессах. Увеличивает устойчивость к инфекциям. При недостатке аскорбиновой кислоты развивается цинга (поражение стенок кровеносных сосудов, развитие мелких кровоизлияний в коже, кровоточивость десен). Источником витамина С являются шиповник, лимоны, перец, зелёный лук, чёрная смородина, картофель, капуста и др. Суточная потребность в витамине С составляет 50-100 мг.

Обмен энергии.

Для жизнедеятельности организма необходима энер-гия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органиче-ских соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном, тепловую, механическую и частично в электрическую. Расщепление идет путем присоединения кислорода - окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал энергии, 1 г углеводов - 4,1 ккал, 1 г белка - 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окис-лении в организме 1 г вещества, называют теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для синтетических процессов восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в теп-ло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, скла-дывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек нахо-дится в состоянии полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой, натощак (через 14 часов после последнего приема пищи), при температуре комфорта (18-22° С), то расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом. В услови-ях основного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедея-тельности организма, работу внутренних органов (сердце, дыхатель-ный аппарат и др.), а также на поддержание температуры тела. Основ-ной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При ги-перфункции щитовидной железы он может повышаться до 150%. При недостаточности гипофиза основной обмен понижается - наступает гипофизарное ожирение.

Повышение энергетического обмена сверх основного обмена назы-вают рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются прием пищи, низкая или высокая (свыше 30° С) внешняя тем-пература и мышечная работа.

Терморегуляция.

В живом организме, благодаря непрерывному об-мену веществ, постоянно образуется тепло. Одновременно с поверх-ности тела происходит постоянная отдача тепла в окружающую среду. Следовательно, температура тела должна зависеть от соотношения двух процессов - теплообразования и теплоотдачи.

В организме тепло образуется главным образом в мышцах и печени. Образование тепла происходит за счет окисления углеводов и жиров.

Теплоотдача происходит несколькими путями:

1) проведением (пря-мой отдачей тепла от тела);

2) конвекцией (прямой передачей тепла перемещающимся частицам воздуха, воды);

3) излучением (в виде лучи-стой энергии инфракрасных лучей);

4) испарением влаги с кожных по-кровов.

Обмен веществ и энергии подразумевает комплекс непростых биохимических реакций, разобраться в которых обычному человеку бывает довольно сложно. Данная статья поможет понять, какие процессы происходят в организме с необходимыми соединениями, которые мы потребляем с едой и что влияет на наш метаболизм.

Энергообмен и метаболизм протекают по общей схеме:

• поступление веществ в организм, его преобразование и абсорбция;
• применение в организме;
• выведение или запасание излишков.

Все процессы метаболизма разделяются на 2 типа:

1. Ассимиляция (пластический обмен, анаболизм) – образование специфичных для организма соединений из поступивших в него веществ.
2. Диссимиляция – процессы разложения сложных органических соединений до более простых, из которых потом будут образованы новые, особенные вещества. Реакции диссимиляции проходят с высвобождением энергии, поэтому совокупность такого вида процессов называют также энергообменом или катаболизмом.

Данные процессы противоположны друг другу, но тесно связаны между собой. Они протекают непрерывно, обеспечивая нормальную жизнедеятельность. За регуляцию обмена веществ и энергии отвечает нервная система. Главным отделом ЦНС, управляющим всеми типами метаболизма, является гипоталамус.

Основные виды

В зависимости от форм соединений, которые подвергаются трансформации в организме, выделяют несколько видов обмена. Каждый из них имеет свою специфику.

Белки

Белки или пептиды – полимеры, образованные аминокислотами.

Выполняют множество жизненно важных функций:

• структурная (присутствуют в структуре клеток тканей, составляющих организм человека);
• ферментативная (ферменты – это белки, участвующие практически во всех биохимических процессах);
• двигательная (взаимодействие пептидов актина и миозина обеспечивает все движения);
• энергетическая (разлагаются, высвобождая энергию);
• защитная (белки – иммуноглобулины участвуют в формировании иммунитета);
• участвуют в регуляции водно-солевого баланса;
• транспортная (обеспечивают доставку газов, биологически активных веществ, лекарственных средств и др.).

Попав в организм с продуктами питания, белки распадаются до аминокислот, из которых затем синтезируются новые, свойственные данному организму пептиды. При малом поступлении белков с продуктами питания, 10 из 20 необходимых аминокислот могут вырабатываться организмом, остальные же являются незаменимыми.

Этапы белкового метаболизма:

• поступление белков с пищей;
• распад пептидов до аминокислот в ЖКТ;
• перемещение последних в печень;
• распределение аминокислот в тканях;
• биосинтез специфичных пептидов;
• выведение из организма неиспользованных аминокислот в виде солей.

Жиры

К видам обмена веществ и энергии в организме человека относится и метаболизм жиров. Жиры — соединения глицерина и жирных кислот. Долгое время считалось, что их употребление не обязательно для полноценной работы организма. Однако определенные типы таких веществ содержат значимые противосклеротические составляющие.

Жиры, будучи важным источником энергии, помогают сохранить в организме белки, которые начинают использоваться для ее получения при нехватке углеводов и липидов. Жиры обязательны для усвоения витаминов А, Е, D. Также липиды содержатся в цитоплазме и клеточной стенке.

Биологическая ценность жиров определяется типом жирных кислот, которыми они были образованы. Эти кислоты могут иметь два вида:

1. Насыщенные, не имеющие в своей структуре двойных связей, считаются наиболее вредными, так как чрезмерное употребление продуктов с большим содержанием данного вида кислот может стать причиной атеросклероза, ожирения и прочих заболеваний. Присутствуют в сливочном масле, сливках, молоке, жирном мясе.
2. Ненасыщенные - полезные для организма. К ним относятся Омега -3, -6 и -9 кислоты. Способствуют укреплению иммунитета, восстановлению гормонального фона, предупреждают отложение холестерина, улучшают внешний вид кожи, ногтей и волос. Источники подобных соединений - масла разных растений и рыбий жир.

Этапы обмена липидов:

• поступление жиров в организм;
• распад в ЖКТ до глицерина и жирных кислот;
• образование липопротеидов в печени и тонком кишечнике;
• транспорт липопротеидов в ткани;
• образование специфических липидов клеток.

Жировые излишки откладываются под кожей или вокруг внутренних органов.

Углеводы

Углеводы или сахара - главный источник энергии в организме.

Процессы обмена углеводов:

• преобразование углеводов в ЖКТ в простые сахара, которые затем всасываются;
• превращение глюкозы в гликоген, его накопление в печени и мышцах либо использование для выработки энергии;
• преобразование гликогена в глюкозу печенью в случае падения уровня сахара в крови;
• создание глюкозы из неуглеводных компонентов;
• превращение глюкозы в жирные кислоты;
• кислородное разложение глюкозы до углекислого газа и воды.

В случае чрезмерного употребления пищи, богатой глюкозой, углевод преобразуется в липиды. Они откладываются под кожей и могут быть использованы для дальнейшей трансформации энергии в клетках.

Значение воды и минеральных солей

Водно-солевой обмен – комплекс процессов поступления, применения и выведения воды и минералов. Большая часть жидкости поступает в организм извне. И также она в малых объемах выделяется в организме в ходе разложения питательных веществ.

Функции воды в организме:

• структурная (необходимый компонент всех тканей);
• растворение и транспорт веществ;
• обеспечение многих биохимических реакций;
• обязательный компонент биологических жидкостей;
• обеспечивает постоянство водно-солевого баланса, участвует в терморегуляции.

Из организма жидкость выводится с помощью легких, потовых желез, мочевыделительной системы и кишечника.

Минеральные соли, получаемые с пищей, можно разделить на макро- и микроэлементы. К первым относят минералы, содержащиеся в значительных количествах - магний, кальций, натрий, фосфор и прочие. Микроэлементы нужны организму в очень малом объеме. К ним относятся железо, марганец, цинк, йод и другие элементы.

Нехватка минералов может негативно сказаться на деятельности различных систем организма. Так, при дефиците магния и калия наблюдаются сбои в работе ЦНС, мышц (в том числе и миокарда). Недостаток кальция и фосфора может сказаться на прочности костей, а нехватка йода - на функции щитовидной железы. Нарушения водно-солевого баланса способно стать причиной мочекаменной болезни.

Витамины

Витамины – большая группа простых соединений, необходимых для полноценной работы всех систем организма.

Витамины делятся на 2 группы:

• водорастворимые (витамины группы В, витамин С и РР), не накапливающиеся в организме;
• жирорастворимые (А, D, Е), имеющие подобное свойство накопления.

Определенные соединения (витамин В12, фолиевая кислота) вырабатываются кишечной микрофлорой. Многие витамины являются частью различных ферментов, без которых невозможно осуществление биохимических процессов.

Этапы обмена витаминов:

• поступление с пищей;
• перемещение к месту накопления или утилизации;
• преобразование в кофермент (составляющее фермента небелкового происхождения);
• соединение кофермента и апофермента (белковой части фермента).

При нехватке какого-либо витамина развивается гиповитаминоз, при избытке – гипервитаминоз.

Обмен энергии

Энергетический обмен (катаболизм) – комплекс реакций распада сложных питательных веществ до более простых с выходом энергии, без которой невозможны рост и развитие, движение и другие проявления жизнедеятельности. Полученная энергия накапливается в форме АТФ (универсальный энергетический источник в живых организмах), который содержится во всех клетках.

Количество энергии, высвобождаемой после употребления продукта питания, называется его энергетической ценностью. Измеряется этот показатель в килокалориях (ккал).

Энергообмен проходит в несколько этапов:

1. Подготовительный. Подразумевает распад сложных питательных веществ в ЖКТ до более простых.
2. Бескислородное брожение — трансформация глюкозы без участия кислорода. Процесс протекает в цитоплазме клеток. Конечными продуктами этапа являются 2 молекулы АТФ, вода и пировиноградная кислота.
3. Кислородный или аэробный этап. Проходит в митохондриях (специальных органоидах клеток), при этом пировиноградная кислота распадается с участием кислорода, образуя 36 молекул АТФ.

Терморегуляция

Терморегуляцией называют способность живого организма поддерживать постоянную температуру тела, которая является важным показателем теплового обмена. Чтобы этот показатель был стабильным, должно соблюдаться равенство между теплоотдачей и теплопродукцией.

Теплопродукция -выделение тепла в организме. Его источником служат ткани, в которых протекают реакции с высвобождением энергии. Так, важную роль в терморегуляции играет печень, ведь в ней осуществляется множество биохимических процессов.

Теплоотдача или физическая регуляция может проходить по трем путям:

• теплопроведение – отдача тепла окружающей среде и предметам, соприкасающимся с кожей;
• теплоизлучение – отдача тепла воздуху и окружающим предметам путем излучения инфракрасных (тепловых) лучей;
• испарение – отдача тепла с помощью улетучивания влаги с потом или в процессе дыхания.

Что влияет на процесс метаболизма

Обмен веществ каждого конкретного организма имеет свои особенности. Скорость метаболизма определяется несколькими факторами:

• половая принадлежность (обычно у мужчин процессы метаболизма протекают несколько быстрее, чем у женщин);
• генетический фактор;
• доля мышечной массы (людям, обладающим развитой мускулатурой требуется больше энергии для работы мышц, поэтому происходящие процессы будут протекать быстрее);
• возраст (с годами скорость обмена веществ снижается);
• гормональный фон.

Огромное влияние на процесс метаболизма оказывает питание. Здесь важен и рацион, и режим приема пищи. Для правильной работы организма нужно оптимальное количество употребляемых белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и жидкости. Важно помнить, что принимать пищу лучше понемногу, но часто, так как большие перерывы между трапезами способствуют замедлению обмена веществ, а значит, могут привести к ожирению.

Основной признак живого организма - обмен веществ и энергии. В организме непрерывно идут пластические процессы, процессы роста, образования сложных веществ, из которых состоят клетки и ткани. Параллельно происходит обратный процесс разрушения. Всякая деятельность человека связана с расходованием энергии. Даже во время сна многие органы (сердце, легкие, дыхательные мышцы) расходуют значительное количество энергии. Нормальное протекание этих процессов требует расщепления сложных органических веществ, так как они являются единственными источниками энергии для животных и человека. Такими веществами являются белки, жиры и углеводы. Большое значение для нормального обмена веществ имеют также вода, витамины и минеральные соли. Процессы образования в клетках организма необходимых ему веществ, извлечение и накопление энергии (ассимиляция) и процессы окисления и распада органических соединений, превращение энергии и ее расход (диссимиляция) на нужды жизнедеятельности организма между собой тесно переплетены, обеспечивают необходимую интенсивность обменных процессов в целом, баланс поступления и расхода веществ и энергии.

Обменные процессы протекают очень интенсивно. Почти половина тканей тела обновляется или заменяется полностью в течение трех месяцев. За 5 лет учебы роговица глаз у студента сменяется 350 раз, ткани желудка обновляются 500 раз, эритроцитов вырабатывается до 300 млрд. ежедневно, в течение 5-7 дней половина всего белкового азота печени заменяется.

Обмен белков. Белки - необходимый строительный материал протоплазмы клеток. Они выполняют в организме специальные функции. Все ферменты, многие гормоны, зрительный пурпур сетчатки, переносчики кислорода, защитные вещества крови являются белковыми телами. Белки сложны по своему строению и весьма специфичны. Белки, содержащиеся в пище, и белки в составе нашего тела значительно отличаются по своим качествам. Если белок извлечь из пищи и ввести непосредственно в кровь, то человек может погибнуть. Белки состоят из белковых элементов - аминокислот , которые образуются при переваривании животного и растительного белка и поступают в кровь из тонкого кишечника. В состав клеток живого организма входит более 20 типов аминокислот. В клетках непрерывно протекают процессы синтеза огромных белковых молекул, состоящих из цепочек аминокислот. Сочетание этих аминокислот (всех или части из них), соединенных в цепочки в разной последовательности, и обуславливает бесчисленное количество разнообразных белков.

Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые . Незаменимыми называются те, которые организм получает только с пищей. Заменимые могут быть синтезированы в организме из других аминокислот. По содержанию аминокислот определяется ценность белков пищи. Вот почему белки, поступающие с пищей, делятся на две группы: полноценные , содержащие все незаменимые аминокислоты, и неполноценные , в составе которых отсутствуют некоторые незаменимые аминокислоты. Основным источником полноценных белков служат животные белки. Растительные белки (за редким исключением) неполноценные.

В тканях и клетках непрерывно идет разрушение и синтез белковых структур. В условно здоровом организме взрослого человека количество распавшегося белка равно количеству синтезированного. Так как баланс белка в организме имеет большое практическое значение, разработано много методов его изучения.

Баланс белка определяется разностью между количеством белка, поступившего с пищей, и количеством белка, подвергшегося за это время разрушению.

Считается, что норма потребления белка в день для взрослого человека составляет 80-100 г. Если его поступает больше, то лишний белок идет на покрытие энергетических затрат организма. При этом он может трансформироваться в углеводы и другие соединения. При больших физических нагрузках потребность организма в белке может доходить до 150 г/сут.

Обмен углеводов. Углеводы - важная составная часть живого организма. Однако их в организме меньше, чем белков и жиров, они составляют лишь около 2% сухого вещества тела.

Углеводы в организме главный источник энергии. Они всасываются в кровь, в основном, в виде глюкозы. Это вещество разносится по тканям и клеткам организма. В клетках глюкоза при участии ряда факторов окисляется до воды и углекислого газа (Н2О и СО2.) Одновременно освобождается энергия (4,1 ккал), которая используется организмом при реакциях синтеза или при мышечной работе.

Значение углеводов при мышечной деятельности. Запасы углеводов особенно интенсивно используются при физической работе. Однако полностью они никогда не исчерпываются. При уменьшении запасов гликогена в печени его дальнейшее расщепление прекращается, что ведет к уменьшению концентрации глюкозы в крови. Мышечная деятельность в этих условиях продолжаться не может. Уменьшение содержания глюкозы в крови является одним из факторов, способствующих развитию утомления. Поэтому для успешного выполнения длительной и напряженной работы необходимо пополнять углеводные запасы организма. Это достигается увеличением содержания углеводов в пищевом рационе и дополнительным введением их перед началом работы или непосредственно при ее выполнении. Насыщение организма углеводами способствует сохранению постоянной концентрации глюкозы в крови и тем самым повышает работоспособность человека.

Регуляция углеводного обмена. Депонирование углеводов, использование углеводных запасов печени и другие процессы углеводного обмена регулируются центральной нервной системой. Большое значение в регуляции углеводного обмена имеет кора больших полушарий. Одним из примеров этого может служить условнорефлекторное увеличение концентрации глюкозы в крови у спортсменов в предстартовом состоянии.

Эфферентные нервные пути, обеспечивающие регуляцию углеводного обмена, относятся к вегетативной нервной системе. Симпатические нервы усиливают процессы расщепления и выход гликогена из печени. Парасимпатические нервы, наоборот, стимулируют депонирование гликогена. Нервные импульсы могут воздействовать либо прямо на клетки печени, либо косвенным путем, через железы внутренней секреции. Гормон мозгового слоя надпочечника адреналин способствует выходу углеводов из депо. Гормон поджелудочной железы инсулин обеспечивает их депонирование. Кроме этих гормонов в регуляции углеводного обмена участвуют гормоны коркового слоя надпочечников, щитовидной железы и передней доли гипофиза.

В сахаре содержится 95% углеводов, меде - 76, шоколаде - 49, картофеле - 18, молоке -5, печени - 4, изюме - до 65%.

Обмен жиров. Жиры (липиды) - важный источник энергии в организме, необходимая составная часть клеток. Излишки жиров могут депонироваться в организме. Откладываются они главным образом в подкожной жировой клетчатке, сальнике, печени и других внутренних органах. Общее количество жира у человека может составлять 10-12% массы тела, а при ожирении - 40-50%.

Как энергетический материал жир используется при состоянии покоя и выполнении длительной малоинтенсивной физической работы. В начале напряженной мышечной деятельности окисляются углеводы. Но через некоторое время, в связи с уменьшением запасов гликогена, начинают окисляться жиры и продукты их расщепления. Процесс замещения углеводов жирами может быть настолько интенсивным, что 80% всей необходимой в этих условиях энергии освобождается в результате расщепления жира.

Обмен жира и липидов в организме сложен. Большую роль в этих процессах играет печень, где осуществляется синтез жирных кислот из углеводов и белков, образуются продукты расщепления жира - кетоновые тела, используемые в качестве энергетического материала. Образование кетоновых тел в печени идет особенно интенсивно при уменьшении в ней запасов гликогена.

Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. При голодании жировые запасы служат источником углеводов.

Регуляция жирового обмена. Обмен липидов в организме регулируется центральной нервной системой. При повреждении некоторых ядер гипоталамуса жировой обмен нарушается и происходит ожирение организма или его истощение. Нервная регуляция жирового обмена осуществляется путем прямых воздействий на ткани (трофическая иннервация) или через железы внутренней секреции. В этом процессе участвуют гормоны гипофиза, щитовидной, поджелудочной и половых желез. При недостаточной функции гипофиза, щитовидной и половых желез происходит ожирение. Гормон поджелудочной железы - инсулин, наоборот, усиливает образование жира из углеводов, сжигая его.

В 100г топленого или растительного масла содержится 95г жира, сметаны - 24, молока - 4, свинины жирной - 37, баранины - 29, печени, почек - 5, гороха - 3, овощей - 0,1-0,3г.

Обмен воды и минеральных веществ. Человеческий организм на 60% состоит из воды. Жировая ткань содержит 20% воды (от ее массы), кости - 25, печень - 70, скелетные мышцы - 75, кровь - 80, мозг 85%.

Для нормальной жизнедеятельности организма, который живет в условиях меняющейся среды, очень важно постоянство внутренней среды организма. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы. Вода - хороший растворитель.

Без воды человек может прожить не более 7-10 дней, тогда как без пищи - 30-40 дней. Удаляется вода вместе с мочой через почки (1700мл), с потом через кожу (500 мл) и с воздухом, выдыхаемым через легкие (300 мл).

Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным балансом. Если количество потребляемой воды меньше количества выделяемой, то в организме человека могут наблюдаться различного рода расстройства его функционального состояния, так как, входя в состав тканей, вода является одним из структурных компонентов тела, находится в виде волевых растворов и обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов, ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4-5% массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых поддерживается постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости; они участвуют в процессах секреции, всасывания-выделения и т.д.

Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей приходится добавлять, например, хлористый натрий (NaCl - поваренная соль) в пищу по 10-12г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма.

Витамины и их роль в обмене веществ. Эксперименты показывают, что даже при достаточном содержании в пище белков, жиров и углеводов, при оптимальном потреблении воды и минеральных солей в организме могут развиться тяжелейшие расстройства и заболевания, так как для нормального протекания физиологических процессов необходимы еще и витамины. Значение витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количествах, они регулируют реакции обмена веществ.

К настоящему времени открыто более 20 веществ, которые относят к витаминам. Обычно их обозначают буквами латинского алфавита А, В, С, D, E, K, и др. К водорастворимым относятся витамины группы В, С, РР и др. Ряд витаминов являются жирорастворимыми.

Витамин А. При авитаминозе А задерживаются процессы роста организма, нарушается обмен веществ. Наблюдается также особое заболевание глаз, называемое ксерофтальмией (куриная слепота).

Витамин D называют противорахитическим витамином. Недостаток его приводит к расстройству фосфорного и кальциевого обмена. Эти минеральные вещества теряют способность откладываться в костях и в больших количествах удаляются из организма. Кости при этом размягчаются и искривляются. Нарушается развитие зубов, страдает нервная система. Весь этот комплекс расстройств характеризует наблюдаемое у детей заболевание - рахит.

Витамины группы В. Недостаток или отсутствие витаминов группы В вызывает нарушение обмена веществ, расстройство функций центральной нервной системы. При этом наблюдается снижение сопротивляемости организма к инфекционным болезням. Витаминами бодрости, повышенной работоспособности и крепких нервов называют витамины группы В. Суточная норма витамина В для взрослого 2-6 мг, при систематической спортивной деятельности эта норма должна увеличиваться в 3-5 раз.

Витамин С называют противоцинготным. При недостатке его в пище (а больше всего его содержится в свежих фруктах и овощах) развивается специфическое заболевание - цинга, при которой кровоточат десны, а зубы расшатываются и выпадают. Развивается физическая слабость, быстрая утомляемость, нервозность. Появляются одышка, различные кровоизлияния, наступает резкое похудание. В тяжелых случаях может наступить смерть.

Витамины влияют на обмен веществ, свертываемость крови, рост и развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Особенно важна их роль в питании молодого организма и тех взрослых, чья деятельность связана с большими физическими нагрузками на производстве, в спорте.

Обмен энергии. Обмен веществ и энергии - это взаимосвязанные процессы. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие поддерживаются все жизненные функции организма. При этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Для нормальной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, которые содержатся в различных пищевых продуктах. Качество пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее ценными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди разных профессий затрачивают при своей деятельности разное количество энергии. Например, занимающийся интеллектуальным трудом в день тратит менее 3000 больших калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии.

Многочисленные исследования показали, что мужчине среднего возраста, занимающемуся умственным или физическим трудом в течение 8-10ч, необходимо потреблять в день 118г белков, 56г жиров, 500г углеводов. В пересчете это составляет около 3000 ккал.

Таким образом, чтобы сохранять энергетический баланс, поддерживать нормальную массу тела, обеспечивать высокую работоспособность и профилактику различного рода патологических явлений в организме, необходимо при полноценном питании увеличить расход энергии за счет повышения двигательной активности, что существенно стимулирует обменные процессы.

Важнейшая физиологическая "константа" организма - то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного обмена.

Основной обмен является индивидуальной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена значительно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние вызывает заметную интенсификацию обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. Если основной обмен взрослого человека равен 1700-1800 ккал, то рабочий обмен в 2-3 раза выше. Таким образом, основной обмен является исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена может быть важным диагностическим признаком переутомления, перенапряжения и недовосстановления или заболевания.

Регуляция обмена веществ. Особое значение в регуляции обмена веществ имеет отдел промежуточного мозга - гипоталамус . Разрушение этого отдела центральной нервной системы ведет к целому ряду нарушений жирового, углеводного и других видов обмена. Гипоталамус регулирует деятельность важной железы внутренней секреции - гипофиза, который контролирует работу всех других желез внутренней секреции, а те, в свою очередь, выделяя гормоны, осуществляют тонкую гуморальную регуляцию обмена веществ на клеточном уровне. Различные гормоны (инсулин, адреналин, тироксин) направляют деятельность ферментных систем, которые регулируют обменные процессы в организме. Эта согласованная взаимосвязь осуществляется в результате взаимодействия нервной и гуморальной (жидкостной) систем регуляции.

Для регуляции основного обмена имеют существенное значение условнорефлекторные факторы. Например, у спортсменов основной обмен оказывается несколько повышенным в дни тренировочных занятий и, особенно, соревнований. Вообще же спортивная тренировка, экономизируя химические процессы в организме, ведет к снижению основного обмена. Более ярко это проявляется у лиц, тренирующихся к длительной, умеренной по интенсивности, работе. Однако в ряде случаев основной обмен оказывается у спортсменов повышенным и в дни отдыха. Это объясняется длительным (в течение нескольких суток) повышением интенсивности обменных процессов в связи с выполненной напряженной работой.

На основной обмен влияют многие гормоны.

Расход энергии при различных формах деятельности. Суточный расход энергии человека включает величину основного обмена и энергию, необходимую для выполнения профессионального труда, спортивной и других форм мышечной деятельности. Умственный труд требует небольших энергетических затрат. При физической же работе расход энергии может достигать больших величин. Например, при ходьбе энергии расходуется на 80-100% больше по сравнению с покоем, при беге - на 400% и более.

Спортивная деятельность сопровождается значительным увеличением суточного расхода энергии (до 4500-5000 ккал). В дни тренировок с повышенными нагрузками и соревнований в некоторых видах спорта (лыжные гонки, бег на длинные дистанции и др.) эти величины могут быть еще больше. При прочих равных условиях расход энергии тем больше, чем относительно длиннее и интенсивнее выполняемая работа.

Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Количество энергии, затрачиваемое непосредственно на физическую работу, должно составлять не менее 1200-1300 ккал в сутки. В связи с этим для лиц, не занимающихся физическим трудом и расходующих на мышечную деятельность меньшее количество энергии, физические упражнения особенно необходимы.

На уровень расхода энергии влияют также эмоции, возникающие во время какой- либо деятельности. Они могут усиливать или, наоборот, снижать обмен веществ и энергии в организме. Энергетические траты зависят не только от величины выполняемой работы, но и от условий внешней среды, в которой производится работа - температуры и влажности воздуха, барометрического давления, силы ветра.

После окончания мышечной деятельности расход энергии некоторое время остается еще повышенным по сравнению с уровнем покоя. Это обуславливается химическими процессами в мышце, связанные с окислением молочной кислоты и ликвидацией кислородного долга.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) -- это совокупность химических реакций, протекающих в клетках или в целостном организме и заключающихся в синтезе сложных молекул и новой протоплазмы (анаболизм) и в распаде молекул с освобождением энергии (катаболизм). Энергия необходима для биосинтеза (образования нового вещества), осмотической работы (поглощения и секреции клетками разных веществ), механической работы (при движении) и других реакций.

Обмен веществ и энергии -- это важнейшее свойство живого, проявляющееся на разных уровнях организации живого. Благодаря обмену веществ и энергии происходят рост и размножение, формируются другие важнейшие свойства клеток и организмов. Характерная особенность метаболических функций животных и растительных клеток заключается в том, что они являются ферментативными и сходны между собой, поскольку клетки всех орга низмов обладают всеми молекулами, играющими центральную роль в метаболизме и обеспечивающими переход энергии одного вида в энергию другого вида. Кроме того в основе регуляции метаболических путей лежат общие механизмы. Благодаря этому энергетические процессы у всех живых существ сходны. Жизнь существует и продолжается лишь благодаря энергии

Анаболизм и катаболизм

Основными метаболическими процессами являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм, или ассимиляция (от лат. assimilatio -- уподобление), представляет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Она является «созидательным» метаболизмом.

Важнейшим моментом ассимиляции является синтез белков и нуклеиновых кислот. Частным случаем анаболизма является фотосинтез, который представляет собой биологический процесс, при котором органическое вещество синтезируется из воды, двуокиси углерода и неорганических солей под влиянием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез в зеленых растениях является автотрофным типом обмена.

Катаболизм, или диссимиляция (от лат. dissimilis -- расподобление), является экзотермическим процессом, при котором происходит распад веществ с освобождением энергии. Этот распад происходит в результате переваривания и дыхания. Переваривание представляет собой процесс распада крупных молекул на более мелкие молекулы, тогда как дыхание является процессом окислительного катаболизма простых Сахаров, глицерина, жирных кислот и дезаминированных аминокислот, в результате которого происходит освобождение жизненно необходимой химической энергии. Эта энергия используется для пополнения запасов аденозинтри-фосфата (АТФ), который является непосредственным донором (источником) клеточной энергии, универсальной энергетической «валютой» в биологических системах. Пополнение запасов АТФ обеспечивается реакцией фосфата (Ф) с аденозиндифосфатом (АДФ), а именно:

АДФ + Ф + энергия АТФ

Когда АТФ разлагается на АДФ и фосфат, энергия клетки освобождается и используется для работы в клетке. АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из остатков аденина, рибозы и трифосфата (трифосфатных групп), тогда как аденозиндифосфат (АДФ) имеет лишь две фосфатные группы. Богатство АТФ энергией определяется тем, что его трифосфатный компонент содержит две фос-фоангидридные связи. Энергия АТФ превышает энергию АДФ на 7000 ккал/моль. Этой энергией обеспечиваются все биосинтетические реакции в клетке в результате гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Итак, цикл АТФ-АДФ является основным механизмом обмена энергии в живых системах.

К живым системам применимы два закона термодинамики.

В соответствии с первым законом термодинамики (законом сохранения энергии) энергия на протяжении химических и физических процессов не создается, не исчезает, а просто переходит из одной формы в другую, пригодную в той или иной мере для выполнения работы, т. е. использование энергии для выполнения какой-либо работы или переход энергии из одной формы в другую не сопровождается изменением (уменьшением или увеличением) общего количества энергии. Имея в виду глобальные категории, можно сказать, что вопреки любым физическим или химическим изменениям во Вселенной, количество энергии в ней останется неизменным.

В соответствии со вторым законом термодинамики физические и химические процессы протекают в направлении необратимого перехода полезной энергии в хаотическую, неупорядоченную форму и установления равновесия между упорядоченным состоянием и хаотическим, неупорядоченным. По мере приближения к установлению равновесия между упорядоченностью и неупорядоченностью и к остановке процесса происходит уменьшение свободной энергии, т.е. той порции общей (полезной) энергии, которая способна производить работу при постоянной температуре и постоянном давлении. Когда количество свободной энергии уменьшается, то повышается та часть общей внутренней энергии системы, которая является мерой степени случайности и неупорядоченности (дезорганизации) и называется энтропией. Другими словами, энтропия есть мера необратимого перехода полезной энергии в неупорядоченную форму. Таким образом, естественная тенденция любой системы направлена на повышение энтропии и уменьшение свободной энергии, которая является самой полезной термодинамической функцией. Живые организмы являются высокоупорядоченными системами. Для них характерно содержание очень большого количества информации, но они бедны энтропией.

Если Вселенная представляет собой реакционные системы, под которыми понимают совокупность веществ, благодаря которым протекают физические и химические процессы, с одной стороны, и окружающую среду, с которой реакционные системы обмениваются информацией, с другой стороны, то в соответствии со вторым законом термодинамики в ходе физических процессов или химических реакций энтропия Вселенной увеличивается. Метаболизм живых организмов не сопровождается возрастанием внутренней неупорядоченности, т. е. для живых организмов не характерны возрастные энтропии. В любых условиях все организмы, начиная от бактерий и заканчивая млекопитающими, сохраняют упорядоченный характер своего строения. Однако для самой энтропии характерно то, что она возрастает в окружающей среде, причем непрерывное возрастание энтропии в окружающей среде обеспечивается существующими в среде живыми организмами. Например, для извлечения свободной энергии анаэробные организмы используют глюкозу, которую они получают из окружающей среды и окисляют молекулярным кислородом, проникающим тоже из среды. При этом конечные продукты окислительного метаболизма (СО 2 и H 2 O) поступают в среду, что и сопровождается возрастанием энтропии среды, которое частично происходит из-за рассеивания тепла. Возрастание энтропии в этом случае повышается, кроме того за счет возрастания количества молекул после окисления (C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6СО 2 + 6Н 2 О), т. е. образование из 7 молекул 12 молекул. Как видно, молекулярная неупорядоченность ведет к энтропии.

Для живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация, в частности видимый свет, который состоит из электромагнитных волн, встречающихся в виде дискретных единиц, называемых фотонами или квантами света. В живом мире одни живые существа способны улавливать световую энергию, другие получают энергию в результате окисления пищевых веществ.

Энергия видимого света улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется в хлоропластах их клеток. Благодаря фотосинтезу живые существа создают упорядоченность из неупорядоченности, а световая энергия превращается в химическую энергию, запасаемую в углеводах, являющихся продуктами фотосинтеза. Таким образом, фотосинтезирующие организмы извлекают свободную энергию из солнечного света. В результате этого клетки зеленых растении обладают высоким содержанием свободной энергии.

Получение энергии в результате окисления неорганических веществ происходит при хемосинтезе.

Животные организмы получают энергию, уже запасенную в углеводах, через пищу. Следовательно, они способствуют увеличению энтропии среды. В митохондриях клеток этих организмов энергия, запасенная в углеводах, переводится в форму свободной энергии, подходящей для синтеза молекул других веществ, а также для обеспечения механической, электрической и осмотической работы клеток. Освобождение энергии, запасенной в углеводах, осуществляется в результате дыхания -- аэробного и анаэробного. При аэробном дыхании расщепление молекул, содержащих запасенную энергию, происходит путем гликолиза и в цикле Кребса. При анаэробном дыхании действует только гликолиз. Таким образом, жизнедеятельность клеток животных организмов обеспечивается в основном энергией, источником которой служат реакции окисления-восстановления «топлива» (глюкозы и жирных кислот), в процессе которых происходит перенос электронов от одного соединения (окисление) к другому (восстановление). С окислительно-восстановительными реакциями сопряжено фосфорилирование. Эти реакции протекают как при фотосинтезе, так и дыхании.

Организм -- открытая саморегулирующая система, она поддерживает и реплицирует себя посредством использования энергии, заключенной в пище, либо генерируемой Солнцем. Непрерывно поглощая энергию и вещества, жизнь не «стремится» к равновесию между упорядоченностью и неупорядоченностью, между высокой молекулярной оранизацией и дезорганизацией. Напротив, для живых существ характерна упорядоченность как в их структуре и функциях, так и в превращении и использовании энергии. Таким образом, сохраняя внутреннюю упорядоченность, но получая свободную энергию с солнечным светом или пищей, живые оранизмы возвращают в среду эквивалентное количество энергии, но в менее полезной форме, в основном в виде тепла, которое, рассеиваясь, уходит во Вселенную.

Процессы обмена веществ и энергии подвержены регуляции, причем существует множество регулирующих механизмов. Главнейшим механизмом регуляции метаболизма является контроль количества ферментов. К числу регулирующих механизмов относят также контроль скорости расщепления субстрата ферментами, а также контроль каталитической активности ферментов. Метаболизм подвержен так называемому обратному аллостерическому контролю, заключающемуся в том, что во многих биосинтетических путях первая реакция может быть ингибирована (подавлена) конечным продуктом. Можно сказать, что такое ингибирование происходит по принципу обратной связи. В регуляции обмена веществ и энергии имеет значение и то, что метаболические пути синтеза и распада почти всегда разобщены, причем у эукариотов это разобщение усиливается компартментализацией клеток. Например, местом окисления жирных кислот в клетках являются митохондрии, тогда как их синтез происходит в цитозоле. Многие реакции метаболизма подвержены некоторой регуляции со стороны так называемого энергетического статуса клетки, показателем которого является энергетический заряд, определяемый суммой молярных фракций АТФ и АДФ. Энергетический заряд в клетке всегда постоянен. Синтез АТФ ингибируется высоким зарядом, тогда как использование АТФ стимулируется таким же зарядом.